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Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungsspeichereinrichtungen und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Verhindern einer Hochspannungsexposition beim Zusammenbau einer mehrzelligen Hochspannungsbatterie.
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Leistungsspeichereinrichtungen, die elektrochemische Zellen zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie verwenden, können Leistung für eine Vielzahl von Anwendungen liefern. Mehrere Zellen können elektrisch in Reihe geschaltet sein, um zwischen den Anschlüssen eine gewünschte Spannung bereitzustellen. Beispielsweise kann eine kleine handgehaltene Batterie, die üblicherweise in elektrischen Kleingeräten verwendet wird, eine kleine Anzahl von kleinen Zellen enthalten, die in der Größenordnung von nur einigen Volt liefern, während größere Batterien, die für Hochleistungsanwendungen erforderlich sind, Spannungen in der Größenordnung von Hunderten von Volt liefern können. Beispielsweise kann eine in einem elektronischen Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug (HEV – Hybrid Eletric Vehicle) eingesetzte Batterie über 200 V liefern und kann je nach der Größe des Fahrzeugs und seinen Hybridmerkmalen viele kleine, mittlere oder große elektrochemische Zellen erfordern. Weil mehrere Zellen in Reihe geschaltet werden, um eine gewünschte Spannung aufzubauen, besteht ein Bedarf an Verfahren und Systemen, die die Spannungsexposition während des Zusammenbaus oder der Wartung einer Hochspannungsbatterie abschwächen.
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Ein beispielhaftes System der Erfindung kann ein Sammelschienenmodul mit mindestens zwei Standardkammern enthalten, die jeweils mit einer integrierten Sammelschiene konfiguriert sind, um benachbarte Zellen elektrisch zu verbinden, und mindestens eine Unterbrechungskammer ohne integrierten Sammelschiene, gekoppelt an mehrere elektrochemische Zellen. Die Unterbrechungskammer kann ohne eingebaute Sammelschiene konfiguriert sein, eine separate, nicht integrierte Unterbrechungssammelschiene aufzunehmen. Das Sammelschienenmodul ist konfiguriert, eine Exposition gegenüber einer Spannung über einem vorbestimmten Maximum zu verhindern. Beispielsweise kann ein System ein Sammelschienenmodul enthalten, das Zugang zu einer Hochspannung verhindert, wie etwa unter anderem einer Spannung über 50 V. Beim Koppeln des Sammelschienenmoduls an ein oder mehrere Batteriezellenarrays können Zellen durch die integrierten Sammelschienen elektrisch verbunden werden. Eine strategische Positionierung innerhalb des Sammelschienenmoduls einer Unterbrechungskammer, die keine integrierte Sammelschiene enthält, kann die Akkumulation von Spannung über benachbarten Zellen unterbrechen, um ein Aufbauen einer Spannung über ein vorbestimmtes Maximum zu verhindern. Beispielsweise können integrierte Sammelschienen eine Gruppe von Zellen verbinden, um eine Spannung aufzubauen, die den vorbestimmten Höchstpegel nicht übersteigt. Eine Unterbrechungskammer kann eine erste Gruppe von verbundenen Zellen von einer zweiten Gruppe von verbundenen Zellen trennen, wobei jede Gruppe von Zellen eine akkumulierte Spannung nicht über einem vorbestimmten Maximum aufweist. Kammerdeckel können Stifte von elektrisch verbundenen Zellen bedecken, um Zugang zu elektrischen Kontaktpunkten zu verhindern. Eine separate Unterbrechungssammelschiene kann bei einer Unterbrechungskammer eingesetzt werden, um Gruppen von zuvor verbundenen Zellen zu verbinden, um eine Reihe von verbundenen Zellen auszubilden, die eine Spannung über dem vorbestimmten Maximum liefern kann.
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Ein Beispielsammelschienenmodul kann eine Menge von Standardkammern enthalten, wobei jede eine integrierte Sammelschiene aufweist, die konfiguriert ist, mindestens zwei Batteriezellenstifte, die bei der Standardkammer aufgenommen sind, elektrisch zu verbinden. Ein Sammelschienenmodul kann weiterhin mindestens eine Unterbrechungskammer enthalten, die konfiguriert ist, eine separate Unterbrechungssammelschiene aufzunehmen, um bei der Unterbrechungskammer aufgenommene Zellstifte zu verbinden. Die Unterbrechungskammer kann bei der Menge von Standardkammern angeordnet sein, um die Akkumulation einer Spannung über einem vorbestimmten Schwellwert in Batteriezellen zu verhindern, die durch die integrierten Sammelschienen der Standardkammer verbunden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält ein Sammelschienenmodul eine Unterbrechungskammer, die zwischen zwei Mengen von Standardkammern positioniert ist. Unterbrechungskammern und Standardkammern können mit Deckeln ausgestattet sein, die geschlossen werden können, um verbundene Batteriezellenstifte zu verbergen und eine Exposition gegenüber Spannungen über dem vorbestimmten Maximum zu verhindern.
