DE102018119108A1

DE102018119108A1 - Antriebsbatteriebaugruppe mit sammelschienenmodul aus mehreren stücken

Info

Publication number: DE102018119108A1
Application number: DE102018119108.1A
Authority: DE
Inventors: Francisco Fernandez-Galindo; Daniel Paul Roberts; Steven Droste
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-02-07
Also published as: US20190044119A1; US10431803B2; CN109390540A

Abstract

Eine Antriebsbatterie beinhaltet Zellen, die in einem Array gestapelt sind und Klemmen aufweisen, und Endplatten, die das Array zwischen sich halten. Ein Sammelschienenmodul erstreckt sich zwischen den Endplatten und beinhaltet Schlitze und Sammelschienen, die entlang einer Länge des Sammelschienenmoduls verschachtelt sind. Die Klemmen erstrecken sich durch die Schlitze und sind mit den Sammelschienen verbunden. Das Sammelschienenmodul beinhaltet ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Antriebsbatteriebaugruppen für Kraftfahrzeuge und insbesondere Antriebsbatteriebaugruppen mit Sammelschienenmodulen aus mehreren Stücken.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge enthalten eine Antriebsbatteriebaugruppe, die als Energiequelle für das Fahrzeug agiert. Die Antriebsbatterie kann Komponenten und Systeme beinhalten, um das Verwalten von Fahrzeugleistung und -betrieb zu unterstützen. Die Antriebsbatterie kann zudem Hochspannungskomponenten beinhalten und kann ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärmemanagementsystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Antriebsbatterie Zellen, die in einem Array gestapelt sind und Klemmen aufweisen, und Endplatten, die das Array zwischen sich halten. Ein Sammelschienenmodul erstreckt sich zwischen den Endplatten und beinhaltet Schlitze und Sammelschienen, die entlang einer Länge des Sammelschienenmoduls verschachtelt sind. Die Klemmen erstrecken sich durch die Schlitze und sind mit den Sammelschienen verbunden. Das Sammelschienenmodul beinhaltet ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Antriebsbatterie ein Zellenarray mit einem Paar von gegenüberliegenden Klemmenseiten, die eine Klemme jeder Zelle aufweisen, die sich von diesen erstreckt. Endplatten halten das Array zwischen sich. Ein Paar von Sammelschienenmodulen ist jeweils auf einer der Klemmenseiten angeordnet und erstreckt sich zwischen den Endplatten. Jedes Sammelschienenmodul beinhaltet ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Antriebsbatterie Zellen, die in einem Array gestapelt sind und jeweils eine Klemme aufweisen, die sich von einer Klemmenseite des Arrays erstrecken. Endplatten halten das Array zwischen sich. Ein Sammelschienenmodul beinhaltet einen Rahmen, der aus einem Paar von Endstücken und einem Mittelstück besteht, die durch Verbindungsmerkmale miteinander verbunden sind, und auf dem Rahmen gelagerte Sammelschienen. Der Rahmen ist auf der Klemmenseite angeordnet, sodass sich die Klemmen durch den Rahmen erstrecken, um mit den Sammelschienen verbunden zu sein.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebsbatteriebaugruppe.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Kühllamelle, die an einem Batteriezellenrahmen montiert ist.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Zellenarrays der Antriebsbatterie.
6 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Sammelschienenmoduls der Antriebsbatterie mit Verbindungsmerkmalen gemäß einer Ausführungsform.
7 ist eine perspektivische Rückansicht des Sammelschienenmoduls der 6.
8 ist eine Draufsicht auf ein Verbindungsmerkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Antriebsbatterie.
