电池模块连接器、电池模块连接器的制造方法和电池系统与流程

1.本发明涉及一种电池模块连接器、一种制造这种电池模块连接器的方法和一种电池系统。


背景技术：

2.电池系统(如电动汽车的驱动电池)的各个电池模块之间的距离由于制造原因可能会有几毫米的变化。在操作过程中，由于热负荷和/或机械负荷，该距离还可能进一步改变。因此，使用刚性的电池模块连接器，如铜块，会导致电池模块连接器和/或与其连接的电池模块受到严重的机械应力。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是改善两个电池模块的电接触。特别地，本发明要解决的技术问题是提供一种电池模块连接器，它在纵向上是柔性的，并且能够实现可靠的电接触。
4.下面描述的方法基本上是基于这样一个事实，即电池模块连接器可以用柔性金属丝编织件来实现。这可以补偿几毫米的距离波动，特别是超过正负三毫米的距离波动。因此，电池模块连接器和与之相连的电池模块上的机械应力可以大大减少。为了防止，例如当金属丝编织件被压缩时，金属丝编织件的金属丝之间形成缝隙，可以通过弹力将金属丝相互压住。通过这种方式，可以确保可靠的接触。特别地，可以避免金属丝编织件的过度发热。
5.本发明的第一方面涉及一种电池模块连接器，其用于导电地连接两个电池模块。该电池模块连接器包括用于与第一电池模块导电接触的第一接触元件，用于与第二电池模块导电接触的第二接触元件，带状金属丝编织件，其第一端与第一接触元件导电连接，其第二端与第二接触元件导电连接，和至少一个弹簧元件，它被插入金属丝编织件的第一端和第二端之间的部段中，并被设计成用于对该部段施加弹力，使该部段相对于金属丝编织件的纵向轴线被径向地撑开。
6.电池模块可以是电池系统的组成部分。电池模块可以通过一个或多个电池模块连接器串联和/或并联地连接在一起。
7.例如，该电池系统可以是高压电池，其额定电压至少为300v，特别是至少为400v。在这种情况下，电池模块连接器也可以被称为高压连接器。
8.例如，该电池系统可以是电动车辆，如电动汽车、电动卡车、电动巴士或电动两轮车的牵引电池。然而，电池系统的其它应用也是可能的。
9.特别是，电池系统可以设计成锂离子蓄能器，例如，以锂聚合物蓄能器或磷酸铁锂蓄能器的形式。然而，该电池系统的其它实施方案也是可以设想的。
10.每个电池模块可以包括多个电池单元。除了电池单元之外，电池模块还可以包括用于测量电池单元的电压、电流和/或温度的传感器系统和/或用于影响电池单元的电压、电流和/或温度的控制电子设备。电池模块可以进一步包括模块外壳，其用于容纳电池单
元、传感器和/或控制电子设备。
11.一般来说，电池单元可以理解为在化学能和电能之间进行转换的原电池。为此，电池单元可以包括两个电极和一种电解质。电池单元可以被设计成例如棱柱形单元和/或所谓的具有袋状或口袋状外壳的袋形单元。电池单元可以串联和/或并联。
12.金属丝编织件可以理解为由多根金属丝编织而成的柔性带，例如辫子状和/或软管状。例如，金属丝编织件可以由多根金属丝线股编织而成，其中，每根金属丝线股，也叫绞线，可以由多根单独的金属丝制成。例如，金属丝编织件可以由铜丝线编织而成。然而，其它金属丝材料也是可以想象的。
13.例如，第一接触元件或第二接触元件可以是铜块。接触元件可以由与金属丝编织件相同的材料制成，也可以由与金属丝编织件不同的材料制成。接触元件可以通过材料结合和/或施力配合连接到金属丝编织件的各个端部，例如通过钎焊和/或熔焊。例如，接触元件可以被设计成螺丝端子。然而，技术人员熟悉的接触元件的其它实施方案也是可能的。
14.例如，弹簧元件可以插入和/或编入金属丝编织件中。
15.在最简单的情况下，弹簧元件例如可以被实施成管。管的外径可以被选择成使得金属丝编织件由于管在金属丝编织件中的插入而借助一定的弹力撑开。该管可由塑料和/或金属制成。
16.另外，弹簧元件可以做成例如类似于医疗技术中的支架的管状或软管状的网格编织件。
17.作为另一种选择，该弹簧元件可以设计成具有两个彼此位置相对地组装的片状弹簧的片状弹簧元件，也称为椭圆弹簧。
18.弹簧元件可以被设计成将弹力施加到金属丝编织件上，使金属丝编织件至少部分地轻微隆起。整体上，这具有绷紧金属丝编织件的效果，即可以防止在金属丝编织件被压缩时，在金属丝编织件的各个金属丝或金属丝线股之间形成空隙。因此，一方面，可以大大降低金属丝编织件过度发热和/或单个金属丝和/或金属丝线股之间产生火花的风险。另一方面，可以避免金属丝编织件的过度拉伸应力。
