DE102014217526A1 - Conductor module and electrochemical energy storage having such a conductor module - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitermodul (10), aufweisend wenigstens zwei elektrische Leiterabschnitte (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermodul (10) weiterhin einen Ferritkern (16) zum Unterdrücken von Gleichtaktstörungen aufweist, wobei der Ferritkern (16) mit den wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitten (12, 14) mechanisch zu einem Bauteil verbunden ist, und wobei die wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitte (12, 14) derart ausgewählt sind, dass bei einem störungsfreien Betrieb des Leitermoduls (10) durch die elektrischen Leiterabschnitte (12, 14) den Ferritkern (16) passierend ein Summenstrom von null fließt. Ein vorbeschriebenes Leitermodul (10) schafft eine vorteilhafte Lösung, um ein derartiges magnetische Felder reduzierendes Bauteil einfach und kostengünstig in elektronische Systeme, wie beispielsweise in elektrochemische Energiespeicher, integrieren zu können. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein elektrochemischer Energiespeicher (30, 30‘).The present invention relates to a conductor module (10) comprising at least two electrical conductor sections (12, 14), characterized in that the conductor module (10) further comprises a ferrite core (16) for suppressing common mode noise, wherein the ferrite core (16) with the at least two electrical conductor sections (12, 14) are mechanically connected to form a component, and wherein the at least two electrical conductor sections (12, 14) are selected such that, in the case of trouble-free operation of the conductor module (10) by the electrical conductor sections (12, 14 ) passes through the ferrite core (16) passing a summation current of zero. A previously described conductor module (10) provides an advantageous solution for easily and cost-effectively integrating such a magnetic field-reducing component into electronic systems, such as electrochemical energy stores. The present invention further provides an electrochemical energy store (30, 30 ').
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitermodul und einen elektrochemischen Energiespeicher, aufweisend ein derartiges Leitermodul.The present invention relates to a conductor module and an electrochemical energy store, comprising such a conductor module.
Stand der TechnikState of the art
Anwendungsgebiete für lithiumbasierte Energiespeicher umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen. Derartige insbesondere elektrochemische Energiespeicher umfassen meist eine oder eine Vielzahl von Batteriezellen. Areas of use for lithium-based energy storage devices include, in addition to fully electrically powered vehicles or hybrid vehicles, electrical tools, electrical entertainment electronics, computers, cell phones, and other applications. Such, in particular, electrochemical energy stores usually comprise one or a multiplicity of battery cells.
Oftmals ist ein Batteriesystem aufgebaut aus einer Mehrzahl von Batteriezellen, die zu einem Modul zusammengefasst werden. Hierbei werden die einzelnen Batteriezellen durch elektrisch leitende Verbindungen miteinander verschaltet, beispielsweise in Serie geschaltet. Da das Modul die Energie beispielsweise einem getakteten Inverter für hohe Leistungsanforderungen bereitstellt, können Ströme mit hohen Spitzen auftreten. Dies kann zu magnetischen Feldern mit hohen Feldstärken führen. Dadurch können in das Batteriesystem Störungen induziert werden, was das Batterie-Management-System (BMS) der Batterie stören kann. Außerdem können diese Störungen durch Abstrahlung beziehungsweise Einstrahlung auch andere elektronische Geräte beeinträchtigen, wie beispielsweise Radiogeräte. Dies trifft insbesondere auf Fahrzeug-Traktionsbatterien zu, die ein Kunststoffgehäuse aufweisen, das keine Schirmung bereitstellt.Often, a battery system is composed of a plurality of battery cells, which are combined to form a module. Here, the individual battery cells are interconnected by electrically conductive connections, for example, connected in series. For example, because the module provides the power to a clocked inverter for high power requirements, high peak currents can occur. This can lead to magnetic fields with high field strengths. As a result, disturbances can be induced in the battery system, which can disturb the battery management system (BMS) of the battery. In addition, these disturbances by radiation or irradiation may affect other electronic devices, such as radios. This is particularly true for vehicle traction batteries that have a plastic housing that does not provide shielding.
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Leitermodul, aufweisend wenigstens zwei elektrische Leiterabschnitte, wobei das Leitermodul weiterhin einen die wenigstens zwei Leiterabschnitte zumindest teilweise umspannenden Ferritkern zum Unterdrücken von Gleichtaktstörungen aufweist, wobei der Ferritkern mit den wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitten mechanisch zu einem Bauteil verbunden ist, und wobei die wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitte derart ausgewählt sind, dass bei einem Betrieb des Leitermoduls und in Abwesenheit von Gleichtaktstörungen durch die elektrischen Leiterabschnitte den Ferritkern passierend ein Summenstrom von null fließt.The present invention is a conductor module comprising at least two electrical conductor sections, wherein the conductor module further comprises a ferrite core at least partially surrounding the at least partially conductor sections for suppressing common mode noise, wherein the ferrite core is mechanically connected to the at least two electrical conductor sections to form a component, and wherein the at least two electrical conductor sections are selected such that when the conductor module is operated and in the absence of common-mode interference through the electrical conductor sections, the zero-crossing current flows through the ferrite core.
