CN112467311A - 牵引用电池和电驱动的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电驱动的机动车(2)的牵引用电池(4)。所述牵引用电池(4)具有至少两个第一电池元件(10)，这些第一电池元件(10)成排地布置，其中，每个第一电池元件(10)具有连接侧(14)，该连接侧(14)具有布置在连接侧(14)上的两个终端(16)，并且其中，每个第一电池元件(10)配有控制单元(20)，该控制单元(20)布置在所属的第一电池元件(10)的连接侧(14)的区域中。此外，所述牵引用电池(4)还包括用于每两个相邻的第一电池元件(10)的一件式构造的连接装置(22)，其中，每个连接装置(22)具有汇流排(24)和数据导体(26)，所述汇流排(24)将相邻的第一电池元件(10)的各一个终端(16)彼此电连接，所述数据导体(26)将配属于相邻的第一电池元件(10)的控制单元(20)在数据传输技术上彼此连接。本发明还涉及一种具有这种牵引用电池(4)的电驱动的机动车(2)。

Description

牵引用电池和电驱动的机动车
技术领域
本发明涉及一种设置用于电驱动的机动车的牵引用电池(或者说牵引用蓄电池)，该牵引用电池具有至少两个第一电池元件，其中，每个第一电池元件具有连接侧，该连接侧具有布置在连接侧上的两个终端。本发明还涉及一种具有这种牵引用电池的电驱动的机动车。
背景技术
电驱动的机动车典型地具有牵引用电池，该牵引用电池为用于驱动机动车的电动机供应电能。在此，电驱动的机动车可以尤其理解为用于驱动的能量仅存储在牵引用电池中的电动车(即纯电动车，英文缩写BEV)、增程式电动车(REEV)、混合动力车(HEV)、插电式混合动力车(PHEV)和/或燃料电池汽车(FCEV)，燃料电池汽车将由燃料电池产生的电能暂存在牵引用电池中。
这种牵引用电池适合模块化地构造。因此，牵引用电池具有多个电池模块，这些电池模块又包括多个电池单体。其中，每个电池模块的多个电池单体以及这些电池模块彼此串联和/或并联地连接，因此，牵引用电池可以提供适合于运行机动车的电压和电流。其中，这些电池模块在其(模块)终端上分别借助于也称为高压连接器的汇流排彼此电连接。
此外，例如为每个电池模块设置控制单元，控制单元也称为电池单体管理控制器。电池单体管理控制器尤其用于控制相应的电池模块的电池单体并且获取模块内部的传感器的测量数据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种特别合适的牵引用电池。尤其要减少装配耗费。此外还要提供一种具有这种牵引用电池的电驱动的机动车。
所述技术问题在牵引用电池方面按照本发明通过权利要求1的特征解决。所述技术问题在电驱动的机动车方面按照本发明通过权利要求10的特征解决。有利的设计方案和扩展设计是从属权利要求的技术方案。在此，关于牵引用电池的实施方式按照意义也适用于电驱动的机动车，反之，关于电驱动的机动车的实施方式按照意义也适用于牵引用电池。
所述牵引用电池规定和设置用于电驱动的机动车。牵引用电池具有至少两个第一电池元件，这些第一电池元件沿排列方向彼此顺序排列地布置。换言之，至少两个第一电池元件沿排列方向在形成第一(模块)排列的情况下布置。第一电池元件适宜地容纳在电池壳体中。
在此，排列方向可以例如竖直、即垂直地或沿着电池元件高度定向。换言之，电池元件基本上彼此堆叠地布置。排列方向优选大致水平地或沿着电池元件长度定向。以下实施方式尤其涉及排列方向沿电池纵向、即长度方向定向的电池元件。
每个第一电池元件具有连接侧，该连接侧具有布置在其上的两个终端。适宜地，连接侧垂直于电池壳体的电池壳体底部定向。终端用于提供电压或电流。第一电池元件的连接侧的法线合适地沿电池横向延伸，电池横向又垂直于电池纵向延伸。连接侧优选彼此齐平，换言之，连接侧伸展成共同的平面。在这种情况下，终端沿电池纵向彼此对齐。
