DE102018113547A1 - Elektrisches system mit einem batteriemodul und einem in einer abdeckung integrierten schaltungsschutz - Google Patents
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Abstract
Ein Batteriemodul beinhaltet einen Packabschnitt und eine Abdeckungsbaugruppe. Der Packabschnitt weist eine Verbindungsplatine, leitende Kanäle und Batteriezellen auf, die sich durch die Verbindungsplatine erstrecken. Jede Batteriezelle beinhaltet eine Elektrodenzellenlasche, die mit einem entsprechenden leitfähigen Kanal verbunden ist. Die Abdeckungsbaugruppe ist mit dem Packabschnitt verbindbar und weist leitende Verbindungselemente auf, elektrische Sicherungen und Abtastleitungen auf, die in eine Abdeckplatte eingebaut oder in diese integriert sind. Die Verbindungselemente erstrecken sich von der Abdeckplatte und sind Teil einer elektrischen Schaltung zwischen den leitfähigen Kanälen des Packabschnitts und den Sicherungen und Abtastleitungen der Abdeckplatte, wenn die Abdeckbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
Ein elektrisches System beinhaltet das Batteriemodul, einen DC-Spannungsbus und mindestens eine Hochspannungskomponente beinhaltet, die über den Gleichspannungsbus mit dem Batteriemodul verbunden ist. Das elektrische System kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein.
Ein elektrisches System beinhaltet das Batteriemodul, einen DC-Spannungsbus und mindestens eine Hochspannungskomponente beinhaltet, die über den Gleichspannungsbus mit dem Batteriemodul verbunden ist. Das elektrische System kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein.
Description
- EINLEITUNG
- Elektrische Antriebssysteme verwenden im Allgemeinen eine oder mehrere elektrische Maschinen, um einem Getriebe selektiv ein Eingangsdrehmoment zu vermitteln und Strom in verschiedenen Betriebsarten des Antriebsstrangs zu erzeugen. Die elektrische Energie, die zur Energieversorgung der elektrischen Maschinen oder anderen Hochspannungskomponenten benötigt wird, kann in einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS) gespeichert werden, z. B. in einem Batteriemodul und den zugehörigen Schaltschützen und Sicherungen. Das Batteriemodul wiederum kann mehrere miteinander verbundene Lithium-Ionen-Batteriezellen beinhalten, die in Packungen oder Packabschnitten angeordnet sind. Die Elektrodenerweiterungen der einzelnen Batteriezellen werden dann zu einem leitfähigen Kanal verbunden, um eine serielle und parallele elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Batteriezellen und den mehreren Batteriepacks herzustellen.
- Eine Steuerung dient zur Regelung des Betriebs eines Batteriemoduls. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Zellenspannungen der verschiedenen Batteriezellen periodisch über einzelne Abtastleitungen einer flexiblen Schaltung oder einer Leiterplattenbestückung gemessen. Die Zellenspannungen werden an die Steuerung gemeldet, die daraufhin die Menge der zum und vom RESS fließenden elektrischen Energie steuert, den Gesamtzustand des Batteriepacks überwacht und Funktionen zum Ausgleich der Zellenspannung und zur Wärmeregelung ausführt. Vorsorglich werden kleine Niederspannungs-Abtastleitungssicherungen in die Abtastleitungen eingelötet und dauerhaft vergossen, um vor Überspannung oder Überstrom zu schützen.
- Abtastleitungssicherungen verfügen typischerweise über eine hohes Maß an Zuverlässigkeit. Allerdings sind derartige Sicherungen typischerweise recht klein, z. B. nicht größer als 6 mm x 3 mm x 3 mm. Darüber hinaus werden die zierlichen Sicherungen auf die Leiterbahnen gelötet, welche die einzelnen Abtastleitungen in einer auf einem Batteriemodul montierten flexiblen Leiterplatte („Flex-Circuit“) oder einer starren Leiterplatte (PCBA) bilden, die wiederum auf eine starre Verbindungsplatte des Batteriemoduls genietet werden. Die gelöteten Sicherungen werden anschließend dauerhaft auf der flexiblen Schaltung oder der Leiterplatte vergossen, z. B. mit einer dicken Epoxidschicht.
