DE102015113374A1

DE102015113374A1 - INTEGRATION OF A VOLTAGE DETECTOR LADDER BACKUP INTO A BATTERY CONNECTOR BOARD

Info

Publication number: DE102015113374A1
Application number: DE102015113374.1A
Authority: DE
Inventors: Evan J. Dawley; Glenn F. Carroll
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: DE102015113374B4; CN105375076A; CN105375076B

Abstract

Ein Batteriestapel, eine integrierte Vorrichtung zum Erfassen einzelner Batteriespannungen in einem Batteriestapel und ein Verfahren zum Ausbilden einer integrierten Spannungserfassungsschaltung zur Verwendung in einem batteriebetriebenen Kraftfahrzeugs-Antriebssystem. Die integrierte Spannungserfassungsschaltung enthält eine Stromschiene, einen Anschlusskontakt und eine Spannungserfassungssicherung, die zwischen der Stromschiene und dem Anschlusskontakt elektrisch angeordnet ist. Die Konstruktion der Spannungserfassungsschaltung ist derart, dass sie, nachdem sie mit dem modularen Gehäuse oder einer ähnlichen Struktur gekoppelt wurde, eine integrale Struktur ausbildet, die anschließend an einem Rahmen befestigt werden kann, der verwendet wird, um eine Abstützung für jede Batteriezelle innerhalb des Batteriestapels bereitzustellen. In einer Form können das modulare Gehäuse und die Spannungserfassungsschaltung an dem Rahmen während eines Rahmenformprozesses derartig befestigt werden, dass nach Abschluss des Formens das Gehäuse und zumindest ein Abschnitt der Spannungserfassungsschaltung innerhalb des Rahmens eingeschlossen sind. In einer anderen Form können die Stromschiene oder eine ähnliche Spannungsleiterbahn, die jede der Batteriezellen in einem Stapel signaltechnisch koppelt, in den Rahmen integriert werden, etwa durch Umspritzen.A battery pack, an integrated device for detecting individual battery voltages in a battery pack, and a method of forming a voltage integrated circuit for use in a battery powered automotive propulsion system. The integrated voltage detection circuit includes a bus bar, a terminal contact, and a voltage detection fuse electrically disposed between the bus bar and the terminal contact. The construction of the voltage detection circuit is such that, after being coupled to the modular housing or similar structure, it forms an integral structure that can subsequently be attached to a frame used to support each battery cell within the battery pack provide. In one form, the modular housing and the voltage sensing circuit may be secured to the frame during a frame molding process such that after completion of the molding, the housing and at least a portion of the voltage sensing circuit are enclosed within the frame. In another form, the bus bar or a similar voltage trace, which signal-technically couples each of the battery cells in a stack, may be integrated into the frame, such as by overmolding.

Description

AUSSAGE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGENSTATEMENT OF RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 13/425683, die am 21. März 2012 eingereicht wurde und den Titel INTEGRATED BUSBAR, TERMINAL PIN AND CIRCUIT PROTECTION FOR SENSING INDIVIDUAL BATTERY CELL VOLTAGE trägt.This application is a partial continuation of U.S. Application Serial No. 13/425683 filed Mar. 21, 2012, entitled INTEGRATED BUSBAR, TERMINAL PIN AND CIRCUIT PROTECTION FOR SENSING INDIVIDUAL BATTERY CELL VOLTAGE.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Diese Erfindung betrifft allgemein Spannungserfassungskomponenten, die in Verbindung mit einem von Batterien betriebenen System verwendet werden, und insbesondere eine Vorrichtung für das und ein Verfahren zum Integrieren separater Spannungserfassungskomponenten in eine vereinigte Batterieanordnung als Weg zur Verbesserung der Robustheit der Anordnung und der Herstellbarkeit von Komponenten zur Erfassung von Batteriezellenspannungen.This invention relates generally to voltage sensing components used in conjunction with a battery operated system, and more particularly, to an apparatus for and a method of integrating separate voltage sensing components into a unified battery assembly as a way to improve device robustness and manufacturability of sensing components of battery cell voltages.

Die zunehmende Forderung nach Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen und nach einer Verringerung von Fahrzeugemissionen hat zu der Entwicklung von sowohl Hybridfahrzeugen als auch reinen Elektrofahrzeugen geführt. Reine Elektrofahrzeuge können von einem Batteriestapel (der auch Batterie genannt wird) mit Leistung versorgt werden, während Hybridfahrzeuge zwei oder mehr Energiequellen enthalten, etwa eine Benzinkraftmaschine (die auch als Brennkraftmaschine bezeichnet wird), die entweder als eine Reserve für einen Batteriestapel oder in Zusammenarbeit damit verwendet wird. Es gibt zwei Hauptversionen von Hybridfahrzeugen, die gegenwärtig verwendet werden. In einer ersten Version (die als Hybridarchitektur mit Ladungsentleerung bekannt ist) kann die Batterie aus einem herkömmlichen elektrischen Stromversorgungsnetz, etwa einer Stromleitung mit 120 VAC oder 240 VAC aufgeladen werden. In einer zweiten Version (die als Hybridarchitektur mit Ladungserhaltung bekannt ist) empfängt die Batterie ihre gesamte elektrische Ladung von der Brennkraftmaschine und/oder aus einem regenerativen Bremsen. In beiden Fällen besteht der Batteriestapel typischerweise aus zahlreichen Modulen, welche wiederum aus zahlreichen einzelnen Zellen bestehen. Es können zahlreiche Rahmen, Fächer, Abdeckungen und ähnliche Strukturen enthalten sein, um eine Abstützung für die verschiedenen Zellen, Module und Stapel bereitzustellen, und diese tragen daher dazu bei, eine größere Anordnung von derartigen Zellen, Modulen oder Stapeln zu definieren.The increasing demand for improving the fuel consumption of vehicles and for reducing vehicle emissions has led to the development of both hybrid vehicles and all-electric vehicles. Pure electric vehicles can be powered by a battery pack (also called a battery) while hybrid vehicles contain two or more sources of energy, such as a gasoline engine (also referred to as an internal combustion engine), either as a reserve for a battery pack or in collaboration with it is used. There are two major versions of hybrid vehicles that are currently in use. In a first version (known as a charge depletion hybrid architecture), the battery can be charged from a conventional electrical power grid, such as a 120 VAC or 240 VAC power line. In a second version (known as charge sustaining hybrid architecture), the battery receives all of its electrical charge from the engine and / or from regenerative braking. In both cases, the battery pack typically consists of numerous modules, which in turn consist of numerous individual cells. Numerous frames, shelves, covers, and similar structures may be included to provide support for the various cells, modules, and stacks, and these therefore help to define a larger array of such cells, modules, or stacks.

In einer Form sind die Zellen des Batteriestapels als rechteckiger (d. h. prismatischer) Behälter ausgestaltet, der ein starres Außengehäuse definiert, das als Zellengehäuse bekannt ist und das entlang einer Achse, die durch die ausgerichteten parallelen scheibenähnlichen Oberflächen gebildet wird, gestapelt werden kann (ähnlich wie ein Kartenstapel). Positive und negative Anschlüsse, die an einem Rand auf der Außenseite des Zellengehäuses gelegen sind, sind relativ zueinander mit Bezug auf die Stapelachse seitlich beabstandet und wirken als elektrische Kontakte zur Verbindung (beispielsweise über eine Stromschiene) mit einer äußeren Last oder Schaltung. Innerhalb des Zellengehäuses sind zahlreiche einzelne abwechselnd positive und negative Elektroden voneinander entlang der Stapelrichtung beabstandet und durch nicht leitende Separatoren elektrisch isoliert gehalten. Drähte von allen negativen Elektroden werden innerhalb des Zellengehäuses zusammengesammelt, um den negativen Anschluss zu speisen, während Drähte von allen positiven Elektroden analog zusammengesammelt werden, um den positiven Anschluss zu speisen. In einer Form liefert jede Zelle aus einem prismatischen Behälter Gleichstromelektrizität (DC-Elektrizität) an die vorstehend erwähnten Lasten, etwa an verschiedene Fahrzeugsysteme, die Motoren, Elektroantriebssysteme (ETS) oder dergleichen sowie Hilfsgeräte umfassen. Ein Leistungswechselrichter wird typischerweise für Komponenten verwendet, die Wechselstromleistung statt Gleichstromleistung (AC-Leistung statt DC-Leistung) benötigen; diese Leistungswechselrichter enthalten typischerweise Kondensatormodule und einen Bipolartransistor mit integriertem Gate (IGBT) zum Umwandeln des DC-Eingangssignals in ein AC-Ausgangssignal. Wie vorstehend erwähnt wurde, werden diese Module in einer üblichen Form über eine Stromschiene oder Verkabelungsanordnungen verbunden, wobei sowohl die Stromschienen als auch die zugehörigen Strom übermittelnden Komponenten der Zelle typischerweise aus Kupfer, Aluminium oder Legierungen daraus bestehen. In einigen Fällen können die Kontakte oder zugehörige elektrische Leiter mit einer dünnen Schicht aus einem anderen Metall beschichtet sein, um die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion oder andere wünschenswerte Eigenschaften zu verbessern.In one form, the cells of the battery pack are configured as a rectangular (ie, prismatic) container that defines a rigid outer housing known as a cell housing that can be stacked along an axis formed by the aligned parallel disk-like surfaces (similar to FIG a deck of cards). Positive and negative terminals located at one edge on the outside of the cell housing are laterally spaced relative to each other with respect to the stacking axis and act as electrical contacts for connection (eg, via a bus bar) to an external load or circuit. Within the cell housing, numerous individual alternating positive and negative electrodes are spaced from one another along the stacking direction and kept electrically isolated by non-conductive separators. Wires from all the negative electrodes are gathered inside the cell case to feed the negative terminal, while wires from all the positive electrodes are analogously collected together to feed the positive terminal. In one form, each cell of a prismatic container supplies DC electricity to the aforementioned loads, such as various vehicle systems including motors, electric drive systems (ETS) or the like, and auxiliary equipment. A power inverter is typically used for components that require AC power rather than DC power (AC power rather than DC power); these power inverters typically include capacitor modules and an integrated gate bipolar transistor (IGBT) for converting the DC input signal to an AC output signal. As mentioned above, these modules are connected in a conventional form via a bus bar or cabling arrangements, wherein both the bus bars and the associated current transmitting components of the cell are typically made of copper, aluminum or alloys thereof. In some cases, the contacts or associated electrical conductors may be coated with a thin layer of another metal to enhance resistance to corrosion or other desirable characteristics.

