JP6212062B2 - バッテリハウジング内に少なくとも１つの第１のバッテリモジュールと少なくとも１つの第２のバッテリモジュールを有するバッテリユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の、バッテリハウジング内に少なくとも１つの第１のバッテリモジュールと少なくとも１つの第２のバッテリモジュールを有するバッテリユニットに関する。さらに、本発明は、請求項１２の前段に記載の、バッテリハウジング内に少なくとも２つのバッテリモジュールを安全に取り付けるための方法に関する。

（特許文献１）に、それぞれ少なくとも１つの電気接続端子を有する複数のバッテリモジュールを有するバッテリユニットが開示されている。バッテリモジュールは、バッテリコネクタによってバッテリモジュールの電気接続端子を介してバッテリユニットを形成するように互いに電気的に接続される。しかし、個々のバッテリモジュールが取り付けられるときに電気接続端子が露出していることが欠点として判明している。バッテリユニットを形成するために個々のバッテリモジュールの取付けを行う者が、作業中に電気接続端子に触れるおそれがある。電気接続端子に印加される電圧によっては、これは取付け作業者を感電の危険にさらすことがある。

欧州特許出願公開第２５２３２４６Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的はバッテリユニット、特に自動車用のバッテリユニットであって、少なくとも２つのバッテリモジュールを単純にかつ電気的に安全に組み合わせることができるバッテリユニットを提供することである。特に、本発明の目的は、少なくとも２つのバッテリモジュールを有するバッテリユニットであって、バッテリユニットを形成するためにバッテリモジュールが組み合わされるときに、バッテリユニットによって高電圧の電気的危険性に人がさらされないようにしながら形成されるバッテリユニットを提供することである。

上記の目的を解決するために、請求項１に記載の特徴を有するバッテリユニット、特に自動車用のバッテリユニット、およびまた請求項１２に記載の特徴を有する少なくとも２つのバッテリモジュールを安全に電気的に取り付けるための方法が提案される。好ましい発展形態は、従属請求項に記載されている。ここで、特許請求の範囲および本明細書で述べる特徴はそれぞれ、単独で、または組み合わせて、本発明の要点となる。また、本発明によるバッテリユニットに関して記載される特徴および詳細が、本発明による方法に関しても当てはまり、その逆の関係も成り立つことは言うまでもない。

本発明は、バッテリハウジング内に少なくとも１つの第１のバッテリモジュールと少なくとも１つの第２のバッテリモジュールを有するバッテリユニット、特に自動車用のバッテリユニットを開示する。ここで、第１のバッテリモジュールが、少なくとも１つの電気接続端子を有し、第２のバッテリモジュールが、少なくとも１つの第２の電気接続端子を有する。さらに、本発明によれば、バッテリハウジングが開口を有し、開口を通して導電性要素を挿入することができるようになっている。導電性要素が導入されるときに、第１の電気接続端子が第２の電気接続端子に導電接続される。その際、導入される導電性要素によって、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールを並列または直列に接続することができる。このとき、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールは、例えば６０ボルトの安全な接触電圧を有することができ、第１のバッテリモジュールが第２のバッテリモジュールに直列に接続されるときに１２０ボルトの全電圧を発生することができる。したがって、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールによって提供される全電圧は、導電性要素がバッテリハウジング内に導入された後に初めて取り出すことができる。ここで、バッテリハウジングは、第１および第２のバッテリモジュールを完全に取り囲むことができ、開口を通してのみバッテリハウジングの内部にアクセスすることができる。開口は、開口の断面が導電性要素の断面に等しくなるように設計することができる。これは、この開口を通して導電性要素を予め案内しておくことができることを保証する。導電性要素を導入することによってのみ、第１および／または第２のバッテリモジュールを接続することにより、第１および／または第２のバッテリモジュールを介して電圧を取り出すことができる。これは、バッテリハウジング内への第１および第２のバッテリモジュールの挿入によるバッテリユニットの組立て中の安全性を高める。

