CN112567570A - 蓄电池单元、蓄电池单元的电池块的电连接方法和将蓄电池单元的电池块的电连接断开的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于车辆的蓄电池单元(1)，包括多个电池块(2)，每个电池块包括多个相互电连接的单电池(3)。根据本发明，设有一个或多个触点通断件(4)，其中，所述一个或多个触点通断件(4)具有一个或多个触点部(10)并且在所述一个或多个触点部(10)之外以电绝缘方式来构成，其中，通过使所述一个触点通断件(4)依次运动到不同的接触位置或者通过使所述多个触点通断件(4)依次运动到其相应接触位置，借助于触点部(10)使电池块(2)首先相互电连接且最终与电连接触点(5)电触通。本发明还涉及一种用于将蓄电池单元(1)的电池块(2)电连接的方法和一种用于将蓄电池单元(1)的电池块(2)的电连接断开的方法。

Description

蓄电池单元、蓄电池单元的电池块的电连接方法和将蓄电池 单元的电池块的电连接断开的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分特征的蓄电池单元、一种蓄电池单元的电池块的电连接方法和一种将蓄电池单元的电池块的电连接断开的方法。
背景技术
如DE 10 2011 101 352 A1所述，从现有技术中知道了HV蓄电池，尤其是车辆用牵引蓄电池。HV蓄电池包括多个电池模块，其分别包括多个电池。每个电池模块配属有用于电池监测和/或电池平衡的控制装置。控制装置被连接至蓄电池管理控制器以用于通信或控制和/或调整等目的。HV蓄电池具有模块式结构，因为电池模块被设计成以可分离的方式来固定或可固定在电路板上的插接模块。
在DE 10 2008 034 876 A1中描述了一种蓄电池和一种蓄电池制造方法，其中，所述蓄电池具有安置在蓄电池壳体内的、用于给蓄电池调温的导热板。借助于电池连接板而以并联和/或串联方式导电相连的多个单电池与导热板导热相连。设有至少一个弹簧件，借此可以按规定将单电池压紧到导热板。在电池连接板或者在导热板上设置有一个或多个预紧件，用于预紧并固定弹簧件。
由DE 10 2013 020 942 A1公开了一种用于维护、维修和/或优化蓄电池的方法。该蓄电池包括：作为部件的多个相互串联和/或并联的、具有电极触点的单电池，这些单电池为了电连接而直接或借助于电池连接器在形成重叠区的情况下以形状配合和/或材料接合的方式相互连接；和/或具有多个连接件的蓄电池监测单元，这些连接件以形状配合和/或材料接合的方式在形成另一个重叠区的情况下连接至电极触点和/或电池连接器。为了更换部件，待更换部件与至少一个无需更换的部件之间的形状配合连接和/或材料接合连接直接在重叠区旁被分开，并且备用部件借助于其电极触点或其连接件而在分别形成新的相应重叠区的情况下以形状配合和/或材料接合的方式与所述至少一个无需更换的部件的重叠区连接。
发明内容
本发明的基于以下目的，即，指明一种相比于现有技术改进的蓄电池单元、一种相比于现有技术改进的用于蓄电池单元的电池块的电连接方法和一种相比于现有技术改进的用于将蓄电池单元的电池块的电连接断开的方法。
根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1的特征的蓄电池单元、一种用于具有权利要求9的特征的蓄电池单元的电池块的电连接方法和一种根据权利要求10的特征的用于将蓄电池单元的电池块的电连接断开的方法。
本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。
一种尤其用于车辆的蓄电池单元包括多个电池块，每个电池块包括多个尤其相互以串联和/或并联方式电连接的单电池。