10 ist eine Querschnittsansicht, teilweise von oben, eines Sammelschienenmoduls der Antriebsbatterie der 9.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um die Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können verschiedene mit Bezug auf irgendeine der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Unterschiedliche Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugs (plug-in hybrid-electric vehicle - PHEV). Bestimmte Ausführungsformen können jedoch auch im Kontext von Nicht-Plug-in-Hybridfahrzeugen und vollelektrischen Fahrzeugen umgesetzt werden. Das Fahrzeug 12 umfasst eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator betrieben zu werden. Außerdem kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 18 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile bei der Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem Energie durch regeneratives Bremsen rückgewonnen wird. Die elektrischen Maschinen 14 reduzieren Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, indem sie die Arbeitslast des Motors 18 reduzieren.
Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Antriebsbatterie 24 stellt typischerweise einen Hochspannungsgleichstrom(direct current - DC)-Ausgang aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Antriebsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays beinhalten eine oder mehrere Batteriezellen.
Die Batteriezellen, wie etwa prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Zellenart, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt ermöglicht, dass sich Ionen während der Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während der Aufladung zurückkehren. Klemmen können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle strömt.
Unterschiedliche Batteriepackkonfigurationen können verfügbar sein, um individuellen Fahrzeugvariablen, einschließlich Gehäuseeinschränkungen und Energieanforderungen, zu entsprechen. Die Batteriezellen können mit einem Wärmemanagementsystem wärmereguliert werden. Beispiele der Wärmemanagementsysteme beinhalten: Luftkühlsysteme, Flüssigkeitskühlsysteme und eine Kombination aus Luft- und Flüssigkeitskühlsystemen.
Die Antriebsbatterie 24 kann durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren die Antriebsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Antriebsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 kann elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und kann die Fähigkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann eine typische Antriebsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine Dreiphasenwechselstrom(alternating current - AC)-Spannung erfordern können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie durch die elektrischen Maschinen 14 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Antriebsbatterie 24 erfordert wird. Die Beschreibung hierin gilt gleichermaßen für ein vollelektrisches Fahrzeug. Bei einem vollelektrischen Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebekasten sein, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und der Motor 18 ist nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Antriebsbatterie 24 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Verdichter und elektrische Heizgeräte, können ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungsversorgung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 33 kann mit der Antriebsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Antriebsbatterie 24 fungieren und kann außerdem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladestatus für jede der Batteriezellen verwaltet. Die Antriebsbatterie 24 kann über einen Temperatursensor 31, wie etwa einen Thermistor oder anderen Temperaturanzeiger, verfügen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten in Bezug auf die Antriebsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine mit einer externen Stromquelle 36 verbundene Ladestation aufgeladen werden. Die externe Stromquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die externe Stromquelle 36 kann der EVSE 38 Strom als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann ein beliebiger Typ von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladestation oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Antriebsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die unterschiedlichen erläuterten Komponenten können eine oder mehrere damit verknüpfte Steuerungen umfassen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus, z. B. Controller Area Network (CAN) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren.
Die 2 bis 10 und der zugehörige Text beschreiben Beispiele der Antriebsbatteriebaugruppe 24. Unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beinhaltet eine Antriebsbatteriebaugruppe 50 eine Vielzahl von Batteriezellen 54, die zu einem Batteriearray 52 gestapelt sind. Jede der Batteriezellen 54 kann gegenüberliegende Hauptseiten 56 aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Zellen Pouch-Zellen. Klemmen 60 erstrecken sich von den Nebenseiten 58. Jede Zelle 54 kann zwei Klemmen 60, z. B. einen Pluspol und einen Minuspol, beinhalten, wobei sich der Pluspol und der Minuspol von einer anderen Nebenseite 58 erstrecken. Jede der Zellen 54 kann einen zugehörigen Rahmen 62 und eine zugehörige Kühllamelle 64 beinhalten. Die Kühllamellen 64 sind mit den Batteriezellen 54 so verschachtelt, dass jede Kühllamelle 64 gegen die Hauptseiten 56 eines benachbarten Paars von Batteriezellen 54 angeordnet ist. Die Rahmen 60 lagern die Batteriezellen 54 innerhalb des Arrays 52 und lagern die Kühllamellen 64. Jeder Rahmen 62 kann eine Tasche 66 zum Aufnehmen einer zugehörigen Zelle 54 definieren. Jeder Rahmen 62 kann zudem ein Paar von Klemmenöffnungen 68 beinhalten, die auf der linken und rechten Seite liegen, um zu ermöglichen, dass sich die Klemmen 60 durch den Rahmen 62 erstrecken. Das Array 52 kann zuerst durch Zusammenpacken einer Zelle, einer Lamelle und eines Rahmens zu einer Zellenbaugruppe 69 und dann Stapeln einer gewünschten Menge der Zellenbaugruppen 69 zu einem Array 52 ausgebildet werden. Das Array 52 kann durch ein Paar von Endplatten 70, 72 und Stäbe (nicht gezeigt), die sich durch die Rahmen 62 erstrecken, zusammengehalten werden. Jede Endplatte 70, 72 befindet sich benachbart zu einer Hauptseite 56 der ersten oder letzten Zelle.
