DE102015203966A1

DE102015203966A1 - Modulare Batterieverbinderanordnung

Info

Publication number: DE102015203966A1
Application number: DE102015203966.8A
Authority: DE
Inventors: David Menzies; Cecil Lamar Brown; Pierre Ocke
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Eine Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung umfasst eine Vielzahl von Sammelschienenmodulen. Jedes der Sammelschienenmodule hat einen Modulrahmen mit einer ersten Seite mit einem ersten Verbinder und einer zweiten Seite mit einem zweiten Verbinder. Jeder Modulrahmen definiert eine Modulachse, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt. Jedes der Sammelschienenmodule umfasst zudem eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist. Die Vielzahl von Sammelschienenmodulen sind miteinander verbunden, um einen Verbinderrahmen auszubilden, der eine Verbinderachse definiert, die sich von einer ersten Anordnungsseite zu einer zweiten Anordnungsseite erstreckt. Die Modulachsen der Vielzahl von Sammelschienenmodulen sind mit der Verbinderachse ausgerichtet. Zudem sind die ersten Verbinder und die zweiten Verbinder derart eingerichtet, dass jeder der Vielzahl von Modulrahmen zu entsprechenden benachbarten Modulrahmen passt und an diesen angebracht ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die Anmeldung beansprucht dien Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung No. 61/948.274, die am 5. März 2014 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme enthalten ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Verbinderanordnung für das Verbinden von elektrischen Batterien. Im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf ein modulares Bauteil, das dazu verwendet wird, eine Verbinderanordnung dieser Art zu erzeugen.
Batterien finden bei einer Vielfalt unterschiedlicher Typen elektrischer Einrichtungen Verwendung. Es ist von Vorteil, standardisierte Batteriezellen zu verwenden, die bekannte Abmessungen haben und bekannte Stromgrößen zur Verfügung stellen. Normalerweise ist eine gewählte Anzahl von Batteriezellen für einen Teil einer elektrischen Einrichtung auf der Basis von Faktoren vorgesehen, die die Leistungsanforderungen der Einrichtung und das Gewicht, die Größe sowie Kosten der Batteriezellen beinhalten. Die Leistungsanforderungen der Einrichtung können auf der Basis von Größe und Funktion der Einrichtung wie auch in Abhängigkeit davon variieren, ob die Batterien als primäre Stromquelle oder als sekundäre Stromquelle oder Ersatzstromquelle vorgesehen sind.
Ein Beispiel einer elektrischen Einrichtung, die Batterien verwendet, ist ein Elektrofahrzeug. Ein elektrisches Hybridfahrzeug oder ein rein elektrisches Fahrzeug verwendet Batterien, um Strom zu speichern, um einen oder mehrere Antriebsmotoren wie auch andere elektrische Systeme an dem Fahrzeug anzutreiben. Die Batterien in einem elektrischen Fahrzeug sind normalerweise als Stapel von Batteriezellen installiert. Die Anzahl von Stapeln und die Anzahl von Zellen in jedem Stapel kann zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen auf der Basis von Faktoren, wie etwa den Leistungsanforderungen des Fahrzeugs, der Reichweite und den Kosten den Fahrzeuges variieren. Normalerweise sind die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung bereitzustellen. Dies erfolgt normalerweise durch Verbindungsdrähte oder Sammelschienen zwischen positiven und negativen Anschlüssen der Zellen. Die Sammelschienen können an einem Träger vorgesehen sein, der es jeder der Sammelschienen gestattet, korrekt in Bezug auf die Zellenanschlüsse vor dem Verbinden der Sammelschienen mit den Zellen positioniert zu werden. Es muss ein anderer Träger für einen anderen Stapel vorgesehen sein, der eine andere Anzahl von Zellen hat. Es wäre vorteilhaft, über eine verbesserte Anordnung zu verfügen, um die Zellen elektrisch zu verbinden.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung. Die Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung umfasst eine Vielzahl von Sammelschienenmodulen. Jedes der Sammelschienenmodule hat einen Modulrahmen mit einer ersten Seite mit einem ersten Verbinder und einer zweiten Seite mit einem zweiten Verbinder. Jeder Modulrahmen definiert eine Modulachse, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt. Jedes der Sammelschienenmodule umfasst zudem eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist. Die Vielzahl von Sammelschienenmodulen sind miteinander verbunden, um einen Verbinderrahmen auszubilden, der eine Verbinderachse definiert, die sich von einer ersten Anordnungsseite zu einer zweiten Anordnungsseite erstreckt. Die Modulachsen der Vielzahl von Sammelschienenmodulen sind mit der Verbinderachse ausgerichtet. Zudem sind die ersten Verbinder und die zweiten Verbinder derart eingerichtet, dass jeder der Vielzahl von Modulrahmen zu entsprechenden benachbarten Modulrahmen passt und an diesen angebracht ist.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Sammelschienenmodul. Das Sammelschienenmodul umfasst einen Modulrahmen, der eine erste Seite mit einem ersten Verbinder und eine zweite Seite mit einem zweiten Verbinder hat. Der Modulrahmen definiert eine Modulachse, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt. Das Sammelschienenmodul umfasst zudem eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht und zwischen der ersten Seite sowie der zweiten Seite angeordnet ist.
