能量存储设备组的制作方法

1.本主题是申请号为“201841042121”的申请的改进的专利。本发明涉及一种能量存储设备组。更具体地，本主题涉及能量存储设备中的连接构件。


背景技术：

2.基本上，与不能够再充电的初级能源存储设备(primary energy storage device)不同，可再充电的能量存储设备可以充电或放电。通常，低容量的能量存储设备只能将一个能量存储设备包装成组并且可以用作各种小型且便携的电子设备(例如手机等)的电源。在高容量的能量存储设备的情况下(其中多个能量存储设备串联或并联)，其可以用于例如移动电源、笔记本电脑或诸如电动滑板车、混合动力车辆等驱动电机的受电设备。
3.能量存储设备被提出用作受电设备(例如电动车辆和各种其他应用)的清洁、高效且对环保的电源。进一步，一种类型的能量存储设备是可再充电的锂离子能量存储设备并且可以形成为各种形状和尺寸，使得有效利用电动车辆中的可用空间，以最大化存储容量。多个能量存储设备单元的组合可以设置在能量存储设备单元模块中，以提供或产生足够操作受电单元并且尤其是便携受电设备的电量。
附图说明
4.参考附图进行详细描述。在整个附图中使用相同的附图标记来指代相似的特征和部件。
5.图1是根据本发明的一个实施例的能量存储设备组的组装视图。
6.图1a是根据本发明的一个实施例的具有电池管理系统的能量存储设备组的立体图。
7.图1b是根据本发明的一个实施例的具有一个或多个连接装置的能量存储设备组的分解图。
8.图1c是根据本发明的一个实施例的具有突出部分和一个或多个开口的一个或多个互连器结构的立体图。
9.图2是根据本发明的一个实施例的单元保持器的截面图。
10.图2a是根据本发明的一个实施例的信号插件的立体图。
11.图2b是根据本发明的一个实施例的具有互连器结构和电池管理系统的信号插件的截面图。
12.图3是根据本发明的具有电源插件的一个实施例的单元保持器的立体图。
13.图3a是根据本发明的具有电源插件的一个实施例的电源插件的立体图。
14.图3b是根据本发明的一个实施例的具有互连器结构和电池管理系统的电源插件的截面图。
具体实施方式
15.能量存储设备行业处于持续扩张中以满足便携设备、交通运输和通信市场中日益增长的能源需求。
16.考虑到最近的趋势，与交通运输有关的技术领域多年来已经经历了巨大的变化。目前主要关注能源效率和制造成本(包括材料成本、组装成本、库存处理成本等)。与此同时，行业还需要提供更强大、更轻便并且具有经济优势的消耗更少能量的车辆。电力存储设备驱动的车辆恰巧是环保的，符合各种组织的绿色倡议。这些车辆根据消费者的需求可以是两轮、三轮或四轮车辆并且具有多种应用。
17.在机动车辆行业，引入了电动车辆以控制或减少以ic发动机为动力的车辆引起的空气污染。目前，电动车辆被分为两类，即纯电动车辆和扩展电动车辆(也称为混合动力车辆)。混合动力车辆具有带有相关的能量存储设备的主要电力驱动和联接到电动机/发电机的内燃发动机。
18.近年来，由于高油价和纯汽油燃料消耗车辆对环境的影响，混合动力车辆和电动车辆变得非常流行。特别地，混合动力车辆已经成为那些希望减少燃料消耗而同时增加可行驶里程的消费者的中间选择。
19.通常，构造为以内燃发动机或电动机或这两者为动力的现有混合动力车辆正在代替普通的以发动机为动力的车辆。例如，在地面上行驶或长距离行驶时，可以使用内燃发动机，而对于较短的距离，则可以使用电动推进系统。然而，在混合动力两轮车辆中同时并入内燃发动机和电动机组件使系统变得庞大且更加复杂。
20.因此，近年来，电动车辆作为内燃车辆的潜在替代品而得到普及，因为它们承诺电动驱动系统的零排放和摆脱对石油的依赖。因此，电动车辆行业在能量存储设备研究中的重点是可再充电能量存储设备(诸如密封的、贫液电解质、铅/酸能量存储设备)，它们通常被用作车辆等中的电源。然而，铅酸能量存储设备笨重、庞大，并且循环寿命短、日历寿命短且转弯效率低。因此，纯电动车辆存在一个问题，即自重增加并且由于包装限制，很难将一个或多个能量存储设备作为附加的可再充电备用电源安装在车辆的有限空间中，这可能涉及在其上安装一个或多个附加能量存储设备的进一步的结构挑战。
