PL66608Y1

PL66608Y1 - Pole connector of electrical cells

Info

Publication number: PL66608Y1
Application number: PL120936U
Authority: PL
Inventors: Marcin Pawel Ciosek; Bartłomiej Stefan Kras; Konrad Makomaski; Jérôme Jean Heiligenstein
Original assignee: Impact Clean Power Technology Spolka Akcyjna
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2013-06-28
Also published as: PL120936U1

Description

2 PL 66 608 Υ12 PL 66 608 Υ1

Opis wzoruPattern description

Przedmiotem wzoru użytkowego jest złącze biegunów ogniw elektrycznych mające zastosowanie zwłaszcza przy wytwarzaniu i eksploatacji modułów bateryjnych przeznaczonych do zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Poszczególne ogniwa baterii elektrycznych tworzące moduł mogą być łączone elektrycznie w sposób szeregowy, równoległy lub w sposób mieszany, czyli szeregowo-równoległy, aby uzyskać pożądane napięcie, natężenie prądu lub pojemność elektryczną.The subject of the utility model is the connector of the poles of electric cells, which is used especially in the production and operation of battery modules intended for powering electric or hybrid cars. The individual cells of the electric batteries making up the module may be electrically connected in a series, parallel or mixed manner, i.e. series-parallel, to obtain the desired voltage, current or electrical capacity.

Bieguny dodatni i ujemny ogniwa wyprowadzone są blisko siebie w postaci dwóch cienkich blaszek, aluminiowej i miedzianej. Taka konstrukcja biegunów sprawia problem ze skutecznym elektrycznym połączeniem ze sobą ogniw elektrycznych w moduły baterii, ponieważ łączone materiały mają różne właściwości elektrochemiczne i na ich styku, przy obecności wilgoci tworzy się ogniwo elektryczne, co znacznie przyśpiesza korozję połączenia i pogarsza parametry elektryczno-mechaniczne. Zwiększenie się rezystancji złącza biegunów powoduje wzrost wydzielanego ciepła w miejscu połączenia, co ma dalszy wpływ na szybsze utlenianie aluminiowej części złącza. Z tego powodu w znanych rozwiązaniach, przy łączeniu biegunów ogniw z dwóch różnych metali stosuje się zwykle dodatkowe przekładki bimetalowe.The positive and negative poles of the cell are brought out close to each other in the form of two thin plates, aluminum and copper. Such a construction of the poles causes a problem with the effective electrical connection of electric cells with each other into battery modules, because the materials to be connected have different electrochemical properties and at their contact, in the presence of moisture, an electric cell is formed, which significantly accelerates the corrosion of the connection and worsens the electrical and mechanical parameters. Increasing the resistance of the pole joint causes an increase in heat generated at the joint, which further affects the faster oxidation of the aluminum part of the joint. For this reason, in the known solutions, additional bimetallic spacers are usually used when connecting the poles of cells made of two different metals.

Znany jest z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP 2007 323 952 pakiet akumulatorów zawierający zestaw ogniw połączonych szeregowo przy pomocy metalowych płytek łączących bieguny dodatnie z biegunami ujemnymi sąsiednich ogniw. W celu uzyskania niezawodnego długotrwałego połączenia o niskiej oporności elektrycznej, bieguny ogniw łączy się ze sobą przy wykorzystaniu techniki zgrzewania ultradźwiękowego.A battery pack is known from Japanese patent application No. JP 2007 323 952, which comprises a set of cells connected in series by means of metal plates connecting the positive poles with the negative poles of adjacent cells. In order to obtain a reliable long-term connection with low electrical resistance, the poles of the cells are joined together using the ultrasonic welding technique.

