CN114667641A - 用于电池组的母线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池组(20)的母线(10)，用于将所述电池组(20)的多个单体电池(21)进行电连接，所述母线包括至少两个导体层(Lu，Lo)，其中一层叠置在另一层上面。除了特定的接触点(P1，P2)，所述两个导体层(Lu，Lo)相互之间电绝缘。底导体层(Lu)在第一端包括连接电源的主端子(T)。顶导体层(Lo)通过至少第一接触点(P1)和第二接触点(P2)与所述底导体层(Lu)电连接。所述主端子(T)和所述第一接触点(P1)之间的第一电流路径上的阻抗与所述主端子(T)和所述第二接触点(P2)之间的第二电流路径上的阻抗相等。

Description

用于电池组的母线
技术领域
本发明涉及一种的用于电池组的母线，以用于将电池组的多个单体电池进行电连接；并且涉及具有多个单体电池以及用于电连接所述多个单体电池的母线的电池组。
背景技术
一般的电池具体作为给建筑物供电的能量存储。该电池包括多个单体电池，优选地以并联和/或串联方式连接。为了实现多个单体电池的均匀应变(充放电)，必须保证整个电池组，即所有单体电池的电流分布是对称的或均匀的。此外，重要的是保持功耗尽可能低。本发明所要解决的问题包括在电池组的单体电池上实现尽可能均匀的电流分布。
例如，在德国专利申请DE 10 2013 213 540 A1中，描述了一种用于电池的电池连接器，该电池连接器包括至少两个导电箔层，其中一个叠在另一个上面。该电池连接器包括一个减压轴，以避免电池组的单体电池之间的机械应力。
美国专利申请US 2019/304 621 A1披露了一种由多层金属片制成的母线。
德国专利申请DE 10 2016 116 581 A1公开了一种用于电池的用于连接单体电池的连接板。所述连接板是由非导电基板制成的，该非导电基板可以包含多层。
发明内容
根据本发明的第一个方面，该目的通过根据权利要求1所述的母线来实现。根据本发明的第二个方面，该目的通过根据权利要求10所述的电池组解决。本发明的其他方面是从属权利要求、附图和下面的实施例的描述的主题。
根据本发明的一个方面，用于电连接电池组的多个单体电池的用于电池组的母线包括至少两个导体层，其中一层叠置在另一层之上。通过叠置导体层，可以实现易于制造的机械稳定结构。导体层特别具有矩形截面和细长的形状。这意味着，特别是导体层的长度是导体层宽度的几倍。此外，导体层的宽度是导体层厚度的几倍。
所述导体层可优选地通过薄金属片实现。例如，导体层的厚度可为1-3毫米。
除特定接触点外，导体层之间是电绝缘的。例如，绝缘可以通过涂层或通过非导电层来实现。
底导体层在第一端具有用于连接电源的主端子。例如，主端子可以是端子夹或具有孔，可以将电源线连接到其中。因此，底导体层用于连接电源，用于分别给单体电池充电或者从单体电池输出电流。
顶导体层通过至少第一接触点和第二接触点电连接到所述底导体层。顶导体层还特别用于连接单体电池。为此目的，所述顶导体层可分别连接到多个端子或单体电池连接器。
第一接触点设置于沿所述母线的纵向方向的第一个三分之一中。所述第二接触点设置于沿所述母线的纵向方向的第三个三分之一中。在母线的纵向方向上设置接触点有可能实现顶导体层在整个长度上的均匀电流分布。
从所述主端子到所述第一接触点的电流可以沿纵向方向流动，仅发生方向反转。也就是说，电流最初从主端子开始沿所述母线的纵轴正向流动，然后在靠近所述母线的所述底导体层中心的区域发生方向反转，从而在电流路径在所述顶导体层分支之前，所述母线的电流继续沿纵轴向负方向流动。
从所述主端子到所述第二接触点的电流可以沿纵向方向流动，不发生方向反转。然而，所述电流路径在所述顶导体层也分支。从主端子分别到第一接触点或第二接触点的所述电流路径的长度大致相等。
