DE102016105669A1

DE102016105669A1 - Stromschienenbaugruppe für Batterien elektrisch betriebener Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102016105669A1
Application number: DE102016105669.3A
Authority: DE
Inventors: Rajaram Subramanian; Tom M. Gunther; Francisco Fernandez; Yunan Guo; Stuart Schreiber
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-10-13
Also published as: US9692031B2; US20160301057A1; CN106058127B; CN106058127A

Abstract

Eine Stromschiene gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält, unter anderem, mehrere Batteriezellen und eine Stromschienenbaugruppe, die die mehreren Batteriezellen elektrisch verbindet. Die Stromschienenbaugruppe enthält ein flexibles Kabel, eine mit dem flexiblen Kabel verbundene Spannungserfassungsleitung und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Batteriebaugruppe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die Stromschienenbaugruppen verbinden mehrere Batteriezellen der Batteriebaugruppe. Jede Stromschienenbaugruppe enthält ein flexibles Kabel, eine in das Kabel integrierte Spannungserfassungsleitung und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Notwendigkeit zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen von Fahrzeugen ist allgemein bekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von einem Verbrennungsmotor entweder reduzieren oder komplett beseitigen. Elektrisch betriebene Fahrzeuge sind eine Fahrzeugart, die für diesen Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil sie selektiv von einer oder mehreren batteriebetriebenen Elektromaschinen angetrieben werden. Im Gegensatz dazu sind konventionelle Kraftfahrzeuge ausschließlich auf den Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Elektrisch betriebene Fahrzeugantriebsstränge sind typischerweise mit einer Batteriebaugruppe ausgestattet, die mehrere Batteriezellen aufweist, die elektrische Leistung zum Versorgen der Elektromaschinen und anderer elektrischer Verbraucher des elektrisch betriebenen Fahrzeugs speichern. Die Batteriezellen müssen zuverlässig miteinander verbunden werden, um die zum Versorgen dieser elektrischen Verbraucher erforderlichen Spannungs- und Leistungspegel zu erreichen. Getrennte Stromschienen, einzelne Erfassungsleitungsdrähte, Kunststoffformen, Metallstanzteile, Drahtcrimps, Tüllen und andere Teile werden üblicherweise verwendet, um die Batteriezellen hinreichend zu verbinden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Stromschiene gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält, unter anderem, mehrere Batteriezellen und eine Stromschienenbaugruppe, die die mehreren Batteriezellen elektrisch verbindet. Die Stromschienenbaugruppe enthält ein flexibles Kabel, eine mit dem flexiblen Kabel verbundene Spannungserfassungsleitung und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform der vorher genannten Stromschienenbaugruppe ist die Stromschienenbaugruppe mit einem negativen Anschluss einer ersten Batteriezelle und mit einem positiven Anschluss einer zweiten Batteriezelle verbunden.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen enthält das flexible Kabel eine Öffnung, die dazu ausgelegt ist, die Spannungserfassungsleitung zur Verbindung mit der Stromschiene freizulegen.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen ist die Stromschiene an die Spannungserfassungsleitung geschweißt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen verbindet ein Schaltdraht die Spannungserfassungsleitung mit der Stromschiene.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen ist die Spannungserfassungsleitung in das flexible Kabel integriert.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen ist die Spannungserfassungsleitung zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht des flexiblen Kabels eingeschichtet.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen enthält die Stromschiene einen Körper und einen Vorsprung, der aus dem Körper herausragt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen ist der Körper an Anschlüsse von zwei der mehreren Batteriezellen angeschweißt, und der Vorsprung ist an die Spannungserfassungsleitung geschweißt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorher genannten Stromschienenbaugruppen ist die Stromschiene in das flexible Kabel integriert.
Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet, unter anderem, das Bereitstellen eines flexiblen Kabels, das Integrieren einer Spannungserfassungsleitung in das flexible Kabel und das Verbinden einer Stromschiene mit der Spannungserfassungsleitung, um eine Stromschienenbaugruppe zu montieren.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens beinhaltet das Verfahren das elektrische Verbinden von mehreren Batteriezellen einer Batteriebaugruppe unter Verwendung der Stromschienenbaugruppe.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren findet der Schritt des Verbindens vor dem Schritt des Integrierens statt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren findet der Schritt des Verbindens nach dem Schritt des Integrierens statt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Verbindens das Schweißen eines Schaltdrahts an die Spannungserfassungsleitung und die Stromschiene.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Verbindens das Laserschweißen der Stromschiene an die Spannungserfassungsleitung.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Integrierens das Einlassen der Spannungserfassungsleitung im flexiblen Kabel.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Integrierens das Einschichten der Spannungserfassungsleitung zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht des flexiblen Kabels.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Einbringen eines Materialbands in das flexible Kabel und das Bilden von Einschnitten im Materialband, um die Stromschiene zu bilden.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Einbringens das Einbringen des Materialbands zwischen eine erste dielektrische Schicht und eine zweite dielektrische Schicht des flexiblen Kabels.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen in den vorangehenden Absätzen, den Ansprüchen oder der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, einschließlich jedes ihrer verschiedenen Aspekte oder entsprechender einzelner Merkmale, können unabhängig oder in irgendeiner Kombination aufgenommen werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn, derartige Merkmale sind nicht kompatibel.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden sich für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Zeichnungen, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
2 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
Die 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulichen schematisch ein Verfahren zur Montage einer Stromschienenbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 veranschaulicht eine Stromschiene.
Die 5A, 5B, 5C und 5D veranschaulichen schematisch ein Verfahren zur Montage einer Stromschienenbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
6 veranschaulicht eine Stromschienenbaugruppe.
7 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe, die Zellhöhenvarianten zwischen benachbarten Batteriezellen zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt ausführlich eine Batteriebaugruppe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die Batteriebaugruppe kann eine Stromschienenbaugruppe einsetzen, um mehrere Batteriezellen der Batteriebaugruppe zu verbinden. Die Stromschienenbaugruppe kann ein flexibles Kabel, eine in das flexible Kabel eingebettete Spannungserfassungsleitung und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist, enthalten. Die Stromschienenbaugruppen dieser Offenbarung berücksichtigen Varianten zwischen Zellanschlusshöhen benachbarter Batteriezellen und ermöglichen einen vereinfachten Montageprozess zum Aufbau der Batteriebaugruppe. Dieses und andere Merkmale werden ausführlicher in den folgenden Absätzen dieser ausführlichen Beschreibung erörtert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 12. Obwohl für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, auf Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Power-Split-Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem enthält wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und eine Batteriebaugruppe 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem generieren Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 anzutreiben. Obwohl eine Power-Split-Konfiguration gezeigt wird, erstreckt sich diese Offenbarung auf alle Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, einschließlich Vollhybride, Parallelhybride, serielle Hybride, Mildhybride oder Mikrohybride.
Der Verbrennungsmotor 14, der in einer Ausführungsform ein Motor mit innerer Verbrennung ist, und der Generator 18 können durch ein Verteilergetriebe 30, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Verteilergetriebearten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 enthält.
Der Generator 18 kann vom Verbrennungsmotor 14 über das Verteilergetriebe 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 38 abgibt, die mit dem Verteilergetriebe 30 verbunden ist. Weil der Generator 18 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 von dem Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 des Verteilergetriebes 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die mit Fahrzeugantriebsrädern 28 durch ein zweites Verteilergetriebe 44 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 44 kann einen Zahnradsatz enthalten, der mehrere Zahnräder 46 aufweist. Andere Verteilergetriebe können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 zu einem Differentialgetriebe 48, um schließlich Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 28 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 kann mehrere Zahnräder enthalten, die die Übertragung von Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist das zweite Verteilergetriebe 44 mechanisch mit einer Achse 50 über das Differentialgetriebe 48 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Drehmomentabgabe an eine Welle 52 anzutreiben, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teile eines Bremsenergierückgewinnungssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren eingesetzt werden können, um Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an die Batteriebaugruppe 24 abgeben.