Die Antriebsbatterie 50 kann eines oder mehrere der oben beschriebenen Batteriearrays 52 beinhalten, abhängig von den Leistungsanforderungen, Verpackungseinschränkungen, der erwünschten elektrischen Reichweite des Fahrzeugs und anderen Faktoren. Das eine oder die mehreren Batteriearrays 52 werden auf einem Substrat, wie etwa einer Kälteplatte 74, montiert. Die Lamellen 64 sind mit der Kälteplatte 74 in Kontakt, um Wärmeenergie zwischen den Zellen 54 und der Kälteplatte 74 zu übertragen. Die Kälteplatte 74 ist Teil eines Wärmemanagementsystems, das dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch eine Innenstruktur der Kältepatte 74 zirkulieren zu lassen, um die Zellen 54 je nach Wunsch zu erwärmen oder zu kühlen.
Das Batteriearray 52 beinhaltet mindestens eine Klemmenseite, d. h. die Seite(n), von der/denen sich die Klemmen erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Batteriearray 52 ein Paar von gegenüberliegenden Klemmenseiten 76, 78 auf. Die Zellen 54 in jedem Array 52 können in Reihe, parallel oder als eine Kombination daraus verdrahtet sein. Die veranschaulichte Batterie 52 ist in Reihenschaltung gezeigt, wobei die Klemmen 60 auf jeder Klemmenseite 67, 78 entlang einer Länge des Arrays 52 abwechselnd Pluspole und Minuspole sind. Ausgewählte benachbarte Plus- und Minuspole sind miteinander verbunden.
Bezugnehmend auf die 2, 6 und 7 kann ein Sammelschienenmodul 86 verwendet werden, um ausgewählte Klemmen 60 elektrisch zu verbinden. Das Batteriearray 52 kann ein erstes Sammelschienenmodul 86, das gegen die Klemmenseite 76 angeordnet ist, und ein zweites Sammelschienenmodul 88, das gegen die Klemmenseite 78 angeordnet ist, beinhalten. Das Sammelschienenmodul 86 kann einen Rahmen 90 beinhalten, der sich zwischen den gegenüberliegenden Endplatten 70, 72 erstreckt. Der Rahmen 90 kann ein flacher Körper sein, der eine Innenfläche 92, die der Klemmenseite 76 zugewandt ist, eine Außenfläche 94 und Kanten 96, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Flächen 92, 94 erstrecken, aufweist. Der Rahmen 90 kann eine Vielzahl von Schlitzen 98 definieren, die entlang einer Länge des Rahmens 90 verteilt ist. Die Schlitze 98 können in einer Richtung, die senkrecht zu der Länge des Rahmens 90 ist, längsgestreckt sein. Der Rahmen 90 definiert eine Vielzahl von Sammelschienen-Lagerungsträgern 100, die mit den Schlitzen 98 verschachtelt ist. Jeder der Träger 100 lagert eine Sammelschiene 106. Jeder der Träger 100 kann eine Tasche 102 definieren, die dazu konfiguriert ist, eine der Sammelschienen 106 und einen Haltestift 104, der sich von einem unteren Ende des Trägers 100 erstreckt, aufzunehmen. Die Sammelschienen 106 werden jeweils in einer entsprechenden Tasche 102 aufgenommen und definieren ein Loch zum Aufnehmen eines der Haltestifte 104. Ein Kopf der Haltestifte 104 kann durch Wärmekontaktnieten oder Kaltumformung verformt werden, um die Sammelschienen 106 an den Trägern 100 zu sichern. Die oberen Enden der Sammelschienen 106 können sich durch Löcher 107 erstrecken, wodurch ermöglicht wird, dass das obere Ende mit einer Leiterplatte, die auf der Innenfläche 92 des Sammelschienenmoduls 86 angeordnet ist, in elektrischem Kontakt ist.