- KURZDARSTELLUNG
- Hierin ist ein Batteriemodul offenbart, das in einem elektrischen System verwendet werden kann. So kann beispielsweise und ohne Einschränkung das elektrische System Teil eines batterieelektrischen, erweiterten elektrischen oder hybriden Elektrofahrzeugs oder einer anderen mobilen Plattform oder für stationäre elektrische Systeme, wie beispielsweise ein Kraftwerk, sein. Das Batteriemodul beinhaltet eine Abdeckungsbaugruppe, die einen integrierten/eingebauten Abtastleitungsschutz für die verschiedenen Batteriezellen eines bestimmten Packabschnitts des Batteriemoduls bietet.
- Wie im Folgenden in Bezug auf die verschiedenen Figuren beschrieben, ist die offenbarte Abdeckungsbaugruppe als Reaktion auf einen Ausfall der Abtastleitungssicherung funktionsfähig oder austauschbar und erspart somit den Austausch des Batteriemoduls oder des Packabschnitts. Der vorliegende Ansatz bettet Sense-Line-Sicherungen und Leiterbahnen in die Struktur der Abdeckungsbaugruppe ein und löst ein mögliches Problem mit den vorstehend beschriebenen Konfigurationen, bei welchen einzelne vergossene Sicherungen nicht einfach ausgetauscht oder gewartet werden können. Eine mögliche Folge einer derartigen bestehenden Konstruktion ist, dass das Batteriemodul oder ein Teil des Batteriepacks im Falle eines Sicherungsbruchs entfernt und ausgetauscht wird.
- Im Gegensatz dazu bietet der vorliegende Ansatz einen integrierten Ansatz für den Schaltungsschutz von sicherungsbasierten Abtastleitungen, insbesondere in elektrischen Systemen mit mehrzelligen Hochvolt-Batteriemodulen. Der Packabschnitt in einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen mit jeweils einem Satz von Elektrodenlaschen. Die Abdeckungsbaugruppe beinhaltet eine Abdeckplatte und eine Vielzahl von leitenden Verbindungselementen sowie Abtastleitungssicherungen und Leiterbahnen, welche die vorstehend genannten einzelnen Abtastleitungen bilden. Die Sicherungen und Sense-Leitungen sind in die Abdeckungsbaugruppe eingebaut oder integriert, während die leitenden Verbindungselemente Teil einer leitfähigen Schaltung zwischen den leitfähigen Kanälen, den Sicherungen und den Sense-Leitungen sind, wenn die Abdeckungsbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
- In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Batteriemodul einen Packabschnitt und eine Abdeckungsbaugruppe. Der Packabschnitt weist eine Verbindungsplatine, eine Vielzahl von leitenden Kanälen und eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die sich durch die Verbindungsplatine erstrecken. Jede der Batteriezellen beinhaltet mindestens eine Elektrodenzellenlasche, die mit einem entsprechenden der leitfähigen Kanäle verbunden ist. Die Abdeckungsbaugruppe ist mit dem Packabschnitt verbindbar und weist eine Abdeckplatte und leitende Verbindungselemente, elektrische Sicherungen und Abtastleitungen auf, die in die Abdeckplatte eingebaut oder in diese integriert sind. Die leitfähigen Verbindungselemente erstrecken sich von der Abdeckplatte und sind Teil einer elektrischen Schaltung zwischen den leitfähigen Kanälen des Packabschnitts und den Sicherungen und Abtastleitungen der Abdeckplatte, wenn die Abdeckbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
- Das leitfähige Verbindungselement kann in unterschiedlicher Weise als Spiralfeder, Blattfeder oder elektrischer Verbinder mit einem Spann- und einem Crimpende verkörpert sein.
- Wenn es als Spiralfeder ausgeführt ist, kann das Verbindungselement ein distales Ende aufweisen, das eine Spiralschleife bildet, wobei die leitfähigen Kanäle optional ein Oberflächenmerkmal definieren, das sich mit der Spiralschleife ausrichtet und mit dieser zusammenpasst.