Ein vorbeschriebenes Leitermodul ermöglicht es auf besonders vorteilhafte Weise, Störungen, wie insbesondere Gleichtaktstörungen, etwa aufgrund leiter- oder feldgebundener elektromagnetischer Störungen, von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise Batteriemodulen, durch elektromagnetische Felder signifikant zu reduzieren, wobei es ferner eine besonders vorteilhafte Implementierung in elektronische Systeme, wie beispielsweise Batteriesysteme, erlaubt. A previously described conductor module makes it possible in a particularly advantageous manner to significantly reduce interference, in particular common-mode interference, for example due to conductor-bound or field-bound electromagnetic interference, from electronic components, such as battery modules, by electromagnetic fields, and it also provides a particularly advantageous implementation in electronic systems , such as battery systems allowed.
Dabei kann ein derartiges Leitermodul insbesondere verwendbar sein in jeglicher Anwendung, bei der hohe insbesondere durch Inverter oder DC-DC-Wandler getaktete Ströme über diskrete Leiter, wie beispielsweise Stromschienen (engl. Busbars) beziehungsweise Sammelschienen, laufen. Beispielsweise kann das Leitermodul dazu dienen, verschiedene Komponenten in einem Batteriesystem, wie etwa Zellmodule, BDU (Battery-Disconnect-Unit, auch Junction-Box genannt), Sicherungen, Stromsensoren etc. zu verbinden oder etwa Batteriezellen mit den entsprechenden Kontakten beziehungsweise elektrischen Verbrauchern oder mit weiteren Batteriezellen zu verbinden. Insbesondere kann ein derartiges Leitermodul Anwendung finden in Fahrzeugtraktionsbatterien.In this case, such a conductor module can be used in particular in any application in which high currents, in particular clocked by inverters or DC-DC converters, run via discrete conductors, such as busbars or busbars. For example, the conductor module can serve to connect various components in a battery system, such as cell modules, BDU (Battery Disconnect Unit, also called Junction Box), fuses, current sensors, etc., or about battery cells with the corresponding contacts or electrical consumers or to connect with other battery cells. In particular, such a conductor module can be used in vehicle traction batteries.
Das vorbeschriebene Leitermodul umfasst wenigstens zwei elektrische Leiterabschnitte wobei das Leitermodul nicht auf das Vorsehen von zwei elektrischen Leiterabschnitten beschränkt ist. Vielmehr kann auch eine Mehrzahl von größer als zwei an elektrischen Leiterabschnitten vorgesehen sein, wie beispielsweise vier Leiter, die wiederum gemeinsam den Summenstrom null aufweisen.The above-described conductor module comprises at least two electrical conductor sections wherein the conductor module is not limited to the provision of two electrical conductor sections. Rather, a plurality of greater than two can be provided on electrical conductor sections, such as four conductors, which in turn together have the total current zero.
Externe Störungen, etwa von einem hochfrequent getakteten Inverter oder DC-DC-Wandler, können leitergebunden oder als elektromagnetisches Feld in das Leitermodul beziehungsweise in eine das Leitermodul umfassende Batterie einstrahlen. Sie können dadurch eine Gleichtaktstörung verursachen, die die signalverarbeitenden Einheiten des Energiespeichers oder benachbarte Bauteile negativ beeinflussen können. Beispielsweise kann es zu Messfehlern in der Batterie kommen, indem die Zellspannungserfassung des Batterie-Management-Systems (BMS) gestört wird. Dies kann sich beispielsweise negativ auf die Ermittlung von Ladezustand (State-of-Charge, SoC) und Alterungszustand (State-of-health, SoH) auswirken. Darüber hinaus können gegebenenfalls die zulässigen Grenzwerte betreffend magnetischer Felder, beispielsweise in Fahrzeugen, überschritten werden. Unter anderem um diesen Grenzwert einzuhalten sind Maßnahmen wie das Leitermodul von Vorteil. Unter Gleichtaktstörungen sind dabei in an sich bekannter Weise Störungen beziehungsweise Beeinflussungen zu verstehen, welche mit gleicher Phase und gleicher Amplitude auf die wenigstens zwei Leiterabschnitte einwirken.External disturbances, for example from a high-frequency clocked inverter or DC-DC converter, can be connected to the conductor or as an electromagnetic field in the conductor module or in a battery comprising the conductor module. This can cause a common mode noise that can negatively affect the signal processing units of the energy storage or adjacent components. For example, measurement errors can occur in the battery by disturbing the cell voltage detection of the battery management system (BMS). This can be, for example adversely affect state-of-charge (SoC) and state-of-health (SoH) determinations. In addition, the permissible limit values relating to magnetic fields, for example in vehicles, may possibly be exceeded. Among other things, to comply with this limit measures such as the conductor module advantage. Under common mode noise disturbances or influences are to be understood in a conventional manner, which act with the same phase and the same amplitude on the at least two conductor sections.
