本發(fā)明涉及一種具有多個用于產(chǎn)生高電壓的電池單體的機動車電池。根據(jù)本發(fā)明,高電壓理解成大于60V、特別是大于100V的電壓。本發(fā)明也涉及一種機動車,在機動車中提供至少一個根據(jù)本發(fā)明的機動車電池,本發(fā)明也涉及一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的機動車電池的方法。最終,本發(fā)明也涉及一種可安裝在機動車電池中的插接模塊。
背景技術(shù):
在制造機動車電池時,將其單個構(gòu)件彼此裝配在一起,其中,通過每個構(gòu)件提供機動車電池的一個功能。構(gòu)件理解為分別提供高電壓的部分電壓的電池模塊、使模塊相互連接的高壓接線部、用于協(xié)調(diào)電池模塊中的控制電路的電池管理系統(tǒng)和所屬的使電池管理系統(tǒng)與電池模塊中的控制電路相連接的低壓接線部。根據(jù)本發(fā)明,低電壓理解成小于60V的電壓。
所有這些構(gòu)件的裝配都極為復(fù)雜并且具有高的故障可能性,特別是在高壓裝配的范圍中。通過將高壓接線部安裝在電池模塊處,從其模塊電壓中產(chǎn)生總電壓,總電壓隨著每個新聯(lián)接的電池模塊而增加,直至達到高電壓。因此,對于裝配工來說,該工作步驟意味著有威脅生命的風(fēng)險,必須通過高成本的保護措施來防護該風(fēng)險。
另一問題是構(gòu)件數(shù)量多,這要求在電池系統(tǒng)中大的結(jié)構(gòu)空間,這損害了機動車電池的體積方面的能量密度。此外,由于電池結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,在研發(fā)階段和制造中出現(xiàn)相應(yīng)的成本消耗。對于每個構(gòu)件來說都有不同的供應(yīng)商,這些供應(yīng)商必須不同地進行照料。
從文獻DE 10 2011 101 352 A1中已知一種用于車輛的高壓電池,在其中,多個電池單體模塊固定在載體板上并且彼此通過構(gòu)造成插接模塊的接線盒或配電盒相互接線。
在文獻DE 21 2011 100 153 U1中描述了單個的電池模塊。該電池模塊具有電子機械的板式單體,其可通過帶式電極接觸。該電的電池模塊整體具有板的形狀。
在可集成到電池模塊中的控制電路方面,從文獻DE 198 10 746 A1中得知一種這樣的控制電路。在該控制電路的電路板的多個區(qū)段上存在用于單個的電流型的電池單體的溫度和電壓的抽頭,并且在至少一個區(qū)段上存在用于數(shù)據(jù)總線聯(lián)接部的共同的輸入和輸出部的數(shù)據(jù)導(dǎo)線。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提出的目標(biāo)是,提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的、能以電壓保護的方式裝配的機動車電池。
該目標(biāo)通過獨立權(quán)利要求的主題實現(xiàn)。通過從屬權(quán)利要求的特征得到本發(fā)明的有利的改進方案。
根據(jù)本發(fā)明,提供一種機動車電池,其特別是高壓電池或牽引電池。機動車電池具有多個電池模塊,其中每個電池模塊具有多個與共同的單體聯(lián)接部相連接的電流型的電池單體以及一與總線聯(lián)接部相耦聯(lián)的控制電路。每個電池模塊的所述的單體聯(lián)接部分別用作由電池單體產(chǎn)生的電壓、也就是模塊電壓的電壓抽頭,該模塊電壓形成用于所述高電壓的部分電壓。該部分電壓特別是小于高電壓。控制電路可為從現(xiàn)有技術(shù)中已知的控制電路,其也被稱為CMC(電池單體模塊控制器(Cell Module Controller))。控制電路例如可被提供在電池模塊之內(nèi)用以電壓監(jiān)控和/或溫度監(jiān)控。