所述主端子和所第一接触点之间的第一电流路径的阻抗与所述主端子和所述第二接触点之间的第二电流路径的阻抗相等。因此，所述第一电流路径的电流也等于所述第二电流路径的电流，从而可以在所述顶导体层实现均匀的电流分布。
优选地，所述至少两导体层分别通过至少一个焊点在所述接触点上电性地相互连接。通过点焊，可重复地、简便地建立底导体层和顶导体层之间的电接触。然而，也可以使用其他的电接触方法。
在优选实施例中，所述母线仅包含两个导体层。只有两个导体层的母线具有一个优点，即必须相互接触的构件较少。此外，可以节省材料和减少重量。
所述第一接触点的至少一个焊点优选地设置在所述底导体层的半岛状切口上。所述半岛状切口分别将焊点或所述第一接触点与底导体层上的附近环境绝缘。因此，所述半岛状切口确保从主端子到第一接触点的第一电流路径跟从主端子到第二接触点的第二电流路径具有相等的阻抗。
所述半岛状切口优选地电连接于在所述底导体层上位于第一接触点与所述第二接触点之间的区域，特别是电连接于所述第一接触点与所述第二接触点之间的中心区域。此外，所述半岛状切口优选地沿所述母线的纵向方向延伸。这种设置导致从所述主端子到所述第一接触点的电流必须在纵轴的方向上进行方向的反转。
该母线包括在至少一个接触点跨过纵向方向的横向悬臂，从而局部扩大了该母线的宽度，并可另外用作制动装置。
另一种优选母线包括三个导体层。在具有三个导体层的结构中，可以在所述底导体层和所述中间导体层之间的过渡处提供第一Y形电流分支。可以在所述中间导体层和所述顶导体层之间的过渡处再设置两个Y形电流分支。每个Y形电流分支在所述接触点处产生。
所述顶导体层通过在所述第一接触点和所述第二接触点的焊点与所述中间导体层电连接。例如，电连接可以通过将导体层焊接在一起来实现。除此以外，各层之间是平面绝缘的。
所述底导体层通过在所述第三接触点的焊点与所述中间导体层电连接。所述第三接触点设置在所述第一接触点和所述第二接触点之间的中心。
优选地，该母线由金属片一体制成，并包括三个导体层。在所述母线的一体构造中，导体层之间的焊点可以省略。因此，所述母线的制造可以特别容易和经济有效。
通过在连接处折叠金属板，可以将三个导体层一层叠置在另一层上。所述接触点在折叠处作为连接件。
根据本发明的另一方面，具有多个单体电池的电池组包括至少一个母线。所述母线的所述顶导体层包括多个单体电池连接器，用于将多个单体电池电连接到所述母线。所述多个单体电池连接器沿所述母线的纵向方向等间距设置，使得当电源施加到所述母线的所述主端子时，每个单体电池可被供给相同的电流。
附图说明
以下基于附图描绘的实施例，详细描述了进一步的有利设置，但是本发明并不限于此。
示意图描述是：
图1：图1显示了本发明母线的第一实施例，其具有三个导体层(折叠或焊接)。
图2：图2显示了本发明母线的第二实施例，其具有两个导体层。
图3：图3显示了本发明母线的第三实施例，其具有两个导体层。
图4：图4显示了本发明的具有母线的示例性电池组的剖面图。
具体实施方式
在本发明的一个优选实施例的下列描述中，相同的标号表示相同或类似的部件。
图1显示了用于电池组20的母线10的第一实施例，该母线10用于电连接所述电池组20的多个单体电池21。母线10整体由金属片制成，并包括三个导体层Lu，Lm，Lo：底导体层Lu，中层导体层Lm和顶导体层Lo。
图1a显示了导体层的形状被切出来之后，但在将金属板在虚线标记的折叠点A1，A2，A3处折叠实现母线10的最终形状之前，金属板的状态。在底导体层Lu的另一个折叠点A4上，母线的主端子T可沿母线10的纵向方向呈矩形设置。