Um die vorbeschriebenen Effekte wirksam zu reduzieren, ist ein die wenigstens zwei Leiterabschnitte zumindest teilweise umspannender Ferritkern zum Unterdrücken von Gleichtaktstörungen vorgesehen. Unter einem Ferritkern beziehungsweise Ferritfilter kann dabei insbesondere ein Bauteil verstanden werden, welches Ferrit umfasst oder aus diesem besteht und dadurch elektromagnetische Felder in sich konzentrieren und somit der Umgebung entziehen kann, wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Dadurch kann eine besonders effektive Abschirmung elektromagnetischer Felder realisierbar sein. Unter einem die wenigstens zwei Leiterabschnitte zumindest teilweise umspannenden Ferritkern kann dabei ferner verstanden werden ein Ferritkern, der die beiden Leiterabschnitte umringt, wobei es jedoch vom Rahmen der Erfindung umfasst ist, dass der Ferritkern beziehungsweise die Umspannung Unterbrechungen, wie etwa kleinere Luftspalte, aufweisen kann. In order to effectively reduce the above-described effects, a ferrite core at least partially bridging the at least two conductor portions is provided for suppressing common-mode noise. A ferrite core or ferrite filter may in particular be understood as meaning a component which comprises or consists of ferrite and thereby can concentrate electromagnetic fields in itself and thus escape the environment, as is generally known to the person skilled in the art. As a result, a particularly effective shielding of electromagnetic fields can be realized. A ferrite core that at least partially surrounds the at least two conductor sections can also be understood as meaning a ferrite core that surrounds the two conductor sections, but it is encompassed by the scope of the invention that the ferrite core or the strain can have interruptions, such as smaller air gaps.
Dadurch, dass ein Ferritkern vorgesehen ist, können die vorgenannten Gleichtakt-Störungen, welche hervorgerufen werden durch magnetische Felder, gedämpft werden, Somit dient das Vorsehen eines Ferritkerns als effektive Maßnahme, um eine nachteilige Beeinflussung von elektronischen Komponenten, wie etwa eines Batteriesystems, zu verhindern.By providing a ferrite core, the aforementioned common mode noise caused by magnetic fields can be damped. Thus, provision of a ferrite core serves as an effective measure to prevent adverse influence on electronic components such as a battery system ,
Dabei ist eine Abschirmung bei einem vorbeschriebenen Leitermodul insbesondere deshalb besonders vorteilhaft, da der Ferritkern derart positioniert ist beziehungsweise die wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitte derart ausgewählt sind, dass bei einem störungsfreien Betrieb des Leitermoduls beziehungsweise ohne das Vorliegen von Gleichtaktstörungen durch die elektrischen Leiterabschnitte den Ferritkern passierend ein Summenstrom von null fließt, das heißt, dass die durch den Ferrit umschlossenen Ströme in Summe null betragen, da bei zwei Leitern die Ströme betragsmäßig gleich groß sind aber in entgegengesetzte Richtung fließen. Dies gilt beispielsweise, wenn die beiden Leiterabschnitte als Hinleiter und als Rückleiter zu einem Verbraucher ausgestaltet sind. Ferner liegt dann durch die Leiterabschnitte ein Summenstrom von null vor, wenn keine Gleichtaktstörung vorliegt. Eine Gleichtaktstörung bewirkt dann, dass der Summenstrom kurzfristig von null abweicht, was wiederum nach dem Induktionsgesetz zu einem Magnetfeld im Ferritkern führt, das der Ursache des Magnetfelds entgegenwirkt, so dass wiederum der Gleichtaktstörung entgegengewirkt werden kann. In this case, shielding in the case of a previously-described conductor module is particularly advantageous, since the ferrite core is positioned or the at least two electrical conductor sections are selected such that the ferrite core passes when the conductor module operates without the common-mode interference passing through the electrical conductor sections Sum flow of zero flows, that is, that the currents enclosed by the ferrite sum in total to zero, since in two conductors, the currents are equal in magnitude but flow in the opposite direction. This applies, for example, if the two conductor sections are designed as a forward conductor and as a return conductor to a consumer. Furthermore, then there is a summation current of zero through the conductor sections when there is no common-mode noise. A common mode noise then causes the total current to deviate from zero in the short term, which in turn leads to a magnetic field in the ferrite core, which counteracts the cause of the magnetic field, so that in turn the common mode noise can be counteracted.
Dabei sind die wenigstens zwei Leiterabschnitte aufgrund ihres Potentialunterschieds von einander elektrisch vollständig zu isolieren. Darüber hinaus sollten die elektrischen Leiter eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, welche in Abhängigkeit des Anwendungsgebietes dazu ausreicht, um beispielsweise innerhalb eines Batteriemoduls als Hinleiter beziehungsweise Rückleiter dienen zu können. Derartige beispielsweise als Stromschienen ausgestaltete elektrische Leiterabschnitte sind insbesondere aus einem Metall ausgestaltet. Beispielsweise umfassen derartige Leiterabschnitte Kupfer oder Aluminium oder bestehen aus einem dieser Materialien oder können beispielsweise eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.In this case, the at least two conductor sections are to be electrically completely isolated from each other due to their potential difference. In addition, the electrical conductors should have an electrical conductivity which, depending on the field of application, is sufficient to be able to serve as a forward conductor or return conductor within a battery module, for example. Such electrical conductor sections designed, for example, as busbars are designed in particular from a metal. By way of example, such conductor sections comprise copper or aluminum or consist of one of these materials or may, for example, have a corresponding electrical conductivity.
