DE102022208126A1 - Connection system for connecting cylindrical batteries - Google Patents
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Abstract
Verbindungssystem zum Verbinden von Batteriezellen in einem Batteriepaket, das mindestens eine asymmetrische Stromschiene 5 aus einem leitfähigen Material umfasst, wobei die Stromschiene einen ersten Satz von Verbindungselementen 6 umfasst, die mit einer gleichen Anzahl von negativen Polen 3 von Batteriezellen in einem Satz verbunden werden können, und einen zweiten Satz von Verbindungselementen 7, die mit einer gleichen Anzahl von positiven Polen 4 in einem zweiten Satz von Batteriezellen in demselben Satz verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Satz von Verbindungselementen unterschiedlich sind, wobei der erste Satz Kontaktelemente mit einem flachen Bereich 6 umfasst, der mit dem negativen Pol 3 der Batteriezelle verbunden und verschweißt werden kann, und der zweite Satz Kontaktelemente mit einem geprägten Anschluss 7 umfasst, der mit dem positiven Pol der Batteriezelle 1 verbunden und verschweißt werden kann.Connection system for connecting battery cells in a battery pack comprising at least one asymmetric bus bar 5 made of a conductive material, the bus bar comprising a first set of connection elements 6 which can be connected to an equal number of negative poles 3 of battery cells in a set, and a second set of connectors 7 connectable to an equal number of positive poles 4 in a second set of battery cells in the same set, characterized in that the first and second sets of connectors are different, the first set of contact members with a flat area 6 that can be connected and welded to the negative pole 3 of the battery cell, and the second set of contact elements with a stamped terminal 7 that can be connected and welded to the positive pole of the battery cell 1.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zum Verbinden einer großen Anzahl zylindrischer Batterien in einem Batteriepaket, das für das Antriebssystem von Elektrofahrzeugen wie Autos verwendet werden soll, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Stromschiene.The present invention relates to a bus bar for connecting a large number of cylindrical batteries in a battery pack to be used for the drive system of electric vehicles such as automobiles, and a method of manufacturing such a bus bar.
Stand der TechnikState of the art
Stromschienen nach dem Stand der Technik verwenden Drähte, um die endgültige Verbindung zu den Plus- und Minuspolen der Batterie herzustellen und sie mit den Hauptstromschienen oder alternativen metallischen Komponenten in Form von Stahlschienen zu verbinden, um die Energie weiter zu transportieren.Prior art bus bars use wires to make the final connection to the positive and negative terminals of the battery and connect them to the main bus bars or alternative metallic components in the form of steel bars to carry the energy further.
Mit der Einführung zylindrischer Batterien in Batteriepaketen für batterieelektrisch betriebene Autos besteht ein Bedarf an einem Verbindungssystem, das einfach und zuverlässig angewendet werden kann, das sich an das wechselnde Batterie-Layout anpassen lässt und das schnell und kostengünstig in großen Mengen produziert werden kann.With the advent of cylindrical batteries in battery packs for battery-electric vehicles, there is a need for a connection system that is easy and reliable to use, adaptable to changing battery layouts, and mass-produced quickly and inexpensively.
Die Anordnung dieser Anschlusssysteme mit zylindrischen Batteriezellen auf dem zur Verfügung stehenden Platz erlaubt keine geraden „symmetrischen“ Designs der Stromschiene, die Plus- und Minuspol der Batterien verbindet. Mehr und mehr haben die Designs eine Länge der Reihen, die von der Anzahl der Batterien abweicht, die für eine Gruppe von Batteriezellen erforderlich ist, um einen bestimmten Strom oder eine bestimmte Leistung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichen. Außerdem beanspruchen die Stromschienen nach dem Stand der Technik zu viel Platz, was zu einer größeren Höhe der Batteriegehäuse führt und damit die möglichen Plätze für die Unterbringung der Batteriemodule im Auto reduziert.The arrangement of these connection systems with cylindrical battery cells in the available space does not allow straight "symmetrical" designs of the busbar that connects the positive and negative poles of the batteries. Increasingly, designs have string lengths that deviate from the number of batteries required for a group of battery cells to achieve a given current or power at a given time. In addition, the busbars according to the prior art take up too much space, which leads to a greater height of the battery housing and thus reduces the possible spaces for accommodating the battery modules in the car.
