电池组件和具有该电池组件的机动车辆的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电池组件(400、500)和一种与本发明的电池组件(400、500)相关联的机动车辆，其中，电池组件(400、500)包括多个沿至少第一方向(x)堆叠的电池模块(200)，其中，每个电池模块(200)具有至少一个电池电芯(202)，并且，电池组件(400、500)包括底板(102)，在底板上设置多个电池模块(200)，以及底板(102)具有由电绝缘材料构成的外壳(102a)，其中，多个单独的导电汇流排(103)嵌入外壳(102a)中。
【专利说明】电池组件和具有该电池组件的机动车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池组件和一种与本发明的电池组件相关联接的机动车辆，其中，电池组件包括多个电池模块和底板，在底板上设置所述多个电池模块。
【背景技术】
[0002]公知锂离子电池包由带金属加强件的塑料包外壳构成，以保证机械强度。
[0003]在此，模块之间的高压导电连接借助模块连接器通过绝缘的汇流排(总线)实现，这些汇流排以不同的外形尺寸在模块之间导引。
[0004]此外，在每个U形外壳中设置典型地具有6-12个电芯的模块，这些模块在侧面螺栓连接在包外壳上以及附加利用集电弓固定。
[0005]模块连接器首先导引穿过一个模块，然后在侧面从该模块经过，并随后导向下一个模块。
[0006]“Battery Disconnect Unit,BDU”包括高压电路(例如电源保护)，其可以断开来自和流向高压电池的电流。
【发明内容】
[0007]依据本发明提供一种电池组件，包括多个沿至少第一方向排列的电池模块，其中，每个电池模块具有至少一个电池电芯，以及其中电池组件包括底板，在底板上设置所述多个电池模块，其中，底板具有由电绝缘材料构成的外壳以及多个单独的导电汇流排嵌入该外壳中。
[0008]换句话说，汇流排嵌入底板的外壳的不导电的部分中。
[0009]汇流排优选嵌入电池组件的包外壳的底板中，并这样同时承担机械加强优选具有塑料的包外壳的作用，具有与混凝土结构内的钢筋类似的效果。
[0010]本发明的优点在于，可以避免电池组件昂贵的包外壳，因为除了汇流排外，底板内不必再加入额外的加强件，因为汇流排也用于机械地稳固底板。
[0011]另一优点在于，取消制造单独的和多种类的汇流排长度，因为在依据本发明的底板上使用的这些汇流排可以优选地以相同的形状且自动化地制造。
[0012]同样具有优点的是，本发明可以采用模块式的外壳设计。电芯或单元(Fach)的几何形状的改变因此可以更加简单。长形模块也实现了改进的杠杆几何形状并因此实现了改进的保持。
[0013]因此通过功能上的集成，特别是在材料和装配成本方面，由于减少了部件变型的数量而节省成本。
[0014]在一种优选的实施方式中，多个汇流排彼此平行和/或等距设置。
[0015]在此，两个相邻汇流排的纵轴线的优选距离在5mm到IOmm之间。
[0016]优点是，模块或其他元件在底板汇流排上的固定可以更容易地自动化进行。
[0017]电池模块优选分别与至少两个汇流排导电连接。[0018]由此产生的优点是:模块的高压电连接和机械固定组合在一个功能上可变化的元件内；模块的不同电路联接可以更加简单地通过模块端板与汇流排的导电接触可变安装来实现；以及，连接电桥能够可变地设置。
[0019]在一种特别优选的变型方案中，汇流排具有多个优选同样以相对于彼此相同的距离设置的定位件。
[0020]在此，两个相邻定位件的纵轴线的优选距离在5mm到IOOmm之间，更优选在IOmm到50mm之间。
[0021]有利的是，获得一种直角的固定矩阵并因此获得一种简单和可自动化的固定方式。
[0022]在电池组件的一种优选设计中，定位件作为具有内螺纹的沉孔构成。
[0023]模块的导电和机械的接触优选通过与汇流排的螺栓连接进行。除了用于接触的导电螺栓外，出于机械稳定性的原因，优选具有不导电材料的其他螺栓连接件也是可行的。
[0024]由此得到的优点是快速和自动化装配的可能性。作为选择也可以铆接。
[0025]在电池组件另一种优选的结构方案中，为每个电池模块分别分配两个导电的模块端板，这些模块端板将各个电池模块与至少两个汇流排导电连接并沿第一方向固定。
[0026]优选的是，模块端板与各个相邻电芯的各个端部端子导电连接，相反地，与其余的模块电绝缘。
[0027]可由此实现的模块化证明是有利的。汇流排和端板的设计可以用于具有不同数量和不同类型的电芯的不同模块，从而提高相同部件、相同类型或非常相似的部件的数量。