- Wenn es als Blattfeder ausgeführt ist, kann das Verbindungselement ein Oberflächenmerkmal aufweisen, das eine Oberfläche des leitfähigen Kanals kontaktiert, wenn die Abdeckungsbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
- Die Abdeckungsbaugruppe kann einen mehrpoligen elektrischen Verbinder beinhalten, der ein terminales Ende der Abtastleitungen bildet.
- Die Sicherungen weisen in einigen Ausführungsformen einen Nennstrom in einem Bereich von etwa 100 Milliampere bis 5 Ampere auf
- Weiterhin wird ein elektrisches System offenbart, welches das Batteriemodul, einen Gleichstrom-(DC)-Spannungsbus und mindestens eine Hochspannungskomponente beinhaltet, die über den Gleichspannungsbus mit dem Batteriemodul verbunden ist. Die Hochspannungskomponenten können ein Wechselrichtermodul beinhalten, wobei das elektrische System eine elektrische Maschine beinhaltet, die über das Wechselrichtermodul mit dem Batteriemodul verbunden ist.
- Das elektrische System kann mit einem Getriebe verbunden sein, wobei ein Eingangselement mit der elektrischen Maschine und ein Ausgangselement mit einer Last verbunden ist. So kann beispielsweise das elektrische System Teil eines Fahrzeugs mit Straßenrädern als Last sein, wobei das Ausgangselement mit den Straßenrädern verbunden ist.
- Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
- Figurenliste
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1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen elektrischen Systems, das ein Batteriemodul mit einer Abdeckungsbaugruppe aufweist, die eine integrierte Schutzschaltung für die Abtastlinie vorsieht, wie hierin offenbart. -
2 ist eine schematische Draufsicht einer einsatzfähigen Abdeckungsbaugruppe und eines als Teil des elektrischen Systems von1 nutzbaren Packabschnitts. -
3 ist eine schematische Seitendarstellung der Abdeckungsbaugruppe und des Packabschnitts von2 . -
4A-D ist eine schematische perspektivische Darstellung von alternativen leitfähigen Verbindungselementen, die mit der in2 dargestellten Abdeckungsbaugruppe verwendet werden können. - Für die vorliegende Offenbarung können verschiedene Modifikationen und alternative Formen zur Anwendung kommen und einige exemplarische Ausführungsformen werden hierin anhand der Zeichnungen in Form von Detailbeispielen dargestellt. Es versteht sich allerdings, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt sind. Vielmehr umfasst die Offenbarung alle Modifikationen, Entsprechungen, Permutationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Alternativen, die dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
- AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, wird ein exemplarisches Fahrzeug
10 und ein elektrisches System20 schematisch in1 abgebildet. Das Fahrzeug10 kann alternativ als Batterie-Elektrofahrzeug, Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite, Hybrid-Elektrofahrzeug oder anderes Fahrzeug10 mit einem elektrischen Antriebssystem konfiguriert werden. Obwohl eine Fahrzeuganwendung dargestellt ist, kann das elektrische System20 in anderen mobilen Plattformen, Kraftwerken oder anderen stationären Systemen mit einem wiederaufladbaren Batteriemodul12 zum Speichern oder Bereitstellen von elektrischer Energie verwendet werden. - Das Batteriemodul
