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Die Erfindung betrifft eine Batteriebaugruppe und einen Batterieanschluss für ein Elektrofahrzeug, und insbesondere die elektrische Verbindung von Stromschienen mit Anschlüssen der Batterie.
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Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge selektiv angetrieben werden, indem eine oder mehrere batteriebetriebene Elektromaschinen verwendet werden. Im Gegensatz dazu sind konventionelle Kraftfahrzeuge ausschließlich auf einen Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben. Elektrofahrzeuge verwenden möglicherweise Elektromaschine anstelle des oder zusätzlich zum Verbrennungsmotor.
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Zu beispielhaften Elektrofahrzeugen zählen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs, hybrid electric vehicles), Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs, battery electric vehicles). Elektrofahrzeuge sind typischerweise mit einem Batteriesatz ausgestattet, der mehrere Batteriezellen umfasst, die elektrische Leistung zum Versorgen der Elektromaschine speichern. Die Batteriezellen werden möglicherweise vor der Verwendung aufgeladen und während des Fahrens durch eine Nutzbremse oder einen Verbrennungsmotor wieder aufgeladen.
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Stromschienen werden oft zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen des Batteriesatzes verwendet. Das Befestigen der Stromschienen unter Verwendung von Gewindeanschlüssen, wie zum Beispiel Schrauben und Muttern, ist wegen der großen Anzahl von erforderlichen Verbindungen und der zum Befestigen einer Mutter an einem Gewindezapfen oder -bolzen erforderlichen Zeit zeitaufwendig. Das Automatisieren der Montage von Gewindezapfen ist aufgrund von Montagetoleranzstapeln häufig schwierig. Weiterhin kann Überdrehen und Verkanten die Gewindeanschlüsse beschädigen.
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Ein Verfahren zum Verbinden einer Elektrofahrzeugbatterie gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Schweißen einer Absatzfläche eines Anschlusses an eine Stromschiene und das Gegeneinanderpressen einer Absatzfläche des Anschlusses und der Stromschiene während des Schweißens. Die Absatzfläche liegt auf einer ersten Ebene, und ein Boden des Anschlusses liegt auf einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene beabstandet ist.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Verfahrens beinhaltet das Verfahren das Sichern des Anschlusses an einem mit einer Batterie verknüpften Stromabnehmer.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Stützen der Absatzfläche mit einer Stufe während des Pressens.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren umfasst die Stufe eine Stufe eines Anschlussträgers.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren umfasst das Schweißen Laserschweißen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren erzeugt das Schweißen Überlappstöße.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Übertragen von Luft durch einen freiliegenden Bereich unter der Absatzfläche, um während des Schweißens erzeugte thermische Energie zu entfernen.
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Eine Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält, unter anderem, einen Anschluss, eine Stromschiene, einen lasergeschweißten Überlappstoß, der die Stromschiene am Anschluss sichert.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform der vorgenannten Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppe umfasst der Anschluss eine Absatzfläche und einen Boden, wobei die Absatzfläche des Anschlusses an der Stromschiene befestigt ist und ein Boden des Anschlusses an einem Stromabnehmer einer Batteriezelle befestigt ist. Die Absatzfläche liegt auf einer ersten Ebene, und der Boden liegt auf einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene beabstandet ist.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorgenannten Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppen enthält die Baugruppe eine Stufe, um die Absatzfläche des Anschlusses zu stützen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorgenannten Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppen wird die Stufe in einem Anschlussträger gebildet.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorgenannten Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppen ist die Absatzfläche von einem Anschlussträger beabstandet, um einen freiliegenden Bereich unter der Absatzfläche bereitzustellen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorgenannten Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppen ist die Absatzfläche plan.
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Ein Batterieanschluss gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält, unter anderem, eine Absatzfläche, die einen Batterieanschluss an einer Stromschiene befestigt, und einen Boden, der den Batterieanschluss an einem Stromabnehmer einer Batteriezelle befestigt. Die Absatzfläche liegt auf einer ersten Ebene, und der Boden liegt auf einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene beabstandet ist.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Batterieanschlusses enthält der Anschluss eine Stufe, um die Absatzfläche des Anschlusses zu stützen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieanschlüsse wird die Stufe in einem Anschlussträger gebildet.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieanschlüsse ist die Absatzfläche von einem Stromabnehmer beabstandet, um einen freiliegenden Bereich unter der Absatzfläche bereitzustellen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batterieanschlüsse ist die Absatzfläche mit einem lasergeschweißten Überlappstoß an der Stromschiene befestigt.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden sich für Fachleute aus der ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Figuren, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden:
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1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines beispielhaften Elektrofahrzeugantriebsstrangs.
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2 veranschaulicht eine hochgradig schematische, perspektivische Ansicht eines beispielhaften Batteriesatzes im Elektrofahrzeugantriebsstrang aus 1.
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3 veranschaulicht eine hochgradig schematische Seitenansicht des Batteriesatzes aus 2 und eines Stromschienenmoduls.
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4 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Anschlusses, der an einen Stromabnehmer des Batteriesatzes aus 2 montiert ist.
