DE102017116329A1

DE102017116329A1 - Flexible vielschichtige Sammelschiene

Info

Publication number: DE102017116329A1
Application number: DE102017116329.8A
Authority: DE
Inventors: Stephenson Tyler Mattmuller; Urban J. De Souza; Tom M. Gunther
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US10243191B2; US20180026250A1; CN107644969A; CN107644969B

Abstract

Eine beispielhafte Sammelschienenbaugruppe schließt eine erste Schicht und eine zweite direkt an die erste Schicht angrenzende Schicht ein. Die erste Schicht und die zweite Schicht weisen jeweils einen Abschnitt auf, der aus einem ersten Material hergestellt ist und sich von einem ersten Endabschnitt zu einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt erstreckt. Der erste und zweite Endabschnitt sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bilden einer Sammelschiene schließt das Plattieren eines Abschnitts einer ersten Sammelschienenschicht und eines Abschnitts einer zweiten Sammelschienenschicht an einen entsprechenden ersten Endabschnitt und einen entsprechenden zweiten Endabschnitt ein. Die Abschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht sind aus einem ersten Material hergestellt. Der erste und zweite Endabschnitt sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Sammelschiene für ein Elektrofahrzeug und insbesondere eine flexible Sammelschiene mit mehreren Schichten.
HINTERGRUND
Elektrofahrzeuge unterscheiden sich von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge unter Verwendung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen, die von einem Batteriepack angetrieben werden, selektiv angetrieben werden. Die elektrischen Maschinen können die Elektrofahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor antreiben. Beispielelektrofahrzeuge sind Hybridelektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) und batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV).
Ein Batteriepack eines Elektrofahrzeugs kann eine Mehrzahl von Batteriezellenbaugruppen einschließen, die in einer oder mehreren Batterieanordnungen angeordnet sind. Sammelschienen können verwendet werden, um Kraft an und aus den Batteriezellenbaugruppen und an und aus dem Batteriepack zu verteilen. Sammelschienen bestehen typischerweise aus Kupfer und können erheblich zum Gewicht des Elektrofahrzeugs beitragen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Sammelschienenanordnung nach einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt unter anderem eine erste Schicht und eine zweite direkt an die erste Schicht angrenzende Schicht ein. Die erste Schicht und die zweite Schicht weisen jeweils einen Abschnitt aus dem ersten Material auf. Der Abschnitt erstreckt sich von einem ersten Endabschnitt zu einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt. Der erste und zweite Endabschnitt sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der obenstehenden Sammelschienenbaugruppe sind das erste Material und das zweite Material metallische Materialien.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen umfasst das erste Material Aluminium und umfasst das zweite Material Kupfer.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen bildet das erste Material eine nicht leitende Oxidschicht unter gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer ersten Rate und bildet das zweite Material eine nicht leitende Oxidschicht unter den gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer zweiten Rate, die langsamer als die erste Rate ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen schließt die Baugruppe eine Lötlegierung ein, die den ersten und zweiten Endabschnitt mindestens teilweise bedeckt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen verbindet die Lötlegierung den ersten Endabschnitt der ersten Schicht mit dem ersten Endabschnitt der zweiten Schicht und verbindet die Lötlegierung den zweiten Endabschnitt der zweiten Schicht mit dem zweiten Endabschnitt der zweiten Schicht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen sind der erste und zweite Endabschnitt an den Abschnitt walzplattiert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen schließt die Baugruppe eine Polymerbeschichtung ein, die die erste Schicht und die zweite Schicht bedeck.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen schließt die Baugruppe eine erste Antriebsbatterieklemme und eine zweite Antriebsbatterieklemme ein. Das erste Ende der ersten und zweiten Schicht ist direkt an der ersten Antriebsbatterieklemme befestigt. Das zweite Ende der ersten und zweiten Schicht ist direkt an der zweiten Antriebsbatterieklemme befestigt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen erstrecken sich die erste und zweite Schicht nicht linear zwischen der ersten Antriebsbatterieklemme und der zweiten Antriebsbatterieklemme.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen schließt die Baugruppe einen Bereich des Abschnitts ein, der an einen anderen Bereich des Abschnitts ultraschallgeschweißt ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der obenstehenden Sammelschienenbaugruppen schließt die Baugruppe eine dritte direkt an die zweite Schicht angrenzende Schicht ein. Die dritte Schicht weist einen Abschnitt auf, der aus dem ersten Material hergestellt ist und sich von einem ersten Endabschnitt zu einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt erstreckt. Der erste und zweite Endabschnitt der dritten Schicht sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet.