Znany jest również z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 939 956 pakiet akumulatorów, w którym dla lepszego wykorzystania przestrzeni, końcówki łączonych ze sobą elektrod są wygięte pod kątem prostym i połączone parami. W celu właściwego przylegania łączonych biegunów sąsiednich ogniw na dużej powierzchni istotnym jest, aby zachować odpowiednie położenie łączonych ze sobą końcówek elektrod. Stykające się końcówki sąsiadujących ogniw są łączone ze sobą zaciskami śrubowymi, przy czym właściwe przyleganie końcówek elektrod na znacznej powierzchni jest uzyskiwane dzięki ich dużej grubości i wiążącej się z tym odpowiedniej sztywności.Also known from the European patent application No. EP 939 956 is a battery pack, in which, for better space utilization, the ends of the electrodes to be joined together are bent at right angles and connected in pairs. In order for the connected poles of adjacent cells to adhere properly over a large area, it is important to maintain the correct position of the electrode tips connected to each other. The contacting ends of adjacent cells are connected with each other by means of screw clamps, and the proper adhesion of the electrode tips over a significant surface is achieved due to their large thickness and the corresponding stiffness.

Znany jest także z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr LJS 2005/0 031 946 zestaw ogniw połączonych szeregowo, w którym bieguny sąsiednich ogniw łączone są poprzez docisk za pomocą listwy dociskowej prowadzonej w podłużnej szczelinie prowadzącej. W rozwiązaniu tym, mała powierzchnia styku biegunów nie zapewnia żądanej trwałości połączenia, zwłaszcza przy łączeniu biegunów wykonanych z różnego rodzaju metali.Also known from the US patent application No. LJS 2005/0 031 946 is a series of links connected in series, in which the poles of adjacent links are connected by pressure by means of a pressure strip guided in a longitudinal guide slot. In this solution, the small contact area of the poles does not ensure the desired durability of the connection, especially when connecting poles made of various types of metals.

Znany jest również z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US 2008/0 124 617 zestaw połączonych ogniw elektrycznych, w którym bieguny sąsiednich ogniw łączone są przez docisk pomiędzy elementami kształtującym. W rozwiązaniu tym zostały wykorzystane prostokątne podporowe elementy kształtujące i pokrywowe elementy kształtujące, również o kształcie prostokątnym, przy czym te kształtujące prostokątne elementy mają zaokrąglone naroża. Prostokątny kształt elementów dociskowych nie pozwala na uzyskanie zwiększonej skuteczności łączenia biegunów sąsiednich ogniw na całej długości styku.Also known from US patent application No. US 2008/0 124 617 is a set of interconnected electric cells, in which the poles of adjacent cells are connected by pressure between shaping elements. In this solution, rectangular shaping elements and cover shaping members, also of rectangular shape, are used, the rectangular shaping elements having rounded corners. The rectangular shape of the pressing elements does not allow for increased efficiency of connecting the poles of adjacent links along the entire length of the contact.

Celem wzoru użytkowego jest opracowanie takiej konstrukcji złącza biegunów ogniw elektrycznych, która umożliwi właściwy docisk końcówek elektrod na dużej płaszczyźnie, a w wyniku tego również pewne i trwałe połączenie elektryczne o niskiej oporności elektrycznej, zapewniające lepsze wykorzystanie przestrzeni.The purpose of the utility model is to develop such a construction of the connector of electric cells' poles, which will enable proper pressing of the electrode tips over a large plane, and as a result also a reliable and durable electrical connection with low electrical resistance, ensuring better use of space.

Dodatkowym celem wzoru użytkowego jest opracowanie takiej konstrukcji złącza, która umożliwi montaż ogniw w pakiety i ich eksploatację z mniejszym prawdopodobieństwem powstawania przypadkowych zwarć. Złącze biegunów ogniw elektrycznych, w którym bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych stykają się i są dociśnięte elementem zaciskowym pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że zarówno podporowy element kształtujący jak i pokrywowy element kształtujący mają łukowe powierzchnie kształtujące.An additional purpose of the utility model is to develop a connector design that will enable the assembly of cells into packages and their operation with a lower probability of accidental short circuits. An electric cell pole joint where the poles of two adjacent electric cells contact and are clamped with a clamping element between a support shaper and a cover shaper. The solution is characterized in that both the support shaper and the cover shaper have arcuate shaping surfaces.

Korzystnie, podporowy element kształtujący i/lub pokrywowy element kształtujący są wykonane z tworzywa sztucznego.Preferably, the support shaper and / or cover shaper are made of plastic.