Somit können die wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitte insbesondere mit einer oder einer Mehrzahl an Batteriezellen verbindbar sein. Es kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiterabschnitte mit derselben Batteriezelle beziehungsweise mit den selben Batteriezellen derart verbunden werden können, dass ein elektrischer Leiterabschnitt in einem Betriebszustand des Leitermoduls beziehungsweise der Batterie als elektrischer Hinleiter verwendbar ist beziehungsweise einen Teil dieses ausbilden kann und dass ein weiterer elektrischer Leiterabschnitt in einem Betriebszustand des Leitermoduls beziehungsweise der Batterie als elektrischer Rückleiter verwendbar ist beziehungsweise einen Teil dieses ausbildet. Jedoch ist es grundsätzlich nicht ausgeschlossen sondern vom Rahmen der Erfindung umfasst, dass die elektrischen Leiterabschnitte unterschiedliche Batteriezellen kontaktieren und/oder gleichermaßen als Hinleiter beziehungsweise als Rückleiter ausgebildet sind, insoweit diese den Ferritkern passierend den Summenstrom von null führen.Thus, the at least two electrical conductor sections can in particular be connectable to one or a plurality of battery cells. It may be provided, for example, that the electrical conductor sections with the same battery cell or with the same battery cells can be connected such that an electrical conductor section in an operating state of the conductor module or the battery is used as an electrical forward or can form part of this and that Another electrical conductor section is usable in an operating state of the conductor module or the battery as an electrical return conductor or forms part of this. However, it is not excluded in principle but included in the scope of the invention that the electrical conductor sections contact different battery cells and / or are equally designed as forward or as return conductors, as far as they pass the ferrite core, the summation current of zero.
Bei einem vorbeschriebenen Leitermodul ist es ferner vorgesehen, dass der Ferritkern mit den wenigstens zwei elektrischen Leiterabschnitten mechanisch zu einem Bauteil verbunden ist, insbesondere mit einem, mehreren oder oder sämtlichen der vorliegenden Leiterabschnitte fixiert ist. Dadurch kann dem Nachteil begegnet werden, dass ein Ferritfilter oftmals ungünstig zu verbauen ist, da er gegebenenfalls spröde ist und somit ohne Schutzmaßnahmen unter mechanischer Last, wie etwa Vibration oder Schock, beschädigt werden könnte. Durch die vorbeschriebene Anordnung können diese Nachteile des Stands der Technik jedoch umgangen werden, so dass die Langlebigkeit und Verlässlichkeit eines Leitermoduls, wie es vorstehend beschrieben ist, insbesondere verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen besonders hoch sein kann.In a previously described conductor module, it is further provided that the ferrite core with the at least two electrical conductor sections is mechanically connected to a component, in particular with one, several or or all of the present conductor sections is fixed. As a result, the disadvantage can be encountered that a ferrite filter is often unfavorable to install, since it is possibly brittle and thus could be damaged without protective measures under mechanical load, such as vibration or shock. By the arrangement described above, however, these disadvantages of the prior art can be circumvented, so that the Longevity and reliability of a conductor module, as described above, in particular can be particularly high compared to the arrangements known from the prior art.
Die vorbeschriebene Anordnung des Ferritkerns, der mit den wenigstens zwei Leiterabschnitten mechanisch zu einem Bauteil verbunden ist, kann dabei insbesondere bedeuten, dass der Ferritkern unmittelbar an dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiterabschnitt befestigt beziehungsweise fixiert ist, oder mittelbar, also unter Zuhilfenahme eines oder mehrere weiterer Bauteile, so dass ein separates Bauteil entsteht, welches die Leiter und den Ferritkern umfasst und als solches verbaubar ist.The above-described arrangement of the ferrite core, which is mechanically connected to the at least two conductor sections to form a component, may in particular mean that the ferrite core is attached or fixed directly to the first and / or the second electrical conductor section, or indirectly, ie with the aid of a or several other components, so that a separate component is formed, which comprises the conductors and the ferrite core and as such is buildable.
Die vorbeschrieben Lösung ermöglicht somit eine Integration zweier oder mehr elektrischer Leiterabschnitte mit einem Ferritkern in ein zusammenhängendes Bauteil, welches verfahrensbedingt signifikante Vorteile bietet. So ist ein derartiges Bauteil oftmals für eine günstige Fertigung von elektrischen Komponenten besonders vorteilhaft, da es ein besonders einfaches und günstiges Zusammensetzen von elektrischen Systemen ermöglicht. Dies gilt insbesondere im Gegensatz zu dem Verwenden von Einzelteilen, welche zu einem gemeinsamen elektrischen System zusammengefügt werden müssen. The above-described solution thus makes it possible to integrate two or more electrical conductor sections with a ferrite core into a continuous component, which offers significant advantages due to the method. Thus, such a component is often particularly advantageous for a favorable production of electrical components, since it allows a particularly simple and inexpensive assembly of electrical systems. This is especially true in contrast to the use of items that need to be assembled into a common electrical system.