19.可以根据要实现的长度补偿公差来选择弹力。例如，长度补偿公差至少可以是正/负3毫米。然而，长度补偿公差至少为正/负10毫米也是可能的。弹力的选择应使金属丝编织件在被压缩的情况下不会过度松动。另一方面，弹力的选择应使金属丝编织件的各根金属丝或金属丝线股在拉伸时不会受到过度的拉力，或者只受到尽可能小的拉力。
20.换句话说，借助弹簧元件，可以确保，当金属丝编织件被拉伸和/或压缩时，金属丝编织件的金属丝和/或金属丝线股总是在允许的公差范围内紧密地排列在一起。同样有利的是，允许的公差范围可以被选择为比没有这种弹簧元件的实施方案大得多，例如大于正负3毫米，优选大于正负10毫米。这样，可以避免在装配和/或操作过程中对电池模块连接器和/或与其相连的电池模块的损坏，而不必为此承受功能限制的代价。用于定位和/或固定电池模块的制造费用也可以明显减少。
21.本发明的第二方面涉及一种电池系统，它至少包括第一电池模块和第二电池模块以及至少一个根据本发明第一方面的一个实施方案的电池模块连接器。在此，第一电池模块和第二电池模块通过电池模块连接器彼此导电连接。由于电池模块的简化的电接触，这样的电池系统可以简单而廉价地制造。
22.本发明的第三个方面涉及一种制造根据本发明第一方面的实施方案的电池模块连接器的方法。该方法至少包括以下步骤，这些步骤优选地按说明的顺序进行。通过编织多根金属丝制造带状金属丝编织件，其中至少一个弹簧元件在编织金属丝时被插入金属丝编织件中，并且使金属丝编织件在其第一端与第一接触元件导电连接并且在其第二端与第二接触元件导电连接。
23.换句话说，在制造金属丝编织件的过程中，弹簧元件已经可以插入到金属丝编织件的第一端和第二端之间的部段中。例如，在制造金属丝编织件的过程中，弹簧元件至少部分可以被金属丝所围绕编织和/或与金属丝交织在一起。因此，可以省去将弹簧元件插入(成品)金属丝编织件的额外步骤。
24.可以在制造金属丝编织件时制造弹簧元件。例如，弹簧元件可以用金属丝和/或塑料纤维以类似于金属丝编织件的方式编织，例如形成管形网格编织件，也可以称为支架(stent)。换句话说，金属丝编织件和弹簧元件分别可以在同一个制造步骤中制造。
25.根据本发明第三方面的一个实施例的方法的特征也可以是电池模块连接器的特征，反之亦然。
26.除其它外，在不限制本发明的情况下，可以认为本发明实施例的可能特点和优点是基于以下描述的想法和发现。
27.根据一个实施方案，弹簧元件被设计成管。该管可以是塑料管或金属管，或两者的组合。这种管状弹簧元件的制造成本很低，而且可以容易地就插入金属丝编织件中，例如，将其插入金属丝编织件的开口端或金属丝编织件的各个金属丝线股之间。
28.根据一个实施方案，弹簧元件被设计成管形网格编织件，其用于将弹力施加到所述部段上。网格编织件可以由金属丝和/或塑料纤维编织而成。例如，网格编织件的设计可以类似于支架(stent)。这使得弹簧元件特别紧凑和灵活。
29.根据一个实施方案，该弹簧元件包括两个位置相对地布置的片状弹簧，其用于将弹力施加到该部段。片状弹簧可以由金属和/或塑料制成。金属丝编织件可以在圆周方向上至少部分地围绕片状弹簧延伸。在这种情况下，片状弹簧可以被设计成以弹力在相反的径向方向上作用于金属丝编织件。该实施方案还可以确保金属丝编织件的持久绷紧，特别是在金属丝编织件的被压缩状态下。
30.根据一个实施方案，金属丝编织件是软管状的。换句话说，金属丝编织件可以设计成具有至少一个开口端的细长的柔性中空体。在这种情况下，弹簧元件可以已经通过开口端插入金属丝编织件中。这使得电池模块连接器的生产变得简单。
31.根据一个实施方案，多个弹簧元件被插入金属丝编织件的第一端和第二端之间的不同部段，并被设计为向不同部段施加弹力，从而使不同部段相对于金属丝编织件的纵向轴线被径向地撑开。不同部段的弹簧元件可以有相同或不同的弹簧特性。由此可以增加金属丝编织件的灵活性，这对金属丝编织件设计得较长时特别有利。
附图说明
32.下面将参照附图对本发明的有利的实施方案进行说明。其中：
33.图1a是根据本发明的一个实施方案的电池系统。