所有電池模塊都相互連接,確切地說通過接線裝置相互連接,所有電池模塊的單體聯(lián)接部都通過接線裝置與高壓電池聯(lián)接部相聯(lián)接并且所有電池模塊的總線聯(lián)接部都通過接線裝置與機動車電池的電池管理系統(tǒng)相連接。
為了借助于電池模塊提供結(jié)構(gòu)緊湊的且能以電壓保護的方式制造的機動車電池,根據(jù)本發(fā)明設(shè)置成,在每個電池模塊中分別將(特別是兩極的)電壓抽頭和總線聯(lián)接部集成到共同的插接聯(lián)接部中。因此,聯(lián)接觸點優(yōu)選地沿著共同的插接方向取向。相應(yīng)地,一方面使電壓抽頭相互連接并且另一方面使總線聯(lián)接部與電池管理系統(tǒng)相耦聯(lián)的聯(lián)接裝置被設(shè)計成唯一的、插到所有插接聯(lián)接部上的、具有電池管理系統(tǒng)的插接模塊。因此,所有電池模塊的插接聯(lián)接部在機動車電池中都并排布置在一行中,例如上下疊置在一行中。
通過機動車電池的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計方案,可進行以下的有利的根據(jù)本發(fā)明的方法。將電池模塊堆垛在一起,其中,電池模塊的插接聯(lián)接部保持彼此電分離。由此避免,在堆垛電池模塊時產(chǎn)生大于每個電池模塊的部分電壓的總電壓。插接聯(lián)接部以所描述的方式并排地成一行定向。之后,將插接模塊插到已定向的插接聯(lián)接部上。由此,同時使所有電壓抽頭相互連接,從而其總電壓產(chǎn)生高電壓。同時,所有電池模塊的總線聯(lián)接部與電池管理系統(tǒng)相連接。
換句話說,以有利的方式實現(xiàn),在低電壓時將電池模塊堆垛并且定向,并且利用唯一的、優(yōu)選最后的裝配步驟,通過插上插接模塊進行所有電壓抽頭的連接,而隨后不需要在機動車電池處進行其它對于裝配工來說危險的制造步驟。
總地來說得到的優(yōu)點是,機動車電池可由預(yù)制件裝配而成,這些預(yù)制件都不產(chǎn)生高電壓,并且利用唯一的工作步驟通過插上插接模塊才在裝配時產(chǎn)生高電壓。
優(yōu)選地,每個電池模塊具有自身的殼體,通過該殼體使電池單體和控制電路與電池模塊的周圍環(huán)境電絕緣。由此得到的優(yōu)點是,每個電池模塊可作為單個的封閉的構(gòu)件進行處理。殼體特別是由塑料制成并且具有固定裝置,例如通孔或卡鎖連接器,借助于固定裝置可使電池模塊相互螺旋連接或者卡鎖,并且借助于固定裝置可將電池模塊固定在機動車的結(jié)構(gòu)件、例如底板上。
優(yōu)選地,每個電池模塊設(shè)計成扁平的板。為此,在電池模塊中,分別作為薄膜電池單體提供電池單體。這種薄膜電池單體或袋狀電池單體在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。通過提供板形的電池模塊得到的優(yōu)點是,所有電池模塊的并排成行的插接聯(lián)接部可共同地通過相對較小地構(gòu)造的插接模塊相互連接。
插接模塊同樣是本發(fā)明的組成部分。其具有的優(yōu)點是,電池模塊可在唯一的工作步驟中相互連接,然后在該工作步驟中才在機動車電池處產(chǎn)生高電壓。插接模塊具有殼體,其利用插接側(cè)被插到電池模塊的并排布置的插接聯(lián)接部上。相應(yīng)地,插接側(cè)具有多個彼此鄰近地布置的聯(lián)接區(qū),其中每個聯(lián)接區(qū)具有用于插到電池模塊的電壓抽頭上的電觸點對和用于與同一電池模塊的總線聯(lián)接部相連接的總線聯(lián)接部。在殼體中布置有接線裝置,聯(lián)接區(qū)的觸點對通過該接線裝置相互連接。例如,通過該接線裝置可引起電池模塊的電壓抽頭的串聯(lián)。此外,在殼體中布置有電池管理系統(tǒng),該電池管理系統(tǒng)與所有接觸區(qū)的相應(yīng)的總線聯(lián)接部相耦聯(lián)。通過插接模塊,也可截取機動車中的機動車電池的高壓,即例如引導(dǎo)到馬達。為此,提供帶有布置在殼體處的高壓聯(lián)接部的聯(lián)接裝置,該高壓聯(lián)接部用于輸出在接線單元中所連接的聯(lián)接區(qū)上形成的高電壓。