Weiterhin bezieht sich diese Erfindung auf eine Batterieanordnung. Die Batterieanordnung umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei jede der Batteriezellen einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss umfasst. Die Batterieanordnung umfasst zudem eine Vielzahl von Sammelschienenmodulen, die angebracht sind, um eine Verbinderanordnung auszubilden. Jedes Sammelschienenmodul umfasst einen Modulrahmen mit einer ersten Seite mit einem ersten Verbinder und einer zweiten Seite mit einem zweiten Verbinder. Jeder Modulrahmen definiert eine Modulachse, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt. Jedes Sammelschienenmodul umfasst zudem eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist. Die ersten Verbinder und die zweiten Verbinder sind derart eingerichtet, dass jeder der Vielzahl von Modulrahmen zu entsprechenden benachbarten Modulrahmen passt und an diesen angebracht ist. Jede der Vielzahl von Sammelschienen ist an dem positiven Anschluss einer der Vielzahl von Batteriezellen und dem negativen Anschluss einer weiteren der Batteriezellen angebracht.
Verschiedene Aspekte dieser Erfindung werden dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich, wenn diese unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeuges, das eine Batterieanordnung umfasst.
2 ist eine Perspektivansicht der Batterieanordnung aus dem Fahrzeug, das in 1 gezeigt ist.
3 ist eine explosionsartige Perspektivansicht eines Sammelschienenmoduls.
4 ist eine Querschnittsansicht des Sammelschienenmoduls entlang der Linie 4-4 aus 3.
5 ist eine Perspektivansicht eines Abschnittes des Sammelschienenmoduls, das in 3 gezeigt ist, aus einem anderen Winkel, mit einem zweiten Sammelschienenmodul.
6 ist eine Perspektivansicht ähnlich jener, die in 5 gezeigt ist, und zeigt das Sammelschienenmodul in Eingriff mit dem zweiten Sammelschienenmodul.
7 ist eine Perspektivansicht eines Anschluss-Sammelschienenmoduls.
8 ist eine Perspektivansicht eines Zellenstapels und einer Verbinderanordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeuges gezeigt, das allgemein mit 10 gekennzeichnet ist. Das dargestellte Elektrofahrzeug 10 ist ein hybrides Elektrofahrzeug, kann jedoch jeder gewünschte Typ von Fahrzeug sein. Das gezeigte Elektrofahrzeug 10 umfasst eine Batterieanordnung, die allgemein mit 12 gekennzeichnet ist, die Strom für einen Antriebsmotor 14 bereitstellt und Strom speichert, der durch Bremsen 16 zurückgewonnen wird. Die dargestellte Batterieanordnung 12 wird im folgenden detaillierter Beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Batterieanordnung in beliebig gewünschter Weise eingesetzt werden kann.
Wendet man sich nun 2 zu, so ist dort eine Perspektivansicht der Batterieanordnung 12 dargestellt. Die dargestellte Batterieanordnung 12 umfasst einen Zellenstapel, der mit 18 gekennzeichnet ist. Die Batterieanordnung 12 kann mehr als einen Zellenstapel umfassen, sofern dies gewünscht ist. Der Zellenstapel 18 besteht aus einer Vielzahl von Zellen 20, die miteinander verbunden sind, um den Zellenstapel 18 zu bilden. Jede der dargestellten Batteriezellen 20 ist eine herkömmliche Kassettenanordnung, die einen Kühlkörper, einen Verteiler und eine Lithium-Ionenzelle (nicht gezeigt) umfasst. Die Batteriezellen 20 können jedoch von einem beliebigen gewünschten Typ von Zellen sein. Der dargestellte Zellenstapel 18 umfasst neunzehn Batteriezellen 20, wobei der Zellenstapel 18 jedoch jede beliebige Anzahl von Batteriezellen 20 haben kann. Die Batterieanordnung 12 umfasst zudem eine erste Verbinderanordnung, die mit 22 gekennzeichnet ist, und eine zweite Verbinderanordnung, die mit 22' gekennzeichnet ist, die mit dem Zellenstapel 18 verbunden sind. Die erste und die zweite Verbinderanordnung 22 und 22' dienen dazu, die Batteriezellen 20 des Zellenstapels 18 in Reihe zu schalten. Die erste Verbinderanordnung 22 wird im folgenden detaillierter beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 ist dort eine Perspektivansicht eines erste Sammelschienenmoduls gezeigt, das allgemein