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Ein Beispielverfahren der Erfindung kann Folgendes beinhalten: Verbinden benachbarter elektrochemischer Zellen durch eine oder mehrere Gruppen, wobei eine Spannung über einer ganzen Gruppe nicht über einem vorbestimmten Maximum liegt; Bedecken der Zellverbindungen innerhalb einer Gruppe und Verbinden einer ersten Gruppe von verbundenen Zellen mit einer zweiten Gruppe von verbundenen Zellen, um eine Reihe von verbundenen Zellen auszubilden. Ein Verfahren kann weiterhin das Bedecken der Verbindung einer ersten und zweiten Gruppe von Zellen beinhalten, um unbeabsichtigten Kontakt zu verhindern. Bei einem Ausführungsbeispiel verbinden integrierte Sammelschienen eines Sammelschienenmoduls Zellen in einer Gruppe, und eine separate, nicht integrierte Unterbrechungssammelschiene ist vorgesehen, um Gruppen von verbundenen Zellen zu verbinden. Die Verbindung einer ersten Gruppe von verbundenen Zellen mit einer zweiten Gruppe von verbundenen Zellen kann eine Spannung über dem vorbestimmten Maximum über den kombinierten Zellen ergeben. Weil die Spannung über den mehreren elektrochemischen Zellen jedoch auf gesteuerte Weise aufgebaut wird und Kontakte bedeckt sind, um vor unbeabsichtigtem Kontakt beim Aufbauen der Spannung zu schützen, ist ein Bediener gegenüber einer Exposition zu einer Spannung über dem vorbestimmten Maximum geschützt.
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Ein Beispielverfahren der Erfindung kann Folgendes umfassen: Bereitstellen eines Sammelschienenmoduls für mehrere elektrochemische Zellen, wobei das Sammelschienenmodul mindestens zwei Standardkammern aufweist, die jede mit einer integrierten Sammelschiene konfiguriert sind, und mit mindestens einer Unterbrechungskammer ohne integrierte Sammelschiene; Schließen der Standardkammern und Bereitstellen einer nicht integralen Sammelschiene zu der Unterbrechungskammer. Ein Beispielverfahren kann weiterhin das Schließen der Unterbrechungskammer beinhalten, um die durch die nicht integrale Unterbrechungssammelschiene verbundenen Zellstifte zu bedecken.
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Die Figuren zeigen:
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1 zeigt ein Beispielsystem der Erfindung.
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2 zeigt ein Beispielsammelschienenmodul.
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3A zeigt ein Beispielverfahren.
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3B zeigt ein Beispielverfahren.
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4 zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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5 zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6A zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6B zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6C zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6D zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6E zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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6F zeigt ein Beispielsystem, das ein Sammelschienenmodul und zwei mehrzellige Arrays umfaßt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier vorgestellt; die Erfindung kann jedoch in einer Vielzahl alternativer Formen verkörpert werden, wie für den Fachmann offensichtlich ist. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und eine Basis für die Ansprüche zu liefern, sind in der Patentschrift verschiedene Figuren enthalten. Die Figuren sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet, und verwandte Elemente können ausgelassen worden sein, um die neuartigen Merkmale der Erfindung zu betonen. In den Figuren gezeigte strukturelle und funktionale Details werden für den Zweck bereitgestellt, dem Fachmann die Ausübung der Erfindung zu lehren, und sie sind nicht als Beschränkungen auszulegen. Außerdem sind hinsichtlich einer Reihe von Handlungen beschriebene Verfahren nicht auf die vorgelegte Beispielsequenz beschränkt.
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1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Beispielsystems 100, das ein Zellarray 102 enthält, in dem ein Sammelschienenmodul 104 mehrere elektrochemische Zellen 106 koppelt. Das Sammelschienenmodul 104 ist konfiguriert, um die elektrochemischen Zellen 106 elektrisch zu verbinden, während gegenüber einer menschlichen Exposition zu Spannungspegeln über einem vorbestimmten Schwellwert oder Maximum geschützt wird. Beispielsweise kann das Sammelschienenmodul 104 konfiguriert sein, Zugang zu Spannungspegeln über 50 V zu verhindern.
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Das Sammelschienenmodul 104 umfaßt mehrere Standardkammern 108, die durch eine Unterbrechungskammer 110 getrennt sind. Die Standardkammern 108 sind mit einer in das Sammelschienenmodul 104 eingebauten integrierten Sammelschiene 112 konfiguriert, und konfiguriert zum elektrischen Verbinden der elektrochemischen Zellen 106. Keine Sammelschiene ist in die Unterbrechungskammer 110 eingebaut oder darin integriert. Stattdessen ist die Unterbrechungskammer 110 konfiguriert, eine separate, einzigartige, nicht integrierte Unterbrechungssammelschiene 114 aufzunehmen. Wenn das Sammelschienenmodul 104 an die elektrochemischen Zellen 106 gekoppelt wird, können die integrierten Sammelschienen 112 benachbarte Zellen 106 elektrisch verbinden, um eine Spannung über die verbundenen Zellen aufzubauen. Die Anwesenheit der Unterbrechungskammer 110 unterbricht den Spannungsaufbau, wodurch verhindert wird, dass er einen vorbestimmten höchsten Schwellwert übersteigt. Beispielsweise kann sich eine Spannung durch Verbinden der Zellen 106 in der Gruppe 116 durch die integrierten Sammelschienen 112 über der Zellgruppe 116 aufbauen. Die Anwesenheit der Unterbrechungskammer 110 ohne Sammelschiene unterbricht die Akkumulation von Spannung, wodurch verhindert wird, dass sie die über der Gruppe 116 aufgebaute Spannung übersteigt. Analog können die Zellen 106 in der Gruppe 118 durch integrierte Sammelschienen 112 elektrisch verbunden werden, um über die vier Zellen 106 in der Gruppe 118 eine Spannung aufzubauen. Die Anwesenheit der Unterbrechungskammer 114 unterbricht die Akkumulation von Spannung, so dass sie die nicht übersteigt, die über die vier Zellen 106 in der Gruppe 118 aufgebaut wurde. Die in den Gruppen 116 und 118 zusammengeschalteten Zellen 106 können bedeckt werden, um einen Kontakt zu verhindern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann jede Standardkammer 108 und jede Unterbrechungskammer 110 einen Deckel 120 umfassen, der nach unten geschlossen werden kann, um die Zellen 106 zu bedecken.
