DE102016103839A1

DE102016103839A1 - Signalverbinder für ein Batteriemodul

Info

Publication number: DE102016103839A1
Application number: DE102016103839.3A
Authority: DE
Inventors: Helge Brenner; Markus Hoh; Ralf Joswig; Martin Wiegmann
Original assignee: Johnson Controls Advanced Power Solutions GmbH; Johnson Controls Technology Co
Current assignee: Clarios Advanced Solutions GmbH
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: US20190089017A1; EP3424101B1; US10651516B2; EP3424101A1; WO2017149135A1; CN109075398B; CN109075398A; DE102016103839B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, welches ein Gehäuse, welches eine erste Öffnung, welche dazu ausgebildet ist, um eine oder mehrere Batteriezellen und eine elektrische Komponente aufzunehmen; einen Gehäusedeckel, welcher dazu ausgebildet ist, um über der ersten Öffnung angeordnet zu werden, um die eine oder mehreren Batteriezellen und die elektrische Komponente in dem Gehäuse einzuschließen; einen Signalverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Komponente verbunden ist, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, um von einer ersten Position in eine zweite Position betätigt zu werden; und einen Entlüftungsanschluss aufweist, welcher derart zu dem Signalverbinder ausgerichtet ist, dass der Signalverbinder für eine Druckvorrichtung zugängig ist, welche durch den Entlüftungsanschluss reicht, um ein Ausrichten des Signalverbinders in die zweite Position und in Richtung einer zweiten Öffnung des Gehäusedeckels zu ermöglichen, wenn der Gehäusedeckel über der ersten Öffnung angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Bereich der Batterien und der Batteriemodule. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Signalverbinder eines Batteriemoduls.
Dieser Abschnitt ist dazu bestimmt, den Leser in die unterschiedlichen Gestaltungsaspekte einzuführen, welche mit den unterschiedlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung zusammenhängen können, welche im Folgenden beschrieben werden. Diese Diskussion wird als hilfreich angesehen, um den Leser mit Hintergrundinformationen auszustatten, um ein besseres Verständnis der unterschiedlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dementsprechend sollen diese Angaben in diesem Licht gelesen werden, und nicht als Anerkennung eines Standes der Technik verstanden werden.
Ein Fahrzeug, welches ein oder mehrere Batteriesysteme zum Bereitstellen der gesamten oder eines Teils der Antriebsenergie des Fahrzeuges verwendet, kann als ein xEV bezeichnet werden, wobei der Begriff „xEV” dabei derart festgelegt ist, dass er die Gesamtheit der folgenden Fahrzeuge, oder jegliche Variationen oder Kombinationen hiervon einschließt, welche elektrische Energie für die gesamte oder einen Teil ihrer Fahrzeugantriebskraft verwenden. So schließen xEVs beispielsweise Elektrofahrzeuge (EVs) ein, welche elektrische Energie für die gesamte Antriebskraft verwenden. Wie vom Fachmann anerkannt, kombinieren Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), welche ebenfalls als xEVs angesehen werden, Antriebssysteme auf Basis eines Verbrennungsmotors und batteriebetriebene Antriebssysteme, wie beispielsweise 48 Volt (V) oder 130 V Systeme.
Der Begriff HEV kann dabei sämtliche Variationen eines Hybridelektrofahrzeugs umfassen. Vollhybridsysteme (FHEVs) können beispielweise Fahrzeugen, welche einen oder mehrere Elektromotoren verwenden; Fahrzeugen, welche lediglich einen Verbrennungsmotor verwenden; oder Fahrzeugen, welche beides verwenden, Antriebsenergie und andere elektrische Energie zur Verfügung stellen bzw. liefern. Im Gegensatz hierzu schalten Mildhybridsysteme (MHEVs) den Verbrennungsmotor aus, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet und verwenden ein Batteriesystem, um weiterhin die Klimaanlage, das Radio oder andere Elektrogeräte anzutreiben sowie um den Motor wieder zu starten, wenn ein Antrieb gewünscht ist. Die Mildhybridsysteme können auch ein gewisses Energieunterstützungsniveau applizieren, beispielsweise während der Beschleunigung, um den Verbrennungsmotor zu unterstützen. Mildhybrids sind typischerweise 96 Volt bis 130 Volt Systeme und gewinnen Bremsenergie durch Startergeneratoren mit integrierten Riemen oder Wellen zurück.
Ferner kann ein Mikrohybrid-Elektrofahrzeug (mHEV) auch ein „Stop-Start” System ähnlich zu dem der Mildhybride verwenden, wobei jedoch die Mikrohybridsysteme eines mHEV entweder die Energie, um einen Verbrennungsmotor zu unterstützen, bereitstellen können, oder diese Energie nicht bereitstellen können, und bei Spannungen unter 60 Volt arbeiten. Im Sinne der vorliegenden Diskussion soll festgehalten werden, dass mHEVs typischerweise technisch gesehen keine elektrische Energie verwenden, welche unmittelbar der Kurbelwelle oder der Umwandlung für jegliche Anteile der Antriebskraft des Fahrzeuges bereitgestellt wird. Dabei kann ein mHEV jedoch weiterhin als xEV angesehen werden, da das mHEV elektrische Energie verwendet, um die Energiebedürfnisse des Fahrzeuges, wenn sich das Fahrzeug mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, zu ergänzen, und das mHEV Bremsenergie durch einen integrierten Startergenerator zurückgewinnt.
Des Weiteren ist ein Plug-In Elektrofahrzeug (PEV) jedes Fahrzeug, welches von einer externen Elektroquelle, wie beispielsweise einer Steckdose, geladen werden kann und bei dem die Energie in den wieder aufladbaren Batteriesätzen die Räder antreibt oder dazu beiträgt, die Räder anzutreiben. PEVs sind eine Unterkategorie der EVs, welche vollelektrische oder batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), Plug-In Hybrid Elektrofahrzeuge (PHEVs), und elektrische Fahrzeugumbauten von Hybridelektrofahrzeugen und konventionellen Verbrennungsmotorfahrzeugen umfassen.
Die oben beschriebene xEVs können eine große Anzahl von Vorteilen im Vergleich zu den traditionelleren benzinbetriebenen Fahrzeugen bieten, welche lediglich Verbrennungsmotoren und traditionelle elektrische Systeme verwenden, wobei traditionelle elektrische Systeme typischerweise 12 Volt Systeme sind, welche durch Bleisäurebatterien angetrieben sind. So können xEVs beispielsweise weniger unerwünschte Emissionsprodukte produzieren und eine bessere Treibstoffeffizienz im Vergleich zu traditionellen Verbrennungsmotorfahrzeugen vorzeigen. In manchen Fällen können derartige xEVs auf die Verwendung von Kraftstoffen vollständig verzichten, wie beispielsweise in den Fällen verschiedener Arten von EVs oder PEVs.