Das Ziel der vorgeschlagenen Stromschiene und des zugehörigen Verbindungssystems ist es, diese Probleme zu überwinden und insbesondere ein alternatives Stromschienensystem bereitzustellen, das sich leicht an jedes beliebige Layout anpassen lässt und die Wahlfreiheit bei der Platzierung im Auto erhöht. Darüber hinaus bietet das vorgeschlagene Verbindungssystem ein zuverlässiges System, das leicht zu montieren ist und geringere Produktionskosten aufweist.The aim of the proposed bus bar and associated connection system is to overcome these problems and in particular to provide an alternative bus bar system that can be easily adapted to any layout and increases the freedom of choice in placement in the car. In addition, the proposed connection system offers a reliable system that is easy to assemble and has lower production costs.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Das Problem wird mit einem Verbindungssystem zum Verbinden von Batteriezellen in einem Batteriepaket gelöst, das mindestens zwei asymmetrische Stromschienen aus einem leitfähigen Material umfasst, wobei die Stromschienen einen ersten Satz von Verbindungselementen umfassen, die mit einer gleichen Anzahl negativer Pole von Batteriezellen in einem Pack verbunden werden können, und einen zweiten Satz von Verbindungselementen, die mit einer gleichen Anzahl positiver Pole in einem zweiten Satz von Batteriezellen in demselben Pack verbunden werden können, gemäß der Erfindung und wie in Hauptanspruch 1 angegeben.The problem is solved with a connection system for connecting battery cells in a battery pack that includes at least two asymmetric bus bars made of a conductive material, the bus bars including a first set of connection elements that are connected to an equal number of negative poles of battery cells in a pack and a second set of connectors connectable to an equal number of positive poles in a second set of battery cells in the same pack, according to the invention and as specified in
Insbesondere durch die Verwendung asymmetrischer Stromschienen mit einem ersten und einem zweiten Satz unterschiedlicher Anschlusselemente, wobei der erste Satz Kontaktelemente mit einem flachen Bereich 6 umfasst, der mit dem Minuspol 3 der Batteriezelle verbunden und verschweißt werden kann, und der zweite Satz Kontaktelemente mit einem geprägten Anschluss 7 umfasst, die mit dem Pluspol der Batteriezelle 1 verbunden und verschweißt werden kann, ist es möglich, ein Anschlusssystem zu schaffen, das in seiner Gestaltung der Stromschienenform flexibler ist.In particular by using asymmetrical busbars with a first and a second set of different terminal elements, the first set comprising contact elements with a
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Batteriepaket gelöst, das das erfindungsgemäße Verbindungssystem enthält.In addition, the object is achieved by a battery pack that contains the connection system according to the invention.
Vorzugsweise ist der erste Satz von Kontaktelementen parallel zueinander angeordnet und kann einen ersten Satz von Batteriezellen kontaktieren, während der zweite Satz von Kontaktelementen nebeneinander angeordnet ist und einen zweiten Satz von Batteriezellen erreichen kann, die nicht zum ersten Satz gehören.Preferably, the first set of contact elements is arranged parallel to each other and can contact a first set of battery cells, while the second set of contact elements is arranged side by side and can reach a second set of battery cells that do not belong to the first set.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktelemente, die die negativen Pole der Zellen verbinden, vorstehend und gebogen, um den negativen Pol zu erreichen. Der Versatz des Kontaktelements, das für die Verbindung mit dem Minuspol vorgesehen ist, darf nicht mehr als 3 mm von der Unterseite der Hauptstromschiene entfernt sein. Um die Gesamthöhe des Verbindungssystems vorteilhaft zu verringern.In another preferred embodiment, the contact elements connecting the negative poles of the cells are protruding and bent to reach the negative pole. The offset of Contact element intended for connection to the negative pole must not be more than 3 mm away from the underside of the main busbar. To advantageously reduce the overall height of the connection system.
Dies kann noch verbessert werden, indem zumindest ein Teil der Kontaktelemente für den Pluspol in den Hauptbereich der Stromschiene integriert wird. Vorzugsweise ragt der Pluspol der Batterie aus der Batterie heraus. Die Gesamthöhe des Systems wird durch die Höhe zwischen dem Anschlusselement des Minuspols und der Batterieabdeckung definiert, die direkt über dem Hauptbereich der Stromschiene sitzen kann.This can be further improved by integrating at least part of the contact elements for the positive pole into the main area of the busbar. The positive pole of the battery preferably protrudes from the battery. The overall height of the system is defined by the height between the negative terminal terminal and the battery cover, which can sit directly over the main area of the power rail.