21.为了克服与用于车辆的传统的能量存储设备(包括例如铅酸能量存储设备的可再充电能量存储设备)相关联的问题，锂离子能量存储设备为高能量密度应用、提高的倍率性能和安全性提供了理想的系统。可再充电能量存储设备可以重复再充电并且重复使用，因此从长远来看是经济的，与一次性能量存储设备相比是环保的。
22.此外，可再充电的能量存储设备——锂离子能量存储设备，表现出一种或多种有益的特性，使其成为车辆的优选。首先，出于安全原因，锂离子能量存储设备由所有坚固的部件构成，同时仍具有灵活性和紧凑性。其次，包括锂离子能量存储设备的能量存储设备表现出与具有液体电解质的初级能源存储设备相似的导电特性，即，以低的自放电率提供高功率和能量密度。第三，作为锂离子能量存储设备的能量存储设备易于以既可靠又具有成本效益的方式制造。最后，包括锂离子能量存储设备的能量存储设备能够在低于环境温度的情况下保持必要的最小导电水平。
23.在一种用于能量存储设备的传统结构中，包括锂离子能量存储单元的一个或多个能量存储单元以串联和并联组合的方式设置在至少一个单元保持器结构中。能量存储单元
的互连结构创造电气和机械连接，这可以经由不同的接合技术来完成。在性能、容量和寿命方面，不同的接合技术的适应性极大地影响了能量存储设备组的主要特性。选择适合的接合技术因此需要考虑电气和机械性能以及生产和操作条件的评估。
24.通常，一个或多个互连结构适于电互连设置在至少一个能量存储设备保持器中的一个或多个能量存储单元的至少一个阵列。特别地，一个或多个互连结构中的每一个和一个或多个能量存储单元中的至少一个由不同的材料制成。因此，包括具有高导热性和高导电性的金属板的一个或多个互连板通过点焊方法电连接到一个或多个能量存储单元中的每一个的至少一个端子，以形成至少一个接触点。
25.此外，一个或多个互连结构中的每一个与电池管理系统接合或连接，以调节/监测能量存储单元的性能。一个或多个互连结构中的每一个通过不同的连接装置(例如具有不同横截面的电线)并且使用附接装置(例如多个紧固件)连接到电池管理系统。这种用于连接一个或多个互连器结构中的每一个和电池管理系统的传统的连接方法是乏味的，因为能量存储单元中的每个阵列具有待连接到电池管理系统的对应部分的电线。进一步，使用多个紧固件在电池管理系统和一个或多个互连结构中的每一个的连接部分上产生应力，这会导致部件破损。此外，能量存储单元的两端需要连接到电池管理系统。因此，这增加了组装时间，并且在一些情况下还会导致组装错误。因此，需要可以克服上述问题的连接一个或多个互连器结构中的每一个和电池管理系统的解决方案。
26.在现有技术中，在本文被称为导电桥的一个或多个互连器结构包括桥接器。桥接器单独制造，以通过焊接或插入电线电连接到电池管理系统。现有技术中提出的这种解决方案导致上述相同的问题，例如连接一个或多个互连结构中的每一个和电池管理系统的组装和拆卸时间增加。
27.因此，存在设计能量存储设备组的挑战，该能量存储设备组可以快速地并且以简单的方法连接一个或多个互连结构和电池管理系统，从而克服现有技术的所有问题。
28.因此，需要一种克服了现有技术中所有上述问题和其他问题的改进的能量存储设备组。
29.本主题公开了一种具有一个或多个连接装置以确保一个或多个互连器结构和电池管理系统之间的连接同时确保骑行者安全的能量存储设备组。
30.根据本发明的一个方面，公开了一种能量存储设备组，其包括多个能量存储单元、一个或多个盖、电池管理系统、壳体、单元保持器、一个或多个连接装置以及一个或多个互连器结构。该多个能量存储设备容纳在单元保持器中，并且进一步通过各种附接装置(例如紧固件)与前盖和后盖附接在一起。这确保了多个能量存储单元刚性且紧凑地包装在能量存储设备组内。
31.进一步，根据本发明的一个方面，多个能量存储单元中的每个阵列具有一个或多个互连器结构。该一个或多个互连器结构具有突出部分。一个或多个互连器结构的突出部分具有与各种附接装置(例如紧固件、螺钉)互补的一个或多个开口。进一步，根据本发明的一个方面，该一个或多个互连结构包括狭缝形式的一个或多个孔隙，该一个或多个孔隙与多个能量存储单元的两端中的至少一端对齐。能量存储设备组中的单元保持器保持多个能量存储单元。这为竖直对齐的多个能量存储单元提供了支撑并且还确保了该多个能量存储单元紧凑地包装。