此外，每个第一电池元件配有尤其用于第一电池元件的电池单体或模块内部的传感器的控制单元(电池单体管理控制器，英文缩写CMC)，其中，该控制单元布置在所属的第一电池元件的连接侧的区域中。控制单元优选相对于电池纵向布置在相应的第一电池元件的终端之间。
此外，牵引用电池还包括用于每两个相对于电池纵向相邻的第一电池元件的一件式构造的连接装置。其中，每个连接装置具有汇流排和数据导体。相邻的第一电池元件的各一个终端借助于汇流排彼此电连接。换言之，汇流排将第一电池元件的终端之一与相邻的电池元件的终端之一连接。适宜地，在此沿电池纵向相邻的终端通过汇流排彼此电连接。相应的数据导体将配属于相邻的第一电池元件的控制单元在数据传输技术上彼此连接。数据传输在此还包括信号的传输。尤其地，借助于连接装置，不仅相邻的电池模块电气地而且对应的控制单元在数据传输技术上串联连接。
用于两个相邻的电池元件的连接装置合适地布置在对应的控制单元之间。
连接装置例如通过注塑方法制造。在此，汇流排和数据导体在形成一件式的连接装置的情况下用塑料注塑包覆、即配备(塑料)外罩。
由于具有汇流排和数据导体的连接装置的一件式的设计，有利地实现电连接(或者说电气连接)和数据传输技术上的连接的相对简单且省时的装配和制造。如此，与汇流排和数据导线作为彼此单独的部件的装配相比，仅一件式的连接装置被装配。尤其地，还由于优选由塑料构成的共同的外罩和伴随的在汇流排和数据导体之间的定义的相对位置实现了汇流排和数据导体之间的相对可靠的电绝缘。
电池元件在此和下文中尤其理解为电池模块并且以下称为电池模块。但在不限制一般性的情况下，本发明也可转用于其它不同的电池形式，例如用于连接或装配各个单独的电池单体(即单体电池，英文：Single Cell)。
在有利的扩展设计中，每个连接装置具有在其汇流排和其数据导体之间的弹性区域。弹性区域合适地由塑料、尤其弹性体或热塑性塑料构成。
例如，针对包围汇流排的(塑料)外罩的区域、包围或承载数据导体的区域以及弹性区域使用不同的塑料。适宜地，多组分注塑方法用于制造这样的连接装置。替代地，整个塑料外罩由弹性体构成。
由于存在弹性区域实现了汇流排和数据导体之间的机械隔离。因此，作用于汇流排的力或例如由于汇流排的热膨胀引起的力有利地不传递或仅减小地传递到数据导体上。通过弹性区域还减小了电池、结构空间等例如在由于行驶引起的车辆扭转的情况下的机械应力的影响。
在有利的设计方案中，汇流排和因此连接装置至少在汇流排的区域中在用于终端的接线端子之间具有弓形区段。该区段尤其呈凸出状并且优选沿相对于电池横向和电池纵向垂直的电池竖向(向上)拱曲。在此，用于终端的接线端子优选彼此平行延伸。
因此，汇流排能弹性地沿预定的方向从接线端子之一朝另一个接线端子至少轻微地压缩或伸展，从而可以吸收相应的力和/或补偿汇流排或连接装置的尤其长度的公差。
根据牵引用电池的适宜的设计方案，牵引用电池还具有至少两个第二电池模块，这些第二电池模块沿电池纵向布置成第二排。因此，第一排和第二排彼此平行，其中，电池模块适宜地沿电池横向彼此对齐。每个第二电池模块具有连接侧，该连接侧具有布置在其上的两个终端，其中，第二电池模块的连接侧与第一电池模块的连接侧相对置。总之，第一电池模块和第二电池模块关于垂直于电池横向定向的平面镜像对称地布置。
此外，每个第二电池元件配有布置在其连接侧的区域中的控制单元。尤其地，沿电池横向在第一电池模块和与之相对置的第二电池模块之间布置有配属于这两个电池模块的两个控制单元。
在此，相对于电池纵向相邻的两个第二电池模块借助于用于将与这两个第二电池模块相对置的第一电池模块彼此电连接的那个连接装置彼此电连接。此外，配属于这两个第二电池模块的控制单元在数据传输技术上借助于该连接装置彼此连接。为此，连接装置相应地具有另外的汇流排或另外的数据导体。
