DE10110415C2 - Kompaktes Batteriepaket - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Notwendigkeit, mehrere Batterien anzuordnen und zu halten, und ein zusammengebautes Paket zur Ver­ wendung in einer Fahrzeugumgebung. Aufgrund der Natur einer Fahr­ zeugumgebung wird die Batterie beträchtlichen Schwingungen ausgesetzt. Dementsprechend ist ein kompaktes Batteriepaket erwünscht, das me­ chanische und elektrische Verbindungen enthält.

Batterien, die in Fahrzeugen verwendet werden, sind häufig über Ring­ klemmen mit Kabeln verbunden. Zusätzlich sind Sammelschienen für Batterien angeschraubt. Derartige Anordnungen neigen aufgrund der Schwingungen in einer Automobilumgebung zu Ausfall. Ferner sind Batte­ rien mit Kabelbäumen verbunden worden und sind zur mechanischen Unterstützung auch ummantelt. Viele dieser Anordnungen sind aufgrund des Schwingungsfaktors in einer Automobilumgebung unerwünscht.

Aus der DD-PS 32 750 ist eine Zellengruppen-Verbindung bekannt, bei der am Minus- und Pluspol jeder Zellengruppe je eine Platine angeordnet ist. Die Pluspol-Platine ist hierbei als Scheibe ausgebildet und die Minus­ pol-Platine weist eine Sicke und einen Zapfen auf.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes Batteriepa­ ket bereitzustellen, das auch bei beträchtlichen Schwingungen mecha­ nisch und elektrisch zuverlässig ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrie­ ben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen be­ schrieben, in diesen zeigt:

Fig. 1 eine Explosionsperspektivansicht des Batteriepakets der vor­ liegenden Erfindung, und

Fig. 2 eine Explosionsansicht der Lamelle zur festen Halterung der Batterie in den Steckbuchsen.

Fig. 1 zeigt ein kompaktes Batteriepaket 10 mit einem Gehäuse 12. In dem Gehäuse befindet sich eine Leiterplatte 14 mit Steckbuchsen 16. Mehrere Batterien 18 weisen eine rechteckige Lamelle 20 auf einer ersten und einer zweiten Seite der Batterien auf. Eine Seite der Batterien ist der Leiterplatte 14 zugewandt, während die zweite oder abgewandte Seite der Batterie 22 einer zweiten Leiterplatte 24 zugewandt ist, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist. Benachbart zu und ausgerichtet mit den Lamellen 20 der Batterien 18 befindet sich eine zweite Leiterplatte (PCB oder ge­ druckte Schaltung) 24. Die Leiterplatte weist ausgerichtete Steckbuchsen 30 auf. Ein Bandkabel 32 verbindet die beiden Leiterplatten 14, 24. Alter­ nativ und bevorzugt könnte das Kabel durch einen flexiblen Schaltkreis ersetzt sein. Mit flexiblem Schaltkreis ist ein flexibles Substrat gemeint, auf dem die gewünschte Schaltung angeordnet ist. Bei dieser Anwendung wird er eine ähnliche Funktion wie das Kabel 32 ausführen. Falls es ge­ wünscht ist, kann ein elektronischer Batterie-Controller 34 in die PCB eingebaut sein. Der Controller 34 vereinfacht das Steuern der Batterie­ funktionen 34 und ist auf der Leiterplatte 24 angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden. Um das Batteriepaket in dem Gehäuse zu befestigen und zur Luftverteilung ist neben der Leiterplatte 24 ein Kammerseitendec­ kel 40 angeordnet.

Batterieklemmen 42, 44 können in dem Gehäuse 12 passend angeordnet sein. Um die Luftbewegung in dem Gehäuse zu erleichtern, ist eine Entga­ sungsöffnung 46 in dem Gehäuse angeordnet. In dem Gehäuse sind ge­ eignete Luftzirkulationskanäle angeordnet, die als Rinnen 48 in dem Ge­ häuse 12 gezeigt sind.

Es ist festzustellen, daß das Gehäuse aus irgendeinem Material bestehen sollte, wie beispielsweise einem Kunststoff, wie Polyethylen oder Polypro­ pylen oder ABS, und dergleichen.

Mit dem Wort "Lamelle" ist gemeint, daß die Lamelle, wie sie in den Zeich­ nungen gezeigt ist, vorzugsweise ein Rechteck ist oder messer- bzw. la­ mellenförmig ist. Während in der Explosionsansicht die Lamelle 20 und die Steckbuchse 30 annähernd die gleiche Länge besitzen, ist festzustellen, dass eine Steckbuchse leicht eine größere Länge als die Lamelle auf­ weisen könnte. Zur Erleichterung des Einbaus der Batterien muss die La­ melle nur mit einem wesentlichen Teil der Steckbuchse 30 ausgerichtet sein. Zusätzlich sollten die Größe der Lamelle und die Größe der Steck­ buchse derart sein, dass eine geeignete elektrische Verbindung unter den Elementen des Pakets, nämlich den Leiterplatten und den Batterien, mit ihren jeweiligen Lamellen erleichtert wird. Ebenso kann die Steckbuchse flexible elektrische Federkontakte aufweisen, um eine geringfügige Fehl­ ausrichtung und Abweichungen in Bauteilabmessungen zu tolerieren.