Im Zuge des technologischen Fortschrittes entsteht ein Bedarf, um verbesserte Energiequellen, insbesondere Batteriemodule für solche Fahrzeuge bereitzustellen. So können Batteriemodule beispielsweise elektrische Komponenten aufweisen, welche innerhalb eines Gehäuses des Batteriemoduls angeordnet sind. Derartige elektrische Komponenten können schließlich mit einem Steuermodul eines xEV elektrisch verbunden sein (beispielsweise mit einem Fahrzeugsteuermodul (VCM)). In manchen Fällen können die elektrischen Komponenten mit einem Signalverbinder verbunden sein, welcher dazu ausgebildet sein kann, einen Ausgangsverbinder aufzunehmen (beispielsweise mit ihm verbunden zu werden), welcher mit dem VCM oder anderen Steuermodulen des xEV verbunden ist. Allerdings kann es schwer und/oder zeitaufwendig sein, das Batteriemodulgehäuse abzudichten und sicherzustellen, dass der Signalverbinder für den Ausgangsverbinder zugängig ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine Zusammenfassung einiger hier offenbarter Ausführungsformen angegeben. Es sei angemerkt, dass diese Aspekte lediglich dargestellt sind, um dem Leser eine kurze Zusammenfassung einiger Ausführungsformen bereitzustellen und dass diese Aspekte nicht dazu vorgesehen sind, den Umfang dieser Erfindung einzuschränken. In der Tat kann diese Erfindung eine Vielzahl von Aspekten umfassen, die im Folgenden nicht dargelegt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: ein Gehäuse, welches eine erste Öffnung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Batteriezellen und eine elektrische Komponente aufzunehmen; einen Gehäusedeckel, welcher dazu ausgebildet ist, über der ersten Öffnung angeordnet zu werden, um die eine oder mehreren Batteriezellen und die elektrische Komponente in dem Gehäuse einzuschließen; einen Signalverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Komponente verbunden ist, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, von einer ersten Position in eine zweite Position betätigt zu werden; und einen Entlüftungsanschluss, welcher derart zu dem Signalverbinder ausgerichtet ist, dass der Signalverbinder für eine Druckvorrichtung zugängig ist, welche durch den Entlüftungsanschluss hindurchgeht, um ein Ausrichten des Signalverbinders in die zweite Position und in Richtung einer zweiten Öffnung des Gehäusedeckels zu ermöglichen, wenn der Gehäusedeckel über der ersten Öffnung angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: ein Gehäuse, welches eine Öffnung aufweist, welche eine oder mehrere Batteriezellen und eine elektrische Komponente hält; einen Gehäusedeckel, welcher über der Öffnung angeordnet ist, um die eine oder mehreren Batteriezellen und die elektrische Komponente in dem Gehäuse einzuschließen; einen Singalverbinder, welcher elektrisch mit der elektrischen Komponente verbunden ist; einen Entlüftungsanschluss; und eine Laserschweißnaht, welche den Signalverbinder derart in einer Verbindung an dem Gehäusedeckel festhält, dass der Signalverbinder einen Ausgangsverbinder aufnehmen kann, um eine Kommunikation mit einem Steuermodul zu ermöglichen. Die Verbindung ist mittels eines Vorgangs ausgebildet, das folgende Schritte aufweist: Anordnen des Signalverbinders in einer ersten Position in dem Gehäuse, Anordnen des Gehäusedeckels über der Öffnung des Gehäuses, und Ausrichten des Signalverbinders in eine zweite Position und in Eingriff mit einer Öffnung in dem Gehäusedeckel, wobei eine Oberfläche des Signalverbinders mit einer inneren Oberfläche des Gehäusedeckels in Kontakt kommt, wenn der Signalverbinder in der zweiten Position ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls, welches folgende Schritte aufweist: Anordnen eines Signalverbinders in einem Gehäuse des Batteriemoduls in einer ersten Position, Anordnen eines Gehäusedeckels über einer Öffnung des Gehäuses, Ausrichten des Signalverbinders in eine zweite Position, wobei eine Oberfläche des Signalverbinders mit einer inneren Oberfläche des Gehäusedeckels in Kontakt kommt, wenn der Signalverbinder in der zweiten Position ist, Ausrichten eines Lasers in Richtung einer äußeren Oberfläche des Gehäusedeckels, und Schmelzen von zumindest einem Bereich der Oberfläche des Signalverbinders, der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels, oder von beidem, um derart ein geschmolzenes Material auszubilden, dass das geschmolzene Material wieder erhärtet, um den Signalverbinder mit dem Gehäusedeckel zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Batteriemodul, welches Folgenden aufweist: ein Gehäuse; mindestens eine Batteriezelle, welche in dem Gehäuse angeordnet ist; mindestens eine elektrische Komponente, welche in dem Gehäuse angeordnet ist; einen Gehäusedeckel, welcher mit dem Gehäuse zusammenwirkt, um die mindestens eine Batteriezelle und die mindestens eine elektrische Komponente einzuschließen; einen Signalverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und mit der elektrischen Komponente elektrisch verbunden ist, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, von einer ersten Position in eine zweite Position betätigt zu werden; und einen Entlüftungsanschluss, welcher derart zu dem Signalverbinder ausgerichtet ist, dass ein Druckelement des Signalverbinders für eine Druckvorrichtung zugängig ist, welche durch den Entlüftungsanschluss hindurchgeht, um ein Ausrichten des Signalverbinders von der ersten Position in die zweite Position und in Richtung einer Öffnung des Gehäusedeckels zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.
ZEICHNUNGEN
Verschiedene Aspekte dieser Erfindung können beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden werden, dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, welches ein Batteriesystem aufweist, welches gemäß den vorliegenden Ausführungsformen dazu ausgebildet ist, um gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unterschiedlichen Komponenten des Fahrzeuges Strom zuzuführen;
2 ein Schnittbild einer schematischen Ansicht einer Ausführungsform des Fahrzeuges und des Batteriesystems aus 1 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls, welches einen Signalverbinder aufweist, welcher gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einem Gehäuse und/oder einem Gehäusedeckel des Batteriemoduls verbunden ist;
4 eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls aus 3, welche gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung elektrische Komponenten und Batteriezellen darstellt, welche in dem Gehäuse angeordnet sind;
5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Batteriemoduls aus 3 und 4, und zwar ohne den Gehäusedeckel, um den Signalverbinder gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer ersten Position darzustellen;
6 eine perspektivische Aufrissansicht eines Querschnitts des Signalverbinders aus 5, und zwar gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
7 eine perspektivische Ansicht des Signalverbinders aus 5 und 6 in der ersten Position, und zwar in dem Gehäuse angeordnet und mit dem Gehäusedeckel abgedichtet gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
8 eine perspektivische Ansicht des Signalverbinders aus 5 bis 7 in einer zweiten Position, und zwar in dem Gehäuse angeordnet und mit dem Gehäusedeckel abgedichtet gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
9 ein Ablaufdiagramm eines Vorgangs, welcher dazu verwendet werden kann, um den Signalverbinder aus 5 bis aus 8 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mit dem Gehäusedeckel zu verbinden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen bereitzustellen, werden nicht alle Merkmale bzw. Einrichtungen einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Entwickeln einer solchen tatsächlichen Implementierung, wie in jedem Engineering- oder Designprojekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um entwicklerspezifische Ziele zu erreichen, wie beispielsweise das Einhalten systembezogener und geschäftsbezogener Einschränkungen, welche von einer Implementierung zu einer anderen variieren können. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass solch ein Entwicklungsansatz komplex und zeitaufwendig sein kann und dennoch eine Routineunternehmung im Design, der Fabrikation und der Herstellung für den gewöhnlichen Fachmann darstellt, der aus der vorliegenden Offenbarung Nutzen zieht.
Die hier beschriebenen Batteriesysteme können dazu verwendet werden, unterschiedlichen Arten von elektrischen Fahrzeugen (xEVs) und anderen Anwendungen für Hochspannungsenergiespeicher und Anwendungen für Hochspannungsenergieverbraucher (beispielweise Stromnetzenergiespeichersystemen) Energie bereitzustellen. Derartige Batteriesysteme können ein oder mehrere Batteriemodule aufweisen, wobei jedes Batteriemodul eine Anzahl von Batteriezellen (beispielweise Lithium-Ionen (Li-Ionen) elektrochemische Zellen) aufweist, welche angeordnet sind elektrisch miteinander verbunden sind, um bestimmte Spannungen und/oder Ströme bereitzustellen bzw. zu liefern, welche zweckmäßig sind, um beispielsweise eine oder mehrere Komponenten eines xEVs anzutreiben. Auch können beispielweise Batteriemodule gemäß der vorliegenden Ausführungsformen in stationären Energiesystemen (beispielsweise in nicht automotiven Systemen) aufgenommen sein oder diese mit Energie versorgen.