总之，各连接装置具有两个汇流排和两个数据导体。其中，两个相邻的第一电池模块的终端借助于这两个汇流排中的一个彼此电连接，并且与这些第一电池模块相对置的两个第二电池模块的终端借助于连接装置的两个汇流排中的另一个彼此电连接。此外，配属于相邻的第一电池模块的两个控制单元借助于两个数据导体之一在数据传输技术上彼此连接，并且配属于第二电池模块的两个控制单元借助于相应的连接装置的两个数据导体中的另一个在数据传输技术上彼此连接。尤其地，两个第二电池模块电气地串联连接，并且对应的两个控制单元在数据传输技术上串联连接。
由于这种具有两个汇流排和两个数据导体的一件式的连接装置，进一步减少了装配耗费。
例如，在电池壳体中设有支撑件或桁架式的加固结构，其在机动车的碰撞中耗散作用在牵引用电池上的力。在有利的设计方案中，每个连接装置具有在其数据导体之间的孔状的留空部。所述留空部尤其设置用于相应的加固拱顶，例如，电池壳体的电池壳体盖固定在该加固拱顶上。
因此，留空部布置在连接配属于第一电池模块的控制单元的那个数据导体和连接配属于第二电池模块的控制单元的那个数据导体之间。
根据有利的扩展设计，每个连接装置具有用于自动化的夹持机器人的夹持轮廓(夹具支承部)。与手动装配相比，通过借助于这种夹持机器人实施的对连接装置的自动化装配有利地减少了装配时间。作为夹持轮廓的替代或优选作为补充，每个连接装置具有用于将连接装置定向的定位轮廓。
夹持轮廓和/或定位轮廓优选布置在汇流排的区域中。这些轮廓合适地在制造汇流排的塑料外罩时的注塑过程中成形。
例如，控制单元借助于(数据)电缆在数据传输技术上彼此连接。但根据合适的设计方案，每个控制单元设置用于光学的数据传输。为此，每个数据导体设计为光波导。
根据有利的扩展设计，每个控制单元在其垂直于电池纵向定向的端侧上分别具有用于光学的数据传输的接口。在此，在控制单元的壳体上、适宜地在相应的端侧上布置有突伸部，该突伸部关于电池纵向突出超过接口并且相对于端侧竖起。
例如，突伸部具有壁段，所述壁段垂直于端侧竖起并且相对于壳体底部的壳体底部法线倾斜、即相对于电池竖向倾斜。在此，两个壁段尤其构成V形。因此，突伸部在装配过程中用作导引件或定位辅助件。替代地，例如也可以考虑用于诸如夹子连接件或卡锁连接件之类的定位辅助件的其它不同的几何形状。
优选地，突伸部在此沿电池横向覆盖设计为光波导的数据导体的自由端部。尤其地，在牵引用电池的装配状态下，数据导体在自由端部侧突伸到壁段之间。在此，数据导体的自由端部例如与接口的(光)传感器或LED间隔地布置。在连接装置受到力、汇流排由于电池电流发生热膨胀并且在某些情况下伴随的汇流排相对于接口移动的情况下，数据导体的自由端部由突伸部固持在接口的区域中和/或由于突伸部及其至少微小的柔性保持对准接口。
此外，通过突伸部防止污物、尤其灰尘颗粒沉积在接口上或者至少降低了这种风险。总之，突伸部实现了多项功能。
根据有利的扩展设计，每个控制单元具有刚性地布置在其壳体上的插头，该插头用于相应的电池模块的适配的插头容纳件。其中，插头容纳件布置在对应的第一或第二电池模块的连接侧上、合适地在两个终端之间。插头和插头容纳件在装配状态下构成插塞连接装置，其中，在电池模块和控制单元之间不需要额外的电缆。因此有利地进一步减少了装配耗费。在此，控制单元优选以节省安装空间的方式贴靠在连接侧上并且例如借助于螺纹连接件、卡锁连接件或夹子连接件固定在电池模块上。由此有利地提高了控制单元相对于对应的电池模块的定位可靠性。
根据有利的设计方案，电驱动的机动车具有上述变型之一中的牵引用电池。尤其地，相邻的电池模块借助于一件式构造的连接装置彼此电连接，并且配属于相邻的电池模块的控制单元在数据传输技术上借助于一件式构造的连接装置彼此连接。
附图说明
以下根据附图详细描述本发明的实施例。在附图中：
图1示意性地示出具有牵引用电池的电驱动的机动车的俯视图，该牵引用电池具有多个第一电池模块和第二电池模块，其中，每个电池模块都配有控制单元，并且其中，相邻的电池模块分别借助于连接装置彼此电连接，并且配属于相邻的电池模块的控制单元借助于该连接装置在数据传输技术上彼此连接；
图2是第一电池模块的排列的立体视图，其中，每个第一电池模块具有连接侧，该连接侧具有两个终端和布置在这两个终端之间的用于对应的控制单元的插头的插头容纳件；
