CN116918162A - 具有小型单体连接器布置组件的高压储存器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电池单体组合体的电池单体的单体连接器布置组件，具有一个串联连接器和和至少一个并联连接器，串联连接器用于将电池单体的圆环形的环形极与组合体的至少一个另外的电池单体的不同类型的内部极电连接，并联连接器用于将环形极与相应至少一个另外的电池单体的相同类型的环形极连接，串联连接器和并联连接器中的至少一个并联连接器和/或并联连接器中的至少两个并联连接器在环形极上在周向方向上彼此间隔开距离地布置。本发明还涉及一种多单体高压储存器，其具有多个电池单体，这些电池单体分别具有内部极和沿径向围绕该内部极布置的圆环形的环形极，多单体高压储存器包括具有多个单体连接器的单体连接器组，所述多个单体连接器设计用于将高压储存器的电池单体连接在一起。

Description

具有小型单体连接器布置组件的高压储存器

技术领域

本发明涉及一种多单体高压储存器，其具有多个圆柱形的圆形单体和至少一个单体连接器组。

背景技术

在不同的电池电气(BEV)驱动的和插电式混合动力(PHEV)驱动的机动车中安装有具有圆形单体的多单体高压储存器作为牵引电池。在此，通常通过扁平的、相对大面积的单体连接器-板材结构将各个电池单体相互连接，所述单体连接器-板材结构在高压储存器的布置在一个平面中的单体的端子侧上承担所述单体之间的所有或至少多个串联电连接(s)和并联电连接(p)。

由于所需的导线横截面越来越大，单体连接器在此变得越来越宽并且覆盖单体表面的越来越大的区域。此外，它们要耗费地制造，需要使用大量材料，并且因此也很重。

由DE102018208896A1已知一种具有T形和十字形构造的单体连接器的电池模块。然而，对于一个电池模块来说，需要许多不同结构型式的这种单体连接器。

发明内容

在这种背景下，本发明的任务是，改进多单体高压储存器的单体连接。

独立权利要求以其特征确定解决该任务的主题。从属权利要求涉及本发明的有利的进一步改进方案。

根据一个方面，公开了一种用于圆柱形圆形单体组合体的电池单体的单体连接器布置组件，所述组合体特别是六边形地布置在多单体高压储存器的包装平面中，所述单体连接器布置组件具有：(a)一个串联连接器，其用于将电池单体的圆环形的环形极与电池单体组合体的至少一个另外的电池单体的不同类型的内部极电连接，和(b)至少一个并联连接器，其用于将环形极与相应至少一个另外的电池单体的相同类型的环形极连接。

串联连接器和并联连接器中的至少一个并联连接器和/或并联连接器中的至少两个并联连接器在环形极上在周向方向上彼此间隔开距离地布置。

特别是，在彼此间隔开距离的串联和/或并联连接器的连接点之间存在间隔，从而特别是在环形极上间隔开距离的单体连接器之间的电流传导能够仅通过环形极本身实现。

因为单体连接器布置组件的不同的串联和/或并联连接器彼此间隔开距离地与环形极连接，所以在多单体高压储存器中圆形单体的相应的环形极在连接单体时被用于导电。由此，串联和/或并联连接器能够构造得更小。能够节省材料。此外，通过小的构造保持获得圆形单体的更好的可接近性，例如为了粘接和/或浇注单体组合体。

通过将环形极用作连接导体能够实现如下的单体连接器组，该单体连接器组由相对大数量的小单体连接器组成，而不是如在传统的圆形单体高压储存器中那样针对各个大数量的圆形单体使用一个或几个、为此大面积的和/或要复杂制造的单体连接器。各个小的单体连接器能够明显较不复杂地制造。此外，其使用能够灵活得多地进行，从而能够实现件数效应，因为相同的单体连接器可以用于不同的并联电路图，必要时甚至在单体几何结构稍微不同的情况下可以使用。

“电池单体组合体”在此特别是应理解为多个电池单体，这些电池单体共同地构成多单体高压储存器的包装平面或者其一部分、特别是单体包，并且为此确定其彼此的位置和定向。

根据另一个方面，公开了一种多单体高压储存器，其具有多个、特别是大量的六边形地布置的圆柱形的圆形单体，它们分别在同一气缸盖侧具有内部极和沿径向围绕该内部极布置的圆环形的环形极。