32.根据本发明的一个方面，单元保持器包括在其端部具有凹槽的切口轮廓，该轮廓与一个或多个连接装置的轮廓相符。该一个或多个连接装置包括信号插件(signal insert)和电源插件。进一步，根据本发明的一个方面，信号插件由塑料材料制成并且具有由金属制成的带有开口的插件，该插件与各种附接装置(例如紧固件)互补。该信号插件在一端具有一个或多个支腿并且在部件的侧部具有突出横向部分。该信号插件通过各种附接装置(例如滑入配合)可拆卸地附接到单元保持器上的切口轮廓。该信号插件的一个或多个支腿可拆卸地附接到单元保持器上的切口轮廓的一端处的凹槽。进一步，根据本发明的一个方面，在信号插件与单元保持器附接之后，一个或多个互连器结构的突出部分搁置在信号插件上，使得突出部分上的一个或多个开口与信号插件的带有开口的插件互补。进一步，根据本发明的一个方面，例如印刷电路板的电池管理系统也具有与两者同时互补的一个或多个圆形开口；一个或多个互连器结构的突出部分的一个或多个开口也与信号插件的带有开口的插件互补。进一步，根据本发明的一个方面，电池管理系统的一个或多个圆形开口、突出部分的一个或多个开口以及信号插件的带有开口的插件通过各种附接装置(例如带有垫圈的螺钉)可拆卸地附接在一起，这提供了一个或多个互连器结构和电池管理系统之间的正向箝位(positive clamping)。由于信号插件的带有开口的插件由金属制成，它在电池管理系统和一个或多个互连器结构之间提供了电连接。这种构造还确保了部件的万无一失的组装，因此消除了部件的错误组装。
33.进一步，单元保持器的横向末端具有一个或多个矩形轮廓，在这里电源插件通过各种附接装置(例如滑入配合)可拆卸地附接到单元保持器。进一步，电源插件具有台阶结构，其中前部部分部分是具有凹槽和一个或多个开口的突出部分。一个或多个互连器结构的突出轮廓搁置在电源插件的凹槽中，使得突出部分的一个或多个开口与电源插件的一个或多个开口互补。进一步，根据本发明的一个方面，电池管理系统具有与突出部分的一个或多个开口和电源插件的一个或多个开口互补的一个或多个圆形开口。这种构造确保了持续和平稳的监测能量存储单元中的功率流并且保持了电池管理系统和一个或多个互连器结构之间的电连接。
34.上述两种构造都确保了一个或多个互连结构之间的连接不使用任何电线，并且因此实现了组装和拆卸时间的减少。这些构造还消除了对使用多个紧固件来将电池管理系统和能量存储设备的一个或多个互连器结构安装在一起的需要。
35.可以设想本发明的概念可以应用于两轮、三轮和四轮类型的车辆中的任一种。
36.下面通过能量存储设备组的实施例参考附图详细地描述本发明的各种其他特征。在附图中，相似的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。元件首次出现的图由相应附图标记中的最左边的数字指示。参考附图，其中相同的附图标记将在所有多个视图中用于标识相同或相似的元件。
37.进一步参考附图描述本主题。应当注意，说明书和附图仅示出了本主题的原理。尽管本文没有明确地描述或示出，但是可以设计包含本主题的原理的各种布置。此外，本文中记载了本主题的原理、方面和示例的所有陈述及其具体示例旨在包含其等同物。
38.进一步，在随后描述的示出的实施例中提及的“前”和“后”以及“左”和“右”指代前后以及左右方向。此外，纵向轴线指代相对于能量存储设备组的从前到后的轴线，而横向轴线指代相对于能量存储设备组的从一侧到另一侧或从左到右的轴线。此外，应当理解，本文
所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应当被理解为限制性的。