Ein Verfahren zum Bilden einer Sammelschiene nach einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt unter anderem das Plattieren eines Abschnitts einer ersten Sammelschienenschicht und eines Abschnitts einer zweiten Sammelschienenschicht mit einem entsprechenden ersten Endabschnitt und einem entsprechenden zweiten Endabschnitt ein. Die Abschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht sind aus einem ersten Material hergestellt. Der erste und zweite Endabschnitt sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des obenstehenden Verfahrens schließt das Verfahren Befestigen der ersten Endabschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht an einer ersten Antriebsbatterieklemme und Befestigen der zweiten Endabschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht an einer zweiten Antriebsbatterieklemme ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren schließt das Verfahren Biegen der ersten und zweiten Schicht ein, sodass sich die erste und zweite Schicht nicht linear von der ersten Antriebsbatterieklemme zur zweiten Antriebsbatterieklemme erstrecken.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren berühren die Abschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht nach dem Befestigen einander direkt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren schließt das Verfahren Bedecken mindestens einiger Bereiche des ersten und zweiten Endabschnitts mit einer Lötlegierung und Bedecken mindestens einiger Bereiche der ersten und zweiten Schicht mit einer Polymerbeschichtung ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren schließt das Plattieren Walzplattieren des ersten und zweiten Endabschnitts des Abschnitts ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren weisen die erste und zweite Schicht ein rechteckiges Querschnittsprofil auf.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der obenstehenden Verfahren schließt das Verfahren Erhöhen der Länge des Abschnitts durch Schweißen eines anderen Abschnitts aus dem ersten Material an den Abschnitt ein.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele gehen für den Fachmann aus der detaillierten Beschreibung hervor. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Figuren können kurz wie folgt beschrieben werden:
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebs eines Elektrofahrzeugs.
2 zeigt eine teilweise schematische Ansicht einer Sammelschiene, die einen gebogenen Abschnitt aufweist und eine Klemme einer ersten Batteriezellenbaugruppe und eine Klemme einer zweiten Batteriezellenbaugruppe elektrisch koppelt.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Sammelschiene aus 2, bei der ausgewählte Abschnitte ausgeschnitten sind, um den Blick auf die Schichten der Sammelschiene freizugeben.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Schichten der Sammelschiene aus 3 in einer gestapelten Konfiguration vor dem Bilden des gebogenen Abschnitts.
5 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts an Linie 5-5 in 4.
6 zeigt eine Phase in einem Walzplattierprozess, der zum Bilden einer Schicht der Sammelschiene aus 3 angewandt wird.
7 zeigt eine Explosionsansicht der Schichten in der Sammelschiene aus 3.
8 zeigt eine beispielhafte Bimetall-Schnittstelle zur Verwendung in Verbindung mit der Sammelschiene aus 3.
8A zeigt eine weitere beispielhafte Bimetall-Schnittstelle zur Verwendung in Verbindung mit der Sammelschiene aus 3.
8B zeigt noch eine andere beispielhafte Bimetall-Schnittstelle zur Verwendung in Verbindung mit der Sammelschiene aus 3.
8C zeigt eine wieder andere beispielhafte Bimetall-Schnittstelle zur Verwendung in Verbindung mit der Sammelschiene aus 3.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schicht der Sammelschiene aus 3 während eines Prozesses zum Erhöhen der Länge der Schicht durch Hinzufügen eines Verlängerungsabschnitts.
9A zeigt ein Beispiel von Schichten der Sammelschiene aus 3 während eines Prozesses zum Erhöhen einer Länge der Schichten durch Hinzufügen entsprechender Verlängerungsabschnitte.
9B zeigt eine alternative Schnittstelle zwischen einer Schicht der Sammelschiene aus 3 und einer Verlängerungsschicht.
9C zeigt eine alternative Schnittstelle zwischen einer Schicht der Sammelschiene aus 3 und einer Verlängerungsschicht.
10A zeigt einen weiteren beispielhaften Endabschnitt zur Verwendung in Verbindung mit einer Schicht der Sammelschiene aus 3.
10B zeigt einen weiteren beispielhaften Endabschnitt zur Verwendung in Verbindung mit einer Schicht der Sammelschiene aus 3.
10C zeigt einen weiteren beispielhaften Endabschnitt zur Verwendung in Verbindung mit einer Schicht der Sammelschiene aus 3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Sammelschiene eines Elektrofahrzeugs. Eine Sammelschiene schließt mehrere Schichten ein. Abschnitte der Schichten sind aus relativ leichtem Material, wie etwa einem Aluminiummaterial, hergestellt. Die Sammelschiene kann gebogen und gekrümmt sein, um Positionieren in verschiedenen Konfigurationen im Elektrofahrzeug zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Antriebsstrang 10 eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) einen Batteriepack 14, der eine Mehrzahl von Batterieanordnungen 18, einen Verbrennungsmotor 20, einen Motor 22 und einen Generator 24 aufweist. Der Motor 22 und der Generator 24 sind Arten von elektrischen Maschinen. Der Motor 22 und der Generator 24 können getrennt sein oder die Form eines kombinierten Motor-Generators aufweisen.
In dieser Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebsstrang mit Leistungsverzweigung, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um ein oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 anzutreiben. Zum ersten Antriebssystem gehört eine Kombination aus dem Motor 20 und dem Generator 24. Zum zweiten Antriebssystem gehören mindestens der Motor 22, der Generator 24 und der Batteriepack 14. Der Motor 22 und der Generator 24 sind Abschnitte eines elektrischen Antriebssystems des Antriebsstrangs 10.
