具有通过非绝缘导线段连接在一起的储能电池和/或冷却系统的储能模块、储能块以及用于冷却储能模块的方法与流程

本发明涉及一种用于将用于形成电池组的储能电池和电子器件集成在储能模块中的装置、一种用于组合多个储能电池以形成储能块的装置以及一种用于冷却所述电池组的装置和方法。

本发明特别是涉及一种用于车辆驱动系统的储能模块，所述储能模块一方面用于为车辆中的例如也可以用作发电机的电动机供能，所述车辆例如是陆地、水上或空中交通工具，如乘用车、载重汽车、火车、轮船或飞机，或者所述储能模块另一方面用于为诸如泵或发电机之类的设备供能，其中多个单个储能电池组合/合并成一个电池组，例如作为套件，其中所述储能电池中的至少一些，优选所有储能电池与多个连接板导电连接，其中所述连接板准备用于/设为与至少一个电路板进行接触，可能与集成式电池组管理系统(bms)进行接触。

背景技术：

从现有技术中已知储能模块。文件de112014004708t5例如公开了一种储能模块，其中，设有多个矩形的储能装置，这些储能装置分别具有一个电极组件和一个电解质，其中这些储能装置安放在箱体中并且以某种方式构造，使得这些储能装置彼此连接，其中这些多个储能装置沿预定的排列方向排列并且在排列状态下彼此接合，且其中箱体接合侧的面厚度小于未接合侧的面厚度。

迄今为止，在许多应用中，例如在电动汽车和例如家用技术中的供能技术领域中的应用中，电池的使用并未得到最佳解决。即，迄今为止，必须使用插头和电线。这些插头和电线的重量较大且成本较高，因为这些插头和电线必须满足某些安全要求。这些插头和电线的使用也是不节省空间的。这一点特别是在使用电池组管理系统(bms)时尤为明显。电池组管理系统(bms)是一个电子电路，其用于监测和调节可充电储能电池的布置并提供必要的储能电池补偿。为了能够确保这些电池组安全工作，需要这种电池组管理系统(bms)，其中通常在串联的电池中对每个电压电平进行监测。也就是说，在采用具有较高电压水平的电池时，特别明显的是，以往的串联布线耗费较大。

此外，文件de202010017685u1例如揭露了一种用于将蓄电模块的电池连接在一起的连接元件，其中这个连接元件具有第一接触部、第二接触部和中间部，其中这两个接触部和这个中间部均由导电金属制成，且其中这个中间部布置在第一接触部与第二接触部之间并且将这两个接触部彼此机械地且电性地连接在一起。为此，在中间部中构建熔化区，这个熔化区在熔化的情况下，即在流过连接元件的电流明显超过预设的额定电流时，中断这两个接触部之间的电连接。

de112015004307t5还揭露了一种储能模块，其具有用于夹紧多个沿一个方向平行布置的二级电池的一对端板、固定在这一对端板中的一个端板上的第一和第二护盖部件，其中这个第一和第二护盖部件朝向外壳顶面布置，其中在这个顶面上设有电极连接。

此外，文件wo2007/033651a1还揭露了一种储能包，其具有多个储能电池和至少两个载体单元，其中这些储能电池布置在这些载体单元之间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种储能模块，其符合高压电池的要求，同时易于互连并且提供紧凑的加工。在与车辆的驱动器一起使用时，应当提供重量最小且节省空间的同时普遍适用的结构单元。

根据本发明，本发明用以达成上述目的的解决方案在于一种同类型的装置，具体方式在于，通过至少一个，优选地完全非绝缘的导线段实现储能电池与连接板的电连接。可以省去绝缘，通过巧妙地选择连接位置可以使用“横截面较小的”连接器(即具有较小横截面的连接器)。这样就能省去较重的绝缘电缆的使用并且消除相对较为昂贵的插头和插座的使用。

通过储能模块中所使用的有利地布置在储能电池上方和下方的连接板，一方面可以将多个储能电池彼此电连接。另一方面，也可以以紧凑的方式将这些储能电池合成一个电池组，例如组合成套件。其优点在于，这个电池组是小型的储能模块，其能够耗费较少地安装在车辆等中。

有利的实施方式参阅从属权利要求并且下面将对这些实施方式进行详细说明。

因此，例如有利的是，导线段设为线材或细带以及/或者导线段具有弹性或复位特性。通过使用设为线材或细带的导线段可以省去借助电线对储能电池端子彼此进行布线的较高耗费。通过利用位于各个储能电池的两侧上的导线段的弹性或复位特性，在受到外部冲击的情况下，不会因惯性力而失去接触，因为在此情况下，在冲击后也会发生回弹，并且在每次移动之后，储能电池会被再次引回到原始的起始位置上。如果导线段设为线材或细带，则在储能电池与连接板之间不存在移动间隙。在此情况下，从外部对储能模块的冲击在此也不会引起任何接触损失，因为储能电池的冲击相关的位移终止于其初始位置中。