12 beinhaltet einen Packabschnitt22 und eine passende Abdeckungsbaugruppe22C , wobei die Abdeckungsbaugruppe22C dem Packabschnitt22 eine integrierte oder eingebaute Schutzschaltung bereitstellt, wie im Folgenden unter besonderer Berücksichtigung von2 beschrieben. Der Packabschnitt22 kann eine Vielzahl von Batteriezellen13 beinhalten, z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Batteriezellen mit einer geeigneten Batteriechemie. Je nach Anwendung und Leistungsbedarf kann eine Reihe von Packabschnitten22 mit gleicher oder unterschiedlicher Anzahl der Batteriezellen13 in Reihe und/oder parallel geschaltet werden, um gemeinsam einen Gleichstrom-(DC)-Hochspannungspegel von etwa 50 Volt DC (VDC) bis 450 VDC oder mehr zu liefern. Daher bezieht sich der hierin verwendete Begriff „Hochspannung“ auf Spannungen jenseits der typischen 12-15 VDC-Hilfsspannungspegel. - Das Batteriemodul
12 kann mit einem Hochleistungsverteilermodul (HPDM )16 , z. B. einer elektrischen Anschlussdose, elektrisch verbunden werden, um die elektrische Energie vom Batteriemodul12 auf verschiedene Hochspannungskomponenten26A-E über einen Gleichspannungs-Bus31 zu verteilen. In dem in1 dargestellten, nicht einschränkenden Beispiel können die Hochspannungskomponenten26A ,26B , und26C ein Hilfsspannungsversorgungsmodul (APM ), ein Kabinenheizungs-Steuerungsmodul (CHCM ) und ein On-Board-Lademodul (OBCM ) beinhalten. Wie in der Technik bekannt, bezieht sich der Begriff „APM “ auf einen Spannungswandler, der zum Erhöhen oder Verringern einer Gleichspannung des Batteriemoduls12 konfiguriert ist. EinCHCM ist eine Vorrichtung, die zum Beheizen einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs10 betrieben werden kann, während einOBCM eine Vorrichtung ist, die üblicherweise zum Laden des Batteriemoduls22 bei Bedarf verwendet wird. Die Hochspannungskomponente26D kann ein Klimasteuerungsmodul (ACCM ) sein, d. h. eine Vorrichtung, die zum Kühlen der Fahrgastkabine und/oder anderer Komponenten des Fahrzeugs10 betrieben werden kann. Die Hochspannungskomponente26E kann, wie dargestellt, als Wechselrichtermodul (PIM ) verkörpert werden, das, wie in der Technik bekannt, zum Invertieren einer Gleichspannung (VDC ) aus dem Batteriemodul22 in eine Wechselspannung (VAC ) betrieben werden kann. - Das Fahrzeug
10 von1 kann in bestimmten Betriebsarten ausschließlich mit elektrischer Energie aus dem Batteriemodul22 betrieben werden, wobei diese Betriebsarten als Elektrofahrzeug oder „EV“ bezeichnet werden. Zu diesem Zweck kann das Fahrzeug10 eine oder mehrere elektrische Maschinen25 (MA ) beinhalten, z. B. einen elektrischen Fahrmotor, der über eine Motorabtriebswelle25S ein Motorabtriebsdrehmoment (PfeilTM ) liefert. Das Motorabtriebsdrehmoment (PfeilTM ) kann einen Teil oder das gesamte Antriebsdrehmoment (PfeilTI ) bilden, das einem Eingangselement15 eines Getriebes (T )28 zugeführt wird, zum Beispiel ein Getriebe mit einem oder mehreren Planetenradsätzen (nicht dargestellt), einem Direktantrieb oder 1:1-Getriebe oder einem stufenlos verstellbaren Getriebe. - Ein optionaler Verbrennungsmotor (
E )33 kann zum selektiven Erzeugen des Motordrehmoments (PfeilTE ) über eine Kurbelwelle11 verwendet werden. Die Kurbelwelle11 kann selektiv über das Einkuppeln einer Eingangskupplung Ci mit dem Eingangselement15 verbunden werden. Ein Ausgangselement17 des Getriebes28 überträgt letztlich ein Getriebeabtriebsdrehmoment (PfeilTo ) auf eine oder mehrere Antriebsachsen21 und damit auf einen Satz Straßenräder19 in der nicht einschränkenden Ausführungsform von1 oder zu einer anderen Last in nicht fahrzeuggebundenen Ausführungsformen. Somit können sich das Motordrehmoment (PfeilTE ) und das Motorabtriebsdrehmoment (PfeilTM ) kombinieren, um in einigen Modi in einer nicht einschränkenden Hybrid-Elektrofahrzeug-Ausführungsform ein Eingangsdrehmoment (PfeilTI ) für das Getriebe28 zu bilden. - Das Batteriemodul
