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Die
Erfindung betrifft eine Stromquelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
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Eine
solche Stromquelle ist aus der
US
5 866 276 bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird.
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Eine
Hochstromquelle, die hauptsächlich zum
Speisen eines Antriebsmotors für
Kraftfahrzeuge wie Hybridkraftfahrzeuge und Elektromobile verwendet
wird, erzielt eine hohe Ausgangsspannung durch Reihenschaltung von
vielen Batteriezellen. Das dient dem Zweck, die Antriebsmotorausgangsleistung
zu steigern. Eine Stromquelle, die für diesen Typ von Anwendungsfall
verwendet wird, enthält
eine große
Zahl von Batteriezellen, um die elektrische Ausgangsleistung zu
steigern. Zum Beispiel ist dieser Typ von Stromquelle in der japanischen
nicht geprüften
Patentveröffentlichung
JP 10-270006 A ,
die am 9. Oktober 1998 erschienen ist, zitiert. Die Stromquelle,
die in dieser Patentanmeldung offenbart ist, enthält eine
Vielzahl von Stromversorgungsmodulen, die in einem Gehäuse in Reihen
angeordnet sind, und jedes Stromversorgungsmodul hat eine Vielzahl von
Batterien, die zu einer Säule
aufgereiht sind. Das Gehäuse
hat kreisförmige
Durchgangslöcher
in beiden Endwänden
zum Einführen
von langen, schlanken Säulen
von Stromversorgungsmodulen. Weiter, Zwischenwände sind parallel zu den Endwänden vorgesehen,
um die Stromversorgungsmodule auf eine stabile Art und Weise festzuhalten,
und diese Zwischenwände
haben ebenfalls kreisförmige
Durchgangslöcher.
Die Stromversorgungsmodule werden durch die Löcher in beiden Endwänden und
durch die Löcher
in den Zwischenwänden
eingeführt,
um die Stromversorgungsmodule in dem Gehäuse in festen Positionen zu
halten.
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Nach
dem Einführen
der Stromversorgungsmodule in das Gehäuse werden beide Enden des Gehäuses mit
Endplatten verschlossen. Die Endplatten haben Durchgangsstäbe zum Verbinden
von Elektrodenklemmen, die an den Enden jedes Stromversorgungsmoduls
gebildet sind. Jeder Stromversorgungsmodul wird mittels Feststellschrauben
an den Endplatten an den Durchgangsstäben mechanisch befestigt und
mit denselben elektrisch verbunden.
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In
dieser Stromquelle sind nichtkreisförmige Muttern an dem positiven
Elektrodenende und an dem negativen Elektrodenende jedes Stromversorgungsmoduls
vorgesehen. Die Stromversorgungsmodule werden an den Durchgangsstäben von
beiden Endplatten befestigt, indem mit Gewinde versehene Feststellschrauben
durch die Löcher
hindurch, die in den Durchgangsstäben so vorgesehen sind, dass
sie mit den nichtkreisförmigen
Muttern an den Stromversorgungsmodulelektroden zusammenpassen, befestigt
werden.
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Der
Umriss der Mutter an der positiven Elektrode und der Umriss der
Mutter an der negativen Elektrode sind unterschiedlich geformt.
Die beiden Typen von Elektrodenmuttern sind so konfiguriert, dass
bei Ausrichtung von einer Mutter über der anderen die Form von
keiner der beiden Muttern erlaubt, die andere vollständig aufzunehmen.
Weiter, Haltenuten mit Formen, die den Umrissen der Elektrodenmuttern
entsprechen, sind in den Endplatten vorgesehen. Die Elektrodenmuttern
werden in diese Haltenuten eingeführt und durch diese festgehalten.
Die Haltenuten zum Einführen
und Festhalten der positiven Elektrodenmuttern sind anders geformt
als die Haltenuten zum Einführen
und Festhalten der negativen Elektrodenmuttern.