Korzystnie, pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym jest zaciśnięte wyprowadzenie prądowe. 3 PL 66 608 Υ1Preferably, a current lead is clamped between the support shaper and the cover shaper. 3 PL 66 608 Υ1

Korzystnym jest także, gdy pomiędzy częścią czołową ogniw elektrycznych a podporowym elementem kształtującym jest umieszczona izolująca płyta czołowa z podłużnymi otworami, przez które przechodzą bieguny ogniw elektrycznych. Dodatkowo, bieguny poszczególnych ogniw elektrycznych są połączone z płytą elektroniki.It is also advantageous if an insulating faceplate with oblong openings through which the poles of the electric cells pass through is placed between the front part of the electric cells and the supporting shaping element. Additionally, the poles of the individual electric cells are connected to the electronics board.

Poprzez zaciśnięcie płaskich i giętkich biegunów sąsiednich ogniw pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym, bieguny ogniw zostają wyprofilowane i skutecznie dociśnięte do siebie przy wykorzystaniu mniejszej przestrzeni.By clamping the flat and flexible poles of adjacent links between the support shaper and cover shaper, the poles of the links are profiled and effectively pressed against each other using less space.

Jako element kształtujący dla potrzeb niniejszego wzoru użytkowego rozumie się każdy element posiadający przestrzennie ukształtowaną powierzchnię profilującą inną niż płaską, który płaskim biegunom ogniw nadaje wygięty, łukowy profil podczas ich łączenia przez zaciskanie.For the purposes of this utility model, a shaping element is understood to mean any element having a non-flat, spatially shaped profiling surface, which gives the flat poles of the links a curved, arcuate profile when they are joined by clamping.

Przedmiot wzoru użytkowego jest zilustrowany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złącze biegunów ogniw elektrycznych w widoku perspektywicznym rozstrzelonym przed zaciśnięciem, fig. 2 - złącze biegunów ogniw elektrycznych w widoku perspektywicznym rozstrzelonym przed zaciśnięciem z wyprowadzeniem prądowym usytuowanym pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym, fig. 3 - podporowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 4 - pokrywowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 5 - izolującą płytę czołową, fig. 6 - wyprowadzenie prądowe modułu bateryjnego w widoku z góry, fig. 7 - przekrój przez moduł bateryjny w miejscu śrub zaciskających podporowe elementy kształtujące i pokrywowe elementy kształtujące, fig. 8 - przekrój przez złożony moduł bateryjny, zaś fig. 9 - widok perspektywiczny części składowych pojedynczego modułu bateryjnego.The object of the utility model is illustrated in the exemplary embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the electric cell pole connector in an exploded perspective view before clamping, fig. 2 - electric cell pole connector in a perspective exploded view before clamping with a current lead positioned between a supporting shaper. and cover shaper, fig. 3 - support shaper in perspective view, fig. 4 - cover shaper in perspective view, fig. 5 - insulating faceplate, fig. 6 - current connection of the battery module in top view, fig. 7 - section through the battery module at the location of the screws clamping the support shaping members and cover shapers, fig. 8 - section through the assembled battery module, and fig. 9 - perspective view of the components of a single battery module.

Jak przedstawiono na fig. 1, złącze biegunów ogniw elektrycznych 1 ma podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3, pomiędzy którymi są umieszczone bieguny 4, 5 dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych 1, przy czym bieguny 4, 5 stykają się ze sobą i są zawinięte na podporowym elemencie kształtującym 2 oraz dociśnięte pokrywowym elementem kształtującym 3 za pomocą elementów zaciskowych w postaci śrub 6. Podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3 mają powierzchnie kształtujące w postaci łukowej. W celu połączenia złącza, płaskie bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych styka się ze sobą na znacznej części ich bocznych powierzchni i zaciska się z jednoczesnym ich wyginaniem pomiędzy elementami kształtującymi. Jako elementy kształtujące stosuje się podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3, a zaciskanie przeprowadza się przy wykorzystaniu śrub 6.As shown in Fig. 1, the pole connector of electric cells 1 has a support shaper 2 and a cover shaper 3, between which the poles 4, 5 of two adjacent electric cells 1 are positioned, the poles 4, 5 touching each other and being wrapped. on support shaper 2 and pressed against cover shaper 3 by clamping members 6. Support shaper 2 and cover shaper 3 have arcuate shaping surfaces. In order to connect the joint, the flat poles of two adjacent electric cells touch each other over a significant part of their side surfaces and are clamped while bending them between the shaping elements. A support shaper 2 and a cover shaper 3 are used as shaping elements, and the clamping is performed with screws 6.