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2A zeigt eine Ansicht hinunter auf einen Abschnitt eines Beispielsammelschienenmoduls 200, das konfiguriert ist, mit einem Array von elektrochemischen Zellen (nicht gezeigt) zu koppeln. Das Sammelschienenmodul 200 umfaßt ein erstes Glied 201 und ein zweites Glied 202, die durch ein oder mehrere Kopplerglieder 203 verbunden sein können, aber nicht verbunden sein brauchen. Das Sammelschienenmodul 200 umfaßt mehrere Standardkammern 204 und eine Unterbrechungskammer 206. Jede Standardkammer 204 umfaßt eine integrierte Sammelschiene 208, die konfiguriert ist, elektrochemische Zellen, an die sie gekoppelt ist, elektrisch zu verbinden. Wie in 2B gezeigt, kann die integrierte Sammelschiene 208 einen Leiter umfassen, der mit einem ersten Kontaktabschnitt 210 und einem zweiten Kontaktabschnitt 212 konfiguriert ist, wobei jeder für einen elektrischen Kontakt mit einem Elektrodenstift einer elektrochemischen Zelle konfiguriert ist. Die integrierte Sammelschiene 208 kann beispielsweise in der Form eines Metallstücks vorliegen, in dem der erste und/oder zweite Kontaktabschnitt 210, 212 eine Öffnung wie etwa die Öffnung 214 enthalten kann, die konfiguriert ist zum Aufnehmen eines Elektrodenstifts. Bei einem Ausführungsbeispiel können die ersten und/oder zweiten Kontaktabschnitte 210, 212 konfiguriert sein, einen Zellstift zu kontaktieren, aber nicht notwendigerweise zu umgeben. Der Fachmann versteht, dass eine integrierte Sammelschiene variabel verkörpert werden kann, um zwei oder mehr elektrochemische Zellen innerhalb einer Sammelschienenmodulstandardkammer elektrisch zu verbinden. Beispielsweise kann eine integrierte Sammelschiene laminiert werden, kann symmetrische oder asymmetrische Konturen und/oder Kontaktabschnitte aufweisen und kann steif oder flexibel sein. Es wird in Betracht gezogen, dass zum Verbinden von benachbarten elektrochemischen Zellen auch Hochspannungskabel verwendet werden können.
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Die Unterbrechungskammer 206 ist nicht mit einer integrierten Sammelschiene 208 konfiguriert, da sie konfiguriert ist, eine separate Unterbrechungssammelschiene aufzunehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Unterbrechungskammer 206 mit einem ersten aufnehmenden Abschnitt 214 zum Aufnehmen eines Stifts einer ersten Batteriezelle und einem zweiten aufnehmenden Abschnitt 216 zum Aufnehmen eines Stifts einer zweiten Batteriezelle konfiguriert sein, so dass, wenn das Sammelschienenmodul 200 an ein Zellarray gekoppelt ist, Stifte von benachbarten Zellen durch die ersten und zweiten aufnehmenden Abschnitte 214, 216 vorstehen können. Die Unterbrechungskammer 206 kann konfiguriert sein, eine Unterbrechungssammelschiene aufzunehmen, und kann entsprechend mit einem Ausrichtungsabschnitt 218 konfiguriert sein, um das Einsetzen einer Unterbrechungssammelschiene durch einen Bediener zu erleichtern. Der Ausrichtungsabschnitt 218 kann unterschiedlich verkörpert sein. Als Beispiel und nicht als Beschränkung kann der Ausrichtungsabschnitt 218 einen Grat oder eine oder mehrere Vorsprünge entlang einer Kammerseitenwand enthalten, die als eine Bahn zum Führen des Einsetzens einer Unterbrechungssammelschiene fungieren können. Als ein weiteres Beispiel kann ein Ausrichtungsabschnitt mit einer Lippe zum Einfangen und/oder Sichern einer Unterbrechungssammelschiene konfiguriert sein.
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2C zeigt eine Beispielunterbrechungssammelschiene 220, die mit einer ersten Öffnung 222 und einer zweiten Öffnung 224 zum Aufnehmen erster und zweiter Batteriezellanschlußstifte konfiguriert ist. Weil sie für ein manuelles Einsetzen in die Unterbrechungskammer 206 des Sammelschienenmoduls 200 konfiguriert ist, kann die Unterbrechungssammelschiene 220 mit einem gekerbten Abschnitt 226 konfiguriert sein, der konfiguriert ist zum Zusammenwirken mit einem Ausrichtungsabschnitt 218 der Unterbrechungskammer 206, um das Einsetzen durch einen Bediener zu erleichtern.