多单体高压储存器包括具有多个单体连接器的单体连接器组，这些单体连接器设计用于，特别是在单体连接器的配合作用下，特别是根据连接规定将高压储存器的各电池单体连接，从而得到根据本发明实施方案的单体连接器布置组件，也就是说特别是单体连接器组的单体连接器的串联连接器和/或并联连接器被构造为，使得它们在已安装状态下在相应的电池单体的环形极上在周向方向上彼此间隔开距离地布置。

根据一个实施方案，至少一个串联连接器和一个并联连接器、特别是作为单体连接器组的一个单体连接器相互一体式地构造。

因此，特别是当单体连接器实际上将其中一个圆形单体仅与另一个圆形单体串联并且与至多一个或两个或三个其它圆形单体并联连接时，能够实现一种小结构的单体连接器基础单元。

此外，本发明基于如下考虑，即，在已知的单体连接器中，多个单体的p连接通过对于p连接专用的连接器来实现。因此，每个p连接在已知的解决方案中具有自身的对于p连接专用的连接器。

这造成用于p连接的连接器的高度复杂性、相对高的材料使用，并且借助用于连接器的设计也始终确定规定的p连接图。

现在，本发明特别是基于如下构想，即，将在已知的解决方案中的多个p连接的复杂的大连接器分成较小的子连接器。

在此减小了用于圆形单体的多个p连接的各个单体连接器的尺寸(在类似复杂性的情况下更容易制造)。单体、特别是单体的圆环形的极在此用作导体并且能够节省材料。不同的p连接能够借助始终相同的一组连接器来实现。

根据一个实施方案，单体连接器组对于每四个或三个或两个、特别是六边形地布置的圆形单体具有至少一个一体式的串联和并联连接器。因此能够实现一种具有上述优点的小型单体连接器设计。

根据一个实施方案，一体式的串联和并联连接器将一个圆形单体的内部极与相邻圆形单体的恰好两个或三个环形极连接。这种单体连接器对于相应的连接情况构造得最小(maximal klein)。特别是，在不同的并联电路配置(例如Xs2p、Xs3p、Xs4p、Xs5p、Xs6p、Xs7p、Xs8p)中能够结构尺寸最小地使用与正好两个环形极或正好三个环形极的连接。在此，在较小数量的单体并联连接(例如2p、3p、4p)的情况下更确切地说倾向于从两个环形极与一个单体连接器的连接出发，而在较大数量的单体并联连接(例如5p、6p、7p、8p)的情况下更确切地说倾向于从三个或者甚至四个或者五个环形极的连接出发。但与一个单体连接器连接的环形极的数量本身与所设置的并联电路图无关，并且在个别情况下也与在所设置的并联电路图之外的其他应用特定的给定条件相关。

根据一个实施方案，单体连接器组具有不多于两种不同类型的或仅唯一一种类型的一体式的串联和并联连接器，以便因此实现根据本发明的一个实施方案的单体连接器布置组件。将小型s/p单体连接器用作多单体高压储存器中的单体连接器的基本类型能够实现在高压储存器中简单地建立所需的单体连接。特别是，具有单排并联电路图和/或小的p数量(例如Xs2p配置以及大部分Xs3p配置)的高压储存器能够以唯一类型的s/p单体连接器就够用(除关于高压储存器的电流端子的接口连接器之外)。特别是，具有两排6p配置(或具有多于两个或三个并联连接的单体的其它p配置)的高压储存器能够以两种类型的s/p单体连接器就够用。

根据一个实施方案，一种类型的一体式的串联和并联连接器布置在至少两个不同的安装位置中，特别是以不同的平面侧朝向圆形单体布置。由此，在特定的配置中能够安装特别是平面不对称的、具有两个不同的镜像对称的安装位置的单体连接器，从而尽管需要两个几何结构不同的单体连接器，也可以使用唯一一种类型的单体连接器。

根据一个实施方案，单体连接器组具有在圆形单体的二分之一至四分之三之间多的、特别是三分之二多的单体连接器。该份额、特别是三分之二的份额由使用尽可能小型的单体连接器得出并且能够实现最大材料节省、件数效应和低制造复杂性。