Batteriemodule können eine oder mehrere Batteriezellen (elektrochemische Batteriezellen) aufweisen, welche in einem Gehäuse angeordnet sein können. Zusätzlich dazu kann das Gehäuse eine oder mehrere elektrische Komponenten aufweisen, welche dazu verwendet werden können, einen Zustand der einen oder der mehreren Batteriezellen zu überwachen. Beispielsweise können Messkomponenten mit Verkabelungen verbunden sein, welche dazu ausgebildet sind, Signale zu übertragen, welche von der Messkomponenten erzeugt werden, und zwar an eine Batteriesteuereinrichtung („BCU”), an ein Batterieverwaltungssystem („BMS”), an eine gedruckte Leiterplatte („PCB”), oder an weitere Datenverarbeitungsvorrichtung für Sonderzwecke (beispielsweise an ein Fahrzeugsteuermodul („VCM”)). Die Verkabelung kann mit einem Signalverbinder verbunden sein, welcher dazu ausgebildet sein kann, einen Ausgangsverbinder (beispielsweise einen VCM-Verbinder, einen BMC-Verbinder, einen BCU-Verbinder) aufzunehmen (beispielsweise sich mit diesem zu verbinden). Allerdings kann der Signalverbinder im Wesentlichen derart unzugängig sein, wenn ein Deckel über einer Öffnung des Batteriemodulgehäuses angeordnet wird (beispielsweise, um das Modul abzudichten), dass ein Schweißen des Signalverbinders an das Gehäuse und/oder ein Verbinden des Signalverbinders mit dem Ausgangsverbinder nicht durchführbar ist.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesen und mit anderen Mängeln von traditionellen Techniken. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen beispielsweise ein Anordnen des Signalverbinders in dem Gehäuse in einer ersten Position und ein anschließendes Ausrichten des Signalverbinders in eine zweite Position, wenn das Gehäuse mit einem Gehäusedeckel abgedichtet wurde. Wenn der Signalverbinder in der zweiten Position ist, kann der Signalverbinder an das Gehäuse und/oder den Gehäusedeckel derart geschweißt werden, dass der Ausgangsverbinder mit dem Signalverbinder verbunden werden kann, um eine sichere elektrische Verbindung aufzubauen. Somit können die elektrischen Komponenten in dem Batteriemodul mit einer Steuervorrichtung außerhalb von dem Batteriemodul kommunizieren (beispielsweise mit der BCU, dem BMC, und/oder dem VCM). Obwohl die vorliegende Erfindung sich auf eine Diskussion über das Laserschweißen des Signalverbinders an das Gehäuse fokussiert, sei angemerkt, dass andere Schweißarten innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Um die Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung in einem System verwendet werden kann, zu verdeutlichen, zeigt 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeuges 10 (beispielsweise eines xEVs), welches ein regeneratives Bremssystem verwenden kann. Auch wenn die folgende Diskussion in Bezug auf Fahrzeuge mit regenerativen Bremssystemen geführt wird, sind die hier beschriebenen Techniken auch bei anderen Fahrzeugen anwendbar, welche elektrische Energie mit einer Batterie aufnehmen oder speichern, was elektrisch betriebene und kraftstoff- bzw. gasbetriebene Fahrzeuge einschließen kann. Darüber hinaus können die Ausführungsformen ferner in stationären Energiesystemen verwendet werden.
Wie oben erwähnt, wäre ein Batteriesystem 12 wünschenswert, welches weitgehend kompatibel zu traditionellen Fahrzeugdesigns ist. Dementsprechend kann das Batteriesystem 12 an einer Stelle in dem Fahrzeug 10 angeordnet sein, welche normalerweise ein traditionelles Batteriesystem aufgenommen hätte. Wie dargestellt, kann das Fahrzeug 10 beispielsweise das Batteriesystem 12 aufweisen, welches ähnlich zu einer Bleisäurebatterie eines typischen Verbrennungsmotorfahrzeuges angeordnet ist (beispielsweise unter der Motorhaube des Fahrzeuges 10).
Eine detailliertere Ansicht des Batteriesystems 12 wird in 2 beschrieben. Wie dargestellt, weist das Batteriesystem 12 eine Energiespeicherkomponente 13 auf, welche mit einem Zündsystem 14, einer Lichtmaschine 15, einer Fahrzeugkonsole 16, und optional mit einem Elektromotor 17 verbunden ist. Grundsätzlich kann die Energiespeicherkomponente 13 elektrische Energie aufnehmen oder speichern, welche in dem Fahrzeug 10 erzeugt wird, und kann elektrische Energie ausgeben, um elektrische Vorrichtung in dem Fahrzeug 10 zu betreiben.
In anderen Worten kann das Batteriesystem 12 Energie an Komponenten von dem elektrischen System des Fahrzeugs liefern, wobei die Komponenten des elektrischen Systems des Fahrzeuges folgende Komponenten umfassen können: Kühlgebläse, Klimasteuerungssysteme, elektrische Servolenkungssysteme, aktive Federungssysteme, automatische Parksysteme, elektrische Ölpumpen, elektrische Super/Turbolader, elektrische Wasserpumpen, beheizbare Windschutzscheiben oder Enteiser, Motoren für Fensterheber, Spiegelbeleuchtungen, Überwachungssysteme für den Reifendruck, Motorsteuerungen für das Schiebedach, elektrisch verstellbare Sitze, Alarmsysteme, Infotainmentsysteme, Navigationseinrichtungen, Spurhalteassistenzsysteme, elektrische Handbremsen, externe Lichter, oder jegliche Kombinationen hiervon. In der dargestellten Ausführungsform liefert die Energiespeicherkomponente 13 beispielhaft Energie an die Fahrzeugkonsole 16 und das Zündsystem 14, welches verwendet werden kann, um einen Verbrennungsmotor 18 zu starten (beispielsweise anzukurbeln).
Zusätzlich dazu kann die Energiespeicherkomponente 13 elektrische Energie aufnehmen, welche von der Lichtmaschine 15 und/oder dem elektrischen Motor 17 erzeugt wird. In einige Ausführungsformen kann die Lichtmaschine 15 elektrische Energie erzeugen, während der Verbrennungsmotor 18 läuft. Insbesondere kann die Lichtmaschine 15 die mechanische Energie, welche durch die Rotation des Verbrennungsmotors 18 produziert wird, in elektrische Energie umwandeln. Zusätzlich hierzu oder alternativ hierzu kann der Elektromotor 17 elektrische Energie erzeugen, wenn das Fahrzeug 10 einen Elektromotor 17 aufweist, und zwar mittels Umwandeln mechanischer Energie, welche aus der Bewegung des Fahrzeugs 10 erzeugt wird (beispielsweise aus der Rotation der Räder), in elektrische Energie. Somit kann die Energiespeicherkomponente 13 in einigen Ausführungsformen elektrische Energie aufnehmen, welche von der Lichtmaschine 15 und/oder dem Elektromotor 17 während dem regenerativen Bremsvorgang erzeugt wird. Die Lichtmaschine 15 und/oder der Elektromotor 17 werden als solche hier grundsätzlich als regeneratives Bremssystem bezeichnet.
Um das Aufnehmen und Liefern bzw. Zuführen von elektrischer Energie zu ermöglichen, kann die Energiespeicherkomponente 13 über eine Sammelleitung 19 elektrisch mit dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden sein. Beispielsweise kann es die Sammelleitung 19 der Energiespeicherkomponente 13 ermöglichen, elektrische Energie aufzunehmen, welche von der Lichtmaschine 15 und/oder von dem Elektromotor 17 erzeugt wird. Zusätzlich hierzu kann es die Sammelleitung 19 der Energiespeicherkomponente 13 ermöglichen, elektrische Energie an das Zündsystem 14 und/oder die Fahrzeugkonsole 16 auszugeben.
Dementsprechend kann die Sammelleitung 19, wenn ein 12 Volt Batteriesystem 12 verwendet wird, typischerweise elektrische Energie bzw. Spannung zwischen 8 bis 18 Volt führen.
Zusätzlich dazu kann die Energiespeicherkomponente 13, wie dargestellt, mehrere Batteriemodule aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weist die Energiespeicherkomponente 13 beispielsweise ein Lithium-Ionen (beispielsweise ein erstes) Batteriemodul 20 gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, und ein Bleisäure (beispielsweise ein zweites) Batteriemodul 22 auf, wobei jedes der Batteriemodule 20, 22 eine oder mehrere Batteriezellen (beispielsweise individuell abgedichtete Batteriezellen) aufweist. In anderen Ausführungsformen kann die Energiespeicherkomponente 13 jede Anzahl von Batteriemodulen aufweisen. Zusätzlich hierzu können, obwohl das Lithium-Ionen Batteriemodul 20 und das Bleisäure Batteriemodul 22 nebeneinander dargestellt sind, diese in unterschiedlichen Bereichen an dem Fahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise kann das Bleisäure Batteriemodul 22 in oder an dem Inneren des Fahrzeuges 10 angeordnet sein, während das Lithium-Ionen Batteriemodul 20 unter der Kühlerhaube des Fahrzeugs 10 angeordnet sein kann.