根据本发明，设置一个或多个触点通断件，其中，所述一个或多个触点通断件具有一个或多个触点部并且在所述一个或多个触点部之外以电绝缘方式来构成，其中，通过使所述一个触点通断件依次运动到不同的接触位置或者通过使所述多个触点通断件依次运动到其相应的接触位置，借助于触点部使电池块首先相互电连接、尤其串联且最终与电连接触点电触通。为实现这一点，所述一个触点通断件或多个触点通断件和包括这些电池块的电池块组合体被相应设计。尤其是，这个或这些触点通断件相应地关于几何形状而言被编码。所述一个或多个触点通断件有利地留在蓄电池单元中，即所述一个或多个触点通断件虽然在蓄电池单元内进行运动，尤其通过逐步移入来达成导电触通和通过逐步拔出来断开导电触通，但有利地未完全从蓄电池单元中被取出，从而所述一个或多个触点通断件不会丢失和/或错误定位。
通过根据本发明的解决方案，可以避免在高的蓄电池电压情况下在蓄电池单元上作业，其中，一旦所有电池块相互电连接且与电连接触点连接，该蓄电池单元优选形成高压蓄电池且因此例如可被用作车辆的牵引蓄电池。通过本发明的解决方案，该蓄电池单元可以在机械上完全组装，而电池块没有相互电连接。由此，在相应电池块上的最高电压优选低于临界限值例如60伏，从而在蓄电池单元上工作时的安全性被显著提高，为此不需要特殊的在高电压条件下工作所需要的安全措施。只有当借助所述一个或多个触点通断件将这些电池块相互电连接并连接至电连接触点时，由此才有相应高电压加载于电连接触点。
在一个可能实施方式中，通过使所述一个触点通断件依次运动到不同的接触位置或者通过使所述多个触点通断件依次运动到其相应的接触位置，电池块在多个步骤中逐步相互电连接、尤其串联，其中，在最后一个步骤中，所有的电池块在与电连接触点电触通之前都相互电连接。为实现这一点，所述一个或多个触点通断件和包括这些电池块的电池块组合体被相应设计。尤其是，所述一个或多个触点通断件在几何形状上被相应编码。通过这种方式，首先分阶段进行电池块的电连接、尤其是串联，由此进行电池块的多个串联电路的升压接通，由此串联电路的电压被逐步提高，直到在电连接触点与电池块导电触通之后最终在电连接触点上加载现已连接完毕的蓄电池的高电压，这种高电压例如是驱动车辆所需要的。
尤其在故障、维修或维护情况下，通过使所述至少一个触点通断件从其接触位置或使这些触点通断件从其相应接触位置相应返回运动，电池块的电连接能够以简单方式又被断开，由此又建立低于临界限值(例如60伏直流电压)的电池块电压分量，由此尤其在无需高电压技术手段的情况下允许操作和工作。
因为此外在该解决方案中没有事先在电池块组合体的机械构造期间建立电池块的电连接，而是最终才建立这种电连接，故在制造期间不会出现未被识别的、导致需要完全拆开的连接错误。因为电池块的电连接是制造可供使用的蓄电池的最终步骤，故可以简单解决可能出现的接触错误，例如通过更换有缺陷的触点通断件。在现有技术中，电池块的电连接例如是在蓄电池的机械构造期间通过焊接来进行的，从而通过拆解蓄电池且尤其是通过使焊接部分离来修复在此情况下出现的接触错误必然比本发明的解决方案复杂许多。
有利地，所述一个或多个触点通断件能够从外部、尤其从蓄电池壳体之外或至少从以机械方式相连的电池块之外、尤其是从电池块组合体之外被移动。
由此确保了，从外部不能触摸在电池块处要借助触点部来触通的触点，因而电触点不会对外造成危险。最早也要当电池块之间的电连接被断开时，才可以够到和触摸电池块的触点。这个触点通断件或这些触点通断件还有利地通过相应的触点部的布置和电绝缘处的布置被构造成，也只有当触点部不再与电池块电连接以便也由此避免对外进一步传导高电压之时，才能够够到且因此触摸相应的触点部。