图3示出配属于第一电池模块和第二电池模块的控制单元的立体视图，这些控制单元借助于连接装置在数据传输技术上彼此串联连接；
图4a示出具有两个汇流排和两个数据导体的连接装置的俯视立体图，其中，该连接装置一件式地构造；
图4b示出连接装置的备选的设计方案的立体图，其中，该连接装置具有在其汇流排和其数据导体之间的各一个弹性区域；
图5a示出具有接口的第一变型的一个控制单元的局部立体视图，该接口用于与相邻控制单元的接口进行光学的数据传输；和
图5b示出具有接口的第二变型的一个控制单元的局部立体视图，根据该变型，控制单元的壳体具有突出超过接口并且相对于端侧竖起的突伸部。
彼此相应的部件和尺寸在所有附图中总是配设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出具有牵引用电池4的电驱动的机动车2。牵引用电池4在电池接线端子6处提供用于耗电器7的电压或电流，该耗电器7例如是用于驱动机动车2的电动机。
牵引用电池4包括电池壳体8，在电池壳体8中容纳有沿排列方向或电池纵向L延伸的由第一电池元件或电池模块10构成的第一排和相对于第一排平行定向的由第二电池元件或电池模块12构成的第二排。其中，第二排相对于第一排沿电池横向Q偏移地布置。根据图1的实施方式，牵引用电池4分别包括六个第一电池模块10和六个第二电池模块12，在未进一步示出的牵引用电池的变型中，牵引用电池还包括多于或少于六个的第一电池模块10或第二电池模块12、但至少两个第一电池模块10和至少两个第二电池模块12。
此外，第一电池模块10和第二电池模块12以未进一步示出的方式与电池接线端子6电连接。
这些第一电池模块10和第二电池模块12分别具有连接侧14。其中，在每个连接侧14上布置有两个终端16和相对于电池纵向L在两个终端16之间的插头容纳件18。其中，第一电池模块10的连接侧14分别面向沿电池横向Q相对置的第二电池模块12的连接侧14，反之，第二电池模块12的连接侧14也分别面向沿电池横向Q相对置的第一电池模块10的连接侧14。换言之，第一电池模块10的连接侧14在电池横向Q上与第二电池模块12的连接侧14相对置。即，连接侧14垂直于电池横向Q定向并且面向电池中心。这些第一电池模块10的连接侧14伸展成(aufspannen)共同的平面，并且这些第二电池模块12的连接侧14伸展成相对于该平面平行的平面。
第一电池模块10和第二电池模块12分别配有控制单元20，这些控制单元20布置在各自所属的电池模块10或12的连接侧14的区域中。因此，沿电池横向Q在一个第一电池模块10和与之相对置的第二电池模块12之间布置有配属于这两个电池模块的两个控制单元20。
为沿电池纵向L彼此相邻的每两个第一电池模块10和沿电池横向Q与之相对置的两个第二电池模块12设有共同的连接装置22。各连接装置22具有两个汇流排24和两个数据导体26，其中，连接装置22一件式地构造。为此，汇流排24和数据导体26配备有塑料外罩，该塑料外罩通过注塑方法制造。
借助于各连接装置22的两个汇流排24之一，相应的相邻的第一电池模块10的终端16彼此电连接。与这两个电池模块10相对置的两个第二电池模块12的终端16借助于该连接装置22的两个汇流排24中的另一个彼此电连接。在此，这两个第一电池模块10彼此串联连接。此外，这两个第二电池模块12串联地电连接。
汇流排24分别借助于螺栓元件28固定在相应的终端16上。
此外，借助于该连接装置22的两个数据导体26之一，配属于相应的第一电池模块10的两个控制单元20在数据传输技术上彼此连接，并且借助于该连接装置22的两个数据导体26中的另一个，配属于两个第二电池模块12的两个控制单元20在数据传输技术上彼此连接。
为了看得更清楚，在图1中沿电池纵向L位于前面(在图平面中在底下示出)的控制单元20透明地示出并且沿该方向位于前面的连接装置22未示出。