Die Batteriebaugruppe 24 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Batteriebaugruppe 24 kann einen Hochspannungs-Traktionsbatteriesatz enthalten, der mehrere Batteriezellen enthält, die in der Lage sind, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder Energieabgabeeinrichtungen können ebenfalls zum elektrischen Versorgen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 verwendet werden.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 zwei wesentliche Betriebsarten auf. Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann in einer Elektrofahrzeug-(EV-, Electric Vehicle)Betriebsart betrieben werden, in der der Elektromotor 22 zum Fahrzeugantrieb genutzt wird (im Allgemeinen ohne Unterstützung durch den Verbrennungsmotor 14), wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bei gewissen Fahrmustern/-zyklen bis zu ihrer maximal erlaubten Entladerate verringert wird. Die EV-Betriebsart ist ein Beispiel für eine Entladungs-Betriebsart zum Betrieb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12. Unter einigen Umständen kann sich während der EV-Betriebsart der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 erhöhen, zum Beispiel aufgrund eines Bremsenergierückgewinnungzeitraums. In einer Standard-EV-Betriebsart ist der Verbrennungsmotor 14 im Allgemeinen ausgeschaltet, er könnte jedoch, soweit erforderlich, auf Basis eines Fahrzeugsystemzustands oder wie vom Bediener gestattet betrieben werden.
Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einer Hybrid-(HEV-)Betriebsart betrieben werden, in der sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der Elektromotor 22 zum Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die HEV-Betriebsart ist ein Beispiel für eine Ladungserhaltungs-Betriebsart zum Betrieb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12. In der HEV-Betriebsart kann das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 die Verwendung des Elektromotors 22 zum Antrieb reduzieren, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder annähernd konstanten Pegel zu halten, indem der Antrieb des Verbrennungsmotors 14 erhöht wird. Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann im Schutzbereich dieser Offenbarung, zusätzlich zur EV- und HEV-Betriebsart, in anderen Betriebsarten betrieben werden.
2 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe 24, die in ein elektrisch betriebenes Fahrzeug eingebaut werden kann. Zum Beispiel könnte die Batteriebaugruppe 24 in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug 12 aus 1 eingesetzt werden. Die Batteriebaugruppe 24 enthält mehrere Batteriezellen 58, um verschiedenen Komponenten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 elektrische Leistung zuzuführen. Obwohl eine spezielle Anzahl Batteriezellen 58 in 2 veranschaulicht wird, könnte die Batteriebaugruppe 24 im Schutzbereich dieser Offenbarung eine größere oder kleinere Anzahl enthalten. Mit anderen Worten: Diese Offenbarung ist nicht auf die spezielle in 2 gezeigte Konfiguration beschränkt.
Die Batteriezellen 58 können nebeneinander geschichtet sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen aufzubauen, die manchmal als ein Batterie-Array bezeichnet wird. In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 58 prismatische Lithiumionen-Zellen. Allerdings könnten alternativ Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, Pouch, usw.) und/oder Chemien (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) im Schutzbereich dieser Offenbarung genutzt werden.
Jede Batteriezelle 58 enthält einen positiven Anschluss (bezeichnet durch das Symbol (+)) und einen negativen Anschluss (bezeichnet durch das Symbol (–)). Allerdings wird in 2 lediglich ein Anschluss jeder Batteriezelle 58 gezeigt. Die Batteriezellen 58 sind so angeordnet, dass jeder Anschluss der Batteriezellen 58 benachbart zu einem Anschluss einer benachbarten Batteriezelle 58 mit entgegengesetzter Polarität angeordnet ist. Zum Beispiel ist in einer nicht einschränkenden Ausführungsform der negative Anschluss (–) einer ersten Batteriezelle 58-1 benachbart zu einem positiven Anschluss (+) einer zweiten Batteriezelle 58-2 positioniert. Dieses wechselnde Muster setzt sich über den gesamten Bereich der Gruppierung aus Batteriezellen 58 fort.
Die Batteriebaugruppe 24 kann eine oder mehrere Stromschienenbaugruppen 60 enthalten. Die Stromschienenbaugruppe 60 verbindet die Batteriezellen 58 elektrisch zueinander. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform verläuft die Stromschienenbaugruppe 60 über eine obere Oberfläche 65 jeder Batteriezelle 58 entlang einer Achse A, die im Allgemeinen rechtwinklig zu einer Achse B jeder Batteriezelle 58 ist.