Die Stromschiene wird allgemein als vorteilhaft gegenüber Verkabelungsanordnungen angesehen, weil sie (unter anderem) – zusätzlich dazu, dass sie elektrische Verbindungsmöglichkeiten bereitstellt – es ermöglicht, eine Spannungserfassungs- und Überwachungselektronik mit Hilfe einer kompakten Verpackung in die Leistungsverbindung zu integrieren. Darüber hinaus erlaubt ihre allgemeine Struktur, dass alle Anschlüsse, die verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen bereitzustellen, relativ zueinander durch eine simple Montageoperation zuverlässig und wiederholbar positioniert werden. In einer Form wird das Überwachen (etwa das Erfassen einer Zellenspannung) typischerweise unter Verwendung einer Schaltungsschutzvorrichtung (d. h. einer Schaltungsschutzsicherung, die oft als ”Sicherung” abgekürzt wird) als elektrischer Schnittstelle zwischen der Stromschiene und einem Anschlusskontakt bewerkstelligt, der als Teil des vorstehend erwähnten Rahmens ausgebildet ist, welcher verwendet wird, um eine strukturelle Abstützung der Batteriezelle oder der Batteriezellen bereitzustellen.The bus bar is generally considered to be advantageous over cabling arrangements because it (among others) - in addition to providing electrical connectivity - makes it possible to integrate voltage sensing and monitoring electronics into the power link using a compact package. Moreover, its general structure allows all terminals used to provide electrical connection between the individual cells to be reliably and repeatably positioned relative to one another by a simple assembly operation. In one form, monitoring (such as detecting a cell voltage) is typically done using a Circuit protection device (ie, a circuit protection fuse, which is often abbreviated as "fuse") accomplished as an electrical interface between the bus bar and a terminal contact, which is formed as part of the aforementioned frame, which is used to provide a structural support of the battery cell or the battery cells ,

Eine Verbindungsplatine (ICB, ICB von interconnect board) ist ein rahmenähnliches Element, das mit der Stromschiene zusammenarbeitet, um einen Montageort für die Schaltungsschutzsicherungen und andere Schaltungskomponenten bereitzustellen. Trotz der Vorteile einer auf einer ICB beruhenden Konfiguration leiden herkömmliche Stromschienen und deren Verbindung zu ICBs an bestimmten Nachteilen. Diese Mängel werden besonders akut, wenn man versucht, die Schaltungsschutzsicherungen und die Stromschiene mit der ICB zu verbinden, nachdem sie bereits geformt oder anderweitig ausgebildet wurde. Erstens muss die Stromschiene in einem geläufigen Montageansatz in den Rahmen eingeschnappt oder durch Wärme angeheftet werden. Speziell das Einschnappen ist kein robuster Prozess und ermöglicht zu viel Positionsabweichung. Zweitens erfordert das Widerstandsschweißen der dünnen Drähte der Sicherung an sowohl die Stromschiene als auch den Anschlusskontakt eine genaue Ausrichtung und genaue Prozessfenster, was schwer zu erfüllen ist, wenn sie in ein größeres Teil eingebaut werden, etwa in die ICB. Drittens können die Sicherungsdrähte selbst mechanischen Belastungen ausgesetzt sein; die dünnen Drähte der Sicherung sind allgemein nicht robust genug, um sowohl als mechanisches als auch als elektrisches Bindeglied zwischen dem Anschluss und der Stromschiene zu wirken. Folglich werden alle Fehler oder Verringerungen bei der Schweißqualität den Durchsatz beeinflussen, da die Sicherungsdrähte schließlich ermüden und ausfallen. Auf ähnliche Weise führen diese Montageprobleme zu einer signifikanten Ausfallwahrscheinlichkeit und einer zugehörigen Produktionsausschussrate, wodurch Produktionskosten hochgetrieben werden.An interconnect board (ICB, ICB) is a frame-like element that cooperates with the bus bar to provide a mounting location for the circuit protection fuses and other circuit components. Despite the advantages of ICB-based configuration, conventional busbars and their connection to ICBs suffer from certain disadvantages. These deficiencies become particularly acute when attempting to connect the circuit protection fuses and the bus bar to the ICB after it has already been molded or otherwise formed. First, the bus bar must be snapped into the frame or heat-adhered in a common mounting approach. Snapping in particular is not a robust process and allows too much positional deviation. Second, resistance welding of the fuse's thin wires to both the bus bar and the terminal contact requires accurate alignment and accurate process windows, which is difficult to achieve when incorporated into a larger part, such as the ICB. Third, the fuse wires themselves may be subjected to mechanical stresses; the thin wires of the fuse are generally not robust enough to act as both a mechanical and an electrical connector between the terminal and the bus bar. Consequently, any errors or reductions in weld quality will affect throughput, as the fuse wires eventually become fatigued and fail. Similarly, these assembly problems result in a significant probability of failure and associated production scrap rate, driving up production costs.