在图2中在放大的局部的立体视图中示出电池模块10和12及其控制单元20的连接。在此为了清楚起见未示出第二电池模块12。
如还尤其在图2中可以看到的那样，控制单元20具有用于相应的电池模块10或12的插头容纳件18的插头32，该插头刚性地布置在控制单元的壳体30上。插头32和插头容纳件18在装配状态下构成插塞连接装置。在此，控制单元20贴靠在相应的电池模块10或12的各自的连接侧14上并且通过螺纹连接固定。
在图3中示出了控制单元20在连接装置22之间的布置。沿电池纵向L最后面的控制单元20在此借助于连接装置22'在数据传输技术上彼此连接，其中，该数据导体26具有U形形状，并且其中，该连接装置22'仅具有唯一的汇流排。
根据牵引用电池4的未进一步示出的变型，借助于一个连接装置22，仅两个相邻的第一电池模块10电气地并且对应的控制单元20在数据传输技术上彼此连接，或者替代地仅两个相邻的第二电池模块12电气地并且对应的控制单元20在数据传输技术上彼此连接。
在图4a中相对详细地示出了连接装置22中的一个。连接装置22在位于汇流排24的用于终端16的接线端子33之间的区域中具有弓形区段。该区段沿相对于电池横向Q和电池纵向L垂直的电池竖向Z(向上)拱曲。以这种方式，连接装置22能至少轻微地沿电池纵向L压缩(stauchbar)或伸展。
此外，连接装置22在其数据导体26之间具有孔状的留空部34，加固拱顶36导引穿过该留空部34。电池壳体底部38可以借助于该加固拱顶与未进一步示出的电池壳体盖连接，参见图1。总之，留空部34布置在连接配属于第一电池模块10的控制单元20的那个数据导体26和连接配属于第二电池模块12的控制单元20的那个数据导体26之间。
连接装置22在其汇流排24的区域中具有圆形的并且相对于汇流排24的塑料外罩竖起的用于自动化的夹持机器人的夹持轮廓40。除夹持轮廓40外，连接装置还在每个汇流排24的区域中具有接板形式的定位轮廓42，定位轮廓42用于借助(未示出的)夹持机器人将连接装置22定向。
图4b示出连接装置22的备选的设计方案。在此，汇流排24和数据导体26之间的弹性区域44用阴影线示出。该区域44由弹性体构成，其中，用于汇流排24和数据导体26的塑料外罩的区域由热固性塑料或热塑性塑料构成。以此方式，用于汇流排24和数据导体26的塑料外罩的区域机械地隔离。
如在图5a和图5b中可以看到的，控制单元20之间的数据传输光学地进行。为此，数据导体26设计为光波导。控制单元20在其相对于电池纵向L垂直定向的端侧46上分别具有接口48，该接口48具有设计为LED(发光二极管)的光源50、光传感器52和电路板54。
在图5a中在放大的局部图中示出接口48的第一变型。在此，接口48、因此光源50、光传感器52和电路板54在周侧由相对于壳体30竖起的突伸部56包围以便被保护免受损坏。
根据图5b的备选的设计方案，突伸部56沿电池纵向L突出超过接口48并且相对于端侧46竖起。在此，突伸部56设计为两件式并且具有两个壁段，这两个壁段相对于电池竖向Z倾斜。在此，两个壁段构成V形。此外，突伸部56的壁段沿电池横向Q置于设计为光波导的数据导体26的自由端部的两侧。换言之，数据导体26在自由端部侧突伸到突伸部56的壁段之间。在此，数据导体26的自由端部与接口48间隔地布置。
本发明不局限于上述实施例。而是本领域技术人员可以从中推导出本发明的其它变型，只要不脱离本发明的技术方案即可。尤其地，所有关于实施例描述的单个特征也可以以不同的方式相互组合，只要不脱离本发明的技术方案即可。
附图标记列表
2 机动车
4 牵引用电池
6 电池接线端子
7 耗电器
8 电池壳体
10 第一电池元件/电池模块
12 第二电池元件/电池模块
14 连接侧
16 终端
18 插头容纳件
20 控制单元
22、22' 连接装置
24 汇流排
26 数据导体
28 螺栓元件
30 壳体
32 插头
33 接线端子
34 留空部
36 加固拱顶
38 电池壳体底部
40 夹持轮廓
42 定位轮廓
44 弹性区域
46 端侧