通过在三个折叠点A1，A2，A3处折叠金属板，三个导体层Lu，Lm，Lo一个叠置在另一个上面。折叠点A1，A2，A3位于各导体层Lu，Lm，Lo之间的连接处。母线10的最终状态如图1b的侧视图所示。连接处形成导体层Lu，Lm，Lo之间的接触点P1，P2，P3。
主端子T位于底导体层Lu的第一端，包括用于安装线路的两个孔B。从主端子T到第一接触点P1的第一电流路径I1在图1a中标记为点线箭头。从主端子T到第二个接触点P2的第二个电流路径I2在图1n中用虚线箭头表示。两个箭头的长度大致相等。换句话说，两个电流路径是一样长的。
根据标记的电流路径I1，I2，可以很好地识别，电流I1从主端子T流向第一接触点P1，在纵向方向上反转。在第三个接触点P3发生方向的改变。从主端子T到第二接触点P2的电流I2可以在不反向的情况下沿纵向方向流动。从在顶导体层Lo的两个接触点P1，P2，电流可以沿着顶导体层的长度传导。通过接触点的设置，可以在顶导体层Lo中实现均匀的电流分布。
如图1所示，第一接触点P1设置在沿母线10的纵向方向的第一个三分之一中。第二接触点P2设置在沿母线10的纵向方向的第三个三分之一中。
母线10的长度可以为例如30厘米。母线10的宽度可以是例如10到15毫米。导体层的厚度Lu，Lm，Lo约为例如1到2毫米。这些数值仅为示例规格，取决于提供给母线10的电池组的尺寸和结构。
除了在特定的接触点P1，P2，P3，三个导体层Lu，Lm，Lo是相互电绝缘的，例如，通过涂上绝缘涂料的金属片绝缘。
根据第一实施例的母线10可以在顶导体层Lo上实现均匀的电流分布，并且在这一过程中，通过折叠金属片由整体金属片制造特别容易且节省成本。可以将单体电池连接器接触于顶导体层Lo处，以连接电池组的单体电池，例如将单体电池连接器与顶导体层Lo焊接在一起。
根据第一实施例的母线10也可以可选地通过点焊制造，因此不需要折叠。这样的母线10由三个独立的导体层制成。顶导体层Lo通过在第一接触点P1和第二接触点P2的焊点与中间导体层Lm电连接以及机械连接。底导体层Lu通过在第三接触点P3的焊点与中间导体层Lm电连接以及机械连接。在这里，第三接触点P3设置在第一接触点P1和第二接触点P2之间的中心，因此从主端子T分别到第一接触点P1和第二接触点P2有两条等长的电流路径。成品的母线10在功能上与第一实施例的母线10相对应。焊点取代连接件建立了电气和机械连接。
图2显示了本发明的母线10的第二个例子，该母线具有两个导体层Lo和Lu。图2a显示了未连接的导体层Lo和Lu的俯视图。图2b显示了具有焊接的导体层Lo和Lu的成品母线10的侧视图。
顶导体层Lo通过第一接触点P1和第二接触点P2分别与具有焊点的底导体层Lu电连接。第一接触点P1的焊点设置在底导体层Lu的半岛状切口S1上。该切口S1例如可以用激光切割制成。通过把它切出来，所述半岛状切口S1与底导体层Lu中的附近环境电绝缘。所述半岛状切口S1电连接到在第一接触点P1和第二接触点P2之间的接近中心M的底导体层Lu的中心区域。如图2a中所示，所述半岛状切口S1沿所述母线10的纵向方向延伸。
所述半岛状切口S1导致，如第一个实施例中所示，从主端子T到第一个接触点P1的电流只能沿母线10的纵轴流动并逆转方向。相反，从主端子T到第二接触点P2的电流可以沿着纵向方向流动，而不会逆转方向。因此，与根据第一实施例的母线10一样，实现了主端子T和第一接触点P1之间的第一电流路径上的阻抗等于主端子T和第二接触点P2之间的第二电流路径上的阻抗。因此，根据第二实施例，可以在母线10的顶导体层Lo上提供均匀的电流分布。
在第一接触点P1处，母线10包括横跨纵向方向的横向悬臂K。因此，局部扩大了母线10的宽度。这个悬臂K一方面用于保持机械稳定性，另一方面，当在电池组20中安装母线10时，提供锚定。