39.图1是根据本发明的一个实施例的能量存储设备组100的组装视图。图1a是根据本发明的一个实施例的具有电池管理系统的能量存储设备组的立体图。图1b是具有一个或多个连接装置的能量存储设备组的分解图。进一步，根据本发明的一个实施例，能量存储设备组(100)包括多个能量存储单元(110)、一个或多个盖(101、101a)、电池管理系统(103)、壳体(107)、一个或多个连接装置(105、106)以及一个或多个互连器结构(108)。
40.进一步，根据本发明的一个实施例，电池管理系统(103)可拆卸地附接到能量存储设备组(100)中的单元保持器(107)。能量存储设备组的单元保持器(107)具有一个或多个突出部分(104a、104b、104c)(如图1a所示)。电池管理系统具有一个或多个切口轮廓(112a、112b和112c)，该一个或多个切口轮廓通过该一个或多个突出部分与单元保持器的轮廓互补。这些一个或多个突出部分确保了电池管理系统与单元保持器的万无一失的组装，因此消除了能量存储设备组中的电池管理系统与单元保持器的错误组装。
41.进一步，根据本发明的一个实施例，多个能量存储单元中的每个阵列具有一个或多个互连器结构(108)。该一个或多个互连器结构(108)具有突出部分(109)(如图1b所示)。该一个或多个互连器结构(108)的突出部分(109)具有与各种附接装置(例如紧固件)互补的一个或多个开口(109a、109b)(如图1c所示)。进一步，根据本发明的一个实施例，该一个或多个互连结构(108)包括狭缝形式(未标明)的一个或多个孔隙，该一个或多个孔隙与多个能量存储单元(110)的两端中的至少一端对齐。进一步，根据本发明的一个实施例，电池管理系统(103)通过各种连接装置(例如电源插件(105)和信号插件(106))可拆卸地连接到该一个或多个互连器结构(108)。一个或多个端侧互连器结构(108)的末端部分(108a、108b)至少与多个能量存储单元的端子连接，其中多个能量存储单元串联。能量存储单元串联确保了多个能量存储单元的至少一个阵列中的公共电压。进一步，电源插件(105)连接到电池管理系统(103)和一个或多个互连器结构(108)的末端部分(108a、108b)。电源插件在电池管理系统的帮助下监测能量存储设备组中的持续的功率流。进一步，根据本发明的一个实施例，一个或多个互连器结构(108)的中间部分(108c)连接到多个能量存储单元的至少一端。能量存储单元并联连接。进一步，信号插件(106)连接到电池管理系统(103)和一个或多个互连器结构(108)的中间部分(108c)。信号插件106在电池管理系统的帮助下监测能量存储设备组的性能、效率。
42.能量存储设备组中的单元保持器(107)保持多个能量存储设备。这为竖直对齐的多个能量存储单元提供了支撑，并且还确保了多个能量存储单元紧凑地包装。
43.图2是根据本发明的一个实施例的单元保持器107的截面图。根据本发明的一个实施例，单元保持器(107)包括在其端部具有一个或多个突出部分(205b)和一个或多个凹槽(205a)的切口轮廓(205)，该切口轮廓与一个或多个连接装置的轮廓相符。该一个或多个连接装置包括信号插件(106)和电源插件(105)。进一步，根据本发明的一个实施例，信号插件(106)由塑料材料制成并且具有由金属制成的带有开口的插件(204)(如图2a所示)，该插件与各种附接装置(例如紧固件)互补。信号插件(106)在一端具有一个或多个支腿(202a、202b、203)并且在该一个或多个支腿的一侧具有突出横向部分(x、y)。信号插件(106)通过各种附接装置(例如滑入配合)可拆卸地附接到单元保持器(107)上的切口轮廓(205)。信号插件的一个或多个支腿(202a、202b、203)可拆卸地附接到单元保持器(107)上的切口轮廓