例如，所述一个触点通断件或所述多个触点通断件中的至少一个被设计成杆状，其中，在有多个触点部的情况下，这些触点部在杆状的触点通断件的纵向伸展范围内相继布置，或者，所述一个触点通断件或所述多个触点通断件中的至少一个被设计成梳状，其中，多个触点部呈梳齿状并排布置在梳主体处。相应的设计尤其取决于电池块的布置及电池块的要与相应触点通断件触通的电触点。
在有多个触点通断件的情况下，这些触点通断件例如分别具有独特的构型，所述构型分别设计成与用于相应触点通断件的专属凹部相对应。由此防止了错误操作，并且通过很简单的方式保证电池块相互正确电连接且最终正确电连接至连接触点。替代地或附加地，这还可以在有多个触点通断件的情况下通过如下方式来辅助，即，触点通断件通过配色和/或长度来彼此区分。
在有多个并排布置的对称的电池块段的情况下，有利地设置有用于这些电池块段的对称的触点通断件。由此能够实现电池块段的电池块对称的电连接以及电池块段相互间的和与电连接触点的最终电连接。因此，所述电池块段在其电池块的逐步电连接的每个阶段中都分别具有相同电压。另外，通过所述对称性简化了触点通断件的正确操作，因为存在触点通断件的多个相同的插接方案和进而更少的不同插接方案，否则不同的插接方案会使触点通断件的操作且尤其是运动顺序变得复杂。
例如，对称的触点通断件可以通过一个共同的操作件来相互连接。由此，这些触点通断件可以共同运动，由此降低对此的时间成本。替代地或附加地例如可以规定，至少其中一个梳状触点通断件是对称构成的，即，具有针对多个对称的电池块段而设置的梳齿。由此，尤其是降低用于电池块段电连接的时间成本。
在一种根据本发明的用于将蓄电池单元的电池块电连接的方法中，使所述一个触点通断件依次运动到不同的接触位置或者使所述多个触点通断件依次运动到其相应的接触位置，由此借助于触点部使电池块首先相互电连接并最终与电连接触点电触通。通过将电池块相互电连接并将电池块与电连接触点电触通，所述方法使得能够以简单可靠的方式由蓄电池单元形成可供使用的蓄电池、尤其是高压蓄电池。
在一种根据本发明的用于将蓄电池单元的电池块的电连接断开的方法中，使所述一个触点通断件依次从不同的接触位置离开或者使所述多个触点通断件依次从其相应的接触位置离开，由此首先将电池块与电连接触点之间的电触通断开，随后将电池块之间的电连接断开。所述方法以简单可靠的方式允许在低电压情况下对电池块进行维护和/或修理工作，由此尤其不需要针对高电压工作的安全预防措施。
附图说明
下面结合附图来详述本发明的实施例，其中：
图1示意性示出蓄电池单元的透视图，
图2示意性示出图1的蓄电池单元的触点通断件，
图3以侧视图示意性示出图1的蓄电池单元，其中，所有的触点通断件均未处于其相应接触位置，
图4以侧视图示意性示出图1的蓄电池单元，其中，第一触点通断件处于其相应接触位置，
图5以侧视图示意性示出图1的蓄电池单元，其中，第一和第二触点通断件处于其相应接触位置，
图6以侧视图示意性示出图1的蓄电池单元，其中，所有的触点通断件均处于其相应接触位置。
彼此对应的零部件在所有的图中带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1和图3-6示出了尤其用于车辆的蓄电池单元1。蓄电池单元1包括多个电池块2，每个电池块包括多个以串联和/或并联方式导电相连的电化学单电池3。图2示出了多个触点通断件4，借此首先将这些电池块2相互电串联，随后将其与电连接触点5电触通。由此可以由蓄电池单元1形成用于车辆的蓄电池、尤其是高压蓄电池，它尤其可被用作车辆用牵引蓄电池，即，可给至少一个用于驱动车辆的驱动电机供应电能。
借助蓄电池单元1允许：只在最终、即尤其是只有当电池块2以机械方式连接成一个电池块组合体之后，才将各个电池块2相互电串联。各个电池块2的电串联是借助于尤其是可插接的触点通断件4来进行的。因为电池块2尚未相互电串联，故蓄电池单元1事先尚未形成高压蓄电池，因此因电压较低而在处理蓄电池单元1的过程中得到更高的安全性，并且不必采取高电压工作所需的严格的安全预防措施。