mit 28 gekennzeichnet ist. Das erste Sammelschienenmodul 28 umfasst eine Sammelschiene 30. Die dargestellte Sammelschiene 30 ist im wesentlichen T-förmig, kann jedoch jede beliebige Form haben. Die dargestellte Sammelschiene 30 besteht aus Aluminium, kann jedoch aus jedem beliebeigen Material oder jeden beliebigen Materialien bestehen. Die Sammelschiene 30 umfasst einen im wesentlichen flachen Anschluss-Anbringungsabschnitt 32 und einen Sensorabschnitt 34, der sich von dem Anschluss-Anbringungsabschnitt 32 in einer Sensorrichtung 36 erstreckt. Der dargestellte Sensorabschnitt 34 ist eine koplanare Erweiterung des Anschluss-Anbringungsabschnittes 32, kann jedoch jede beliebige Konfiguration oder Ausrichtung haben. Der dargestellte Sensorabschnitt 34 ist schmäler als der dargestellte Anschluss-Anbringungsabschnitt 32, der die T-Form der Sammelschiene 30 bereitstellt. Eine Vielzahl von Sensoren 38 sind an dem Sensorabschnitt 34 der Sammelschiene 30 angebracht. Die dargestellten Sensoren 30 umfassen Spannungs- und Temperatursensoren, können jedoch beliebige Sensoren oder Signalschaltkreise umfassen. Die dargestellten Sensoren 38 sind an der Sammelschiene durch Schweißen befestigt, können jedoch mit Hilfe einer beliebigen Konstruktion, einer beliebigen Befestigungseinrichtung oder einem beliebigen Verfahren angebracht sein.
Das erste Sammelschienenmodul 28 umfasst einen ersten Modulrahmen 40. Der dargestellte erste Modulrahmen 40 ist ein einziges Stück aus Kunststoff, kann jedoch aus einem beliebigen gewünschten Material gefertigt sein. Der dargestellte erste Modulrahmen 40 hat eine im wesentlichen rechteckige Form, kann jedoch jede beliebige gewünschte Form haben. Der erste Modulrahmen 40 begrenzt einen Sammelschienenraum, der mit 42 gekennzeichnet ist, wobei sich die Sammelschiene 30 in dem Sammelschienenraum 42 befindet. Der dargestellte Sammelschienenraum 42 ist im wesentlichen T-förmig, um die Sammelschiene 30 aufzunehmen, wobei der Sammelschienenraum 42 jede beliebige gewünschte Form haben kann. Der dargestellte erste Modulrahmen 40 umfasst zwei Durchgangsöffnungen 44. Die dargestellten Durchgangsöffnungen 44 sind zwischen den Seiten des ersten Modulrahmens 40 und dem Sensorabschnitt 34 der Sammelschiene 30 vorgesehen und behalten die im wesentlichen rechteckige Form des ersten Modulrahmens 40 um die im wesentlichen T-förmige Gestalt des Sammelschienenraumes 42 bei. Es wird darauf hingewiesen, dass die Durchgangsöffnungen 44 eine andere Form als die dargestellte haben können, oder aus dem ersten Modulrahmen 40 in Abhängigkeit der Formen des ersten Modulrahmens 40 und des Sammelschienenraumes 42 fortfallen können.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 aus 3 dargestellt. Der dargestellte erste Modulrahmen 40 ist auf die Sammelschiene 30 umspritzt, wobei sich die Sammelschiene 30 innerhalb des Sammelschienenraumes 42 befindet, der auf einer ersten Rahmenfläche 46 und einer zweiten Rahmenfläche 48 ausgenommen ist. Das Umspritzen des ersten Modulrahmens 40 auf die Sammelschiene 30 fixiert die Sammelschiene 30 relativ zu dem ersten Modulrahmen 40. Die Sammelschiene 30 kann jedoch an dem ersten Modulrahmen 40 mit Hilfe einer beliebigen gewünschten Konstruktion, einer beliebigen gewünschten Befestigungseinrichtung oder einem beliebigen gewünschten Verfahren angebracht sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 definiert das erste Sammelschienenmodul 28 eine Modulachse 50. Der erste Modulrahmen 40 umfasst eine erste Seite 52 und eine zweite Seite 54, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sammelschiene 30 entlang der Modulachse 50 befinden. Die dargestellte erste Seite 52 und zweite Seite 54 sind beide in demselben Winkel relativ zu der Modulachse 50 ausgerichtet und sind im wesentlichen senkrecht zu der Modulachse 50. Die erste Seite 52 und die zweite Seite 54 können jedoch jeden gewünschten Winkel in Bezug auf die Modulachse 50 haben. Die dargestellte Modulachse 50 ist senkrecht zu der Sensorrichtung, kann jedoch jede beliebige Richtung haben.