導電性要素の第１の端部に絶縁要素が配置されると有利である。ここで、絶縁要素は、プラスチックから製造することができる。導電性要素の第１の端部に絶縁要素が配置されることによって、取付け作業者が、バッテリハウジングの開口を通して導電性要素を安全に導入することができる。本発明では、接着結合および／または溶接プロセスによって絶縁要素を導電性要素に配置することができる。その際、絶縁要素をキャップとして設計することができる。また、絶縁要素を人間工学的な形状にすることも考えられ、それにより、導電性要素がより扱いやすくなる。

導電性要素がバッテリハウジング内に導入されるときに、人が触れることがないように導電性要素の前記第１の端部がバッテリハウジングに配置されるように、絶縁要素がバッテリハウジングのハウジング表面に当接することがさらに有利である。このとき、絶縁要素をキャップにすることも考えられ、その際、キャップは半球形状でよい。導電性要素がバッテリハウジングの開口を通して挿入されるときに、人が触れることがないように導電性要素の第１の端部がバッテリハウジング上および／またはバッテリハウジング内に配置されるように、絶縁要素がバッテリハウジングに当接することができる。このとき、導電性要素がバッテリハウジング内に挿入された後、絶縁要素をバッテリハウジングにインターロック式（Formschluessig）および／または嵌合い式（Kraftschluessig）で配置することができる。そのために、絶縁要素は、例えばラッチ爪(Rasthacke)を備えることができ、バッテリハウジングは、対合するラッチ爪を備えることができる。これにより、絶縁要素とハウジングとのインターロック式および／または嵌合い式の接続を確立することができる。

さらに、導電性要素が金属レールであると有利である。金属レールの使用には、構成の寸法が安定しているという利点がある。ここでは、Ｕ字形の金属レールを使用することができる。また、ここでは、金属レールをＴ字形の要素にすることも考えられる。このとき、金属レールは、第１の電気接続端子と第２の電気接続端子を単に接触させることによって、第１の電気接続端子を第２の電気接続端子に導電接続することができる。

本発明によれば、バッテリハウジングが、バッテリハウジングの内部に少なくとも１つの案内要素、特に案内溝を有し、案内要素によって導電性要素をバッテリハウジング内部で案内することが考えられる。それにより、導電性要素を第１の電気接続端子および第２の電気接続端子に正確に案内することができる。このとき、接着結合および／または溶接プロセスによって案内要素をバッテリハウジングの内部に配置することができる。ここで、案内要素は、プラスチックから製造することができ、それにより案内要素と導電性要素が絶縁される。

さらに、本発明によれば、案内要素が、導電性要素がバッテリハウジング内に導入されるときに導電性要素がインターロック式に配置されるように設計されることが考えられる。案内要素によって導電性要素をインターロック式および／または嵌合い式に配置することにより、第１の電気接続端子および第２の電気接続端子に導電性要素を固定することが可能である。さらに、導電性要素は、第１の端部をバッテリハウジングに単に固定するだけで、その最終位置に固定することができる。

好ましい発展形態では、第１のバッテリモジュールと第２のバッテリモジュールが、１つの段に互いに並べて配置され、導電性要素が導入されることによって、第１の電気接続端子と第２の電気接続端子が同じ電位に接続されるようになっている。それによって、例えば、第１および第２の電気接続端子を正電位に接続することができる。ここで、同様に負電位への接続も考えられる。その際、２つのモジュール段をバッテリハウジング内に配置することができる。したがって、第１のモジュール段への導電性要素の挿入により正電位を接続することができ、第１のモジュール段よりも上に位置することがある第２のモジュール段で負電位を接続することができる。第２の導電性要素によって、第１のモジュール段を第２のモジュール段に接続することができる。そのために、バッテリハウジングに第２の開口を提供することができ、前記第２の開口を通して第２の導電性要素を案内することができる。その結果、第１のモジュール段を第２のモジュール段に接続することができる。

バッテリハウジングが電気絶縁設計であると有利である。バッテリハウジングを電気絶縁設計にすることによって、感電を防止することができる。その際、バッテリハウジングをプラスチックから形成することができる。これは、バッテリハウジング全体にわたって外部からの電圧または電位への接触があり得ないことを保証する。