優(yōu)選地,在插接模塊中設(shè)置成,在接觸區(qū)中,相應(yīng)的觸點對通過兩個布置在或沉入相應(yīng)的插接井狀部中的電觸點形成。由此,防止了在將插接模塊插到電池模塊上時的電弧和電壓擊穿。在本發(fā)明中,插接井狀部理解成殼體壁中的、由電絕緣的材料形成的井狀部。
通過使高壓聯(lián)接部具有兩個布置在相應(yīng)的插接井狀部中的、具有電絕緣的蓋的電接觸銷,高壓聯(lián)接部同樣優(yōu)選地設(shè)計成接觸保護的。于是在插上插接模塊之后不再可能例如利用手指或工具無意地接觸高壓聯(lián)接部的接觸銷。
根據(jù)本發(fā)明的插接模塊的一種改進方案設(shè)置成,提供至少一個設(shè)計用于分別聯(lián)接接觸器的控制聯(lián)接部,所述控制聯(lián)接部與設(shè)計用于控制接觸器的電池管理系統(tǒng)的控制裝置相耦聯(lián)。這種控制聯(lián)接部也被稱為BJB(電池接線盒)。通過設(shè)置這種控制聯(lián)接部,能夠由插接模塊的電池管理系統(tǒng)控制接觸器,例如為了緊急切斷或者斷開在機動車電池之內(nèi)的電連接。
為了使每個觸點對的電觸點相互連接,即,例如引起電池模塊的串聯(lián),根據(jù)一種實施形式,插接模塊的接線裝置具有剛性的金屬型材部件,通過這些金屬型材部件分別使一個聯(lián)接區(qū)的觸點對的電觸點與另一聯(lián)接區(qū)的觸點對的電觸點電流耦聯(lián)。在此,所有觸點對優(yōu)選串聯(lián)。金屬型材部件得到的優(yōu)點是,其可剛性地與插接模塊的殼體相連接,從而在將插接模塊插到電池模塊上時保證了可靠的力傳遞。
如已經(jīng)闡述的那樣,本發(fā)明也涉及一種機動車。根據(jù)本發(fā)明的機動車優(yōu)選地構(gòu)造成汽車、特別是乘用車。根據(jù)本發(fā)明的機動車的突出之處在于,其具有至少一個按照根據(jù)本發(fā)明的機動車電池的實施形式的機動車電池。
附圖說明
以下描述本發(fā)明的實施例。為此分別以示意圖示出:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機動車電池的一種實施形式,
圖2示出了機動車電池的單個電池模塊,
圖3示出了電池模塊的插接聯(lián)接部,
圖4示出了電池模塊的分解圖,
圖5示出了在一制造步驟期間的機動車電池的電池模塊,
圖6示出了在另一制造步驟期間的電池模塊,
圖7示出了在制造機動車電池期間的插上過程,通過該插上過程使電池模塊借助于插接模塊相互連接,
圖8從另一視角示出了插上過程,
圖9示出了插接模塊的插接側(cè),
圖10示出了插接模塊的用于輸出機動車電池的高電壓的聯(lián)接裝置,
圖11示出了聯(lián)接裝置的插接觸點,
圖12示出了在插接模塊裝配期間的插接模塊,
圖13示出了插接模塊的分解圖,
圖14示出了在裝配之前的插接模塊的單個部件,
圖15示出了布置在插接模塊中的接線裝置,
圖16示出了在接線裝置中提供的金屬型材。
具體實施方式