In manchen Ausführungsformen kann die Energiespeicherkomponente 13 mehrere Batteriemodule aufweisen, um mehrere unterschiedliche chemische Batteriezusammensetzungen zu verwenden. Wenn beispielsweise das Lithium-Ionen Batteriemodul 20 verwendet wird, kann die Leistung des Batteriesystems 12 verbessert werden, da die chemische Zusammensetzung der Lithium-Ionen Batterie grundsätzlich eine höhere Coulomb-Effizienz und/oder eine höhere Annahmerate für Energieladung (beispielsweise höherer maximaler Ladestrom oder Ladespannung) hat als die chemische Zusammensetzung der Bleisäurebatterie. Als solches kann die Aufnahme-, die Speicher- und/oder die Verteilungseffizienz des Batteriesystems 12 verbessert werden.
Um ein Steuern des Aufnehmens und Speicherns von elektrischer Energie zu ermöglichen, kann das Batteriesystem 12 zusätzlich ein Steuermodul 24 aufweisen. Insbesondere kann das Steuermodul 24 den Betrieb von Komponenten in dem Batteriesystem 12 steuern, wie beispielsweise Relais (beispielsweise Schalter) innerhalb der Energiespeicherkomponente 13, der Lichtmaschine 15 und/oder des Elektromotors 17. Das Steuermodul 24 kann beispielsweise eine Menge der elektrischen Energie regulieren, welche von jedem Batteriemodul 20 oder 22 aufgenommen oder geliefert wird (beispielsweise, um das Batteriesystem 12 herabzusetzen und wieder heraufzusetzen), Lastausgleich zwischen den Batteriemodulen 20 und 22 ausführen, einen Ladezustand von jedem der Batteriemodule 20 oder 22 bestimmen, eine Temperatur von jedem der Batteriemodule 20 oder 22 bestimmen, die Spannung steuern, welche durch die Lichtmaschine 15 und/oder den Elektromotor 17 ausgegeben wird, und dergleichen.
Dementsprechend kann das Steuermodul 24 einen oder mehrere Prozessoren 26 und eine oder mehrere Speicher 28 aufweisen. Insbesondere kann der eine oder die mehreren Prozessoren 26 eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), eine oder mehrere im Feld (Vorort) programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnungen (field programmable gate arrays (FPGAs), einen oder mehrere Mehrzweckprozessoren, oder jegliche Kombinationen hiervon aufweisen. Zusätzlich dazu kann der eine oder die mehreren Speicher 28 flüchtige Speicher, wie beispielsweise Direktzugriffspeicher (random access memory (RAM)), und/oder nicht-flüchtige Speicher aufweisen, wie beispielsweise Festwertspeicher (read-only memory (ROM)), optische Laufwerke, Festplattenlaufwerke, oder Halbleiterlaufwerke (solid-state drives (SSD)). In einigen Ausführungsformen kann das Steuermodul 24 Teile einer Fahrzeugsteuereinheit (VCU) und/oder eines separaten Batteriesteuermoduls aufweisen.
Wie oben erwähnt, kann das Batteriemodul 20 elektrische Komponenten aufweisen, welche dazu ausgebildet sind, mit dem Steuermodul 24 oder einer anderen extern von dem Batteriemodul 20 angeordneten Steuervorrichtung (beispielsweise einer VCU) elektrisch verbunden zu werden. Daher kann das Batteriemodul 20, wie in 3 gezeigt, ferner einen Signalverbinder 50 aufweisen, welcher dazu verwendet werden kann, die elektrische Verbindung zwischen elektrischen Komponenten in dem Batteriemodul 20 und beispielsweise dem Steuermodul 24 herzustellen. Wie unter Bezugnahme auf 2 erwähnt, kann das Steuermodul 24 in dem Fahrzeug 10 und außerhalb eines Gehäuses 52 des Batteriemoduls 20 angeordnet sein. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, den Signalverbinder 50 derart anzuordnen, dass der Signalverbinder 50 zugängig ist, wenn ein Gehäusedeckel 54 über dem Gehäuse 52 des Batteriemoduls 20 angeordnet wird.
In 3 ist beispielsweise eine perspektivische Ansicht des Batteriemoduls 20 in seiner zusammengebauten Form dargestellt, wobei das Batteriemodul 20 den Signalverbinder 50 aufweist, welcher mit dem Gehäusedeckel 54 und/oder dem Gehäuse 52 verbunden ist (beispielsweise durch Laserschweißen). Zusätzlich hierzu weist das Batteriemodul 20 einen Entlüftungsanschluss 55 auf, welcher dazu verwendet werden kann, Ausfluss und/oder andere Emissionen von den Batteriezellen innerhalb des Gehäuses 52 in eine Entlüftungseinrichtung des xEV 10 zu emittieren (beispielsweise in einen Entlüftungsschlauch zu emittieren). Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Druckvorrichtung in den Entlüftungsanschluss 55 eingeführt werden, um den Signalverbinder 50 von einer ersten Position in eine zweite Position zu bewegen, wenn der Gehäusedeckel 54 über dem Gehäuse 52 angeordnet wurde. Das heißt, dass zumindest ein Bereich des Signalverbinders 50 durch den Entlüftungsanschluss 55 zugängig ist (beispielsweise, um diesen zu manipulieren). Dementsprechend kann der Signalverbinder 50 derart mit dem Gehäusedeckel 54 in Kontakt kommen, dass die zwei Komponenten miteinander verbunden werden können (beispielsweise durch eine Schweißnaht). Der Bewegungsvorgang des Signalverbinders 50 von der ersten Position in die zweite Position und das Schweißen des Signalverbinders 50 an den Gehäusedeckel 54 wird unter Verwendung der 7 bis 9 weiter unten detaillierter beschrieben.
Wie in der dargestellten Ausführungsform der 3 gezeigt, ermöglicht es eine Öffnung 56 in dem Gehäusedeckel 54, einem Verbindungsbereich 57 des Signalverbinders 50 für einen Ausgangsverbinder 58 zugängig zu sein, welcher mit dem Steuermodul 24 (beispielsweise mit der VCU) verbunden ist. Dementsprechend kann der Signalverbinder 50 den Ausgangsverbinder 58 aufnehmen, oder umgekehrt (der Signalverbinder 50 kann beispielsweise einen aufzunehmenden Verbinder oder einen aufnehmenden Verbinder aufweisen), um eine Kommunikation zwischen elektrischen Komponenten in dem Batteriemodul 20 und dem Steuermodul 24 aufzubauen. Die elektrischen Komponenten in dem Batteriemodul 20 können beispielsweise dazu ausgebildet sein, einen Zustand von einer oder von mehreren Batteriezellen zu überwachen, welche in dem Batteriemodul 20 angeordnet sind, und/oder um eine Ausgabe durchzuführen, welche durch das Steuermodul 24 gefordert wird. In manchen Ausführungsformen kann das Steuermodul 24 dazu ausgebildet sein, Betriebsparameter des Batteriemoduls 20 als Reaktion auf Rückmeldungen anzupassen (beispielsweise über die elektrischen Komponenten), welche von den elektrischen Komponenten bereitgestellt werden.
4 ist beispielsweise eine perspektivische Explosionsdarstellung des Batteriemoduls 20, welche elektrische Komponenten 60 und Batteriezellen 62 zeigt, welche in dem Gehäuse 52 angeordnet sind. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Signalverbinder 50 in dem Gehäuse 52 angeordnet sein bevor eine Öffnung 64 des Gehäuses 52 mit dem Gehäusedeckel 54 abgedeckt wird. Um zu verhindern, dass der Gehäusedeckel 54 daran gehindert wird, in seiner endgültigen Position über der Öffnung 64 des Gehäuses 52 angeordnet zu werden, kann der Signalverbinder 50 in einer ersten Position 66 sein. Die erste Position 66 kann von der Öffnung 56 in dem Gehäusedeckel 54 derart zurückgesetzt sein, dass der Signalverbinder 50 für den Ausgangsverbinder 58 nicht leicht zugänglich ist, wenn der Gehäusedeckel 54 über der Öffnung 64 angeordnet ist. Zusätzlich dazu kann der Signalverbinder 50 vollständig in eine Kammer 68 des Gehäusedeckels 54 passen, wenn der Signalverbinder in der ersten Position 66 ist. Mittels Anordnen des Signalverbinders 50 in dem Gehäuse 52 in der ersten Position 66 kann daher der Gehäusedeckel 54 die Öffnung 64 ohne jegliche Behinderung von dem Signalverbinder 50 abdecken (beispielsweise indem der Signalverbinder mit Ecken 70 des Gehäusedeckels 54 in Kontakt kommt, so dass der Gehäusedeckel 54 daran gehindert wird, das Gehäuses 52 abzudecken). Allerdings kann der Signalverbinder 50 für den Ausgangsverbinder 58 unzugängig sein, wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 ist, und ein Verbinden (beispielsweise Laserschweißen) des Signalverbinders 50 mit dem Gehäusedeckel 54 könnte nicht durchführbar sein. Daher kann der Signalverbinder 50, wie unten beschrieben, derart in eine zweite Position ausgerichtet werden, dass der Signalverbinder 50 an den Gehäusedeckel 54 geschweißt werden kann, und somit sicher mit dem Ausgangsverbinder 58 verbunden werden kann.