Stromschienen sind gegeneinander hochohmig isoliert und auch nach außen mit einem Material aufweisend einen elektrischen Isolationswiderstand beispielsweise im Giga-Ohm-Bereich. Beispielsweise kann als elektrisch isolierendes Material ein Kunststoff verwendet werden, wie er für die Isolation von elektrischen Leitungen, beispielsweise von Kabeln, dem Fachmann bekannt ist. Insbesondere diese Ausgestaltung kann ein besonders einfaches Herstellungsverfahren mit an sich bekannten Verfahrensschritten ermöglichen. Beispielsweise kann in dieser Ausgestaltung auf industriell bekannte Verfahren der Kunststofftechnik zurückgegriffen griffen werden, wie beispielsweise Spritzgießen, Extrudieren oder Aufschrumpfen eines Schlauchs, um die elektrischen Leiterabschnitte sowie den Ferritfilter in vorteilhafter Weise mit nur einem Arbeitsgang mit einem Kunststoffmaterial zu ummanteln. Der so erzeugte Verbund kann dann problemlos in ein elektrisches System wie beispielsweise in einen Batterieverbund eingebaut werden.Busbars are highly insulated against each other and also outwardly with a material having an electrical insulation resistance, for example in the gig-ohm range. For example, can be used as an electrically insulating material, a plastic, as it is known for the isolation of electrical lines, such as cables, the skilled person. In particular, this embodiment may allow a particularly simple manufacturing method with known method steps. For example, in this embodiment, industrially known methods of plastics technology can be resorted to, such as injection molding, extrusion or shrink-fitting of a hose in order to coat the electrical conductor sections and the ferrite filter in an advantageous manner with only one operation with a plastic material. The composite thus produced can then be easily installed in an electrical system such as in a battery assembly.
Ferner ist für eine derartige Integration des Ferritfilters nur ein kleiner Bauraum notwendig, so dass diese Maßnahme auch bei beengten Platzverhältnissen problemlos angewendet werden kann. Ferner ist ein Integrieren des Filters zwischen den einzelnen Batteriezellen ohne zusätzliche aufwändige Arbeitsschritte möglich, so dass die Montage der Batterie beziehungsweise eines Batteriemoduls vereinfacht werden kann.Furthermore, only a small space is required for such integration of the ferrite filter, so that this measure can be used easily even in confined spaces. Furthermore, it is possible to integrate the filter between the individual battery cells without additional elaborate work steps, so that the assembly of the battery or of a battery module can be simplified.
Zusammenfassend schafft ein vorbeschriebenes Leitermodul eine kostengünstige Lösung, um durch magnetische Felder verursachte Störungen, etwa bei einer Batterie beziehungsweise eine Beeinflussung der den Energiespeicher Bauteile effektiv verhindern zu können.In summary, a prescribed conductor module provides a cost-effective solution to effectively prevent interference caused by magnetic fields, such as in a battery or an influence of the energy storage components.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Ferritkern mit wenigstens einem elektrischen Leiterabschnitt formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein. Beispielsweise kann der Ferritkern mit einem ersten elektrischen Leiterabschnitt und einem zweiten elektrischen Leiterabschnitt formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein. Dabei ist es besonders von Vorteil, dass in dieser Ausgestaltung ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren und ferner eine besonders stabile Anordnung realisierbar sein können, wobei letzteres insbesondere für mobile Anwendungen von Vorteil sein kann.Within the scope of an embodiment, the ferrite core can be connected to at least one electrical conductor section in a form-fitting or cohesive manner. For example, the ferrite core can be connected to a first electrical conductor section and a second electrical conductor section in a form-fitting or cohesive manner. It is particularly advantageous that in this embodiment, a particularly simple and inexpensive manufacturing process and also a particularly stable arrangement can be realized, the latter may be particularly advantageous for mobile applications.
Eine stoffschlüssige Verbindung kann dabei beispielsweise ausgestaltet sein, indem der Ferritfilter und der entsprechende Leiterabschnitt oder die entsprechenden Leiterabschnitte durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind. Bezüglich des Formschlusses können beispielsweise an sich bekannte Befestigungsmittel angewandt werden. Dabei sind die vorstehend genannten Beispiele in keiner Weise beschränkend.A cohesive connection can be designed, for example, by the ferrite filter and the corresponding conductor section or the corresponding conductor sections are connected to each other by an adhesive. With regard to the positive connection, for example, known fastening means can be used. The above examples are in no way limiting.
Grundsätzlich können beispielsweise der Ferritkern und einer oder beide der elektrischen Leiterabschnitte, etwa ausgebildet als Stromschiene, jeweils mit Kunststoff umspritzt werden, so dass der Kunststoff zum Einen eine Isolation bewirkt und ferner eine formschlüssige Verbindung zwischen Ferritkern und Leiterabschnitt gewährleistet.In principle, for example, the ferrite core and one or both of the electrical conductor sections, formed approximately as a busbar, are each encapsulated in plastic, so that the plastic on the one hand causes isolation and further ensures a positive connection between the ferrite core and conductor section.