以下闡釋的實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式。但是,在該實施例中,該實施形式的所描述的部件分別表示本發(fā)明的單個的、彼此獨立的特征,這些特征也可分別彼此獨立地改進本發(fā)明并且由此也可單個地或者以與所示出的組合不同的組合被視為本發(fā)明的組成部分。此外,所描述的實施形式也可通過本發(fā)明的其它已經(jīng)描述過的特征來補充。
圖1示出了機動車電池或簡稱電池10,其可為高壓電池或牽引電池。例如,電池10可設(shè)計成,用于產(chǎn)生在400V和500V之間的、例如440V的高電壓。電池10的工作電流例如可在25A至45A的范圍中,例如可為35A或37A。電池10的寬度B例如可在50cm至120cm的范圍中,例如在60cm至90cm的范圍中。深度T例如可在45cm至80cm的范圍中,例如在55cm至65cm的范圍中。電池的高度H例如可在10cm至25cm的范圍中、特別是10cm至20cm的范圍中。
電池10由多個電池模塊12形成,這些電池模塊可共同地堆垛成模塊堆14。根據(jù)所需的高電壓和所需的工作電流,可根據(jù)需求選擇機動車電池10中的電池模塊12的數(shù)量。
每個電池模塊12可具有板的形狀。這些板可利用其寬側(cè)彼此堆垛。電池模塊12可通過插接模塊16相互連接。插接模塊16此外可具有聯(lián)接裝置18,聯(lián)接裝置可具有高壓聯(lián)接部20,在高壓聯(lián)接部處可截取或提取由電池10產(chǎn)生的高電壓。高電壓是由單個電池模塊12的部分電壓或模塊電壓組成的總電壓。在此,每個電池模塊12可產(chǎn)生一電壓、即模塊電壓,其在本發(fā)明的意義中為低電壓。
通過將插接模塊16插到模塊堆14上,模塊12可在唯一的工作步驟中相互連接,從而通過插上插接模塊16才在高壓聯(lián)接部20處形成高電壓。至此,電池模塊12可在沒有特殊的防止高電壓的預(yù)防措施的情況下堆垛成模塊堆14。
在圖2中示出了單個電池模塊12。模塊堆14的電池模塊12中的每一個能以相同的方式設(shè)計。電池模塊12可具有由電絕緣的材料、例如塑料制成的模塊殼體22。電池模塊12可具有插接聯(lián)接部24,插接模塊16可插接在插接聯(lián)接部處。插接聯(lián)接部24可布置在殼體22的凹入部26中,從而插接模塊16可沉入凹入部26中。
在圖3中作為圖2的放大局部示出了插接聯(lián)接部24。插接聯(lián)接部24不僅可具有帶有正極30和負(fù)極32的電壓抽頭28,也可具有總線聯(lián)接部34。在電壓抽頭28處可截取模塊電壓。插接模塊可通過總線聯(lián)接部34與電池模塊12的控制電路相耦聯(lián),控制電路可布置在殼體22中。
在圖4中示出了電池模塊12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。殼體22可由兩個殼體外殼22'構(gòu)成,殼體外殼包圍控制電路38和電池單體36。電池單體36例如可以是鋰離子電池單體。電池單體36可設(shè)計成薄膜電池單體。電池單體36可設(shè)計成棱柱形。電池單體36可被粘接到殼體部件22'上。
通過連接元件38、例如金屬箍/金屬弓架可將電池單體36連接成串聯(lián)電路,由此單體電壓累加成模塊電壓。電池單體36可通過控制電路40監(jiān)控??刂齐娐?0能以已知的方式設(shè)計成電池單體-模塊-控制器CMC。
殼體部件22'能以有利的方式具有通孔23,通過該通孔實現(xiàn)了在電池周圍環(huán)境和模塊內(nèi)部之間的空氣交換并且由此實現(xiàn)了電池模塊12內(nèi)腔的冷卻。
每個單個電池模塊12可獨自制成并且作為預(yù)制件用于裝配機動車電池。
在圖5中示出,可如何將電池模塊12彼此堆垛在一起。在此,插接聯(lián)接部24布置成彼此齊平,也就是說并排地布置。通過電池模塊12的堆垛,得到模塊堆14,其在圖6中再次示出。電池模塊12可借助于固定裝置42彼此固定。例如,在堆垛之后,電池模塊12利用螺釘44被旋擰并固定在(未示出的)機動車的車輛底板上。在此,該被部分裝配的機動車電池的電壓范圍始終還在低壓范圍中。