Der Abstand zwischen der Oberfläche des Verbindungselements, das für den Anschluss des Minuspols vorgesehen ist, und dem höchsten Punkt der gegenüberliegenden Oberfläche der Stromschiene wird durch den Abstand zwischen der Batterieabdeckung und der obersten Oberfläche der Stromschiene bestimmt.The distance between the surface of the connector intended for the connection of the negative pole and the highest point of the opposite surface of the busbar is determined by the distance between the battery cover and the top surface of the busbar.
Die Stromschiene mit den erfindungsgemäßen Kontaktierungselementen kann aus einem einzigen Material bestehen.The busbar with the contacting elements according to the invention can consist of a single material.
Vorzugsweise besteht die Stromschiene aus einem leitfähigen Metall, vorzugsweise Aluminium, Stahl, Messing, Kupfer oder deren Legierungen.The busbar is preferably made of a conductive metal, preferably aluminum, steel, brass, copper or their alloys.
Vorzugsweise werden die Stromschienen aus Platten- oder Blechmaterial gestanzt oder gepresst.The busbars are preferably stamped or pressed from plate or sheet metal material.
Vorzugsweise besteht die Stromschiene aus einer Platte oder einem Blech mit einer Enddicke in dem Teil zwischen 0,1 und 3 mm, vorzugsweise liegt die Dicke im Hauptbereich der Stromschiene zwischen 0,4 und 1 mm. Die Dicke im Verbindungsanschluss kann eine geringere Dicke haben als der Hauptbereich der Stromschiene, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,7 mm. Diese Dicke ist für jegliche Schweißarbeiten in diesem Bereich vorzuziehen, vorzugsweise wird Ultraschall- oder Laserschweißen verwendet. Vorzugsweise ist das Schweißverfahren zwischen den positiven Anschlüssen und den negativen Anschlüssen unterschiedlich, so dass die Schmelztemperatur unterschiedlich ist und die zweite Schweißung keine negative Beeinträchtigung der benachbarten Schweißpunkte und/oder der direkt mit dem Schweißpunkt verbundenen Batterieteile darstellt.Preferably, the conductor rail consists of a plate or sheet with a final thickness in the part between 0.1 and 3 mm, preferably the thickness in the main area of the conductor rail is between 0.4 and 1 mm. The thickness in the connection terminal can be less than the main part of the bus bar, preferably between 0.3 and 0.7 mm. This thickness is preferable for any welding work in this area, preferably ultrasonic or laser welding is used. Preferably, the welding process is different between the positive terminals and the negative terminals so that the melting temperature is different and the second weld does not adversely affect the adjacent weld points and/or the battery parts directly connected to the weld point.
Vorzugsweise werden thermische Ausdehnungszonen im Stromschienenmaterial geschaffen, um thermische Ausdehnungskräfte in horizontaler oder vertikaler Richtung an jeder Schweißverbindung zu verhindern, vorzugsweise werden vertikale Versätze und/oder horizontale Einschnitte verwendet.Thermal expansion zones are preferably created in the bus bar material to prevent thermal expansion forces in the horizontal or vertical direction at each weld joint, preferably vertical offsets and/or horizontal cuts are used.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Anschlusssystem außerdem einen Polymerstützrahmen, der mit jeder Stromschiene durch mindestens eine mechanische Verbindung oder eine Materialverbindung, wie z.B. Kleben, verbunden ist. Der Polymerstützrahmen hat mehrere Funktionen, darunter das Zusammenhalten mehrerer Stromschienen in einem vordefinierten Muster, die einfache Platzierung der Stromschienen auf den Batteriezellen in Ausrichtung mit den Batteriepolen für das Schweißen der Verbindungspunkte, die Integration aller erforderlichen Sensoren an den Stromschienen und/oder den Batteriezellen, zum Beispiel Temperatur- oder Spannungssensoren.In a further embodiment, the connection system according to the invention also comprises a polymer support frame which is connected to each bus bar by at least one mechanical connection or a material connection such as gluing. The polymer support frame has multiple functions including holding multiple bus bars together in a predefined pattern, easily placing the bus bars on the battery cells in alignment with the battery posts for welding the connection points, integrating any necessary sensors on the bus bars and/or the battery cells, for Example temperature or voltage sensors.
