DE102018105668A1

DE102018105668A1 - Sammelschienenbaugruppe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug und Verfahren zum Bilden derselben

Info

Publication number: DE102018105668A1
Application number: DE102018105668.0A
Authority: DE
Inventors: Francisco Fernandez-Galindo; Daniel Paul Roberts
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20220045405A1; CN108630872B; US11858363B2; US20180269455A1; US11189887B2; CN108630872A

Abstract

Eine Batteriebaugruppe gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Reihe von Batteriezellen, wobei jede Zelle eine Klemme umfasst, und eine Sammelschienenbaugruppe, die eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente aufweist. Ferner ist jede der Klemmen sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente elektrisch gekoppelt. Ein Verfahren zum Bilden einer Sammelschienenbaugruppe wird ebenfalls offenbart.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sammelschienenbaugruppe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug und betrifft auch ein Verfahren zum Bilden der Sammelschienenbaugruppe.
Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, ist wohlbekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren reduzieren oder vollständig aufheben. Elektrisch betriebene Fahrzeuge sind eine Fahrzeugart, die zu diesem Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrisch betriebene Fahrzeuge von Fahrzeugen mit herkömmlichen Motoren dadurch, dass sie selektiv durch batteriebetriebene Elektromaschinen angetrieben werden. Dagegen sind Fahrzeuge mit herkömmlichen Motoren ausschließlich von einem Verbrennungsmotor abhängig, um das Fahrzeug fortzubewegen.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge umfassen eine oder mehrere Hochspannungs-Batteriebaugruppen, die jeweils eine Anzahl von Batteriezellen umfassen. Die diversen Zellen sind durch eine Vielzahl von Sammelschienen verbunden. Insbesondere werden die Sammelschienen verwendet, um Strom von den Klemmen einer Zelle zur anderen zu führen. Typischerweise wird eine einteilige Sammelschiene verwendet, um die Klemmen einer Vielzahl von Zellen zu verbinden.
KURZDARSTELLUNG
Eine Batteriebaugruppe gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Reihe von Batteriezellen, wobei jede Zelle eine Klemme umfasst, und eine Sammelschienenbaugruppe, die eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente aufweist. Ferner ist jede der Klemmen sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente elektrisch gekoppelt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorstehenden Batteriebaugruppe ist jede Klemme elektrisch mit einem Flachstecker gekoppelt, und jeder Flachstecker ist sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente verbunden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen umfasst jede von der ersten Sammelschienenkomponente und der zweiten Sammelschienenkomponente einen Träger und eine Vielzahl von Zuleitungen, die von dem Träger vorstehen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen ist jede Zuleitung der ersten Sammelschienenkomponente durch einen jeweiligen der Flachstecker mit einer entsprechenden Zuleitung der zweiten Sammelschienenkomponente verbunden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen sind die Flachstecker an die Zuleitungen der ersten Sammelschienenkomponente und der zweiten Sammelschienenkomponente angeschweißt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen sind die Zuleitungen der ersten Sammelschienenkomponente von den Zuleitungen der zweiten Sammelschienenkomponente beabstandet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen sind die Träger der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten zueinander parallel.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen stehen die Zuleitungen der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten im Wesentlichen von einem jeweiligen Träger rechtwinklig vor.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen sind die Zuleitungen der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten im Verhältnis zu einer Länge der Batteriebaugruppe im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen steht jeder der Flachstecker von einer Seite der Reihe von Batteriezellen nach außen vor.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen ist jeder der Flachstecker zwischen einer geraden Position und einer gebogenen Position bewegbar, und jede Flachstecker verbindet die erste Sammelschienenkomponente mit der zweiten Sammelschienenkomponente, wenn er sich in der gebogenen Position befindet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen stehen die Flachstecker durch Fenster zwischen nebeneinanderliegenden Zuleitungen hindurch vor, wenn sie sich in der geraden Position befinden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen umfasst die Sammelschienenbaugruppe einen elektrischen Eingang und einen elektrischen Ausgang, wobei sich einer von dem elektrischen Eingang und dem elektrischen Ausgang an der ersten Sammelschienenkomponente befindet und sich der andere von dem elektrischen Eingang und dem elektrischen Ausgang an der zweiten Sammelschienenkomponente befindet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen umfasst die Baugruppe ferner einen Rahmen, der konfiguriert ist, um die erste Sammelschienenkomponente und die zweite Sammelschienenkomponente im Verhältnis zu der Batteriereihe zu halten, wobei der Rahmen eine Basis und freitragende Arme, die von der Basis vorstehen, aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Sammelschienenbaugruppe gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem das Bilden einer ersten Sammelschienenkomponente und einer zweiten Sammelschienenkomponente aus einem Materialrohling.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens werden die erste Sammelschienenkomponente und die zweite Sammelschienenkomponente unter Verwendung eines einzigen Schneidprozesses gebildet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst der Schritt des Bildens das Zuschneiden des Materialrohlings beginnend an einer ersten Umfangskante des Rohlings und endend an einer zweiten Umfangskante des Rohlings gegenüber der ersten Umfangskante.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst der Schritt des Bildens das Ausschneiden eines Schlangenlinienmusters in dem Rohling zwischen der ersten Umfangskante und der zweiten Umfangskante.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Schlangenlinienmuster eine Vielzahl von rechtwinkligen Biegungen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren weist die erste Sammelschienenkomponente im Wesentlichen die gleiche Größe und Form wie die zweite Sammelschienenkomponente auf.