12 von1 beinhaltet den Packabschnitt22 und die passende Abdeckungsbaugruppe22C wie vorstehend erwähnt. Sowohl der Packabschnitt22 als auch die Abdeckungsbaugruppe22C sind in der schematischen Draufsicht in2 dargestellt. Die Abdeckungsbaugruppe22C bietet dem Packabschnitt22 einen integrierten/eingebauten Schaltungsschutz durch eine integrierte elektrische Schutzschaltung. Die offenbarte Struktur ermöglicht es, die Abdeckungsbaugruppe22C zu entfernen und zu reparieren oder zu entsorgen, anstatt den Packabschnitt22 oder das Batteriemodul12 zu reparieren oder auszutauschen, wodurch die Reparaturarbeiten beschleunigt und die mit dem Batteriemodul12 verbundenen Reparaturkosten reduziert werden können. - Der Packabschnitt
22 beinhaltet insbesondere eine Verbindungsplatine30 und eine Vielzahl der Batteriezellen13 (siehe1 ), wobei die Batteriezellen13 hinter und unterhalb der Verbindungsplatine30 angeordnet sind. Die Verbindungsplatine30 kann in bestimmten Ausführungsformen aus einem massiven, flachen Stück gegossenem Kunststoff hergestellt werden, sodass die Verbindungsplatine30 dem Packabschnitt22 eine strukturelle Steifigkeit bietet. Wie in der Technik bekannt, kann jede der Batteriezellen13 einen Hauptzellenkörper (nicht dargestellt) mit positiven und negativen Stromabnehmern beinhalten, z. B. aus Aluminium bzw. Kupfer gefertigt, durch eine Elektrolytlösung getrennt und in einem Folienbeutel oder einer anderen geeigneten Konstruktion eingeschlossen. Ein Teil der Stromabnehmer ragt aus dem Hauptzellenkörper als Elektrodenzellenlaschen13E heraus, die sich orthogonal durch die Verbindungsplatine30 erstrecken. - Die einzelnen Zellenlaschen
13E können ultraschallverschweißt oder anderweitig mit einem leitfähigen Kanal14 , z. B. einer länglichen U- oder L-förmigen Kupferschiene, verbunden werden, um die verschiedenen Batteriezellen13 elektrisch miteinander zu verbinden. Obwohl in2 vereinfacht schematisch dargestellt, kann ein Satz von drei oder mehr dieser Zellenlaschen13E bei Verwendung eines U-förmigen leitfähigen Kanals14 durch gegenüberliegende Seiten des leitfähigen Kanals14 oder auf einer Seite des leitfähigen Kanals14 , wie bei der Verwendung eines L-förmigen leitfähigen Kanals14 dargestellt, vorstehen. - Die Abdeckungsbaugruppe
22C beinhaltet eine Abdeckplatte40 und eine Vielzahl von Verbindungselementen50 , sowie eine entsprechende Vielzahl von Abtastleitungen42 und Abtastleitungssicherungen46 . Die Sicherungen46 können als kleine elektrische Sicherungen mit einer Nennleistung von etwa 100 Milliampere bis 5 Ampere ausgeführt werden und weisen eine kleine Hüllkurve von z. B. etwa 50 mm3 oder weniger auf. Die Abtastleitungen42 und Sicherungen46 können in die Struktur der Abdeckplatte40 eingebaut/integriert werden, beispielsweise im Umspritzverfahren, oder indem die Abtastleitungen42 und Sicherungen46 auf eine Fläche40S der Abdeckplatte40 montiert werden. Jedes der Verbindungselemente50 , die sich von der Oberfläche40S nach außen erstrecken, entspricht einem bestimmten der leitfähigen Kanäle14 des Packabschnitts22 , sodass, wenn die Abdeckungsbaugruppe22C mit dem Packabschnitt22 verbunden ist, die Abdeckungsbaugruppe22C Teil einer elektrischen Schaltung mit den einzelnen Batteriezellen13 ist. - Die Abtastleitungen