Der Polymerstützrahmen bildet vorzugsweise einen Spalt zwischen der Oberseite der Batterie und den Stromschienen, um einen Kurzschluss des Stromkreises zu verhindern. Je nach gewähltem Polymer können sie den Aufprallschutz des Batteriepakets verbessern und verhindern, dass ein seitlicher oder vertikaler Aufprall einen Kurzschluss verursacht, indem er die metallischen Stromschienen auf die Zellen drückt.The polymer support frame preferably forms a gap between the top of the battery and the bus bars to prevent shorting of the circuit. Depending on the polymer chosen, they can enhance the battery pack's impact protection, preventing a lateral or vertical impact from causing a short circuit by forcing the metallic bus bars onto the cells.
Vorzugsweise ist die mechanische Verbindung zwischen dem Stützrahmen und der Stromschiene so beschaffen, dass sich die Stromschiene innerhalb eines bestimmten Rahmens in Richtung der Ebene der Stromschiene bewegen kann, um die thermische Ausdehnung der Stromschiene und/oder des Stützrahmens auszugleichen.Preferably, the mechanical connection between the support frame and the bus bar is such that the bus bar can move within a certain range in the direction of the plane of the bus bar in order to compensate for the thermal expansion of the bus bar and/or the support frame.
Vorzugsweise besteht der Stützrahmen aus mindestens einem der folgenden Materialien: Polycarbonat, Polypropylen, Polyetheretherketon (PEEK), Polyamid PA, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und vorzugsweise aus einem Füllmaterial wie Glasfasern, Naturfasern, Holzfasern, Kohlenstofffasern, Glimmerplättchen oder Kalziumkarbonat.The support frame preferably consists of at least one of the following materials: polycarbonate, polypropylene, polyetheretherketone (PEEK), polyamide PA, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and preferably of a filling material such as glass fibers, natural fibers, wood fibers, carbon fibers, mica flakes or calcium carbonate.
Ein Batteriepaket mit mehreren zylindrischen Batteriezellen, die so montiert sind, dass alle positiven Pole in der gleichen Ebene liegen, wobei jede (3+n) Batteriezelle eine Gruppe bildet, wobei n eine Zahl zwischen 0 und 7 ist, und wobei das Batteriepaket mehrere Gruppen hat, die genügend Stromschienen gemäß der Erfindung umfassen, um jede erste Gruppe von Polen in einer ersten Gruppe mit einer zweiten Gruppe von Polen in einer zweiten Gruppe neben der ersten Gruppe zu verbinden, wobei die erste und die zweite Gruppe von Polen sich in der Polrichtung unterscheiden und so, dass jede Batterie mit zwei Stromschienen verbunden ist.A battery pack with multiple cylindrical battery cells mounted so that all positive poles are in the same plane, each (3+n) battery cell forming a group, where n is a number between 0 and 7, and the battery pack containing multiple groups comprising sufficient busbars according to the invention to connect each first group of poles in a first group to a second group of poles in a second group adjacent to the first group, the first and second groups of poles being in pole direction distinguish and so that each battery is connected to two busbars.
Ein erfindungsgemäßes Batteriepaket, bei dem das Verbindungssystem mehrere Stromschienen aufweist, die unterschiedlich geformt sind und ein sich wiederholendes Muster bilden, um mehrere Reihen von Batteriezellen miteinander zu verbinden, wobei jede Zelle nur mit zwei Stromschienen verbunden ist.A battery pack according to the invention, in which the connection system several power rails cells that are differently shaped and form a repeating pattern to connect multiple rows of battery cells together, with each cell connected to only two bus bars.
Vorzugsweise besteht das Stromschienenmuster aus nicht mehr als 10 verschiedenen Stromschienenformen, die sich kontinuierlich in einem Muster wiederholen, das das gesamte Batteriepaket abdeckt. Weniger Stromschienenformen senken die Gesamtproduktionskosten.Preferably, the bus bar pattern consists of no more than 10 different bus bar shapes that are continuously repeated in a pattern that covers the entire battery pack. Fewer busbar shapes reduce overall production costs.
