CN107534119B - 具有改进的用于单元连接器元件的焊接技术的蓄电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池组件，包括具有至少一个电接头元件的第一蓄电池单元、具有至少一个电接头元件的第二蓄电池单元和单元连接器元件，该单元连接器元件将第一蓄电池单元的电接头元件与第二蓄电池单元的电接头元件电连接并且该单元连接器元件至少借助多个焊接部位焊接在所述蓄电池单元之一的电接头元件之一上，根据期望电流密度这样选择焊接部位的数量和位置，使得较多的焊接部位设置在具有较高的期望电流密度的位置上并且没有或较少的焊接部位设置在具有较低的期望电流密度的位置上。

Description

具有改进的用于单元连接器元件的焊接技术的蓄电池组件
技术领域
本发明涉及一种蓄电池组件，其具有改进的、用于将单元连接器元件安装在蓄电池单元上的焊接技术。
背景技术
在电驱动的机动车中使用蓄电池组件，在其中多个蓄电池单元、如棱柱形蓄电池单元依次连接、通常串联连接成一个模块。各模块能够固定地或在机动车运行期间可配置地串联和/或并联连接并且形成一个牵引蓄电池。牵引蓄电池向用于驱动机动车的电机供电。电驱动装置的基本原理是本领域技术人员公知的并且为了简明起见在此不再对其进一步解释。
单元连接器元件设置用于连接两个相邻电池单元的相反极。单元连接器与两个蓄电池单元的两个接头元件连接，每个蓄电池单元的接头元件与一个电极电连接。已知单元连接器元件可例如借助圆形焊缝焊接在接头元件上。也已知单元连接器元件与接头元件螺旋连接或粘接在其上。
单元连接器元件激光焊接到接头元件上的缺点在于，高的能量以热量形式输入单元连接器和接头元件中。由此设置在附近的塑料构件并且在最坏的情况下蓄电池本身可损坏。此外，激光束焊接需要接头元件和单元连接器元件的最小尺寸、即高度和宽度，由此需要更多安装空间。此外，激光束焊接需要相当大的***技术投资，这仅在连接过程比替代方法快得多时才是合理的。
DE 102010020065 A1公开了一种储能模块，其包括多个棱柱形电池单元和一个具有支架的电池单元接通装置，在所述支架上设有多个单元连接器，通过所述单元连接器将一个存储单元的第一极的相应端子与相邻存储单元的第二极的相应端子电连接。
DE 102010046529 A1公开了一种用于容纳至少一个电池单元的框架***。
US 2010/0167115 A1公开了一种具有电池块的电池***，该电池块包括多个电池单元，它们借助绝缘的隔离元件并排设置。
DE 102008059970 A1公开了一种电池，在其中柔性单元连接器设置在刚性单元连接器板上。
DE 102011080977 A1公开了一种用于电连接电池单元端子的单元连接器，其包括第一材料层和由第二材料构成的第二层，这两个层各自设有一个小孔和一个较大的孔，并且所述层这样上下叠置地设置，使得一个层的小孔基本上同轴于相应的另一层的较大的孔。
DE 102006015566 A1公开了一种用于将电化学储能器的电池单元的两个电极电连接的极连接器，其包括由至少两个导体元件构成的束，所述导体元件分别跨接在待相互连接的极之间的空隙。
DE 102011075853 A1公开了一种包括至少两个补偿区段的单元连接器，其分别沿连接方向从第一接触区域延伸至第二接触区域并且横向于连接方向彼此分离。
DE 2516530A1公开了借助多个焊点将连接器元件安装在电池上。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有改进的焊接连接的蓄电池组件。
本发明的任务通过一种蓄电池组件来解决。
蓄电池组件包括：
－具有至少一个电接头元件的第一蓄电池单元；
－具有至少一个电接头元件的第二蓄电池单元；
－单元连接器元件，该单元连接器元件将第一蓄电池单元的电接头元件与第二蓄电池单元的电接头元件彼此电连接，并且该单元连接器元件借助多个焊接部位至少焊接在所述蓄电池单元之一的电接头元件之一上，