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5 veranschaulicht eine explodierte Seitenansicht des Anschlusses aus 4.
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6 veranschaulicht eine perspektivische Schnittansicht des Batteriesatzes und des Stromschienenmoduls aus 3.
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7 veranschaulicht eine hochgradig schematische Seitenansicht eines anderen beispielhaften Batteriesatzes und des Stromschienenmoduls.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein Elektrofahrzeug. Obwohl für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs).
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In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem enthält wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und einen Batteriesatz 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des Elektrofahrzeugs anzutreiben.
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Der Verbrennungsmotor 14, der in diesem Beispiel ein Motor mit innerer Verbrennung ist, und der Generator 18 sind möglicherweise durch ein Verteilergetriebe 30, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, verbunden. Selbstverständlich werden möglicherweise andere Arten von Verteilergetrieben, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 30 ein Planetengetriebe, das einen Zahnkranz 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 enthält.
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Der Generator 18 wird möglicherweise vom Verbrennungsmotor 14 über das Verteilergetriebe 30 angetrieben, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 38 abgibt, die mit dem Verteilergetriebe 30 verbunden ist. Weil der Generator 18 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
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Der Zahnkranz 32 des Verteilergetriebes 30 ist möglicherweise mit einer Welle 40 verbunden, die mit Fahrzeugantriebsrädern 28 durch ein zweites Verteilergetriebe 44 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 44 enthält möglicherweise einen Zahnradsatz, der mehrere Zahnräder 46 aufweist. Andere Verteilergetriebe sind möglicherweise ebenfalls geeignet. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 zu einem Differentialgetriebe 48, um schließlich Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 28 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 enthält möglicherweise mehrere Zahnräder, die die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist das zweite Verteilergetriebe 44 mechanisch mit einer Achse 50 durch das Differentialgetriebe 48 verkoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 (d. h. die zweite Elektromaschine) kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem Drehmoment an eine Welle 52 abgegeben wird, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teile eines Bremsenergierückgewinnungssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren eingesetzt werden können, um Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 beide elektrische Leistung an den Batteriesatz 24 durch eine Stromschiene 56 abgeben.
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Der Batteriesatz 24 ist ein Beispieltyp für eine Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppe. Der Batteriesatz 24 ist möglicherweise eine Hochspannungsbatterie, die in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder Energieabgabeeinrichtungen können ebenfalls für das Elektrofahrzeug verwendet werden.
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Mit Bezug auf die 2 und 3: Der Batteriesatz 24 enthält mehrere Batteriezellen 60. Die Batteriezellen 60 speichern Leistung. Die Stromschiene 56 verschaltet die mehreren Batteriezellen 60 elektrisch miteinander. Leistung wird selektiv weg von den Batteriezellen 60 übertragen und verwendet, um den Elektromotor 22 anzutreiben.
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Die Stromschiene 56 verschaltet elektrisch die Batteriezellen 60 miteinander. Die beispielhafte Stromschiene 56 ist eine Sammelschiene mit relativ hoher Spannung, die ebenfalls in elektrischer Kommunikation mit dem Elektromotor 22 und dem Generator 18 steht.
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Die Stromschiene 56 ist Teil eines Stromschienenmoduls 64. Innerhalb des Stromschienenmoduls 64 wird die Stromschiene 56 zwischen einer ersten Abdeckung 66 und einer zweiten Abdeckung 68 gehalten. Die Abdeckungen sind in diesem Beispiel aus einem Polymermaterial, und die Stromschiene 56 ist aus einem metallischen, leitfähigen Material.
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Die Batteriezellen 60 sind in diesem Beispiel prismatische Zellen. Jede der Batteriezellen 60 enthält einen Stromabnehmer 70. Strom bewegt sich durch die Stromabnehmer 70 zu und von den Batteriezellen 60.
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Ein Anschluss 74 ist direkt am Stromabnehmer 70 befestigt. Ein Anschlussträger 78 erstreckt sich über einen Umkreis des Anschlusses 74. Der Anschlussträger 78 schützt den Anschluss 74.
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Mit Bezug auf die 4–6, unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 2 und 3: Der beispielhafte Anschluss 74 enthält eine Absatzfläche 82 und einen Boden 86. Ein Verbinderabschnitt 90 fügt die Absatzfläche 82 mit dem Boden 86 zusammen. Der Verbinderabschnitt 90 ist für den Übergang und zum Zusammenfügen der Absatzfläche 82 mit dem Boden 86 gebogen. Die Absatzfläche 82 ist der Abschnitt des Anschlusses 74, der an der Stromschiene 56 des Stromschienenmoduls 72 befestigt ist. Der Boden 86 ist der Abschnitt des Anschlusses 74, der am Stromabnehmer 70 befestigt ist.
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Die Absatzfläche 82 ist zu einer ersten Ebene P1 ausgerichtet. Der Boden 86 ist zu einer zweiten Ebene P2 ausgerichtet. Die erste Ebene P1 ist von der zweiten Ebene P2 mit einem Abstand D beabstandet. In diesem Beispiel ist die erste Ebene P1 vertikal von der zweiten Ebene P2 beabstandet. Der Abstand D zwischen P1 und P2 lässt Platz, so dass sich die erste Abdeckung 66 zur Stromschiene 56 herunter und um sie herum erstreckt, was beim Halten der Stromschiene 56 helfen kann.