[0028]在一种特殊的实施方式中，模块端板具有垂直于第一方向延伸的贯通孔，其中，贯通孔向汇流排平面上的竖直的投影分别与定位件之一重叠。端板优选在底面上具有多个孔，从而可以接触多个汇流排。通过这种功能集成实现显著的成本优点——无论是在材料成本方面还是在装配成本方面。通过汇流排-设计和端板-设计的标准化，电池组件可以模块式构成，从而同一设计可以用于不同电芯和不同电芯数量的各种各样的产品线，例如“电动车”、“插入式混合动力电动车”或“混合动力电动车”。同样还实现了，各个沿第一方向延伸的汇流排沿第一方向一次或多次电断开。
[0029]汇流排也可以一次或多次断开，从而它们不在底板的整个长度上延伸(双重)。因此汇流排线路可以用于多于两个的模块，这一点特别是对具有非常多模块的组件具有优点。
[0030]至少一个电池模块优选由模块夹紧带包围，其中，模块夹紧带由电绝缘材料构成，平行于底板的平面延伸并覆盖各个电池模块侧面的一部分。
[0031]具有优点的是，这种形式的固定需要很少的位置并有利于电芯的可方便更换性。
[0032]依据本发明的另一方面，公开一种机动车辆，其具有按前述权利要求至少之一所述的电池组件,其中,机动车辆与电池组件导电和机械地连接。
[0033]作为优点，提供了依据本发明的电池组件在机动车辆上的使用，其中，所提及的优点由于成本压力和尽可能短的制造时间而具有特别重要的意义。
[0034]连接电桥优选设置在模块的下方。为此略微提高端板，以便在电芯外壳下方形成直至底板的小间隙。该间隙然后可以用于汇流排之间借助连接电桥的导电联接，而无需单独的空间。在此，电芯外壳与底板之间的距离优选在Imm到25mm之间。[0035]优选的是，通过略微提高端板，在汇流排上方也可以装配冷却板，冷却板的冷却作用沿电芯底部分布。在此，端板的提高在4mm到25mm之间。
[0036]冷却板可以电绝缘地螺栓连接在汇流排上，或者几个汇流排用作与所要接地的冷却板导电连接地线。
[0037]作为电芯优选锂离子蓄电池电芯。
[0038]还实现了，使依据本发明的电池组件中的强电流电路内的其他组件通过与汇流排的导电螺栓连接而简单地集成，例如像安全装置、保险装置、紧急断电开关(Service-Disconnect)或电流传感器。
[0039]模块优选具有3-25个电芯。
[0040]端板与汇流排之间的可分开的电连接以及机械连接优选具有导电的螺栓件。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]下面借助附图和后面的说明书对本发明的实施例进行详细说明。其中:
[0042]图1示出依据一种优选实施变型方案的底板的二维示意图；
[0043]图2示出依据一种优选实施变型方案的电池模块的二维俯视示意图；
[0044]图3示出依据前述优选实施变型方案的电池模块的二维侧视示意图；
[0045]图4示出依据第一优选实施变型方案的底板连同设置在其上的电池模块的二维示意图；以及
[0046]图5示出依据第二优选实施变型方案的底板连同设置在其上的电池模块的二维示意图。
【具体实施方式】
[0047]图1示出分区100内依据一种优选的实施变型方案的也称为底部的底板102在所示方向X和y上的二维俯视示意图。分区101示出底板102在所示方向Z和y上的二维侧视不意图。
[0048]图中示出了本文中也称为总线(Busbars)的汇流排103位于电池组件的底板102中的设计，该电池组件在本文中也称为电池包或模块组件。在这里可使用不同的联接方案，这些联接方案优选全部根据相同的原理建立:汇流排103嵌入底板外壳102a内并利用塑料包封注塑，从而不需要单独的用于将其装配在包外壳内的加工步骤。在此，汇流排103轻微地、在l_2mm之间的深度沉入底板102的外壳102a内，从而即使在底板102上堆叠电池模块的情况下，也不会与一个汇流排103或多个汇流排103直接电短路。
[0049]为使作为固定件的螺栓穿过绝缘层106，以便汇流排103可以与定位件104的孔栅接触，绝缘层106在定位件104的区域内具有留空部105，其中，定位件104优选是具有内螺纹的孔。
[0050]“埋入”或“嵌入”优选是指，至少汇流排103的底面和侧面被底板外壳102a包围。外壳102a向上构造成使汇流排103的至少一部分暴露。优选外壳102a超出汇流排103的侧面，以及优选外壳102a的不导电的材料覆盖汇流排103顶面的侧面部分。因此优选至少使底板102外壳102a的顶面具有由电绝缘材料构成的平面接触面(用于电池模块200)。
[0051]底板102的下接触面与汇流排103底面之间的距离优选在Imm和IOmm之间。[0052]底板102的上接触面与汇流排103顶面之间的距离优选在Imm和5mm之间。