Die Klemmen 60 erstrecken sich durch die Schlitze 98 und sind über eine entsprechende der Sammelschienen 106 gefaltet. Das Array 52 kann so gestaltet sein, dass sich ein Pluspol und ein Minuspol durch jeden der Schlitze 98 erstrecken. Die Innenfläche 92 kann Führungen 109 definieren, die die Klemmen 60 in den gewünschten Schlitz 98 führen, wenn das Sammelschienenmodul 86 auf dem Array 52 installiert wird. Diese Paare aus Pluspolen und Minuspolen werden dann an einer entsprechenden der Sammelschienen 106 und aneinander mittels Laserschweißen oder einer anderen auf dem Gebiet bekannten Weise befestigt. Das zweite Sammelschienenmodul 88 kann ebenfalls die oben beschriebene Struktur beinhalten.
Das erste Sammelschienenmodul 86 kann zudem eine positive Ausgangsklemme 108 und eine negative Ausgangsklemme 110 beinhalten. Diese Klemmen können elektrisch mit anderen Arrays der Antriebsbatteriebaugruppe 50 verbunden sein oder können die Ausgangsklemmen der Antriebsbatterie 50 sein. Eine Sammelschiene 114 der negativen Ausgangsklemme verbindet den Minuspol 110 mit dem Array 52. Die Sammelschiene 114 beinhaltet einen schmalen Abschnitt 116, der mit dem ersten Träger 118 verbunden ist, und einen breiteren Abschnitt 120, der an dem Minuspol 110 gesichert ist. Der Minuspol 121 der ersten Zelle ist elektrisch mit dem schmalen Abschnitt 116 verbunden. Der breitere Abschnitt 120 kann ein Loch definieren, das die Klemme 110 durch dieses aufnimmt. Eine Sammelschiene 112 der positiven Ausgangsklemme verbindet den Pluspol 108 mit dem Array 52. Die Sammelschiene 112 beinhaltet einen schmalen Abschnitt 122, der mit dem letzten Träger 124 verbunden ist, und einen breiteren Abschnitt 126, der an dem Pluspol 108 gesichert ist. Der Pluspol 123 der letzten Zelle ist elektrisch mit dem schmalen Abschnitt 122 verbunden. Der breitere Abschnitt 126 kann ein Loch definieren, das die Klemme 108 durch dieses aufnimmt.