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In diesem Beispiel wird ein Schweißgerät 96 verwendet, um die Stromschiene 56 an Schweißstellen W direkt an die Absatzfläche 82 des Anschlusses 74 zu schweißen. Ein Controller C ist mit dem Schweißgerät 96 verbunden und steuert die Stellung des Schweißgeräts 96 zum korrekten Positionieren der Schweißstellen W.
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Die Schweißstellen W befestigen die Stromschiene 56 und das Stromschienenmodul 64 in Bezug auf den Stromabnehmer 70. Die Anschlüsse 74 für jede der Batteriezellen 60 innerhalb des Batteriesatzes 24 werden mit einem Abschnitt der Stromschiene 56 verschweißt. Somit werden mehrere separate Schweißstellen verwendet, um die Stromschiene 56 am Batteriesatz 24 zu befestigen. Die erste Abdeckung 66 enthält Öffnungen 98, um für das Schweißgerät 96 Zugang zum Verschweißen der Stromschiene 56 am Anschluss 74 bereitzustellen.
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In diesem Beispiel sind die Öffnungen 98 geeignet bemessen, um für das Schweißgerät 96 Zugang zum Schweißen der Stromschiene 56 an den Anschluss 74 bereitzustellen, während Zugriff von Personen (Berührung mit den Fingern) auf die Hochspannung auf der Stromschiene 56 eingeschränkt wird.
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Die beispielhaften Schweißstellen W sind lasergeschweißte Überlappstoß-Schweißstellen. Das Schweißgerät 96 leitet einen Laserstrahl zur Stromschiene 56 hin, um die Schweißstelle zu erzeugen. Der Laserstrahl durchdringt die Stromschiene 56 zur Absatzfläche 82 des Anschlusses 74, um in diesem Beispiel die Schweißstelle zu erzeugen.
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Die zweite Abdeckung 68 und die Stirnseite 100 des Anschlussträgers 78 sind dazu konzipiert, voneinander über eine Lücke G beabstandet zu sein. Die Lücke G ist in diesem Beispiel dazu konzipiert, klein genug zu sein, so dass keine zusätzlichen seitlichen Einstellungen benötigt werden. Die Größe der Lücke G positioniert effektiv die Stromschiene 56 und das Stromschienenmodul 64 am Anschluss 74.
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In einem anderen Beispiel kann eine Lücke G' zwischen der Abdeckung 68 des Stromschienenmoduls 64 und einem Rand der Anschlussabsatzfläche 82' (7) anstelle der Stirnseite 100' gebildet werden. In solch einem Beispiel erstreckt sich die Anschlussabsatzfläche 82' näher an die Abdeckung 68 als die Stirnseite 100'.
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Während des Schweißens wird Druck P auf die Stromschienenmodulabdeckung 66 aufgebracht, um die Stromschiene 56 und die Absatzfläche 82 gegeneinander zu drücken. Eine Klemme oder ein Gewicht kann verwendet werden, um den Druck P aufzubringen. Ein Fachmann auf diesem Gebiet und der Nutzen dieser Offenbarung sind möglicherweise in der Lage, andere Wege zu ersinnen, die Stromschiene 56 und die Absatzfläche 82 während des Schweißens gegeneinander zu drücken.
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Der beispielhafte Anschlussträger 78 enthält eine Stufe 104. Wenn Druck P aufgebracht wird, berührt die Absatzfläche 82 die Stufe 104. Die Stufe 104 verhindert somit, dass sich die Absatzfläche 82 verformt und von der Schweißposition wegbewegt.
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Ein freiliegender Bereich 108 unterhalb der Absatzfläche 82 liegt frei. Während des Schweißens wird thermische Energie von der Absatzfläche 82 und umgebenden Bereichen mittels Luft, die durch den freiliegenden Bereich 108 übertragen wird, wegbewegt. Die Stufe 104 begrenzt die Bewegung des Anschlusses in den freiliegenden Bereich 108 hinein, wenn der Druck P während des Schweißens aufgebracht wird.
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Zu Merkmalen der offenbarten Beispiele zählt ein Anschluss, der eine beabstandete Anordnung zwischen einer Absatzfläche und einem Boden aufweist. Der Anschluss kann an der Stromschiene mit einem Überlappstoß einer Laserstrahlschweißstelle befestigt werden. Die beabstandete Anordnung, eine Stufenunterstützung und ein freiliegender Umlaufbereich ermöglichen robusten Schweißstellenaufbau.
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Die vorhergehende Beschreibung ist eher beispielhafter als einschränkender Art. Varianten und Modifikationen der offenbarten Beispiele, die nicht notwendigerweise vom Wesentlichen dieser Offenbarung abweichen, werden sich für Fachleute ergeben. Somit kann der für diese Offenbarung vergebene gesetzliche Schutzbereich nur durch das Prüfen der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