42 können elektrisch mit einem mehrpoligen elektrischen Steckverbinder35 verbunden werden, der ein Klemmenende der verschiedenen Abtastleitungen42 bildet. Der Steckverbinder35 wiederum kann mit einer externen Steuerung (C )80 verbunden werden, z. B. mit einem Spannungs-Strom-Temperatur-Modul (VITM ), das zum Überwachen des Packabschnitts22 , zum Ausgleichen der Lade- und/oder Einzelzellenspannungen der Batteriezellen13 und zum Regeln des Leistungsflusses zum und vom Packabschnitt22 dient. Alternativ kann der Steckverbinder35 durch eine integrierte Schaltung oder einen Abtastchip mit Funktionen desVITM ersetzt werden, wobei die Steuerung80 entfallen oder zumindest für weniger Funktionen konfiguriert werden kann. - Wie am besten in
3 dargestellt, ragen die leitfähigen Verbindungselemente50 orthogonal aus der Oberfläche40S der Abdeckplatte40 heraus, sodass die Verbindungselemente50 mit einem entsprechenden der leitfähigen Kanäle14 in direkten Kontakt gebracht werden, wenn die Abdeckungsbaugruppe22C letztendlich an den Packabschnitt22 geklemmt wird. Die Verbindungselemente50 können mit Ausrichtungsdübeln (nicht dargestellt) oder anderen Ausrichtmerkmalen geführt werden, wobei die Verbindungselemente50 möglicherweise eine Normalkraft aufweisen, um eine gute elektrische Verbindung mit den entsprechenden leitfähigen Kanälen14 zu gewährleisten. Ebenso können die Verbindungselemente50 mit einer ausreichenden Elastizität konfiguriert werden, um eine Relativbewegung der Abdeckungsbaugruppe22C zum Packabschnitt22 aufzunehmen. - Als Beispiel und nicht als Einschränkung können die Verbindungselemente
50 als Schraubenfedern verkörpert sein, wie in3 dargestellt, die von einer Oberfläche40S vorstehen. Die Oberfläche40S wiederum ist entlang einer EbeneP1 angeordnet, die parallel zu einer EbeneP2 einer Oberfläche30S der Verbindungsplatine30 ist. Die Verbindungselemente50 können jeweils ein distales Ende51 aufweisen. Wenn die Abdeckplatte40 in Richtung der PfeileA zum Packabschnitt22 bewegt wird, kommt das distale Ende51 in direkten Kontakt mit dem leitfähigen Kanal14 und einem Oberflächenmerkmal27 derselben, z. B. einer Nabe oder einem anderen Vorsprung des leitfähigen Kanals14 , oder einem vertieften Oberflächenabschnitt des leitfähigen Kanals14 , wobei das Oberflächenmerkmal27 möglicherweise zum Ausrichten dient und mit einer vom distalen Ende51 in der Schraubenfederausführung gebildeten Spulenschleife zusammenpasst. Dadurch kann das Verbindungselement50 eine Relativbewegung absorbieren, wobei die Federkraft des Verbindungselements50 eine erwünschte Normalkraft bereitstellt, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Abdeckungsbaugruppe22C und dem Packabschnitt22 aufrechtzuerhalten. - Die
4A-D verdeutlichen alternative Ausführungsformen der Spiralfeder-Verbindungselemente50 von3 . In jedem Beispiel bieten die Variationen die positive Normalkraft, die für einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Verbindungselement50 und den leitfähigen Kanälen14 bei gleichzeitiger Absorption der Relativbewegung der Abdeckungsbaugruppe22C erforderlich ist.4A stellt ein Verbindungselement50A dar, das sich von der Oberfläche40S nach außen erstreckt. Das Verbindungselement50A kann einen festen Abschnitt54 aufweisen, der sich orthogonal von der Oberfläche40S erstreckt, und einen klappbaren Abschnitt52 , der mit dem festen Abschnitt54 über ein Scharnier52 verbunden ist. Wenn die Abdeckungsbaugruppe22C mit der Oberfläche30S der Verbindungsplatine30 in Kontakt gebracht wird, dreht sich ein Ende53 des klappbaren Abschnitts52 in Richtung des festen Abschnitts54 , wodurch die Relativbewegung wie vorstehend ausgeführt absorbiert wird. -
