DE112019005687T5

DE112019005687T5 - Elektrische sammelschiene mit ausrichtungsmerkmalen

Info

Publication number: DE112019005687T5
Application number: DE112019005687.5T
Authority: DE
Inventors: Kyle O'Neil
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-07-29
Also published as: WO2020102445A1; US20220247041A1; CN116706627A; CN113039680A; CN113039680B; US20200152951A1; US11322803B2; US12021342B2

Abstract

Ein Sammelschienensystem ist zur Stromführung ausgelegt, wie beispielsweise in einem Batteriesystem. Das Sammelschienensystem besteht aus zwei oder mehr Sammelschienen, die an den jeweiligen Oberflächen aneinanderstoßen und durch ein oder mehrere Ausrichtungsmerkmale ausgerichtet sind. Das eine oder die mehreren Ausrichtungsmerkmale können ein Vorsprungmerkmal wie einen Stift oder einen anderen Vorsprung, eine Aussparung wie eine Öffnung, einen Schlitz oder ein anderes Aussparungsmerkmal oder sowohl ein Vorsprungmerkmal als auch ein Aussparungsmerkmal umfassen. Jede Sammelschiene kann ein Ausrichtungsmerkmal beinhalten, das in das Ausrichtungsmerkmal der anderen Sammelschiene eingreift, um eine Ausrichtung zu veranlassen, beizubehalten oder anderweitig zu bewirken. Die Ausrichtung der Sammelschienen gewährleistet die relative Position, verhindert die relative Bewegung oder beides. Die Sammelschienen werden miteinander in Eingriff gebracht, indem die Sammelschienen so positioniert werden, dass ihre Gegenflächen miteinander in Eingriff kommen können, und dann Ausrichtungsmerkmale der Sammelschienen in Eingriff gebracht werden, um eine Ausrichtung der Sammelschienen relativ zueinander vorzusehen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Sammelschiene zur Stromführung, insbesondere auf eine elektrische Sammelschiene mit Ausrichtungsmerkmalen.
Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/760,869 , eingereicht am 13. November 2018, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen wird.
Einführung
Elektrische Sammelschienen werden verwendet, um einen Pfad für den Strom zwischen Komponenten vorzusehen. Beispielsweise werden in Batteriesystemen Sammelschienen verwendet, um Zellen parallel und/oder in Reihe zu schalten und Zellen mit Komponenten wie Schaltern, Steckern oder Sicherungen zu verbinden. Zur weiteren Verlängerung des Strompfades können zwei oder mehr Sammelschienen miteinander verbunden werden. Es wäre von Vorteil, wenn eine Ausrichtung der Sammelschienen vorgesehen wäre, um eine Änderung der relativen Position, der relativen Ausrichtung oder beides zu verhindern.
Die Ausrichtung der Sammelschienen kann mit einer Montagehilfe (z. B. einer Vorrichtung) erreicht werden, die eine oder beide Sammelschienen so einspannt, dass sie sich während der Befestigung nicht relativ zueinander bewegen können. Die zusätzlichen Kosten und die zusätzliche Masse (z. B. wenn es ein fester Bestandteil der Baugruppe ist) sind jedoch möglicherweise nicht akzeptabel.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Sammelschienensystem. Das Sammelschienensystem umfasst eine erste Sammelschiene und eine zweite Sammelschiene. Die erste Sammelschiene umfasst eine erste Oberfläche und zumindest ein Vorsprungmerkmal, das sich von der ersten Oberfläche aus erstreckt. Die zweite Sammelschiene umfasst eine zweite Oberfläche, die für den Kontakt mit der ersten Oberfläche ausgelegt ist, und zumindest ein Aussparungsmerkmal in der zweiten Oberfläche. Das zumindest eine Vorsprungmerkmal ist für den Eingriff mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal ausgelegt, um die Bewegung der ersten Sammelschiene relativ zu der zweiten Sammelschiene zu begrenzen. Beispielsweise sind sowohl die erste Sammelschiene als auch die zweite Sammelschiene so ausgelegt, dass sie elektrischen Strom führen und es ermöglichen, dass elektrischer Strom von einer Sammelschiene zur anderen Sammelschiene fließt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Vorsprungmerkmal einen Stift. In einigen Ausführungsformen umfasst der Stift beispielsweise einen zylindrischen Stift, einen Stift mit kreisförmigem Querschnitt, einen Stift mit rautenförmigem Querschnitt, einen Stift mit einem beliebigen anderen geeigneten Querschnitt oder eine beliebige Kombination davon. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Vorsprungmerkmal ein reibgebohrtes Merkmal. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Vorsprungmerkmal ein gepresstes Merkmal.