Wie oben angemerkt, kann die Antriebsbatteriebaugruppe 50 mehrere Batteriearrays 52 beinhalten. In vielen Fällen verursachen Verpackungseinschränkungen, dass die Anzahl der Zellen 54 in jedem der Arrays 52 unterschiedlich ist. Zum Beispiel kann die Antriebsbatterie 50 drei Arrays beinhalten, wobei zwei der Arrays 24 Zellen aufweisen und eines der Arrays 32 Zellen aufweist. Die Zellenbaugruppen 69 können modular sein und somit ist jedes der Arrays nahezu gleich, mit Ausnahme der Anzahl der zusammengestapelten Zellenbaugruppen. Dadurch, dass die Zellenbaugruppen 69 modular gefertigt sind, können Werkzeugkosten reduziert werden. Die Werkzeugkosten können weiter reduziert werden, indem andere Komponenten der Batterie 50, wie etwa die Sammelschienenmodule 86, 88, modular gefertigt werden. Die Länge der Sammelschienenmodule 86 ist durch die Anzahl der Zellen 54 in dem Array vorgegeben. Somit müssen die Sammelschienenmodule für ein 32-Zellen-Array länger sein als die Sammelschienenmodule für ein 24-Zellen-Array. Wenn die Rahmen 90 als ein Einzelstück ausgebildet sind, passt jeder Rahmen nur zu einem Array, das eine konkrete Anzahl von Zellen aufweist. Falls die Rahmen 90 andererseits aus vielen modularen Stücken ausgebildet sind, können zumindest einige der Stücke bei Arrays mit verschiedenen Längen verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 6 besteht das erste Sammelschienenmodul 86 in der veranschaulichten Ausführungsform aus einem Paar von Endstücken 130, 131 und einem Mittelstück 132, die durch Verbindungsmerkmale 134 miteinander verbunden sind.
Benachbarte Stücke können durch ein Paar von Verbindungsmerkmalen miteinander verbunden sein, wobei eines nahe der Oberseite und ein anderes nahe der Unterseite liegt. Natürlich kann die Anzahl der Verbindungsmerkmale erhöht oder verringert werden und kann die Lage abhängig von konkreten Gestaltungsnotwendigkeiten verändert werden. Die Endstücke 130, 131 sind modular und können bei Arrays mit verschiedenen Längen verwendet werden. Das Mittelstück 132 kann weniger modular sein, so dass das Mittelstück 132 eventuell nur zu Arrays mit einer festgelegten Länge passt.
Der oben beschriebene dreistückige Rahmen reduziert die Anzahl der erforderlichen Verbindungsmerkmale 134, reduziert aber auch die Modularität des Mittelstücks 132. Anstatt ein einzelnes Mittelstück aufzuweisen, kann der Rahmen 90 mehrere Mittelstücke mit einer festgelegten Länge beinhalten. Zum Beispiel kann jedes der Mittelstücke vier Zellen überspannen. Die Arrays können dann ausgelegt sein, um eine Zellenlänge mit Mehrfachen von vier aufzuweisen. In dieser Ausführungsform wären die Mittelstücke modular. In anderen Ausführungsformen könnten die Rahmen ausgelegt sein, um mehrere Mittelstücke aufzuweisen, von denen einige modular sind und einige speziell nur für diese konkrete Arraylänge sind.