4B verdeutlicht eine Ausführungsform, in welcher ein Verbindungselement50B als Blattfeder ausgebildet ist, z. B. mit V-förmigen Vorsprüngen, die sich von der Oberfläche40S der Abdeckungsbaugruppe22C nach außen erstrecken. Gleichermaßen kann ein Verbindungselement50C , wie in4C dargestellt, gegenüberliegende Schenkel60 und64 aufweisen, die durch einen Abstand D getrennt sind und eine alternative Blattfeder zur Konfiguration von4B bilden. Eine Druckkraft, welche die Schenkel60 und64 gegeneinander drückt, unterstützt die Absorption der Relativbewegung der Abdeckungsbaugruppe22C und des Packabschnitts22 , wobei Rändelungen66 in Form von erhöhten Erhebungen oder lokalisierten Bereichen mit hoher Reibung einen guten elektrischen Kontakt mit den leitfähigen Kanälen14 herstellen, wenn die Abdeckungsbaugruppe22C auf dem Packabschnitt22 der1 oder2 eingespannt ist. - Alternativ zu den Blattfederausführungen der
4B und4C kann ein Verbindungselement50D , wie in4D dargestellt, verwendet werden. Das Verbindungselement50D kann ein elektrischer Steckverbinder sein, wie beispielsweise der dargestellte, nicht einschränkende exemplarische Ausführungsform. In der dargestellten Ausführungsform weist das Verbindungselement50D ein Klemmenende70 mit gegenüberliegenden Backen74 auf, wobei die Backen74 auf die Zellenlaschen13E klemmen, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Mit der Abdeckplatte40 verbundene Drähte (nicht dargestellt) können mit dem Verbindungselement50D und der Abdeckplatte40 an einem Crimpanschluss72 vercrimpt, eventuell mit dem Crimpanschluss72 verlötet oder mit einem leitfähigen Klebstoff verbunden werden. Wie bei der Ausführungsform von4D können auch andere Spiralfeder- und Blattfederausführungen der4A-C ebenfalls leitfähigen Klebstoff an den Schnittstellen zu den leitfähigen Kanälen14 verwenden. Obwohl die Ausführungsform von4D möglicherweise weniger belastbar und arbeitsintensiver ist als die in den4A-C dargestellten, insbesondere im Hinblick auf die relative Leichtigkeit der Ausrichtung mit dem Packabschnitt22 , ist das Verbindungselement50D eine Ausführungsform, die leicht beschafft und für die Verwendung in der vorliegenden Abdeckungsbaugruppe22C angepasst werden kann. - Wie von denjenigen, die über gewöhnliche Fähigkeiten in der Technik verfügen, sehr geschätzt wird, nieten Batteriepacks typischerweise eine Zellensteuerplatine an die starre Verbindungsplatine, z. B. die Verbindungsplatine
30 von2 . Im Anschluss daran werden die einzelnen Zellenlaschen13E mit den leitfähigen Kanälen14 ultraschallverschweißt. Daher kann zu viel oder zu wenig Vibrationsenergie und die damit verbundene Wärme die strukturelle Integrität dieser zuvor gebildeten Nieten und anderer umgebender Strukturen, wie beispielsweise Schweißpads oder die Zellenlaschen13E innerhalb einer bestimmten Batteriezelle, beeinträchtigen. In die Abdeckungsbaugruppe22C ist jedoch eine Zellenabtaststruktur integriert, sodass Kräfte und Wärme, die beim Ultraschallschweißen der Zellenlaschen13E entstehen, keinen Einfluss auf die strukturelle Integrität derartiger Nieten haben. Zusammen mit den potenziellen Kostenvorteilen, die durch die Integration von Schaltungsschutzkomponenten in die entsorgbare oder ersetzbare Abdeckungsbaugruppe22C ermöglicht werden, sind dies einige mögliche Vorteile der vorliegenden Offenbarung, wie vorstehend dargelegt. - Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.