48 接口
50 光源
52 光传感器
54 电路板
56 突伸部
L 排列方向/电池纵向
Q 电池横向
Z 电池竖向

Claims (10)

1.一种用于电驱动的机动车(2)的牵引用电池(4)，具有：
-至少两个第一电池元件(10)，这些第一电池元件(10)沿排列方向(L)彼此顺序排列地布置，其中，每个第一电池元件(10)具有连接侧(14)，该连接侧(14)具有布置在连接侧(14)上的两个终端(16)，并且其中，每个第一电池元件(10)配有控制单元(20)，该控制单元(20)布置在所属的第一电池元件(10)的连接侧(14)的区域中；和
-用于每两个相邻的第一电池元件(10)的一件式构造的连接装置(22)，其中，每个连接装置(22)具有汇流排(24)和数据导体(26)，所述汇流排(24)将相邻的第一电池元件(10)的各一个终端(16)彼此电连接，所述数据导体(26)将配属于相邻的第一电池元件(10)的控制单元(20)在数据传输技术上彼此连接。
2.根据权利要求1所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个连接装置(22)具有在其汇流排(24)和其数据导体(26)之间的弹性区域(44)。
3.根据权利要求1或2所述的牵引用电池(4)，其特征在于，所述汇流排(24)在其用于终端(16)的接线端子(33)之间具有弓形区段。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的牵引用电池(4)，其特征在于，至少两个第二电池元件(12)，所述第二电池元件沿排列方向(L)彼此顺序排列地布置，
-其中，每个第二电池元件(12)具有连接侧(14)，该连接侧(14)具有布置在连接侧(14)上的两个终端(16)，
-其中，第二电池元件(12)的连接侧(14)与第一电池元件(10)的连接侧相对置，
-其中，每个第二电池元件(12)配有布置在其连接侧(14)的区域中的控制单元(20)，并且
-其中，两个相邻的第二电池元件(12)电气地并且配属于这两个相邻的第二电池元件(12)的控制单元(20)在数据传输技术上借助于配属于与这两个相邻的第二电池元件(12)相对置的第一电池元件(10)的连接装置(22)的另外的汇流排(24)或另外的数据导体(26)彼此连接。
5.根据权利要求4所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个连接装置(22)具有在其数据导体(26)之间的孔状的留空部(34)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个连接装置(22)具有夹持轮廓(40)和/或定位轮廓(42)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个控制单元(20)设置用于光学的数据传输，其中，每个数据导体(26)设计为光波导。
8.根据权利要求7所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个控制单元(20)在其垂直于所述排列方向(L)定向的端侧(46)上分别具有用于光学的数据传输的接口(48)，其中，在控制单元(20)的壳体(30)上布置有突出超过相应的接口(48)并且相对于端侧(46)竖起的突伸部(56)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的牵引用电池(4)，其特征在于，每个控制单元(20)具有刚性地布置在其壳体(30)上的插头(32)，该插头(32)用于与相应的电池模块(10、12)的布置在连接侧(14)上的插头容纳件(18)的插塞连接。
10.一种电驱动的机动车(2)，具有根据权利要求1至9中任一项所述的牵引用电池(4)。
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