Jedes der Verbindungsmerkmale 134 kann einen Vorsprung, der an einem der benachbarten Stücke ausgebildet ist, und eine Aufnahme, die an dem anderen der benachbarten Stücke ausgebildet ist, beinhalten. Zum Beispiel kann ein Verbindungsmerkmal 134A einen Vorsprung 136, der sich von einer Innenkante 140 des Endstücks 130 erstreckt, und eine Aufnahme 138, die in einer erste Kante 142 des Mittelstücks 132 ausgespart ist, beinhalten. Der Vorsprung 136 kann ein Halsstück 150, das sich von der Kante 140 erstreckt, und einen Kopf 146, der an einem distalen Ende des Halsstücks angeordnet ist, beinhalten. Der Kopf 146 kann ein Paar von Widerhaken 148 beinhalten, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Halsstück 150 erstrecken. Die Aufnahme 138 ist im Wesentlichen geformt, um mit dem Vorsprung 136 zusammenzupassen, und beinhaltet ein Paar von Anlageflächen 152, die dazu konfiguriert sind, mit den Widerhaken 148 in Eingriff zu treten, um den Vorsprung 136 in der Aufnahme 138 zu sichern. Ein zweites Verbindungsmerkmal 134B kann sich an einem unteren Abschnitt des Rahmens 90 befinden. Die Verbindungsmerkmale 134A und 134B wirken zusammen, um die Innenkante 140 des Endstücks 130 gegen die erste Kante 142 des Mittelstücks 132 zu sichern. Eine Innenkante 141 des Endstücks 131 kann durch Verbindungsmerkmale 134C und 134D an einer zweiten Kante 144 des Mittelstücks 132 gesichert sein. Diese Verbindungsmerkmale können ebenfalls einen Vorsprung 154 beinhalten, der in einer Aufnahme 156 aufgenommen wird. Die Vorsprünge 154 und die Aufnahmen 156 können ähnlich zu denjenigen sein, die unter Bezugnahme auf die Verbindungsmerkmale 134A und 134B beschrieben wurden. Die veranschaulichten Verbindungsmerkmale 134 können als eine Schwalbenschwanzverbindung bezeichnet werden. Andere Ausführungsformen können andere Arten von Verbindungen nutzen.
8 veranschaulicht eine andere Art von Verbindungsmerkmal, das verwendet werden kann, um die Rahmenstücke aneinander zu sichern. Ein Verbindungsmerkmal 160 kann verwendet werden, um das erste Rahmenstück 162, z. B. ein Endstück, mit einem zweiten Rahmenstück 164, z. B. einem Mittelstück, zu verbinden. Das Verbindungsmerkmal 160 beinhaltet einen Vorsprung 165 mit einer Basis 166, die an einer Außenfläche 168 des ersten Stücks 162 angeordnet ist. Ein Halsstück 170 erstreckt sich von der Basis 166 in Richtung des zweiten Stücks 164. Ein Kopf 172 ist an einem distalen Ende des Halsstücks 170 ausgebildet und beinhaltet einen Widerhaken 174. Das zweite Rahmenstück 164 weist einen Bügel 176 auf, der dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Vorsprungs 165 darin aufzunehmen. Der Bügel 176 ist an einer Außenfläche 178 des zweiten Stücks 164 angeordnet und wirkt mit der Außenfläche 178 zusammen, um eine Öffnung zu definieren, die dazu konfiguriert ist, den Vorsprung 165 aufzunehmen. Der Bügel 176 definiert eine Anlagefläche 180, die dazu konfiguriert ist, mit dem Widerhaken 174 in Eingriff zu treten, um zu verhindern, dass der Kopf 172 von dem Bügel 176 getrennt wird. In anderen Ausführungsform können Schnappverschlüsse, Halterungen, Klebstoff und dergleichen verwendet werden, um die Stücke miteinander zu verbinden.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beinhaltet eine weitere Antriebsbatteriebaugruppe 200 ein Batteriearray 202, das eine Vielzahl von gestapelten Batteriezellen (nicht gezeigt) aufweist. Das Batteriearray 202 kann ähnlich dem Obigen sein und ein Paar von Endplatten 204 und ein Paar von Sammelschienenmodulen 206, das sich zwischen den Endplatten erstreckt, aufweisen. Klemmen 208 der Zellen können sich von Klemmenseiten des Arrays erstrecken und erstrecken sich durch Schlitze, die in den Sammelschienenmodulen 206 definiert sind.