In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal eine Öffnung. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal beispielsweise eine kreisförmige Öffnung, eine nicht kreisförmige Öffnung, eine andere geeignet geformte Öffnung oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal einen Schlitz. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal beispielsweise einen rechteckigen Schlitz, einen Schlitz mit abgerundeten Enden, einen gekrümmten Schlitz, einen anderen geeignet geformten Schlitz oder eine beliebige Kombination davon. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal ein gestanztes Merkmal, ein gepresstes Merkmal oder beides.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Sammelschiene eine erste Durchgangsöffnung, die zweite Sammelschiene umfasst ferner eine zweite Durchgangsöffnung, und wenn das zumindest eine Vorsprungmerkmal mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal in Eingriff ist, ist die erste Durchgangsöffnung mit der zweiten Durchgangsöffnung ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen ist beispielsweise ein Befestigungselement dafür ausgelegt, sich durch die ausgerichtete erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung zu erstrecken und eine Klemmkraft auszuüben, um die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene zusammenzupressen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Vorsprungmerkmal mehr als ein Vorsprungmerkmal. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Vorsprungmerkmal beispielsweise zwei Vorsprungmerkmale. In einem weiteren Beispiel können die beiden Vorsprungmerkmale im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen. In einem weiteren Beispiel können die beiden Vorsprungmerkmale im Wesentlichen unterschiedliche Formen aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal mehr als ein Aussparungsmerkmal. In einigen Ausführungsformen umfasst das zumindest eine Aussparungsmerkmal beispielsweise zwei Aussparungsmerkmale. In einem weiteren Beispiel können die beiden Aussparungsmerkmale im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen. In einem weiteren Beispiel können die beiden Aussparungsmerkmale im Wesentlichen unterschiedliche Formen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die erste Sammelschiene zumindest ein zweites Aussparungsmerkmal in der ersten Oberfläche, die zweite Sammelschiene beinhaltet zumindest ein zweites Vorsprungmerkmal in der zweiten Oberfläche, und das zumindest eine zweite Vorsprungmerkmal ist ausgelegt, um in das zumindest eine zweite Aussparungsmerkmal einzugreifen, um eine Bewegung der ersten Sammelschiene relativ zur zweiten Sammelschiene zu verhindern.
In einigen Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Montage eines Sammelschienensystems gerichtet. Das Verfahren beinhaltet die Positionierung einer ersten Sammelschiene und einer zweiten Sammelschiene. Die erste Sammelschiene beinhaltet eine erste Oberfläche und zumindest ein Vorsprungmerkmal auf der ersten Oberfläche. Die zweite Sammelschiene beinhaltet eine zweite Oberfläche und zumindest ein Aussparungsmerkmal auf der zweiten Oberfläche. Das Verfahren beinhaltet auch das Eingreifen des zumindest einen Vorsprungmerkmals in das zumindest eine Aussparungsmerkmal, um eine relative Bewegung der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene zu verhindern. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Zusammenpressen der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene, sodass die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche miteinander in Kontakt sind.
In einigen Ausführungsformen stehen die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche an einer Schnittstelle miteinander in Kontakt, und das Verfahren beinhaltet das Befestigen der ersten Sammelschiene an der zweiten Sammelschiene. Die Befestigung erfolgt durch Schweißen der Schnittstelle, Hartlöten der Schnittstelle, Löten der Schnittstelle, Pressen der Schnittstelle, Befestigen der Schnittstelle, Crimpen der Schnittstelle, Verformen der Schnittstelle oder eine Kombination davon.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehrerer verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen werden nur zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt und bilden lediglich typische oder exemplarische Ausführungsformen ab. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um ein Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sollen nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte betrachtet werden. Es ist zu beachten, dass diese Zeichnungen zur Klarheit und Einfachheit der Veranschaulichung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.