Figurenliste
Es zeigen:

1 schematisch einen Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
2 schematisch eine Batteriebaugruppe eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
3 eine beispielhafte Sammelschienenbaugruppe, die eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente umfasst.
4 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Rahmens zum Anbringen der Sammelschienenbaugruppe an einer Batteriereihe.
5 die beispielhafte Sammelschienenbaugruppe, die im Verhältnis zu einer Vielzahl von Flachsteckern eingerichtet ist.
6 einen Materialrohling, aus dem die Sammelschienenbaugruppe bei einem Beispiel gebildet wird.
7 den Rohling aus Rohmaterial und einen beispielhaften Schneidweg.
8 den Rohling aus Rohmaterial, nachdem ein Schneidprozess fertiggestellt ist.
9 eine Gegenüberstellung einer Sammelschiene, die unter Verwendung eines bekannten Prozesses gebildet wird, mit dem offenbarten Prozess.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sammelschienenbaugruppe für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug und betrifft auch ein Verfahren zum Bilden der Sammelschienenbaugruppe. In der vorliegenden Offenbarung weist die Sammelschienenbaugruppe eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente auf. Wenn die Sammelschienenbaugruppe in einer Batteriebaugruppe verwendet wird, sind die Klemmen einer Vielzahl von Batteriezellen sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente elektrisch gekoppelt. Unter anderen Vorteilen wird die offenbarte Sammelschienenbaugruppe auf eine Art und Weise gebildet, die den Materialabfall im Verhältnis zum Stand der Technik erheblich reduziert, wodurch sich wiederum die Kosten reduzieren. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Paragrafen der vorliegenden ausführlichen Beschreibung ausführlicher besprochen.
1 bildet schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 12 ab. Obwohl es als Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs eingeschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge beziehen können, wozu ohne Einschränkung Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) gehören.
Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverteiltes Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem umfasst eine Kombination eines Verbrennungsmotors 14 und eines Generators 18 (d.h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem umfasst mindestens einen Motor 22 (d.h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und eine Batteriebaugruppe 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Die ersten und zweiten Antriebssysteme generieren ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 anzutreiben. Obwohl eine leistungsverteilte Konfiguration gezeigt wird, betrifft die vorliegende Offenbarung auch ein beliebiges hybrides oder elektrisches Fahrzeug, wozu Vollhybride, Parallelhybride, Serienhybride, Mildhybride oder Mikrohybride gehören.
Der Verbrennungsmotor 14, der bei einer Ausführungsform eine Brennkraftmaschine ist, und der Generator 18 können über eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa ein Planetengetriebe, verbunden sein. Natürlich können andersartige Leistungsübertragungseinheiten, wozu andere Sammelgetriebe und Getriebe gehören, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 umfasst.