根据一个实施方案，在多单体高压储存器中、特别是在一个单体平面中，至少八个或十个或十二个单体或并联连接的单体包串联连接，以获得所期望的输出电压。

根据一个实施方案，在多单体高压储存器中、特别是在一个单体平面中分别有至少两个或三个单体并联连接成单体包，以获得所期望的输出电流强度。

根据一个实施方案，单体连接器组不仅具有单纯的串联连接器而且具有一体式的串联和并联连接器。由此能够实现另外的连接方案。

根据一个实施方案，所述并联连接器中的至少一个并联连接器具有安全装置、特别是安全凹部。因此，能够实现可设想简单的并联安全装置，该并联安全装置由于其多重的并联的布置结构而仅须防止相对低的电流流动且因此特别是可以构造为单纯的横截面减少，例如借助凹部。

根据另一方面，公开了一种多单体高压储存器，其具有多个、特别是大量圆柱形的圆形单体，它们处于高压储存器的一个单体平面中或分别在多个单体平面中。特别是，一个单体平面的圆柱形的圆形单体彼此以平行的圆柱中轴线六边形地彼此布置。为了使圆形单体彼此电触点接通，多单体高压储存器具有至少一个单体连接器组，该单体连接器组具有至少两个、特别是更多个单体连接器，这些单体连接器分别构造成用于将圆形单体之一的圆环形的、特别是沿径向在外部分别布置在圆形单体的头侧上的环形极与六边形地相邻于第一圆形单体的、特别是六角形地围绕第一圆形单体的或者在下一个相同定向的单体排、即在再下一个单体排中布置的另外的圆形单体电连接。在根据该方面的一个实施方案中，单体连接器组的所述至少两个单体连接器中的每个单体连接器至少具有：(i)一个串联连接器，其用于将环形极与另外的圆形单体中的至少一个圆形单体的不同类型的(即负的代替正的或者相反)内部极连接，和(ii)至少一个并联连接器，其用于将环形极与另外的圆形单体中的至少一个圆形单体的相同类型的(即负的到负的或者正的到正的)环形极连接。串联连接器和至少一个并联连接器和/或至少两个并联连接器在连接极圆环上在周向方向上彼此间隔开距离地布置。

附图说明

本发明的其它优点和应用可能性由下面结合附图的说明得出：

图1示出根据本发明的第一示例性实施方案的具有Xs2p连接的多单体高压储存器。

图2示出根据本发明的第二示例性实施方案的具有Xs3p连接的多单体高压储存器。

图3示出根据本发明的第三示例性实施方案的具有Xs3p连接的多单体高压储存器。

图4示出根据本发明的第四示例性实施方案的具有Xs6p连接的多单体高压储存器。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的第一示例性实施方案的多单体高压储存器100的一部分，其具有多个电池单体1(在此为圆柱形的圆形单体)的Xs2p连接。

圆柱形的电池单体1彼此以六边形的包装布置，也就是说，电池单体1关于其主纵轴线(垂直于示图平面)彼此平行地布置，其中，每个电池单体1被六个另外的电池单体包围，这六个另外的电池单体在围绕中间的电池单体1的主纵轴线的假想圆线上均匀分布地布置。当然，并不是每个电池单体1实际上被六个另外的电池单体包围—该图应当仅阐明布置方式。

每个电池单体1具有内部极3，该内部极在该实施例中在电池单体的圆柱形延伸部的端侧之一上围绕电池单体的主纵轴线构造为中央极。沿径向在内部极3的外部，每个电池单体1具有圆环形的环形极4，该环形极与内部极3不同类型地构造，也就是说该环形极具有其它的直流极化。

在Xs2p连接中，分别将两个圆柱形的电池单体1并联地连接成一个单体包2.1。预定数量的、即X个单体包2.1彼此串联地连接。

高压储存器100具有单体连接器布置组件101，该单体连接器布置组件能够实现Xs2p连接，从而至少在每个不是布置在与环境的连接接口处的电池单体1中(即至少在高压储存器的每个标准连接的电池单体中)在环形极4上布置有用于与相邻电池单体的内部极连接的串联连接器110以及用于与另一相邻电池单体的环形极连接的并联连接器120。

串联连接器110和并联连接器120在环形极4上在周向方向U上彼此以最小距离A间隔开地布置。

此外，在电池单体1的内部极3上布置有另一个串联连接器112，用于与另一个其它的电池单体的环形极电连接。

单体连接器布置组件101通过单体连接器组130实现，该单体连接器组在该实施例中仅具有两种类型的单体连接器140和150。

单体连接器类型140设计用于将一个电池单体1在其环形极4上不仅与相邻电池单体的内部极串联连接而且与另一个相邻电池单体的环形极并联连接。单体连接器类型140作为唯一的构件构成串联连接器110和并联连接器120。