Der Motor 20 und der Generator 24 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, miteinander verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Getriebe, verwendet werden, um den Motor 20 mit dem Generator 24 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um ein Planetengetriebe, zu welchem eine Baugruppe aus einem Hohlrad 32, einem Sonnenrad 34 und einem Steg 36 gehört.
Der Generator 24 kann vom Verbrennungsmotor 20 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ als ein Elektromotor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie dienen und dadurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgeben, welche mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, welche über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Zur zweiten Kraftübertragungseinheit 44 kann ein Getriebe mit einer Mehrzahl von Zahnrädern 46 gehören. Weitere Kraftübertragungseinheiten könnten in weiteren Beispielen verwendet werden.
Die Zahnräder 46 übertragen das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 20 auf ein Differential 48, um die Fahrzeugantriebsräder 28 letztlich mit Traktion zu versorgen. Das Differential 48 kann eine Mehrzahl von Zahnrädern enthalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann selektiv verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 54 anzutreiben, welche ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 24 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, bei welchem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 24 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Energie ausgeben, um Zellen des Batteriepacks 14 aufzuladen.
Nun unter Bezugnahme auf 2 und 3 unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 schließen die Batterieanordnungen 18 eine Mehrzahl von Batteriezellenbaugruppen 60 ein. Mehrere der Batteriezellenbaugruppen 60 können aneinander angrenzend entlang einer Achse positioniert sein.
Die Klemmen 64 erstrecken sich von den Batteriezellenbaugruppen 60. Eine Sammelschiene 68 koppelt elektrisch die Klemme 64 einer der Batteriezellenbaugruppen 60 an die Klemme 64 einer anderen der Batteriezellenbaugruppen 60.
Obwohl sie als an die Klemmen 64 verschiedener Batteriezellenbaugruppen 60 angeschlossen dargestellt ist, könnte die Sammelschiene 68 auf andere Weise verwendet werden. Die Sammelschiene 68 könnte beispielsweise verwendet werden, um zusätzlich Kraft an das und aus dem Batteriepack 14 zu verteilen. In einem solchen Beispiel könnte die Sammelschiene 68 das Batteriepack 14 elektrisch an eine Struktur außerhalb des Batteriepacks 14, wie etwa einen Wechselrichter, koppeln. Die Sammelschiene 68 könnte außerdem mehr als zwei Klemmen elektrisch verbinden. Daher sollte diese Offenbarung nicht als auf Sammelschienen beschränkt aufgefasst werden, die ausschließlich an die Klemmen 64 anschließbar sind.
Ein Gewindeanschluss 72 der Klemme wird verwendet, um die Sammelschiene 68 an jede der Klemmen 64 zu koppeln. An jeder Klemme 64 erstreckt sich der Gewindeanschluss 72 der Klemme durch eine Öffnung 74 in der Sammelschiene 68. Eine Mutter 76 wird über den Gewindeanschluss 72 der Klemme festgezogen, um die Sammelschiene 68 gegen die Klemme 64 zu drücken.
Die beispielhafte Sammelschiene 68 schließt einen gebogenen Abschnitt 80 ein. Das Integrieren des gebogenen Abschnitts 80 in die Sammelschiene kann erforderlich sein, um das Positionieren der Klemmen 64, die an die Sammelschiene angeschlossen sind 68, zu ermöglichen. Das Integrieren des gebogenen Abschnitts 80 könnte erforderlich sein, um die Sammelschiene 68 an Strukturen anzuschließen, die keine Klemmen 64 sind, wie etwa Strukturen außerhalb des Batteriepacks 14. Der gebogene Abschnitt 80 ermöglicht beispielsweise eine 90-Grad-Drehung der Sammelschiene 68, was Flexibilität bei der Konfektionierung bereitstellen kann. Rundkabel nach dem Stand der Technik sind biegsam, erfordern jedoch einen Drehradius und somit mehr Platz bei der Konfektionierung.
Die beispielhafte Sammelschiene 68 schließt eine Mehrzahl von Schichten 84 ein, die übereinandergestapelt sind. Die Schichten 84 erleichtern das Biegen und Krümmen der Sammelschiene 68. Das heißt, die Sammelschiene 68, die die Schichten 84 beinhaltet, kann einfacher als eine Sammelschicht von ähnlicher Größe, die nicht die Schichten 84 einschließt, gebogen und gekrümmt werden.
Die Schichten 84 sind elektrisch leitend. Wenn die Schichten 84 gestapelt sind, bedeckt eine Beschichtung 88, wie etwa eine Polymerbeschichtung, mindestens einen Teil der Schichten 84. Die Beschichtung 88 kann die Schichten 84 vor Strukturen, die keine Klemmen 64 sind, schützen und elektrisch isolieren, was verhindern kann, dass sich die Sammelschiene 68 mit anderen Bereichen des Batteriepacks 14 kurzschließt.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 sind die Schichten 84 der Sammelschiene 68 in einer gestapelten Position vor dem Aufbringen der Beschichtung 88 und vor dem Biegen und Krümmen zum Bilden des gebogenen Abschnitts 80 der 2 und 3 dargestellt. Die Schichten 84 weisen jeweils ein rechteckiges Profil mit einer Länge l, einer Breite b und einer Höhe h auf.