Der Generator 18 kann durch den Verbrennungsmotor 14 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Motor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Verbrennungsmotor 14 betriebsmäßig verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 durch den Generator 18 geregelt werden.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann ein Sammelgetriebe umfassen, das eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Es können auch andere Leistungsübertragungseinheiten geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 auf ein Differential 48, um den Fahrzeugantriebsrädern 28 letztendlich Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern umfassen, welche die Übertragung eines Drehmoments auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit einer Achse 50 über das Differential 48 mechanisch gekoppelt, um ein Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 kann auch verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er ein Drehmoment an eine Welle 52 ausgibt, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform kooperieren der Motor 22 und der Generator 18 als Teil einer Rückgewinnungsbremsanlage, bei der sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren verwendet werden können, um ein Drehmoment auszugeben. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an die Batteriebaugruppe 24 ausgeben.
Die Batteriebaugruppe 24 ist eine beispielhafte elektrisch betriebene Fahrzeugbatterie. Die Batteriebaugruppe 24 kann eine Hochspannungs-Traktionsbatteriegruppe sein, die eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 (d.h. Batteriereihen oder Gruppierungen von Batteriezellen) umfasst, die in der Lage sind, elektrische Energie auszugeben, um den Motor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Lasten des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 zu betätigen. Andersartige Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgangsvorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 mit elektrischer Energie zu versorgen.
Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug- (EV) Modus funktionieren, in dem der Motor 22 (im Allgemeinen ohne Unterstützung von dem Verbrennungsmotor 14) zur Fahrzeugfortbewegung verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bis zu seiner maximal zulässigen Entladungsrate unter gewissen Fahrmustern/Fahrzyklen abgebaut wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines ladungsabbauenden Betriebsmodus für das elektrisch betriebene Fahrzeug 12. Im EV-Modus kann der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter Umständen zunehmen, beispielsweise auf Grund einer Rückgewinnungsbremsperiode. Der Verbrennungsmotor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen AUS, könnte jedoch bei Bedarf basierend auf einem Fahrzeugsystemzustand oder mit Erlaubnis des Bedieners betätigt werden.
Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann zudem in einem Hybrid- (HEV) Modus funktionieren, in dem der Verbrennungsmotor 14 und der Motor 22 beide zur Fahrzeugfortbewegung verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel eines ladungserhaltenden Betriebsmodus für das elektrisch betriebene Fahrzeug 12. Im HEV-Modus kann das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 die Fortbewegungsnutzung des Motors 22 reduzieren, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder ungefähr konstanten Pegel zu halten, indem es die Fortbewegungsnutzung des Verbrennungsmotors 14 erhöht. Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 kann im Umfang der vorliegenden Offenbarung zusätzlich zu den EV- und HEV-Modi in anderen Betriebsmodi betätigt werden.
2 bildet eine Batteriebaugruppe 54 ab, die in ein elektrisch betriebenes Fahrzeug integriert werden kann. Beispielsweise könnte die Batteriebaugruppe 54 in dem elektrisch betriebenen Fahrzeug 12 aus 1 verwendet werden. Die Batteriebaugruppe 54 umfasst eine oder mehrere Batteriereihen, die als Gruppierungen von Batteriezellen beschrieben werden können, um den diversen Fahrzeugkomponenten elektrische Energie bereitzustellen. Bei diesem Beispiel umfasst die Batteriebaugruppe 54 eine einzige Batteriereihe 56. Es versteht sich jedoch, dass die Batteriebaugruppe 54 mehrere Batteriereihen umfassen könnte.
Die Batteriereihe 56 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 58, die entlang einer Länge L der Batteriereihe 56 nebeneinander gestapelt sind. Bei einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 58 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Alternativ könnten jedoch Batteriezellen, die andere Geometrien (zylindrisch, beutelförmig usw.) und/oder andere Zusammensetzungen (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) aufweisen, im Umfang der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Die Batteriereihe 56 kann eingerichtet sein, um die Batteriezellen 58 wie gewünscht zu verbinden. Bei einem Beispiel sind einige der Batteriezellen 58 parallel geschaltet, während gewisse andere in Reihe geschaltet sind. Bei anderen Beispielen sind alle Batteriezellen 58 parallel geschaltet.