1 zeigt zwei Ausgestaltungen eines veranschaulichenden Sammelschienensystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Sammelschiene und einer zweiten Sammelschiene eines veranschaulichenden Batteriesystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Sammelschiene, die Ausrichtungsmerkmale gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist;
3B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sammelschiene, die Aussparungs-Ausrichtungsmerkmale gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht von zwei, die gleichen Ausrichtungsmerkmale aufweisenden Sammelschienen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt perspektivische Ansichten von Abschnitten von Sammelschienen mit veranschaulichenden Vorsprungmerkmalen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt perspektivische Ansichten von Abschnitten von Sammelschienen mit veranschaulichenden Aussparungsmerkmalen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zur Ausbildung einer Sammelschienenbaugruppe, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
1 zeigt zwei Ausgestaltungen 100 und 150 eines veranschaulichenden Sammelschienensystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Sammelschienensystem beinhaltet die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102, die jeweils für den Eingriff mit einer Vielzahl von Batteriezellen und das Vorsehen einer Stromleitung ausgelegt sind. Die jeweilige Vielzahl von Batteriezellen kann räumlich angeordnet sein, und jede der Sammelschiene 101 und Sammelschiene 102 kann Merkmale beinhalten, die mit jeder jeweiligen Batteriezelle in Eingriff stehen, um einen elektrischen Kontakt vorzusehen. Beispielsweise können die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 jeweils einen Pfad für einen parallelen Stromfluss von der jeweiligen Vielzahl von Batteriezellen bereitstellen. Sammelschiene 101 und Sammelschiene 102 sind elektrisch miteinander gekoppelt. Beispielsweise sind, wie veranschaulicht, die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 aneinander befestigt. Die Ausrichtungsmerkmale 103 der Sammelschiene 101 und die Ausrichtungsmerkmale 104 der Sammelschiene 102 helfen, die Ausrichtung während der Anordnung der Sammelschienen 101 und 102, während der Befestigung der Sammelschienen 101 und 102 aneinander, während der Befestigung der Sammelschienen 101 und 102 an der jeweiligen Vielzahl von Batteriezellen, während des Betriebs (z. B. in einem Elektrofahrzeug, das eine Beschleunigung erfährt) oder einer beliebigen Kombination davon beizubehalten. Die Ausrichtungsmerkmale 103 und 104 können alle geeigneten Aussparungsmerkmale, Vorsprungmerkmale oder beides umfassen, die zumindest eine gewisse Bewegung oder Verschiebung der Sammelschienen 101 und 102 relativ zueinander einschränken. Wie veranschaulicht, beinhalten die Ausrichtungsmerkmale 103 und 104 konische Aussparungsmerkmale (z. B. konische Blindöffnungen) bzw. konische Vorsprungmerkmale (z. B. konische Stifte).