有利な発展形態では、バッテリハウジングが少なくとも１つの保持要素を有し、保持要素によって、第１のバッテリモジュールおよび／または第２のバッテリモジュールがバッテリハウジングに嵌合い式および／またはインターロック式に配置されるようになっている。バッテリモジュールをバッテリハウジング内に嵌合い式および／またはインターロック式に配置することで、バッテリハウジング、特にバッテリユニット全体を例えば自動車内に挿入できることが保証される。その結果、バッテリハウジングが振動する場合でさえ、バッテリハウジング内部でバッテリモジュールを所定位置に固定することができる。ここで、保持要素はプラスチックから形成することができ、バッテリモジュールをバッテリハウジングから直流絶縁することができる。さらに、接着結合および／または溶接プロセスによって保持要素をバッテリハウジングの内部に配置することができる。

有利な改良形態では、バッテリハウジングが第１の極と第２の極を有し、第１の極と第２の極で電圧を取り出すことができるようになっている。この場合、バッテリハウジングの外部から第１の極および第２の極に接触可能である。バッテリモジュールによって出力することができる電圧は、第１の極と第２の極を介して取り出すことができる。接触保護手段として、第１および第２の極を覆うように絶縁キャップを配置することができ、その結果、人が電圧に触れることがないように外側ハウジング全体を設計することができる。ここで、第１および第２の極は金属から形成することができる。その際、第１および第２の極として金属スリーブを使用することができる。また、第１および／または第２の極を金属ねじの形態にすることも考えられる。

さらに、導電性要素が導入されるときに、第１の電気接続端子または第２の電気接続端子が第１の極または第２の極に導電接続されると有利である。第１の電気接続端子または第２の電気接続端子が第１の極または第２の極に接続されることで、バッテリモジュールによって電気エネルギーを第１および第２の極に送ることができる。その結果、導電性要素が挿入されると同時に、バッテリモジュールを接続することができ、第１の極および／または第２の極を通電することができる。

さらに、本発明による目的は、バッテリハウジング内に少なくとも２つのバッテリモジュールを安全に電気的に取り付けるための方法によって達成される。このために、本発明によれば、
少なくとも１つの第１の電気接続端子を有する少なくとも１つの第１のバッテリモジュールと、少なくとも１つの第２の電気接続端子を有する少なくとも１つの第２のバッテリモジュールとをバッテリハウジング内に導入するステップと、
第１のバッテリモジュールおよび第２のバッテリモジュールをバッテリハウジングに固定するステップと、
導電性要素によって第１の電気接続端子が第２の電気接続端子に導電接続されるように、少なくとも１つの導電性要素をバッテリハウジング内に挿入するステップと
が設けられる。

これらのステップによって、危険でない電圧を有するバッテリモジュールをバッテリハウジング内に挿入することができる。例えば、バッテリモジュールを直列に接続して、（例えば４００ボルト程度の）高電圧バッテリを形成することができる。このとき、例えば６０ボルトの出力電圧を有するバッテリモジュールを使用することができる。ステップの最後に、導電性要素がバッテリハウジング内に挿入されることによって、第１のバッテリモジュールが通電される。ここで、導電性要素を挿入することによって初めて、第１の電気接続端子と第２の電気接続端子が互いに導電接続される。バッテリユニットを形成するためにバッテリモジュールを接続する取付け作業者は、作業中に高電圧から確実に保護される。その結果、自動車用のトラクションバッテリとして使用することができるバッテリユニットを製造することができる。このとき、第１および第２の極を介して高電圧を取り出すことができる。その際、バッテリハウジング外部から第１および第２の極に人が触れることがないように、絶縁要素によって第１の極および第２の極を絶縁することができる。

本発明のさらなる手段および利点は、特許請求の範囲、以下の説明、および図面から明らかである。ここで、特許請求の範囲および本明細書で述べる特徴はそれぞれ、単独で、または任意の望みの組合せで、本発明の要点となり得る。