Die erste Seite 52 umfasst einen ersten Verbinder, der allgemein mit 56 gekennzeichnet ist, und die zweite Seite umfasst einen zweiten Verbinder, der allgemein mit 58 gekennzeichnet ist. Der erste Verbinder 56 und der zweite Verbinder 58 sind derart eingerichtet, dass das erste Sammelschienenmodul 28 zu einem zweiten, ähnlichen Modul passen und an diesem befestigt werden kann, wie es im folgenden beschrieben wird. Der dargestellte erste Verbinder 56 umfasst eine Vielzahl von T-förmigen Erweiterungen 60 und eine Vielzahl von Armarretierflächen 62. Der dargestellte zweite Verbinder 58 umfasst eine Vielzahl von T-förmigen Kanälen 64 und eine Vielzahl federnder Arretierarme 68. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der erste Verbinder 56 und der zweite Verbinder 58 beliebige Verbinder sein können und eine beliebige Konfiguration haben können. Der dargestellte erste Verbinder 56 und der zweite Verbinder 58 sind integral gegossene Teile des ersten Modulrahmens 40, können jedoch durch jedes beliebige Verfahren hergestellt werden und getrennte Bauteile sein, sofern dies gewünscht ist.
Das erste Sammelschienenmodul 28 definiert zudem einen Kanal, der mit 70 gekennzeichnet ist und sich von der ersten Seite 52 zu der zweiten Seite 54 erstreckt. Der Kanal 70 ist auf der ersten Rahmenfläche 46 geöffnet. Der Kanal 70 ist benachbart zu dem Sammelschienenraum 42 in der Sensorrichtung 36 von dem Sammelschienenraum 42 angeordnet. Der Sensorabschnitt 34 der Sammelschiene 30 ist benachbart zu dem Kanal 70 angeordnet. Der Kanal 70 ist vorgesehen, um Drähte (aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt) aufzunehmen, die mit den Sensoren 38 verbunden sind, wie es im folgenden beschrieben wird. Der dargestellte Kanal 70 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu der Modulachse 50. Es wird darauf hingewiesen, dass sich der Kanal 70 von dem dargestellten Kanal unterscheiden kann, sofern dies gewünscht ist.
Das erste Sammelschienenmodul 28 umfasst zudem eine Abdeckung, die mit 72 gekennzeichnet ist. Die Abdeckung 72 ist dazu eingerichtet, mit dem ersten Modulrahmen 40 verbunden zu sein, um die Sammelschiene 30, die Sensoren 38 und den Kanal 70 zu schützen. Die dargestellte Abdeckung 72 besteht aus Kunststoff, kann jedoch aus jedem beliebigen Material gefertigt sein. Wie es am besten in 3 zu erkennen ist, umfasst die Abdeckung 72 einen Abdeckungskörper 74 und zwei federnde Arme 76, die sich von diesem erstrecken. Die dargestellten federnden Arme 76 sind als Teil des Abdeckungskörpers 74 gegossen, können jedoch, sofern gewünscht, durch ein beliebiges Verfahren hergestellt werden und separate Teile sein. Die federnden Arme 76 sind dazu eingerichtet, an Ankerabschnitten 78 des ersten Modulrahmens 40 einzurasten und mit diesen in Eingriff zu gelangen, um die Abdeckung 72 auf dem ersten Modulrahmen 40 zu halten. Alternativ kann die Abdeckung 72 an dem ersten Modulrahmen 40 mit Hilfe eines beliebigen Verbinders gehalten werden.
Unter Bezugnahme auf 5 sind das erste Sammelschienenmodul 28 und das zweite Sammelschienenmodul 28a in einer Perspektivansicht aus einem anderen Winkel dargestellt, so dass die erste Seite 52 des ersten Moduls 40 sichtbar ist. Die Sensoren 38 sind in 5 aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt. Das zweite Sammelschienenmodul 28a ist im wesentlichen dasselbe wie das erste Sammelschienenmodul 29 und wird nicht eigens beschrieben. Merkmale des zweiten Sammelschienenmoduls 28a, die den Merkmalen des ersten Sammelschienenmoduls 28 ähnlich sind, sind mit demselben Bezugszeichen mit einem Suffix ”a” gekennzeichnet.
5 zeigt den zweiten Modulrahmen 40a, der derart positioniert ist, dass er an dem Modulrahmen 40 angebracht ist. Die Modulachse 50 des Modulrahmens 40 verläuft parallel zu der Modulachse 50a des zweiten Modulrahmens 40a. Wie es zuvor beschrieben wurde, umfasst der erste Verbinder 56a an dem zweiten Modulrahmen 40a eine Vielzahl von T-förmigen Erweiterungen 60a. Die T-förmigen Erweiterungen 60a sind in die T-förmigen Kanäle 64 des Modulrahmens 40 eingefügt. Die federnden Arretierarme 68 an dem Modulrahmen 40 werden durch den zweiten Modulrahmen 40a weggebogen und federn zurück, um mit den Arretierarmoberflächen 62a des zweiten Modulrahmens 40a in Eingriff zu gelangen. Die erste Seite 52a des zweiten Modulrahmens 40a wird mit der zweiten Seite 54 des Modulrahmens 40 in Eingriff gebracht, und der zweite Modulrahmen 40a wird anschließend an dem Modulrahmen 40 angebracht, wie es in 6 gezeigt ist. Wie zuvor beschrieben, sind der dargestellte erste Verbinder 56a und der zweite Verbinder derart eingerichtet, dass der Modulrahmen 40 an den zweiten Modulrahmen 40a passt und an diesem angebracht werden kann.