根据期望电流密度选择焊接部位的数量和位置，使得较多的焊接部位设置在具有较高的期望电流密度的位置上并且没有或较少的焊接部位设置在具有较低的期望电流密度的位置上，所述单元连接器元件具有一个唯一的敞开区域，该敞开区域在第一蓄电池单元的电极和第二蓄电池单元的电极之间延伸并且在各电极上延伸，为每个蓄电池单元分别仅设置两个朝向相应的另一个蓄电池单元偏移的焊接部位，每个蓄电池单元的两个焊接部位关于敞开区域相对置地设置。
根据本发明的蓄电池组件包括具有至少一个电接头元件的第一蓄电池单元、具有至少一个电接头元件的第二蓄电池单元、单元连接器元件，该单元连接器元件将第一蓄电池单元的电接头元件与第二蓄电池单元的电接头元件彼此电连接并且该单元连接器元件至少借助多个焊接部位焊接在所述蓄电池单元之一的电接头元件之一上。根据期望电流密度这样选择焊接部位的数量和位置，使得较多的焊接部位设置在具有较高的期望电流密度的位置上并且没有或较少的焊接部位设置在具有较低的期望电流密度的位置上。电接头元件从蓄电池单元提取电荷和/或向蓄电池单元供应电荷。第一蓄电池单元的与单元连接器元件连接的电接头元件可具有与第二蓄电池单元的与单元连接器元件连接的电接头元件相反的极性。由此可实现蓄电池单元的串联连接，这例如在牵引蓄电池中是希望的。术语“具有较低的期望电流密度的位置”也包括没有电流流动的位置。期望电流密度在具有较高的期望电流密度的位置上比在具有较低的期望电流密度的位置上高。焊接部位可形成一个或多个焊接面。
为了减少向蓄电池单元中的热量输入并且缩短安装单元连接器元件时的周期时间，本发明人建议，在接触电阻不变的情况下最小化在单元连接器元件和接头元件之间的焊缝长度。这通过如下方式实现：关于电流、尤其是电流密度最佳地选择焊缝和/或焊点的几何形状。在现有技术中在接头元件上形成焊接圆，其作为最低要求具有约40mm2的连接面积。与此相反，本发明人建议连续和/或分段的焊缝或焊点，其在面积方面相比现有技术中使用的焊接圆显著减小。焊缝和/或焊点的面积例如可减小大约一半，且不提高从一个蓄电池单元到另一个蓄电池单元的接触电阻。优选焊接部位(单元连接器元件在该焊接部位上安装于电接头元件上)的面积最大为约30mm2、优选最大为20mm2、最优选最大为15mm2。
焊接部位可以是单个焊点。多个焊接部位可形成一个焊缝或焊接面。这种情况可出现在所述位置并排时。焊接部位可形成连续的焊缝或连续的焊接面或者形成不连续的焊缝或不连续的焊接面，在此不连续的焊缝或焊接面的每个分段具有多个并排或彼此相邻的焊接部位。
焊接部位可以具有各个焊点、不连续的焊缝和/或连续的焊缝。焊接部位可具有下述形状：由焊缝形成的连续的圆弧、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的圆弧、由焊缝形成的连续的半圆、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的半圆、由焊缝形成的两条相交的连续直线、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的两条相交的不连续直线、由焊缝形成的两条相交且相互成直角的连续直线、由焊缝形成的两条相交且相互成直角的不连续直线和/或由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的一条不连续直线。连续直线、连续的圆弧和连续的半圆可包括多个彼此邻接的相交的焊接部位或线形焊缝。不连续的圆弧、不连续的半圆和不连续直线可包括多个分段，在这些分段上各焊接部位相交或形成焊缝。焊点或焊缝例如可通过激光焊接产生。由焊接部位形成的线和由焊接部位形成的圆弧或半圆具有一个宽度，该宽度根据所使用的焊接技术相应于焊接部位的宽度。
第一蓄电池单元和第二蓄电池单元可具有与接头元件耦合的电极，所述电极从相应的蓄电池单元中提取电荷。电极可具有圆形横截面。电极可从接头元件延伸到蓄电池单元中。所述连续的圆弧可围绕电极设置。所述不连续的圆弧可围绕电极设置。所述不连续直线可设置在接头元件的朝向另一蓄电池单元定向的边缘区域上。