在在此所示的例子中，蓄电池单元1是对称构成的并且包括两个并排布置的各自具有多个电池块2的电池块段6。图1示出了蓄电池单元1的一端侧。电池块2已经机械连接，即，它们以机械方式构成一个电池块组合体，但仍是尚未相互电连接的电池块2。机械连接在所示例子中是借助拉杆12来进行的。
各电池块2的单电池3借助连接件7相互电连接。至少在蓄电池单元1的所述端侧，连接件7在所示例子中被夹入塑料件8中，塑料件覆盖相应电池块段6的端侧。在图1中，为了说明这种结构，在右侧的电池块段6设置有塑料件8，而其在左侧的电池块段6未被示出。
电池块段6端侧的塑料件8在其底面具有定位销9，定位销形成例如在未示出的蓄电池壳体内的用于蓄电池单元1的固定支承。从外界仅可接近蓄电池单元1的电连接触点5，它们用于将成品蓄电池与车辆车载电网电触通。如以下还将详述地，作为最后一步，电连接触点5借助于触点通断件4而与电池块2电触通，从而只有当蓄电池制造完成时，电流才加载于电连接触点5。在在此所示的例子中，这些电连接触点5被设计成包含其它电子元件如接触器或保险件的所谓配电箱的汇流排，其被预装在蓄电池壳体内。
为了制成蓄电池且尤其是高压蓄电池，电池块2的电触点通过单独的可插接的触点通断件4被电串联，由此通过电池块2的电串联来提高电压。
为了分别将电池块2相应电串联，采用专属的触点通断件4，其有利地被如下编码，即，其只能被用于特定的电池块连接。只有用最后被适配的触点通断件4(这在此处根据图2所示的例子中是中间的触点通断件4)，才将所有单电池3、即所有现在已经相互电串联的电池块2连接至电连接触点5。由此可以实现如下安全设计：在故障、维修和维护场合下可通过简单方式又降低电压，这是因为可以通过拔出触点通断件4又断开电串联并且建立电池块2的电压分量。这种电压分量于是低于临界限值、例如60伏直流电压，并且允许在无需高压技术手段的情况下对蓄电池单元1进行操作和工作。
因此在蓄电池单元1中设置若干触点通断件4，每个触点通断件具有一个或多个触点部10并且在这个或这些触点部10之外以电绝缘方式来构成，尤其由塑料构成。尤其是，它们具有电绝缘的操作件11，即用于操作相应触点通断件4的可无危险触摸的把手件。通过使触点通断件4依次运动到其相应接触位置，借助于触点部10，电池块2首先相互电连接，最终与电连接触点5电触通。
触点通断件4向相应接触位置的运动且尤其是插入以及同样地触点通断件4从相应接触位置的反向运动尤其是拔出都是有利地从外部来进行的，尤其从蓄电池单元1之外、例如从蓄电池壳体之外或至少从已经以机械方式相连的电池块2构成的电池块组合体之外。尤其是，此时触点通断件4的触点部10和电池块2的电触点无法从外部触摸，因此导电触点不会对外造成危险。
最早也要当触点通断件4的触点部10不再与电池块2导电触通且因此无电压之时，才可从外部触摸触点部。为了保证这一点，相应的触点通断件4在这个或这些触点部10之外是以不导电的方式、即以电绝缘方式来构成的，例如如上所述地由塑料构成。最早也要当电池块2的电串联被断开以致在这些触点处施加有低得多的电压、例如仅施加相应电池块2的以串联和/或并联方式导电相连的单电池3的电压之时，电池块2的电触点可被触摸。
如图2所示，例如可以如此设计相应触点通断件4，即，它具有仅一个触点部10，其仅将两个电池块2导电相连，如同以两个靠外的触点通断件4为例所示出的那样，或者它具有多个触点部10，如同以两个靠内的触点通断件4为例所示出的那样。例如相应的触点通断件4设计为杆状，其中，在有多个触点部10的情况下，它们在杆状触点通断件4的纵向伸展范围内相继布置，或者它呈梳状构成，其中，多个触点部10呈梳齿状并排布置在梳主体处，就像以中间的触点通断件4为例所示出的那样。梳主体此时有利地也构成触点通断件4的操作件11，借此可无危险地抓握和操作。