该母线10的另一个实施例如图3所示。本实施例与图2所示实施例不同的是，母线10的顶导体层Lo通过P1a，P1b，P2a，P2b四个焊点连接到母线10的底导体层Lu。焊点分别成对设置，与标记中心M的间隔相等，每个焊点分别设置在各自的切口S1a，S1b，S2a，S2b上。切口S1a，S1b，S2a，S2b可以用例如激光切割形成。通过切口，将焊点P1a，P1b，P2a，P2b分别与导体层Lu上的环境绝缘。
在功能上，母线10的第三实施例实现了与第一和第二实施例相同的效果。从主端子T到四个接触点和四个焊点P1a，P1b，P2a，P2b的电流路径是相等的，这样可以实现导体顶层Lo上的电流均匀分布。
根据具有所述接触的实施例，所示母线10的层结构导致电流路径的分支，也就是在两个地方。在第二和第三实施例中，通过在底导体层Lu中的切口，特别是通过在底导体层Lu中的第一切口S1，实现了电流的第一Y形分支。在第一实施例中，在从底导体层Lu到中间导体层的过渡处实现了电流的Y形分支。
电流的第二Y形分支是在接触点P1，P2到顶导体层发生的。在第一实施例中，在从中间导体层Lm到顶导体层Lo的两个过渡处生成电流路径的第二分支。在第二和第三实施例中，焊接点P1，P2引起电流的第二Y形分支。所有实施例的共同之处在于，通过接触点P1，P2在顶导体层的位置，可以实现均匀的电流分布。
图4示出本发明的具有多个单体电池21的示例性电池组20的示意剖面图。图4的剖视图显示了一行16个单体电池21。多个单体电池21由多个单体电池载体支撑。为清楚起见，图4中仅对两个外单体电池载体23分别提供了标号23。
电池组20的每排包括两个本发明的用于电连接单体电池21的母线10。第一母线10用于连接所述多个单体电池21的正极，第二母线10用于连接所述多个单体电池21的负极。所述母线10安装在所述电池组20的支撑结构上。该安装没有在图4中明确地描绘出来。两个母线10的主端子T+和T-位于图的左侧。可将用于对多个单体电池21进行充电或放电的电源线分别连接到所述主端子T+和T-。
所述母线10的所述顶导体层Lo通过多个单体电池连接器22分别连接到所述电池组20的所述多个单个电池21的正极和负极。例如，所述单体电池连接器22可分别通过多个焊点24电连接到所述顶导体层Lo。为了清晰起见，在图4中，只有左上方单体电池连接器22的两个焊点提供了标号24。单体电池连接器22沿母线10的纵向方向以等间距设置。为了清晰起见，在图4中，每个母线10只有一个单体电池连接器22分别提供了标号22。
母线10可以通过主端子T分别连接到电流源，分别对多个单体电池21进行充放电。如上所述，在母线10的实施例中，在母线10的顶导体层Lo上提供均匀的电流分布，使得相同的电流通过每个单体电池连接器22流到各自的单体电池21。
当对电池组20进行充电时，充电电流I充电从第一主端子T+流过单体电池21流到第二主端子T-。如图4中箭头所示，充电电流I充电在接触点P1，P2，P3处进行分配。充电电流I充电在底导体层Lu和中间导体层Lm之间的接触点P3分支，在所述中间导体层Lm中，一半的充电电流I/2分别继续流向中间导体层Lm和顶导体层Lo之间的接触点P1，P2。在中间导体层Lm和顶导体层Lo之间的接触点P1，P2处，充电电流I充电再次分支，从而使1/4的充电电流I/4继续在顶导体层Lo中分别流向单体电池连接器22。然后，充电电流I/Zn(由在第一个单体电池连接器22的箭头表示)流过每个单体电池连接器22，其中Zn是每个母线10单体电池21的数量。因此，在所示的例子中，电流I/16分别流向每个单体电池21。
从多个单体电池21的负极，电流I/Zn(由在最后一个单体电池连接器22的箭头表示)分别流入第二母线10的顶导体层Lo。电流I/Zn在顶导体层Lo和中间导体层Lm之间的接触点P1和P2处流到一起，因此在中间导体层Lm中，一半的充电电流I/2分别流到中间导体层Lm和底导体层Lu之间的接触点P3。