Bei der vorliegenden Offenbarung sind die Batteriezellen 58 unter Verwendung von Sammelschienenbaugruppen verbunden. Die Sammelschienenbaugruppen führen Strom von einer Batteriezelle 58 zur anderen. Insbesondere umfassen Batteriezellen 58 jeweils zwei elektrische Klemmen - eine positive Klemme und eine negative Klemme - die mit man unter Verwendung von Sammelschienenbaugruppen verbinden kann. In der vorliegenden Offenbarung umfassen die Batteriezellen 58 jeweils mindestens einen Flachstecker 60, der von einer Seite der Batteriereihe 56 vorsteht. Bei einem bestimmten Beispiel umfassen die Batteriezellen 58 jeweils zwei Flachstecker 60, die von gegenüberliegenden Seiten der Batteriereihe 56 vorstehen, wobei ein Flachstecker mit einer negativen Klemme der Zelle elektrisch gekoppelt ist und der andere Flachstecker mit der positiven Klemme der Zelle elektrisch gekoppelt ist. In dieser Hinsicht können die Flachstecker 60 Teil der Batteriezellen 58 sein und können als Zellenflachstecker bezeichnet werden. Bei anderen Beispielen kann jeder Flachstecker 60 mit ähnlich geladenen Klemmen (z.B. beide negativ oder beide positiv) von mehr als einer Zelle verbunden sein.
3 bildet eine beispielhafte Sammelschienenbaugruppe 62 gemäß der vorliegenden Offenbarung ab. Zur einfachen Bezugnahme bildet 3 die Sammelschienenbaugruppe 62 ab, wie sie bei einem Beispiel an der Seite der Batteriereihe 56 montiert wäre, ohne die Einzelheiten der Batteriereihe 56 abzubilden. Die Längen- L und Höhen- H Richtungen der Batteriereihe 56 sind in 3 zur Information gezeigt. Es versteht sich, dass je nach der bestimmten Anwendung eine oder mehrere Sammelschienenbaugruppen 62 an jeder Seite der Batteriereihe 56 montiert sein kann bzw. können.
Die Sammelschienenbaugruppe 62 umfasst eine erste Sammelschienenkomponente 64 und eine zweite Sammelschienenkomponente 66. Im Gebrauch sind die Klemmen einer Vielzahl von Batteriezellen 58 sowohl mit den ersten als auch mit den zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 elektrisch gekoppelt. Die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 werden aus einem leitenden Material, wie etwa Kupfer, oder aus anderen geeigneten leitenden Materialien, wie etwa Bimetallen, hergestellt und können Strom von den Batteriezellen 58 führen und ihn auf die ganze Batteriereihe 56 verteilen.
Weiter mit Bezug auf 3 umfasst die erste Sammelschienenkomponente 64 einen Träger 68 und eine Vielzahl von Zuleitungen 70, die von dem Träger 68 vorstehen. Die zweite Sammelschienenkomponente 66 ist bei diesem Beispiel im Wesentlichen ebenso dimensioniert und gestaltet wie die erste Sammelschienenkomponente 64 und umfasst auch einen Träger 72 und eine Vielzahl von Zuleitungen 74, die von dem Träger 72 vorstehen. Bei diesem Beispiel sind die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 dazu gedacht, identisch dimensioniert zu sein, der Ausdruck „im Wesentlichen gleich dimensioniert und gestaltet“ wird jedoch in dieser Hinsicht verwendet, um Ungenauigkeiten bei der Herstellung zu berücksichtigen. Ferner gibt es bei diesem Beispiel sechs Zuleitungen 70, 74, die von den Trägern 68, 72 vorstehen, es versteht sich jedoch, dass die Menge der Zuleitungen in Abhängigkeit von der Batteriereihenkonfiguration und der Anzahl von Batteriezellen 58 variieren kann.
Bei einem Beispiel erstrecken sich die Träger 68, 72 entlang einer Seite der Batteriereihe 56 in einer Richtung parallel zu der Länge L der Batteriereihe 56. Die Träger 68, 72 weisen eine Länge L₁ und eine Breite W₁ auf (die nur mit Bezug auf den Träger 68 gekennzeichnet sind). Wenn er an der Batteriereihe 56 montiert ist, ist die Länge L₁ parallel zu der Länge L.