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Die Standardkammern 204 und die Unterbrechungskammern 206 können mit einem Deckel 228 konfiguriert sein, der aus einer (durch die offenen Kammern 204 und Unterbrechungskammern 206 gezeigten) offenen Position zu einer (durch die geschlossene Standardkammer 205 gezeigten) geschlossenen Position bewegt werden kann, um Batteriestifte und die Sammelschiene innerhalb der Sammelschienenmodulkammern zu bedecken, wodurch die Zellstifte abgeschirmt und unbeabsichtigter Kontakt durch einen Bediener verhindert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel können Standard- und Unterbrechungskammern mit dem Deckel 228 konfiguriert sein, der konfiguriert ist, zwei Batteriestifte zu bedecken. Ein Sammelschienenmodul kann jedoch mit einem Kammerdeckel konfiguriert sein, der konfiguriert ist, mehr als zwei Stifte zu bedecken. Beispielsweise kann es notwendig sein, Zellen von angrenzenden Arrays mit einem größeren Deckel zu bedecken, der die Distanz zwischen Arrays überspannen oder mehr als zwei Zellstifte bedecken kann. Alternativ kann, wie später hierin beschrieben, ein Hilfsdeckel vorgesehen sein, um mehr als zwei Stifte zu bedecken. Bei einem Ausführungsbeispiel können eine Standardkammer 204 und eine Unterbrechungskammer 206 einen oberen Abschnitt 230 enthalten, der eine Oberfläche bereitstellt, auf der der Deckel 228 in einer offenen Position ruhen kann. Der Deckel 228 kann klappbar an den oberen Abschnitt 230 gekoppelt sein. Der Deckel 228 kann ein Koppelmittel 232 enthalten, um ihn in einer geschlossenen Position zu sichern. Beispielsweise kann das Koppelmittel 232 in Form einer Raste vorliegen, die konfiguriert ist, um mit einer Kammerseitenwand 234 zu koppeln. Außerdem kann das Koppelmittel 232 als ein Griff verwendet werden, mit dem ein Bediener den Deckel 228 ergreifen kann, um ihn aus einer offenen in eine geschlossene Position zu bewegen. Ein Knopf 236 kann an dem Deckel 228 angeordnet sein, um sein Anheben durch einen Bediener zu erleichtern, um ihn von einer geschlossenen in eine offene Position zu bewegen, und kann in Form eines Vorsprungs vorliegen, der sich von dem Deckel 228 aus erstreckt. Wenngleich in 2 nicht dargestellt, kann der obere Abschnitt 230 ein Koppelmittel zum Zusammenarbeiten mit dem Knopf 236 enthalten, um den Deckel 228 in einer offenen Position zu sichern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Kammerseitenwand 234 einer Standardkammer oder einer Unterbrechungskammer relativ zu einer aufgenommenen Zelle hoch sein, so dass Zellstifte und Sammelschienen innerhalb des Sammelschienenmoduls vertieft sind, wodurch ein Bediener weiter gegen unbeabsichtigte Exposition zu Kontaktpunkten während eines Montageprozesses geschützt wird.
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3A zeigt ein Flußdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 der Erfindung. Bei Block 304 kann eine Gruppe von elektrochemischen Zellen verbunden werden, um über die Gruppe eine Spannung zu liefern, die nicht über einer vorbestimmten Höchstspannung Vmax liegt. Unter Bezugnahme auf 3B, die ein Flußdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 340 der Erfindung zeigt, die zum Implementieren des Verfahrens 300 praktiziert werden kann, kann bei Block 344 ein Sammelschienenmodul mit Standardkammern mit integrierten Sammelschienen bereitgestellt werden, um eine Gruppe von elektrochemischen Zellen zu verbinden. Beispielsweise kann ein Sammelschienenmodul mit Standardkammern 204 mit integrierten Sammelschienen 208 und strategisch plazierten Unterbrechungskammern 206 für eine Menge von elektrochemischen Zellen bereitgestellt werden.
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4A zeigt ein Beispielsystem 400, bei dem ein Sammelschienenmodul 370 für erste und zweite Arrays 371, 372 von Batteriezellen bereitgestellt wird, um eine elektrische Konnektivität zwischen Zellen bereitzustellen. Einige strukturelle Aspekte des Sammelschienenmoduls 370 sind nicht gezeigt, um die Weise besser zu betonen, wie integrierte Sammelschienen verwendet werden, um eine elektrische Konnektivität zwischen Zellen bereitzustellen. Elektrochemische Zellen sind als Zellen 01–76 identifiziert. Bei dem Ausführungsbeispiel 400 sind die elektrochemischen Zellen in dem ersten Array 371 und dem zweiten Array 372 so angeordnet, dass benachbarte Zellstifte von entgegengesetzter Polarität sind.
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Die integrierten Sammelschienen sind durch Bezugszahlen 401–412, 414–424, 426–437, 439–450, 452–462, 464–476 und 499 (assoziiert mit dem negativen Stift von Zelle 01) identifiziert, um ihre Positionen in Relation zu den elektrochemischen Zellen 01–76 zu korrelieren. Standardkammern sind durch Bezugszahlen 501–512, 514–524, 526–537, 599 (mit dem negativen Stift von Zelle 01 assoziiert) identifiziert, um ihre Assoziation mit bestimmten Zellen und Sammelschienen anzuzeigen und zu korrelieren. Unterbrechungskammern sind mit 513, 525, 538, 551 und 563 numeriert, um ihre Positionen in Relation zu bestimmen Zellen anzuzeigen und zu korrelieren. Kammerdeckel sind durch Bezugszahlen 601–675 identifiziert, um eine Assoziation mit bestimmten Kammern anzuzeigen. Jede Zelle weist einen positiven Stift auf, der durch ein "+" in einem Kreis angegeben ist, und einen negativen Stift, der durch einen leeren Kreis angegeben ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verbinden einer Gruppe von Zellen das Koppeln des Sammelschienenmoduls 370 an die Zellenarrays 371, 372, so dass eine integrierte Sammelschiene in einer Standardkammer einen positiven Stift einer ersten Zelle mit einem negativen Stift einer benachbarten Zelle verbindet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Sammelschienenmodul 370 ein erstes Kunststoffglied umfassen, das die ungeraden Kammern 501–537 enthält, und ein zweites Kunststoffglied, das die geraden Kammern 502–538 für das Array 371 bereitstellt. Analog kann das Sammelschienenmodul 370 ein erstes Kunststoffglied enthalten, das die geraden Sammelschienen 440–476 enthält, und ein zweites Glied, das die ungeraden Sammelschienen 39–75 für das zweite Array 372 enthält. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Sammelschienenmodul einen nicht leitenden, nicht entflammbaren Kunststoff von ausreichender Steifheit umfassen.