[0053]不导电的材料(最好是注塑的塑料)优选不是完全包覆汇流排103，而是作为对留空部105的附加也可以是其他留空的区域。优选这些留空的区域处于汇流排103底面的中心区域内。还优选其他留空的区域处于汇流排103顶面的中心区域内。
[0054]同样优选的是，其他留空的区域沿汇流排103的纵向延伸。
[0055]图2和图3示出依据一种优选实施变型方案的电池模块200的二维示意图。在此，图2示出电池模块200在所示方向X和y上的俯视图，图3示出电池模块200在所示方向X和z上的侧视图。
[0056]在该优选的实施方案中，电池模块200包括六个电芯202。也称为模块端侧板的模块端板204具有贯通孔205，用于与底板102中的汇流排103既导电连接，也机械连接。端板204相对于模块200的电池电芯202的外壳206借助绝缘体207电绝缘。模块夹紧带203优选不导电。通过端板连接器201，模块200的端板204与第一或最后的电芯端子208导电连接。与下一个模块200的导电连接通过连接到汇流排103的端板204进行。为构成模块200与汇流排103之间的导电接触，端板204通过导电螺栓穿过多个留空部205中的一个与汇流排103连接。留空部205在方向y上的间距相当于方向y上汇流排之间的距离。留空部205在方向X上之间的间距相当于方向X上汇流排103中的定位件104之间的距离。电芯外壳206在方向X上的空间延伸优选为两个相邻定位件104的竖直插入底板102平面内的轴线的距离的整数多倍，其中，定位件104各自具有内螺纹。
[0057]图4和图5示出分别具有六个模块200的电池组件400、500的两个优选电路联接变型方案。模块200首先与一排401沿方向y并排设置的汇流排103导电接触，以便在模块200与汇流排103之间构成导电接触。为在上方的1-4排中的模块200与下方的5_8排中的模块200之间产生连接，设有连接电桥405。与电路内的高压插头、高压电流分配器、保险或其他未示出的元件的连接通过连接件402进行。模块200与汇流排103之间附加的机械连接可以通过例如具有塑料套管的电绝缘螺栓进行。以简单的方式可以实现模块的各种各样的电路联接:图4中的6个模块串联(6s)，或图5中每3个模块各自并联并与其他3个模块串联(3P2S)。
[0058]端板204与汇流排103的导电连接借助导电的螺栓连接件406进行。
【权利要求】
1.电池组件(400、500)，包括: (i)多个沿至少第一方向(X)排列的电池模块(200)，其中，每个电池模块(200)具有至少一个电池电芯(202);以及 (?)底板(102)，在所述底板上设置所述多个电池模块(200);其特征在于， (iii)底板(102)具有由电绝缘材料构成的外壳(102a)，其中，多个单独的导电汇流排(103)嵌入所述外壳(102a)中。
2.按权利要求1所述的电池组件(400、500)，其中，多个汇流排(103)相对于彼此平行和/或等距设置。
3.按前述权利要求至少之一所述的电池组件(400、500)，其中，电池模块(200)分别与至少两个汇流排(103)导电连接。
4.按前述权利要求至少一项所述的电池组件(400、500)，其中，汇流排(103)具有多个定位件(104) ο
5.按权利要求4所述的电池组件(400、500)，其中，定位件(104)为具有内螺纹的孔。
6.按前述权利要求至少一项所述的电池组件(400、500)，其中，为每个电池模块(200)分别分配两个导电的模块端板(204)，所述模块端板将各个电池模块(200)与至少两个汇流排(103)导电连接并沿第一方向(X)固定。
7.按权利要求6所述的电`池组件(400、500),其中,模块端板(204)具有垂直于第一方向(X)延伸的贯通孔(205)，其中，贯通孔(205)向汇流排(103)的平面上的竖直的投影(z)分别与定位件(104)之一重叠。
8.按前述权利要求至少一项所述的电池组件(400、500)，其中，各个沿第一方向(X)分布的汇流排(103)沿第一方向(X) —次或多次电断开。
9.按前述权利要求至少一项所述的电池组件(400、500)，其中，至少一个电池模块(200)由模块夹紧带(203)包围，其中，模块夹紧带(203)由电绝缘材料构成，平行于底板(102)的平面延伸并覆盖各个电池模块(200)侧面的一部分。
10.机动车辆，具有按前述权利要求至少一项所述的电池组件(400、500)，其中，所述机动车辆与所述电池组件(400、500)导电和机械地连接。
【文档编号】H01M2/10GK103779518SQ201310584948
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】K·豪格 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社