Alternativ kann der Ferritkern beispielsweise in seinem Inneren ein Kunststoffteil mit zwei beispielsweise spaltförmigen Aussparungen aufweisen, in die die Leiterabschnitte wie insbesondere die Stromschienen unisoliert oder isoliert direkt formschlüssig eingeschoben werden können. Alternatively, the ferrite core, for example, in its interior have a plastic part with two, for example, slot-shaped recesses into which the conductor sections such as in particular the busbars uninsulated or insulated can be inserted directly positive fit.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Ferritkern die wenigstens zwei Leiterabschnitte vollständig umspannen. Insbesondere kann der Ferritkern bei dem Vorliegen von mehr als zwei elektrischen Leiterabschnitten, durch welche den Ferritkern passierend der Summenstrom von null fließt, der Ferritkern sämtliche der vorgenannten Leiterabschnitte vollständig umspannen. Beispielsweise kann der Ferritkern als Ringkern ausgestaltet sein, der die elektrischen Leiterabschnitte vollständig umspannt. Eine derartige Ausgestaltung, beispielsweise mit einer Ausbildung des Ferritkerns als Ringkern, kann den Vorteil aufweisen, dass der Ferritkern die elektrischen Leiterabschnitte auf besonders einfache Weise vollständig umspannen kann, und so eine besonders effektive Reduzierung störender Einflüsse ermöglicht werden kann. Darüber hinaus kann insbesondere bei einem zwischen den Batteriezellen angeordneten Ringkern das Herstellungsverfahren besonders einfach sein, so dass diese Ausgestaltung eine besonders kostengünstige Lösung bereitstellen kann. Ein Ringkern kann dabei in an sich bekannter Weise ein ringförmig ausgestalteter Ferritkern sein.In a further embodiment, the ferrite core can completely span the at least two conductor sections. In particular, in the presence of more than two electrical conductor sections, through which the summation current of zero flows through the ferrite core, the ferrite core can completely surround all of the aforementioned conductor sections. For example, the ferrite core can be designed as a ring core, which completely spans the electrical conductor sections. Such a configuration, for example, with a design of the ferrite core as a toroidal core, may have the advantage that the ferrite core, the electrical conductor sections in a particularly simple Fully encompassing way, and so a particularly effective reduction of disturbing influences can be made possible. In addition, in particular in a ring core arranged between the battery cells, the production method can be particularly simple, so that this embodiment can provide a particularly cost-effective solution. A toroidal core can be a ring-shaped ferrite core in a manner known per se.
Diese Ausgestaltung kann weiterhin von Vorteil sein, da durch eine derartige Anordnung des Ferritkerns und der damit einhergehenden besonders effektiven Schutzwirkung bereits ein vergleichsweise kleiner Ferritkern ausreichend sein kann, so dass ein elektronisches System wie beispielsweise ein elektrochemischer Energiespeicher besonders kostengünstig herstellbar sein kann.This refinement can furthermore be advantageous, since such a configuration of the ferrite core and the associated particularly effective protective effect can already be sufficient for a comparatively small ferrite core, so that an electronic system such as, for example, an electrochemical energy store can be produced in a particularly cost-effective manner.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann zwischen den elektrischen Leiterabschnitten wenigstens ein Abstandshalter angeordnet sein. Durch einen Abstandshalter kann sichergestellt werden, dass zum Einen die elektrischen Leiterabschnitte sich nicht elektrisch kontaktieren, wodurch Kurzschlüsse sicher verhindert werden können. Darüber hinaus können ein oder mehrere Abstandshalter insbesondere für das Herstellungsverfahren von Vorteil sein, da so auf besonders einfache Weise eine besonders definierte Struktur erzeugbar sein kann, da die Abstandshalter die Leiterabschnitte zueinander fixieren können. Eine derartige definierte Struktur kann dabei helfen, dass der Ferritkern die Gleichtaktstörungen besonders effektiv dämpfen beziehungsweise verhindern kann.In the context of a further embodiment, at least one spacer can be arranged between the electrical conductor sections. By a spacer can be ensured that, on the one hand, the electrical conductor sections do not contact electrically, causing short circuits can be reliably prevented. In addition, one or more spacers may be advantageous, in particular for the production method, since a particularly defined structure can be produced in a particularly simple manner, since the spacers can fix the conductor sections to one another. Such a defined structure can help in that the ferrite core can dampen or prevent the common mode noise particularly effectively.