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Diese
Konfiguration erlaubt eine einfache Befestigung der Stromversorgungsmodule
an den Durchgangsstäben
mittels Feststellschrauben. Das Einführen und Festhalten der nichtkreisförmigen Muttern
in die bzw. den Haltenuten und die Befestigung mittels Feststellschrauben
verhindert eine Drehung der Stromversorgungsmodule während des
Befestigungsprozesses. Dadurch wird nicht nur der Stromversorgungsmodulbefestigungsprozess
vereinfacht, sondern es werden auch Verdrehungen zwischen Stromversorgungsmodulbatteriezellen
verhindert. Das Problem einer Stromversorgungsmodulfehleinführung ist
dadurch gelöst,
dass die positiven Elektrodenmuttern und deren entsprechende Haltenuten
anders geformt sind als die negativen Elektrodenmuttern und deren
entsprechende Haltenuten.
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Da
jedoch, wie es in 1 gezeigt
ist, die Haltenuten 124, die den Umrissformen der Elektrodenmuttern
entsprechen, in den Endplatten 103 gebildet sind, hat die
Stromquelle, die in der vorveröffentlichten
Druckschrift zitiert ist, den Nachteil von Endplatten 103 mit
komplizierten Formen. Außerdem muss
jeder Stromversorgungsmodul 101 in die Haltenuten 124 in
den Endplatten 103 eingeführt werden. Das Aufreihen und
Einführen
von sämtlichen
Stromversorgungsmodulen einer großen Zahl, in der Größenordnung
von 20 Stromversorgungsmodulen 101 ist extrem schwierig.
Außerdem,
da eine große
Zahl von Stromversorgungsmodulen 101 in vorgeschriebenen
festen Positionen gehalten wird, hat das System den Nachteil, dass
eine sehr präzise
Lage der Haltenuten 124 in den Endplatten 103 erforderlich
ist.
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Bei
der aus der eingangs erwähnten
US 5 866276 bekannten Stromquelle
werden zwar die Elektrodenklemmen mit Sammelschienen verschraubt,
es sind aber keine Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass
die Stromversorgungsmodule richtig eingeführt und dann so festgehalten
werden, dass eine Drehung der Stromversorgungsmodule verhindert
wird.
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Aus
der
JP 59209266 A ist
eine Vorrichtung zum Installieren einer Stromquelle bekannt, in
welcher Rippen vorgesehen sind, um mehrere Speicherbatterien und
mehrere Zeilen von Trockenzellen zu positionieren. Besondere Vorkehrungen,
die eine Drehung der Trockenzellen verhindern würden, sind nicht getroffen.
Aus der
DE 694 14
234 T2 ist ein Batteriesatz für ein Elektrofahrzeug bekannt,
bei dem quaderförmige
Batterien in eine Trägerschale
eingefügt
werden und ein Verriegelungsmittel mit Enden der Batterien in Eingriff
steht, um eine Relativbewegung zwischen benachbarten Batterien in
dem Paket zu verhindern. Die Trägerschale
hat mehrere aufrechte Wände,
welche mehrere Taschen festlegen, die jeweils eine der Batterien
aufnehmen. Eine Deckwand drückt
von oben her einen elastischen Abstandshalter gegen die Batterien,
um diese im wesentlichen unbeweglich festzulegen. Die Probleme, die
bei der Verwendung von schlanken Säulen von Stromversorgungsmodulen
zu bewältigen
sind, um deren richtiges Einführen
zu gewährleisten
und eine Drehung derselben zu verhindern, treten bei diesem bekannten
Batteriepaket nicht auf, bei dem quaderförmige Batterien einzeln in
dafür vorgesehene
Taschen eingesetzt und durch Druck von oben darin festgehalten werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Stromquelle der eingangs genannten Art
so auszubilden, dass der Vorgang des Einführens der Stromversorgungsmodule
in das Gehäuse
erleichtert wird und dass eine Drehung der Stromversorgungsmodule verhindert
wird.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine
Stromquelle mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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In
der Stromquelle nach der Erfindung wird eine Vielzahl von Stromversorgungsmodulen
in einem Gehäuse
parallel und fest angeordnet. Die Stromversorgungsmodule werden
in die Form einer Säule
gebracht, indem eine Vielzahl von Batterien in Längsrichtung aufgereiht wird
und diese über
Verbinder verbunden werden. Elektrodenklemmen sind an beiden Enden
jeder Säule
von Stromversorgungsmodulen vorgesehen. Das Gehäuse ist geteilt und weist wenigstens
zwei Deckgehäuse
auf, die auf beiden Seiten der Stromversorgungsmodule angeordnet sind.