Eine spezielle Verbindung von ICB zu Stromschiene – der auf einer flexiblen Schaltung beruhende Ansatz – tendiert dazu, eine große Anzahl von Verbindungsstellen zu verwenden, um eine Verbindung zu den Sicherungen zu erreichen; diese Verbindungsstellen (sowie andere Faktoren) bilden einen signifikanten Anteil der Gesamtkosten der ICB eines Batteriestapels. Außerdem tendiert man dazu, die Sicherungen durch Oberflächenmontage auf der flexiblen Schaltung anzubringen. Zwar ist die Oberflächenmontage eines der wenigen brauchbaren kosteneffektiven Verfahren zum Anbringen von Komponenten an einer flexiblen Schaltung, sie kann jedoch problematisch werden, wenn die physikalische Größe der Sicherung groß ist; derartige größere Sicherungen sind notwendig, um gravierendere Fehlerbedingungen zu bewältigen (etwa diejenigen, die mit Kraftfahrzeug-Batteriestapeln und anderen Hochspannungsanwendungen verbunden sind). In diesem Fall ist eine starre Platine für eine größere Sicherung aufgrund der Masse der Komponente besser geeignet; diese Ansätze sind jedoch tendenziell klobig und kostspielig. Darüber hinaus sind derartige Verbindungsschemata in den Bereichen, bei denen die Stromschienenleiterbahn an den U-förmigen Zellenmontagekanälen mit Hilfe einer Ultraschallverschweißung angebracht wird, besonders anfällig für Haltbarkeitsprobleme; diese Probleme werden bei einer Platzierung in einer vibrierenden Umgebung tendenziell verschärft, wenn Ermüdungsprobleme signifikant werden können. Daher gibt es einen Bedarf, die Nachteile dieser und anderer Verbindungstechniken zu überwinden.A special connection from ICB to busbar - the flexible circuit based approach - tends to use a large number of connection points to connect to the fuses; these junctions (as well as other factors) account for a significant portion of the total cost of the ICB of a battery pack. In addition, surface mount fuses tend to be mounted on the flex circuit. While surface mounting is one of the few viable, cost effective methods of attaching components to a flexible circuit, it can be problematic if the physical size of the fuse is large; Such larger fuses are necessary to handle more severe fault conditions (such as those associated with automotive battery packs and other high voltage applications). In this case, a rigid board is more suitable for a larger fuse due to the bulk of the component; however, these approaches tend to be clunky and costly. Moreover, in the areas where the bus bar track is attached to the U-shaped cell mounting channels by means of ultrasonic welding, such connection schemes are particularly prone to durability problems; These problems tend to be exacerbated when placed in a vibrating environment when fatigue problems can become significant. Therefore, there is a need to overcome the disadvantages of these and other joining techniques.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer integrierten Schaltung zur Verwendung in einem batteriegetriebenen Kraftfahrzeug-Vortriebssystem offenbart. Die Schaltung enthält eine Sicherung mit Drähten zum Herstellen einer elektrischen Kommunikation zwischen einer Stromschiene und einem Anschlusskontakt. In einer bevorzugten Form gibt es eine Schaltung für jede Zelle innerhalb eines größeren Batteriestapels oder einer ähnlichen Anordnung. Im vorliegenden Kontext kann die Schaltung als Teil eines Verbindergehäuses (hier auch einfacher als Gehäuse bezeichnet) ausgebildet sein, das wiederum an der ICB permanent befestigt ist oder anderweitig als Teil derselben oder eines zugehörigen Rahmens ausgebildet ist; in jedem Fall ist die integrale Natur der Verbindung zwischen dem Rahmen und der Spannungserfassungsschaltung (hier auch als Spannungserfassung bezeichnet) derart, dass sie, da sie starr aneinander befestigt sind, im funktionalen Sinn aus einem Stück sind, auch wenn einige sichtbare Indizien ihrer ursprünglichen separaten Natur übrig sein können. Indem sie innerhalb des vorliegenden Kontexts in den Rahmen integriert ist, wird die Spannungserfassungsschaltung ein strukturelles Ganzes, wodurch sie die verbesserte strukturelle Robustheit gegenüber dem Ansatz des Standes der Technik zeigt, bei dem separat ausgebildete Spannungserfassungsschaltungen, die bei wiederholter Handhabung und ähnlichen zu Unterbrechungen neigenden Ereignissen verletzlicher sind, wahrscheinlich auftreten werden. insbesondere ist die Kombination aus der Stromschiene, der Sicherung und dem Anschlusskontakt, welche die integrierte Spannungserfassungsschaltung bilden, – sobald sie mit dem Gehäuse gekoppelt ist – als modulares Ganzes zusammen mit und innerhalb des Gehäuses ausgestaltet, so dass das Gehäuse und die Schaltung zusammen ein autonomes Teil definieren, das in sich selbst eine strukturell robuste integrierte Struktur ist, sowie wenn es an dem größeren Rahmen befestigt wird (etwa durch Umspritzen, Einkapselung oder dergleichen), um ein integraler Bestandteil desselben zu werden.In accordance with the teachings of the present invention, a method of forming an integrated circuit for use in a battery powered automotive propulsion system is disclosed. The circuit includes a fuse having wires for establishing electrical communication between a bus bar and a terminal contact. In a preferred form, there is a circuit for each cell within a larger battery pack or similar arrangement. In the present context, the circuit may be formed as part of a connector housing (also referred to herein more simply as housing), which in turn is permanently attached to the ICB or otherwise formed as part of the same or an associated frame; in any case, the integral nature of the connection between the frame and the voltage sensing circuit (also referred to herein as voltage sensing) is such that, being rigidly attached to each other, they are in one piece in the functional sense, even though some have visible indicia of their original separate ones Nature can be left over. By being integrated into the frame within the present context, the voltage detection circuit becomes a structural whole, demonstrating the improved structural robustness over the prior art approach, the separately formed voltage sense circuits, repeated-use, and similar interrupt-prone events are more vulnerable, likely to occur. In particular, the combination of the bus bar, the fuse and the terminal contact forming the integrated voltage sensing circuit, once coupled to the housing, is configured as a modular whole together with and within the housing, such that the housing and Circuit together define an autonomous part, which is in itself a structurally robust integrated structure, as well as when it is attached to the larger frame (such as by encapsulation, encapsulation or the like) to become an integral part of it.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zum Erfassen einer Spannung, die von einer Batteriezelle innerhalb eines Batteriestapels erzeugt wird, der aus einer Vielzahl von Batteriezellen besteht, offenbart. Wie vorstehend erwähnt wurde, stellt die zusammengebaute Schaltung die Mittel zum Messen der Spannung jeder einzelnen Zelle in einem Batteriestapel bereit. Die Spannungserfassungsschaltung besteht aus mindestens drei Komponenten, welche einen Anschlusskontakt, eine ummantelte Stromschiene und eine Sicherung (d. h. einen Schaltungsschutz) umfassen, die so zusammengebaut sind, dass sie in ein modulares Gehäuse passen, das wiederum an einer ICB oder an einem Batterierahmen befestigt werden kann. Indem diese elektrisch leitenden Stücke in ein Gehäuse integriert werden und indem das Gehäuse ferner in einen Rahmen (zum Beispiel einen Spritzgussrahmen) integriert wird, kann eine größere Robustheit aller Komponenten realisiert werden. Dies ist besonders wertvoll für die Sicherung, die den Anschlusskontakt und die Stromschiene koppelt, da sie Teil eines kompakten modularen Gehäuses ist, das eine weitaus gröbere Behandlung bei der Handhabung aushalten kann als es die Sicherung und die zugehörigen Komponenten einzeln könnten.In accordance with another aspect of the present invention, there is disclosed an arrangement for detecting a voltage generated from a battery cell within a battery pack consisting of a plurality of battery cells. As mentioned above, the assembled circuit provides the means for measuring the voltage of each individual cell in a battery pack. The voltage sensing circuit is comprised of at least three components which include a terminal contact, a sheathed bus bar, and a fuse (ie, circuit protection) that are assembled to fit within a modular housing that in turn may be attached to an ICB or to a battery frame , By integrating these electrically conductive pieces into a housing and further integrating the housing into a frame (for example an injection molding frame), greater robustness of all components can be realized. This is particularly valuable for the fuse that couples the terminal and the bus bar, as it is part of a compact modular housing that can withstand much heavier handling handling than the fuse and associated components could individually.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriestapel offenbart, der ausgestaltet ist, um Antriebsleistung für ein Fahrzeug bereitzustellen. Der Batteriestapel enthält zahlreiche Batteriezellen, einen Rahmen für jede Batteriezelle, um zu ermöglichen, dass die Zelle befestigt wird, und eine Spannungserfassungsschaltung, die an dem Rahmen befestigt ist, wobei die Spannungserfassungsschaltung die Sicherung, die Stromschiene und den Anschlusskontakt, die vorstehend erwähnt wurden, sowie ein Gehäuse enthält, das ausgestaltet ist, um die Sicherung, die Stromschiene und den Anschlusskontakt in elektrischer Kommunikation miteinander zu halten. Bei einer speziellen Form definiert das Gehäuse eine geformte Struktur derart, dass, sobald die Verbindung zwischen den verschiedenen elektrisch leitenden Komponenten hergestellt wurde, die Spannungserfassungsschaltung eine modulare Einheit definiert. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist die geformte Struktur des Gehäuses vorzugsweise ferner in die geformte Struktur des Rahmens eingeformt; ein derartiges Einformen, Einkapseln, Umspritzen oder dergleichen stellt eine integrale Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Rahmen sicher. In einer bevorzugten Form umfassen die Formen, die durch das geformte Gehäuse definiert werden, verschiedene Formationen zur Aufnahme der elektrisch leitenden Teile der Spannungserfassungsschaltung. Der Fachmann wird feststellen, dass der Batteriestapel zusätzliche Merkmale für eine mechanische oder elektrische Unterstützung enthalten kann, welche zusätzliche Rahmen, Behälter, Kühlkreise oder dergleichen umfassen.In accordance with yet another aspect of the present invention, a battery pack configured to provide drive power to a vehicle is disclosed. The battery pack includes a plurality of battery cells, a frame for each battery cell to enable the cell to be attached, and a voltage detection circuit attached to the frame, the voltage detection circuit including the fuse, the bus bar, and the terminal contact mentioned above. and a housing configured to hold the fuse, the bus bar and the terminal contact in electrical communication with each other. In a particular form, the housing defines a molded structure such that once the connection between the various electrically conductive components has been made, the voltage detection circuit defines a modular unit. As mentioned above, the molded structure of the housing is preferably further molded into the molded structure of the frame; such molding, encapsulation, overmolding or the like ensures integral connection between the housing and the frame. In a preferred form, the shapes defined by the molded housing include various formations for receiving the electrically conductive portions of the voltage sensing circuit. Those skilled in the art will recognize that the battery pack may include additional features for mechanical or electrical assistance, including additional frames, containers, cooling circuits, or the like.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung offenbart, die eine integrierte Schaltung zur Verwendung in einem batteriegetriebenen Kraftfahrzeugantriebssystem enthält. Die Anordnung kann mechanisch und elektrisch zahlreiche prismatische Batteriezellen in Zellenaufnahme-Montagekanäle aufnehmen, die in oder an einer ICB ausgebildet sind. Eine Stromschiene, die mehrere einzelne signalführende Leitungen definiert, und eine Kupplung (die in einer bevorzugten Form ein Verbindungskopfstück zur elektrischen Überwachung ist) zur Herstellung einer Signalverbindung zwischen jedem der Kanäle und der Kupplung durch eine jeweilige der einzelnen signalführenden Leitungen sind in der ICB ausgebildet; auf diese Weise weist jede Batteriezelle (oder eine Gruppe von Batteriezellen in Konfigurationen, bei denen mehrere Batterien parallel sind, so dass die Spannung an der gesamten Gruppe gemessen wird), die in einem jeweiligen Kanal platziert ist, eine dedizierte Spannungserfassungsschaltung auf, die Spannungsinformationen, welche jede Zelle betreffen, durch die Stromschiene und weiter zu einer Zellenüberwachungs- oder Steuerungsschaltung durch die Kupplung hindurch senden kann. Es ist signifikant, dass die Stromschiene in der ICB einstückig ausgebildet ist, etwa durch Umspritzen. Auf eine ähnliche Weise können die Kanäle einstückig mit der ICB ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Sicherungen mit den jeweiligen signalführenden Leitungen erst installiert und elektrisch gekoppelt werden, nachdem die Stromschiene und die Kanäle (welche wie vorstehend beschrieben vorzugsweise einstückig in der ICB mit Hilfe von Umspritzen ausgebildet sind) in der ICB ausgebildet worden sind. Auf diese Weise ist die Verbindung jeder Sicherung (etwa durch eine Zinnfusion, die nachstehend erörtert wird) der letzte Schritt beim Ausbilden jeder Spannungserfassungsschaltung. Indem die Stromschiene einstückig mit der ICB ausgebildet wird (etwa durch Umspritzen oder dergleichen) kann eine robustere Anordnung erzeugt werden, die widerstandsfähig gegen Vibrationen, eine Handhabung und andere Bedingungen und Umgebungen, die eine Beschädigung herbeiführen können, ist.In accordance with yet another aspect of the present invention, an arrangement is disclosed that includes an integrated circuit for use in a battery-powered automotive vehicle drive system. The assembly may mechanically and electrically receive numerous prismatic battery cells in cell receiving mounting channels formed in or on an ICB. A bus bar defining a plurality of individual signal-carrying lines and a coupling (which in a preferred form is an electrical-conducting connection header) for establishing a signal connection between each of the channels and the coupling through a respective one of the individual signal-carrying lines are formed in the ICB; in this way, each battery cell (or group of battery cells in configurations where multiple batteries are in parallel so that the voltage across the whole group is measured) placed in a respective channel has a dedicated voltage sense circuit that provides voltage information, which may affect each cell through the bus bar and on to a cell monitoring or control circuit through the clutch. It is significant that the bus bar is integrally formed in the ICB, such as by overmolding. In a similar manner, the channels may be formed integrally with the ICB. In this way, the fuses having the respective signal carrying lines can be installed and electrically coupled only after the bus bar and the channels (which are preferably integrally formed in the ICB by overmolding as described above) have been formed in the ICB. In this way, the connection of each fuse (such as by a tin fusion, which will be discussed below) is the final step in the formation of each voltage detection circuit. By integrally forming the bus bar with the ICB (such as by overmolding or the like), a more robust arrangement can be created that is resistant to vibration, handling, and other conditions and environments that can cause damage.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriestapel offenbart, der ausgestaltet ist, um Antriebsleistung für ein Fahrzeug bereitzustellen. Der Batteriestapel enthält zahlreiche prismatische Batteriezellen, die entlang einer Stapelachse ausgerichtet sind, um zwischen ihnen eine zueinander hin weisende Beziehung zu definieren. Zudem sind eine Zellenüberwachungselektronik, ein Käfig, der ausgestaltet ist, um die Vielzahl der Zellen zu enthalten, und eine Anordnung, die mit dem Käfig und/oder den Zellen gekoppelt ist, enthalten. Eine ICB enthält zahlreiche Montagekanäle zur Aufnahme von Batteriezellen, sowie eine Kupplung und eine Stromschiene, wobei die letztere eine Signalverbindung zwischen jedem der Kanäle und der Kupplung durch eine jeweilige der einzelnen signalführenden Leitungen herstellt. Eine Spannungserfassungsschaltung wirkt signaltechnisch mit jedem der Kanäle und einem jeweiligen Abschnitt der Stromschiene zusammen, und sie ist zusätzlich in der ICB ausgebildet, so dass sie mindestens eine Sicherung und mindestens eine elektrisch leitende Leitung enthält, die mit der Sicherung gekoppelt ist. Vorzugsweise sind die Stromschiene und/oder die Kanäle einstückig mit der ICB ausgebildet, etwa durch Umspritzen (im Fall der Stromschiene) oder gemeinsames Ausformen (im Falle der Kanäle). In der Stromschiene, in der Leiterbahn oder im Anschluss können Taschen ausgebildet sein, um ein flächendeckendes Koppeln der Drahtleitung einer Sicherung zu dem passenden Teil an einer derartigen Stromschiene, Leiterbahn oder einem derartigen Anschluss zu ermöglichen. Im vorliegenden Kontext kann die elektrisch leitende Leitung entweder einen Teil der Tasche ausbilden oder mit der Tasche elektrisch so verbunden sein, dass ein axialer Draht, der sich von der Sicherung weg erstreckt, mit der elektrisch leitenden Leitung über ein Widerstandsschweißen, eine Zinnfusion oder dergleichen leicht gekoppelt werden kann. Wie nachstehend in Verbindung mit der Partneranmeldung erörtert wird, ist das Zinnfusionsverfahren ein besonders wertvoller Weg zur elektrischen Verbindung der Sicherung mit der Leiterbahn, der Stromschiene, dem Anschluss oder einer ähnlichen elektrisch leitenden Leitung, die innerhalb der ICB ausgebildet ist, da es eine Beschädigung an den Drähten, die sich von der Sicherung weg erstrecken, signifikant reduziert. Zusätzlich zu den vorstehend erörterten Merkmalen wird der Fachmann feststellen, dass der Batteriestapel zusätzliche Merkmale für eine mechanische oder elektrische Unterstützung enthalten kann, welche zusätzliche Rahmen, Behälter, Kühlkreise oder dergleichen umfassen.In accordance with another aspect of the present invention, a battery pack configured to provide drive power to a vehicle is disclosed. The battery pack contains numerous prismatic battery cells, aligned along a stacking axis to define an inter-relationship therebetween. In addition, cell monitoring electronics, a cage configured to contain the plurality of cells, and an assembly coupled to the cage and / or the cells are included. An ICB includes numerous mounting channels for receiving battery cells, as well as a coupling and a bus bar, the latter providing a signal connection between each of the channels and the coupling through a respective one of the individual signal carrying lines. A voltage sensing circuit is signal-wise associated with each of the channels and a respective portion of the bus bar, and is additionally formed in the ICB to include at least one fuse and at least one electrically conductive line coupled to the fuse. Preferably, the bus bar and / or the channels are integrally formed with the ICB, such as by overmolding (in the case of the bus bar) or common shaping (in the case of the channels). Bags may be formed in the bus bar, in the track, or in the terminal to enable blanket coupling of the wireline of a fuse to the mating part on such bus bar, trace, or such terminal. In the present context, the electrically conductive line may either form part of the pocket or be electrically connected to the pocket such that an axial wire extending away from the fuse with the electrically conductive lead easily via resistance welding, tin fusion or the like can be coupled. As discussed below in connection with the partner application, the tin fusion process is a particularly valuable way of electrically connecting the fuse to the trace, bus bar, terminal, or similar electrically conductive line formed within the ICB because it is damaging The wires extending away from the fuse are significantly reduced. In addition to the features discussed above, those skilled in the art will recognize that the battery pack may include additional mechanical or electrical support features that include additional frames, containers, cooling circuits, or the like.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Konnektivität mit einem Batteriestapel eines Kraftfahrzeugantriebsystems offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine ICB bereitgestellt wird, die eine Vielzahl von Batteriezellen-Montagekanälen darauf definiert, dass eine Zellenüberwachungselektronikkupplung mit der ICB verbunden wird, und dass eine Stromschiene einstückig mit der ICB und der Kupplung ausgebildet wird, um zwischen diesen eine Signalverbindung herzustellen. Die Stromschiene wird derart ausgestaltet, dass jeder der Kanäle eine dedizierte Signalverbindung mit der Kupplung durch eine jeweilige der einzelnen signalführenden Leitungen aufweist. Indem eine Spannungserfassungsschaltung mit jedem der Kanäle und einem jeweiligen Abschnitt der Stromschiene signaltechnisch verbunden wird, kann jede der Spannungserfassungsschaltungen, die in der ICB ausgebildet werden, verwendet werden, um Indizien für Batteriespannungsabweichungen an die Kommunikationsschaltungen zur elektrischen Überwachung liefern sowie einen Schaltungsschutz durch eine oder mehrere Sicherungen bereitstellen. Mindestens die Stromschiene und die ICB sind einstückig ausgebildet, etwa durch Umspritzen. Für Sicherungen ausgestaltete Öffnungen oder ähnliche Ausnehmungen können als Teil des Umspritzens der ICB in einem Stück ausgebildet werden, um das Platzieren und das anschließende elektrische Verbinden der Sicherungen zu ermöglichen.In accordance with yet another aspect of the present invention, a method for providing electrical connectivity to a battery pack of a motor vehicle drive system is disclosed. The method includes providing an ICB defining a plurality of battery cell mounting channels to connect a cell monitor electronics coupling to the ICB, and forming a bus bar integrally with the ICB and the coupling to establish a signal connection therebetween. The bus bar is configured such that each of the channels has a dedicated signal connection with the coupling through a respective one of the individual signal carrying lines. By signal-connecting a voltage sensing circuit to each of the channels and a respective portion of the busbar, each of the voltage sensing circuits formed in the ICB may be used to provide indicia of battery voltage variations to the electrical monitoring communication circuits and circuit protection by one or more Provide backups. At least the busbar and the ICB are integrally formed, such as by encapsulation. Fuses or similar recesses may be formed integrally as part of overmolding the ICB to facilitate placement and subsequent electrical connection of the fuses.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die folgende genaue Beschreibung von speziellen Ausführungsformen kann am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Strukturen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, und in denen:The following detailed description of specific embodiments may best be understood when read in conjunction with the following drawings, wherein like structure is indicated by like reference numerals, and in which:

1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Fahrzeugs ist, das mit einer Hybridleistungsquelle ausgestaltet ist und die Integration eines Batteriestapels mit verschiedenen anderen Teilkomponenten des Fahrzeugs zeigt; 1 FIG. 12 is a schematic drawing of an exemplary vehicle configured with a hybrid power source showing the integration of a battery pack with various other subcomponents of the vehicle; FIG.

2A und 2B jeweilige Ansichten von oben und von der Seite der Verbindung zwischen einer Stromschiene, einem Anschlusskontakt und einer Sicherung einer Spannungserfassungsschaltung in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik zeigen; 2A and 2 B show respective views from above and from the side of the connection between a bus bar, a terminal contact and a fuse of a voltage detection circuit in accordance with the prior art;

3A das geformte Gehäuse mit dem darin platzierten Anschlusskontakt in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt; 3A Figure 3 shows the molded housing with the terminal contact placed therein in accordance with an aspect of the present invention;

3B das Gehäuse von 3A verbunden mit der Stromschiene und der Sicherung zeigt, um eine modulare, integrierte Spannungserfassungsschaltung in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zu definieren; 3B the case of 3A connected to the bus bar and fuse to define a modular integrated voltage detection circuit in accordance with an aspect of the present invention;

4A die Stromschiene von 3B isoliert zeigt; 4A the busbar of 3B isolated shows;

4B den Anschlusskontakt von 3A und 3B isoliert zeigt; 4B the connection contact of 3A and 3B isolated shows;

5A eine Ansicht von einer Seite der Integration der modularen integrierten Spannungserfassungsschaltung von 3B in einen Abschnitt eines Batteriezellenrahmens zeigt; 5A a view from one side of the integration of the modular integrated voltage detection circuit of 3B into a portion of a battery cell frame;

5B eine Ansicht von der gegenüberliegenden Seite der integrierten Spannungserfassungsschaltung von 5A zeigt; 5B a view from the opposite side of the integrated voltage detection circuit of 5A shows;

6 eine vereinfachte Explosionsansicht eines Batteriestapels ist, der in dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann; 6 is a simplified exploded view of a battery pack that is in the vehicle of 1 can be used;

7 eine perspektivische Ansicht von oben auf eine ICB in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, die Sicherungen zeigt, die in die Spannungserfassungsschaltung zwischen den Stromschienen und den Anschlusskontakten eingebaut sind; und 7 Figure 5 is a top perspective view of an ICB in accordance with an aspect of the present invention showing fuses mounted in the voltage sensing circuit between the bus bars and the terminal contacts; and

8 eine Detailansicht der Spannungserfassungsschaltung einer Sektion 8 von 7 zeigt. 8th a detailed view of the voltage detection circuit of a section 8th from 7 shows.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Mit Bezug zunächst auf 1 und 6 ist eine schematische Zeichnung eines hybrid angetriebenen Fahrzeugs 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Innerhalb des vorliegenden Kontexts ist festzustellen, dass der Begriff ”Fahrzeug” auf ein Auto, einen Lastwagen, einen Van oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV) oder dergleichen zutreffen kann. Das Fahrzeug 10 enthält eine ICE 20, eine Batterie 30 (die hier auch als Batteriestapel, Modul oder ähnliches bezeichnet wird, um die zusammengesetzte Natur von vielen Batteriezellen darin zu betonen) und eine elektronisches Steuerungssystem 40, wobei die ICE 20 und/oder die Batterie 30 mit einem Elektromotor/Generator 25 gekoppelt sein können. Das Fahrzeug 10 enthält ferner einen Antriebsstrang 50 (der in der Form einer Antriebswelle oder dergleichen vorliegen kann), um Antriebsleistung von der ICE 20, vom Motor/Generator 25 oder von der Batterie 30 an ein oder mehrere der Räder 60 zu liefern. Die Batterie 30 enthält ein Ladezustands-System (SOC-System) 32 und eine Leistungswechselrichteranordnung 34, wobei letztere verschiedene Module enthält, welche diejenigen für den IGBT und Kondensatoren (nicht gezeigt) sowie andere leitende Elemente umfassen, die ausgestaltet sind, um eine Strecke für einen Stromfluss zwischen diesen und anderen zugehörigen batteriebezogenen elektronischen Komponenten bereitzustellen. Stromschienenanordnungen (Abschnitte von diesen werden nachstehend in größerem Detail gezeigt und erörtert) stellen eine kompakte, zuverlässige elektrische Verbindung zwischen diesen verschiedenen Modulen bereit. Zusätzliche Unterstützungsgeräte, etwa ein Radiator 70, sind ebenfalls gezeigt. Obwohl die Batterie 30 (welche wie vorstehend erörtert als Teil einer größeren Anordnung in einem Rahmen platziert sein kann) im Heck des Fahrzeugs 10 gezeigt ist, kann sie an einer beliebigen geeigneten Stelle angeordnet sein, um ihre elektrische Kopplung (mit Hilfe von Stromschienen, die nachstehend in größerem Detail erörtert werden) an die verschiedenen elektrischen Komponenten zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform ist die Batterie 30 eine Anordnung oder ein Stapel, der aus zahlreichen Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ion-Zellen) besteht (die nicht einzeln gezeigt sind). Das elektronische Steuerungssystem 40 kann ein Modul 42 für einen variablen Motorantrieb enthalten, um das Drehmoment und die Drehzahl des Elektromotors sowie andere Fahrzeugfunktionen zu steuern. Der Fachmann wird feststellen, dass, obwohl das Fahrzeug 10 gegenwärtig als ein hybrid betriebenes Fahrzeug gezeigt ist, auch ein Fahrzeug mit rein elektrischer Leistung (d. h. eines ohne den Bedarf für die ICE 20) als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung angesehen wird.With reference first to 1 and 6 is a schematic drawing of a hybrid-powered vehicle 10 shown in accordance with the present invention. Within the present context, it should be understood that the term "vehicle" may apply to a car, truck, van or sport utility vehicle (SUV) or the like. The vehicle 10 contains an ICE 20 , a battery 30 (also referred to herein as a battery pack, module or the like to emphasize the composite nature of many battery cells therein) and an electronic control system 40 , where the ICE 20 and / or the battery 30 with an electric motor / generator 25 can be coupled. The vehicle 10 also includes a powertrain 50 (which may be in the form of a drive shaft or the like) to drive power from the ICE 20 , from the engine / generator 25 or from the battery 30 to one or more of the wheels 60 to deliver. The battery 30 Contains a state of charge system (SOC system) 32 and a power inverter assembly 34 the latter including various modules including those for the IGBT and capacitors (not shown) and other conductive elements configured to provide a path for current flow therebetween and other associated battery-related electronic components. Bus bar assemblies (portions of which will be shown and discussed in more detail below) provide a compact, reliable electrical connection between these various modules. Additional support devices, such as a radiator 70 , are also shown. Although the battery 30 (which may be placed in a frame as discussed above as part of a larger arrangement) in the rear of the vehicle 10 2, it may be located at any suitable location to allow its electrical coupling (by means of bus bars, which will be discussed in more detail below) to the various electrical components. In one embodiment, the battery is 30 an array or stack consisting of numerous lithium-ion (Li-ion) cells (not shown individually). The electronic control system 40 can be a module 42 for a variable motor drive to control the torque and the speed of the electric motor and other vehicle functions. The specialist will find that, although the vehicle 10 Presently shown as a hybrid powered vehicle is also a purely electric powered vehicle (ie one without the need for the ICE 20 ) is considered within the scope of the present invention.

Speziell mit Bezugnahme auf 6 sind Details in Verbindung mit dem Batteriestapel 30 in einer teilweisen Explosionsansicht gezeigt. In Abhängigkeit von der gewünschten Leistungsausgabe können zahlreiche Batteriezellen 305 entlang einer Stapelachse A-A zu Modulen 310 ausgebildet sein, die zu einer Gruppe oder Sektion 315 kombiniert sein können; diese können ausgerichtet sein, um von einem gemeinsamen Fach 320 abgestützt zu werden, das auch als Abstützung für Kühlschläuche 325 wirken kann, die in Konfigurationen verwendet werden können, bei denen eine Zusatzkühlung gewünscht sein kann. Eine Trennwand 330 kann eine primäre Stützstruktur definieren, die als Schnittstelle zu den Kühlschläuchen 325 dienen kann sowie eine Batterieentfernungseinheit für den Fall, dass eine Batteriewartung benötigt wird, beherbergen kann. Zusätzlich zum Bereitstellen der Abstützung für die zahlreichen Batteriemodule 310 können das Fach 320 und die Trennwand 330 andere Module abstützen, etwa ein Spannungs-, Strom- und Temperaturmessmodul (VITM) 335 (welches als ”Zentralgehirn” wirkt, um die einzelnen Zellenspannungsinformationen über ein (nicht gezeigtes) lokales Netzwerk zu sammeln). Die Anordnung der einzelnen Batteriezellen 305 (die nachstehend in größerem Detail erörtert werden muss) innerhalb eines der Batteriemodule 310, wie auch die Abdeckung derselben durch eine ICB 340 ist gezeigt. Ein separates Spannungs- und Temperaturmodul (VTSM (nicht gezeigt)) kann auf jeder der drei Hauptbatteriesektionen 315 sitzen, welche den T-förmigen Stapel 30 bilden, um Zellenspannungen von jeder ICB 340 an das VITM 335 zu übermitteln. Variationen an dieser Stromschiene, die verwendet wird, um elektrische Verbindungsfunktionen zwischen verschiedenen Zellen 305 und einem oder mehreren elektrischen Überwachungs- oder Steuerungsgeräten bereitzustellen, werden nachstehend in größerem Detail erörtert. Andere Merkmale, etwa eine Unterbrechung 345 zur manuellen Wartung, eine Isolation 350 und eine Abdeckung 355 komplettieren den Batteriestapel 30.Especially with reference to 6 are details related to the battery pack 30 shown in a partial exploded view. Depending on the desired power output, numerous battery cells can 305 along a stack axis AA to modules 310 Be educated to a group or section 315 can be combined; These can be geared to from a common tray 320 to be supported, which also serves as a support for cooling hoses 325 which may be used in configurations where additional cooling may be desired. A partition 330 may define a primary support structure that interfaces with the cooling hoses 325 can serve as well as a battery removal unit in the event that a battery maintenance is needed, can accommodate. In addition to providing support for the numerous battery modules 310 can the tray 320 and the partition 330 supporting other modules, such as a voltage, current and temperature measuring module (VITM) 335 (which acts as a "central brain" to collect the individual cell voltage information via a local network (not shown)). The arrangement of the individual battery cells 305 (which needs to be discussed in more detail below) within one of the battery modules 310 as well as its coverage by an ICB 340 is shown. A separate voltage and temperature module (VTSM (not shown)) can be installed on each of the three main battery sections 315 sitting, showing the T-shaped stack 30 form to cell voltages from each ICB 340 to the VITM 335 to convey. Variations on this busbar, which is used to connect electrical functions between different cells 305 and to provide one or more electrical monitoring or control devices, are described below in discussed in greater detail. Other features, such as a break 345 for manual maintenance, insulation 350 and a cover 355 complete the battery stack 30 ,