Jede der Schichten 84 schließt einen Abschnitt 100 ein, der sich linear entlang einer Längsachse A von einem ersten Endabschnitt 104 zu einem zweiten Endabschnitt 108 gegenüber des ersten Endabschnitts 104 erstreckt. Der erste Endabschnitt 104 verbindet sich mit dem Abschnitt 100 an einer ersten Schnittstelle 112. Der zweite Endabschnitt 108 verbindet sich mit dem Abschnitt 100 an einer zweiten Schnittstelle 116.
Der Abschnitt 100 ist aus einem ersten Material hergestellt. Der erste und zweite Endabschnitt 104, 108 sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet.
In einer beispielhaften nicht einschränkenden Ausführungsform ist das erste Material Aluminium und ist das zweite Material Kupfer. Aluminium ist leichter als Kupfer. Daher ist die Schicht 84, die Aluminium als den Abschnitt 100 beinhaltet, leichter als, wenn die Schicht ausschließlich aus Kupfer bestehen würde. Das erste Material ist nicht auf Aluminium beschränkt und das zweite Material ist nicht auf Kupfer beschränkt. Verschiedene Materialien könnten verwendet werden. Das erste und zweite Material könnten Materialzusammensetzungen sein. Das heißt, das erste und zweite Material könnten jeweils Kombinationen aus mehr als einem Material sein.
Obwohl bei einer bestimmten Querschnittsgröße die Strombelastbarkeit von Aluminium geringer als die von Kupfer sein kann, kann das Erhöhen der Querschnittsgröße von Aluminium eine gewünschte Strombelastbarkeit bereitstellen. Für eine bestimmte Strombelastbarkeit kann Kupfer ungefähr 1,65 Mal schwerer als Aluminium sein.
Würden die Schichten 84 vollständig aus Aluminium bestehen, wäre das Teilen von Strom zwischen den vollständig aus Aluminium bestehenden Schichten schwierig. Exponierte Oberflächen aus Aluminium können bekanntlich oxidieren und den Stromdurchgang hemmen. Das Integrieren des ersten und zweiten Endabschnitts 104, 108, die aus einem Material hergestellt sind, das nicht Aluminium ist, kann das Teilen von Strom zwischen den Schichten 84 erleichtern.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform bildet das erste Material eine nicht leitende Oxidschicht unter gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer ersten Rate und bildet das zweite Material eine nicht leitende Oxidschicht unter den gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer zweiten Rate, die langsamer als die erste Rate ist. Beispielsweise, wenn das erste Material des Abschnitts 100 Aluminium ist, oxidiert das erste Material schneller als das zweite Material, das Kupfer sein könnte.
Nun unter Bezugnahme auf 6 bis 8 unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 bis 5 kann ein Walzplattierprozess verwendet werden, um den ersten und zweiten Endabschnitt 104 und 108 an dem Abschnitt 100 zu befestigen. Während des Walzplattierens wird ein Streifen 120 aus dem ersten Material zwischen ein Walzenpaar 124 zugeführt. An den äußeren Seitenenden werden ein Streifen 128 und ein Streifen 132 aus dem zweiten Material zwischen den Walzen 124 zugeführt.
Die Walzen 124 drehen sich und üben Druck aus, um den Streifen 128 und den Streifen 132 an gegenüberliegende Seiten des Streifens 120 kaltzuschweißen. Das Walzplattieren stellt ein Bimetallblech aus Material 138 bereit, das das zweite Material an gegenüberliegenden Seiten an das erste Material plattiert aufweist. Die erste Schnittstelle 112 und die zweite Schnittstelle 116 sind in diesem Beispiel Bimetallverbindungen.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform schließt die Schnittstelle 112, die Schnittstelle 116, oder beide, dreieckige Vorsprünge ein, die in Nuten aufgenommen werden. Die Kanten 136 des Streifens 120 könnten maschinell mit Nuten versehen werden, um die Vorsprünge aufzunehmen, mit denen beispielsweise eine Kante 140 des Streifens 128 maschinell versehen wurde. Die Vorsprünge und Nuten können eine robuste Verbindung zwischen dem Streifen 128 und dem Streifen 120 und zwischen dem Streifen 132 und dem Streifen 120 nach dem Walzplattieren ermöglichen.
In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform, die in 8A dargestellt ist, schließt eine Bimetallschnittstelle 112A nach dem Walzformen einen rechteckigen Vorsprung oder eine solche Zunge ein, der oder die in eine Nut aufgenommen wird. Eine Kante 136A eines Streifens 120A könnte maschinell mit dem rechteckigen Vorsprung versehen werden und mit der Nut könnte eine Kante 140A eines Streifens 128A versehen werden, oder anders herum. Die Schnittstelle 112A könnte anstelle der Schnittstelle 112, der Schnittstelle 116 oder beider verwendet werden.
In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform, die in 8B dargestellt ist, schließt eine Bimetallschnittstelle 112B nach dem Walzformen eine winkelige Kante 136B eines Streifens 120B ein, die an einer entsprechenden winkeligen Kante 140B eines Streifens 128B anliegt und auf diese plattiert ist. Die Schnittstelle 112B könnte anstelle der Schnittstelle 112, der Schnittstelle 116 oder beider verwendet werden.