An den Deckgehäusen
sind auf wenigstens einer Seite Halterippen gebildet. Die Halterippen
haben Haltevertiefungen, die die Stromversorgungsmodule in ihrer
Lage halten und eine Stromversorgungsmoduldrehung verhindern.
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Erfindungsgemäß sind darüber hinaus
Halterippen in dem Gehäuse
in Positionen gebildet, die den Elektrodenklemmen entsprechen, welche
an beiden Enden der Stromversorgungsmodule vorgesehen sind. Die
Haltevertiefungen der Halterippen halten die Elektrodenklemmen fest
und verhindern eine Drehung der Stromversorgungsmodule während des Einführens der
Stromversorgungsmodule in das Gehäuse.
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Die
Elektrodenklemmen, die an beiden Enden eines Stromversorgungsmoduls
vorgesehen sind, weisen eine positive Elektrodenklemme an einem
Ende und eine negative Elektrodenklemme an dem anderen Ende auf,
und diese positiven und negativen Elektrodenklemmen haben unterschiedliche Formen.
Die Haltevertiefungen der Halterippen sind mit unterschiedlichen
Formen entsprechend den Elektrodenklemmenformen ausgebildet.
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Weiter
können
die Haltevertiefungen, die die positiven Elektroden der Stromversorgungsmodule festhalten,
nicht die negativen Elektroden der Stromversorgungsmodule festhalten,
und die Haltevertiefungen, die die negativen Elektroden der Stromversorgungsmodule
festhalten, können
nicht die positiven Elektroden der Stromversorgungsmodule festhalten.
Durch diese Konfiguration wird ein verkehrtes Einführen von
Stromversorgungsmodulen verhindert.
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Eine
Stromquelle des oben beschriebenen Typs hat Halterippen, die in
dem Gehäuse
gebildet sind, und hat Haltevertiefungen, die in den Halterippen
gebildet sind, um die Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule
festzuhalten. Das eliminiert die Notwendigkeit von Haltenuten in
den Endplatten, welche das Gehäuse
verschließen,
und erlaubt eine Vereinfachung der Form der Endplatten. Da das Gehäuse einen
geteilten Aufbau hat und wenigstens aus zwei Deckgehäusen aufgebaut
ist, sind die Haltevertiefungen, die in dem Gehäuse statt in den Endplatten
gebildet sind, auf einfache Weise herstellbar, denn es braucht auf
kein komplexes Formwerkzeug zurückgegriffen
zu werden.
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Zum
Einführen
von Stromversorgungsmodulen genügt
die einfache Platzierung der Stromversorgungsmodule in dem geteilt
aufgebauten Gehäuse. Die
Schwierigkeit des Aufreihens und Einführens der Stromversorgungsmodule
in die Haltenuten, die in den Endplatten der bekannten Stromquellen
vorgesehen sind, wird eliminiert und die Montage kann extrem einfach
durchgeführt
werden.
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Nachdem
ein Stromversorgungsmodul in einem Deckgehäuse platziert worden ist, wird
dieses Stromversorgungsmodul durch die Haltevertiefungen zuverlässig festgehalten.
Deshalb kann, selbst wenn benachbarte Stromversorgungsmodule zur
Verbindung verschraubt werden, verhindert werden, dass sich die
Stromversorgungsmodule mit den Schrauben mitdrehen. Durch Ausbilden
von positiven und negativen Elektrodenklemmen mit unterschiedlichen Formen
und durch Ausbilden von deren entsprechenden Haltevertiefungen mit
unterschiedlichen Formen kann auch ein verkehrtes Einführen der Stromversorgungsmodule
verhindert werden.