单元连接器元件可具有敞开区域，该敞开区域在第一蓄电池单元的电极和第二蓄电池单元的电极之间延伸。在一种实施方式中电极可不被单元连接器元件覆盖，即敞开区域在电极上延伸。敞开区域提高了单元连接器的弹性，以便在运行期间承受蓄电池单元的制造公差和尺寸变化。
由焊缝形成的连续的圆弧、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的圆弧、由焊缝形成的连续的半圆、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的半圆、由焊缝形成的相交的连续直线、由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的相交的不连续直线、由焊缝形成的相交且相互成直角的连续直线、相交且相互成直角的不连续直线可设置在敞开区域和电极旁边并且朝向相应的另一个蓄电池单元偏移地设置。上述焊接部位可在两侧设置在敞开区域和电极旁边并且朝向相应的另一个蓄电池单元偏移地设置。
单元连接器元件可在第一蓄电池单元的电接头元件和第二蓄电池单元的电接头元件之间的区域中具有拱部。该拱部也提高了单元连接器的弹性，以便在运行期间承受蓄电池单元的制造公差和尺寸变化。
所述拱部的最高线可垂直于敞开区域设置。
本发明可将焊缝面积减小约50％。由此也可在制造根据本发明的蓄电池组件时减少过程时间，这尤其是大批量时显著影响***技术所需的投资。此外，焊缝面积的减半意味着在焊接时输入构件中的能量也大致减半。由此单元连接器元件和电接头元件可设计得更小，从而减小安装空间和重量。附加地，蓄电池单元和附近的塑料构件的热负荷降低，这在研发新的蓄电池模块时提供了更大的设计自由度。
附图说明
现在参考附图详细地、但非限制性地说明本发明，在附图中：
图1示出按本发明的蓄电池组件的透视图；
图2示出一个连接器元件和两个电接头元件的示意性剖面图；
图3示出具有两种不同类型的焊缝的本发明的第二种实施方式；
图4示出具有一条不连续的直的焊缝的第三种实施方式；
图5示出具有多个连续的直的焊缝的第四种实施方式；
图6示出本发明的第五种实施方式，其中，焊缝具有圆弧的形状；
图7示出第六种实施方式，其中，焊缝具有不连续的圆弧的形状；
图8示出第七种实施方式，其中，焊缝具有相互成直角地设置的连续直线的形状；
图9示出具有相互成直角地设置的不连续直线的第八种实施方式；并且
图10示出蓄电池组件的俯视图。
具体实施方式
图10示出本发明的第一种实施方式。此外，图1示出接头元件104和连接器元件105的透视图，并且图2示出连接器元件105和接头元件104、106的剖面图。
多个蓄电池单元101并排设置。每个蓄电池单元101包括一个第一接头元件104和一个第二接头元件106，分别有一个具有圆形横截面的电极108延伸到这些接头元件中。电极也延伸到蓄电池单元101内部，以便为蓄电池单元101供应电荷和/或从其中提取电荷。
第一蓄电池单元101的第一接头元件104借助于单元连接器105与第二蓄电池单元101的第二接头元件106连接。在第一种实施方式中，单元连接器元件105借助多个焊点固定，这些焊点构成不连续的圆弧120。
所述不连续的圆弧设置在电极108旁边。不连续的圆弧120的焊点位于期望高的电流密度的区域中。在那里从接头元件104、106到连接器元件105的过渡部具有低的电阻。此外，连接器元件105具有敞开区域，该敞开区域从一个蓄电池单元101的电极延伸至另一蓄电池单元101的电极108并且比电极窄。此外，电极108不被露出的区域覆盖。敞开区域114用于承受(Aufnehmen)例如基于温度和充电状态的机械公差和尺寸变化。
此外，连接器元件105具有基本上U形的拱部112，该拱部基本上垂直于敞开区域114延伸。基本上U形的拱部112也用于承受基于温度和充电状态的机械公差和尺寸变化。
在第一种实施方式中，由焊点形成的不连续的圆弧120基本上为半圆。
图3示出本发明的第二种实施方式，其中，为了简明起见，仅涉及与第一种实施方式的不同之处。连接器元件105借助圆弧形的焊点阵列220与接头元件104、106连接。圆弧形设置的焊点220在每个电极上形成两个大约相应于四分之一圆的圆弧。另外，连接器元件105借助一条由焊点形成的不连续直线222固定在接头元件104、106上，以便将连接器元件105与接头元件104、106电连接。可选的单个焊点228用于将连接器元件105机械固定在接头元件104、106上。