Claims (9)
- Batteriemodul umfassend: einen Packabschnitt mit einer Verbindungsplatine, einer Vielzahl von leitfähigen Kanälen und einer Vielzahl von Batteriezellen, die sich durch die Verbindungsplatine erstrecken, wobei jede der Batteriezellen mindestens eine Elektrodenzellenlasche beinhaltet, die mit einem entsprechenden der leitfähigen Kanäle verbunden ist; und eine Abdeckungsbaugruppe, die mit dem Packabschnitt verbindbar ist und eine Abdeckplatte und eine Vielzahl von leitfähigen Verbindungselementen, eine Vielzahl von elektrischen Sicherungen und eine Vielzahl von in die Abdeckplatte eingebauten oder in diese integrierten Abtastleitungen aufweist, wobei sich die leitfähigen Verbindungselemente von der Abdeckplatte erstrecken und einen Teil einer elektrischen Schaltung zwischen den leitfähigen Kanälen des Packabschnitts und den Sicherungen und Abtastleitungen der Abdeckplatte bilden, wenn die Abdeckungsbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
- Batteriemodul nach
Anspruch 1 , worin das leitfähige Verbindungselement eine Schraubenfeder ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 2 , worin die Schraubenfeder ein distales Ende aufweist, das eine Spiralschleife bildet, und worin die leitfähigen Kanäle ein Oberflächenmerkmal definieren, das sich mit der Spiralschleife ausrichtet und mit ihr zusammenpasst. - Batteriemodul nach
Anspruch 1 , worin das leitfähige Verbindungselement eine Blattfeder ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 4 , worin die Blattfeder ein Oberflächenmerkmal beinhaltet, das eine Oberfläche des leitfähigen Kanals kontaktiert, wenn die Abdeckungsbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist. - Batteriemodul nach
Anspruch 1 , worin das leitfähige Verbindungselement einen elektrischen Steckverbinder mit einem klemmbaren Ende und einem crimpbaren Ende beinhaltet. - Batteriemodul nach
Anspruch 1 , worin die Abdeckungsbaugruppe einen mehrpoligen elektrischen Steckverbinder beinhaltet, der ein Anschlussende der Abtastleitungen bildet. - Batteriemodul nach
Anspruch 1 , worin die Sicherungen einen Nennstrom im Bereich von etwa 100 Milliampere bis 5 Ampere aufweisen. - Elektrisches System, umfassend: ein Batteriemodul mit einem Packabschnitt und einer mit dem Packabschnitt verbundenen Abdeckungsanordnung; einem Gleichstrom-(DC-)Spannungsbus; und mindestens eine Hochspannungskomponente, die über den Gleichspannungs-Bus mit dem Batteriemodul verbunden ist; worin der Packabschnitt eine Verbindungsplatte, eine Vielzahl von leitfähigen Kanälen und eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet, die sich durch die Verbindungsplatte erstrecken, wobei jede der Batteriezellen mindestens eine Elektrodenzellenlasche beinhaltet, die mit einem entsprechenden der leitfähigen Kanäle verbunden ist, und worin die Abdeckungsbaugruppe eine Abdeckplatte und eine Vielzahl von leitfähigen Verbindungselementen beinhaltet, eine Vielzahl von elektrischen Sicherungen und eine Vielzahl von Abtastleitungen, die in die Abdeckplatte eingebaut oder mit dieser fest verbunden sind, wobei sich die leitenden Verbindungselemente von der Abdeckplatte erstrecken und Teil einer elektrischen Schaltung zwischen den leitfähigen Kanälen des Packabschnitts und den Sicherungen und Abtastleitungen der Abdeckplatte bilden, wenn die Abdeckungsbaugruppe mit dem Packabschnitt verbunden ist.
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