Vor dem Anordnen des Gehäusedeckels 54 über der Öffnung 64 des Gehäuses kann der Signalverbinder 50 in dem Gehäuse 52 auf einem Träger 72 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann der Träger 72 dazu ausgebildet sein, um es dem Signalverbinder 50 zu ermöglichen, sich von der ersten Position 66 in die zweite Position zu bewegen. Ein Beispiel dafür ist in 5 dargestellt, welche eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Batteriemoduls 20 ist, und zwar ohne den Gehäusedeckel 54, um den Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 zu zeigen. Wie in der dargestellten Ausführungsform in 5 gezeigt, ist der Signalverbinder 50 auf dem Träger 72 angeordnet, welcher einen Kabelbaum 74 (beispielsweise eine Flexfolie, eine Trägerfolie und/oder eine Verkabelung) aufweisen kann. Der Kabelbaum 74 des Trägers 72 kann dazu ausgebildet sein, eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen 62, den elektrischen Komponenten 60, und/oder dem Signalverbinder 50 herzustellen. Zusätzlich dazu kann der Kabelbaum 74 des Trägers 72 einen Aufnahmebereich 76 ausbilden, welcher dazu ausgebildet ist, den Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 aufzunehmen und zu halten. Der Aufnahmebereich 76 kann beispielsweise eine Leiste 78 aufweisen, welche mit einer ersten Kante 80 des Signalverbinders 50 in Kontakt kommt, um eine Bewegung des Signalverbinders 50 in eine Richtung 82 zu blockieren.
Zusätzlich dazu kann der Aufnahmebereich 76 eine Öffnung 84 (beispielsweise eine Nut) aufweisen, welche dazu ausgebildet sein kann, einen Vorsprung 86 des Signalverbinders 50 aufzunehmen. Der Vorsprung 86 kann beispielsweise in der Öffnung 84 derart angeordnet sein, dass eine Bewegung des Signalverbinders 50 in die Richtung 82 zusätzlich von dem Aufnahmebereich 76 des Kabelbaums 74 geblockt ist. In manchen Ausführungsformen kann die Öffnung 84 (beispielsweise die Nut) jedoch größer sein als der Vorsprung 86, so dass es dem Vorsprung 86 ermöglicht wird, sich innerhalb der Öffnung 84 in eine Richtung 87 quer (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht) zu der Richtung 82 zu bewegen. Dementsprechend können der Vorsprung 86 und die Öffnung 84 ein Betätigen des Signalverbinders 50 von der ersten Position 66 in die zweiten Position ermöglichen, und zwar mittels Führen des Signalverbinders 50 in der Richtung 87 entlang eines Kanals 88, welcher in dem Aufnahmebereich 76 ausgebildet ist.
Zusätzlich dazu kann die Richtung 87 von einer Bodenoberfläche 89 definiert sein, oder im Wesentlichen parallel sein zu der Bodenoberfläche 89 (siehe beispielsweise 3) des Gehäuses 52 (beispielsweise eine planare Länge des Gehäuses 52). Dementsprechend kann der Signalverbinder 50 in die Richtung 87 gleiten, um sich von der ersten Position 66 in die zweite Position zu bewegen. Somit kann die Öffnung 84 Bewegungen des Signalverbinders 50 in die Richtung 82 blockieren, und es jedoch dem Signalverbinder 50 ermöglichen, sich in die Richtung 87 zu bewegen.
Der Träger 72 (und somit der Kabelbaum 74) können innerhalb des Gehäuses 52 des Batteriemoduls 20 mittels einer Vielzahl von Öffnungen 90 befestigt sein, welche dazu ausgebildet sind, Vorsprünge 91 (beispielsweise Auswuchtungen und/oder Projektionen) von unterschiedlichen Komponenten (beispielsweise von Batteriezellen 62, von dem Gehäuse 52) des Batteriemoduls 20 aufzunehmen. Dementsprechend kann der Träger 72 relativ zu dem Gehäuse 52 an einer Stelle befestigt sein, so dass es dem Signalverbinder 50 ermöglicht wird, innerhalb des Gehäuses 52 des Batteriemoduls 20 in der ersten Position 66 befestigt bzw. gesichert zu werden.
Zusätzlich zu dem Befestigen des Signalverbinders 50 in der ersten Position 66 kann der Aufnahmebereich 76 ferner den Signalverbinder 50 derart anordnen, dass der Signalverbinder 50 von den elektrischen Komponenten 60 Signale (beispielsweise Rückmeldungen) empfangen kann und/oder an die elektrischen Komponenten 60 Signale senden kann. Dementsprechend kann der Signalverbinder 50 die Rückmeldung an das Steuermodul 24 übertragen und/oder Ausgaben ausführen, welche von dem Steuermodul 24 vorgegeben werden, sobald der Ausgangsverbinder 58 mit dem Signalverbinder 50 verbunden ist. Wie in der dargestellten Ausführungsform gemäß 5 gezeigt, kann der Kabelbaum 74 des Trägers 72 ferner ein Verbindungselement 92 aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, um die elektrischen Komponenten 60 mit dem Signalverbinder 50 elektrisch zu verbinden. Das Verbindungselement 92 (oder der gesamte Kabelbaum 74) können beispielsweise ein leitfähiges Material aufweisen, welches es ermöglichen kann, dass elektrische Kommunikation zu und von den elektrischen Komponenten 60 und dem Signalverbinder 50, und somit von und zu dem Ausgangsverbinder geleitet werden kann. Zusätzlich dazu, kann der Signalverbinder 50 einen leitfähigen Bereich 94 aufweisen, welcher dazu ausgebildet sein kann, mit dem Verbindungselement 92 in Kontakt zu kommen, wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 und/oder der zweiten Position ist. In anderen Ausführungsformen kann der Kabelbaum 74 ein nicht-leitfähiges Material aufweisen und dazu ausgebildet sein, Kabel oder andere leitfähigen Materialien von dem Signalverbinder 50 in Richtung eines PCB und/oder in Richtung der elektrischen Komponenten 60 zu führen.
6 ist beispielsweise eine perspektivische Ansicht des Signalverbinders 50. Wie in der 6 dargestellten Ausführungsform gezeigt, weist der Signalverbinder 50 den Vorsprung 86 und den leitfähigen Bereich 94 auf. Der leitfähige Bereich 94 des Signalverbinders 50 ist als drei leitfähige Pads 96 aufweisend gezeigt. Wie oben erwähnt, kann der leitfähige Bereich 94 (beispielsweise die leitfähigen Pads 96) mit dem Verbindungselement 92 des Kabelbaums 74 in Kontakt kommen, um eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Komponenten 60 und dem Signalverbinder 50 herzustellen. Während der leitfähige Bereich 94 des Signalverbinders 50 als drei leitfähige Pads 96 aufweisend dargestellt ist, sei angemerkt, dass der leitfähige Bereich 94 eine einzelne, durchgängige Oberfläche sein kann, welche auf dem Signalverbinder 50 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen kann jeder leitfähige Pad mit einem separaten Kabel oder leitfähigem Material verbunden sein, welches dazu ausgebildet ist, Signale zu empfangen, welche unterschiedlichen Funktionen des Batteriemoduls 20 entsprechen.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Signalverbinder 50 ferner einen Verbindungsadapter 98, eine Kontaktoberfläche 100, eine Basisoberfläche 102, und ein Druckelement 104 aufweisen. Wie in der dargestellten Ausführungsform gemäß 6 gezeigt, weist der Signalverbinder 50 den Verbindungsadapter 98 auf, welcher von der Kontaktoberfläche 100 hervorstehen kann. Dementsprechend kann sich der Verbindungsadapter 98, wenn der Signalverbinder 50 von der ersten Position 66 in die zweite Position ausgerichtet wird, derart durch die Öffnung 56 in dem Gehäusedeckel 54 erstrecken, dass der Signalverbinder 50 sich mit dem Ausgangsverbinder 58 verbinden kann. In einigen Ausführungsformen kann der Verbindungsadapter 98 eine Vielzahl von Löchern 106 aufweisen, welche hervorstehende Elemente von dem Ausgangsverbinder 58 aufnehmen können. Beispielsweise kann der Verbindungsadapter 98 fünf Löcher 106 aufweisen, welche fünf (oder weniger) zugehörige hervorstehende Elemente von dem Ausgangsverbinder 58 aufnehmen können. In anderen Ausführungsformen kann der Verbindungsadapter 98 weniger als fünf Löcher (beispielsweise vier, drei, zwei, ein oder kein Loch) oder mehr als fünf Löcher (beispielsweise sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr Löcher) aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der Verbindungsadapter 98 anstelle der Löcher 106 derart hervorstehende Elemente aufweisen, dass der Verbindungsadapter 98 der aufzunehmende Verbinder und der Ausgangsverbinder der aufnehmende Verbinder ist. In jedem Fall kann jedes Loch 106 und jedes zugehörige hervorstehende Element dazu ausgebildet sein, Signale zu senden oder zu empfangen, welche sich auf spezifische Funktionen des Batteriemoduls 20 beziehen. In einigen Ausführungsformen können ein Loch 106 und ein zugehöriges hervorstehendes Element mit einem PCB verbunden sein, welches in dem Batteriemodul 20 enthalten ist, wohingegen ein anderes Loch 106 und ein zugehöriges hervorstehendes Element direkt mit der elektrischen Komponente 60 verbunden sein können.