In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform, die in 8C dargestellt ist, schließt eine Bimetallschnittstelle 112C nach dem Walzformen eine flache Kante 136C eines Streifens 120C ein, die an einer flachen Kante 140C eines Streifens 128C anliegt und auf diese plattiert ist. Die Schnittstelle 112B ist eine stumpfe Verbindung und könnte anstelle der Schnittstelle 112, der Schnittstelle 116 oder beider verwendet werden.
Die Platte aus Material 138 wird an Linie 150 geschnitten, um eine der Schichten 84 der Sammelschicht 68 bereitzustellen und erneut geschnitten, um zusätzliche Schichten 84 bereitzustellen. Die Schicht 84 weist den Abschnitt 100 aus dem ersten Material sowie den ersten und zweiten Endabschnitt 104, 108 aus dem zweiten Material auf. Das Positionieren des Schnitts kann angepasst werden, um die Breite b der Schicht 84 anzupassen.
Die Schichten 84 werden dann aus der Position in 6 in die Position in 7 bewegt, wo die Schichten 84 aufeinandergestapelt sind.
In diesem Beispiel sind die Schichten 84 nicht mehr als 0,25 mm dick und schließt die Sammelschiene 68 acht Schichten 84 ein. Andere Dicken für die Schichten 84 und anderen Anzahlen an Schichten 84 können in anderen Beispielen verwendet werden.
Vor dem Stapeln könnten mindestens die Endabschnitte 104 und 108 mit einem Zinnlot 154 beschichtet werden, um Korrosion der Endabschnitte 104 und 108 zu verhindern oder zu hemmen. In einem Beispiel werden die exponierten Oberflächen der Endabschnitte 104, 108 vollständig vom Zinnlot 154 bedeckt und dann werden die Schichten 84 gestapelt. Das Zinnlot 154 verbindet sich mit den Endabschnitten 104, 108.
In einigen Beispielen verbindet sich das Zinnlot 154 einer der Schichten 84 mit dem Zinnlot 154 der angrenzenden Schicht. Diese Verbindung kann verhindern, dass sich die Schichten 84 in Bezug aufeinander bewegen. Beispielsweise, wenn die Mutter 76 gedreht wird, um die Endabschnitte 104, 108 gegen die jeweilige Klemme 64 zu drücken, kann die Verbindung zwischen dem Zinnlot 154 der Schichten 84 verhindern, dass sich die Schichten 84 in Bezug aufeinander verdrehen.
Sobald die Schichten 84 gestapelt sind, werden Teile der Schichten 84 mit der Beschichtung 88 laminiert. In diesem Beispiel erstreckt sich die Beschichtung 88 über die erste Schnittstelle 112 und die zweite Schnittstelle 116, um das Zinnlot 154 wenigstens teilweise zu bedecken. In anderen Beispielen bedeckt die Beschichtung 88 das Zinnlot 154 und erstreckt sich bis ganz an die Enden der Sammelschiene 68.
Die Öffnungen 74 werden dann maschinell in die Endabschnitte 104, 108 gearbeitet. In einem anderen Beispiel werden die Öffnungen 74 vor dem Stapeln der Schichten 84 maschinell gearbeitet.
Die Sammelschiene 68 kann gebogen oder gekrümmt sein, um einer bestimmten Abmessung zum Integrieren in das Batteriepack 14 aus 1 zu entsprechen. Wenn die Sammelschiene 68 gebogen oder gekrümmt ist, erstreckt sich die Sammelschiene 68 entlang eines nicht linearen Pfads vom ersten Endabschnitt 104 zum zweiten Endabschnitt 108. Der nicht lineare Pfad ist ein Pfad, der von der Achse A aus 4 abweicht.
In diesem Beispiel ist die Sammelschiene 68 gebogen, um den gebogenen Abschnitt 80 bereitzustellen. Ein Schirm (nicht dargestellt) könnte über dem gebogenen Abschnitt 80 befestigt werden, um weiteren Schutz bereitzustellen und elektrische Isolierung im Bereich des gebogenen Abschnitts zu gewährleisten. Der Schirm besteht in einigen Beispielen aus einem Gummimaterial oder könnte ein Klebeband sein, das um den gebogenen Abschnitt 80 gewickelt ist.
In einigen Beispielen wird der Stapel aus Schichten 84, der in 4 dargestellt ist, gebogen und dann mit der Beschichtung 88 laminiert, statt ihn vor dem Biegen zu laminieren.
Die Schichten 84 erleichtern das Biegen und Handhaben der Sammelschiene 68. Da die Schichten 84 weniger Kupfer als vollständig aus Kupfer bestehende Schichten enthalten, ist ein Gewicht der Schichten 84 sowie ein Gesamtgewicht der Sammelschiene 68 verringert.
In diesem Beispiel berühren die Abschnitte 100 der Schichten 84 einander direkt, wird jedoch das Teilen von Strom zwischen den Abschnitten 100, die aus Aluminium bestehen, unter anderem aufgrund von Oxidation verhindert. Das Integrieren der Endabschnitte 104 und 108 in die Schichten 84 geht auf dieses Problem ein.