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Als Beispiel kann die integrierte Sammelschiene 401 den positiven Stift von Zelle 01 mit dem negativen Stift von Zelle Nummer 02 verbinden. Die integrierte Sammelschiene 402 kann den positiven Stift von Zelle 02 mit dem negativen Stift von Zelle 03 verbinden, und so weiter, entlang dem Array 371, so dass sich eine Spannung über den gekoppelten Zellen bis zu dem Punkt aufbauen kann, bei dem die integrierte Sammelschiene 412 den positiven Stift von Zelle 12 mit dem negativen Stift von Zelle 13 verbindet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Mutter 492 über einen Zellenstift geschraubt werden, um eine integrierte Sammelschiene zu sichern. Unter Bezugnahme auf 5 verbindet die integrierte Sammelschiene 404 den positiven Stift 490 von Zelle 04 mit dem negativen Stift 491 von Zelle 05 und wird durch die Muttern 492 gesichert.
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Die Sammelschienen 401–412 können eine erste Gruppe von Zellen, Zellen 1–13, elektrisch so verbinden, dass sich eine Spannung zwischen einem Kontaktpunkt an Zelle 1 und einem Kontaktpunkt an Zelle 13 akkumuliert. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl von in einer Gruppe verbundenen benachbarten Zellen derart sein, dass eine vorbestimmte Höchstspannung, Vmax, nicht überschritten wird. Als Beispiel, aber nicht als Beschränkung, kann eine Höchstspannung von 50 V als Vmax bezeichnet werden, um einen Bediener vor Hochspannungsexposition abzusichern. Die Bundesrichtlinien FMVSS-305 definieren Hochspannung als 60 V Gleichstrom/30 V Wechselstrom. Dementsprechend kann die Anzahl von in einer Gruppe verbundenen Zellen so konfiguriert werden, dass die über den Zellen akkumulierte Spannung 60 V nicht übersteigt, beispielsweise kann ein Maximum von 50 V bezeichnet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann an dem Punkt, wo eine Verbindung mit einer zusätzlichen Zelle das Maximum von 50 V übersteigen würde, eine Unterbrechungskammer positioniert sein, die den Aufbau von Spannung unterbricht. Wenn die Zellen 1–13 wie in 4 gezeigt verbunden sind, übersteigt somit die Spannung zwischen dem positiven Stift von Zelle 1 und dem negativen Stift von Zelle 13 oder zwei beliebigen Stiften dazwischen nicht das vorbestimmte Maximum 50 V. Weiterhin können die übrigen Zellen 13–76 durch die Unterbrechungskammern 525, 538, 551 und 563 getrennt werden, um eine Akkumulation einer Spannung größer als dem vorbestimmten Maximum zu verhindern, so dass die Spannung zwischen Zellen 14–25, 26–39, 40–52, 53–64, 65–77 und zwei beliebigen Stiften dazwischen nicht über einer vorbestimmten Spannung Vmax wie etwa 50 V liegt. Durch Begrenzen der Anzahl und Spannung der durch integrierte Sammelschienen verbundenen Zellen kann somit ein Bediener vor Kontakt mit einer hohen Spannung oder einer Spannung über dem vorbestimmten Maximum geschützt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Koppeln eines Sammelschienenmoduls an die Zellenarrays 370, 371 integrierte Sammelschienen 401–412 zum Verbinden einer ersten Gruppe von Zellen 1–13 liefern, integrierte Sammelschienen 414–424 zum Verbinden einer die Zellen 14–25 umfassenden zweiten Gruppe, integrierte Sammelschienen 426–437, zum Verbinden einer die Zellen 27–39 enthaltenden dritten Gruppe, integrierte Sammelschienen 439–450 zum Verbinden einer die Zellen 40–52 umfassenden vierten Gruppe, integrierte Sammelschienen 452–462 zum Verbinden einer die Zellen 53–64 enthaltenden fünften Gruppe und integrierte Sammelschienen 464–475 zum Verbinden einer die Zellen 65–76 enthaltenden sechsten Gruppe. Bei einem Beispielverfahren kann die Mutter 492 über jeden von einer integrierten Sammelschiene verbundenen Stift geschraubt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Muttern nach Gruppe aufgebracht, so dass eine erste Gruppe von Sammelschienen, wie etwa die Sammelschienen 401–413, mit Muttern 492 gesichert wird, dann wird eine zweite Gruppe von Sammelschienen 414–424 gesichert und so weiter.