Wie veranschaulicht, sind die Sammelschienen 101 und 102 mit der jeweiligen Vielzahl von Batterien 111 und 112 elektrisch gekoppelt. In der Ausgestaltung 100 sind die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 nicht elektrisch gekoppelt, was beispielsweise einer Ausgestaltung während der Montage, während des Ausrichtens, während der Fertigung oder zu einem anderen Zeitpunkt entspricht, wenn die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 nicht ausgerichtet, befestigt, elektrisch gekoppelt oder eine Kombination davon sein müssen. In der Ausgestaltung 150 sind die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 elektrisch gekoppelt, was z. B. einer Ausgestaltung während des Betriebs, während der Prüfung oder zu jedem anderen Zeitpunkt entspricht, zu dem die Sammelschiene 101 und die Sammelschiene 102 ausgerichtet, befestigt, elektrisch gekoppelt oder eine Kombination davon sein müssen. Die Ausgestaltung 150 kann beispielsweise ein oder mehrere Befestigungselemente beinhalten, die die Sammelschienen 101 und 102 aneinander befestigen (z. B. Bolzen, Schrauben, Gewindemuttern, Sicherungsmuttern, Quetschverbindungen, Einpressverbindungen)
Die vorliegende Offenbarung ist auf Sammelschienen mit einem oder mehreren Ausrichtungsmerkmalen (oder „Merkmale“) gerichtet, die zur Ausrichtung in Eingriff kommen. In einigen Ausführungsformen beinhalten die Ausrichtungsmerkmale Vorsprungmerkmale, die sich von einer Oberfläche aus erstrecken und durchgängig mit der Hauptsammelschiene sind (z. B. aus einem Sammelschienenrohling geformt und entsprechend aus dem gleichen Material bestehend). Ein oder mehrere Merkmale zur Begrenzung der relativen Bewegung zwischen den gekoppelten Sammelschienen können enthalten sein. Beispielsweise können die Eingriffsmerkmale einer ersten und zweiten Sammelschiene ein Vorsprungmerkmal und ein Aussparungsmerkmal umfassen. In einem weiteren Beispiel wird der Stromfluss während des Betriebs der gekoppelten Sammelschienen nicht unterbrochen, da das Vorsprungmerkmal aus dem Grundmaterial gefertigt ist. Sammelschienen bestehen aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, einem anderen geeigneten Metall, einer Legierung oder einem Material, das eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit aufweist, oder einer beliebigen Kombination daraus.
In einigen Ausführungsformen bietet das Ausrichtungsmerkmal zur Unterstützung der Verbindung von Sammelschienen eine Ausrichtung. Beispielsweise können die Ausrichtungsmerkmale die Sammelschienen beim Befestigen, Schweißen (z. B. Laserschweißen, Ultraschallschweißen), Löten, Pressen, jeder anderen geeigneten Verbindungstechnik oder einer Kombination davon sichern.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann eine erste Sammelschiene einen Stift und eine zweite Sammelschiene eine Blindöffnung beinhalten. Der Stift kann für einen Einpressvorgang mit der Öffnung so bemessen sein, dass keine weiteren Bauteile (z. B. Befestigungselemente) erforderlich sind. In einem weiteren Beispiel kann eine Sammelschiene mehrere Stifte oder andere geeignete Vorsprungmerkmale umfassen, die für den Eingriff in entsprechende Aussparungsmerkmale ausgelegt sind. Zu den Vorsprungmerkmalen können beispielsweise Stifte (z. B. runde Stifte, rautenförmige Stifte, ovale Stifte, dreieckige Stifte oder jeder andere geeignete Art von Stift), halbkugelförmige Erhebungen, Rippen, Laschen, eine Verlängerung mit einem beliebigen geeigneten gleichmäßigen Querschnitt, eine Verlängerung mit einem beliebigen geeigneten ungleichmäßigen Querschnitt (z. B. ein Kegel, eine Pyramide), jedes andere geeignete Merkmal, das sich von einer Sammelschienenoberfläche aus erstreckt, oder eine beliebige Kombination davon gehören. Aussparungsmerkmale können beispielsweise Öffnungen (z. B. runde Öffnungen), halbkugelförmige Vertiefungen, Schlitze, Nuten, eine Aussparung mit einem beliebigen gleichmäßigen Querschnitt, eine Aussparung mit einem beliebigen ungleichmäßigen Querschnitt, eine beliebige andere geeignete Aussparung in einer Sammelschienenoberfläche oder eine Kombination davon sein.