在圖7中示出了最終的裝配步驟,在該裝配步驟中,將插接模塊16插到已經(jīng)布置成堆垛的各個電池模塊12的布置成插接區(qū)域46的插接聯(lián)接部24上。在此,模塊堆14可構(gòu)造成,在相鄰的電池模塊12的插接聯(lián)接部中,正極30和負(fù)極32布置成側(cè)向錯位,如在圖7中對于上部的兩個電池模塊12示出的。
圖8從另一視角示出了該插上過程。插接模塊16利用插接側(cè)48在插上運動中沿著插接方向50插入插接區(qū)域46中。
插接側(cè)48可對于插接區(qū)域46中的每個插接聯(lián)接部24都分別具有聯(lián)接區(qū)52,在圖8中出于清晰起見僅僅其中幾個聯(lián)接區(qū)設(shè)有附圖標(biāo)記。聯(lián)接區(qū)52可具有觸點對54和總線聯(lián)接部56。觸點對54可被插到插接聯(lián)接部24的相應(yīng)的電壓抽頭的正極30和負(fù)極32上??偩€聯(lián)接部26可被插到同一插接聯(lián)接部24的總線聯(lián)接部34上。通過沿著插接方向50的插上運動,所有聯(lián)接區(qū)52可同時被插到插接區(qū)域46中對應(yīng)的插接聯(lián)接部24上。由此,電池裝配結(jié)束并且在聯(lián)接裝置處存在高電壓。
圖9示出,聯(lián)接區(qū)52的每個總線聯(lián)接部56可如何具有一個或多個總線觸點58以用于電接觸一個電池模塊12的插接聯(lián)接部24的總線聯(lián)接部34的對應(yīng)的電的總線導(dǎo)線。每個觸點對54可具有兩個電觸點,其可布置在插接模塊16的殼體60中。在此,可通過殼體60中的通孔62從插接模塊16外部到達觸點對。由此,正極30和負(fù)極32可通過通孔62插入殼體16中并且由此與觸點對54的觸點進行連接或接觸。由此得到的優(yōu)點是,當(dāng)在將插接模塊通過插上運動50插入插接區(qū)域46中時產(chǎn)生高電壓時,在插接模塊16之外沒有導(dǎo)電元件。每個總線聯(lián)接部56也可具有井狀壁64,通過該井狀壁一方面可在插上時提供運動引導(dǎo)并且另一方面防止從觸點對54到總線觸點58上的電壓電弧。
圖10示出了帶有聯(lián)接裝置18的插接模塊16的與插接側(cè)48相對的后側(cè)。通過聯(lián)接裝置18提供高壓聯(lián)接部20,其可具有高壓正極觸點66和高壓負(fù)極觸點68。附加地,聯(lián)接裝置18可具有通信總線聯(lián)接部70,插接模塊16通過該通信總線聯(lián)接部與機動車的通信總線、例如CAN總線(CAN-控制器局域網(wǎng)絡(luò))相連接。機動車電池10的高電壓在高壓正極觸點66和高壓負(fù)極觸點68之間得到。
在圖11中示出了一種接觸保護部72,其可分別在聯(lián)接裝置18中的高壓正極觸點66和高壓負(fù)極觸點68中提供。高壓正極觸點66和高壓負(fù)極觸點68可通過金屬銷74或另一接觸元件74提供,該金屬銷或另一接觸元件可布置在具有電絕緣的井狀壁78的井狀部76、例如塑料井狀部中。朝向井口的方向,可在接觸元件74上布置電絕緣的蓋80。由此,不能將手指或工具插入井狀部76中并由此建立與接觸元件74的電連接。由此,即便在將插接模塊插到模塊堆14上之后也可靠地避免了,裝配工與處于高電壓下的導(dǎo)電元件接觸。
在圖12中示出了在裝配階段期間的插接模塊16。在殼體60中可提供載體板82,在載體板上可布置總線聯(lián)接部56。載體板82也可具有用于使總線觸點58相連接的導(dǎo)體電路。通過接線裝置84可提供觸點對54的電觸點86。相鄰聯(lián)接區(qū)52的觸點86可通過能導(dǎo)電的橋形元件88相互連接??偟貋碚f,由此可通過一個能導(dǎo)電的、例如可由鋁制成的型材元件90提供兩個觸點86和一個橋形元件88。