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Da
die Haltevertiefungen in den Deckgehäusen gebildet sind und sich
leicht formen lassen, kann auch eine breite Vielfalt von Elektrodenklemmenformen
ohne weiteres zugelassen werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschreiben.
Es zeigt:
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1 eine Querschnittansicht,
die eine Verbindung zwischen Stromversorgungsmodulen und einer Endplatte
für eine
bekannte Stromquelle zeigt,
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2 eine Querschnittansicht,
die eine Verbindung von Stromversorgungsmodulen mit einer Endplatte
für eine
Ausführungsform
der Stromquelle nach der Erfindung zeigt,
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3 eine auseinandergezogene
Schrägansicht
eines Gehäuses
und der Stromversorgungsmodule der Ausführungsform der Stromquelle
nach 2,
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4 eine auseinandergezogene
Vorderansicht, die das Gehäuse
und Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule von einer weiteren
Ausführungsform
der Stromquelle nach der Erfindung zeigt,
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5 eine Seitenansicht eines
Stromversorgungsmoduls,
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6 eine Draufsicht auf eine
Endplatte,
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7 eine Draufsicht, die als
ein erstes Beispiel die Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule
zeigt, welche in 4 dargestellt
sind,
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8 eine Draufsicht, die ein
zweites Beispiel von Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule
zeigt,
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9 eine Draufsicht, die ein
drittes Beispiel von Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule
zeigt,
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10 eine Draufsicht, die
ein viertes Beispiel von Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule
zeigt, und
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11 eine Draufsicht, die
ein fünftes
Beispiel von Elektrodenklemmen der Stromversorgungsmodule zeigt.
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Gemäß der Darstellung
in den 2 und 3 ist die Stromquelle nach
der Erfindung mit Stromversorgungsmodulen 1, einem Gehäuse 2 und
Endplatten 3, welche beide Enden des Gehäuses 2 verschließen, versehen.
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Gemäß der Darstellung
in der Seitenansicht nach 5 ist
ein Stromversorgungsmodul 1 aus sechs Nickelwasserstoffbatterien 11 aufgebaut,
die zu einer Säule
aufgereiht sind. Schüsselförmige Verbinder 12 sind
zwischen jeder Batterie 11 punktgeschweißt, um die
Batterien elektrisch in Reihe zu schalten. Die Enden eines Stromversorgungsmoduls 1 werden
zu einer positiven Elektrode und zu einer negativen Elektrode, wobei
es sich um die Elektrodenklemmen 13 und 14 handelt,
die jeweils mit einem Schraubenloch 29 zur Verbindung versehen
sind.
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Das
Gehäuse 2 hat
einen geteilten Aufbau und weist ein oberes und ein unteres Deckgehäuse 21 auf,
durch die ein Zwischenraum erzeugt wird zum Aufnehmen von acht Stromversorgungsmodulen 1, die
parallel angeordnet sind. Acht Reihen von Haltevertiefungen 24,
die den gekrümmten
Oberflächen der
Batterien 11 angepasst sind, sind auf den inneren Oberflächen der
Deckgehäuse 21 gebildet,
um die Stromversorgungsmodule 1 an vorgeschriebenen Stellen
festzuhalten, und Rippen 22 sind in Richtung quer zu den
Stromversorgungsmodulen 1 an Deckgehäusen 21 angeformt.
Die Rippen 22 haben gipfelartige Vorsprünge 26 in zwischen
benachbarten Stromversorgungsmodulen 1 gebildeten Tälern 27, um
jeweils benachbarte Stromversorgungsmodule 1 festzuhalten.
Die Rippen 22 halten die Stromversorgungsmodule 1 derart
fest, dass diese nicht rollen können.