Ein Vorsprungmerkmal ist für den Eingriff mit einem oder mehreren Aussparungsmerkmalen ausgelegt (z. B. ist ein runder Stift für den Eingriff mit einer runden Öffnung oder einem Schlitz ausgelegt). Ein Aussparungsmerkmal ist für den Eingriff mit einem oder mehreren Vorsprungmerkmalen ausgelegt (z. B. kann eine runde Öffnung einen runden Stift oder einen rautenförmigen Stift aufnehmen). In einigen Ausführungsformen kann eine Sammelschiene mehr als ein Ausrichtungsmerkmal beinhalten. Zum Beispiel kann eine erste Sammelschiene zwei Vorsprungmerkmale beinhalten, die für den Eingriff mit zwei entsprechenden Aussparungsmerkmalen einer zweiten Sammelschiene ausgelegt sind. In einem weiteren Beispiel kann eine Sammelschiene ein Vorsprungmerkmal und ein Aussparungsmerkmal enthalten, die für den Eingriff mit einem entsprechenden zweiten Aussparungsmerkmal und einem zweiten Vorsprungmerkmal einer zweiten Sammelschiene ausgelegt sind. In einem weiteren Beispiel kann eine Sammelschiene zwei Vorsprungmerkmale beinhalten, die gleich sind (z. B. zwei runde Stifte ähnlicher Größe oder zwei Laschen ähnlicher Größe und Form) oder unterschiedlich sind (z. B. ein runder Stift und ein rautenförmiger Stift oder runde Stifte unterschiedlicher Größe). In einem weiteren Beispiel kann eine Sammelschiene zwei Aussparungsmerkmale beinhalten, die gleich sind (z. B. zwei runde Öffnungen mit ähnlichem Durchmesser oder zwei Schlitze mit ähnlicher Größe) oder sich voneinander unterscheiden (z. B. eine runde Öffnung und ein Schlitz oder runde Öffnungen mit unterschiedlicher Größe).
Ein Ausrichtungsmerkmal kann in einer Sammelschiene mit jeder geeigneten Technik, jedem Prozess und jeder Ausstattung geformt werden. So kann beispielsweise ein Vorsprungmerkmal wie ein Stift in einer Sammelschiene durch Reibungsbohren von einer Seite mit einer Form des gewünschten Stifts auf der anderen Seite geformt werden. In einigen solchen Beispielen muss der Bohrer das Material der Sammelschiene nicht vollständig durchbohren, sondern kann das Material punktuell erhitzen und in die Form drücken, um den Stift zu formen. In einem weiteren Beispiel kann eine Sammelschiene gestanzt, gepresst, maschinell bearbeitet oder anderweitig verarbeitet werden, um ein Vorsprungmerkmal zu formen. Ein Aussparungsmerkmal kann durch Bohren, maschinelles Bearbeiten, Stanzen, Pressen, Schmelzen, jedes andere geeignete Verfahren zur Bildung einer Aussparung (z. B. durch Materialabtrag oder Materialfluss) oder eine Kombination davon geformt werden.
Durch die Verwendung von Ausrichtungsmerkmalen können Sammelschienen genau ausgerichtet werden, was die Fertigungsqualität, die Kriech-/Abstandssicherheit und/oder die strukturelle Steifigkeit verbessern kann. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindung weniger anfällig für Korrosion, erhöhten lokalen elektrischen Widerstand (z. B. Grenzflächenwiderstand) und Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien sein, da die Ausrichtungsmerkmale kein anderes Material als das Material der Sammelschiene beinhalten. Ein stiftförmiges Ausrichtungsmerkmal aus dem Grundmaterial der Sammelschiene hilft beispielsweise, diese Probleme zu beseitigen.
In einigen Ausführungsformen ermöglichen die Ausrichtungsmerkmale engere Toleranzen als Befestigungselemente allein. In einigen Ausführungsformen verhindern Ausrichtungsmerkmale eine relative Bewegung von Sammelschienen, die durch ein Befestigungselement gekoppelt sind (z. B. eine relative Bewegung, die durch ein angelegtes Drehmoment, Normalkräfte und/oder Reibungskräfte verursacht wird, die während der Befestigung auf die Sammelschienen wirken).