Ein Batteriepaket kann außerdem Endstromschienen umfassen, die Reihen von Stromschienen abschließen. Diese Endstromschienen sind nur entweder mit dem positiven oder dem negativen Pol verbunden. Die Endstromschienen können zusätzlich mit einem Anschluss verbunden sein.A battery pack may also include end bus bars that terminate rows of bus bars. These final busbars are only connected to either the positive or the negative pole. The end busbars can also be connected to a connection.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung einzelner Stromschienen und eines Satzes von Stromschienen, die eine Gruppe von Batteriezellen abdecken können. Um ein Batteriepaket für ein Elektrofahrzeug abzudecken, können mehrere Sätze von Stromschienen erforderlich sein.The invention also includes a method of manufacturing individual bus bars and a set of bus bars that can cover a group of battery cells. Multiple sets of bus bars may be required to cover an electric vehicle battery pack.
Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stromschienensystems umfasst mindestens die Schritte
- 1. Stanzen oder Ausschneiden der Stromschienen aus einem plattenförmigen leitfähigen Material, vorzugsweise Aluminium oder vergleichbarem Metall;
- 2. Biegen, Stanzen oder Formen der Stromschienen in die endgültige Form,
- 3. Übertragen der so geformten Stromschienen auf die Polymerträgerplatte und stoffliches Verbinden beider Schichten miteinander.
- 1. Stamping or cutting out the busbars from a plate-shaped conductive material, preferably aluminum or a comparable metal;
- 2. Bending, stamping or forming the busbars into the final shape,
- 3. Transferring the conductor rails formed in this way to the polymer carrier plate and materially connecting both layers to one another.
Das Biegen, Prägen oder Formen und Schneiden oder Stanzen kann entweder in separaten oder kombinierten Prozessschritten erfolgen. Je nach der endgültigen Form kann entweder mit Schritt 1 oder 2 begonnen werden. Optional können der Biegeschritt 2 und der Stanzschritt 1 abwechselnd durchgeführt werden, um die optimalen Prozess- und Produktbedingungen zu erreichen. Schritt 1 oder 2 kann eine lokale Ausdünnung des Materials beinhalten, wenn dies erforderlich oder für den Prozess notwendig ist. Eine absichtliche Ausdünnung kann an den Lötstellen erfolgen.Bending, embossing or forming and cutting or stamping can be done in either separate or combined process steps. Depending on the final shape, you can start with either
Bei einer Art der Produktion kann eine Reihe von inkrementellen Schritten für jeden Plattentyp oder eine Gruppe von Plattentypen parallel durchgeführt werden. Anschließend müssen diese Plattentypen durch automatisches Aufnehmen und Platzieren auf dem Kunststoffträger positioniert werden.In one type of production, a series of incremental steps can be performed in parallel for each disk type or group of disk types. Subsequently, these plate types must be positioned on the plastic carrier by automatic picking and placing.
Die erforderlichen Arbeitsschritte können auch in einem Werkzeug kombiniert werden. Vorzugsweise wird ein Verfahren gewählt, bei dem zumindest ein Satz von Stromschienen, vorzugsweise bereits im endgültigen Layout, vorgeschnitten, gebogen und ausgestanzt wird, alles im selben Werkzeug. Überraschenderweise ist dies eine sehr wirtschaftliche Art der Produktion, bei der gleichzeitig die Notwendigkeit entfällt, die verschiedenen Teile für das Layout herauszusuchen.The required work steps can also be combined in one tool. A method is preferably chosen in which at least one set of busbars is pre-cut, bent and punched out, preferably already in the final layout, all in the same tool. Surprisingly, this is a very economical way of production while eliminating the need to pick out the different parts for layout.