此外，有利的是，导线段从朝向储能电池的一侧穿过连接板而延伸或经过这个连接板延伸到这个连接板的背离储能电池的一侧，或者这个导线段从储能电池出发仅延伸到这个连接板的朝向储能电池的一侧。

因此，换句话说，导线段的一端总是固定在每个储能电池的一端上，导线段的另一端则固定在连接板的背离这些储能电池的表面上或者固定在连接板的朝向这些储能电池的表面上。这样就能实现不同的实施方式，这些实施方式虽然会产生紧凑的储能模块并且实现井序有序的电接触，但针对不同的应用进行了优化。在此，有利的是，在这两种情况下，均无需交叉这些导线段，否则将需要更多的空间和导线段的必要绝缘。

特别是，如果两个连接板具有居中于各个储能电池在各个连接板中的通孔，例如形式为孔洞，特别是钻孔，以便供导线段穿过，则可以将储能电池简单且节省空间地加工成储能模块。

另一优点在于，在这种类型的加工中，导线段的长度小于储能电池的直径，例如小于储能电池的直径的1/20。这样就能节省空间并且实现储能模块的较低的总重量。此外，通过使用连接板上的导电通路也能够实现每个导线段的较小长度和较小直径。

优选地，导线段借助点焊和激光焊接工艺或超声接合固定在储能电池上并且这个导线段借助钎焊或接合固定到连接板上。这样就将在各个储能电池端子之间建立电连接的成本保持在一定范围内并且能够将按需要的连接法用于进行接触。

此外，有利的是，这个导线段/这些导线段以某种方式如此设计/是这样以及/或者大多水平排齐以及/或者在储能电池的一侧上延伸，因为在此情况下，特别是无需使用(不必要的)较长导线段。

有利的是，导线段设为弹簧，这个弹簧用于将储能电池固定在储能模块中，其中每个弹簧如此排齐，使得其沿储能电池的纵轴方向弹动。这种结构为储能电池提供了一些移动空隙，用以补偿外部冲击。

优选地，弹簧固定在连接板上以及/或者固定在储能电池自身上。在此，针对每个储能电池端子仅使用一个弹簧，这个弹簧居中布置在储能电池中。这样就能保持相同的间距，从而简化了结构并且简化了安装。此外，还避免了连接之间的相互干扰。作为替代方案，每个储能电池端子也可以将两个导线段用于进行接触。在仅使用一个导线段时，流过电池的必须克服储能电池端子与连接板之间的接触电阻的电流引起额外的电压降，进而在仅与一个导线段发生接触时，使电压测量失真。根据四线测量原理，通过在每个储能电池端子上使用两个触点，可以尽可能无电流地直接在储能电池上测量储能电池电压。

这种结构的优点在于，下游的电池组管理系统可以测量两个储能电池的电压信号并且将这两个信号相互比较，从而能够进行开路检测。在常规系统中，必须为这种功能铺设两倍数量的电线。在本发明中，仅需要两倍数量的导线段，因此，与常规系统相比，仅产生可忽略的额外成本。

借助弹簧作为导线段的接触的优点是，单个连接板在其两侧与储能电池导电连接，特别是一侧与第一储能模块的储能电池导电连接，第二侧与第二储能模块的储能电池导电连接。因此，不仅省去了用于各个储能电池的(不必要的)连接材料，而且省去了这类必须被导引穿过连接板并且因此布置在连接板的两个不同表面上的导线段。

此外，有利的是，电池组中的储能模块的储能电池彼此串联连接。在此情况下，连接板提供了通过较短的导线段借助连接板上所使用的导电通路来串联这些储能电池的可能性。

此外，有利的是，储能电池以棋盘形图案或以紧密包装的方式布置，以便节省结构空间。

此外，这个储能模块的优点在于，具有电池组管理系统(bms)的电子器件在布置在电路板上，这个电路板安装在电池组的远端上。通过上述安放可以将电池组管理系统与电子器件一体地安装在连接板上。要提及的是，也可以将多个电路板组合成一个共用的电路板。

优选地，电路板借助插入式连接器连接到连接板上，以便获得更紧凑的系统并实现电池组管理系统与安装在电路板上的电子器件之间的毫无问题的接触和电连接。这样一来，这个储能模块就包含各个电路板，这些电路板彼此接触而无需进一步进行布线并且还便于更换某些组件。作为将电路板直接插接到连接板上的替代方案，可以通过多芯电缆连接，例如带状电缆，实现这种连接。