Wie gezeigt, ist der Kanal 70 an dem Modulrahmen 40 mit dem Kanal 70a an dem zweiten Modulrahmen 40a ausgerichtet. Die beiden Kanäle 70 und 70 stellen einen kontinuierlichen Verbinderkanal 70c zwischen der ersten Seite 52 des Modulrahmens 40 und der zweite Seite 54a des zweiten Modulrahmens 40a bereit. Es wird darauf hingewiesen, dass eine beliebige Zahl von zusätzlichen, ähnlichen Modulrahmen entlang der Modulachse 50 angeschlossen werden kann.
Die Sammelschiene 30 und die Sammelschiene 30a haben jeweils entsprechende Sammelschienenlängen, die mit 98 und 98a gekennzeichnet sind. Die Sammelschienenlänge 98 ist die Länge des Anschluss-Anbringungsabschnittes 32 in der Richtung der Modulachse 50. In ähnlicher Weise ist die Sammelschienenlänge 98a die Länge der Sammelschiene 32a in der Richtung der Modulachse 50a. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Sammelschienenlänge 98 dieselbe wie die Sammelschienenlänge 98a. Die Sammelschienenlängen 98 und 98a können jedoch jede beliebige relative Größe haben. Der Anschluss-Anbringungsabschnitt 32 und der Anschluss-Anbringungsabschnitt 32a sind durch einen Sammelschienenzwischenraum getrennt, der mit 100 gekennzeichnet ist. Der Sammelschienenzwischenraum 100 ist die Länge eines Zwischenraumes zwischen dem Anschluss-Anbringungsabschnitt 32 und dem Anschluss-Anbringungsabschnitt 32a in der Richtung der Modulachse 50. Wie es im folgenden beschrieben wird, sind die Größe der Sammelschienenlängen 98 und 98a sowie der Sammelschienenzwischenraum 100 derart gewählt, dass die Anschluss-Anbringungsabschnitte 32 und 32a ordnungsgemäß angeordnet sind, um an den Anschlüssen des Zellenstapels 18 angebracht zu werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass das dargestellte erste Sammelschienenmodul 28 und das zweite Sammelschienenmodul 28a identisch sind. Dies ist jedoch nicht notwendig, und das zweite Sammelschienenmodul 28a kann Merkmale haben, die sich von dem ersten Sammelschienenmodul 28 unterscheiden, sofern dies gewünscht ist. Die Beschreibung der dargestellten Ausführungsform, die unten enthalten ist, bezeichnet sämtliche ähnlichen Sammelschienenmodule aus Gründen der Klarheit als ”erste Sammelschienenmodule 28”.
Wendet man sich nun 7 zu, so ist dort eine Perspektivansicht eines Abschlussmoduls 28b gezeigt. Das Abschlussmodul 28 umfasst zahlreiche Merkmale, die dem ersten Sammelschienenmodul 28 gleichen, wobei ähnliche Merkmale mit demselben Bezugszeichen mit einem Suffix ”b” gekennzeichnet sind. Das Abschlussmodul 28b umfasst eine Abschluss-Sammelschiene 30b, die im wesentlichen T-förmig ist, jedoch eine beliebige andere Form haben kann. Die Abschluss-Sammelschiene 30b umfasst einen Anschlussanbringungsabschnitt 32b. Die Sammelschiene 30b hat eine Sammelschienenlänge 98b die kürzer ist als die Sammelschienenlänge 98 der Sammelschiene 30. Der Grund hierfür ist, wie es später beschrieben wird, dass der Anschluss-Anbringungsabschnitt 32b dazu eingerichtet ist, an lediglich einem Anschluss angebracht zu werden, während der Anschluss-Anbringungsabschnitt 32 dazu eingerichtet ist, an zwei Anschlüssen angebracht zu werden. Die Abschluss-Sammelschiene 30b umfasst zudem eine Verbindungsfahne 82, die sich von dem Anschluss-Anbringungsabschnitt 32b erstreckt. Die Verbindungsfahne 82 stellt einen Anbringungspunkt für einen elektrischen Verbinder (nicht gezeigt) bereit, um an die erste Verbinderanordnung 22 angebracht zu werden. Die dargestellte Verbindungsfahne 82 ist ein integraler Teil der Abschluss-Sammelschiene 30b, die aus einem gestanzten Aluminiumstück besteht. Die Verbindungsfahne 82 kann jedoch ein separates Teil sein, sofern dies erwünscht ist, und aus einem beliebigen Material bestehen. Die dargestellte Verbindungsfahne 82 erstreckt sich von dem Anschluss-Anbringungsabschnitt 32b durch die erste Seite 52b des Abschluss-Modulrahmens 40b in einer Richtung der Modulachse 50b. Die Verbindungsfahne 82 kann sich jedoch in eine beliebige Richtung erstrecken. Der Abschluss-Modulrahmen 40b umfasst einen zweiten Verbinder 58b auf der zweiten Seite 54b. Dies gestattet es dem Abschluss-Modulrahmen 40b an dem Modulrahmen 40 in ähnlicher Weise angebracht zu werden, wie es oben beschrieben ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Abschluss-Modulrahmen 40b anstelle dessen die Verbindungsfahne 82, die sich durch die zweite Seite 54b erstreckt, und einen ersten Verbinder 56b auf der ersten Seite 52b haben kann.