In einer Ausführungsform wird ein progressives Stanzverfahren verwendet. Die einzelnen Metallplatten werden gestanzt und anschließend gebogen, um die Platten in die endgültige Form zu bringen. In diesem Fall werden alle verschiedenen Formen der Stromschienen separat hergestellt und ein manueller oder robotergestützter Entnahmeprozess platziert alle Metallschienen auf der Polymerträgerplatte.In one embodiment, a progressive stamping process is used. The individual metal plates are stamped and then bent to give the plates their final shape. In this case, all the different shapes of the busbars are manufactured separately and a manual or robotic picking process places all the metal busbars on the polymer support plate.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein einziges Werkzeug zum Stanzen und Schneiden aller Stromschienen verwendet, die einen Satz aus einer Platte aus leitfähigem Material bilden. Das Werkzeug kann Prozessschritte enthalten, die im Rahmen des Ein-Werkzeug-Konzepts ablaufen. So kann zum Beispiel ein Vorschneidewerkzeug integriert sein, um zunächst die Schenkel freizuschneiden, die gebogen werden müssen, während die vollständige Form nach dem Formen der Schenkel in die endgültige Form gestanzt wird.In an alternative embodiment, a single tool is used to punch and cut all of the bus bars that make up a set of a sheet of conductive material. The tool can contain process steps that take place within the framework of the one-tool concept. For example, a pre-cutting tool may be integrated to first cut free the legs that need to be bent, while the complete shape is stamped into final shape after the legs have been formed.
Die so geformten und geschnittenen Stromschienen werden im endgültigen Layout auf einen Polymerträger gelegt. Vorzugsweise werden die Platten in Kontakt mit einem vorgeklebten Bereich auf dem Kunststoffträger platziert, um die Metallplatten und den Kunststoffträger physisch zu verbinden. Alternativ können die Stromschienen und die Polymerträgerplatte auch mit anderen Mitteln wie Clips, Stiften und Löchern verbunden werden.The busbars shaped and cut in this way are placed on a polymer carrier in the final layout. Preferably, the plates are placed in contact with a pre-glued area on the plastic backing to physically bond the metal plates and the plastic backing. Alternatively, the busbars and polymer backing plate can be connected by other means such as clips, pins and holes.
Die Stromschienen werden auf die Polymerträgerplatte gelegt und sind zumindest punktuell mit der Polymerträgerplatte verbunden. Vorzugsweise wird ein temperaturempfindlicher oder druckempfindlicher Klebstoff verwendet, um die Stromschienen mit der Trägerplatte zu verbinden. In diesem Fall werden die Polymerträgerplatte und die Stromschienen durch Hitze und/oder Druck mit einer Presse zusammengepresst.The busbars are placed on the polymer carrier plate and are connected to the polymer carrier plate at least at certain points. Preferably, a temperature sensitive or pressure sensitive adhesive is used to bond the bus bars to the backing plate. In this case, the polymer carrier plate and the busbars are pressed together by means of heat and/or pressure using a press.
Eine mögliche Option sind Stifte auf dem Kunststoffträger, die durch Stiftlöcher in den Stromschienen gesteckt werden und die Spitze des Stiftes zu einem größeren Stiftkopf als das Stiftloch verschmelzen, wodurch die Stromschiene und der Träger mit einer leicht beweglichen Verbindung verbunden werden.One possible option is pins on the plastic carrier that insert through pinholes in the busbars and fuse the tip of the pin into a pinhead larger than the pinhole, connecting the busbar and carrier with an easy-to-move joint.
Eine Toleranz kann geschaffen werden, um zu garantieren, dass alle Verbindungen an der richtigen Stelle sind, bevor die Stromschienen mit den Batteriezellen verlötet werden.A tolerance can be created to guarantee that all connections are in the right place before the bus bars are soldered to the battery cells.
In einer Ausführungsform kann ein letzter Form- und/oder Schneideschritt in diesen Verbindungsschritt integriert werden. Wenn zum Beispiel der komplette Satz in einem Werkzeug geformt wird, können die Stromschienen mit kleinen Brücken verbunden werden, um den korrekten Abstand zwischen den Platten während des Transports und der Ablage beizubehalten. Diese kleinen Brücken können während des Verbindungsschritts abgeschnitten werden.In one embodiment, a final forming and/or cutting step may be incorporated into this bonding step. For example, if the complete set is molded in one tool, the bus bars can be connected with small bridges to maintain the correct spacing between the plates during transport and storage. These small bridges can be cut off during the connection step.