有利的是，某些电子器件从电路板转移到连接板上并且温度传感器直接插入电池组中，从而一方面为不可转移的电子器件提供了位于电路板上的空间，而且还实现了对这些电子器件进行某种分类的可能性。换句话说，在此可以将温度传感器直接放入电池组中。因此，有利的是，在电路板上安装这类电子器件，这些电子器件必须满足电力电子设备要求并且不被转移。电力电子技术是电气工程的一个关于借助开关电子元器件实现电能转换的分支。

有利的是，插入式连接器以某种方式设计，以便不仅将电池组管理系统信号导送至连接板，而且通过这些插入式连接器为电池组供能。特别是基于这些要求，这些插入式连接器是大电流插入式连接器。大电流插入式连接器是为实现给设备供电这一唯一目的电流可以通过的部件。因此，不通过这些插入式连接器对数据流进行导送。大电流插入式连接器的优点是可以省去电线。

另一实施方式在于，设有冷却流体导引介质，其有针对地导引用于冷却和散热的流体(如空气)沿储能电池的纵向经过这些储能电池，但其中确保从储能电池到流体的传热。由此防止各个储能电池过热，进而尽可能使得所有储能电池具有相同温度。

为此，有利的是，这个储能模块和/或这些储能模块布置在共用/统一的箱体中，以便确保储能电池的均匀冷却，并且这个冷却流体导引介质无法逸出。

优选地，这个储能模块和/或这些储能模块以某种方式水平排齐，以便通过空气强制冷却实现电池组的良好冷却，以及/或者连接板以某种方式在合适的位置上开槽或配设有通孔，例如形式为钻孔、铣槽或孔洞，使得流过电池组的空气流引起强制冷却。换句话说，必须在合适的位置上为连接板配设/装备钻孔或铣槽，以便空气能够通流。在采用圆形电池的情况下，位于各个储能电池之间的空隙是有利的。

有利的是，绝缘体在两个连接板之间在合适的位置上平面地开槽或者配设有通孔，例如形式为钻孔、铣槽或孔洞，以便有针对地导引空气流。这些通孔应与连接板的通孔相匹配。在此，可以安装绝缘体，但并非必须安装。

有利地，在这个储能模块和/或这些储能模块上方和下方安装有作为导流部的导风板。在将多个储能模块彼此叠置的情况下，这些所安装的导风板确保为每个储能模块提供新鲜空气。在此情况下，通过位于下方的储能模块防止上部储能模块发热。这些导风板也是箱体的组成部分。

有利的是，导风板以相对于水平线以预定锐角倾斜的方式安装，以便相应地导引冷却流体导引介质。下部导风板的角度大于上部导风板的角度。这样就产生了高能效的冷却流体导引，从而一方面实现储能模块中的均匀温度，另一方面实现了经济的资金运用。

此外，在与电路板相对的一侧上安装有风扇模块，这个风扇模块设在下部导风板与最下方的储能模块之间并且包含一个或多个(小型)风扇。这个风扇模块辅助用于冷却储能电池的第一排出空气流/空气流。

有利的是，箱体和导流部如此构建，以便通过第一排出空气流/空气流冷却储能电池并且通过第二排出空气流/空气流冷却安装在电路板上的电子器件和电池组管理系统，例如以某种方式构建，从而在箱体出口处将第一排出空气流/空气流与第二排出空气流/空气流汇合。这样一来，储能模块的两个组成部分就可以彼此独立地冷却。

本发明还涉及一种储能块，根据前述方面中的任一项，根据本发明的多个储能模块组合在所述储能块中。这种储能块的优点是，在需要多个电池组时，多个储能模块相互堆叠。其优点在于，每个储能模块(恰好)设有两个连接板。

有利的是，所述储能块以某种方式构造，使得一个连接板相对储能模块的储能电池的一个端侧而布置，另一连接板相对储能模块的储能电池的另一端侧而布置。

有利的是，以某种方式设计所述储能块，使得在彼此邻接的两个储能模块之间安装有绝缘体或连接板，其将下部储能模块和上部储能模块彼此连接在一起。可以预设有这个绝缘体，但也可以省去绝缘体。通过在各个储能模块之间安装连接板将下部和上部储能电池彼此连接在一起。此外，在此情况下，还可以将电路板插接到电池组的侧面上。

本发明还涉及一种用于冷却至少一个储能模块的方法，其中使用冷却流体导引介质，其用于导引冷却流体，例如空气之类的流体，有针对地沿储能电池的纵向导引所述流体经过这些储能电池，以便实现冷却和散热，但其中确保从储能电池到流体的传热。