Die Zuleitungen 70, 74 stehen von einem jeweiligen Träger 68, 72 um eine Länge L₂ vor, und jede Zuleitung 70, 74 weist eine Breite W₂ auf (die nur mit Bezug auf eine der Zuleitungen 70 gekennzeichnet ist). Die Zuleitungen 70, 74 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und sind bei diesem Beispiel um eine Breite W₃ voneinander beabstandet. Bei diesem Beispiel ist die Breite W₃ im Wesentlichen gleich der Breite W₂. Wenn sie an der Batteriereihe 56 montiert sind, sind die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 derart eingerichtet, dass die Zuleitungen 70, 74 einander gegenüberstehen, und dass die Zuleitungen 70, 74 im Verhältnis zur Länge L der Batteriereihe 56 im Wesentlichen ausgerichtet sind.
Bei einem Beispiel ist der Träger 68 der ersten Sammelschienenkomponente 64 über den Flachsteckern 60 positioniert, und zwar mit Bezug auf die Höhe H der Batteriereihe an einer ersten Stelle 76 (2), und der Träger 72 der zweiten Sammelschienenkomponente 66 ist unter den Flachsteckern 60 an einer zweiten Stelle 78 positioniert (2). Somit sind die Träger 68, 72 der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 parallel zueinander. Die ausgerichteten Zuleitungen 70, 74 definieren Fenster 80 zwischen nebeneinanderliegenden Zuleitungen 70, 74. Die Fenster 80 haben eine Breite W₃ und eine Länge, die im Wesentlichen gleich zweimal L₂ sind. Bei diesem Beispiel sind die Enden 82, 84 der Zuleitungen 70, 74 um eine relativ kleine Lücke voneinander beabstandet, so dass kein Strom zwischen den Zuleitungen 70, 74 fließt, bis sie durch einen Flachstecker 60 verbunden werden. Wie es nachstehend besprochen wird, ermöglichen die Fenster 80 die Anbringung der Flachstecker 60 an der Sammelschienenbaugruppe 62.
Bei einem Beispiel sind die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 an der Seite der Batteriereihe 56 durch einen Rahmen montiert. 4 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Rahmens 86. Bei diesem Beispiel umfasst der Rahmen 86 eine Basis 88 und freitragende Arme 90, die von gegenüberliegenden Seiten der Basis 88 vorstehen. Der Rahmen 86 umfasst eine Vertiefung 92 zwischen den freitragenden Armen 90. Eine Breite der freitragenden Arme 90 ist von der Basis 88 entfernt am dicksten, so dass die Vertiefung 92 neben der Basis 88 am breitesten ist. Im Gebrauch wird eine von den ersten oder zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 gegen die freitragenden Arme 90 geschoben, was die freitragenden Arme 90 auseinanderdrängt. Die Sammelschienenkomponente liegt dann auf der Basis 88 am breitesten Teil der Vertiefung 92 an. Wenn die Sammelschienenkomponente an der Basis 88 anliegt, werden die freitragenden Arme 90 nach hinten aufeinander zu vorgespannt und halten die Position der Sammelschienenkomponente. Obwohl 4 eine beispielhafte Art von Verbindungsrahmen zeigt, versteht es sich, dass andersartige Verbindungen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
5 bildet ab, wie die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 mit den Batteriezellen 58 mechanisch und elektrisch gekoppelt werden können. In 5 sind die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 ebenso wie in 3 eingerichtet. 5 zeigt auf schematischer Ebene die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66, wie sie auf der Seite der Batteriereihe 56 eingerichtet wären, und zeigt insbesondere die Flachstecker 60, die durch die Fenster 80 hindurch vorstehen.