Die beispielhafte Stromschienenbaugruppe 60 kann ein flexibles Kabel 62, eine oder mehrere Spannungserfassungsleitungen 64 und eine oder mehrere Stromschienen 66 enthalten. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Stromschienenbaugruppe 60 mehrere Spannungserfassungsleitungen 64 und mehrere Stromschienen 66. Allerdings ist diese Offenbarung nicht auf die exakte, gezeigte Konfiguration beschränkt. Es versteht sich, dass die Stromschienenbaugruppe 60 irgendeine Konfiguration mit einer oder mehreren Spannungserfassungsleitungen und einer oder mehreren Stromschienen enthalten könnte.
Im Gebrauch stellt die Stromschienenbaugruppe 60 eine integrierte Schaltung zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen 58 bereit, so dass elektrische Leistung im gesamten elektrisch betriebenen Fahrzeug bereitgestellt werden kann. Hochspannungsstrom aus jeder Batteriezelle 58 wird durch die Stromschienen 66 geleitet. Die Spannung jeder Batteriezelle 58 kann durch die Spannungserfassungsleitungen 64 gemessen werden, die Spannungssignale an andere Komponenten übertragen, wie zum Beispiel ein Steuerungsmodul (nicht dargestellt) der Batteriebaugruppe 24.
In einer Ausführungsform ist das flexible Kabel 62 aus einem flexiblen (d. h. biegsamen) Material hergestellt. Verschiedene Kunststoffmaterialien können zum Aufbau des flexiblen Kabels 62 geeignet sein. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Kunststoffmaterialien zählen Polyester (PET), Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PEN), Polyetherimid (PEI) und verschiedene Fluorpolymere (FEP) und/oder Copolymere. In einer anderen Ausführungsform ist das flexible Kabel 62 aus Kapton^® hergestellt, das bei DuPont erhältlich ist.
Wegen der flexiblen Natur des flexiblen Kabels 62 ist die Stromschienenbaugruppe 60 dazu ausgelegt, alle Zellhöhenvarianten zwischen den Batteriezellen 58 der Batteriebaugruppe 24 aufzunehmen (siehe zum Beispiel 7). Zellhöhenvarianten können während der Montage der Batteriebaugruppe 24 auftreten.
Jede Spannungserfassungsleitung 64 kann in das flexible Kabel 62 integriert sein. In dieser Offenbarung bedeutet der Begriff „integriert“, dass die Spannungserfassungsleitungen 64 direkt auf dem flexiblen Kabel 62 oder darin eingelassen hergestellt werden. In einer Ausführungsform enthalten die Spannungserfassungsleitungen 64 Kupferleiterbahnen oder -drähte, die auf das flexible Kabel 62 gedruckt werden. Die Spannungserfassungsleitungen 64 können auf oder in dem flexiblen Kabel 62 unter Verwendung einer Vielzahl von additiven oder subtraktiven Techniken angebracht werden. Zu nicht einschränkenden Beispielen für solche Techniken zählen Drucken, Galvanisieren, Ätzen, Laminieren, Gravieren, Fräsen, Ablation usw.
In einer anderen Ausführungsform werden die Spannungserfassungsleitungen 64 zwischen einer ersten dielektrischen Schicht 68A und einer zweiten dielektrischen Schicht 68B des flexiblen Kabels 62 eingeschichtet (siehe 3B). Die erste dielektrische Schicht 68A und eine zweite dielektrische Schicht 68B können zusammen abgedichtet werden, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit durch den Dochteffekt in die Spannungserfassungsleitungen 64 eindringt. Das flexible Kabel 62 könnte auch zusätzliche Schichten enthalten.
In einer Ausführungsform sind die Stromschienen 66 gestanzte, relativ dünne Metallstreifen, die dazu ausgelegt sind, von den Batteriezellen 58 erzeugte Leistung zu leiten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Stromschienen 66 aus Aluminium hergestellt. In einer anderen Ausführungsform sind die Stromschienen 66 Bimetallbauteile, die aus mehreren Materialien, wie zum Beispiel Kupfer und Aluminium, hergestellt sein können. Andere Materialien mit Leitfähigkeitseigenschaften können ebenfalls geeignet sein.
Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, kann jede Stromschiene 66 an eine der Spannungserfassungsleitungen 64 geschweißt werden, und sie kann an die Anschlüsse zweier benachbarter Batteriezellen 58 angeschweißt werden, um die Stromschienenbaugruppe 60 mit den mehreren Batteriezellen 58 zu verbinden. Wie zum Beispiel in 2 gezeigt wird, kann eine erste Schweißraupe 90 verwendet werden, um die Stromschienen 66 an den Spannungserfassungsleitungen 64 anzubringen, und eine zweite Schweißraupe 92 kann verwendet werden, um die Stromschienen 66 an den Anschlüssen der Batteriezellen 58 anzubringen.
Die 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulichen schematisch ein Verfahren zur Montage der Stromschienenbaugruppe 60. Zuerst sei Bezug auf 3A genommen: Ein flexibles Kabel 62 einer gewünschten Größe und Form wird bereitgestellt und enthält mehrere integrierte Spannungserfassungsleitungen 64. Die Spannungserfassungsleitungen 64 können in das flexible Kabel 62 integriert sein, wie zum Beispiel durch Drucken der Spannungserfassungsleitungen 64 auf das flexible Kabel 62 oder durch Einschichten der Spannungserfassungsleitungen 64 zwischen einer ersten dielektrischen Schicht 68A und einer zweiten dielektrischen Schicht 68B des flexiblen Kabels 62 (siehe 3B).
Wie in 3C gezeigt wird, können als Nächstes Öffnungen 70 in dem flexiblen Kabel 62 gebildet werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Öffnungen 70 Ausschnitte, die in dem flexiblen Kabel 62 gebildet werden, wie zum Beispiel durch eine obere Schicht des flexiblen Kabels 62, eine untere Schicht oder beide. Die Öffnungen 70 legen Teile jeder Spannungserfassungsleitung 64 frei.
3D veranschaulicht die Verbindung der Stromschienen 66 mit den Spannungserfassungsleitungen 64. In einer Ausführungsform kann eine Stromschiene 66 an eine Spannungserfassungsleitung 64 an den Teilen der Spannungserfassungsleitungen 64 angeschweißt sein, die an den Öffnungen 70 freiliegen. In einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform werden die Stromschienen 66 an die Spannungserfassungsleitungen 64 lasergeschweißt. Sobald die Stromschienen 66 an die Spannungserfassungsleitungen 64 mittels einer oder mehrerer Schweißraupen 90 geschweißt worden sind, ist die Stromschienenbaugruppe 60 vollständig montiert und fertig zur Befestigung an mehreren Batteriezellen 58 einer Batteriebaugruppe 24 (siehe zum Beispiel 2).
4 veranschaulicht eine beispielhafte Stromschiene 66, die in der oben beschriebenen Stromschienenbaugruppe 60 genutzt werden kann. Die Stromschiene 66 enthält einen Körper 72 und einen Vorsprung 74, der aus dem Körper 72 herausragt. Der Vorsprung 74 kann über die Oberseite des flexiblen Kabels 62, unterhalb des flexiblen Kabels 62 oder zwischen Schichten des flexiblen Kabels 62 verlaufen und ist zur Befestigung an einer der Spannungserfassungsleitungen 64 ausgelegt (siehe 3D). In einer Ausführungsform hängt der Körper 72 der Stromschiene 66 mit einer Kante 99 des flexiblen Kabels 62 zusammen, überlappt aber nicht die Kante 99 (siehe 3D).
Die 5A, 5B und 5C veranschaulichen schematisch ein Verfahren zum Aufbau einer Stromschienenbaugruppe 160. Wo es angebracht ist, bezeichnen in dieser Offenbarung gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, und Bezugszeichen, zu denen 100 oder Vielfache davon addiert ist, bezeichnen modifizierte Elemente, die so zu verstehen sind, dass sie die gleichen Merkmale und Vorteile wie die entsprechenden Originalelemente einschließen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein flexibles Kabel 162 bereitgestellt, das mehrere, im flexiblen Kabel 162 eingebettete Spannungserfassungsleitungen 164 aufweist. Wie in 5A veranschaulicht wird, kann ein Materialstreifen 176 in das flexible Kabel 162 eingebracht werden, indem der Materialstreifen 176 in einer Richtung D bewegt wird, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des flexiblen Kabels 162 ist. Zum Beispiel kann der Materialstreifen 176 auf einer äußeren Oberfläche 169 des flexiblen Kabels 162 eingebracht werden (siehe 5A), oder er könnte zwischen Schichten 165, 175 des flexiblen Kabels 162 eingebracht werden (siehe 5D). Der Materialstreifen 176 kann elektrisch mit den Spannungserfassungsleitungen 164 verbunden werden, entweder bevor oder nachdem der Materialstreifen 176 in das flexible Kabel 162 eingebracht worden ist. Mit anderen Worten: Die Spannungserfassungsleitungen 164 und der Materialstreifen 176 können entweder gemeinsam oder getrennt mit dem flexiblen Kabel 162 integriert werden.