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Wieder unter Bezugnahme auf 3 können bei Block 308 die Zellverbindungen bedeckt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie durch Block 348 von 3B gezeigt, können Verbindungen bedeckt werden, indem die Standardkammern geschlossen werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können eine erste Gruppe von benachbarten Zellen verbindende Kammern geschlossen werden. Bevorzugt werden integrierte Sammelschienen in den mit der ersten Gruppe von Zellen assoziierten Standardkammern mit Muttern gesichert, bevor die Deckel der Standardkammern geschlossen werden.
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Beispielhaft können, wie in 5 und 6A gezeigt, die Deckel 601–612, die mit den Kammern 501–512 für die Gruppe von Zellen 01–13 assoziiert sind, aus einer offenen Position angehoben werden, wodurch man Zugang zu positiven und negativen Stiften erhält, zu einer geschlossenen Position, die die Stifte bedeckt, wodurch Bedienerkontakt verhindert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der positive Stift von Zelle 13, während die verbundenen Zellen 01–13 bedeckt sein können, unbedeckt bleiben, da er in einer Unterbrechungskammer ist und nicht mit einer benachbarten Zelle verbunden ist.
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Beim Bedecken der Verbindungen innerhalb einer ersten Gruppe durch Schließen einer ersten Menge von Standardkammern kann eine Bestimmung dahingehend erfolgen, ob zusätzliche Standardkammern offen bleiben. Falls dies der Fall ist, kann der Sicherungs- und Bedeckungsprozeß fortgesetzt werden mit dem Schließen einer weiteren Menge von mit einer zweiten Gruppe von verbundenen Zellen assoziierten Kammern. Nachdem beispielsweise die Kammerdeckel 601–612 geschlossen sind, können die Kammerdeckel 614–624 geschlossen werden. Der Prozeß des Aufbringens von Muttern und des Bedeckens von Verbindungen kann mit dem Schließen der Deckel 626–637 fortgesetzt werden, so dass bei dem ersten Array 371 wie in 6B gezeigt, alle Stifte, die durch integrierte Sammelschienen verbunden sind, bedeckt sind, um einen Kontakt durch einen Bediener zu verhindern. Wenn der Kammerdeckel 636 geschlossen ist, kann der positive Stift von Zelle 38, hier in der Unterbrechungskammer 538 gezeigt, exponiert bleiben.
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Der Prozeß des Aufbringens von Muttern auf und des Schließens von Abdeckungen über Gruppen von verbundenen Zellen kann fortgesetzt werden, bis alle Gruppen von durch integrierte Sammelschienen in beiden Arrays 370, 371 verbundenen Zellen bedeckt sind, wie in 6C gezeigt. Nachdem alle integrierten Sammelschienenverbindungen bedeckt sind, sind die einzigen verbleibenden Stifte, die exponiert sind, jene an den Unterbrechungskammern 513, 525, 538, 551 und 563. Wie hier zuvor erörtert, setzt ein Kontakt mit zwei beliebigen exponierten Stiften einen Bediener einer Spannung aus, die das vorbestimmte Maximum nicht übersteigt, da die Spannung, die sich über einer Gruppe von durch integrierte Sammelschienen zusammengeschalteten Zellen aufbaut, durch die Anwesenheit von Unterbrechungskammern auf ein vorbestimmtes Maximum beschränkt ist. Beispielsweise führt ein Kontakt mit dem positiven Stift von Zelle 13 bei Kammer 513 und dem negativen Stift von Zelle 26 von Kammer 525 zu einem Kontakt mit einer Nullspannung, da sich die Stifte auf dem gleichen Potential befinden, wenn sich in den Unterbrechungskammern keine Unterbrechungssammelschienen befinden. Ein Kontakt mit dem negativen Stift von Zelle 14 und dem positiven Stift von Zelle 25 setzt einen Bediener einer Spannung unter dem vorbestimmten Maximum aus. Ein Kontakt mit einer beliebigen der bei den Unterbrechungskammern 538, 551 oder 563 exponierten unverbundenen Stifte wird einen Bediener einer über dem vorbestimmten Maximum liegenden Spannung nicht aussetzen. Somit wird ein Bediener vor Hochspannungsexposition geschützt.
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Wieder unter Bezugnahme auf 3 und unter Fortsetzung des Verfahrens 300 kann bei Block 312 eine erste Gruppe von verbundenen Zellen mit einer zweiten Gruppe von verbundenen Zellen verbunden werden, um eine Reihe verbundener Zellen auszubilden. Wie bei Block 352 des Verfahrens 340 gezeigt, kann eine Unterbrechungssammelschiene für eine Unterbrechungskammer bereitgestellt werden, um eine erste Gruppe verbundener Zellen mit einer zweiten Gruppe verbundener Zellen zu verbinden. Beispielsweise kann die Unterbrechungssammelschiene 494 für die Unterbrechungskammer 513 bereitgestellt werden, um den positiven Stift von Zelle 13 mit dem negativen Stift von Zelle 14 zu verbinden. Dadurch wird die Gruppe verbundener Zellen 01–13 mit der Gruppe verbundener Zellen 13–24 verbunden. Nicht gezeigte Muttern 492 können zum Sichern der Unterbrechungssammelschiene 494 an der Unterbrechungskammer 513 verwendet werden. Wie hier weiter oben erörtert, befinden sich der positive Stift von Zelle 13 und der negative Stift von Zelle 14 auf dem gleichen Potential, so dass das Sichern der Unterbrechungssammelschiene 494 an der Unterbrechungskammer 513 kein Risiko einer Hochspannungsverletzung für einen Bediener darstellt.