图4示出本发明的第三种实施方式300，在其中连接器元件105借助由焊点形成的不连续直线322安装。所述不连续的线322设置在接头元件104、106的朝向另一接头元件定向的边缘区域上。每个焊点可具有约1mm的边缘长度。
图5示出本发明的第四种实施方式，在其中连接器元件105借助在焊接部位上的连续直线与接头元件104、106电连接，所述焊接部位形成焊缝422。
图6至9示出焊接部位的不同可能性，其中，图6示出本发明的第五种实施方式500，图7示出本发明的第六种实施方式600，图8示出本发明的第七种实施方式700，并且图9示出本发明的第八种实施方式800。在第五到第九种实施方式中焊接部位530、630、740、840在电极108和敞开区域旁边产生，其中，所述焊接部位530、630、740、840从电极108中点朝向相应的另一接头元件104、106方向偏移地设置。
在根据图6的第五种实施方式中，焊接部位530形成圆弧形的连续焊缝530。圆弧形的焊缝530的凸端朝向相应的另一接头元件104、106定向。
根据图7的第六种实施方式基本上相应于根据图6的第五种实施方式500，在第六种实施方式600中焊接部位630由具有多个焊段或间隔开的焊点的不连续的圆弧630构成。
在根据图8的第七种实施方式中，焊接部位740由两条相交的直角线740构成。第一条线基本上平行于接头元件104、106的朝向相对置的接头元件104、106定向的边缘设置。第二条连续的直的焊缝垂直于接头元件104、106的朝向相对置的接头元件104、106定向的边缘定向。焊接部位740的由两条线形的焊缝740形成的连接点朝向连接器元件105的敞开区域114和/或中心定向。
根据图9的本发明的第八种实施方式800基本上相应于根据图8的第七种实施方式700，在此，不连续的线由多个间隔开的分段或间隔开的焊缝构成，每个分段或焊缝具有多个焊点或焊接部位。
例如可通过激光焊接形成焊接部位、焊点、焊缝和类似物。由于热量输入相对低，因此在蓄电池单元中目前优选激光焊接方法。
不连续的线、不连续的圆弧、不连续的半圆或类似物包括多个彼此间隔开的分段。每个分段可具有一个焊点或焊接部位。但每个分段也可具有多个排成一排的焊接部位，其例如形成(短的)连续焊缝。每个焊接部位的长度和宽度都具有一定延伸。因此，在本发明意义中的焊接部位是二维的。线或圆弧或分段由多个并排的焊接部位形成。表述“并排的焊接部位”并不意味着必须形成点焊意义上的各点。连续的线、连续的圆弧、连续的半圆或类似物也可通过连续的焊接过程产生，从而形成并排的焊接部位。
本发明的发明人已经认识到，当焊接部位、焊点、焊缝或类似物位于具有期望比其它位置更高的电流密度的区域中时，连接器元件105在蓄电池单元的接头元件104、106上可借助相对短的焊缝和/或借助相对少量的焊点焊接在蓄电池单元101的接头元件104、106上。通过较少数量的焊接部位、焊点、焊缝或类似物可减少在制造时蓄电池单元101的热负荷。此外可缩短焊接过程的周期时间，这在大批量时是十分重要的。

Claims (9)

1.蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，包括：
－具有至少一个电接头元件(104)的第一蓄电池单元(101)；
－具有至少一个电接头元件(106)的第二蓄电池单元(101)；
－单元连接器元件(105)，该单元连接器元件将第一蓄电池单元(101)的电接头元件(104)与第二蓄电池单元(101)的电接头元件(106)彼此电连接，并且该单元连接器元件借助多个焊接部位至少焊接在第一和第二蓄电池单元(101)之一的电接头元件(104、106)之一上，
