TW202341565A - 用於自行車的驅動單元的電源的電池系統、自行車和安裝電池系統的方法 - Google Patents

用於自行車的驅動單元的電源的電池系統、自行車和安裝電池系統的方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種用於為自行車的驅動單元供電的電池系統(10)，其具有殼體(12)，其中，在殼體(12)中，佈置了電池模組(24)，其具有至少一個電池單元(26)，其中，殼體(12)具有罐狀殼體部件(14)，其中罐狀殼體部件(14)具有周圍殼體壁(18)和與其一體形成的底座(20)，其中殼體(12)包括封閉元件(16)，並且其中電池模組(24)牢固地連接到底座(20)。本發明亦關於一種具有電池系統(10)的自行車和一種用於組裝電池系統(10)的方法。

Description

用於自行車的驅動單元的電源的電池系統、自行車和安裝電池系統的方法
本發明係關於一種用於自行車的驅動單元的電源的電池系統，包括殼體和如請求項1所述的佈置在其中的電池模組。本發明亦關於一種如請求項9的具有這種電池模組的自行車，以及如請求項10所述的用於組裝電池系統的方法。
用於自行車的驅動單元的電源的電池系統在先前技術中是眾所周知的。這種具有電池系統的自行車也被稱為電動自行車或智慧型電動車。電池系統通常包括殼體，在該殼體中佈置有一個或多個電池單元並且保護其免受外部影響。多個電池單元通常組合在電池模組中並且在電池模組內互連。
電池系統在行駛過程中甚至在運輸過程中都會受到振動。作為電池系統批准程序的一部分，所謂的聯合國運輸測試(UN 38.3)用於檢查電池系統對加速度和振動的穩定性，以確保電池系統盡可能安全地運行。
在此背景下，本發明的目的是提供一種電池系統、一種具有這種電池系統的自行車以及一種用於組裝電池系統的方法，其中該電池系統對加速度和振動特別穩定。
根據具有獨立請求項的特徵的本發明來實現該目的的解決方案。進一步的實施方式和優點結合附屬請求項進行描述。
根據本發明的電池系統用於為自行車的驅動單元供電。該電池系統包括殼體，其中具有至少一個電池單元的電池模組佈置在殼體中。
殼體特別是從所有側面包圍電池模組並且用於保護具有至少一個電池單元的電池模組。特別地，電池模組具有多個電池單元，較佳為24個電池單元，每個電池具有3.6 V的容量。特別地，電池單元以12個電池單元串聯佈置在兩個並聯串中(12s2p)。電池單元的佈置特別地以兩層、兩排電池單元、每排4個電池的形式進行。電池單元特別是圓柱形的。電池模組特別是供電電壓處於低電壓範圍內的電池模組。電池模組的標稱電壓特別是低於60 V並且較佳為43 V。
殼體包括罐狀殼體部件，其中罐狀殼體部件包括周圍殼體壁和與其一體成型的底座。罐狀殼體部件具有插入開口。殼體還具有用於封閉插入開口的封閉元件。殼體部件也可以作為杯狀件，其中殼體部件形成為單件並且僅具有一個插入開口。插入開口用於將電池模組插入殼體中。
電池模組特別是長方形的並且包括多個長方形的、連續佈置的電池單元。電池單元特別是圓柱形的。殼體相應地也是長方形的。殼體部件的底座和封閉元件特別地形成殼體的短邊。特別地，罐狀殼體部件透過擠壓製程製造。殼體特別地由鋁製成。
根據本發明，電池模組牢固地連接到底座。此處，“牢固連接”是指電池模組和底座以形狀配合和/或力配合的方式彼此連接。電池模組透過殼體部件的底座儲存和連接，特別是僅透過底座。電池模組和底座之間的連接特別是可拆卸的，以便能夠移除電池模組，例如用於維修目的。
電池模組與底座的連接，底座又作為單件連接到另外的殼體部件，具有以下優點：在電池系統的旅途和/或運輸期間，可以特別完善地吸收作用在底座的力(軸向力)。透過將電池模組連接到被連接到周圍殼體壁的底座，可以安全地避免電池模組脫落，例如在上述聯合國運輸測試中脫落。這確保了電池模組被安全地儲存並且盡可能無間隙地儲存在殼體內並且不會在殼體內移動。太多的操作空間會導致電池模組和殼體損壞。
由於底座密封件的省略，以及因為罐狀殼體部件的單件構造，相較於習知的具有可拆卸底座和封閉元件的殼體，該殼體可以明顯地更短。此處可實現366 mm的長度。此外，在封閉元件的區域中僅提供一個密封表面，且因此濕氣和污染物的潛在進入點顯著地減少。