Die Batteriezellen können in Reihe oder parallel verbunden sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein Paar von benachbarten Zellen parallel verbunden und ist dieses Paar von Zellen mit einem benachbarten Paar von Zellen, das parallel verbunden ist, in Reihe verbunden. Sammelschienen 210 verbinden die Zellen des Arrays 202 elektrisch. Eine Sammelschiene 210A kann genutzt werden, um die ersten vier Zellen des Arrays zu verbinden. Die Sammelschiene 210A kann vertikale Abschnitte 212 (größtenteils durch die Zellenklemmen verborgen) und horizontale Abschnitte 214, die die vertikalen Abschnitte 212 miteinander verbinden, beinhalten. Jeder vertikale Abschnitt 212 ist an einer Klemme 208 befestigt. Zum Beispiel sind die Minuspole der ersten und zweiten Zelle an den ersten und zweiten vertikalen Abschnitt lasergeschweißt und ist der Pluspol der dritten und vierten Zelle an den dritten und vierten vertikalen Abschnitt lasergeschweißt. Zusätzliche Sammelschienen, z. B. 210B, verbinden andere Blöcke aus vier Zellen miteinander.
Die Sammelschienen 210 sind auf einem Rahmen 216 des Sammelschienenmoduls 206 gelagert. Der Rahmen 216 definiert Haltestifte 218, die sich von einer Außenfläche des Moduls 206 nach außen erstrecken. Die Sammelschienen 210 definieren entsprechende Löcher 220, die ermöglichen, dass die Sammelschienen 210 auf das Modul 206 gelegt werden können, wobei sich die Haltestifte 218 durch die Löcher 220 erstrecken. Der Kopf der Haltestifte 218 kann durch Wärmekontaktnieten oder Kaltumformung verformt werden, um die Sammelschienen an dem Rahmen 216 zu sichern.
Der Rahmen 216 kann aus vielen Stücken bestehen und beinhaltet mindestens ein Endstück 224 und ein Mittelstück 226. Das Endstück 224 und das Mittelstück 226 können durch die Sammelschiene 210A miteinander verbunden werden, anstatt einen Vorsprung und eine Aufnahme, wie oben beschrieben, zu nutzen. Die horizontalen Abschnitte 214 der Sammelschienen 210 können sich über die Schnittstelle zwischen dem Endstück 224 und dem Mittelstück 226 spannen. Die horizontalen Abschnitte 214 sind mit sowohl dem Endstück 224 als auch dem Mittelstück 226 durch einen oder mehrere der Haltestifte 218 verbunden. Somit dienen die Sammelschienen 210 als Verbindungsmerkmale, um Stücke des Rahmens 216 aneinander zu sichern.
Auch wenn vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, welche durch die Ansprüche umfasst sind. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Worte eher Worte der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden können. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können Folgendes einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, unaufwändige Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Antriebsbatterie, umfassend: Zellen, die in einem Array gestapelt sind und Klemmen aufweisen; Endplatten, die das Array zwischen sich halten; und ein Sammelschienenmodul, das sich zwischen den Endplatten erstreckt und Schlitze und Sammelschienen beinhaltet, die entlang einer Länge des Sammelschienenmoduls verschachtelt sind, wobei sich die Klemmen durch die Schlitze erstrecken und mit den Sammelschienen verbunden sind und das Sammelschienenmodul ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück beinhaltet, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei jedes der Verbindungsmerkmale einen Vorsprung, der an einem der Stücke befestigt ist, und eine Aufnahme, die an dem anderen der Stücke befestigt ist, beinhaltet und der Vorsprung in der Aufnahme angeordnet ist, um die Stücke zusammenzustecken.
Antriebsbatterie nach Anspruch 2, wobei der Vorsprung einen Widerhaken beinhaltet und die Aufnahme eine Anlagefläche definiert, die mit dem Widerhaken in Eingriff treten kann.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei das Sammelschienenmodul ferner mindestens vier Verbindungsmerkmale beinhaltet, wobei jedes der Endstücke durch zwei der vier Verbindungsmerkmale mit dem Mittelstück verbunden ist.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei das Sammelschienenmodul Haltestifte definiert, die sich durch Löcher in den Sammelschienen erstrecken, um die Sammelschienen an dem Sammelschienenmodul zu sichern.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei das Sammelschienenmodul eine Innenfläche, die gegen das Array angeordnet ist, und eine Außenfläche definiert und die Sammelschienen an der Außenfläche angeordnet sind.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Sammelschienenmodul, das an einer Seite des Arrays gegenüber dem Sammelschienenmodul angeordnet ist, das sich zwischen den Endplatten erstreckt und Schlitze und Sammelschienen beinhaltet, die entlang einer Länge des zweiten Sammelschienenmoduls verschachtelt sind, wobei sich Klemmen durch die Schlitze erstrecken und mit den Sammelschienen des zweiten Sammelschienenmoduls verbunden sind und das zweite Sammelschienenmodul ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück beinhaltet, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.