Bieguny 4, 5 ogniw, przed zaciśnięciem mają płaski prostokątny kształt, a po zaciśnięciu przyjmują kształt powierzchni dociskowych podporowego i pokrywowego elementu kształtującego 2, 3. Biegun 4 stykający się z podporowym elementem kształtującym 2 podczas zaciskania jest zaginany na wypukłej dociskowej powierzchni zewnętrznej tego elementu kształtującego, zaś biegun 5 stykający się z pokrywowym elementem kształtującym jest w tym samym czasie zaginany na leżącym pod nim biegunie 4. Zatem, konstrukcja złącza według wzoru użytkowego wymusza względny przesuw stykających się powierzchni biegunów 4, 5 podczas ich zaciskania połączonego z kształtowaniem przez podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3. Przesuw względny stykających się powierzchni biegunów 4, 5 jest spowodowany tym, że powierzchnia zewnętrzna wewnętrznego bieguna 4 jest rozciągana podczas procesu zaginania, natomiast powierzchnia wewnętrzna zewnętrznego bieguna 5 jest podczas tego procesu ściskana. Takie złącze, w którym powierzchnie łączonych biegunów wcierają się w siebie wzajemnie podczas montażu, charakteryzuje się mniejszą opornością co wiąże się z większą trwałością i sprawnością połączenia elektrycznego. Efekt wzajemnego względnego przesuwania się po sobie biegunów ogniw dociskanych z jednoczesnym kształtowaniem uzyskuje się dla każdego kształtu podporowego elementu kształtującego 2 i pokrywowego elementu kształtującego 3. Taki efekt nie występuje w znanych rozwiązaniach, przy dociskaniu płaskich biegunów ogniw z wykorzystaniem płaskich podporowych i pokrywowych elementów dociskowych.The poles 4, 5 of links, before clamping, have a flat rectangular shape, and after clamping they take the shape of the pressing surfaces of the supporting and cover shaping element 2, 3. The pole 4 in contact with the supporting shaping element 2 is bent during clamping on the convex pressing outer surface of this shaping element and the pole 5 in contact with the cover shaper is at the same time bent at the underlying pole 4. Thus, the utility model joint design forces the contact surfaces of the poles 4, 5 to move relative to their clamping associated with shaping by the support shaper 2 and cover shaper 3. The relative displacement of the contacting surfaces of the poles 4, 5 is due to the fact that the outer surface of the inner pole 4 is stretched during the bending process, while the inner surface of the outer pole 5 is compressed during this process. Such a joint, in which the surfaces of the poles to be connected rub against each other during assembly, is characterized by lower resistance, which is associated with greater durability and efficiency of the electrical connection. The effect of the relative sliding of the poles of the clamping links against each other with simultaneous shaping is obtained for each shape of the support shaping element 2 and the cover shaper 3. Such an effect does not occur in the known solutions when pressing the flat poles of the cells with the use of the flat supporting and cover pressing elements.

Na figurze 2 przedstawiono złącze według wzoru użytkowego, łączące dwa skrajne ogniwa elektryczne I, do którego zostało podłączone wyprowadzenie prądowe 7.Figure 2 shows the connector according to the utility model connecting the two outermost electric cells I to which the current terminal 7 has been connected.