特別地，電池模組僅牢固地連接到殼體的底座。特別地，電池模組僅在殼體的軸向方向上連接到殼體的底座(其中軸向方向從底座延伸到封閉元件)。電池模組與殼體壁沒有正鎖定連接和/或非正鎖定連接(positive- and/or non-positive-locking connection)的任何側向支撐在此處不應被視為固定連接。特別地，如果僅底座用於將電池模組固定在殼體中並且沒有發生電池模組與封閉元件的連接，則沒有力作用在連接的封閉元件上—僅可拆卸地連接至殼體部件。然後，封閉元件專門用於密封殼體。
如上所述，電池模組附接至底座，特別是透過至少一個緊固裝置。緊固裝置特別從底座的外側穿過底座延伸到殼體的內部直至電池模組。較佳地，它是允許電池模組可拆卸地附接至底座的緊固裝置。特別地，它是在至少一個緊固裝置中至螺釘。
在根據本發明的電池系統的一個實際實施方式中，電池模組包括夾持系統，其中夾持系統包括佈置在電池模組的一個底座側上的底板，並且其中夾持系統包括佈置在與底座側相對的電池模組的一個蓋子上的蓋板。底板和蓋板特別地分別是扁平的板狀元件。底板和蓋板限制電池模組，特別是在軸向方向上。底板和蓋板特別地佈置在電池模組的第一前側和第二前側上。蓋板與底板透過至少一連接元件連接。透過蓋板、底板和連接元件可以夾持和壓持電池模組。
夾持系統特別地作為用於將上述電池模組與罐狀殼體部件的底座固定的攻擊點(point of attack)。特別地，用於將電池模組連接到底座的緊固裝置直接或間接地連接到連接元件。這避免了對電池單元的損壞，並且夾持系統還提供了一種透過僅佈置在一側(僅在底座上)的連接元件來固定整個電池模組的好方法。
底板和/或蓋板可以由玻璃纖維增強塑膠製成。還可以想到，底板和/或蓋板由塑膠、金屬或碳製成。底板和/或蓋板特別地具有圓周倒角。
在另一實際實施方式中，至少一個連接元件在至少一個電池單元的側向延伸。在多排電池單元的情況下，特別地，多個連接元件佈置在各排電池單元之間。如下面更詳細地描述的，電池模組與底座的連接可以特別地直接或間接地經由連接元件進行。
由於至少一個連接元件的橫向佈置，電池單元損壞的風險被最小化。如果電池模組具有多排電池單元和多個連接元件，則電池模組特別地是透過多個緊固裝置連接到底座。
用於連接底板和蓋板的至少一個連接元件特別是螺紋桿。還可以想到使用簡單的桿、繩索或輻條，或者透過注塑成型來連接蓋板和底板。
在根據本發明的電池系統的實際實施方式中，連接元件連接到夾持元件。夾持元件特別是夾持螺帽。特別地，夾持螺帽可以作為連接元件連接到螺紋桿。透過擰緊夾持螺帽，蓋板和底板可以朝向彼此移動，藉此可將電池模組與電池單元夾持。至少一個連接元件特別地連接到蓋板。它也可以是透過將兩個連接元件分別連接到板或金屬片(例如透過焊接、螺紋連接或鉚接)而間接連接到蓋板的兩個連接元件，其中板或金屬片在夾持狀態中壓靠在蓋板上。
特別地，緊固裝置連接到夾持元件並因此間接連接到連接元件。因此，夾持螺帽還作為同時將電池模組連接到底座的方式。
本發明亦關於具有如上所述的電池系統的自行車。特別地，所述自行車為電動自行車。電池系統為驅動單元提供動力，在踩踏板時提供額外的支援。
此外，本發明係關於一種用於組裝如上所述的電池系統的方法，其中首先生成罐狀殼體部件，並且提供具有至少一個電池單元的電池模組。電池模組透過插入開口插入到罐狀殼體部件中，且電池模組連接到殼體部件的底座。隨後，封閉元件被放置在殼體部件上。由於罐狀殼體部件的單件式構造，除其他外，在殼體的長度和密封方面產生了如上所述的優點。組裝電池系統的方法不是組裝例如在電動自行車中的完成的電池系統，而是組裝電池系統的各個部件，且因此完成電池系統本身。然後，必須在後續步驟中將該電池系統整合到電動自行車中。
特別地，電池模組僅連接到罐狀殼體部件的底座。因此，組裝特別地快，並且軸承力僅透過作為單件連接到殼體壁的底座來吸收。這可以防止電池模組在行駛、運輸或進行運輸測試時脫落。
對於具有周圍殼體壁和底座的罐狀殼體部件的單件式構造，透過擠壓手段製造是特別合適的。