In einigen Ausführungsformen kann eine Sammelschiene ein bestimmtes Vorsprungmerkmal oder Aussparungsmerkmal beinhalten, das nur für den Eingriff einiger anderer Ausrichtungsmerkmale anderer Sammelschienen ausgelegt ist. Es kann beispielsweise mehrere Arten von Sammelschienen geben, wobei nur einige Kombinationen miteinander gekoppelt werden können. In einem veranschaulichenden Beispiel können Vorsprungmerkmale für Sammelschienen mit größerer Stromkapazität je nach Stromkapazität unterschiedlich angeordnet (z. B. platziert) werden, um eine Fehlanpassung der Sammelschienen zu verhindern. In einigen Ausführungsformen können die Ausrichtungsmerkmale passgeformt oder anderweitig so geformt sein, dass sie nur mit einer Teilmenge anderer Ausrichtungsmerkmale in Eingriff kommen. Beispielsweise können für eine Vielzahl von Sammelschienenarten nur bestimmte Arten, basierend auf dem Eingriff der entsprechenden Ausrichtungsmerkmale, miteinander gekoppelt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Aussparungsmerkmal für den Eingriff mit zwei oder mehr Vorsprungmerkmalen ausgelegt sein. Beispielsweise kann eine erste Sammelschiene zwei Stifte beinhalten, die für den Eingriff in einen einzelnen Schlitz einer zweiten Sammelschiene ausgelegt sind, um eine relative Bewegung der Sammelschienen zu verhindern.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Sammelschiene 201 und der zweiten Sammelschiene 202 des veranschaulichenden Batteriesystems 200, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die erste und zweite Sammelschiene 201 und 202 sind zur Befestigung aneinander ausgelegt, um einen stromführenden Pfad vorzusehen. Wie veranschaulicht, ist die zweite Sammelschiene 202 elektrisch mit dem elektrischen Anschluss 203 gekoppelt, der beispielsweise einen Gleichstrom-Sammelschienenanschluss, eine oder mehrere elektrische Klemmen, einen anderen geeigneten elektrischen Anschluss oder eine beliebige Kombination davon umfassen kann. Die erste Sammelschiene 201 ist, wie veranschaulicht, elektrisch mit dem Schütz 205 gekoppelt (z. B. wie veranschaulicht, am Schütz 205 befestigt).
3A zeigt eine perspektivische Ansicht der Sammelschiene 300, die Ausrichtungsmerkmale gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist. Die Sammelschiene 300 beinhaltet zwei Stifte 303 mit rundem Querschnitt (d. h. runde Stifte). Dementsprechend kann die Sammelschiene 300 mit einer anderen Sammelschiene (z. B. der Sammelschiene 350 aus 3B oder einer anderen geeigneten Sammelschiene) in Eingriff gebracht werden, indem zwei Stifte 303 in entsprechende Öffnungen der anderen Sammelschiene eingesetzt werden.
3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Sammelschiene 350, gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Sammelschiene 350 beinhaltet ein Aussparungsmerkmal 353. Das Aussparungsmerkmal 353 beinhaltet, wie veranschaulicht, kreisförmige Öffnungen. Beispielsweise können die Ausrichtungsmerkmale 353 der Sammelschiene 350 derart ausgelegt sein, dass sie mit den Ausrichtungsmerkmalen 303 der Sammelschiene 300 von 3A in Eingriff kommen. Obwohl die in den 3A-3B dargestellten Sammelschienen 300 und 350 Ausrichtungsmerkmale mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen (z. B. zwei runde Stifte), können die Sammelschienen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine beliebige geeignete Anzahl von Vorsprungmerkmalen aufweisen, die jeweils eine beliebige geeignete Form und Größe aufweisen.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht von zwei, die gleichen Ausrichtungsmerkmale aufweisenden Sammelschienen 400 und 402 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Sammelschienen 400 und 402 beinhalten jeweils einen Stift mit rundem Querschnitt (d. h., einen runden Stift) und ein Aussparungsmerkmal (z. B. eine kreisförmige Öffnung wie veranschaulicht). In einigen Ausführungsformen sind die Sammelschienen 400 und 400 identische Bauteile. Dadurch kann ein einzelnes Bauteil zweimal verwendet werden, um eine Verbindung herzustellen. Wie veranschaulicht, ist eine Durchgangsöffnung zwischen den Stift- und Aussparungsmerkmalen der Sammelschienen 400 und 402 zentriert, was dazu führt, dass die Durchgangsöffnungen ausgerichtet sind, wenn die Stift- und Aussparungsmerkmale der Sammelschienen im Eingriff sind. In die ausgerichteten Durchgangsöffnungen kann dann ein Befestigungselement eingesetzt werden. Die Stift- und Aussparungsmerkmale sind in einem Winkel von 45 Grad zur Längsachse der Sammelschienen ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung bewirkt, dass die Sammelschienen im Eingriffszustand auf 90 Grad ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung dient nur zur Veranschaulichung und jeder geeignete Ausrichtungswinkel kann verwendet werden, um eine gewünschte Ausrichtung zwischen den Sammelschienen zu erreichen.