Figura 3 przedstawia przykład wykonania podporowego elementu kształtującego 2 o zewnętrznej powierzchni kształtującej w widoku perspektywicznym. Podporowy element kształtujący 2 ma otwory 8 do umieszczenia śrub 6, przy czym długość elementu kształtującego jest tak dobrana, aby w przybliżeniu odpowiadała szerokości biegunów 4, 5. W celu zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania przypadkowych zwarć elektrycznych, zarówno podczas montażu jak i eksploatacji złącza, podporowy element kształtujący 2 jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polipropylenu.Figure 3 shows a perspective view of an embodiment of a supporting shaping element 2 with an outer shaping surface. The support shaper 2 has holes 8 for accommodating the bolts 6, the length of the shaper being selected to approximately correspond to the width of the poles 4, 5. In order to reduce the likelihood of accidental electrical short circuits, both during assembly and during operation of the joint, the support member the form 2 is made of a plastic, for example polypropylene.

Claims

Figure 4 shows a perspective view of a lid shaper 3 with an inner shaping surface. The cover shaper 3 has holes 9 through which the screws 6 pass. The length of the cover shaper 3 corresponds to the length of the support shaper 2 cooperating therewith. The cover shaper 3 is made of a plastic, e.g. polypropylene, for similar reasons as the support member. forming 2. A further risk of short circuits during the operation of the utility model joint is limited by the insulating faceplate 10 shown in Fig. 5. The insulating faceplate 10 made of plastic has holes 11 for receiving clamping screws 6 and oblong holes 12 arranged in two columns, through which the poles 4, 5 of electric cells 1 pass. The oblong holes 12 are spaced from each other in each column by an equal distance, so that an equal distance is ensured between the individual terminals 4, 5 of electric cells 1 of the battery module. In order to connect adjacent battery modules into a set of modules, the first connector according to the formula, intended to connect to the positive pole of the cell located uppermost in the battery module, and the last connector intended to connect to the negative pole of the cell that is the lowest in the battery module, are additionally equipped with current terminals 7 The shape of the power outlet is illustrated in Fig. 6. Fig. 7 shows a portion of a battery module 13 with a plurality of connectors in a pattern. The poles 4, 5 of the electric cells 1 pass through the insulating plate 10 and are wrapped on the supporting formers 2 and tightened with the cover formers 3. In the illustrated embodiment, the clamping element is performed by the screws 6. Moreover, the battery module 13 has an electronics board 14 that collects the voltage. all electric cells 1, connected to the battery supervision system. The entire assembled single battery module 13 is shown in Fig. 8. This module has a housing 15 in which a stack of nine electric cells 1 is connected in series by connectors in a pattern. A perspective view of the components of a single battery module 13, prior to their assembly, is shown in Fig. 9. This figure shows nine electric cells 1 partially protruding from the housing 15. To connect the electric cells 1 of the battery module 13, the insulating faceplate 10 is placed over the straight lines. poles 4, 5, so that they pass through the oblong holes 12, then the respective poles 4, 5 are wrapped in pairs on the supporting shaping elements 2 and pressed with the cover shaping elements 3 by means of screws 6, and an electronics board 14 collecting the voltage from all cells is assembled electrical 1 and is connected to the battery supervision system. Moreover, the outermost connections of the cells' poles, the upper left and lower right ones, are additionally equipped with current terminals 7. Protective caveats 1. Connection of the poles of electric cells, in which the poles of two adjacent electric cells touch and are tightened by a clamping element, the poles being clamped between a support shaper and a cover shaper, characterized in that the support shaper (2) and the cover shaper (3) have arcuate shaping surfaces. 2. The connector according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the support shaping element (2) is made of plastic. 3. The connector according to claim An apparatus as claimed in claim 1, characterized in that the cover forming element (3) is made of a plastic material. 4. Connector according to claim A conductor (7) is clamped between the support shaper (2) and the cover shaper (3). 5. Connector according to claim An insulating faceplate (10) with oblong holes through which the poles of the electric cells (1) pass through, is disposed between the front part of the electric cells (1) and the supporting shaping element (2). 6. The connector according to claim The device of claim 1, characterized in that the poles of the individual electric cells (1) are additionally connected to the electronics board (14).