Bei einem typischen Beispiel kann der Batteriestapel 30 etwa 200 bis 300 einzelne Batteriezellen 305 enthalten, obwohl (wie die Anordnung) die Anzahl der Zellen 305 in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf des Fahrzeugs 10 und seinem elektronischen Steuerungssystem 40 größer oder kleiner sein kann. In einer bevorzugten Form definieren die Zellen 305 eine starre, rechteckige (d. h. prismatische) Form. Bei einer spezielleren Form bestehen die Zellen 305 aus einer prismatischen Beutelvariante statt der prismatischen Behältervariante. Die Platzierung der einzelnen Batteriezellen 305 im Batteriestapel 30 ist gezeigt, wobei die ICB 650 (die in 7 gezeigt und nachstehend in größerem Detail erörtert wird) über oder unter den ausgerichteten Zellen 305 platziert sein kann, um sowohl die Funktion der Montage als auch die Funktion der elektrischen Überwachung und Steuerung der Zellen 305 bereitzustellen. Im vorliegenden Kontext werden die Begriffe ”Batteriezelle”, ”Batteriemodul” und ”Batteriestapel” (sowie deren verkürzte Varianten ”Zelle”, ”Modul” und ”Stapel”) verwendet, um verschiedene Ebenen von Komponenten eines gesamten batteriebasierten Leistungssystems sowie deren Anordnung zu beschreiben. Beispielsweise werden zahlreiche einzelne Batteriezellen 305 in einer zueinander hin weisenden Beziehung entlang einer Stapelachse A-A derart stapelt, dass sich ihre Ränder im Wesentlichen ausrichten, um eine allgemein rechteckige Gestalt zu definieren. Diese Zellen 305 bilden die Bausteine von Batteriemodulen 310 (in Verbindung mit Zusatzgeräten), die wiederum den vollständigen Batteriestapel 30 bilden. Die Verwendung eines oder mehrerer dieser Begriffe wird sich aus dem Kontext ergeben. Die verschiedenen Batteriezellen und Module können wie gezeigt ausgerichtet sein, um durch ein gemeinsames Fach abgestützt zu werden, das auch als Unterstützung für Kühlschläuche, Kopfstücke, Krümmer oder zugehörige Leitungen wirken kann, wenn eine zusätzliche Kühlung gewünscht sein kann.In a typical example, the battery pack 30 about 200 to 300 individual battery cells 305 included, though (like the arrangement) the number of cells 305 depending on the power requirement of the vehicle 10 and its electronic control system 40 can be larger or smaller. In a preferred form, the cells define 305 a rigid, rectangular (ie prismatic) shape. In a more specific form, the cells exist 305 from a prismatic bag variant instead of the prismatic container variant. The placement of the individual battery cells 305 in the battery pack 30 is shown, the ICB 650 (in the 7 shown and discussed in greater detail below) over or under the aligned cells 305 can be placed to both the function of assembly and the function of electrical monitoring and control of the cells 305 provide. In the present context, the terms "battery cell", "battery module" and "battery pack" (and their truncated variants "cell", "module" and "stack") are used to describe various levels of components of an entire battery-based power system and their arrangement , For example, numerous individual battery cells 305 stacked in a facing relationship along a stack axis AA such that their edges substantially align to define a generally rectangular shape. These cells 305 form the building blocks of battery modules 310 (in conjunction with ancillary equipment), which in turn is the complete battery pack 30 form. The use of one or more of these terms will result from the context. The various battery cells and modules may be aligned as shown to be supported by a common compartment which may also act as a support for cooling hoses, headers, manifolds, or associated conduits where additional cooling may be desired.

Unter Bezugnahme als Nächstes auf 2A und 2B sind Details gezeigt, die einen Abschnitt einer erwähnten Stromschienen-Teilanordnung 100 (2A) des Standes der Technik und eine Spannungserfassungsschaltung 105 darstellen, die aus der Verbindung zwischen einer Stromschiene 110 und einem Anschlusskontakt 120 durch eine Sicherung 130 besteht. Im Speziellen sind die verschiedenen Komponenten, welche die Spannungserfassungsschaltung 105 bilden, an einem Abschnitt eines Rahmens 140 direkt angebracht, der verwendet wird, um eine mechanische oder strukturelle Abstützung für diese und andere Komponenten bereitzustellen. Außerdem sind zusätzliche Komponenten wie etwa ein Batteriezellen-Abstützfach 36 vorzugsweise so dimensioniert, dass sie mit dem Rahmen 140 strukturell zusammenarbeiten. In einer Form ist der Rahmen 140 etwa 250 Millimeter (d. h. etwa zehn Zoll) entlang seiner längsten Kante lang und er enthält ferner Öffnungen 150, die darin ausgebildet sind, um eine Verbindung durch eine Schraube oder ein ähnliches Befestigungselement (nicht gezeigt) zu fördern. Der Fachmann wird feststellen, dass nur ein kleiner Teil des Rahmens 140 gezeigt ist, wobei zahlreiche derartige Rahmen 140 (mit montierten Zellen 36 und Spannungserfassungsschaltungen 105) gestapelt oder anderweitig angeordnet sind, um eine mechanisch starre Strecke bereitzustellen, um das Fließen eines Stroms aus den einzelnen Batteriezellen 36 an die verschiedenen leistungsverbrauchenden Komponenten im Fahrzeug 10 zu ermöglichen. In Abhängigkeit von der Konfiguration können andere (nicht gezeigte) Komponenten jeder einzelnen Stromschienen-Teilanordnung 100 einen positiven DC-Anschluss und einen negativen DC-Anschluss sowie zahlreiche andere Komponenten umfassen, um eine elektrische Konnektivität zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der einzelnen Batteriezellen sowie mit anderen Komponenten der Batterie 30 herzustellen. Es soll erwähnt werden, dass jegliche DC/AC-Umwandlung außerhalb des Batteriestapels stattfindet und gegenwärtig nicht gezeigt ist. Jede Stromschienen-Teilanordnung 100 überträgt einen Strom, der von den positiven und negativen Anschlüssen der DC-Quelle (d. h. der Batteriezelle 36) empfangen wird, (neben anderen Komponenten) an IGBT-Vorrichtungen, Leistungsdioden oder andere Komponenten, die jeweils das DC-Signal in ein einphasiges AC-Signal umwandeln können. Wie vorstehend erwähnt wurde, können bei einer Form zumindest die elektrisch leitenden Abschnitte der Stromschienen-Teilanordnung 100 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, und sie können zusätzlich metallüberzogen sein.Referring next to 2A and 2 B Details showing a portion of a busbar subassembly are shown 100 ( 2A ) of the prior art and a voltage detection circuit 105 represent, resulting from the connection between a power rail 110 and a connection contact 120 through a fuse 130 consists. In particular, the various components are the voltage detection circuit 105 form, on a section of a frame 140 directly attached, which is used to provide mechanical or structural support for these and other components. In addition, additional components such as a battery cell support compartment 36 preferably sized to fit with the frame 140 structurally collaborate. In one form is the frame 140 about 250 millimeters (ie, about ten inches) along its longest edge and also includes openings 150 formed therein to promote connection by a screw or similar fastener (not shown). The skilled person will find that only a small part of the frame 140 is shown, with many such frames 140 (with mounted cells 36 and voltage detection circuits 105 ) are stacked or otherwise arranged to provide a mechanically rigid path for flowing a current from the individual battery cells 36 to the various power-consuming components in the vehicle 10 to enable. Depending on the configuration, other components (not shown) of each individual busbar subassembly may be used 100 a positive DC terminal and a negative DC terminal, as well as numerous other components, to provide electrical connectivity between the positive and negative terminals of the individual battery cells as well as with other components of the battery 30 manufacture. It should be noted that any DC / AC conversion takes place outside the battery pack and is not currently shown. Each busbar subassembly 100 transmits a current coming from the positive and negative terminals of the DC source (ie the battery cell 36 ) is received (among other components) to IGBT devices, power diodes, or other components that can each convert the DC signal to a single-phase AC signal. As mentioned above, in one form, at least the electrically conductive portions of the bus bar subassembly 100 made of copper or a copper alloy, and they may additionally be metal-coated.

Nach dem Stapeln und Verbinden der verschiedenen einzelnen Rahmen 140 wird eine strukturelle Anordnung ausgebildet, die einem im Wesentlichen vollständigen Batteriestapel ähnelt (etwa der Batterie 30). Wie vorstehend erwähnt wurde, ist jede Batteriezelle innerhalb der Batterie 30 an einen entsprechenden Rahmen 140 montiert, der eine Montagestelle enthält, an der eine Sicherung 130 an der Stromschiene 110 und dem Anschlusskontakt 120 befestigt werden kann. Bei einer speziellen Form kann auch ein Fahrwerk oder ein ähnlicher größerer Behälter (nicht gezeigt) verwendet werden, um eine Umhüllung und einen ähnlichen Schutz vor der Umwelt nicht nur für die Batterie 30 sondern auch die internen elektrischen Komponenten bereitzustellen, etwa diejenigen, welche die Leistungswechselrichteranordnung 34 bilden; ein derartiger zusätzlicher Behälter kann aus einem geeigneten Material mit Leitungsmerkmalen bestehen, die mit dem Fahrwerk des Fahrzeugs 10 geerdet sein können, um eine Massequelle für untergebrachte elektrische Komponenten bereitzustellen.After stacking and joining the different individual frames 140 a structural arrangement is formed which is similar to a substantially complete battery stack (such as the battery 30 ). As mentioned above, each battery cell is inside the battery 30 to a corresponding frame 140 mounted, which contains a mounting point, where a fuse 130 at the power rail 110 and the connection contact 120 can be attached. In a particular form, a landing gear or similar larger container (not shown) can be used to provide environmental protection and protection not just for the battery 30 but also to provide the internal electrical components, such as those containing the power inverter assembly 34 form; Such an additional container may be made of a suitable material having conduction features associated with the Suspension of the vehicle 10 be grounded to provide a ground source for housed electrical components.