Insbesondere wenn der erste Endabschnitt 104 gegen die Klemme 64 geklemmt ist, kann Strom zwischen den Schichten 84 durch die ersten Endabschnitte 104 geteilt werden. Wenn der zweite Endabschnitt 108 gegen die Klemme 64 geklemmt ist, kann Strom zwischen den Schichten 84 durch die zweiten Endabschnitte 108 geteilt werden.
Das Integrieren der ersten Endabschnitte 104 und der zweiten Endabschnitte 108 ermöglicht somit das Teilen von Strom zwischen den verschiedenen Schichten der Sammelschiene 68. Bestünden die Schichten 84 beispielsweise vollständig aus Aluminium, könnte Strom nicht so wirksam zwischen den verschiedenen Schichten geteilt werden und die Gesamtkapazität der Sammelschiene 68 zum Verteilen von Kraft würde reduziert.
Wird eine höhere Kapazität der Sammelschiene 68 erwünscht, kann die Anzahl der Schichten 84 durch Stapeln zusätzlicher Schichten 84 aufeinander erhöht werden.
Die Länge l der Schichten 84 kann durch eine Länge l der Walzen 124 begrenzt sein. Soll die Sammelschiene 68 länger sein, könnte der Abschnitt 100 durch Schneiden des Abschnitts 100 und Hinzufügen zusätzlicher Materialabschnitte aus dem ersten Material verlängert werden.
Wie in 9 dargestellt, könnte beispielsweise der Abschnitt 100 der Schichten 84 geschnitten und ein Verlängerungsabschnitt 100‘ im Schnitt positioniert werden. Die Kanten 160 des Verlängerungsabschnitts 100‘ können an die Kanten 170 des Abschnitts 100 ultraschallgeschweißt werden, um eine effektive Länge des Abschnitts 100 und die Gesamtlänge der Schichten 84 zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf 9A könnten mehrere Abschnitte 100 ultraschallgeschweißt werden oder anderweitig an den entsprechenden Verlängerungsabschnitten 100‘ befestigt werden. In 9A sind vier Abschnitte 100 an vier entsprechende Verlängerungsabschnitte 100‘ angeschweißt, es könnten aber andere Anzahlen angeschweißt werden. In einigen Beispielen sind die Abschnitte 100 einzelnen an entsprechende Verlängerungsabschnitte 100‘ geschweißt, sodass die resultierenden Schichten in der Lage sind, sich, falls erforderlich, beim Biegen der Sammelschiene in Bezug aufeinander zu bewegen.
Beim Ultraschallschweißen überschneidet sich ein Teil 164 des Abschnitts 100 mit einem Teil 168 des Verlängerungsabschnitts 100‘. Die sich überschneidenden Teile 164, 168 werden zwischen einer Sonotrode 172 und einem Amboss 174 gehalten. Die Sonotrode übt dann Ultraschallschwingungen bei beispielsweise 20 Kilohertz aus, um die Teile 164 und 168 zu verbinden.
Die sich überlappenden Teile 164, 168 ermöglichen, dass der resultierende Abschnitt 100, der mit dem Verlängerungsabschnitt 100‘ verbunden ist, einen einheitlichen Querschnitt hat, was das Bedecken von Abschnitten 100 und Verlängerungsabschnitten 100‘ mit der Beschichtung 88 erleichtern kann (3).
In der Beispielausführungsform aus 9B ist der Abschnitt 100 mit dem Verlängerungsabschnitt 100‘ durch eine gespleißte Schnittstelle 176 verbunden.
In der Beispielausführungsform aus 9C ist der Abschnitt 100 mit dem Verlängerungsabschnitt 100‘ entlang einer überlappenden Schnittstelle 178 verbunden, bleibt die Dicke des Abschnitts 100 und des Verlängerungsabschnitts 100‘ jedoch erhalten.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Sammelschiene 68 aus 3 wird der Abschnitt 100 durch Walzformen an den Endabschnitten 104, 108 befestigt. Andere Verfahren könnten verwendet werden, um den Abschnitt 100 an den Endabschnitten 104, 108 zu befestigen.
Wie in 10A dargestellt, schließt eine andere Beispielausführungsform einer Schicht 84A für eine Sammelschiene beispielsweise einen Abschnitt 100A aus einem ersten Material ein, der mit einem Beispielendabschnitt 104A verbunden ist. Ein anderer Endabschnitt, der dem Endabschnitt 104A ähnlich ist, kann an einem gegenüberliegenden Ende des Abschnitts 100A befestigt sein.
Der Endabschnitt 104A schließt eine Verlängerung 180 vom Abschnitt 100A sowie Einlegemäntel 184 ein, die an gegenüberliegenden Seiten der Verlängerung 180 positioniert sind. Die Verlängerung 180 ist aus einem ersten Material hergestellt und die Einlegemäntel 184 sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet. In einem Beispiel ist das erste Material Aluminium und ist das zweite Material Kupfer.