Ein Satz von Stromschienen kann eine Gruppe von Batteriezellen innerhalb eines vollständigen Batteriepakets eines BEV abdecken oder alle Zellen abdecken. Mehrere Kombinationen aus Stromschienen und Polymerträgerplatten, die als Einheit definiert sind, können innerhalb eines Fahrzeugs erforderlich sein, um das gesamte Batteriepaket abzudecken. Die Polymerträgerplatten können Verbindungsmittel haben, um benachbarte Einheiten zu verbinden, zum Beispiel mit mechanischen Mitteln wie Haken oder Clips oder ähnlichen Vorrichtungen. Die Polymerträgerplatten können überlappende Bereiche zum Verbinden haben, optional mit Klebstoff.A set of bus bars can cover a group of battery cells within a complete battery pack of a BEV or cover all cells. Multiple combinations of bus bars and polymer backing plates, defined as a unit, may be required within a vehicle to cover the entire battery pack. The polymer backing sheets may have connecting means to connect adjacent units, for example by mechanical means such as hooks or clips or similar devices. The polymer backing sheets may have overlapping areas for bonding, optionally with glue.
Vorzugsweise ist das leitfähige Material ein leitfähiges Metall, zum Beispiel Aluminium, Stahl, Kupfer, Messing oder dessen Legierungen.Preferably the conductive material is a conductive metal, for example aluminium, steel, copper, brass or its alloys.
Jede Batterie hat nur Kontakt mit zwei verschiedenen Stromschienen, wobei eine Stromschiene mit dem Pluspol und eine andere mit dem Minuspol in Kontakt ist.Each battery is only in contact with two different busbars, with one busbar being in contact with the positive pole and another with the negative pole.
Jede Gruppe von Batterien kontaktiert vorzugsweise alle eine erste Stromschiene für den positiven Pol und eine zweite Stromschiene für den negativen Pol, wobei alle innerhalb der Gruppe dieselbe Stromschiene für den positiven oder den negativen Pol kontaktieren.Each group of batteries preferably all contacts a first positive pole bus bar and a second negative pole bus bar, with all within the group contacting the same positive pole or negative pole bus bar.
Die Stromschienen bestehen aus einem plattenförmigen leitfähigen Material, das in Form gebracht wird, zum Beispiel durch Stanzen.The busbars consist of a sheet-like conductive material that is shaped, for example by stamping.
Vorzugsweise werden die Stromschienen in einem progressiven Stanzverfahren geformt, während die Polymerträgerplatte in einem kombinierten Stanz- und Prägeverfahren hergestellt wird.Preferably, the bus bars are formed in a progressive stamping process while the polymer backing plate is manufactured in a combined stamping and stamping process.
Vorzugsweise ist das leitfähige Material ein leitfähiges Metall, zum Beispiel Aluminium, Stahl, Kupfer, Messing oder dessen Legierungen.Preferably the conductive material is a conductive metal, for example aluminium, steel, copper, brass or its alloys.
Die Stromschienen 5A, 5B, 5C, 5D, 5E und 5F sind in einem Muster angeordnet, um benachbarte Gruppen von Batterien entweder mit dem Pluspol oder dem Minuspol zu verbinden (siehe
Alle gezeigten Stromschienen haben ein etwas anderes asymmetrisches Design, das es ermöglicht, mehrere Batterien in einer Gruppe zu verbinden. Der Vorteil der Geometrie ist, dass das asymmetrische Design und Layout des Verbindungssystems insbesondere für Gruppen funktioniert, bei denen die Reihengröße von der Gruppengröße abweicht. Im gezeigten Fall haben die vertikalen physischen Batteriezellen beispielsweise eine Reihengröße von 3, während die Gruppengröße 5 beträgt. Während die Organisation der positiven oder negativen Verbindung innerhalb einer Gruppe immer noch auf einer Stromschiene liegt, ist eine Gruppe daher nur mit zwei Stromschienen in Kontakt.All power rails shown have a slightly different asymmetrical design that allows multiple batteries to be connected in a group. The benefit of the geometry is that the asymmetric design and layout of the linkage system works especially well for groups where row size differs from group size. For example, in the case shown, the vertical physical battery cells have a row size of 3, while the group size is 5. While organizing the positive or negative connection within a group still is on a busbar, a group is therefore only in contact with two busbars.