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Bei Block 316 kann eine Verbindung zwischen Gruppen von verbundenen Zellen bedeckt werden. Als Beispiel liefert das Verfahren 340 eine Beispielimplementierung bei den Blöcken 356–360. Bei Block 360 kann ein Kammerdeckel geschlossen werden, um eine Unterbrechungskammer zu bedecken, in der eine Unterbrechungssammelschiene aufgenommen worden ist. Beispielsweise kann der mit der Unterbrechungskammer 513 assoziierte Kammerdeckel 613 aus einer offenen Position in eine geschlossene Position bewegt werden, um den positiven Stift der Zelle 13 und den negativen Stift von Zelle 14, die durch die Unterbrechungssammelschiene 494 verbunden sind, zu bedecken, wie in 6E gezeigt.
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Bei Block 360 kann eine Bestimmung dahingehend vorgenommen werden, ob es verbleibende Unterbrechungskammern gibt, die Unterbrechungssammelschienen erfordern. Unter Bezugnahme auf 6E ist ersichtlich, dass mehrere Unterbrechungskammern, nämlich 525, 538, 551 und 563, ohne eine Unterbrechungssammelschiene verbleiben. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Zellgruppen in jedem Array verbunden und danach werden die beiden Arrays verbunden. Beispielsweise kann, nachdem eine Unterbrechungssammelschiene an die Unterbrechungskammer 513 bereitgestellt ist und der Deckel 613 geschlossen ist, das Verfahren 340 bei Block 352 weitergehen, und die Unterbrechungssammelschiene 494 kann an die Unterbrechungskammer 525 bereitgestellt werden, wodurch die Zellen 01–25 elektrisch mit den Zellen 26–38 unter Abschluß der Verbindung des ersten Arrays 371 gekoppelt werden. Weil es zwischen dem positiven Stift von Zelle 25 und dem negativen Stift von Zelle 26 bei der Unterbrechungskammer 525 keine Potentialdifferenz gibt, die Spannung nicht größer ist als das vorbestimmte Maximum, wird ein Bediener keiner Hochspannung ausgesetzt, wenn eine Unterbrechungssammelschiene an der Unterbrechungskammer 525 gesichert wird. Außerdem würde, wie hier zuvor angemerkt, ein Bedienerkontakt mit einem etwaigen exponierten positiven Stift und einem etwaigen exponierten negativen Stift zu einem Kontakt mit einer Spannung führen, die nicht höher ist als das vorbestimmte Maximum Vmax von beispielsweise 50 V, wodurch ein Bediener vor Hochspannungsexposition geschützt wird. Bei Block 356 kann der Deckel 625 der Unterbrechungskammer 525 geschlossen werden, um den positiven Stift der Zelle 25 und den negativen Stift der Zelle 26, die durch die Unterbrechungssammelschiene 220 verbunden sind, abzudecken. Mit der Verbindung der Zellen 01–38 des ersten Arrays 371 kann eine Spannung von etwa 100 V aufgebaut werden, ohne für einen Bediener ein gefährliches Risiko darzustellen.
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Die Blöcke 352–360 können bezüglich des zweiten Arrays 372 unter Einfügung einer Unterbrechungssammelschiene in der Unterbrechungskammer 563 wiederholt werden, um eine verbundene Reihe von Zellen auszubilden, die den positiven Stift von Zelle 52 bis Zelle 76 enthalten, gefolgt von dem Schließen des Deckels 663. Weil sich der positive Stift von Zelle 63 und der negative Stift von Zelle 64 auf dem gleichen Potential befinden, gibt es für einen Bediener, der eine Unterbrechungssammelschiene bei der Unterbrechungskammer 563 sichert, kein Risiko der Hochspannungsexposition. Das Schließen des Deckels 663 bedeckt die eingesetzten Unterbrechungssammelschienenverbindungen. Nach dem Bereitstellen einer Unterbrechungssammelschiene für die Kammer 563 kann eine Unterbrechungssammelschiene für die Unterbrechungskammer 551 bereitgestellt werden, um die verbundenen Zellen 39–51 mit den verbundenen Zellen 52–76 zu verbinden. An diesem Punkt befinden sich die einzigen exponierten Stifte an der Unterbrechungskammer 538 und der Unterbrechungskammer 551. Die Potentialdifferenz zwischen einem Stift bei der Unterbrechungskammer 538 und einem Stift bei der Unterbrechungskammer 551 liegt nicht über dem vorbestimmten Maximum. Der positive Stift von Zelle 51 und der negative Stift von Zelle 52 befinden sich auf dem gleichen Potential, so dass der Bediener vor Hochspannungsexposition abgeschirmt ist, wenn er eine Unterbrechungssammelschiene an die Unterbrechungskammer 551 bereitstellt. Mit dem Schließen des Deckels 651 sind alle Zellengruppen des Arrays 372 verbunden. An diesem Punkt können die Blöcke 352–360 bezüglich der Unterbrechungskammer 538 wiederholt werden, so dass eine Unterbrechungssammelschiene bereitgestellt wird, um das erste Array 371 mit dem zweiten Array 372 zu verbinden. Da alle anderen Sammelschienen und Unterbrechungssammelschienen bedeckt sind und sich der positive Stift von Zelle 38 und der negative Stift von Zelle 39 auf dem gleichen Potential befinden, besteht für einen Bediener, der eine Unterbrechungssammelschiene an der Unterbrechungskammer 538 sichert, kein Risiko einer zufälligen Hochspannungsexposition. Bei Block 356 können der positive Stift von Zelle 38 und der negative Stift von Zelle 39, die durch eine Unterbrechungssammelschiene verbunden sind, durch Schließen eines Kammerdeckels abgedeckt werden.