附图说明

下面结合附图对本发明进行说明。其中：

图1示出了储能模块的结构示意图，

图2a示出了储能电池借助细带或线材进行的接触的侧视示意图，

图2b示出了储能电池借助细带或线材进行的接触的俯视示意图，

图3a示出了储能电池借助弹簧进行的接触的侧视示意图，

图3b示出了储能电池借助弹簧进行的接触的俯视示意图，

图4示出了储能块中的两个储能电池的结构示意图，以及

图5示出了储能块的冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

这些附图本质上仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件采用相同的附图标记。

图1为储能模块1的结构示意图。储能模块1包含多个储能电池2，这些储能电池以并排布置的方式合并/组合成电池组3。在此情况下，所述储能电池2布置在两个连接板4之间，其中一个连接板4放置在储能电池2上方，一个连接板4放置在储能电池2下方。

在电池组3的远端处布置有电路板5用于接触连接板4，这个电路板垂直于连接板4排齐。各个储能电池2通过至少一个非绝缘的导线段6与连接板4电连接。该连接板4借助插入式连接器7插接到电路板5上。在电路板5上布置有电子器件8以及电池组管理系统和可能需要的电力电子设备。

图2a为储能电池2借助细带或线材11进行的接触的侧视示意图。其中，储能电池2根据图1而布置并且在其储能电池端子12处通过细带或线材11与连接板4电连接。在此情况下，细带或线材11以一端在一个储能电池端子12处进行接触，穿过连接板4中的通孔13，并以另一端在连接板4的背离储能电池2的一侧上进行接触。

图2b为储能电池2借助图2a所示细带或线材11进行的接触的俯视示意图。其中，储能电池2在连接板4之间的布置呈棋盘形图案。其中，细带或线材11总是指向相同的方向并且在此可以短于储能电池2的半径2a，而且通孔13的半径13a小于储能电池2的半径2a。通孔13居中布置在储能电池2中。

图3a为储能电池2借助弹簧14进行的接触的侧视示意图。其中，储能电池2根据图1而布置并且在其储能电池端子12处通过弹簧14与连接板4电连接。在此情况下，弹簧14以一端在一个储能电池端子12处进行接触并以另一端在连接板4的朝向储能电池2的一侧上进行接触。弹簧14使得储能电池2能够沿弹动方向14a上弹动。因此，储能电池2的接触仅发生在各个连接板4的一侧上。

图3b为储能电池2借助图3a所示弹簧14进行的接触的俯视示意图。其中，储能电池2在连接板4之间的布置呈棋盘形图案。弹簧14对应于细带或线材11居中布置在储能电池2中。

图4为储能块9中的两个图1所示储能电池2的结构示意图。其中，两个储能模块1彼此相叠布置，其中也可以使用两个以上的储能模块1，电路板5借助安装在其上的电子器件8在相叠布置的电池组3的整个侧面上，在当前情形下在其远端处，垂直于连接板4而延伸。每个连接板4借助插入式连接器7插接到电路板5上。在两个接触的连接板4之间，即在下部储能模块的上部连接板4与上部储能模块的下部连接板4之间，可以嵌入绝缘体10，但是也可以省去这个绝缘体。

图5为储能块9的冷却系统15的结构示意图。根据图4所示实施方案可以由两个或更多个电池组3构成的储能块9被包围在箱体16中，其中箱体16在下端由第一导风板17构成，在上端由第二导风板18构成，电路板5以及连接板4之间的插入式连接器7位于箱体外部。

第一导风板17定义第一导流区段19，第二导风板18定义第二导流区段20。在此情况下，第一导风板16相对水平线而形成的角α大于第二导风板18相对水平线而形成的角β。第一导流区段19导引第一排出空气流/空气流21穿过电池组3并转入第二导流区段20。第一排出空气流/空气流21将穿过风扇模块22，这个风扇模块在第一导风板17与下部电池组3之间，与电路板5相对地安装在电池组3的远端上并且可以可替代地由一个或多个风扇组成。第一排出空气流/空气流21利用储能电池2之间的现有间隙以及连接板4和绝缘体10中的相应通孔和缝隙(未示出)，以均匀地冷却各个储能电池2。

第二排出空气流/空气流23用于冷却位于电路板5上的电子器件8并且从电路板5的下端开始导向电路板5的上端。在冷却相应的部/元件和器件之后，将第一和第二排出空气流21、23汇聚在一起并导出。

附图标记表

1储能模块

2储能电池

2a储能电池半径

3电池组

4连接板

5电路板

6导线段

7插入式连接器

8电子器件

9储能块

10绝缘体

11线材和/或细带

12储能电池端子

13通孔

13a通孔半径

14弹簧

14a弹动方向

15冷却系统

16箱体

17第一导风板

18第二导风板

19第一导流区段

20第二导流区段

21第一排出空气流

22风扇模块

23第二排出空气流