Der vorstehende Ansatz für den Aufbau der Batterie 30 erfordert, dass jede Spannungserfassungsschaltung 105 im Allgemeinen – und jede Sicherung 130 im Besonderen – aufgenommen und auf dem Rahmen 140 platziert wird; außerdem müssen die elektrischen Drähte der Sicherung 130 (welche typischerweise sehr dünn sind – beispielsweise 0,6 mm im Durchmesser) zum korrekten Widerstandsschweißen auf den Anschlusskontakt 120 und die Stromschiene 110 ausgerichtet werden. Die Manipulation von Objekten mit ganz verschiedenen Maßstäben (speziell der große Maßstab des Rahmens 140 und der viel kleinere Maßstab der Sicherung 130) erhöht die Komplexität des Montageprozesses, und Bewegungen, die innerhalb des größeren Maßstabs als feinmotorisch angesehen werden, können für die speziellen Bedürfnisse der Sicherung 130 und ihrer fragilen Drähte viel zu grob sein. Dies führt wiederum zu einer potentiellen handhabungs- oder prozessbezogenen Beschädigung in der Spannungserfassungsschaltung 105.The above approach to the construction of the battery 30 requires that every voltage detection circuit 105 in general - and every backup 130 in particular - and on the frame 140 is placed; In addition, the electrical wires of the fuse 130 (which are typically very thin - for example, 0.6 mm in diameter) for correct resistance welding to the terminal 120 and the busbar 110 be aligned. The manipulation of objects with very different scales (especially the large scale of the frame 140 and the much smaller scale of the fuse 130 ) increases the complexity of the assembly process, and movements that are considered on a larger scale than fine motor can, for the specific needs of the fuse 130 and their fragile wires are way too crude. This in turn leads to potential handling or process related damage in the voltage sense circuit 105 ,

Mit Bezug als Nächstes auf 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B sind die verschiedenen Komponenten, die eine Spannungserfassungsschaltungs-Teilanordnung 200 bilden (die hier auch als Anordnung bezeichnet wird) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Mit Bezug zuerst auf 3A und 3B enthält die Teilanordnung 200 ein Gehäuse 202 zur Aufnahme der Spannungserfassungsschaltung 205 als Weg zum Verringern der Komplexität, der Prozessvariabilität und der Kosten, indem zumindest die Stromschiene 210 und der Anschlusskontakt 220 innerhalb des Gehäuses 202 integral ausgebildet werden, das wiederum integral mit einem Rahmen (etwa einem Rahmen 240) integral ausgebildet wird (etwa durch Umspritzen oder Einkapselung), so dass eine Platzierung und Ausrichtung der Sicherung 230 mit einer signifikanten Verringerung des Beschädigungsrisikos erreicht wird. Im Gehäuse 202 sind verschiedene Formationen definiert, die Öffnungen 202A enthalten, die erlauben, dass flüssige Formen eines Spritzgussrahmenmaterials (beispielsweise Polypropylen) so hindurchgehen, dass sie nach der Erstarrung eine permanente integrale Verbindung zwischen dem Rahmen 240 und dem Gehäuse 202 bilden. Andere Formationen, etwa 202B, 202C und 202D, werden verwendet, um Räume zu definieren, in denen die Stromschiene 210, der Anschlusskontakt 220 bzw. die Sicherung 230 montiert oder anderweitig platziert werden können. Auf ähnliche Weise kann ein Verbinder 202E verwendet werden, um eine Montagestelle für andere Geräte zu definieren, die den Rahmen 240 bildet oder anderweitig damit verbunden sind. Eine Formation 202G definiert eine gebogene Strecke (die so gezeigt ist, dass sie grob serpentinenförmig ist), um zu ermöglichen, dass die Drähte von der Sicherung 210 an komplementären Oberflächen auf der Stromschiene 210 und dem Anschlusskontakt 220 angebracht werden. 3B zeigt im Speziellen, wie das Gehäuse 202 und die Gesamtheit der Stromschiene 210 die Spannungserfassungsschaltungs-Teilanordnung 200 bilden. Bei einer Konstruktionsform ist der Anschlusskontakt 220 in einer Form platziert – welche eine vordefinierte Nut oder eine ähnliche Form sein kann, die in dem Gehäuse 202 ausgebildet ist, während die Stromschiene 210 durch eine geeignete Verbindung mit dem Gehäuse zusammengefügt werden kann. In jedem Fall kann die Sicherung 230, sobald die Stromschienen-Teilanordnung 200 ausgebildet ist, in den Hohlraum oder eine ähnliche Einbuchtung eingeführt werden, die der Formation 202D entspricht. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist die elektrisch leitende Natur der Stromschiene 210 und des Anschlusskontakts 220 derart, dass sie, wenn sie an entsprechenden elektrisch leitenden Drähten 234, 232 der Sicherung 230 befestigt werden, eine elektrisch durchgehende Schaltung 205 bilden. Insbesondere sind geformte Abschnitte 201D und 230A, die in der Stromschiene 210 bzw. dem Anschlusskontakt 220 ausgebildet sind, dimensioniert, um eine sichere Verbindung zwischen den Drähten 234, 232 mit kleinem Durchmesser der Sicherung 230 zu fördern. In einer Form kann die Verbindung durch geeignete mechanische Mittel erfolgen, etwa einen Schnappverschluss, Anheften durch Erhitzen oder dergleichen, während eine elektrische Verbindung durch Widerstandsschweißen oder ein anderes Fügeverfahren bewerkstelligt werden kann, um die nachstehend erörterten Sicherungsverbindungsstellen herzustellen.Next up 3A . 3B . 4A . 4B . 5A and 5B are the various components that comprise a voltage sense circuit subassembly 200 (also referred to herein as an array) according to one aspect of the present invention. Referring first to 3A and 3B contains the subassembly 200 a housing 202 for receiving the voltage detection circuit 205 as a way to reduce complexity, process variability and cost, by at least the power rail 210 and the connection contact 220 inside the case 202 be integrally formed, which in turn integral with a frame (such as a frame 240 ) is formed integrally (such as by encapsulation or encapsulation), so that a placement and orientation of the fuse 230 is achieved with a significant reduction of the risk of damage. In the case 202 different formations are defined, the openings 202A which allow liquid forms of an injection molding frame material (eg, polypropylene) to pass through so as to provide a permanent integral connection between the frame after solidification 240 and the housing 202 form. Other formations, about 202B . 202C and 202D , are used to define spaces in which the power rail 210 , the connection contact 220 or the fuse 230 mounted or otherwise placed. Similarly, a connector 202E used to define a mounting location for other devices that make up the frame 240 forms or otherwise associated with it. A formation 202G defines a curved path (shown to be roughly serpentine) to allow the wires from the fuse 210 on complementary surfaces on the busbar 210 and the connection contact 220 be attached. 3B shows in particular how the housing 202 and the entirety of the busbar 210 the voltage detection circuit subassembly 200 form. In one construction, the terminal is contact 220 placed in a mold - which may be a predefined groove or similar shape contained in the housing 202 is formed while the busbar 210 can be joined by a suitable connection with the housing. In any case, the fuse can 230 as soon as the busbar subassembly 200 is formed to be inserted into the cavity or a similar indentation of the formation 202D equivalent. As mentioned above, the electrically conductive nature of the bus bar 210 and the connection contact 220 such that when they are connected to corresponding electrically conductive wires 234 . 232 the fuse 230 be attached, an electrically continuous circuit 205 form. In particular, shaped sections 201D and 230A in the power rail 210 or the connection contact 220 are formed, dimensioned to secure connection between the wires 234 . 232 with small diameter of the fuse 230 to promote. In one form, the connection may be by any suitable mechanical means, such as a snap lock, heat or the like, while an electrical connection may be accomplished by resistance welding or other joining techniques to produce the fuse links discussed below.

Mit Bezug speziell auf 4A und 4B enthält die Stromschiene 210 eine allgemein leitende Seite 210A, die aus einer Kupferlegierung besteht, welche an einer Stütze 210B befestigt ist, die aus einer Aluminiumlegierung besteht. Eine Öffnung 210C ist ausgelegt, um mit der sperrklinkenförmigen Formation 202B des Gehäuses 202 von 3A zusammenzuarbeiten.With reference specifically to 4A and 4B contains the busbar 210 a general managerial site 210A , which consists of a copper alloy, which is attached to a support 210B is attached, which consists of an aluminum alloy. An opening 210C is designed to work with the pawl shaped formation 202B of the housing 202 from 3A together.

Mit Bezug speziell auf 5A und 5B ist die Integration des Rahmens 240 und des Gehäuses 202 gezeigt, wobei Oberflächendetails zu letzterem hinzugefügt wurden, um Anfangsdemarkationslinien zwischen den zwei Strukturen besser hervorzuheben. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die Spannungserfassungsschaltung 205 aufgrund ihrer integrierten Konstruktion im Gehäuse 202, der Spannungserfassungsschaltung-Teilanordnung 200 und des Rahmens 240 eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Umweltbelastungen und mechanische Belastungen auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall reduziert wird. Die Konstruktion der Spannungserfassungsschaltung 205 ist derart, dass zumindest die Stellen innerhalb des Gehäuses 202, an denen die Sicherung 230 und ihre Drähte 232, 234 platziert werden, eine integrale Struktur ausbilden, die anschließend an dem Rahmen 240 befestigt werden kann. Daher können in einer Form das modulare Gehäuse 202 und die Spannungserfassungsschaltung 205 an dem Rahmen 240 während eines Formprozesses des Rahmens 240 befestigt werden, so dass nach dem Abschluss des Formens das Gehäuse 202 und zumindest ein Teil der Spannungserfassungsschaltung 205 in dem Rahmen 240 eingeschlossen sind.With reference specifically to 5A and 5B is the integration of the framework 240 and the housing 202 with surface details added to the latter to better highlight initial demarcation lines between the two structures. In contrast to the prior art, the voltage detection circuit 205 due to their integrated construction in the housing 202 , the voltage detection circuit subassembly 200 and the frame 240 Increased resistance to environmental stress and mechanical stress, which reduces the likelihood of failure. The construction of the voltage detection circuit 205 is such that at least the places inside the case 202 at which the fuse 230 and their wires 232 . 234 be placed, forming an integral structure, following the frame 240 can be attached. Therefore, in one form, the modular housing 202 and the voltage detection circuit 205 on the frame 240 during a molding process of the frame 240 be attached so that after completion of molding the housing 202 and at least part of the voltage detection circuit 205 in the frame 240 are included.