Die Kontaktoberfläche 100 kann dazu ausgebildet sein, mit einer inneren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 in Kontakt zu kommen, wenn der Signalverbinder 50 in der zweiten Position ist. Beispielsweise kann die Kontaktoberfläche 100 eine Geometrie aufweisen, welche der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 entspricht. In manchen Ausführungsformen kann der Signalverbinder 50 (oder nur die Kontaktoberfläche 100) ein absorbierendes Material aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, um beispielsweise thermische Energie von einem Laser zu absorbieren. Zusätzlich dazu kann der Gehäusedeckel 54 ein transparentes Material aufweisen (beispielsweise transparent hinsichtlich bestimmter Laserwellenlängen). Daher kann ein Laserausgangssignal (beispielsweise die Laserenergie), wenn ein Laser in Richtung des Gehäusedeckels 54 ausgerichtet wird, durch den Gehäusedeckel 54 in Richtung der Kontaktoberfläche 100 durchgehen, welche die Laserenergie absorbieren kann. Dementsprechend kann die Laserenergie, welche von der Kontaktoberfläche 100 absorbiert wird, ein Erhitzen verursachen, welches wiederum zumindest einen Bereich der Kontaktoberfläche 100 schmelzen lässt und ein geschmolzenes Material ausbildet. Wenn das geschmolzene Material wieder erhärtet (beispielsweise, wenn der Laser nicht länger in Richtung des Gehäusedeckels 54 ausgerichtet ist), können die Kontaktoberfläche 100 und die innere Oberfläche des Gehäusedeckels 54 miteinander verbunden sein (beispielsweise eine Dichtung ausbilden). In manchen Ausführungsformen kann die Laserschweißnaht zwischen dem Signalverbinder 50 und dem Gehäusedeckel 54 eine im Wesentlichen luftdichte und/oder wasserdichte Abdichtung bzw. Dichtung ausbilden.
Die Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 kann eine Breite 108 aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, um thermische Energie von einem Erreichen des leitfähigen Bereichs 94 des Signalverbinders 50 abzuhalten, wobei die thermische Energie aus der Absorption des Laserausgangssignals (beispielsweise der Laserenergie) entsteht. Beispielsweise kann die Kontaktoberfläche 100 die Laserenergie von dem Laser absorbieren, welche durch den Gehäusedeckel 54 geht. Allerdings kann die Breite 108 dazu ausgebildet sein, die Laserenergie von einem kompletten Hindurchgehen durch die Kontaktoberfläche 100 und in Richtung des leitfähigen Bereichs 94 abzuhalten. Entsprechend kann die elektrische Verbindung zwischen dem Signalverbinder 50 und den elektrischen Komponenten 60 nicht von dem Laser während des Laserschweißprozesses beeinträchtigt werden.
In manchen Ausführungsformen kann die Basisoberfläche 102 derart von der Kontaktoberfläche 100 zurückgesetzt (beispielsweise versetzt) sein, dass die Basisoberfläche 102 nicht mit der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 in Kontakt kommt. Die Kontaktoberfläche 100 kann einen Rand um den Verbindungsadapter 98 ausbilden und kann an den Gehäusedeckel 54 geschweißt werden. Wie in der dargestellten Ausführungsform gemäß 6 gezeigt, kann die Kontaktoberfläche 100 einen kleineren Oberflächenbereich aufweisen als die Basisoberfläche 102. In anderen Ausführungsformen kann die Kontaktoberfläche 100 einen größeren Oberflächenbereich als die Basisoberfläche 102 aufweisen.
Zusätzlich dazu kann das Druckelement 104 des Signalverbinders 50 dazu ausgebildet sein, es dem Signalverbinder 50 zu ermöglichen, von der ersten Position 66 in die zweite Position ausgerichtet zu werden. Zum Beispiel kann eine Druckvorrichtung durch den Entlüftungsanschluss 55 eingeführt werden, um mit dem Druckelement 104 in Kontakt zu kommen. Die Druckvorrichtung kann dann in die Richtung 87 zu der Öffnung 56 in dem Gehäusedeckel 54 gedrängt werden (siehe 5), so dass sie eine Kraft auf das Druckelement 104 in die Richtung 87 aufbringt. Das Druckelement 104 kann dann den Signalverbinder 50 in Richtung der Öffnung 56 in dem Gehäusedeckel 54 ausrichten (beispielsweise betätigen) bis die Kontaktoberfläche 100 mit der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 in Kontakt kommt. Zusätzlich dazu es dem Signalverbinder 50 zu ermöglichen, dass dieser von der ersten Position 66 in die zweite Position bewegt werden kann, kann das Druckelement 104 an einer Leiste und/oder einer anderen Befestigungseinrichtung des Aufnahmebereichs 76 anliegen, um Bewegungen des Signalverbinders 50 in die Richtung 82 zu blockieren.
Wie oben erwähnt kann der Gehäusedeckel 54 über der Öffnung 64 des Gehäuses 52 ohne Hinderung angeordnet werden, wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 ist. Allerdings kann der Signalverbinder 50 für den Ausgangsverbinder 58 in der ersten Position 66 nicht zugängig sein, wenn der Gehäusedeckel 54 über der Öffnung 64 angeordnet ist. 7 ist beispielsweise eine perspektivische Ansicht des Signalverbinders 50 in der ersten Position 66, und zwar in dem Gehäuse 52 angeordnet, wenn der Gehäusedeckel 54 die Öffnung 64 abdeckt. Der Gehäusedeckel 54 ist transparent dargestellt, um die Position des Signalverbinders 50 besser darzustellen. In der dargestellten Ausführungsform gemäß 7 ist der Signalverbinder 50 innerhalb des Gehäusedeckels 54 in der ersten Position 66 eingeschlossen und ist nicht leicht zugängig für den Ausgangsverbinder 58 (beispielsweise ist der Signalverbinder 50 innerhalb des Gehäuses 52 und des Gehäusedeckels 54 zurückgesetzt). Zusätzlich dazu kommt die Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 mit einer inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 nicht in Kontakt und somit kann ein Verbinden (beispielsweise Laserschweißen) des Signalverbinders 50 an den Gehäusedeckel 54 nicht möglich sein, wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 ist.