Eine Öffnung 74A erstreckt sich durch die Verlängerung 180 und die Einlegemäntel 184. Die Öffnung 74A kann den Gewindeanschluss 72 der Klemme aufnehmen (2). Die Schicht 84A kann auf andere Schichten gestapelt werden, um eine vielschichtige Sammelschiene bereitzustellen.
In einer anderen Beispielausführungsform, die in 10B dargestellt ist, schließt eine Schicht 84B für eine Sammelschiene einen Abschnitt 100B aus einem ersten Material ein, der mit einem Beispielendabschnitt 104B verbunden ist. Ein anderer Endabschnitt, der dem Endabschnitt 104B ähnlich ist, kann an einem gegenüberliegenden Ende des Abschnitts 100B befestigt werden.
Der Endabschnitt 104B schließt eine Verlängerung 180B vom Abschnitt 100B und eine Plattierung 188 ein, die an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Verlängerung 180B abgelagert ist. Die Verlängerung 180B ist aus einem ersten Material hergestellt und die Plattierungen 188 sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet. In einem Beispiel ist das erste Material Aluminium und ist das zweite Material Kupfer.
Eine Öffnung 74B erstreckt sich durch die Verlängerung 180 und die Plattierungen 188. Die Öffnung 74B kann den Gewindeanschluss 72 der Klemme aufnehmen (2). Die Schicht 84B kann auf andere Schichten gestapelt werden, um eine vielschichtige Sammelschiene bereitzustellen.
In einer anderen Beispielausführungsform, die in 10C dargestellt ist, schließt eine Schicht 84C für eine Sammelschiene einen Abschnitt 100C aus einem ersten Material ein, der mit einem Beispielendabschnitt 104C verbunden ist. Ein anderer Endabschnitt, der dem Endabschnitt 104C ähnlich ist, kann an einem gegenüberliegenden Ende des Abschnitts 100C befestigt sein.
Der Endabschnitt 104C schließt eine Verlängerung 180C vom Abschnitt 100C aus ein. Einlegemäntel 184C sind an gegenüberliegenden Seiten der Verlängerung 180C platziert. Die Plattierungen 188C sind an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Verlängerung 180B abgelagert. Die Beispielplattierungen 188C bedecken eine Oberfläche der Einlegemäntel 184C und erstrecken sich, um einen Teil des Abschnitts 100C zu berühren. Der Verlängerung 180C ist aus einem ersten Material hergestellt und die Plattierungen 188 sind aus einem zweiten Material hergestellt, das sich vom ersten Material unterscheidet. Die Einlegemäntel 184C sind ebenso aus dem zweiten Material hergestellt. In einem Beispiel ist das erste Material Aluminium und ist das zweite Material Kupfer. In einem anderen Beispiel bestehen die Einlegemäntel 184C aus Kupfer und bestehen die Plattierungen 188C aus Nickel.
Eine Öffnung 74C erstreckt sich durch die Verlängerung 180C, die Einlegemäntel 184C und die Plattierungen 188C. Die Öffnung 74C kann den Gewindeanschluss 72 der Klemme aufnehmen (2). Die Schicht 84C kann auf andere Schichten gestapelt werden, um eine mehrschichtige Sammelschiene bereitzustellen.
Verschiedene andere Verfahren können verwendet werden, um eine Sammelschiene mit einem Abschnitt aus einem ersten Material und Endabschnitte, die mit dem Abschnitt verbunden sind, bereitzustellen. Wobei die Endabschnitte ein anderes, zweites Material, das sich vom ersten Material unterscheidet, umfassen. Andere Verfahren könnten Sprühen des zweiten Materials auf die Endabschnitte, additive Ablagerung, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Kombinationen davon einschließen. Beispielsweise könnte eine Sammelschienenschicht an einem Ende einen Endabschnitt wie den Endabschnitt 104 und einen Endabschnitt an einem gegenüberliegenden Ende wie den Endabschnitt 104A einschließen. Das heißt, die Endabschnitte für eine Sammelschienenschicht sollten nicht als darauf beschränkt verstanden werden, mithilfe desselben Herstellungsbildungsverfahrens gebildet zu werden.
Die Merkmale einiger der offenbarten Beispiele schließen eine relativ leichte Sammelschiene ein, die mehrere Schichten einschließt, um Biegen zu erleichtern. Die Sammelschiene beinhaltet eine Bimetallverbindung an jedem Ende, um das Teilen von Strom zwischen den Schichten zu unterstützen.