Bei diesem Beispiel ist jeder der Flachstecker 60 bewegbar und ist insbesondere zwischen einer geraden Position und einer gebogenen Position biegbar. In 5 gibt es vier Flachstecker 60, die durch jeweilige Fenster hindurch in einer geraden Position vorstehen, und einen Flachstecker 60A, der in eine gebogene Position gebogen wurde. In der gebogenen Position steht der Flachstecker 60A in direktem Kontakt sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente 64 als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente 66. Insbesondere steht der Flachstecker 60A in direktem Kontakt mit einer der Zuleitungen 70 und einer entsprechenden der Zuleitungen 74. Um den Flachstecker 60A an der Sammelschienenbaugruppe 62 anzubringen, wird der Flachstecker 60A bei einem Beispiel an die Zuleitungen 70, 74 angeschweißt. Eine Schweißstelle ist bei 94 in 5 dargestellt. Obwohl sich in 5 nur ein Flachstecker 60A in der gebogenen Position befindet, wäre jeder der Flachstecker 60 gebogen und an jeweiligen Exemplaren der Zuleitungen 70, 74 ähnlich angebracht. Obwohl hier das Schweißen erwähnt wird, versteht es sich, dass andere Anbringungstechniken in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Wenn alle Flachstecker mit den entsprechenden Zuleitungen 70, 74 verbunden sind, wird der Strom aus den Batteriezellen 58 auf die gesamte Batteriereihe verteilt. Bei einem Beispiel umfasst die Sammelschienenbaugruppe 62 einen elektrischen Eingang 96 und einen elektrischen Ausgang 98. Bei diesem Beispiel befindet sich der elektrische Eingang 96 an der ersten Sammelschienenkomponente 64, und der elektrische Ausgang 98 befindet sich an der zweiten Sammelschienenkomponente 66, obwohl das Gegenteil der Fall sein könnte. Ferner könnten bei einer anderen Einrichtung der elektrische Eingang und der elektrische Ausgang 96, 98 auf der gleichen von der ersten oder zweiten Sammelschienenkomponente 64, 66 bereitgestellt werden. Auf jeden Fall werden der elektrische Eingang und der elektrische Ausgang 96, 98 verwendet, um die Sammelschienenbaugruppe 62 mit anderen Sammelschienenbaugruppen in der Batteriereihe 56 elektrisch zu koppeln, beispielsweise in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung. Zudem könnte der elektrische Eingang 96 ein elektrischer Haupteingang für die Batteriezelle sein, was bedeutet, dass der Eingang der positivste oder negativste Teil der Reihe wäre. Ebenso könnte der elektrische Ausgang 98 ein elektrischer Hauptausgang für die Batteriezelle sein. Bei anderen Beispielen, bei denen es mehr als eine Sammelschienenbaugruppe 62 auf jeder Seite der Batteriereihe gibt, sind die elektrischen Ein- und Ausgänge 96, 98 Zwischeneingänge und Zwischenausgänge.
In der vorliegenden Offenbarung ist die Sammelschienenbaugruppe 62 eine zweiteilige Baugruppe und besteht nur aus der ersten Sammelschienenkomponente 64 und der zweiten Sammelschienenkomponente 66. Dadurch dass die Sammelschienenbaugruppe 62 als zweiteilige Baugruppe bereitgestellt wird, verbessert sich die Herstellbarkeit, und der Materialabfall wird im Verhältnis zu früheren Techniken erheblich reduziert. Die Reduzierung des Materialabfalls wird mit Bezug auf das Verfahren zum Bilden der Sammelschienenbaugruppe 62 verständlich werden, das nun beschrieben wird.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sammelschienenbaugruppe, die eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente aufweist, aus einem Rohling aus Rohmaterial. Bei einem bestimmten Beispiel werden die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten unter Verwendung eines einzigen Schneidschritts gebildet.
6 bildet einen beispielhaften Rohling 100 von Material zum Bilden der Sammelschienenbaugruppe 62 ab. Bei einem Beispiel ist der Rohling 100 ein einziges Stück aus leitendem Material, wie etwa Kupfer, obwohl andere leitende Materialien verwendet werden können. Bei diesem Beispiel ist der Rohling 100 rechteckig. Der Rohling 100 weist eine Breite X und eine Höhe Y auf. Bei einem Beispiel ist die Breite X gleich L₂ plus zweimal W₁, und die Höhe Y ist gleich L₁ plus W₂.
Mit Bezug auf 7 werden die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 durch Zuschneiden des Rohlings 100 gebildet, beginnend an einer ersten Umfangskante 102 des Rohlings und endend an einer zweiten Umfangskante 104 des Rohlings gegenüber der ersten Umfangskante 102. Bei diesem Beispiel ist eine Schneidbahn bei 106 abgebildet. Der Rohling 100 wird bei einem Beispiel entlang der Schneidbahn 106 unter Verwendung eines Laserschneidprozesses zugeschnitten, obwohl es sich versteht, dass andere Herstellungsprozesse in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Bei diesem Beispiel ist die Schneidbahn 106 im Allgemeinen ein Schlangenlinienmuster zwischen der ersten Umfangskante 102 und der zweiten Umfangskante 104. Das Schlangenlinienmuster entspricht der Form der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 (in 7 zur Information gekennzeichnet). Das Schlangenlinienmuster ermöglicht es, die ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten 64, 66 aus einem einzigen Rohling 100 von Material durch einen einzigen Schneidschritt herzustellen.