电池块2的导电串联例如可以通过按照线性顺序插入触点通断件4来进行，即，在相应电池块段6的一端开始，接着将电池块2一个接一个地电连接。此时例如可以规定，触点通断件4具有仅一个触点部10，其依次将电池块段6的电池块2相互电串联，即，为形成串联电路，其它电池块2被附接至已经通过触点部10相互电连接的电池块2，做法是使触点部10与其它电池块2的电触点实现触通。
另一可能性是将不同的并排布置的电池块段6的电池块2以对称方式触通。为此，杆状的或梳状的触点通断件4具有多个触点部10，从而在触点通断件4运动时同时可以实现多个电池块段6的电池块2的多处电连接，例如在一个电池块段6内的两个电池块2借助于触点通断件4的其中一个触点部10实现电串联，并且在与之对称的相邻电池块段6内的两个电池块2借助于触点通断件4的另一个触点部10实现电串联。
或者，在蓄电池单元1的这种对称结构情况下，各个触点通断件4能够以对称方式运动、尤其是插接，即以相同的方式向各个对称的电池块段6中运动。
触点通断件4有利地被如此编码，即，一个触点通断件4仅匹配于一个特定连接并且尤其因为其形状而只可以被插入对应成形的凹部。例如，每个触点通断件4具有相应的独特构型，其设计成与用于相应触点通断件4的专属凹部相对应。由此禁止了错误操作。此外，为此在外观上也还可以通过触点通断件4的不同的颜色和/或长度来突显。
在图2中，靠外的触点通断件4虽然是对称构成的，但设计成单独的杆。或者，这些杆可以彼此相连，尤其是呈U形，例如通过作为把手件构成的操作件11，从而借助一次单独运动可以建立在两个电池块段6内的电池块2的电连接，就像在中间的触点通断件4中示出的那样。
除了以上已述的基于在电池块2未借助触点通断件4实现电串联时降低的电压所实现的安全方面，通过所述的解决方案还实现简化的安装并减少错误，这是因为无需早在电池块组合体的机械构建期间就建立电池块2之间的电连接、然后在蓄电池制成之后发现电连接可能出错，而是在最终、作为用于制成蓄电池的最后一步或最后几个步骤之一来安全地产生电连接。
所述解决方案的一个重要方面是，作为最后一步来进行电池块2与电连接触点5的电触通。由此在此步之前都确保了连接触点5无电压。反过来，即在断开电连接时，作为第一步来断开电池块2与电连接触点5的导电触通，从而首先保证了连接触点5处无电压。
根据设计的不同，也可以在在此未示出的实施例中规定，只采用唯一的触点通断件4，其具备多个触点部10，在这里，它们如此布置，即，插接顺序被所述一个触点通断件4的插入深度取代。即，通过逐步移入到电池块组合体中且因此到达不同的接触位置使越来越多的电池块2被相互电串联，并且通过最大程度地移入至最后一个接触位置于是使相互电串联的电池块2与电连接触点5电连接。在此情况下，第一触点部10优选如此大，即，它在移入且到达第一接触位置时建立电池块2之间的第一触通，并且在触点通断件4进一步移入时、即运动到其它接触位置时也维持第一触通。随后，将其它电池块2之间的其它连续触点导电触通，最终在达到最后的接触位置时，通至蓄电池接线端的连接触点5被导电触通。由此完全排除有误的操作。
在在此所示的例子中，从如图3所示的尚未电串联的电池块2起，首先借助两个靠内的触点通断件4使相应电池块段6的上电池块2相互串联地电连接，并且将相应电池块段6的下电池块2相互串联地电连接，如图4所示，其中，这在这两个电池块段6的情况下以对称方式来进行。接着如图5所示，借助靠外的触点通断件4将相应电池块段6的所有电池块2相互电串联，其中，这也在这两个电池块段6的情况下以对称方式来进行。最后，借助中间的触点通断件4将这两个电池块段6的电池块2相互电串联并且与连接触点5电触通，如图6所示。