Die Lamellen sollten derart bemessen sein, dass sie eine geeignete mecha­ nische Unterstützung für die einzelnen Batterien bereitstellen. Alternativ können separate Befestigungseinrichtungen in die Zellenenden eingebaut sein, die zu Befestigungselementen passen, die direkt an den Leiterplatten angebracht sind.

Während die Zeichnungen die bevorzugten Ausführungsformen der Kon­ struktion von separaten Leiterplatten zeigen, ist festzustellen, dass die Steckbuchsen leicht im Innern des Gehäuses angeordnet werden können. Auf diese Weise können die Zellen von einer geöffneten Seite des Gehäuses 12 aus eingebaut werden.

Während die Zeichnungen eine Anordnung von zwei mal fünf Batteriezel­ len zeigen, ist festzustellen, dass irgendeine Anzahl von Zellen verwendet werden kann, ganz gleich ob sie mehr oder weniger als die in den Zeich­ nungen gezeigte ist. Es ist auch festzustellen, dass die Spannung der kom­ binierten Batterien abhängig von der gewünschten Spannung der Batteri­ en irgendein Vielfaches betragen könnte. Bei bevorzugten Ausführungsformen würden die Spannungen 288 Volt oder höher oder auch niedriger, wie gewünscht, 12 oder 24 oder 36 oder 42 Volt und dergleichen betragen.

Diese Erfindung ist besonders auf fortschrittliche Batterietechniken an­ wendbar, wie beispielsweise Lithium-Polymer, Lithium-Ion, Nickel-Metall­ hydrid und dergleichen.

Ein Vorteil der kompakten Batterieanordnung ist die Leichtigkeit des Zu­ sammenbaus zu angestrebten Zügen, Strängen oder Paketen ohne Werk­ zeuge. Ein weiterer ist die flexible Orientierung der Zellen, ohne die Zellen für jeden Kunden anpassen zu müssen. Das Batteriepaket läßt eine hohe Stromdichte sowie einen niedrigen Widerstand zu. Das Batteriepaket der Erfindung reduziert Toleranzaddition und fängt eine geringfügige Fehlaus­ richtung der Zellen und Schwankungen in Bauteilabmessungen auf. Wie es oben in Hinblick auf eine Spannung diskutiert wurde, könnte es eine verbesserte Größe von den Zellen für angestrebte Strompegel geben. Das Batteriepaket kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden. Wie es zu se­ hen ist, ist die Lamelle oder der Rand des Lamellenverbinders auf die Oberfläche einer elektronischen Platine montierbar. Der Verbinder oder die Lamelle kann ausgerichtet werden, um eine formschlüssige Abwei­ sungseinrichtung bereitzustellen. Wie es zu sehen ist, gibt es weder Befe­ stigungselemente, die die Batterien zusammenhalten, wie beispielsweise Muttern und Schrauben, noch irgendwelche Kabel, die das Batteriepaket mechanisch zusammenhalten.

Es ist festzustellen, dass das kompakte Batteriepaket für hohen Strom (größer als 40 A) und hohe Spannung (größer als 12 V) konstruiert ist. Aufgrund dieser Notwendigkeit von hohem Strom und hoher Spannung sind lamellenförmige Verbinder erwünscht. Stiftförmige Verbinder sind aufgrund ihrer Unfähigkeit, die Elektrizität angemessen zu befördern, und aufgrund ihrer Schwierigkeit, eine gute mechanische und sichere Verbin­ dung aufrechtzuerhalten, unerwünscht.

Claims (5)

1. Batteriepaket (10), umfassend:
ein Gehäuse (12), in das mehrere Batterien (18) eingebaut sind, wobei jede Batterie an ihrer Vorder- und an ihrer Rückseite jeweils eine Lamelle (20) aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass sie in für sie vorgesehene Steckbuchsen (16, 30) passt, und
eine Leiterplatte (14, 24) an der Vorder- und Rückseite der Batterien, wobei jede Leiterplatte Steckbuchsen (16, 30) aufweist, um den Rand der Lamellen (20) der Batterien aufzunehmen und die Batterien innerhalb des Gehäuses elektrisch zu verbinden sowie ei­ ne mechanische Halterung für die Batterien bereitzustellen.

2. Batteriepaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass es mit den Batterien elekt­ risch verbundene Batterieklemmen (42, 44) aufweist.

3. Batteriepaket nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Entgasungsöffnung (46) für den Hindurchtritt von Gas und eine Kammer zur Verteilung der Luft innerhalb des Pakets aufweist.

4. Batteriepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Batterie-Controller (34) mit der an der Vorderseite der Batterie angebrachten Leiterplatte ausgerichtet und elektrisch verbunden ist.

5. Batteriepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Seitendeckel (40) des Gehäuses (12) die Leiterplatten und die Batterien im Gehäuse befestigt.