根据期望电流密度选择焊接部位的数量和位置，使得较多的焊接部位设置在具有较高的期望电流密度的位置上并且没有或较少的焊接部位设置在具有较低的期望电流密度的位置上，所述第一蓄电池单元和第二蓄电池单元具有与电接头元件耦合的电极(108)，所述电极从相应的蓄电池单元中提取电荷，所述单元连接器元件(105)具有一个唯一的敞开区域(114)，该敞开区域在第一蓄电池单元(101)的电极(108)和第二蓄电池单元(101)的电极(108)之间延伸并且在各电极(108)上延伸，为每个蓄电池单元分别仅设置两个朝向相应的另一个蓄电池单元(101)偏移的焊接部位，每个蓄电池单元的两个焊接部位关于敞开区域相对置地设置。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述焊接部位包括焊点和/或不连续的焊缝和/或连续的焊缝。
3.根据权利要求1所述的蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述焊接部位具有至少一种下述形状：
－由焊缝形成的连续的圆弧(530)；
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的圆弧(630)；
－由焊缝形成的连续的半圆；
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的半圆(120)；
－由焊缝形成的两条相交的连续直线(740)；
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的两条相交的不连续直线(840)；和/或
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的一条不连续直线(322)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池组件，其特征在于，
－所述连续的圆弧围绕电极设置；
－所述不连续的圆弧围绕电极设置；和/或
－所述不连续直线设置在接头元件的边缘区域上。
5.根据权利要求3或4所述的蓄电池组件，其特征在于，
－由焊缝形成的连续的圆弧、
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的圆弧、
－由焊缝形成的连续的半圆、
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的不连续的半圆、
－由焊缝形成的相交的连续直线和/或
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的相交的不连续直线
设置在敞开区域和电极旁边并且朝向相应的另一个蓄电池单元偏移地设置。
6.根据权利要求1至4之一所述的蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述单元连接器元件(105)在第一蓄电池单元(101)的电接头元件(104)和第二蓄电池单元(101)的电接头元件(106)之间的区域中具有拱部(112)。
7.根据权利要求6所述的蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述拱部(112)的最高线垂直于敞开区域(114)设置。
8.根据权利要求1所述的蓄电池组件(100；200；300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述焊接部位具有至少一种下述形状：
－由焊缝形成的两条相交且相互成直角的连续直线(740)；和/或
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的两条相交且相互成直角的不连续直线(840)。
9.根据权利要求8所述的蓄电池组件，其特征在于，
－由焊缝形成的相交且相互成直角的连续直线和/或
－由多个间隔开的焊缝或间隔开的焊点形成的相交且相互成直角的不连续直线
设置在敞开区域和电极旁边并且朝向相应的另一个蓄电池单元偏移地设置。
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