Unter Bezugnahme auf 8 ist dort eine explosionsartige Perspektivansicht der ersten Verbinderanordnung 22 und des Zellenstapels 18 dargestellt. Die dargestellte erste Verbinderanordnung 22 umfasst neun erste Sammelschienenmodule 28 wie auch die Abschlussmodule 28b. Die erste Verbinderanordnung 22 kann jedoch eine beliebige Zahl von ersten Sammelschienenmodulen 28 und Abschlussmodulen 28b umfassen. Die erste Verbinderanordnung 22 umfasst einen Verbinderrahmen 40c, der aus den Modulrahmen 40 und 40b der einzelnen Module 28 und 28b besteht. Die erste Verbinderanordnung 22 definiert eine Verbinderachse 50c, wobei jede der Modulachsen 50 und 50b mit der Verbinderachse 50c ausgerichtet ist. Zusätzlich umfasst der Verbinderkanal 70c der ersten Verbinderanordnung 22 die Kanäle 70 und 70b jedes der Module 20 und 28b. Der Verbinderkanal 70c erstreckt sich von einer ersten Anordnungsseite 52c des Rahmens zu einer zweiten Anordnungsseite 54c des Rahmens.
Jede der Batteriezellen 20 umfasst einen positiven Anschluss 84 und einen negativen Anschluss 86. Der Zellenstapel 18 ist derart angeordnet, dass der positive Anschluss 84 einer Batteriezelle 20 dem negativen Anschluss 86 der nächsten Batteriezelle 20 benachbart ist. Die erste Verbinderanordnung 22 ist derart eingerichtet, dass jede der Sammelschienen 30 sowohl mit dem positiven Anschluss 84 einer Batteriezelle 20 als auch dem negativen Anschluss der benachbarten Batteriezelle 20 in Eingriff steht. Die erste Verbinderanordnung 22 ist weiterhin derart eingerichtet, dass die Abschluss-Sammelschiene 30b mit einem Anschluss der letzten Batteriezelle 20 in dem Zellenstapel 18 in Eingriff steht.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist die Batterieanordnung 12 dargestellt, die den Zellenstapel 18, die erste Verbinderanordnung 22 und die daran angebrachte zweite Verbinderanordnung 22' umfasst. Wie es zuvor unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wurde, ist jede Sammelschiene 30 mit einem positiven Anschluss 84 und einem negativen Anschluss 86 verbunden. Die Abschluss-Sammelschiene 30b ist mit einem positiven Anschluss 84 verbunden. Die dargestellten Sammelschienen 30, 30a und 30b sind mit den jeweiligen Anschlüssen 84 und 86 durch Verschweißen verbunden, können jedoch mit einer beliebigen Befestigungseinrichtung oder einem beliebigen Verfahren angebracht werden. Die dargestellte Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' sind an dem Zellenstapel 18 angebracht, wobei ihre jeweiligen Verbinderachsen 50c und 50c' im wesentlichen parallel zueinander sind. Die Verbinderanordnungen 22 und 22' können jedoch mit dem Zellenstapel 18 in einer beliebigen relativen Ausrichtung verbunden sein.
Die erste Verbinderanordnung 22 ist mit der Verbindungsfahne 82 dargestellt, die sich von einem ersten Ende 88 der Batterieanordnung 12 erstreckt. Die dargestellte zweite Verbinderanordnung 22' ist im wesentlichen dieselbe wie die erste Verbinderanordnung 22 und wird nicht im Detail beschrieben. Wie gezeigt, ist die dargestellte zweite Verbinderanordnung 22' um 180 Grad relativ zu dem Zellenstapel 18 im Vergleich zu der Ausrichtung der ersten Verbinderanordnung 22 gedreht und umfasst eine zweite Verbindungsfahne 82', die sich von einem zweiten Ende 90 gegenüberliegend dem ersten Ende 88 der Batterieanordnung 12 erstreckt. Es wird darauf hingewiesen, dass die erste Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' einen kontinuierlichen elektrischen Leitungsweg von der Verbindungsfahne 82 durch sämtliche Batteriezellen 20 zu der zweiten Verbindungsfahne 82' bereitstellen.