バッテリユニット１の概略図である。 少なくとも２つのバッテリモジュールをバッテリハウジング内に安全に電気的に取り付けるための流れ図である。

図１に、バッテリユニット１を示す。この図において、バッテリユニット１は、バッテリハウジング１４を有する。バッテリハウジング１４内で、第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２が、第１の段に配置される。第１のバッテリモジュール１０は、保持要素３４によってバッテリハウジング１４内にインターロック式に保持される。同様に、第２のバッテリモジュール１２は、保持要素３４’によってバッテリハウジング１４内にインターロック式に保持される。この場合、第１のバッテリモジュール１０は、第１の電気接続端子１６を有する。第２のバッテリモジュール１２は、第２の電気接続端子１８を有する。導電性要素２２が、バッテリハウジング１４内に配置される。導電性要素２２は、開口２０を通してバッテリハウジング１４内に挿入可能である。導電性要素２２の第１の端部２４には、絶縁要素２６が配置される。ここで、絶縁要素２６は、プラスチックから製造可能である。この例では、導電性要素２２は、絶縁要素２６がハウジング表面２８に直接当接するまで、バッテリハウジング１４内に挿入される。その結果、導電性要素２２の第１の端部２４は、外部ハウジング１４のハウジング表面２８に絶縁状態で配置される。それにより、バッテリハウジング１４の外部から人が第１の端部に触れることはあり得なくなる。このようにして、人が感電する危険が防止される。この例では、案内要素３２および３２’がバッテリハウジング１４の内部に配置される。案内要素３２および３２’によって、開口２０を通してバッテリハウジング１４内へ、導電性要素２２を望みの位置に正確に挿入することができる。バッテリハウジング１４の内部には、第１のバッテリモジュール１０’と第２のバッテリモジュール１２’を有する第２のモジュール段も構成される。ここで、第１のバッテリモジュール１０’は、第１の電気接続端子１６’を有する。第２のバッテリモジュール１２’は、第２の電気接続端子１８’を有する。導電性要素２２’が開口２０’を通して案内される。導電性要素２２’は、第１の電気接続端子１６’と第２の電気接続端子１８’が互いに導電接続されるまで、バッテリハウジング１４内に挿入される。第１の端部２４’には、絶縁要素２６’が配置される。その結果、第１の端部２４’は、人が触れて感電することがないようにハウジング１４に配置される。この例では、導電性要素２２’’によって、第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２を有する第１のバッテリモジュール段が、第１のバッテリモジュール１０’と第２のバッテリモジュール１２’を有する第２の段に導電接続される。第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２、およびまた第１のバッテリモジュール１０’と第２のバッテリモジュール１２’によって提供される電気エネルギーは、バッテリハウジング１４の外部に配置される第１の極３６および第２の極３８を介して取り出される。第１の極３６および第２の極３８は、人が感電することがないように絶縁要素２６’’’によって保護される。その結果、全体としてバッテリユニットを形成するために、個々のバッテリモジュールを電気的に安全に接続することができる。このようにして、人が高電圧に触れるのを効果的に防止する。

図２は、少なくとも２つのバッテリモジュールをバッテリハウジング１４内に安全に電気的に取り付けるための流れ図を示す。

この例では、方法は、
少なくとも１つの第１の電気接続端子１６を有する少なくとも１つの第１のバッテリモジュール１０と、少なくとも１つの第２の電気接続端子１８を有する少なくとも１つの第２のバッテリモジュール１２とをバッテリハウジング１４内に導入するステップと、
第１のバッテリモジュール１０および第２のバッテリモジュール１２をバッテリハウジング１４に固定するステップと、
導電性要素２２によって第１の電気接続端子１６が第２の電気接続端子１８に導電接続されるように、少なくとも１つの導電性要素２２をバッテリハウジング１４内に挿入するステップと
によって特徴付けられる。

この方法において、第１のステップ４０で、第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２は、安全な範囲内の電圧（例えば６０ボルト）を有することがある。その結果、第１のバッテリモジュール１０または第２のバッテリモジュール１２の導入の際に、人がバッテリモジュールに触れたときに危険が及ぶのさえ阻止することができる。第２のステップ４２で、第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２がバッテリハウジング１４に固定される。これにより、バッテリハウジング１４内に保持要素を提供することができ、第１のバッテリモジュール１０と第２のバッテリモジュール１２をバッテリハウジング１４内に嵌合い式および／またはインターロック式に保持することができる。次いで、ステップ４４で、導電性要素２２によって第１の電気接続端子１６が第２の電気接続端子１８に導電接続されるように、少なくとも１つの導電性要素２２がバッテリハウジング１４内に挿入される。その結果、導電性要素２２が挿入されることによって初めて、個々のバッテリモジュールが接続される。この場合、導電性要素２２の第１の端部２４での絶縁要素２６の使用により、人が導電性要素２２を、バッテリハウジング１４内に安全に導入できることを保証することができる。