单体连接器类型150设计用于将一个电池单体1在其环形极4上仅与相邻电池单体的内部极串联连接。单体连接器类型150作为唯一的构件构成串联连接器112。

在高压储存器100中，单体连接器布置组件101通过如下方式实现，即，单体连接器类型140在第一安装位置142中和在相对于该第一安装位置反转的第二安装位置144中使用，并且单体连接器类型150在第一安装位置152中和在相对于该第一安装位置反转的第二安装位置154中使用。

利用单体连接器组130，用于构造单体接触***的单体连接器布置组件101能够实现使用大量结构小的单体连接器，它们全部仅可配属于两种不同的单体连接器类型140和150，从而只需使用两种不同的构件，这两种不同的构件为此还可简单地设想并且以大件数制造。

在该实施例中示出六个电池单体1，它们借助在单体连接器布置组件101的意义中的四个单体连接器连接。这四个单体连接器中的两个单体连接器为类型140(安装在不同的安装位置142和144中)。这四个单体连接器中的另外两个单体连接器为类型150(安装在不同的安装位置152和154中)。

在图2中示出根据本发明的第二示例性实施方案的具有Xs3p连接的多单体高压储存器200的一部分。

高压储存器200与根据图1的高压储存器100的区别特别是在于，各个单体包2.2具有三个并联连接的电池单体1。

与图1中的示图相比显而易见的是，高压储存器200的单体连接器布置组件201基本上对应于图1中的单体连接器布置组件101，只是刚好各三个电池单体并联连接成一个单体包2。

在该实施例中示出九个电池单体1，它们借助在单体连接器布置组件201的意义中的六个单体连接器连接。这六个单体连接器中的四个单体连接器为类型140(安装在不同的安装位置142和144中)。这六个单体连接器中的另外两个单体连接器为类型150(安装在不同的安装位置152和154中)。

通过轻微的几何结构变型，根据在图3中描述的示例性实施方案的高压储存器300的单体连接器布置组件301对应于图2中的高压储存器200的单体连接器布置组件201。

在图3中示例性地示出另一个变型：除了所提及的几何结构不同之外，类型340的单体连接器在功能上对应于图1和图2中的类型140；但附加地，在此引入用于限制横截面的凹部，该凹部用作用于电池单体1的并联连接的过载电流安全装置341。

在图4中示出根据本发明的第四示例性实施方案的具有Xs6p连接的多单体高压储存器400的一部分。

在Xs6p连接中，各六个圆柱形电池单体1并联连接成一个单体包2.4。预定数量的、即X个单体包2.4彼此串联连接。

高压储存器400具有单体连接器布置组件401，该单体连接器布置组件能够实现Xs6p连接，从而能够将多个3×2个单体包2.4彼此连接。在该布置结构中，需要将电池单体不仅与在直接相邻的单体排中的电池单体连接而且与在再下一个单体排中的电池单体连接。

为此，每个偶数单体排G的电池单体也彼此并联连接，而每个奇数单体排U的电池单体仅串联连接。

亦即，在一个偶数单体排的一个电池单体1的环形极4上布置有两个用于与同一单体排中的两个相邻电池单体连接的并联连接器420和422，以及一个用于与再下一个单体排中的一个电池单体的内部极连接的串联连接器410。所有三个连接器410、420和422都在环形极的周向方向上四个彼此间隔开距离，使得在串联连接器410与并联连接器420和422中的每个并联连接器之间分别存在距离A*。

此外，在电池单体1的内部极3上布置有另一个串联连接器412，用于与在相反的再下一个单体排中的另一个电池单体的环形极电连接。

一个奇数单体排的一个电池单体仅在其环形极和其内部极上分别具有一个串联连接器412或414。

单体连接器布置组件401通过单体连接器组430实现，在该实施例中其仅具有两种类型的单体连接器440和450。

单体连接器类型440设计用于将一个偶数单体排G中的一个电池单体在其环形极4处既与两个相邻的奇数单体排U中的各一个电池单体的内部极串联连接，也与同一偶数单体排G中的相邻电池单体的环形极并联连接。因此，单体连接器类型440作为唯一的构件分别构成串联连接器410和412以及并联连接器420和422。