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Gemäß der Darstellung
in 4 kann das Gehäuse Stromversorgungsmodule 41 in
mehreren Ebenen festhalten durch Einführen von Zwischengehäusen 425 zwischen
Deckgehäuse 421.
Zum Beispiel kann durch Hinzufügen
von einem Zwischengehäuse 425 ein
Gehäuse 42 sechzehn
Stromversorgungsmodule 41 in zwei Ebenen aufnehmen. Ein
Gehäuse 42 mit
zwei zusätzlichen
Zwischengehäusen 425 kann
vierundzwanzig Stromversorgungsmodule 41 in drei Ebenen
aufnehmen. Auf diese Art und Weise können, wenn die Zahl der Stromversorgungsmodule 41 beibehalten
wird, die Ausgangsspannung und die Kapazität der Stromquelle selbst erhöht werden,
indem Zwischengehäuse 425 dem
Gehäuse 42 hinzugefügt werden.
In diesem Fall sind, da eine Vielzahl von Stromversorgungsmodulen 41 in
meh reren Ebenen aufzustapeln sind, Gebilde wie Rippen an den Zwischengehäusen 425 auf
dieselbe Art und Weise wie an den Deckgehäusen 421 gebildet,
und jeder Stromversorgungsmodul 41 wird an einer vorgeschriebenen
Stelle festgehalten. Darüber
hinaus wird ein Zwischenraum zwischen den Stromversorgungsmodulen 41 durch
die Rippen und die Zwischengehäuse 425 gebildet.
Dieser Zwischenraum bildet Kühlkanäle. Infolgedessen
können
sogar Stromversorgungsmodule 41, die im Zentrum der Stromquelle
angeordnet sind, gleichmäßig Wärme abstrahlen,
und es kann eine Verschlechterung aufgrund einer Erhitzung von Stromversorgungsmodulen
verhindert werden, bevor diese sich nachteilig auswirkt. Das Gehäuse 42 nach 4 ist eine andere Ausführungsform
als das Gehäuse 2,
das in den 2 und 3 gezeigt ist. Bauliche Elemente
in dem Gehäuse 42 nach 4, die mit der Ausführungsform
nach den 2 und 3 identisch sind, sind jedoch
mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, mit Ausnahme der zusätzlichen
Ziffer höchsten
Stellenwertes.
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Die
Deckgehäuse 21 des
Gehäuses 2 sind an
beiden Enden offen, und die Stromversorgungsmodule 1 werden
mit Elektrodenklemmen 13, 14, die an beiden Enden
freiliegen, festgehalten. Die Deckgehäuse 21 haben Halterippen 23,
welche an beiden Enden gebildet sind. Die Halterippen 23 sind
an Stellen vorgesehen, welche genau den Stellen der Elektrodenklemmen 13, 14 der
Stromversorgungsmodule 1 entsprechen, wenn die Stromversorgungsmodule 1 in
den Deckgehäusen 21 platziert
sind. Die Haltevertiefungen 24 sind an acht Stellen in
dem Deckgehäuse 21 gebildet,
um die Elektrodenklemmen 13, 14 von acht Stromversorgungsmodulen 1 festzuhalten. Diese
Halterippen 23 sind in gleichen Intervallen in Richtung
quer zu den Stromversorgungsmodulen 1 aufgereiht und mit
Formen versehen, die der Form der Elektrodenklemmen 13 bzw. 14 der
Stromversorgungsmodule 1 entsprechen.
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Die
positiven Elektrodenklemmen 13 und die negativen Elektrodenklemmen 14 der
Stromversorgungsmodule 1 haben unterschiedliche Formen. Zum
Beispiel haben bei dem Stromversorgungsmodul 1 die positiven
Elektrodenklemmen 13, die in 3 gezeigt
sind, eine quadratische Form, und die negativen Elektrodenklemmen 14 sind
wie ein Pluszeichen geformt. Da benachbarte Stromversorgungsmodule 1 in
entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, sind die positiven
Elektrodenklemmen 13 und die negativen Elektrodenklemmen 14 alternierend
angeordnet. Entsprechend sind die Haltevertiefungen 24 zum
Halten der Elektrodenklemmen 13, 14 alternierend
ausgebildet, wobei quadratische Haltevertiefungen 24 den
positiven Elektrodenklemmen 13 und pluszeichenförmige Haltevertiefungen 24 den
negativen Elektrodenklemmen 14 entsprechen.