Um die Schweißnaht zwischen dem Gehäusedeckel 54 und dem Signalverbinder 50 auszubilden, kann der Signalverbinder 50, wie in 8 gezeigt, in eine zweite Position 130 bewegt werden. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Signalverbinder 50 in die zweite Position 130 gedrängt werden, und zwar mittels Einführen einer Druckvorrichtung 132 in den Entlüftungsanschluss 55 und mittels Antreiben des Signalverbinders 50 von der erste Position 66 (beispielsweise in 7) in die zweiten Position 130 mittels einer Kraft, welche auf das Druckelement 104 in die Richtung 87 angelegt wird. Wie in der dargestellten Ausführungsform gemäß 8 gezeigt, kann der Entlüftungsanschluss 55 eine zentrale Achse 134 aufweisen, welche im Wesentlichen zu dem Druckelement 104 des Signalverbinders 50 ausgerichtet sein kann. Demensprechend kann ein Monteur die Druckvorrichtung 132 in den Entlüftungsanschluss 55 einführen und die Druckvorrichtung 132 (die beispielsweise mit dem Druckelement 104 in Kontakt steht) in die Richtung 87 drängen, und zwar bis die Kontaktoberfläche 100 mit der inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 in Kontakt kommt (beispielsweise kann sich der Signalverbinder 50 nicht weiter in die Richtung 87 bewegen). Wenn der Signalverbinder 50 in der zweiten Position 130 ist, kann eine Schweißnaht ausgebildet werden, um den Signalverbinder 50 mit dem Gehäusedeckel 54 zu verbinden.
9 ist beispielsweise ein Blockdiagramm eines Vorgangs 140, welcher dazu verwendet werden kann, den Signalverbinder 50 an den Gehäusedeckel 54 zu schweißen oder anderweitig fest mit dem Gehäusedeckel 54 zu verbinden. In Block 142 kann der Signalverbinder 50 in dem Gehäuse 52 des Batteriemoduls 20 in der ersten Position 66 angeordnet werden. Wie bereits erwähnt, kann der Gehäusedeckel 54 über der Öffnung 64 des Gehäuses 52 ohne Hinderung angeordnet werden, wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 ist. Dementsprechend kann in Block 144 der Gehäusedeckel 54 über der Öffnung 64 des Gehäuses 52 angeordnet werden (und beispielsweise in Eingriff mit dem Gehäuse 52 angeordnet werden), wenn der Signalverbinder 50 in der ersten Position 66 ist. In manchen Ausführungsformen kann der Gehäusedeckel 54 derart mit dem Gehäuse 52 abgedichtet sein, dass das Batteriemodul 20 im Wesentlichen luftdicht und/oder wasserdicht ist (mit Ausnahme des Entlüftungsanschlusses 55).
In Block 146 kann der Signalverbinder 50 in die zweite Position 130 ausgerichtet werden. Wie bereits erwähnt, kann die zweite Position 130 es ermöglichen, dass die Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 mit der inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 in Kontakt kommt. Der Signalverbinder 50 kann beispielsweise von der Druckvorrichtung 132 in die zweite Position 130 ausgerichtet werden, wobei die Druckvorrichtung 132 in das Batteriemodul 20 durch den Entlüftungsanschluss 55 eingeführt werden kann. Dementsprechend kann ein Monteur eine Kraft in der Richtung 87 auf die Druckvorrichtung 132 auftragen, und somit auf das Druckelement 104, so dass der Signalverbinder 50 in die Richtung 87 vorangetrieben wird. Wenn der Monteur den Signalverbinder 50 nicht weiter drücken kann, kann der Monteur damit aufhören, Kraft aufzubringen, da die Kontaktoberfläche 100 mit der inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 in Kontakt gekommen ist. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnung 84 in dem Kabelbaum 74 derart eine geneigte Schiene aufweisen, dass der Vorsprung 86 des Signalverbinders 50 einrastet (oder einschnappt), wenn der Signalverbinder 50 die zweite Position 130 erreicht. Demensprechend kann der Monteur wissen, dass der Signalverbinder 50 in der zweiten Position 130 ist, wenn der Vorsprung 86 einrastet.
Wenn der Signalverbinder 50 die zweite Position 130 erreicht hat, kann der Signalverbinder 50 mit dem Gehäusedeckel 54, wie in Block 148 gezeigt, verbunden werden (beispielsweise mittels Laserschweißen). In manchen Ausführungsformen kann ein Laser in Richtung einer äußeren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 ausgerichtet werden. Wie bereits erwähnt, kann der Gehäusedeckel 54 ein transparentes Material aufweisen, welches es ermöglichen kann, dass bestimmte Wellenlängen des Lasers durch den Gehäusedeckel 54 in Richtung der Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 hindurchgehen. In manchen Ausführungsformen kann die Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 ein absorbierendes Material aufweisen, welches die thermische Energie absorbiert, die ein Laser ausgibt, so dass sich dadurch eine Temperatur der Kontaktoberfläche 100 erhöht. In anderen Ausführungsformen kann die äußere Oberfläche des Gehäusedeckels 54 ein transparentes Material und die innere Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 ein absorbierendes Material aufweisen, welches die thermische Energie absorbieren kann, die von dem Laser ausgegeben wird. In manchen Ausführungsformen kann sich eine Temperatur der inneren Oberfläche 120 des Gehäuses 52 erhöhen.
Wenn sich die Temperatur der Kontaktoberfläche 100 und/oder der inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 erhöht, kann, wie in Block 150 gezeigt, zumindest ein Bereich der Kontaktoberfläche 100 und/oder der inneren Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 schmelzen. Als Resultat hiervon kann ein geschmolzenes Material ausgebildet werden, wenn der Bereich der Kontaktoberfläche 100 und/oder der inneren Oberfläche 120 schmilzt. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das geschmolzene Material sowohl mit der Kontaktoberfläche 100 als auch mit der inneren Oberfläche 120 derart in Kontakt kommen, dass das geschmolzene Material wieder erhärten kann, wenn der Laser von der äußeren Oberfläche des Gehäusedeckels 54 entfernt wird (beispielsweise wird der Laser nicht länger in Richtung des Batteriemoduls ausgerichtet), und sowohl an der Kontaktoberfläche 100 als auch an der inneren Oberfläche 120 haften kann. Die Kontaktoberfläche 100 des Signalverbinders 50 und die innere Oberfläche 120 des Gehäusedeckels 54 können dann miteinander verbunden sein. Das Verbinden des Signalverbinders 50 mit dem Gehäusedeckel 54 kann es ermöglichen, dass der Signalverbinder 50 für den Ausgangsverbinder derart zugängig ist, dass eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Signalverbinder 50 und dem Ausgangsverbinder 58 ausgebildet werden kann.
Eine oder mehrere der offengelegten Ausführungsformen, und zwar alleine oder in Kombination, können eine oder mehrere technische Wirkungen bereitstellen, welche in der Herstellung von Batteriemodulen und Teilen von Batteriemodulen hilfreich sind. Grundsätzlich weisen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Technik auf, um einen Signalverbinder innerhalb eines Batteriemodulgehäuses anzuordnen und um den Signalverbinder innerhalb des Gehäuses zu sichern. Beispielsweise kann der Signalverbinder in dem Gehäuse angeordnet werden, ein Deckel kann über einer Öffnung des Gehäuses platziert werden, der Signalverbinder kann in Richtung einer Öffnung in dem Gehäuse und/oder dem Deckel ausgerichtet werden (beispielsweise betätigt werden), und der Signalverbinder kann mit einer inneren Oberfläche des Gehäuses und/oder des Deckels verbunden werden (beispielsweise durch Laserschweißen). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können derart einen ausreichenden Zugang zu dem Signalverbinder ermöglichen, dass eine verlässliche Verbindung zwischen elektrischen Komponenten in dem Batteriemodul und einem Steuermodul hergestellt werden kann. Die technischen Wirkungen und die technischen Probleme in der Beschreibung sind exemplarisch und nicht einschränkend. Es sei angemerkt, dass die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen andere technische Wirkungen haben können und andere technische Probleme lösen können.
Die spezifischen Ausführungsformen, welche oben beschrieben wurden, wurden als Beispiel gezeigt, und sollen derart verstanden werden, dass diese Ausführungsformen für unterschiedliche Modifikationen und alternative Gestaltungen anwendbar sind. Darüber hinaus sei angemerkt, dass die Ansprüche derart verstanden werden sollen, dass sie nicht dazu gedacht sind, sich auf die besondere offengelegte Gestaltungen zu beschränken, sondern eher sämtliche Modifikationen, Äquivalente, oder Alternativen abdecken, so dass diese Alternativen in den Geist und Umfang dieser Erfindung fallen.