Noch spezieller mit Bezug auf 5B sind die Sicherung 230 (im Allgemeinen) und die Sicherungsverbindungsstellen 236, 238, die zwischen den Drähten 232, 234 und ihren entsprechenden Verbindungspunkten auf dem jeweiligen Anschlusskontakt 220 und der Stromschiene 210 ausgebildet sind (im Speziellen) besonders für eine Beschädigung anfällig, die während der normalen Herstellung und Handhabung auftreten kann. Die Drähte 232 und 234, die sich von entgegengesetzten Enden der Sicherung 230 weg erstrecken, stellen eine elektrische Konnektivität zu dem Anschlusskontakt 220 bzw. der Stromschiene 210 vorzugsweise durch einen Widerstandsschweißprozess her. Indem es sowohl korrekt dimensionierte elastische Verbindungen als auch eine Präzisionsausrichtung zwischen den Drähten 232 und 234 gibt, kann die Sicherung 230 an dem Gehäuse 202 und an dem Rest der Stromschienen-Teilanordnung 200 mit einem höheren Vertrauensgrad befestigt werden, dass anschließende Rahmenhandhabungsoperationen (d. h. in großem Maßstab) minimale Differenzen bei Fehlausrichtungen im kleinen Maßstab innerhalb der Sicherung 230, der Stromschiene 210 und des Anschlusskontakts 220 nicht ausnützen werden, um die zuverlässige Fabrikation der Spannungserfassungsschaltung 205 zu gefährden. In einer speziellen Form werden zumindest ein signifikanter Abschnitt der Stromschiene 210 und des Anschlusskontakts 220 durch den Kunststoff des Rahmens 240 während des Umspritzprozesses eingekapselt, während die Sicherung 230 vorzugsweise von dem Material des Rahmens 240 im Wesentlichen unbedeckt bleibt. Wie in den beiden vorliegenden Figuren zu sehen ist, gibt es eine signifikante Abdeckung der Verbindung zwischen der Stromschiene 210 und dem Gehäuse 202, sowie zwischen dem Anschlusskontakt 220 und dem Gehäuse 202, während die Sicherung 230 und ihre Drähte 232, 234 im Wesentlichen unbedeckt bleiben. Der Hohlraum oder die zugehörige Vertiefung 202D (am besten in 3A gezeigt) im Gehäuse 202 weist einstückig ausgebildete Zungen oder Höcker 202F auf, um zu ermöglichen, dass die Sicherung 230 sicher an Ort und Stelle einschnappt, während die Serpentinenwände 202G eine sichere Ausrichtung der Drähte 232, 234 auf die jeweiligen Kontaktoberflächen des Anschlusskontakts 220 und der Stromschiene 210 fördern.More specifically with respect to 5B are the fuse 230 (in general) and the security liaison offices 236 . 238 between the wires 232 . 234 and their corresponding connection points on the respective terminal contact 220 and the busbar 210 are (especially) vulnerable to damage that may occur during normal manufacture and handling. The wires 232 and 234 extending from opposite ends of the fuse 230 extend, provide electrical connectivity to the terminal contact 220 or the busbar 210 preferably by a resistance welding process ago. By having both correctly dimensioned elastic connections as well as a precision alignment between the wires 232 and 234 gives, the fuse can 230 on the housing 202 and at the remainder of the bus bar subassembly 200 with a higher confidence level, that subsequent frame handling operations (ie, large scale) minimal differences in small scale misalignment within the backup 230 , the power rail 210 and the connection contact 220 will not exploit the reliable fabrication of the voltage detection circuit 205 to endanger. In a special form, at least a significant portion of the bus bar 210 and the connection contact 220 through the plastic of the frame 240 encapsulated during the overmolding process while the fuse 230 preferably of the material of the frame 240 essentially uncovered. As can be seen in the two present figures, there is a significant coverage of the connection between the bus bar 210 and the housing 202 , as well as between the connection contact 220 and the housing 202 while the fuse 230 and their wires 232 . 234 essentially uncovered. The cavity or the associated recess 202D (best in 3A shown) in the housing 202 has integrally formed tongues or humps 202F on to allow that backup 230 safely snaps in place while the serpentine walls 202G a secure alignment of the wires 232 . 234 on the respective contact surfaces of the terminal 220 and the busbar 210 promote.

In einer Form können die Sicherungsverbindungsstellen 236, 238, die zwischen den Drähten 232, 234 und deren entsprechenden Verbindungspunkten jeweils an dem Anschlusskontakt 220 und der Stromschiene 210 ausgebildet sind, durch Widerstandsschweißen hergestellt werden. Die Toleranzen, die eine kleinere Anordnung (etwa diejenige, welche in das Gehäuse 202 passt oder anderweitig damit zusammenarbeitet) möglich macht, passen gut zu den Dimensionen der Sicherung 230 und zu den Anforderungen des Widerstandsschweißens. Außerdem ermöglicht die kompakte modulare Natur des Gehäuses 202, dass eine Sicherung 230, die daran befestigt ist, auf eine Weise behandelt wird, die zu der Struktur des Rahmens 240 im größeren Maßstab besser konsistent ist. Auf ähnliche Weise lässt sich die vorliegende Konstruktion des Gehäuses 202 durch Umspritzen leicht in den Trägerrahmen 240 integrieren, wodurch die strukturelle Kontinuität und eine zugehörige Gesamtrobustheit und Herstellbarkeit erhöht werden.In a form, the fuse links 236 . 238 between the wires 232 . 234 and their respective connection points respectively at the terminal contact 220 and the busbar 210 are formed, are produced by resistance welding. The tolerances, which are a smaller arrangement (such as the one in the housing 202 fits or otherwise cooperates with), fits well with the dimensions of the fuse 230 and the requirements of resistance welding. In addition, the compact modular nature of the housing allows 202 that a fuse 230 that is attached to it, is treated in a way that contributes to the structure of the frame 240 is more consistent on a larger scale. In a similar way, the present construction of the housing 202 by molding slightly into the carrier frame 240 which enhances structural continuity and overall robustness and manufacturability.

Durch die vorliegende Konstruktion wird die Montagereihenfolge der vorliegenden Erfindung entgegengesetzt zu derjenigen des Standes der Technik, bei der die drei elektrisch verbundenen Komponenten 110, 120 und 130 der Spannungserfassungsschaltung 105 nach dem Formen oder Ausbilden des Batteriezellenrahmens 140 montiert werden, wohingegen bei der vorliegenden Erfindung die Komponenten 210, 220 und 230 in einer einzigen eigenständigen Einheit kombiniert werden, bevor der Batteriezellenrahmen 240 geformt wird. Dies verbessert die Integrität der Schaltung 205, indem ein eingebauter Träger in der Form des Gehäuses 202 (auf einer ersten, modulareren Ebene) und der größeren Anordnung 200 (auf einer zweiten, ein wenig größeren Ebene) bereitgestellt wird. Darüber hinaus werden durch Verwendung eines Umspritzprozesses zum Befestigen des Gehäuses 202 oder der Anordnung 200 an dem Rahmen 240 zumindest die Stromschiene 210, der Anschlusskontakt [engl.: transfer contact] 220 und deren jeweilige Verbindungen mit dem Gehäuse 202 an Ort und Stelle mit einer Barriere gegen die umgebende Umwelt befestigt.By the present construction, the mounting order of the present invention is opposite to that of the prior art, in which the three electrically connected components 110 . 120 and 130 the voltage detection circuit 105 after molding or forming the battery cell frame 140 whereas in the present invention the components 210 . 220 and 230 be combined in a single standalone unit before the battery cell frame 240 is formed. This improves the integrity of the circuit 205 By placing a built-in carrier in the shape of the case 202 (on a first, more modular level) and the larger layout 200 (on a second, slightly larger level). In addition, by using a Umspritzprozesses to attach the housing 202 or the arrangement 200 on the frame 240 at least the busbar 210 , the connection contact [English: transfer contact] 220 and their respective connections to the housing 202 fixed in place with a barrier against the surrounding environment.

Als Nächstes mit Bezug auf 7 und 8 verwendet die ICB 650 das Umspritzen, um eine elektrische Isolation zwischen den und eine strukturelle Unterstützung für die Stromschienen 651, Spannungserfassungs-Leiterbahnen (auch als Anschlusskontaktleiterbahn bezeichnet) 607, die zu den Anschlusskontakten führen, die in dem Verbinderkopfstück 660 enthalten sind, und den Sicherungen 630, die sich zwischen den beiden befinden, zu erreichen. Wie an anderer Stelle in dieser Offenbarung erwähnt wurde, bilden die vorstehenden Komponenten die Spannungserfassungsschaltung 105, die wie eine Schnittstelle zu externen elektrischen Überwachungs- oder Steuerungsgeräten wirkt (wie unter anderem etwa das vorstehend erwähnte Temperaturmessmodul 335 oder das Spannungs- und Temperatur-Teilmodul 340). Die ICB 650 liegt in der Form einer modularen Anordnung vor, die wiederum installiert wird, um in den entsprechenden Rand des Stapels 30 von 6 einzugreifen. Anders als die Ausführungsformen, die in 3A bis 5B dargestellt sind (wo die Integration über ein separates Modul oder Gehäuse 202 stattfindet, das in den ICB-ähnlichen Rahmen 240 eingeschnappt oder auf andere Weise damit verbunden werden kann) erfolgt die Integration von zumindest der Stromschiene 651 (sowie eine mögliche Integration von Abschnitten der Spannungserfassungsschaltung 605, die nachstehend in Verbindung mit 8 erörtert wird) durch eine Form der einheitlichen Konstruktion (etwa durch Umspritzen der ICB 650). Eine derartige Konstruktion reduziert die Teilezahl und macht außerdem die Spannungserfassungsschaltung 605 widerstandsfähiger für die anschließende Komponentenherstellung und Montage, und sie stellt außerdem eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen eine vibrationsinduzierte Belastung bereit. Dieser Vorteil sticht besonders gegenüber dem Ansatz mit flexibler Schaltung des Standes der Technik insofern hervor, als weniger Verbindungsstellen benötigt werden. Auf ähnliche Weise ist die Verwendung einer Kupplung in der Form des Verbindungskopfstücks 660, das wie eine Verbindungsbox für eine elektrische Überwachungsschaltung in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wirkt, robuster als der Ansatz mit Einschnappen, der bei dem Entwurf mit flexibler Schaltung verwendet wird.Next with reference to 7 and 8th uses the ICB 650 the overmolding to provide electrical insulation between the and a structural support for the busbars 651 Voltage Detection Tracks (also referred to as Terminal Tracks) 607 leading to the terminal contacts in the connector head piece 660 contained, and the fuses 630 to reach between the two. As mentioned elsewhere in this disclosure, the above components form the voltage detection circuit 105 , which acts as an interface to external electrical monitoring or control devices (as described in other such as the above-mentioned temperature measuring module 335 or the voltage and temperature submodule 340 ). The ICB 650 is in the form of a modular arrangement, which in turn is installed to fit into the corresponding edge of the stack 30 from 6 intervene. Unlike the embodiments that are in 3A to 5B are shown (where the integration via a separate module or housing 202 takes place in the ICB-like framework 240 snapped or otherwise connected to it) takes place the integration of at least the busbar 651 (As well as a possible integration of sections of the voltage detection circuit 605 , in conjunction with 8th is discussed) by a form of unitary construction (such as by overmolding the ICB 650 ). Such a construction reduces the number of parts and also makes the voltage detection circuit 605 more resistant to subsequent component fabrication and assembly, and also provides improved resistance to vibration induced stress. This advantage is particularly remarkable over the prior art flexible circuit approach in that fewer joints are needed. Similarly, the use of a coupling is in the form of the joint header 660 which functions like a junction box for an electrical monitoring circuit in accordance with one aspect of the present invention is more robust than the snap-in approach used in the flexible circuit design.