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Das Sammelschienenmodul 370 kann ein oder mehrere, zum Bedecken von mehr als zwei Stiften konfigurierte Deckel enthalten. Beispielsweise kann der Deckel 602 zum Bedecken von drei Stiften konfiguriert sein: den negativen Stift von Zelle 01, den positiven Stift von Zelle 02 und den negativen Stift von Zelle 03, obwohl die Stifte nur von Zelle 02 und Zelle 03 durch die integrierte Sammelschiene 402 verbunden sind. Das Sammelschienenmodul 370 kann mit einem Hilfsdeckel 680 konfiguriert sein, der konfiguriert ist, um die Kammer 536, in dem die integrierte Sammelschiene 436 von dem Deckel 636 abgedeckt ist, sowie den positiven Stift von Zelle 38 abzudecken. Auf ähnliche Weise kann ein Hilfsdeckel 682 konfiguriert sein, die Kammer 540, in der die integrierte Sammelschiene 440 von dem Deckel 640 abgedeckt ist, sowie den negativen Stift der Zelle 39 abzudecken. Bei dem Ausführungsbeispiel 400 ist eine Unterbrechungskammer 538 konfiguriert, eine Unterbrechungssammelschiene für das Verbinden des positiven Stifts der Zelle 38 und des negativen Stifts der Zelle 39 aufzunehmen. Bei einer derartigen Konfiguration kann die Kammer selbst mit einem Deckel konfiguriert sein, um die darin aufgenommenen Stifte abzudecken, wodurch die Notwendigkeit für die Hilfsdeckel 680, 682 entfällt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass ein Sammelschienenmodul konfiguriert sein kann, um eine Verbindung der beiden Arrays über eine Unterbrechungssammelschiene ohne eine eigene Kammer und/oder einen eigenen Deckel zu gestatten.
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Wenn keine zusätzlichen Unterbrechungskammern eine Unterbrechungssammelschiene erfordern und alle Unterbrechungssammelschienenverbindungen abgedeckt worden sind, kann das Verfahren 340 bei Block 364 enden. Bei Abschluß des Verfahrens wird eine Hochspannungsbatterie mit einer Spannung montiert worden sein, die über dem vorbestimmten Maximum liegt, ohne dass ein Bediener während des Montageprozesses einer hohen Spannung ausgesetzt worden ist.
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Die hierin beschriebenen Beispielverfahren und -vorrichtungen können zum Herstellen oder Warten einer Hochspannungsbatterie verwendet werden, während ein Bediener vor Hochspannungsexposition geschützt wird. Sollte beispielsweise eine Batterie Wartung erfordern, können Kammerdeckel geöffnet werden und Zellen auf eine Weise getrennt werden, die einen Bediener davor schützt, einer Spannung ausgesetzt zu werden, die über einem vorbestimmten Maximum liegt. Ein Beispielverfahren zum Trennen von Zellen einer Hochspannungsbatterie kann das Anheben des Kammerdeckels 680 beinhalten, um den positiven Stift von Zelle 38 zu exponieren, und das Anheben des Kammerdeckels 82, um den negativen Stift von Zelle 39 zu exponieren, dann Entfernen der nicht integralen Sammelschiene, die diese beiden Stifte verbindet, wodurch das erste und zweite Array 371, 372 getrennt werden. Weil sich diese beiden Stifte auf dem gleichen Potential befinden und alle anderen Stifte bedeckt sind, besteht für einen Bediener kein Risiko für eine Spannungsexposition über dem vorbestimmten Maximum. Nachdem die Zellen des ersten Arrays 371 von dem zweiten Array 372 getrennt worden sind, kann ein Bediener dann weiter die nicht integralen Sammelschienen von den Unterbrechungskammern der individuellen Arrays entfernen. Beispielsweise kann die Abdeckung 651 für das Entfernen der nicht integralen Sammelschiene bei der Kammer 551 angehoben werden, und die Abdeckung 663 kann für das Entfernen der nicht integralen Sammelschiene bei der Unterbrechungskammer 563 angehoben werden. Ein ähnlicher Prozeß kann für das Array 371 durchgeführt werden, mit dem Entfernen der nicht integralen Sammelschiene bei Kammer 525 und 513.
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Somit kann eine Hochspannungsbatterie montiert oder gewartet werden, ohne einen Bediener Spannungspegeln auszusetzen, die über einem vorbestimmten Maximum liegen. Ein Sammelschienenmodul kann mit Standardkammern mit eingebauten Sammelschienen konfiguriert werden und Unterbrechungskammern, die zum Aufnehmen separater Sammelschienen konfiguriert sind. Während eingebaute oder integrierte Sammelschienen benachbarte Zellen in Reihe verbinden, um eine Spannung aufzubauen, kann die Anwesenheit von Unterbrechungskammern die Akkumulation von Spannung unterbrechen, so dass die Spannung über eine Reihe von Zellen in einer Gruppe ein vorbestimmtes Maximum nicht übersteigt. Deckel auf Standard- und Unterbrechungskammern decken elektrisch verbundene Stifte ab, wodurch ein Bediener vor unbeabsichtigtem Kontakt abgeschirmt wird. Ein Sammelschienenmodul kann zum Koppeln eines Batteriezellenarrays beliebiger Größe konfiguriert werden und kann zum Koppeln mit einem oder mehreren Arrays konfiguriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Bundesrichtlinien FMVSS-305 [0033]