Beispielsweise kann wenigstens ein Abstandshalter als Querstrebe ausgestaltet sein, welche in das Gesamtbauteil mechanisch integriert ist, also insbesondere mechanisch mit wenigstens einem der elektrischen Leiterabschnitte verbunden ist. Insbesondere bei einer Verwendung einer Querstrebe als Abstandshalter kann ein besonders kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglicht werden. Denn Streben sind kostengünstig herstellbar und dabei auf besonders einfache Weise in das System integrierbar. Unter einer Querstrebe kann dabei im Sinne der Erfindung insbesondere ein derartiges Bauteil verstanden werden, welches im Wesentlichen in einem rechten Winkel zu der Längserstreckung der elektrischen Leitung verläuft und dabei an seinen beiden Enden jeweils eine der Leitungen oder etwa eine die Leitungen umgebende Isolierung kontaktiert.For example, at least one spacer can be designed as a cross strut, which is mechanically integrated into the overall component, ie, in particular, is mechanically connected to at least one of the electrical conductor sections. In particular, when using a cross member as a spacer, a particularly cost-effective manufacturing process can be made possible. Because struts are inexpensive to produce and can be integrated into the system in a particularly simple manner. In the context of the invention, a transverse strut may be understood to mean, in particular, a component of this type which runs essentially at right angles to the longitudinal extent of the electrical line and in each case contacts one of the lines or an insulation surrounding the lines at its two ends.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Ferritkern mehrteilig ausgestaltet sein. Dabei kann der Ferritkern beispielsweise zwei Halbringe beziehungsweise zwei Halbschalen aufweisen. Beispielsweise kann je ein Leiterabschnitt mit einem Teil des Ferritkerns, etwa einer Hälfte, beispielsweise einer Halbschale, verbunden beziehungsweise fixiert sein, so dass die beiden Ferritteile magnetisch schlüssig gefügt werden können und so wiederum ein Umschließen der beiden Leiter durch den zusammengefügten Ferritkern realisierbar ist. Dabei kann es bei einem Montieren der wenigstens zwei Teile des Ferritkerns von Bedeutung sein, das zwischen diesen nur ein vernachlässigbarer Luftspalt besteht. In the context of a further embodiment, the ferrite core can be designed in several parts. In this case, the ferrite core, for example, have two half rings or two half shells. For example, depending on a conductor portion with a portion of the ferrite core, about a half, for example a half-shell, be connected or fixed, so that the two ferrite parts can be joined magnetically conclusive and so again enclosing the two conductors by the assembled ferrite core can be realized. It may be important in mounting the at least two parts of the ferrite core, which only a negligible air gap exists between them.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Leitermoduls wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the conductor module according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the energy store according to the invention, the figures and the description of the figures.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein elektrochemischer Energiespeicher, aufweisend wenigstens eine Batteriezelle, die mit einem wie vorstehend im Detail beschrieben ausgestalteten Leitermodul elektrisch verbunden ist.The present invention furthermore relates to an electrochemical energy store, comprising at least one battery cell, which is electrically connected to a conductor module designed as described in detail above.
Unter einem elektrochemischen Energiespeicher kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein elektrochemisches Bauteil verstanden werden, welches Energie, wie insbesondere elektrische Energie, speichern und in gewünschter Weise abgeben kann. Insbesondere kann ein elektrochemischer Energiespeicher eine Batterie beziehungsweise ein Akkumulator sein. Beispielsweise kann der Energiespeicher ein Lithium-basierter Energiespeicher sein. Von einem Lithium-basierten Energiespeicher sind dabei etwa Lithium-Batterien wie auch Lithium-Ionen-Batterien umfasst. Grundsätzlich können Batterien in an sich bekannter Weise etwa umfassen Nickel-Metall-Hydrid, Li-Ionen, Li-Luft, Li-Schwefel, wobei die Erfindung in für den Fachmann ersichtlicher Weise nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt ist.In the context of the present invention, an electrochemical energy store may, in particular, be understood to mean an electrochemical component which can store energy, in particular electrical energy, and deliver it in the desired manner. In particular, an electrochemical energy store may be a battery or an accumulator. For example, the energy store may be a lithium-based energy store. Lithium-based energy storage includes lithium batteries as well as lithium-ion batteries. Basically, batteries may comprise, in a manner known per se, for example nickel-metal hydride, Li-ion, Li-air, Li-sulfur, the invention not being limited to the aforementioned examples in a manner which is obvious to the person skilled in the art.
Der elektrochemische Energiespeicher umfasst dabei in einer Ausgestaltung einen oder eine Mehrzahl an Batteriezellen, die mit dem Leitermodul elektrisch verbunden sind. Das Leitermodul kann somit ebenfalls Bestandteil des Energiespeichers und in die Leitungsstruktur desselben eingebunden sein. Dabei kann es verschiedene Ausgestaltungen geben, die für sich oder in einer Kombination besonders vorteilhaft sein können.In one embodiment, the electrochemical energy store comprises one or a plurality of battery cells, which are electrically connected to the conductor module. The conductor module can thus likewise be part of the energy store and integrated into the line structure thereof. There may be various configurations which may be particularly advantageous on their own or in combination.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein elektrischer Leiterabschnitt als Hinleiter zu einem von dem Energiespeicher gespeisten externen Verbraucher verwendbar ist und dass ein weiterer elektrischer Leiterabschnitt als Rückleiter von dem externen Verbraucher verwendbar ist. In dieser Ausgestaltung kann es somit vorgesehen sein, dass der Ferritkern einen Hinleiter und einen Rückleiter zu einem von dem Energiespeicher gespeisten externen Verbraucher abschirmt. Durch den Hinleiter fließt dabei bei einem Entladen des Energiespeichers Strom zu dem Verbraucher beziehungsweise in den Verbraucher, wohingegen durch den Rückleiter bei einem Entladen des Energiespeichers Strom von dem Verbraucher zu der Batteriezelle beziehungsweise dem Stapel an Batteriezellen fließt.For example, it can be provided that an electrical conductor section can be used as a forward conductor to an external consumer supplied by the energy store and that a further electrical conductor section can be used as a return conductor from the external consumer. In this embodiment, it may thus be provided that the ferrite core shields a forward conductor and a return conductor to an external consumer powered by the energy store. By the Hinleiter flows while discharging the energy storage power to the consumer or in the consumer, whereas current flows from the consumer to the battery cell or the stack of battery cells through the return conductor in a discharge of the energy storage.