(205)的一端处的一个或多个凹槽(205a)。进一步，信号插件(106)、一个或多个互连器结构(108)和电池管理系统(103)可拆卸地彼此附接。进一步，根据本发明的一个实施例，在信号插件(106)与单元保持器(107)附接之后，一个或多个互连器结构(108)的一个或多个突出部分(109)搁置在信号插件(106)上，使得突出部分(109)上的一个或多个开口(109a)与信号插件(106)的带有开口的插件(204)互补。进一步，根据本发明的一个实施例，例如印刷电路板的电池管理系统(103)也具有同时与两者互补的一个或多个圆形开口(104a)；一个或多个互连器结构108的突出部分(109)的一个或多个开口(109a)也与信号插件(106)的带有开口的插件(204)互补，从而实现安装件的轴向排列。进一步，根据本发明的一个实施例，电池管理系统(103)的一个或多个圆形开口(104a)、突出部分(109)的一个或多个开口(109a)以及信号插件(106)的带有开口的插件(204)通过各种附接装置(例如带有垫圈的螺钉(111)(如图2b所示))可拆卸地附接在一起，这提供了一个或多个互连器结构和电池管理系统之间的正向箝位。由于信号插件(106)的带有开口的插件(204)由中央金属插件制成，因此它在电池管理系统和一个或多个互连器结构之间提供了电连接而不需要留下任何气隙空间。这种构造还确保了部件的万无一失的组装，因此消除了部件的错误组装。
44.图3是根据具有组装在能量存储设备组100上的电源插件的本发明的一个实施例的单元保持器的立体图。根据本发明的一个实施例，单元保持器(107)的横向末端(301)具有一个或多个大致矩形的轮廓(302)，在这里电源插件(105)通过各种附接装置(例如滑入配合)可拆卸地附接到单元之间(107)。进一步，根据本发明的一个实施例，电源插件(105)具有台阶结构，其中前部部分(305)是具有凹槽(304)和一个或多个开口(303)的突出部分(如图3a所示)。一个或多个互连器结构(108)的突出部分(109)搁置在电源插件(105)的凹槽中，使得突出部分(109)的一个或多个开口(109b)与电源插件(105)的一个或多个开口(303)互补。进一步，电源插件(105)、一个或多个互连器结构(108)和电池管理系统(103)可拆卸地彼此附接(306)。进一步，根据本发明的一个实施例，电池管理系统(103)具有与突出部分(109)的一个或多个开口(109b)和电源插件(105)的一个或多个开口(303)互补的一个或多个圆形开口(104)(如图3b所示)。进一步，电池管理系统(103)的一个或多个圆形开口(104)、突出部分(109)的一个或多个开口(109b)和电源插件(105)的一个或多个开口(303)通过各种附接装置(例如带有垫圈的螺钉(111))可拆卸地附接在一起。这种构造确保了持续和平稳的监测功率流并且保持了电池管理系统和一个或多个互连器结构之间的电连接。
45.本发明中的图2b和图3b所示的实施例有助于确保易于组装互连器结构和电池管理系统以及克服了本领域中已知的所有问题。
46.有利地，本发明的实施例描述了能量存储设备组中的潜在修改并且消除了能量存储设备组中的错误组装。这有利于确保骑乘者安全的简单系统。
47.在不脱离本发明的范围的情况下，本文可以并入许多其他改进和修改。
48.附图标记列表
49.图1
50.100：能量存储设备组
51.101：前盖
52.102：壳体
53.图1a
54.104a、104b、104c：突出部分
55.103：电池管理系统
56.101a：后盖
57.图1b
58.108(108a、108b、108c)：一个或多个互连器结构
59.110：多个能量存储单元
60.107：单元保持器
61.106：信号插件
62.105：电源插件
63.109：一个或多个突出部分
64.109a、109b：一个或多个开口
65.104、104a：圆形轮廓
66.112a、112b、112c：切口轮廓
67.图2
68.205：单元保持器中的切口轮廓
69.205a：一个或多个凹槽
70.205b：一个或多个突出部分
71.图2a
72.202a、202b、203：一个或多个支腿
73.x、y：突出横向部分
74.204：带有开口的插件
75.图2b
76.206：信号插件、一个或多个互连器结构和bms
77.图3
78.301：横向末端
79.302：矩形轮廓
80.图3a
81.303：一个或多个开口
82.304：凹槽
83.图3b
84.306：电源插件、一个或多个互连器结构和bms。