Die Schneidbahn 106 umfasst bei diesem Beispiel eine Vielzahl von rechtwinkligen Biegungen (z.B. Neunzig-Grad-Biegungen). Bei einem bestimmten Beispiel beginnt die Schneidbahn 106 an der ersten Umfangskante 102 und erstreckt sich anfänglich in den Rohling 100 in einer ersten Richtung, die zu der ersten Umfangskante 102 rechtwinklig ist, um einen Abstand gleich W₂, wie an dem Liniensegment 106A dargestellt. Die Schneidbahn 106 schlägt dann eine rechtwinklige Biegung ein und begibt sich in eine zweite Richtung um einen Abstand gleich L₂, wie an dem Liniensegment 106B dargestellt. Die Schneidbahn 106 schlägt dann eine rechtwinklige Biegung zurück in die erste Richtung ein und legt eine Strecke gleich W₂ zurück, wie an dem Liniensegment 106C dargestellt. Die Schneidbahn schlägt dann eine andere rechtwinklige Biegung ein und verläuft in einer dritten Richtung gegenüber der zweiten Richtung um einen Abstand gleich L₂, wie an dem Liniensegment 106D dargestellt. Die Schneidbahn 106 fährt auf diese Art und Weise fort, bis sie die zweite Umfangskante 104 erreicht.
Dadurch dass die in 7 gezeigte Schneidbahn 106 befolgt wird, wird der Materialabfall erheblich reduziert, und insbesondere wird kein Material zwischen den Zuleitungen 70, 74 verschwendet. Beispielsweise sind, wenn die Schneidbahn 106 aus 7 befolgt wird, die einzigen Abfälle zwei relativ kleine Stücke 108, 110. Die Stücke 108, 110 haben eine Länge gleich W₁ und eine Breite gleich W₂. Nachdem die Stücke 108, 110 entfernt wurden, wird das Ergebnis des Schneidprozesses in 8 gezeigt.
9 ist ein maßstabsgetreuer Vergleich einer bekannten einteiligen Sammelschiene, die unter Verwendung einer existierenden Technik gebildet wird, mit der Sammelschienenbaugruppe, die unter Verwendung des offenbarten Prozesses gebildet wird. Eine beispielhafte bekannte Sammelschiene wird bei 112 gezeigt. Die Sammelschiene 112 weist eine Breite X₁ und eine Höhe Y auf. Die Höhe Y ist ungefähr die gleiche wie die Höhe des Rohlings 100 der vorliegenden Offenbarung, doch die Breite X₁ ist etwa doppelt so groß wie die Breite X des Rohlings 100. Somit wird die Sammelschiene 112 unter Verwendung eines wesentlich größeren Materialstücks als die offenbarte Sammelschienenbaugruppe 62 gebildet.
Ferner wird die Sammelschiene 112 aus einem einzigen Materialstück gebildet, indem Fenster 114 aus der Mitte des Materials entfernt werden. Die Fenster 114 sind somit in 9 als „Abfallmaterial“ gekennzeichnet. Dagegen sind die Stücke 108, 110 (in 9 zur Information als „Abfall“ gekennzeichnet) das einzige Abfallmaterial des offenbarten Prozesses, und die Stücke 108, 110 sind im Vergleich zu den Fenstern 114 relativ klein. Es sei zu beachten, dass die Fenster 114 im Wesentlichen wie die Fenster 80 dimensioniert sind, wohingegen die Stücke 108, 110 viel kleiner sind.
Entsprechend wird durch das Bereitstellen einer mehrteiligen Sammelschienenbaugruppe (z.B. einer zweiteiligen Sammelschienenbaugruppe) im Gegensatz zu einer einteiligen Sammelschiene, die vorliegende Sammelschienenbaugruppe 62 von vorne herein nicht nur aus einem viel kleineren Materialrohling gebildet, sondern während der Herstellung gibt es bei diesem Rohling weniger Abfall. Somit stellt die vorliegende Offenbarung erhebliche Kostenersparnisse im Verhältnis zum Stand der Technik bereit.