Es sei nun Bezug auf 5B genommen: Der Materialstreifen 176 kann dann eingeschnitten werden, um mehrere Stromschienen 166 zu bilden. Der Materialstreifen 176 kann auf irgendeine bekannte Weise geschnitten werden, um die Einschnitte 198 zu erzeugen, die zwischen den Stromschienen 166 verlaufen. Die Einschnitte 198 isolieren die Stromschienen 166 elektrisch voneinander.
Wie schließlich in 5C gezeigt wird: Die Stromschienen 166 können geschweißt werden, um die Stromschienenbaugruppe 160 an den Anschlüssen der Batteriezellen 158 anzubringen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform werden die Stromschienen 166 an den Anschluss der Batteriezellen 158 lasergeschweißt. Der Schweißvorgang erzeugt eine Schweißwulst 192, um die Stromschienen 166 starr an den Anschlüssen der Batteriezelle 158 zu befestigen.
6 veranschaulicht eine andere Batteriebaugruppe 260. Die Stromschienenbaugruppe 260 enthält ein flexibles Kabel 262, mehrere Spannungserfassungsleitungen 264 und mehrere Stromschienen 266. Jede Spannungserfassungsleitung 264 kann in das flexible Kabel 262 integriert sein. Jede Stromschiene 266 kann elektrisch mit einer der Spannungserfassungsleitungen 264 verbunden sein und kann an die Anschlüsse zweier benachbarter Batteriezellen (in 6 nicht dargestellt) geschweißt werden, um die Stromschienenbaugruppe 260 mit den mehreren Batteriezellen zu verbinden. In einer Ausführungsform können Schaltdrähte 278 zwischen den Spannungserfassungsleitungen 264 und den Stromschienen 266 verlaufen, um diese Komponenten elektrisch zu verbinden. Die Schaltdrähte 278 können sowohl an die Spannungserfassungsleitungen 264 als auch an die Stromschienen 266 angeschweißt werden.
Die Stromschienen 266 können elektrisch mit den Spannungserfassungsleitungen 264 verbunden werden, entweder vor oder nach der Integration in das flexible Kabel 262. Falls davor, können die Stromschienen 266 und die Spannungserfassungsleitungen 264 zusammen in das flexible Kabel 262 eingebracht werden. Falls danach, können die Stromschienen 266 und die Spannungserfassungsleitungen 264 getrennt in das flexible Kabel integriert werden. Die Öffnungen 270 können optional in dem flexiblen Kabel 262 gebildet werden, um die Spannungserfassungsleitungen 264 freizulegen, um eine Verbindung der Schaltdrähte 278 mit den Spannungserfassungsleitungen 264 zu ermöglichen.
Obwohl die unterschiedlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht werden, dass sie spezifische Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese besonderen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus irgendeiner der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus irgendeiner der anderen, nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen durchweg entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Obwohl eine besondere Komponentenanordnung offenbart und in diesen Ausführungsbeispielen veranschaulicht wird, versteht es sich, dass auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorher genannte Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht als in irgendeinem Sinne einschränkend interpretiert werden. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass gewisse Modifikationen in den Schutzbereich dieser Offenbarung gelangen könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Schutzbereich und Gehalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
Es ist ferner beschrieben:

A. Batteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: mehrere Batteriezellen; eine Stromschienenbaugruppe, die die mehreren Batteriezellen elektrisch verbindet, wobei die Stromschienenbaugruppe Folgendes umfasst: ein flexibles Kabel; eine Spannungserfassungsleitung, die mit dem flexiblen Kabel verbunden ist; und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist.
B. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Stromschiene mit einem negativen Anschluss einer ersten Batteriezelle und mit einem positiven Anschluss einer zweiten Batteriezelle verbunden ist.
C. Batteriebaugruppe nach A, wobei das flexible Kabel eine Öffnung enthält, die dazu ausgelegt ist, die Spannungserfassungsleitung zur Verbindung mit der Stromschiene freizulegen.
D. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Stromschiene an die Spannungserfassungsleitung angeschweißt ist.
E. Batteriebaugruppe nach A, die einen Schaltdraht umfasst, der zwischen der Spannungserfassungsleitung und der Stromschiene verbunden ist.
F. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Spannungserfassungsleitung in das flexible Kabel integriert ist.
G. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Spannungserfassungsleitung zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht des flexiblen Kabels eingeschichtet ist.
H. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Stromschiene einen Körper und einen Vorsprung, der aus dem Körper herausragt, enthält.
I. Batteriebaugruppe nach H, wobei der Körper an Anschlüsse von zwei der mehreren Batteriezellen angeschweißt ist und der Vorsprung an die Spannungserfassungsleitung angeschweißt ist.
J. Batteriebaugruppe nach A, wobei die Stromschiene in das flexible Kabel integriert ist.
K. Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines flexiblen Kabels; Integrieren einer Spannungserfassungsleitung mit dem flexiblen Kabel; und Verbinden einer Stromschiene mit der Spannungserfassungsleitung, um eine Stromschienenbaugruppe zu montieren.
L. Verfahren nach K, das elektrisches Verbinden mehrerer Batteriezellen einer Batteriebaugruppe unter Verwendung der Stromschienenbaugruppe umfasst.
M. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Verbindens vor dem Schritt des Integrierens erfolgt.
N. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Verbindens nach dem Schritt des Integrierens erfolgt.
O. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Verbindens Anschweißen eines Schaltdrahts an die Spannungserfassungsleitung und die Stromschiene beinhaltet.
P. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Verbindens Laserschweißen der Stromschiene an die Spannungserfassungsleitung beinhaltet.
Q. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Integrierens Einlassen der Spannungserfassungsleitung in das flexible Kabel beinhaltet.
R. Verfahren nach K, wobei der Schritt des Integrierens das Einschichten der Spannungserfassungsleitung zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht des flexiblen Kabels beinhaltet.
S. Verfahren nach K, das Folgendes umfasst: Einbringen eines Materialstreifens in das flexible Kabel; und Bilden von Einschnitten im Materialstreifen, um die Stromschiene zu bilden.
T. Verfahren nach S, wobei der Schritt des Einbringens das Einbringen des Materialstreifens zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht des flexiblen Kabels beinhaltet.

Claims

Batteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: mehrere Batteriezellen; eine Stromschienenbaugruppe, die die mehreren Batteriezellen elektrisch verbindet, wobei die Stromschienenbaugruppe Folgendes umfasst: ein flexibles Kabel; eine Spannungserfassungsleitung, die mit dem flexiblen Kabel verbunden ist; und eine Stromschiene, die mit der Spannungserfassungsleitung verbunden ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Stromschiene mit einem negativen Anschluss einer ersten Batteriezelle und mit einem positiven Anschluss einer zweiten Batteriezelle verbunden ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei das flexible Kabel eine Öffnung enthält, die dazu ausgelegt ist, die Spannungserfassungsleitung zur Verbindung mit der Stromschiene freizulegen.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Stromschiene an die Spannungserfassungsleitung angeschweißt ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, die einen Schaltdraht umfasst, der zwischen der Spannungserfassungsleitung und der Stromschiene verbunden ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Spannungserfassungsleitung in das flexible Kabel integriert ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Spannungserfassungsleitung zwischen einer ersten dielektrischen Schicht und einer zweiten dielektrischen Schicht des flexiblen Kabels eingeschichtet ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Stromschiene einen Körper und einen Vorsprung, der aus dem Körper herausragt, enthält.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 8, wobei der Körper an Anschlüsse von zwei der mehreren Batteriezellen angeschweißt ist und der Vorsprung an die Spannungserfassungsleitung angeschweißt ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Stromschiene in das flexible Kabel integriert ist.