Somit kann es vorgesehen sein, dass die Leiterabschnitte zwischen einem Zellstapel und einem elektrischen Anschluss des Energiespeichers verschaltet sind. Dabei kann der Ferritkern beispielsweise mit Bezug auf den Rückleiter vor der einzigen oder ersten Batteriezelle des Zellstapels und mit Bezug auf den Hinleiter nach der einzigen oder letzten Batteriezelle des Stapels angeordnet sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass zwischen dem Ferritkern und der einzigen oder ersten Batteriezelle und der einzigen oder letzten Batteriezelle keine weiteren Zellstapel oder andere Bauteile angeordnet sind, so dass der Ferritkern mit Bezug auf den Hinleiter und den Rückleiter unmittelbar vor beziehungsweise hinter dem Zellstapel angeordnet ist.Thus, it can be provided that the conductor sections are connected between a cell stack and an electrical connection of the energy store. In this case, the ferrite core can be arranged, for example, with respect to the return conductor before the single or first battery cell of the cell stack and with respect to the forward conductor to the single or last battery cell of the stack. It may further be provided that no further cell stacks or other components are arranged between the ferrite core and the single or first battery cell and the single or last battery cell, so that the ferrite core with respect to the Hinleiter and the return conductor immediately before or arranged behind the cell stack is.
Das Leitermodul kann ferner derart angeordnet sein, dass die Leiterabschnitte elektrisch zwischen zwei Zellstapeln beziehungsweise zwischen zwei Batteriezellen verschaltet sind. In anderen Worten fließt der Strom sowohl in dem Hinleiter als auch in dem Rückleiter vor als auch nach dem Leitermodul durch eine Batteriezelle, so dass das Leitermodul zwischen zwei Batteriezellen beziehungsweise zwischen zwei Zellstapeln angeordnet ist.The conductor module may further be arranged such that the conductor sections are electrically connected between two cell stacks or between two battery cells. In other words, the current flows both in the forward conductor and in the return conductor before and after the conductor module through a battery cell, so that the conductor module between two battery cells or between two cell stacks is arranged.
Ferner kann auch eine Mehrzahl an Leitermodulen an verschiedenen Positionen des Energiespeichers vorgesehen sein beziehungsweise kann eine oder mehrere der vorgenannten Ausgestaltungen mit einer oder mehreren der vorgenannten oder anderen Ausgestaltung der Leitermodule kombinierbar sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Wichtig ist dabei lediglich, dass, wie dies vorstehend erläutert ist, die elektrischen Leiterabschnitte derart ausgewählt sind, dass bei einem störungsfreien Betrieb des Leitermoduls beziehungsweise des Energiespeichers entlang dem Ferritkern durch sämtliche den Ferritkern passierende, beispielsweise mit dem Ferritkern verbundene und etwa von dem Ferritkern umrahmte Leiterabschnitte der Summenstrom null fließt.Furthermore, a plurality of conductor modules may also be provided at different positions of the energy store, or one or more of the aforementioned embodiments may be combined with one or more of the aforementioned or different embodiments of the conductor modules, without departing from the scope of the invention. It is only important that, as explained above, the electrical conductor sections are selected such that at a trouble-free operation of the conductor module or the energy storage along the ferrite core through all the ferrite core passing, for example, connected to the ferrite core and framed approximately by the ferrite core Conductor sections the summation current zero flows.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Leitermodul, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the energy storage device according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the conductor module according to the invention, the figures and the description of the figures.
Beispiele und ZeichnungenExamples and drawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
In der
Das Leitermodul
Ferner ist der Ferritkern
In einer in keiner Weise beschränkenden Ausgestaltung kann, um zwei als Stromschienen ausgestaltete Leiterabschnitte
Es ist ferner zu erkennen, dass zwischen dem ersten elektrischen Leiterabschnitt
Die
Ein mögliches Herstellungsverfahren für das in
Nun kann der Verbund des Leitermoduls
Bei einer Herstellung sollte dabei darauf geachtet werden, dass das entsprechende Verfahren das herzustellende Produkt nicht negativ beeinflusst. Beispielsweise sollte bei einer Ummantelung beziehungsweise Applikation eines Kunststoffes das Herstellungsverfahren und der verwendete Kunststoff derart an das Ferritmaterial angepasst werden, dass seine magnetischen Eigenschaften nicht durch eine zu hohe Verarbeitungstemperatur verloren geht oder in unverhältnismäßig großem Maße negativ beeinflusst wird.During production, care should be taken that the corresponding process does not adversely affect the product to be manufactured. For example, in the case of an encapsulation or application of a plastic, the production method and the plastic used should be adapted to the ferrite material in such a way that its magnetic properties are not lost by too high a processing temperature or are negatively influenced to a disproportionate extent.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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