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Eine
quadratische Haltevertiefung 24 kann eine positive Elektrodenklemme 13 aufnehmen,
kann aber nicht eine pluszeichenförmige negative Elektrodenklemme 14 aufnehmen
oder halten. Ebenso kann eine pluszeichenförmige Haltevertiefung 24 eine
negative Elektroden klemme 14 aufnehmen, kann aber nicht
eine quadratische positive Elektrodenklemme 13 aufnehmen
oder halten. Ob eine Elektrodenklemme gehalten wird oder nicht,
lässt sich
leicht realisieren, indem die Breite und die Tiefe einer Haltevertiefung 24 begrenzt
werden.
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Auf
diese Art und Weise werden die positive Elektrodenklemme 13 und
die negative Elektrodenklemme 14 jedes Stromversorgungsmoduls 1 mit
unterschiedlichen Formen versehen, und die Formen der Haltevertiefungen 24 werden
ebenfalls unterschiedlich ausgebildet, so dass sie der einen bzw.
anderen Elektrodenklemmenform entsprechen. Bei diesem Typ von Gehäuse wird
ein verkehrtes Einführen von
Stromversorgungsmodulen 1 verhindert, und die Stromversorgungsmodule 1 können in
einem Deckgehäuse 21 angeordnet
werden, ohne dass bei ihrer Ausrichtung ein Fehler gemacht werden
kann.
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Die
Endplatten 3 verschließen
mit ihrer inneren Oberfläche
die beiden Enden der Deckgehäuse 21.
Gemäß der Darstellung
in den 3 und 6 sind in die innere Oberfläche einer
Endplatte 3 Durchgangsstäbe 31 eingelassen,
die so angeordnet sind, dass sie benachbarte Stromversorgungsmodule 1 miteinander
verbinden können.
Die Durchgangsstäbe 31 liegen
an der äußeren Oberfläche der
Endplatte 3 frei und haben Schraubenlöcher 28, welche zusammen
mit den Schraubenlöchern 29,
die in jeder Elektrodenklemme 13, 14 vorgesehen
sind, die elektrische Verbindung jedes Stromversorgungsmoduls 1 mittels
Schrauben 30 gestatten.
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Da
die Elektrodenklemmen 13, 14 jedes Stromversorgungsmoduls 1 dabei
jeweils in einer Haltevertiefung 24 einer Halterippe 23 gehalten
werden, können
sich die Stromversorgungsmodule 1 während des Verschraubens mit
den Schrauben 30 nicht mitdrehen, so dass das Verschrauben
zuverlässig
ausgeführt
werden kann.
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Schließlich beschränken sich
die Formen der Elektrodenklemmen 13, 14 der Stromversorgungsmodule 1 nicht
auf Quadrat- und Pluszeichenformen. Gemäß der Darstellung in den 7 bis 11 können die
Elektrodenklemmen unter gegenseitig unterschiedlichen Formen frei
variiert werden, die entsprechende Haltevertiefungsabmessungen wie
Breite und Tiefe festlegen, so dass die Elektrodenklemmen 13, 14 nicht
gegenseitig darin aufnehmbar sind. In den 7 bis 11 bezeichnen 413 und 414, 813 und 814, 913 und 914, 1013 und 1014, 1113 und 1114 positive
bzw. negative Elektrodenklemmen.
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Dabei
zeigt 7 ein Beispiel
unterschiedlicher Größen und 8 ein Beispiel derselben
Form, 45° gedreht,
und zeigen die 9–11 drei verschiedene Beispiele
von unterschiedlichen Formen, wobei in 9 die plusförmige Elektrodenklemme 913 zugleich
die Polarität
anzeigt.