对电流流动的描述只能从图示来理解，并且仅用于说明的目的。这里不考虑充电过程和导体的电阻造成的电流损耗，也不考虑其他损耗。
上述说明书、权利要求书和附图所揭示的特征，对实现本发明的不同构型，无论是单独的还是任意组合的，都可具有重要意义。

Claims (12)

1.一种用于电池组(20)的母线(10)，用于将所述电池组(20)的多个单体电池(21)进行电连接，其中，
所述母线(10)包括至少两个导体层(Lu，Lo)，其中一层叠置在另一层上面；
除了特定的接触点(P1，P2)，所述两个导体层(Lu，Lo)相互之间电绝缘；
底导体层(Lu)在第一端包括连接电源的主端子(T)；
顶导体层(Lo)通过至少第一接触点(P1)和第二接触点(P2)与所述底导体层(Lu)电连接；以及
所述主端子(T)和所述第一接触点(P1)之间的第一电流路径上的阻抗与所述主端子(T)和所述第二接触点(P2)之间的第二电流路径上的阻抗相等。
2.如权利要求1所述的母线(10)，其中：
所述第一接触点(P1)设置于沿所述母线(10)的纵向方向的第一个三分之一中；以及
所述第二接触点(P2)设置于沿所述母线(10)的纵向方向的第三个三分之一中。
3.如权利要求1或2所述的母线(10)，其中：
从所述主端子(T)到所述第一接触点(P1)的电流可沿所述纵向方向流动，仅发生方向反转；以及
从所述主端子(T)到所述第二接触点(P2)的电流可沿所述纵向方向流动，不发生方向反转。
4.如前述权利要求至少一项所述的母线(10)，其中所述一层叠置在另一层上面的至少两个导体层(Lu，Lo)分别通过至少一个焊点与所述接触点(P1，P2)电连接。
5.如前述权利要求至少一项所述的母线(10)，其中所述母线(10)仅包括两个导体层(Lu，Lo)。
6.如权利要求4所述的母线(10)，所述接触点(P1)的至少一个焊点设置在所述底导体层(Lu)的半岛状切口(S1)上。
7.如权利要求6所述的母线(10)，所述半岛状切口(S1)电连接到所述底导体层(Lu)的位于所述第一接触点(P1)和所述第二接触点(P2)之间的区域。
8.如权利要求6或7所述的母线(10)，所述半岛状切口(S1)沿所述母线(10)的纵向方向延伸。
9.如前述权利要求至少一项所述的母线(10)，所述母线(10)包括在至少一个所述接触点(P1，P2)横跨所述纵向方向的横向悬臂(K)，从而局部扩大所述母线(10)的宽度。
10.如权利要求1-3至少一项所述的母线(10)，其中：
所述母线(10)包括三个导体层(Lu，Lm，Lo)；
所述顶导体层(Lo)通过在所述第一接触点(P1)和第二接触点(P2)的焊点与中间导体层(Lm)电连接；
所述底导体层(Lu)通过在第三接触点(P3)的焊接与中间导体层(Lm)电连接；以及
所述第三接触点(P3)设置在所述第一接触点(P1)和所述第二接触点(P2)之间的中心。
11.如权利要求1-3至少一项所述的母线(10)，其中：
所述母线(10)由金属片一体制成，包括三个导体层(Lu，Lm，Lo)；
通过在连接处折叠所述金属板，所述三个导体层(Lu，Lm，Lo)一层叠置在另一层上；以及
所述接触点(P1，P2，P3)在所述折叠处作为连接件。
12.一种具有多个单体电池(21)的电池组(20)，其中：
所述电池组(20)包括如权利要求1-11至少一项所述的母线(10)；
所述母线(10)的所述顶导体层(Lo)包括多个电池连接器(22)，所述多个电池连接器(22)用于将所述多个单体电池与所述母线(10)电连接；以及
所述多个电池连接器(22)沿所述母线(10)的纵向方向以等间隔设置。
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