而单体连接器类型450仅设计用于将奇数单体排U中的电池单体在其环形极处与再下一个单体排、也即下一个奇数单体排U中的电池单体的内部极串联连接。因此，单体连接器类型150作为唯一的构件构成串联器连接器414。

通过单体连接器组430，用于构造单体接触***的单体连接器布置组件401能够实现使用大量小结构的单体连接器，这些单体连接器全部仅可配属于两种不同的单体连接器类型440和450，从而仅须使用两种不同的构件，这两种不同的构件为此还可简单地设想并且以大件数制造。

在该实施例中示出十八个电池单体1，它们借助在单体连接器布置组件401的意义中的十二个单体连接器连接。这十二个单体连接器中的各六个单体连接器为类型440或类型450。

附图标记列表

1 电池单体，在此圆柱形的圆形单体

2 单体包

3 电池单体的内部极，在此为中央极

4 电池单体的环形极

100、200、300、400 多单体高压储存器

101、201、301、401 单体连接器布置组件

112、410、412、414 串联连接器

142、144 类型140的单体连接器的安装位置

152、154 类型150的单体连接器的安装位置

120、420、422 并联连接器

130、230、330、430 单体连接器组

140、150、440、450 单体连接器类型

341 过载电流保护装置

A、A* 两个单体连接器在环形极上的最小距离

G 偶数单体排

U 奇数单体排

Claims (10)

1.一种用于电池单体组合体、特别是单体包的电池单体(1)的单体连接器布置组件(101、201、301、401)，所述单体连接器布置组件具有一个串联连接器(110、112、410、412、414)和至少一个并联连接器(120、420、422)，所述串联连接器用于将所述电池单体的圆环形的环形极(4)与所述组合体的至少一个另外的电池单体的不同类型的内部极(3)电连接，所述至少一个并联连接器用于将所述环形极与相应至少一个另外的电池单体的相同类型的环形极连接，其特征在于，所述串联连接器和所述并联连接器中的至少一个并联连接器和/或所述并联连接器中的至少两个并联连接器在所述环形极上在周向方向上彼此间隔开距离(A、A*)地布置。

2.一种多单体高压储存器(100、200、300、400)，所述多单体高压储存器具有多个电池单体(1)，所述多个电池单体分别具有内部极(3)和沿径向围绕该内部极布置的圆环形的环形极(4)，其特征在于，所述多单体高压储存器包括具有多个单体连接器(140、150、440、450)的单体连接器组(130、230、330、430)，所述多个单体连接器设计用于将所述高压储存器的电池单体连接在一起，从而得到根据权利要求1所述的单体连接器布置组件(101、201、301、401)。

3.根据权利要求2所述的多单体高压储存器，其特征在于，至少一个串联连接器(110、112、410、412、414)和一个并联连接器(120、420、422)相互一体式地构造成一个单体连接器(140、150、440、450)。

4.根据权利要求2或3所述的多单体高压储存器，其特征在于，所述单体连接器组(130、230、330、430)对于每四个或三个或两个电池单体具有至少一个一体式的串联和/或并联连接器(140、150、440、450)。

5.根据权利要求3或4所述的多单体高压储存器，其特征在于，所述一体式的串联和并联连接器将一个圆形单体的内部极(3)与相邻的圆形单体的恰好两个或三个环形极(4)连接。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的多单体高压储存器，其特征在于，所述单体连接器组(130、230、330、430)具有不多于两种不同类型的或仅唯一一种类型的一体式的串联和/或并联连接器(140、150、440、450)。

7.根据权利要求6所述的多单体高压储存器，其特征在于，一种类型的一体式的串联和/或并联连接器(140、150、440、450)布置在至少两个不同的安装位置(142、144；152、154)中，特别是以不同的平面侧朝向圆形单体布置。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的多单体高压储存器，其特征在于，所述单体连接器组具有电池单体(1)的二分之一至四分之三之间多的、特别是三分之二多的单体连接器(140、150、440、450)。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的多单体高压储存器，其特征在于，所述单体连接器组(130、230、330、430)不仅具有单纯的串联连接器(150、450)而且具有一体式的串联和并联连接器(140、440)。

10.根据权利要求2至8中任一项所述的多单体高压储存器，其特征在于，至少一个并联连接器具有安全装置(341)、特别是安全凹部。