2 zeigt sowohl die erste Verbinderanordnung 22 als auch die zweite Verbinderanordnung 22' mit den jeweils installierten Abdeckungen 92 und 92'. Die dargestellte Anordnung 92 ist ein einzelnes gegossenes Bauteil, das sämtliche Module 28 und 28b bedeckt. Die Abdeckung 72 wurde zuvor für das erste Sammelschienenmodul 28 unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Abdeckung 92 aus einer Vielzahl von einzelnen Abdeckungen bestehen kann, die an jedem Modul 28 und 28b angebracht sind, sofern dies erwünscht ist. Wenngleich weiterhin die vorhergehende Beschreibung die erste Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' als separate Bauteile beschrieben hat, ist dies nicht notwendig und können die Verbinderanordnungen 22 und 22' ein einziges Bauteil sein. In ähnlicher Weise können die Abdeckungen 92 und 92' ein einzelnes Bauteil sein, sofern dies gewünscht ist.
Die Batterieanordnung 12 umfasst einen Kabelbaum 94 und einen Kabelbaum 94, die mit einem Kabelbaumverbinder 96 verbunden sind. Der Kabelbaum 94 umfasst die Drähte, die mit den Sensoren 38 an der Sammelschiene 30 (zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) verbunden sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Sammelschienen 30a und 30b auch angebrachte Sensoren (nicht gezeigt) umfassen können. Der Kabelbaumverbinder 96 ist mit einem Batterieverwaltungssystemmodul (nicht gezeigt) verbunden, das dazu eingerichtet ist, die Batterieanordnung 12 zu überwachen und zu steuern. Der Kabelbaum 94 befindet sich in dem Verbinderkanal 70c der ersten Batterieanordnung 22, während sich der Kabelbaum 94' in dem zweiten Verbinderkanal 70c' der zweiten Verbinderanordnung 22' befindet.
Es wird darauf hingewiesen, dass mit Sammelschienenmodulen 28 und 28b, die an die Abmessungen der Batteriezelle 20 angepasst sind, die Verbinderanordnungen 22 und 24 auf einfache Art und Weise in einer beliebigen gewünschten Länge aufgebaut sein können, indem die geeignete Anzahl von Modulen 28 und 28b verbunden wird. Wenn eine andere Anwendung eine andere Zahl von Batteriezellen 20 in dem Zellenstapel 18 erfordert, können in geeigneter Weise bemessene Verbinderanordnungen 22 und 24 mit Hilfe vorhandener Bauteile erzeugt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Batterieanordnung 12 sind die erste Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' im wesentlichen gleich. Es wird darauf hingewiesen, das dies nicht notwendig ist und sich die erste Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' voneinander unterscheiden können, sofern dies gewünscht ist. Weiterhin umfassen bei der dargestellten Ausführungsform die erste Verbinderanordnung 22 und die zweite Verbinderanordnung 22' jeweils ein Abschlussmodul 28b, wobei dies jedoch nicht notwendig ist. Wenn beispielsweise der Batteriestapel 18 eine gerade Zahl von Batteriezellen 20 umfasst, kann die erste Verbinderanordnung 22 zwei Abschlussmodule 28b umfassen, während die zweite Verbinderanordnung 22' lediglich erste Sammelschienenmodule 28 und keine Abschlussmodule 28b umfasst.
Das Prinzip und die Art der Ausführung dieser Erfindung wurden in ihrer bevorzugten Ausführungsform erläutert und veranschaulicht. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung in anderer Art ausgeführt werden kann, als dies speziell erläutert und veranschaulicht wurde, ohne von ihrem Gedanken oder Geltungsbereich abzuweichen.