Es versteht sich, dass Begriffe, wie etwa „ungefähr“, „im Wesentlichen“ und „im Allgemeinen“ nicht dazu gedacht sind, unbegrenzte Begriffe zu sein, und so auszulegen sind, wie der Fachmann auf diesem Gebiet diese Begriffe auslegen würde.
Obwohl die verschiedenen Beispiele die spezifischen Komponenten aufweisen, die in den Abbildungen gezeigt werden, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen eingeschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von einem der Beispiele in Kombination mit den Merkmalen oder Komponenten von einem anderen der Beispiele zu verwenden.
Der Fachmann wird verstehen, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft und nicht einschränkend sind. D.h. Änderungen der vorliegenden Offenbarung würden in den Umfang der Ansprüche fallen. Entsprechend sind die folgenden Ansprüche durchzulesen, um ihren wahren Umfang und Inhalt zu bestimmen.

Claims

Batteriebaugruppe, umfassend: eine Reihe von Batteriezellen, wobei jede Zelle eine Klemme umfasst; und eine Sammelschienenbaugruppe, die eine erste Sammelschienenkomponente und eine zweite Sammelschienenkomponente aufweist, wobei jede der Klemmen sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente elektrisch gekoppelt ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei jede Klemme mit einem Flachstecker elektrisch gekoppelt ist, und wobei jeder Flachstecker sowohl mit der ersten Sammelschienenkomponente als auch mit der zweiten Sammelschienenkomponente elektrisch gekoppelt ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede von der ersten Sammelschienenkomponente und der zweiten Sammelschienenkomponente einen Träger und eine Vielzahl von Zuleitungen, die von dem Träger vorstehen, umfasst.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 3, wobei jede Zuleitung der ersten Sammelschienenkomponente mit einer entsprechenden Zuleitung der zweiten Sammelschienenkomponente durch einen jeweiligen der Flachstecker verbunden ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 3, wobei die Zuleitungen der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten von einem jeweiligen Träger im Wesentlichen rechtwinklig vorstehen.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 5, wobei die Zuleitungen der ersten und zweiten Sammelschienenkomponenten im Verhältnis zu einer Länge der Batteriebaugruppe im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind.
Batteriebaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei jeder der Flachstecker zwischen einer geraden Position und einer gebogenen Position bewegbar ist, wobei jeder Flachstecker die erste Sammelschienenkomponente mit der zweiten Sammelschienenkomponente verbindet, wenn er sich in der gebogenen Position befindet.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Flachstecker, wenn sie sich in der geraden Position befinden, durch die Fenster zwischen nebeneinanderliegenden Zuleitungen hindurch vorstehen.
Batteriebaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sammelschienenbaugruppe einen elektrischen Eingang und einen elektrischen Ausgang umfasst, wobei sich einer von dem elektrischen Eingang und dem elektrischen Ausgang an der ersten Sammelschienenkomponente befindet und sich der andere von dem elektrischen Eingang und dem elektrischen Ausgang an der zweiten Sammelschienenkomponente befindet.
Batteriebaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend einen Rahmen, der konfiguriert ist, um die erste Sammelschienenkomponente und die zweite Sammelschienenkomponente im Verhältnis zur Batteriereihe zu halten, wobei der Rahmen eine Basis und freitragende Arme, die aus der Basis vorstehen, aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Sammelschienenbaugruppe, umfassend: Bilden einer ersten Sammelschienenkomponente und einer zweiten Sammelschienenkomponente aus einem Materialrohling.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Sammelschienenkomponente und die zweite Sammelschienenkomponente unter Verwendung eines einzigen Schneidprozesses gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt des Bildens das Zuschneiden des Materialrohlings beginnend an einer ersten Umfangskante des Rohlings und endend an einer zweiten Umfangskante des Rohlings gegenüber der ersten Umfangskante umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens das Ausschneiden eines Schlangenlinienmusters in dem Rohling zwischen der ersten Umfangskante und der zweiten Umfangskante umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Schlangenlinienmuster eine Vielzahl von rechtwinkligen Biegungen umfasst.