34.图1b是图1a所示的电池模块连接器的横截面图。
35.图2是根据本发明的一个实施例的用于电池模块连接器的弹簧元件。
36.图3是根据本发明的一个实施例的电池模块连接器的剖面图。
37.这些附图只是示意性的表示，仅用于解释本发明。相同或相似的元素在整个过程中用相同的附图标记标记。
具体实施方式
38.图1a示意性地示出了电池系统100，其包括第一电池模块102和第二电池模块104。每个电池模块102、104都具有用于电气接触的正极(+)和负极(-)。在这个示例中，两个电池模块102、104通过电池模块连接器106串联在一起。
39.例如，电池模块102、104可以是高压锂离子电池。
40.电池模块连接器106包括第一接触元件108，它与第一电池模块102的负极电连接，以及第二接触元件110，它与第二电池模块104的正极电连接。例如，接触元件108、110可以以各自的负极或正极进行螺纹连接。
41.例如，接触元件108、110可以各自设计成铜块。然而，专业人员熟悉的接触元件108、110的其它设计也是可能的。
42.此外，电池模块连接器106包括由多根单独的金属丝113，特别是铜线编织而成的带状金属丝编织件112。例如，金属丝编织件112可以被编织成辫形和/或软管形。
43.两个接触元件108、110通过金属丝编织件112相互导电连接。为此，金属丝编织件112可以，例如，在其第一端与第一接触元件108钎焊和/或熔焊，在其第二端与第二接触元件110钎焊和/或熔焊。然而，两个接触元件108、110与金属丝编织件112的施力配合和/或形状配合的连接也是可设想的。
44.弹簧元件114被插入到金属丝编织件112的位于两个接触元件108、110之间的部段中。弹簧元件114可被设计为相对于其纵向轴线116平面地向金属丝编织件112施加径向向外的弹力(用多个小箭头标记)，从而导致金属丝编织件112的轻微隆起。这使各个金属丝113相互压紧，即相对彼此固定。因此，例如，在金属丝编织件112被压缩的情况下，例如由于生产和/或操作引起的两个电池模块102、104之间水平距离的波动(用双向箭头表示)，可以防止在各个金属丝113之间形成间隙，即可能的爬电距离。
45.图1b示出了电池模块连接器106的横截面。在此可以看出，弹簧元件114可以在切线方向上环周地对金属丝编织件112施加弹力，该金属丝编织件在这里例如被设计成软管状。也可能的是，如图3所示，金属丝编织件112在两个相对的径向方向上被施加以弹力。
46.如图1a至图2示意性地示出的，弹簧元件114可以是管状的。
47.可能的是，弹簧元件114被插入到各个金属丝113之间。例如，弹簧元件114可以至少部分地被各个金属丝113缠裹和/或与之交织在一起。
48.例如，弹簧元件114可以设计成用于将弹力施加到金属丝编织件112上的管形网格编织件200，类似于支架(见图2)。
49.另外，弹簧元件114可以设计为由至少两个片状弹簧300组成的片状弹簧装置(见图3)。在此，片状弹簧300可以在金属丝编织件112内彼此位置相对地布置，并且，如上所述，被设计成在两个相对的径向方向上将弹力施加到金属丝编织件112上(由两个指向相反方向的箭头表示)。
50.可能的是，一个以上的弹簧元件114被插入金属丝编织件112中。例如，多个网格编织件200和/或多个分别由两个片状弹簧300组成的片状弹簧装置，可以前后相继地布置在金属丝编织件112之中和/或之上，如图3所示。
51.特别有利的是，如果在制造金属丝编织件112的过程中，弹簧元件114已经插入金属丝编织件112中，即被该金属丝编织件所围绕编织和/或被编织在该金属丝编织件里面。随后，金属丝编织件112的两端可以与各自的接触元件108或110进行导电连接。
52.由于上面详细描述的装置和方法是实施例，所以本领域的技术人员可以在不离开本发明范围的情况下对这些装置和方法进行广泛的修改。特别是，机械安排和各个元素的比例只是示例性的。
53.附图标记列表
54.100 电池系统
55.102 第一电池模块
56.104 第二电池模块
57.106 电池模块连接器
58.108 第一接触元件
59.110 第二接触元件
60.112 金属丝编织件
61.113 金属丝
62.114 弹簧元件
63.116 纵向轴线
64.200 网格编织件
65.300 片状弹簧。