Claims

Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung, umfassend: eine Vielzahl von Sammelschienenmodulen, die jeweils einen Modulrahmen mit einer ersten Seite mit einem ersten Verbinder und einer zweiten Seite mit einem zweiten Verbinder umfassen, wobei jeder Modulrahmen eine Modulachse definiert, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, und eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist; wobei die Vielzahl von Sammelschienenmodulen verbunden ist, um einen Verbinderrahmen auszubilden, der eine Verbinderachse definiert, die sich von einer ersten Anordnungsseite zu einer zweiten Anordnungsseite erstreckt, die Modulachsen der Vielzahl von Sammelschienenmodulen mit der Verbinderachse ausgerichtet sind und die ersten Verbinder sowie die zweiten Verbinder derart eingerichtet sind, dass jeder der Vielzahl von Modulrahmen zu jeweiligen benachbarten Modulrahmen passt und an diesen angebracht ist.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 1, bei der jedes Sammelschienenmodul einen Kanal definiert, der sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 2, bei der die Kanäle der Vielzahl von Sammelschienenmodulen einen Verbinderkanal bilden, der sich von der ersten Anordnungsseite zu der zweiten Anordnungsseite erstreckt, wobei der Kanal im wesentlichen parallel zu der Verbinderachse ist.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Vielzahl von Drähten, die sich in dem Verbinderkanal befinden, wobei die Drähte mit Sensoren an wenigstens einer der Vielzahl von Sammelschienen verbunden sind.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 2, bei der jede der Vielzahl von Sammelschienen einen Verbindungsabschnitt und einen Sensorabschnitt umfasst, der sich von dem Verbindungsabschnitt zu dem Kanal erstreckt.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 1, bei der jede der Vielzahl von Sammelschienen auf einer ersten Rahmenfläche des Verbinderrahmens und einer zweiten Rahmenfläche des Verbinderrahmens ausgenommen ist.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 1, bei der jede Sammelschiene eine Sammelschienenlänge entlang der Verbinderachse hat und jede Sammelschiene von einer benachbarten Sammelschiene durch einen Sammelschienenzwischenraum entlang der Verbinderachse getrennt ist und jede der Sammelschienen dieselbe Sammelschienenlänge hat und jeder Sammelschienenzwischenraum dieselbe Länge hat.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 7, weiterhin umfassend eine Abschluss-Sammelschiene, die sich auf der ersten Anordnungsseite des Verbinderrahmens befindet, wobei die Abschluss-Sammelschiene einen Anbringungsabschnitt mit einer Abschluss-Sammelschienenlänge hat, die kürzer ist als die Sammelschienenlänge.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 8, bei der die Abschluss-Sammelschiene eine Verbindungsfahne umfasst, die sich von dem Anbringungsabschnitt erstreckt.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 9, bei der sich die Verbindungsfahne von dem Anbringungsabschnitt in der Richtung der Verbinderachse erstreckt.
Batteriezellenstapel-Verbinderanordnung nach Anspruch 9, bei der sich die Verbindungsfahne aus der ersten Anordnungsseite des Verbinderrahmens erstreckt.
Sammelschienenmodul, umfassend: einen Modulrahmen, der eine erste Seite mit einem ersten Verbinder und eine zweite Seite mit einem zweiten Verbinder umfasst, wobei der Modulrahmen eine Modulachse definiert, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt; und eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist und sich zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite befindet.
Sammelschienenmodul nach Anspruch 12, bei dem der erste Verbinder dazu eingerichtet ist zu einem zweiten Verbinder an dem zweiten Sammelschienenmodul zu passen und mit diesem in Eingriff zu stehen, und der zweite Verbinder dazu eingerichtet ist, zu dem ersten Verbinder an dem zweiten Sammelschienenmodul zu passen und mit diesem in Eingriff zu stehen.
Sammelschienenmodul nach Anspruch 12, bei dem der Modulrahmen einen Sammelschienenraum definiert, der sich von einer ersten Fläche des Modulrahmens zu einer zweiten Fläche des Modulrahmens erstreckt, und sich die Sammelschiene innerhalb des Sammelschienenraumes befindet.
Sammelschienenmodul nach Anspruch 12, bei dem der Modulrahmen einen Kanal definiert, der sich von der ersten Seite des Modulrahmens zu der zweiten Seite des Modulrahmens erstreckt.
Sammelschienenmodul nach Anspruch 15, bei dem die Sammelschiene einen Anbringungsabschnitt und einen Sensorabschnitt umfasst, der sich von dem Anbringungsabschnitt zu dem Kanal erstreckt.
Sammelschienenmodul nach Anspruch 16, bei dem sich der Sensorabschnitt von dem Anbringungsabschnitt in einer Sensorrichtung erstreckt, die senkrecht zu der Modulachse ist.
Batterieanordnung, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss umfasst; und eine Vielzahl von Sammelschienenmodulen, die angebracht sind, um eine Verbinderanordnung zu bilden, wobei jedes Sammelschienenmodul einen Modulrahmen mit einer ersten Seite mit einem ersten Verbinder und einer zweiten Seite mit einem zweiten Verbinder umfasst und jeder Modulrahmen eine Modulachse definiert, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, und eine Sammelschiene, die an dem Modulrahmen angebracht ist, wobei die ersten Verbinder und die zweiten Verbinder derart eingerichtet sind, dass jeder der Vielzahl von Modulrahmen zu jeweiligen benachbarten Modulrahmen passt und an diesen angebracht ist; wobei jede der Vielzahl von Sammelschienen an dem positiven Anschluss einer der Vielzahl von Batteriezellen und dem negativen Anschluss einer weiteren der Batteriezellen angebracht ist.
Batterieanordnung nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine zweite Vielzahl von Sammelschienenmodulen, die angebracht sind, um eine zweite Verbinderanordnung zu bilden; wobei jede der zweiten Vielzahl von Sammelschienen an dem negativen Anschluss einer der Vielzahl von Batteriezellen und dem positiven Anschluss einer weiteren der Batteriezellen derart angebracht ist, dass sämtliche Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.