Claims

Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: – ein Gehäuse, welches eine erste Öffnung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, um eine oder mehrere Batteriezellen und eine elektrische Komponente aufzunehmen; – einen Gehäusedeckel, welcher dazu ausgebildet ist, um über der ersten Öffnung angeordnet zu werden, um die eine oder mehreren Batteriezellen und die elektrische Komponente in dem Gehäuse einzuschließen; – einen Signalverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Komponente verbunden ist, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, um von einer ersten Position in eine zweite Position betätigt zu werden; – einen Entlüftungsanschluss, welcher derart zu dem Signalverbinder ausgerichtet ist, dass ein Druckelement des Signalverbinders für eine Druckvorrichtung zugängig ist, welche durch den Entlüftungsanschluss hindurchgeht, um ein Ausrichten des Signalverbinders in die zweite Position und in Richtung einer zweiten Öffnung des Gehäusedeckels zu ermöglichen, wenn der Gehäusedeckel über der ersten Öffnung angeordnet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, welches eine Laserschweißnaht aufweist, welche den Signalverbinder derart mit dem Gehäusedeckel verbindet, dass der Signalverbinder einen Ausgangsverbinder aufnehmen kann, um eine Kommunikation mit einem Steuermodul zu ermöglichen.
Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei der Signalverbinder ein absorbierendes Material aufweist, welches dazu ausgebildet ist, um ein Laserausgangssignal von einem Laser zu absorbieren, welcher dazu ausgebildet ist, um die Laserschweißnaht auszubilden.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse, der Gehäusedeckel, oder beide ein transparentes Material aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, um das Laserausgangssignal von dem Laser in Richtung des Signalverbinders zu übertragen.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Steuermodul ein Fahrzeugsteuermodul (VCM) ist.
Batteriemodul nach Anspruch 5, wobei das VCM dazu ausgebildet ist, um eine Rückmeldung von der elektrischen Komponente zu empfangen.
Batteriemodul nach Anspruch 6, wobei die Rückmeldung einen Betriebszustand von der einen Batteriezelle oder den mehreren Batteriezellen betrifft.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Signalverbinder eine Kontaktoberfläche aufweist, welche eine Geometrie aufweist, welche einer inneren Oberfläche des Gehäusedeckels entspricht.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Signalverbinder einen Verbindungsadapter aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, um von der zweiten Öffnung hervorzustehen und um einen Ausgangsverbinder aufzunehmen, um eine Kommunikation mit einem Steuermodul zu ermöglichen.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Entlüftungsanschluss eine zentrale Achse aufweist, welche im Wesentlichen zu dem Druckelement des Signalverbinders ausgerichtet ist, wenn der Gehäusedeckel über der ersten Öffnung angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Signalverbinder einen Vorsprung aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, um derart in einer Trägerfolie eines befestigten Bereichs des Batteriemoduls aufgenommen zu werden, dass eine Bewegung des Signalverbinders in eine erste Richtung blockiert ist.
Batteriemodul nach Anspruch 11, wobei die erste Richtung im Wesentlichen quer zu einer zweiten Richtung ist, welche von einer planaren Länge einer Bodenoberfläche des Gehäuses definiert ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schweißnaht, welche den Signalverbinder mit dem Gehäusedeckel verbindet, die zweite Öffnung im Wesentlichen abdichtet.
Batteriemodul nach Anspruch 13, wobei die Schweißnaht eine Laserschweißnaht aufweist.
Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: – ein Gehäuse, welches eine Öffnung aufweist, welche eine oder mehrere Batteriezellen und eine elektrische Komponente hält; – einen Gehäusedeckel, welcher über der Öffnung angeordnet ist, um die eine oder mehreren Batteriezellen und die elektrische Komponente in dem Gehäuse einzuschließen; – einen Signalverbinder, welcher mit der elektrischen Komponente elektrisch verbunden ist; – einen Entlüftungsanschluss; und – eine Laserschweißnaht, welche den Signalverbinder in einer Verbindung zu dem Gehäusedeckel derart festhält, dass der Signalverbinder einen Ausgangsverbinder aufnehmen kann, um eine Kommunikation mit einem Steuermodul zu ermöglichen, wobei die Verbindung mittels eines Vorgangs ausgebildet wird, welcher folgende Schritte aufweist: – Anordnen des Signalverbinders in einer ersten Position in dem Gehäuse; – Anordnen des Gehäusedeckels über der Öffnung des Gehäuses; und – Ausrichten des Signalverbinders in eine zweite Position und in Eingriff mit einer Öffnung in dem Gehäusedeckel, wobei eine Oberfläche des Signalverbinders mit einer innere Oberfläche des Gehäusedeckels in Kontakt kommt, wenn der Signalverbinder in der zweiten Position ist.
Batteriemodul nach Anspruch 15, wobei das Verbinden mittels eines Vorgangs ausgebildet ist, welcher folgende Schritte aufweist: – Ausrichten eines Lasers in Richtung einer äußeren Oberfläche des Gehäusedeckels; und – Schmelzen von zumindest einem Bereich der Oberfläche des Signalverbinders, der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels, oder beidem, um derart ein geschmolzenes Material auszubilden, dass das geschmolzene Material wiedererhärtet, um den Signalverbinder mit dem Gehäusedeckel zu verbinden.
Batteriemodul nach Anspruch 16, wobei das Gehäuse, der Gehäusedeckel, oder beide ein transparentes Material aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, um das Laserausgangssignal von dem Laser in Richtung des Signaladapters zu übertragen.
Batteriemodul nach Anspruch 17, wobei der Signaladapter ein absorbierendes Material aufweist, welches dazu ausgebildet ist, zu schmelzen und das geschmolzene Material auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls, welches folgende Schritte aufweist: – Anordnen eines Signalverbinders in einem Gehäuse des Batteriemoduls in einer ersten Position; – Anordnen eines Gehäusedeckels über einer Öffnung des Gehäuses; – Ausrichten des Signalverbinders in eine zweite Position, wobei eine Oberfläche des Signalverbinders eine innere Oberfläche des Gehäusedeckels kontaktiert, wenn der Signalverbinder in der zweiten Position ist; – Ausrichten eines Lasers in Richtung einer äußeren Oberfläche des Gehäusedeckels; und – Schmelzen von zumindest einem Bereich der Oberfläche des Signalverbinders, der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels, oder beidem, um derart ein geschmolzenes Material auszubilden, dass das geschmolzene Material wiedererhärtet, um den Signalverbinder mit dem Gehäusedeckel zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausrichten des Signalverbinders in die zweite Position folgende Schritte aufweist: Einführen einer Druckvorrichtung in eine Entlüftungsvorrichtung des Gehäusedeckels und Drücken des Signalverbinders mit der Druckvorrichtung in Richtung der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Signalverbinder ein Druckelement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, um an einer Befestigungseinrichtung eines Trägers des Batteriemoduls anzuliegen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Ausrichten des Signalverbinders in die zweite Position folgenden Schritt aufweist: Drücken des Druckelements mit einer Druckvorrichtung in Richtung der inneren Oberfläche des Gehäusedeckels.
Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: – ein Gehäuse; – mindestens eine Batteriezelle, welche in dem Gehäuse angeordnet ist; – mindestens eine elektrische Komponente, welche in dem Gehäuse angeordnet ist; – einen Gehäusedeckel, welcher mit dem Gehäuse abgestimmt ist, um die mindestens eine Batteriezelle und die mindestens eine elektrische Komponente einzuschließen; – einen Signalverbinder, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Komponente verbunden ist, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, um von einer ersten Position in eine zweite Position betätigt zu werden; und – einen Entlüftungsanschluss, welcher zu dem Signalverbinder derart ausgerichtet ist, dass ein Druckelement des Signalverbinders für eine Druckvorrichtung zugängig ist, welche durch den Entlüftungsanschluss hindurchgeht, um ein Ausrichten des Signalverbinders von der ersten Position in die zweite Position und in Richtung einer Öffnung des Gehäusedeckels zu ermöglichen.
Batteriemodul nach Anspruch 23, wobei der Signalverbinder dazu ausgebildet ist, um entlang eines Kanals betätigt zu werden, welcher von Einrichtungen des Batteriemoduls ausgebildet ist und wobei der Signalverbinder einen Vorsprung aufweist, welcher sich in eine Nut eines befestigten Bereichs des Batteriemoduls erstreckt, um die Richtung der Betätigung zu steuern.
Batteriemodul nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Signalverbinder ein absorbierendes Material aufweist, welches dazu ausgebildet ist, um ein Laserausgangssignal von einem Laser zu absorbieren, welcher dazu ausgebildet ist, um eine Laserschweißnaht zwischen dem Signalverbinder und dem Gehäusedeckel auszubilden und wobei Ränder der Öffnung des Gehäusedeckels Material aufweisen, welches transparent für den Laser ist.