１ バッテリユニット
１０ 第１のバッテリモジュール
１２ 第２のバッテリモジュール
１４ バッテリハウジング
１６ 第１の電気接続端子
１８ 第２の電気接続端子
２０ 開口
２２ 導電性要素
２４ 第１の端部
２６ 絶縁要素
２８ ハウジング表面
３２ 案内要素
３４ 保持要素
３６ 第１の極
３８ 第２の極

Claims (9)

1. 自動車用のバッテリユニットを含むバッテリユニット（１）であって、バッテリハウジング（１４）内に少なくとも１つの第１のバッテリモジュール（１０）と少なくとも１つの第２のバッテリモジュール（１２）を有し、前記第１のバッテリモジュール（１０）が少なくとも１つの第１の電気接続端子（１６）を有し、前記第２のバッテリモジュール（１２）が少なくとも１つの第２の電気接続端子（１８）を有し、
   前記バッテリハウジング（１４）が開口（２０）を有し、前記開口（２０）を通して導電性要素（２２）を挿入することができ、前記導電性要素（２２）が前記バッテリハウジング（１４）内に導入されるときに前記第１の電気接続端子（１６）が前記第２の電気接続端子（１８）に導電接続されており、
   前記導電性要素（２２）はレールであり、前記開口（２０）は前記レールを挿入及び案内するためのものであり、前記開口を通して挿入された前記レールに前記第１の電気接続端子（１６）と前記第２の電気接続端子（１８）とがそれぞれ電気的接続されて、両端子間が互いに導電接続されており、
   絶縁要素（２６）は前記導電性要素（２２）の第１の端部（２４）に配置され、
   前記前記導電性要素（２２）が前記バッテリハウジング（１４）内に導入された後の状態が、
   前記第１の端部（２４）が前記バッテリハウジング（１４）から外側へ突出していると共に、前記絶縁要素（２６）は前記第１の端部（２４）の端部を覆うようにして、前記バッテリハウジング（１４）のハウジング表面（２８）に当接している、ことを特徴とするバッテリユニット（１）。
2. 前記導電性要素（２２）が金属レールである
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリユニット。
3. 前記バッテリハウジング（１４）が、前記バッテリハウジング（１４）の内部に少なくとも１つの案内要素（３２）を有し、前記案内要素（３２）によって前記導電性要素（２２）を前記バッテリハウジング（１４）内部で案内することができる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリユニット。
4. 前記案内要素（３２）は、前記導電性要素（２２）が前記バッテリハウジング（１４）内に導入されるときに前記導電性要素（２２）がインターロック式に配置されるように設計される
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリユニット。
5. 前記第１のバッテリモジュール（１０）と前記第２のバッテリモジュール（１２）が、１つの段に互いに並べて配置され、前記導電性要素（２２）が導入されることによって、前記第１の電気接続端子（１６）と前記第２の電気接続端子（１８）が同じ電位に接続される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバッテリユニット。
6. 前記バッテリハウジング（１４）が電気絶縁設計である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリユニット。
7. 前記バッテリハウジング（１４）が、少なくとも１つの保持要素（３４）を有し、前記保持要素（３４）によって、前記第１のバッテリモジュール（１０）および／または前記第２のバッテリモジュール（１２）が前記バッテリハウジング（１４）に嵌合い式および／またはインターロック式に配置される
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバッテリユニット。
8. 前記バッテリハウジング（１４）が第１の極（３６）と第２の極（３８）を有し、前記第１の極（３６）と前記第２の極（３８）で電圧を取り出すことができる
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバッテリユニット。
9. 前記導電性要素（２２）が導入されるときに、前記第１の電気接続端子（１６）または前記第２の電気接続端子（１８）が前記第１の極（３６）または前記第２の極（３８）に導電接続される
   ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリユニット。

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