在圖13中再次單個示出了插接模塊16的各元件。通過載體板82可使總線聯(lián)接部56與電池管理系統(tǒng)92電連接,電池管理系統(tǒng)同樣可集成在插接模塊16中。電池管理系統(tǒng)92可通過總線聯(lián)接部56與所有電池模塊12的控制電路40交換數(shù)據(jù),并且由此以已知的方式控制機動車電池10。電池管理系統(tǒng)92也可與通信總線聯(lián)接部70相耦聯(lián),從而電池管理系統(tǒng)92也可與機動車的通信總線交換數(shù)據(jù)。
在圖14中再次示出了插接模塊16的各個可單個制成的元件。
在圖15中示出了接線裝置84。接線裝置84的彼此相對置的側(cè)94、96的型材90可相對彼此錯位地布置,從而交替地在側(cè)94和側(cè)96上,相鄰聯(lián)接區(qū)52的觸點86分別通過橋形元件88連接并且由此將單個電池模塊12的插接聯(lián)接部24的電壓抽頭28連接成串聯(lián)電路。于是模塊電壓的總電壓在高壓觸點66、68之間得到。如已經(jīng)在圖10中示出的那樣,高壓觸點66、68實施在聯(lián)接裝置18中。通過接線裝置84也可引起兩個或多個電池模塊12的并聯(lián)。則為此設(shè)置觸點86的其它接線方式。
在圖16中示出,型材90的每個單個觸點86可如何構(gòu)造成由導(dǎo)電的材料制成的插接井狀部。每個觸點86可具有多個冷卻肋96,通過冷卻肋,即便在電流持久地、例如長于10分鐘地位于額定電流強度或超過額定電流強度時都防止型材90過熱。在每個井狀部中可布置由能導(dǎo)電的金屬絲制成的織物98。通過織物98可保證單個電池模塊12的電壓抽頭28的正極30和負(fù)極32與每個型材90的觸點86的井狀壁之間的大面積接觸。
機動車電池可如此裝配,即,電池模塊可在接觸保護的條件下相互連接。在此證實了,電池模塊12的控制電路的低壓連結(jié)的功能和借助于接線裝置84實施的高壓接線以及電池管理系統(tǒng)92的提供可集成在一個構(gòu)件中,即,插接模塊16中。
織物98例如可造型成雙曲面,從而在電觸點插入時織物緊貼在電觸點上。織物可定位或固定在塑料載體上,借助于塑料載體可在沒有不期望的變形的情況下將織物插入觸點86的相應(yīng)的井狀部中。
因此,該示例示出了這樣的模塊結(jié)構(gòu),即,其構(gòu)造成扁平的并帶有棱柱形鋰離子單體。模塊同時具備用于插接模塊的連結(jié)部。該新的想法通過帶有功能集成(即在插接模塊中安置有用于高壓連接的構(gòu)件、用于總線聯(lián)接的低壓連接部、電池管理系統(tǒng)以及高壓插接聯(lián)接部)的全接觸保護技術(shù)方案實現(xiàn)。如果存在足夠的結(jié)構(gòu)空間,甚至可將電池接線盒的功能集成在該插接模塊中。如果存在充分的結(jié)構(gòu)空間,甚至可將電池接線盒的功能集成在插接模塊中。由此,在裝配、再加工和維護期間便已有利地保證了在高電壓區(qū)域中的完全接觸保護。代替五個不同的構(gòu)件,利用插接模塊僅需要一個構(gòu)件以使電池模塊相互連接。實現(xiàn)了簡單的裝配。與傳統(tǒng)的機動車電池相比,節(jié)省了結(jié)構(gòu)空間和重量。此外,在研發(fā)和構(gòu)件采購時得到更低的成本。通過節(jié)省體積,在機動車中可在沒有附加的結(jié)構(gòu)空間占用的情況下提供更多的機動車電池,由此以有利的方式還可提高電驅(qū)動的機動車的續(xù)航距離。
總地來說,該示例示出了,可如何通過本發(fā)明提供帶有集成的電池管理低壓和高壓插頭的高壓插接模塊。