Das geometrische Design der einzelnen Stromschienen ist so gewählt, dass sie zu einem sich wiederholenden Muster zusammenpassen, ohne sich zu überlappen oder benachbarte Stromschienen zu berühren. Dies ermöglicht die Reduzierung verschiedener Designs innerhalb eines Batteriepakets und senkt die Produktionskosten. Um eine Reihe von Stromschienen zu schließen, werden spezielle Endstromschienen verwendet, die nur positive oder negative Pole haben (nicht abgebildet). Diese Endstromschienen können durch Abbrechen von Vorsprüngen der im Muster verwendeten Stromschienen gebildet werden.The geometric design of each power rail is chosen to fit together in a repeating pattern without overlapping or touching adjacent power rails. This enables the reduction of different designs within one battery pack and lowers production costs. To close a series of busbars, special end busbars are used that have only positive or negative poles (not shown). These end bus bars can be formed by breaking off protrusions of the bus bars used in the pattern.
Die Batterie 1 gehört zu einer ersten Gruppe von Batterien, die mit einer ersten Stromschiene verbunden ist, während die Batterie 2 zu einer zweiten Gruppe von Batterien gehört, die mit einer zweiten Stromschiene 5 verbunden ist. Die Stromschienen sind mit dem Pluspol oder dem Minuspol der Batterien verschweißt (21). Die Stromschiene 5 enthält auch ein Beispiel für eine thermische Ausdehnungszone 20, um zu verhindern, dass während der thermischen Ausdehnung des Materials der Stromschienen eine Kraft auf die Schweißverbindung ausgeübt wird.
Mit h wird der Höhenunterschied an der angegebenen Stelle angegeben.The height difference at the specified point is indicated with h.
Die Stromschiene ist aus einem Plattenmaterial gefertigt und hat eine Dicke h1 zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm im Hauptbereich der Platte.The conductor rail is made of plate material and has a thickness h1 of between 1 and 3 mm, preferably between 1 and 2 mm in the main area of the plate.
Vorzugsweise ist die Dicke von h1 kleiner als die Dicke h2, so dass sich die benachbarten Stromschienenverbindungen einer Batterie nicht überlappen oder berühren können, was zu unerwünschten Abkürzungen im Stromkreis führt.Preferably, the thickness of h1 is less than the thickness h2 so that adjacent bus bar connections of a battery cannot overlap or touch, resulting in undesirable circuit shortcuts.
Der Bereich des geprägten Anschlusses kann dünner sein, so dass das Schweißen in diesem Bereich möglich ist, vorzugsweise hat diese Stromschienenplatte eine Dicke h3 von weniger als 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,7 mm.The area of the stamped terminal can be thinner so that welding is possible in this area, preferably this busbar plate has a thickness h3 of less than 1 mm, preferably between 0.1 and 0.7 mm.
Unter Berücksichtigung dieser unterschiedlichen Höhenanforderungen darf die Gesamthöhe der auf die Batterien geschweißten Stromschienen einschließlich der Anschlussplatte nicht mehr als 4 mm betragen. Dies ist eine Verringerung der Höhe im Vergleich zum Stand der Technik des Verbindungssystems.Taking these different height requirements into account, the total height of the busbars welded onto the batteries, including the connection plate, must not exceed 4 mm. This is a reduction in height compared to the prior art connection system.
Das erfindungsgemäße Verbindungssystem zeigt ein modulares Stromschienensystem, das einfach herzustellen und auf dem Batteriepaket zu platzieren ist und eine präzise Verschweißung der Stromschienen mit den Batteriepolen ermöglicht und einen zuverlässigen Stromkreis auch unter thermischer Belastung gewährleistet. Darüber hinaus ist es flexibler in der Anpassung an unterschiedliche Layouts zylindrischer Batteriezellen und/oder Formen und/oder Größen der zylindrischen Batteriezellen. Außerdem ist es in der Höhe reduziert, was den Einsatz von Batteriezellenmodulen mit dem erfindungsgemäßen Stromschienensystem auch in Bereichen ermöglicht, die mit den derzeitigen Stromschienensystemen nicht erreichbar sind.The connection system according to the invention shows a modular busbar system that is easy to manufacture and to place on the battery pack and allows precise welding of the busbars to the battery poles and ensures a reliable circuit even under thermal stress. In addition, it is more flexible in adapting to different layouts of cylindrical battery cells and/or shapes and/or sizes of the cylindrical battery cells. In addition, it is reduced in height, which enables the use of battery cell modules with the busbar system according to the invention in areas that cannot be reached with current busbar systems.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102020004357 [0004]DE 102020004357 [0004]
- EP 3800702 [0005]EP 3800702 [0005]
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