在根據本發明的方法的另一實用實施方式中，電池模組在插入到殼體中之前借助於夾持系統在軸向方向上被夾持。為此，特別地，底板和蓋板分別佈置在電池模組的一個底側或蓋側上，並且底板和蓋板透過至少一個連接元件彼此連接。這簡化了電池單元的處置。
特別地，電池模組被預加載，其中底板借由夾持元件的手段沿著連接元件在蓋板的方向上，其中蓋板作為佈置在蓋板和底板之間的電池單元的支座。特別地，連接元件是螺桿，且夾持元件是夾持螺帽。
特別地，電池模組和殼體部件的底座的連接透過將底座連接到夾持系統來實現。特別地，為了將電池模組固定在底座上，將螺釘擰入夾持元件，特別是夾持螺帽中。然後，緊固裝置間接地連接到連接元件。
圖1示出了電池系統10。電池系統10包括具有罐狀殼體部件14和封閉元件16的殼體12。殼體12由鋁製成並透過擠壓手段製造。殼體部件14被設計成罐狀(也參見圖4和圖6)並且包括周圍殼體壁18和與其形成為單件的底座20，以及插入開口21 (參見圖4)。殼體14還包括凹形把手22，其在此處形成在罐狀殼體部件14上。
殼體12在此處是長方形的並且具有軸向方向A。
在圖2和3中，示出了電池模組24，其佈置在殼體12內。電池模組24在此包括16個圓柱形電池單元26，其佈置成具有兩排的兩層，每排四個電池單元26。在電池單元26的端部佈置有電池固定器28。電池固定器28具有彈簧彈性的凸耳30，其用於將電池單元26徑向支撐在殼體12中。
此外，電池模組24包括夾持系統32，夾持系統32包括底板34、蓋板36和多個連接元件38。夾持系統32在圖8和9中單獨示出，沒有示出電池單元26。底板34佈置在電池模組24的一個底座側40上，其中在電池模組24在殼體12中的佈置中，底座側24面向罐狀殼體部件14的底座20。底板34具有圓周倒角42。蓋板36佈置在電池模組24的蓋側44上，其中在電池模組24佈置在殼體12中時，蓋側44面向封閉元件16。
蓋板36和底板34在此處透過兩個連接元件38連接。連接元件38在此處作為螺紋桿46。從圖5和圖7的組合可以看出，每個連接元件38在四個相鄰電池單元26的排的連接處的中間空間48中沿軸向方向延伸。
夾持系統32對電池單元24的張力透過將螺紋桿46連接(焊接)到金屬板50來執行，金屬板50附接到蓋板36。在螺紋桿46的下端，穿過底板34的夾持元件52在此處以夾持螺帽54的形式佈置，蓋板36藉由此一手段在底板34的方向上被引導。電池單元26因此在軸向方向上被夾持系統32夾持。
下面結合圖4至圖7描述電池模組24在殼體12中的佈置，特別是附接。電池模組24在所示實施方式中牢固地僅連接到底座20。也就是說，電池模組24在此僅以正鎖定和非正鎖定(positive- and a non-positive-locking)的方式連接到底座20。附接到底座20意味著當電池模組24在軸向方向A上加速時的力的吸收僅透過底座20發生。
電池模組24與底座20的連接透過作為緊固裝置58的螺釘56實現。螺釘56從殼體部件14的外側穿過底座20擰緊並擰緊至夾持螺帽54。在當前情況下，提供了兩個螺釘56，每個螺釘都接合在連接到螺紋桿46的夾持螺帽54中。然後，每個螺釘56都佈置在相鄰電池單元26列之間的中間空間48的延伸部中。殼體部件14在底座20處具有周圍凸緣60，其形成凹部62，使得螺釘56不會從殼體部件14的外邊緣突出。
電池模組24與封閉元件16的連接沒有發生。因此，封閉元件16不必吸收任何支承力。封閉元件16包括用於密封殼體部件14的插入開口21的周圍密封件64 (參見圖4和圖6)。
10:電池系統 12:殼體 14:罐狀殼體部件 16:封閉元件 18:殼體壁 20:底座 21:插入開口 22:凹形把手 24:電池模組 26:電池單元 28:電池固定器 30:凸耳 32:夾持系統 34:底板 36:蓋板 38:連接元件 40:底座側 42:倒角 44:蓋側 46:螺紋桿 48:中間空間 50:金屬板 52:夾持元件 54:夾持螺帽 56:螺釘 58:緊固裝置 60:凸緣 62:凹部 64:密封件 A:軸向 IV:剖面線 V:區域 VI:剖面線 VII:區域