Speziell mit Bezug auf 8 besteht die Spannungserfassungsschaltung 605 mindestens aus der Schaltungsschutzsicherung 630 und einer elektrisch leitenden Leitung in der Form eines allgemein zylindrisch geformten axialen Drahts 635, der an die Anschlusskontaktleiterbahn 607 angepasst werden kann, welche als Kontaktpunkt für die Sicherung 630 mit einem Anschlusskontakt dient, der in dem Kopfstück 660 enthalten ist, welche alle in die ICB 650 passen. Indem zumindest einige dieser elektrisch leitenden Stücke in ein singuläres Ganzes innerhalb der ICB 650 integriert werden, kann eine größere Robustheit aller montierten Komponenten realisiert werden. Dies ist speziell wertvoll als Beitrag dafür, dass die Sicherung 630 und ihre Drähte 635 eine viel gröbere Montage und eine anschließende Handhabung und Behandlung in Verwendung aushalten, als wenn die Sicherung 630 und ähnliche Komponenten einzeln montiert würden. In einer bevorzugten Form werden die Drähte 635 von der Sicherung 630 mit den Leiterbahnen oder der Anschlusskontaktleiterbahn 607 verschweißt oder auf andere Weise permanent zusammengefügt. Eine Öffnung oder eine ähnliche Ausnehmung 655, die in dem Abschnitt der ICB 650 ausgebildet ist, der die Umspritzung bildet, stellt einen leichten Zugang eines Montagewerkzeugs sicher, während eine Tasche 637 einen sicheren Platzierungsort und ein anschließendes Anpassen zwischen der Sicherung 630 und der ICB 650 bereitstellt. In einer bevorzugten Form gibt es eine Schaltung 605 für jede Zelle 305 in einem größeren Batteriestapel 30, so dass die Schaltung 605 das Mittel bereitstellt, um zu messen, wann eine Spannungsschwankung in jeder individuellen Zelle 305 auftritt.Especially with respect to 8th there is the voltage detection circuit 605 at least from the circuit protection fuse 630 and an electrically conductive line in the form of a generally cylindrical shaped axial wire 635 which is connected to the terminal contact track 607 can be adjusted, which as a contact point for the fuse 630 with a terminal contact serving in the header 660 is included, which all in the ICB 650 fit. By putting at least some of these electrically conductive pieces into a singular whole within the ICB 650 integrated, a greater robustness of all mounted components can be realized. This is especially valuable as a contribution to ensuring that the fuse 630 and their wires 635 a much coarser assembly and subsequent handling and treatment in use endure, as if the fuse 630 and similar components would be mounted individually. In a preferred form, the wires become 635 from the fuse 630 with the tracks or the Anschlußkontaktleiterbahn 607 welded or otherwise permanently joined together. An opening or similar recess 655 included in the section of the ICB 650 is formed, which forms the overmold, ensures easy access of an assembly tool while a bag 637 a safe placement location and then adjusting between the backup 630 and the ICB 650 provides. In a preferred form, there is a circuit 605 for each cell 305 in a larger battery pack 30 so the circuit 605 which provides means to measure when a voltage fluctuation in each individual cell 305 occurs.

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist eine Technik zum Zusammenfügen der Sicherungen 630 mit Spannungserfassungsleiterbahnen oder Anschlusskontakten 607 (oder anderen elektrisch leitenden Leitungen), die in der ICB 650 ausgebildet sind, das Zinnfusionsverfahren. In diesem Verfahren (was von einem der gegenwärtigen Erfinder unter der US-Patentanmeldung 14/461,583 mit dem Titel TIN FUSION JOINING FOR ROBUST INTEGRATION OF ELECTRICAL COMPONENTS WITH AXIAL LEADS entwickelt wurde, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört und welche durch Bezugnahme vollständig hier mit aufgenommen ist) kann die Sicherung 630 an der ICB 650 befestigt werden und dann einem spezialisierten Schweißprozess unterzogen werden, als ein Weg zum Verringern von Belastungen und einer zugehörigen Ermüdung oder von Verbindungsstellenausfällen aufgrund von Brüchen.As mentioned above, one technique is to assemble the fuses 630 with voltage detection conductors or connection contacts 607 (or other electrically conductive lines) used in the ICB 650 are formed, the tin fusion process. In this process (developed by one of the present inventors under US Patent Application No. 14 / 461,583 entitled TIN FUSION JOINING FOR ROBUST INTEGRATION OF ELECTRICAL COMPONENTS WITH AXIAL LEADS, which belongs to the assignee of the present invention and which is fully incorporated herein by reference is included) can the fuse 630 at the ICB 650 and then subjected to a specialized welding process, as a way of reducing stresses and associated fatigue or joint failures due to fractures.

Neben dem Zinnfusionsverfahren, das vorstehend erwähnt wurde, können als Alternative andere Prozesse verwendet werden, etwa das herkömmliche Schweißen, Löten oder ähnliche Ansätze zum elektrischen Fügen. Zum Beispiel kann ein Widerstandspunktschweißgerät verwendet werden, um die Zinnbeschichtung auf die zusammenpassenden Drähte 635 oder Anschlusskontaktleiterbahnen 607 zu schmelzen. Außerdem kann durch Bilden von Biegungen (die gegenwärtig bei 90° gezeigt sind, obwohl der Fachmann feststellt, dass auch andere Winkel verwendet werden können) in den Drähten 635 ein Zuwachs der mechanischen Entlastung in Ansprechen auf Probleme der thermischen Expansion und Kontraktion verbessert werden. Zudem werden dadurch, dass die Sicherung 630 frei bleibt (d. h. nicht umspritzt wird), Probleme der thermischen Expansion und Kontraktion weiter vermieden. Auf ähnliche Weise fördern die übertriebenen Größen der Öffnungen 655, die in der Umspritzung der ICB 650 ausgebildet sind, das leichte Einführen der Spitze oder Elektrode des Widerstandsschweißgeräts (keines von diesen ist gezeigt).Besides the tin fusion method mentioned above, as an alternative other processes may be used, such as conventional welding, brazing or similar approaches to electrical joining. For example, a resistance spot welder may be used to apply the tin coating to the mating wires 635 or terminal contact strips 607 to melt. In addition, by forming bends (currently shown at 90 °, although those skilled in the art will recognize that other angles may be used) in the wires, as well 635 an increase in mechanical discharge in response to problems of thermal expansion and contraction can be improved. Moreover, this will mean that the fuse 630 remains free (ie not injected), thermal expansion and contraction problems are further avoided. Similarly, the exaggerated sizes of the openings promote 655 involved in the encapsulation of the ICB 650 are formed, the easy insertion of the tip or electrode of the resistance welder (none of these is shown).

Es wird angemerkt, dass Begriffe wie ”vorzugsweise”, ”für gewöhnlich” und ”typisch” hier nicht verwendet werden, um den Umfang der beanspruchten Erfindung zu begrenzen oder um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder auch nur wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Stattdessen sollen diese Begriffe nur alternative oder zusätzliche Merkmale betonen, die in einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können oder auch nicht. Auf ähnliche Weise wird angemerkt, dass für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung der Begriff ”wesentlich” hier verwendet wird, um den inhärenten Grad an Ungewissheit darzustellen, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, Messwert oder einer anderen Darstellung zugeordnet werden kann. Der Begriff wird hier auch verwendet, um den Grad zu repräsentieren, um welchen eine quantitative Darstellung von einem angegebenen Bezugswert variieren kann, ohne dass dies zu einer Veränderung in der Grundfunktion des fraglichen Gegenstands führt.It is noted that terms such as "preferred," "ordinary," and "typical" are not used herein to limit the scope of the claimed invention or to imply that certain features are critical, essential, or even important to the structure or function of the claimed invention. Instead, these terms are intended to emphasize only alternative or additional features that may or may not be used in a particular embodiment of the present invention. Similarly, for the purposes of describing and defining the present invention, the term "substantial" is used herein to represent the inherent degree of uncertainty that may be associated with any quantitative comparison, value, measurement, or other representation. The term is also used herein to represent the degree to which a quantitative representation of a given reference may vary without causing a change in the basic function of the subject in question.

Für die Zwecke des Beschreibens und Definierens der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, dass die Begriffe ”Batterie”, ”Batteriestapel” oder dergleichen hier verwendet werden, um eine Kombination aus einzelnen Batteriezellen zu repräsentieren, die verwendet wird, um einen elektrischen Strom bereitzustellen, vorzugsweise für Fahrzeugs-, Vortriebs- oder ähnliche Zwecke. Ferner sollen Variationen der Begriffe ”Automobil”, ”Automotive”, ”Fahrzeug” und dergleichen generisch aufgefasst werden, sofern der Kontext es nicht anders vorgibt. Folglich wird eine Bezugnahme auf ein Automobil so verstanden, dass sie Autos, Lastwägen, Busse, Motorräder und andere ähnliche Transportmittel umfasst, sofern es nicht im Kontext spezieller angegeben ist.For the purposes of describing and defining the present invention, it is noted that the terms "battery", "battery pack" or the like are used herein to represent a combination of individual battery cells used to provide an electrical current, preferably for Vehicle, propulsion or similar purposes. Furthermore, variations of the terms "automobile", "automotive", "vehicle" and the like are to be construed generic unless the context dictates otherwise. Thus, a reference to an automobile is understood to include cars, trucks, buses, motorcycles, and other similar means of transportation, unless specified in the context of more specific ones.

Nachdem die Erfindung im Detail und durch Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, ist festzustellen, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Insbesondere wird in Betracht gezogen, dass, obwohl einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder besonders vorteilhaft bezeichnet sind, die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der Erfindung begrenzt ist.Having described the invention in detail and by reference to specific embodiments thereof, it is to be noted that modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention, which is defined in the appended claims. In particular, it is contemplated that while some aspects of the present invention are referred to herein as preferred or particularly advantageous, the present invention is not necessarily limited to these preferred aspects of the invention.

Claims

An arrangement for detecting a voltage generated by a prismatic battery cell within a battery stack consisting of a plurality of said battery cells, the arrangement comprising: a connector board defining thereon a plurality of cell mounting channels; a coupling which is fixed to the connection board; a bus bar defining a plurality of individual signal conducting lines therein, the bus bar being formed in the interconnecting board and cooperating with the coupling to establish a signal connection between the coupling and each of the channels through a respective one of the individual signal carrying lines; and a voltage sensing circuit operatively associated with each of the channels and with a respective portion of the bus bar, each such voltage sensing circuit comprising at least one fuse and at least one electrically conductive line coupled thereto.

The assembly of claim 1, wherein each of the channels is secured to a respective one of the voltage sensing circuits with ultrasonic welding.

The assembly of claim 1, wherein the interconnect board defines a fuse receptacle formed therein for receiving the at least one fuse of the voltage sensing circuit.

Arrangement according to claim 3, wherein the at least one electrically conductive line is formed integrally within the connection board.

Arrangement according to claim 3, wherein the fuse receiving pocket is further configured such that after placing the at least one fuse in the pocket, a corresponding one of the at least one electrically conductive line extending away from the one of the at least one fuse at a location on the Connecting board ends, which is defined by the openings.

Arrangement according to claim 1, wherein the at least one fuse is fixed to the at least one electrically conductive line by means of a tin fusion.

A battery pack configured to provide drive power to a vehicle, the battery pack comprising: a plurality of prismatic battery cells aligned along a stacking axis so as to define an aligned relationship therethrough; a cell monitoring electronics; a cage configured to contain therein the plurality of cells; and an assembly coupled to the cage and / or the plurality of cells and comprising: a connector board defining thereon a plurality of battery cell receiving mounting channels; a coupling connected to the interconnect board and to the cell monitor electronics; a bus bar defining therein a plurality of individual signal carrying leads, wherein the bus bar is formed in the interconnect board and cooperates with the coupler to provide a signal connection between each of the channels Make coupling by a respective one of the individual signal-carrying lines; and a voltage sensing circuit operatively associated with each of the channels and a respective portion of the busbar, each of said voltage sensing circuits comprising at least one fuse and at least one electrically conductive line coupled thereto.

A method of providing electrical connectivity to a battery pack of a motor vehicle drive system, the method comprising: providing a connector board defining thereon a plurality of battery cell receiving mounting channels; a cell monitor electronics coupling is connected to the interconnect board; a bus bar is integrally formed with the interconnect board and the coupler to establish a signal connection therebetween, the bus bar defining a plurality of individual signal carrying lines therein such that each of the channels has a dedicated signal connection to the coupling through a respective one of the individual signal carrying lines; a voltage detection circuit is signal connected to each of the channels and a respective portion of the bus bar, the voltage detection circuit comprising at least one fuse and at least one electrically conductive line coupled thereto; and each of a plurality of prismatic battery cells is placed in a respective one of the channels to provide electrical communication for monitoring therebetween.

The method of claim 8, wherein signal-connecting a voltage detection circuit to each of the channels and to a respective portion of the bus bar by using tin fusion to connect a wire from the at least one fuse to a terminal or trace electrically connected to the power track are coupled.

The method of claim 8, wherein the bus bar eliminates the need for a flexible circuit to connect the at least one fuse to the channels and the coupling.