因此在用于蓄电池单元1的电池块2的电连接方法中，所述一个触点通断件4依次运动到各不同的接触位置，或者就像在此所示的例子中那样，多个触点通断件4依次运动到其相应接触位置，由此电池块2借助触点部10首先相互电连接，并最终与电连接触点5电触通。
以相反的方式，即在用于将蓄电池单元1的电池块2的电连接断开的方法中，所述一个触点通断件4依次从各不同的接触位置被移出，或者就像在在此所示的例子中那样，多个触点通断件4依次从其相应接触位置被移出，由此，首先断开电池块2与电连接触点5的电触通，随后断开电池块2之间的电连接。
附图标记列表
1 蓄电池单元；
2 电池块；
3 单电池；
4 触点通断件；
5 连接触点；
6 电池块段；
7 连接件；
8 塑料件；
9 定位销；
10 触点部；
11 操作件；
12 拉杆

Claims (10)

1.一种尤其用于车辆的蓄电池单元(1)，包括多个电池块(2)，每个电池块包括多个相互电连接的单电池(3)，其特征是，设有一个或多个触点通断件(4)，其中，所述一个或多个触点通断件(4)具有一个或多个触点部(10)并且在所述一个或多个触点部(10)之外以电绝缘方式来构成，其中，通过使所述一个触点通断件(4)依次运动到不同的接触位置或者通过使所述多个触点通断件(4)依次运动到其相应的接触位置，借助于触点部(10)使电池块(2)首先相互电连接且最终与电连接触点(5)电触通。
2.根据权利要求1所述的蓄电池单元(1)，其特征是，通过使所述一个触点通断件(4)依次运动到不同的接触位置或者通过使所述多个触点通断件(4)依次运动到其相应的接触位置，电池块(2)在多个步骤中逐步相互电连接，其中，在最后一个步骤中，所有电池块(2)在与电连接触点(5)电触通之前都相互电连接。
3.根据前述权利要求之一所述的蓄电池单元(1)，其特征是，所述一个或多个触点通断件(4)能够从外部、尤其从蓄电池壳体之外或至少从以机械方式相连的电池块(2)之外被移动。
4.根据前述权利要求之一所述的蓄电池单元(1)，其特征是，所述一个触点通断件(4)或所述多个触点通断件(4)中的至少一个被设计成杆状，其中，在有多个触点部(10)的情况下，这些触点部在杆状的触点通断件(4)的纵向伸展范围内相继布置，或者，所述一个触点通断件(4)或所述多个触点通断件(4)中的至少一个被设计成梳状，其中，多个触点部(10)呈梳齿状并排布置在梳主体处。
5.根据前述权利要求之一所述的蓄电池单元(1)，其特征是，在有多个触点通断件(4)情况下，这些触点通断件(4)分别具有与用于相应触点通断件(4)的专属凹部相对应地设计的独特构型。
6.根据前述权利要求之一所述的蓄电池单元(1)，其特征是，在有多个触点通断件(4)的情况下，这些触点通断件(4)通过配色和/或长度来彼此区分。
7.根据前述权利要求之一所述的蓄电池单元(1)，其特征是，在有多个并排布置的对称的电池块段(6)的情况下，设有用于这些电池块段(6)的对称的触点通断件(4)。
8.根据权利要求7所述的蓄电池单元(1)，其特征是，所述对称的触点通断件(4)通过一个共同的操作件(11)相互连接。
9.一种用于将根据权利要求1至8之一所述的蓄电池单元(1)的电池块(2)电连接的方法，其中，使所述一个触点通断件(4)依次运动到不同的接触位置或者使所述多个触点通断件(4)依次运动到其相应的接触位置，由此借助于触点部(10)使电池块(2)首先相互电连接并最终与电连接触点(5)电触通。
10.一种用于将根据权利要求1至8之一所述的蓄电池单元(1)的电池块(2)的电连接断开的方法，其中，使所述一个触点通断件(4)依次从不同的接触位置离开或者使所述多个触点通断件(4)依次从其相应的接触位置离开，由此首先将电池块(2)与电连接触点(5)的电触通断开，随后将电池块(2)之间的电连接断开。
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