Die vorstehende Beschreibung ist eher beispielhafter als einschränkender Natur. Für den Fachmann können Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele ersichtlich sein, die nicht zwangsläufig vom Kern dieser Offenbarung abweichen. Demnach kann der Schutzumfang dieser Offenbarung lediglich durch die Analyse der folgenden Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Sammelschienenbaugruppe, umfassend: eine erste Schicht; und eine zweite direkt an die erste Schicht angrenzende Schicht, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils einen Abschnitt aufweisen, welcher aus einem ersten Material hergestellt ist und sich von einem ersten Endabschnitt zu einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der erste und der zweite Endabschnitt ein zweites Material einschließen, dass sich vom ersten Material unterscheidet.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Material und das zweite Material metallische Materialien sind und optional wobei das erste Material Aluminium umfasst und das zweite Material Kupfer umfasst.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Material eine nicht leitende Oxidschicht unter gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer ersten Rate bildet und das zweite Material eine nicht leitende Oxidschicht unter den gegebenen atmosphärischen Bedingungen bei einer zweiten Rate bildet, welche langsamer als die erste Rate ist.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, umfassend eine Lötlegierung, welche mindestens etwas vom ersten und zweiten Endabschnitt bedeckt und optional wobei die Lötlegierung den ersten Endabschnitt der ersten Schicht mit dem ersten Endabschnitt der zweiten Schicht verbindet und die Lötlegierung den zweiten Endabschnitt der zweiten Schicht mit dem zweiten Endabschnitt der zweiten Schicht verbindet.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Endabschnitt an den Abschnitt walzplattiert sind.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, umfassend eine Polymerbeschichtung, welche die erste Schicht und die zweite Schicht bedeckt.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, umfassend eine erste Antriebsbatterieklemme und eine zweite Antriebsbatterieklemme, wobei die ersten Enden der ersten und zweiten Schicht direkt an der ersten Antriebsbatterieklemme befestigt sind, die zweiten Enden der ersten und zweiten Schicht direkt an der zweiten Antriebsbatterieklemme befestigt sind, und optional wobei sich die erste und zweite Schicht nicht linear zwischen der ersten Antriebsbatterieklemme und der zweiten Antriebsbatterieklemme erstrecken.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, umfassend einen Bereich des Abschnitts, welcher an einen anderen Bereich des Abschnitts ultraschallgeschweißt wurde.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine dritte Schicht, welche direkt an die zweite Schicht angrenzt, wobei jede der mindestens einen dritten Schicht einen Abschnitt aus dem ersten Material aufweist und sich von einem ersten Endabschnitt zu einem gegenüberliegen, zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der erste und zweite Endabschnitt der mindestens einen dritten Schicht aus dem zweiten Material hergestellt sind, welches sich vom ersten Material unterscheidet.
Sammelschienenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der erste Endabschnitt eine Verlängerung aus dem ersten Material und einen Mantel aus dem zweiten Material umfasst, wobei sich die Verlängerung vom Abschnitt, welcher aus dem ersten Material hergestellt ist, erstreckt, der Mantel gegen eine erste Seite der Verlängerung platziert wird und optional wobei der erste Endabschnitt ferner einen weiteren Mantel aus dem zweiten Material umfasst, welcher gegen eine gegenüberliegende zweite Seite der Verlängerung oder alternativ eine Plattierung platziert ist, wobei der Mantel zwischen der Plattierung und der Verlängerung innerhalb des ersten Endabschnitts steckt und sich die Plattierung erstreckt, um den Abschnitt, welcher aus dem ersten Material hergestellt ist, zu berühren.
Verfahren zum Bilden einer Sammelschiene, umfassend: Verbinden eines Abschnitts einer ersten Sammelschienenschicht und eines Abschnitts einer zweiten Sammelschienenschicht mit einem entsprechenden ersten Endabschnitt und einem entsprechenden zweiten Endabschnitt, wobei die Abschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht aus einem ersten Material hergestellt sind, wobei der erste und zweite Endabschnitt ein zweites Material einschließen, welches sich vom ersten Material unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend Befestigen des ersten Endabschnitts der ersten und zweiten Sammelschienenschicht an einer ersten Antriebsbatterieklemme und Befestigen des zweiten Endabschnitts der ersten und zweiten Sammelschienenschicht an einer zweiten Antriebsbatterieklemme und optional umfassend Biegen der ersten und zweiten Schicht, sodass sich die erste und zweite Schicht nicht linear von der ersten Antriebsbatterieklemme zur zweiten Antriebsbatterieklemme erstrecken, und optional wobei die Abschnitte der ersten und zweiten Sammelschienenschicht nach dem Befestigen einander direkt berühren.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend Bedecken mindestens einiger Bereiche des ersten und zweiten Endabschnitts mit einer Lötlegierung und Bedecken mindestens einiger Bereiche der ersten und zweiten Schicht mit einer Polymerbeschichtung.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend Erhöhen einer Länge des Abschnitts durch Anschweißen eines weiteren Abschnitts aus dem ersten Material an den Abschnitt.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend Platzieren eines Mantels aus dem zweiten Material gegen eine erste Seite einer Verlängerung aus dem ersten Material während des Verbindens, wobei sich die Verlängerung von der zweiten der ersten Sammelschienenschicht erstreckt und optional Platzieren eines weiteren Mantels gegen eine gegenüberliegende zweite Seite der Verlängerung während des Verbindens, wobei die Mäntel und die Verlängerung zusammen den ersten Endabschnitt bereitstellen, welcher aus dem zweiten Material hergestellt ist, welches sich vom ersten Material unterscheidet, oder Platzieren einer Plattierung gegen den Mantel, sodass der Mantel zwischen der Plattierung und der Verlängerung innerhalb des ersten Endabschnitts steckt, wobei die Plattierung sich erstreckt, um den Abschnitt der ersten Sammelschienenschicht aus dem ersten Material zu berühren.