Antriebsbatterie, umfassend: ein Zellenarray mit einem Paar von gegenüberliegenden Klemmenseiten, die eine Klemme jeder Zelle aufweisen, die sich von diesen erstreckt; Endplatten, die das Array zwischen sich halten; und ein Paar von Sammelschienenmodulen, die jeweils auf einer der Klemmenseiten angeordnet sind und sich zwischen den Endplatten erstrecken, wobei jedes Sammelschienenmodul ein Paar von Endstücken und ein Mittelstück beinhaltet, die getrennt ausgebildet und durch Verbindungsmerkmale aneinander gesichert sind.
Antriebsbatterie nach Anspruch 8, wobei jedes der Verbindungsmerkmale einen Vorsprung, der an einem der Stücke befestigt ist, und eine Aufnahme, die an dem anderen der Stücke befestigt ist, beinhaltet und der Vorsprung in die Aufnahme aufgenommen werden kann und dazu konfiguriert ist, mit der Aufnahme zusammengesteckt zu sein.
Antriebsbatterie nach Anspruch 9, wobei der Vorsprung einen Widerhaken beinhaltet und die Aufnahme eine Anlagefläche definiert, die mit dem Widerhaken in Eingriff tritt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 8, wobei jedes der Sammelschienenmodule ein flacher Körper mit gegenüberliegenden Hauptseiten und Kanten, die sich zwischen den Hauptseiten erstrecken, ist und wobei eine erste Kante des Mittelstücks gegen eine Kante von einem der Endstücke angeordnet ist und eine zweite Kante des Mittelstücks gegen eine Kante des anderen der Endstücke angeordnet ist.
Antriebsbatterie nach Anspruch 8, wobei zumindest eines der Sammelschienenmodule ferner eine Sammelschiene beinhaltet, die das Mittelstück und eines der Endstücke überspannt und an dem Mittelstück und dem einen der Endstücke durch Haltestifte, die sich durch in der Sammelschiene definierte Löcher erstrecken, befestigt ist.
Antriebsbatterie, umfassend: Zellen, die in einem Array gestapelt sind und jeweils eine Klemme aufweisen, die sich von einer Klemmenseite des Arrays erstreckt; Endplatten, die das Array zwischen sich halten; und ein Sammelschienenmodul mit einem Rahmen, der aus einem Paar von Endstücken und einem Mittelstück besteht, die durch Verbindungsmerkmale miteinander verbunden sind, und auf dem Rahmen gelagerten Sammelschienen, wobei der Rahmen auf der Klemmenseite angeordnet ist, sodass sich die Klemmen durch den Rahmen erstrecken, um die Sammelschienen zu verbinden.
Antriebsbatterie nach Anspruch 13, wobei jedes der Verbindungsmerkmale einen Vorsprung, der an einem der Stücke befestigt ist, und eine Aufnahme, die an dem anderen der Stücke befestigt ist, beinhaltet und der Vorsprung in die Aufnahme aufgenommen werden kann und dazu konfiguriert ist, mit der Aufnahme zusammengesteckt zu sein.
Antriebsbatterie nach Anspruch 14, wobei der Vorsprung einen Widerhaken beinhaltet und die Aufnahme eine Anlagefläche definiert, die mit dem Widerhaken in Eingriff treten kann.