下面結合附圖描述進一步的實際實施方式和優點。圖式示出： 〔圖1〕是電池系統的斜上方透視圖， 〔圖2〕是從斜前方觀察的電池模組的透視圖， 〔圖3〕是圖3中的電池模組的斜後方透視圖， 〔圖4〕是圖1中的電池系統的根據剖面線IV-IV的剖視圖， 〔圖5〕是圖4中標示V的區域的放大圖， 〔圖6〕是圖1中的電池系統按照剖面線VI-VI的剖面圖， 〔圖7〕是圖6中標示VII的區域的放大圖， 〔圖8〕是夾持系統的斜前方透視圖，以及 〔圖9〕是圖8中的夾持系統的斜後方透視圖。
10:電池系統
12:殼體
14:罐狀殼體部件
16:封閉元件
18:殼體壁
20:底座
24:電池模組
26:電池單元
28:電池固定器
38:連接元件
46:螺紋桿
48:中間空間
52:夾持元件
54:夾持螺帽
56:螺釘
58:緊固裝置
64:密封件
VII:區域

Claims (14)

  1. 一種用於自行車的驅動單元的供電的電池系統，具有一殼體(12)，其中，在該殼體(12)內設置有具有至少一個電池單元(26)的一電池模組(24)，其中該殼體(12)包括一罐狀殼體部件(14)，其中該罐狀殼體部件(14)包括一周圍殼體壁(18)和與其一體形成的一底座(20)，其中該殼體(12)包括一封閉元件(16)，且其中該電池模組(24)係牢固地連接到該底座(20)。
  2. 如前項請求項所述的電池系統，其中，電池模組(24)透過至少一個緊固裝置(58)附接至底座(20)。
  3. 如前述請求項中任一項所述的電池系統，其中，該電池模組(24)包括一夾持系統(32)，其中，該夾持系統(32)包括一底板(34)，其係設置在該電池模組(24)的該底座側(40)，以及一蓋板(36)，其係設置在該電池模組(24)的與該底座側(40)相對的一個蓋側(44)上，以及至少一個連接元件(38)，其係連接該蓋板(36)和該底板(34)。
  4. 如前項請求項所述的電池系統，其中，該連接元件(38)在該至少一個電池單元(26)的橫向延伸。
  5. 如前2項請求項中任一項所述的電池系統，其中，用於連接該底板(34)和該蓋板(36)的該至少一個連接元件(38)是一螺紋桿(46)。
  6. 如前3項請求項中任一項所述的電池系統，其中，該夾持系統(32)還包括一夾持元件(52)，該電池模組(24)透過該夾持元件(52)在軸向方向上被夾持。
  7. 如前4項請求項中任一項所述的電池系統，其中，用於附接該電池模組(26)的該緊固裝置(58)連接到該夾持系統(32)的一元件。
  8. 如前述請求項中任一項所述的電池系統，其中，該殼體(12)的底座(20)在其外側具有凹部(62)，該至少一個緊固裝置(58)係佈置於該凹部(62)中。
  9. 一種具有如前述請求項1至8中任一項所述的電池系統(10)的自行車。
  10. 一種用於組裝如前述請求項1至8中任一項所述的電池系統(10)的方法，其特徵在於，生成一罐狀殼體部件(14)，提供具有至少一個電池單元(16)的一電池模組(24)，該電池模組(24)插入到該殼體部件(14)中，且該電池模組(24)連接到該殼體部件(14)的底座(20)，並且一封閉元件(16)設置在該殼體部件(14)上。
  11. 如前項請求項所述的方法，其中，該罐狀殼體部件(14)透過擠壓手段製造。
  12. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，該電池模組(24)在插入到該殼體部件(14)中之前透過一夾持系統(32)在軸向方向上被夾持。
  13. 如前項請求項所述的方法，其中，該電池模組(24)被預加載，其中一底板(34)借由一夾持元件(52)的手段沿著一連接元件(38)在一蓋板(36)的方向上被引導，其中該蓋板(36)作為佈置在該蓋板(36)和該底板(34)之間的電池單元(24)的支座。
  14. 如前2項請求項中任一項所述的方法，其中，該電池模組(24)與該殼體部件(14)的該底座(20)的連接係透過將該底座(20)連接到該夾持系統(32)。
TW112103674A 2022-02-03 2023-02-02 用於自行車的驅動單元的電源的電池系統、自行車和安裝電池系統的方法 TW202341565A (zh)

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