In einem veranschaulichenden Beispiel können die Sammelschienen 300 und 350 aus den 3A-3B zur Befestigung aneinander ausgelegt sein, damit ein stromführender Pfad vorgesehen ist (z. B. nach der Ausrichtung durch Ineinandergreifen der Ausrichtungsmerkmale). In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel können die Sammelschienen 400 und 402 aus 4 zur Befestigung aneinander ausgelegt sein, damit ein stromführender Pfad vorgesehen ist (z. B. nach der Ausrichtung durch Ineinandergreifen der Ausrichtungsmerkmale). Wenn die Stifte mit den entsprechenden Öffnungen in Eingriff sind, wird verhindert, dass die Anwendung eines Drehmoments auf ein Befestigungselement eine der Sammelschienen relativ zueinander dreht. Unter bestimmten Umständen wird durch den Eingriff der Stifte und Öffnungen die Ausrichtung beim Befestigen, Schweißen (z. B. Laserschweißen, Ultraschallschweißen), Löten, Pressen, Crimpen, jeder anderen geeigneten Verbindungstechnik oder einer Kombination davon beibehalten.
5 zeigt perspektivische Ansichten von Abschnitten von Sammelschienen mit veranschaulichenden Vorsprungmerkmalen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Fläche A zeigt einen zylindrischen Stift (z. B. durch Reibbohren oder Pressen der Unterseite der Sammelschiene mit einer zylindrischen Form auf der Oberseite geformt). Fläche B zeigt einen konischen Stift (z. B. durch Reibbohren oder Pressen der Unterseite der Sammelschiene mit einer konischen Form auf der Oberseite geformt). Fläche C zeigt eine halbkugelförmige Erhebung (z. B. durch Reibbohren oder durch Pressen der Unterseite der Sammelschiene mit einer halbkugelförmigen Form auf der Oberseite oder ohne Form geformt). Fläche D zeigt eine gebogene Lasche (z. B. durch Stanzen einer dreiseitigen Durchkontaktierung, die eine Lasche umreißt, und anschließendes Biegen der Lasche nach unten geformt). Fläche E zeigt einen rautenförmigen Stift (z. B. durch Pressen der Unterseite der Sammelschiene mit einer rautenförmigen Form auf der Oberseite geformt).
6 zeigt perspektivische Ansichten von Abschnitten von Sammelschienen mit veranschaulichenden Aussparungsmerkmalen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Fläche A zeigt eine zylindrische Durchgangsöffnung (z. B. durch Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Plasmaschneiden, Bohren oder Stanzen der Sammelschiene mit einem Stempel von beiden Seiten geformt). Fläche B zeigt einen durchgehenden Schlitz (z. B. durch Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Plasmaschneiden oder Stanzen geformt). Fläche C zeigt eine halbkugelförmige Vertiefung (z. B. durch Reibbohren oder Pressen der Oberseite der Sammelschiene geformt). Fläche D zeigt eine Nut (z. B. durch Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Plasmaschneiden oder Stanzen geformt). Fläche E zeigt eine nicht kreisförmige Öffnung (z. B. durch Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Plasmaschneiden oder Stanzen geformt), das polygonal sein kann, aber nicht sein muss. Die in 5 veranschaulichten Vorsprungmerkmale und alle anderen geeigneten Vorsprungmerkmale können derart ausgelegt sein (z. B. in geeigneter Weise angeordnet, bemessen und geformt), dass sie in die in 5 veranschaulichten Aussparungsmerkmale oder andere geeignete Aussparungsmerkmale eingreifen. Beispielsweise können ein oder alle Stifte aus 5, Fläche A, der konische Stift aus 5, Fläche B, die Erhebung aus 5, Fläche C, die gebogene Lasche aus 5, Fläche D und das Vorsprungmerkmal aus 5, Fläche E für den Eingriff mit einer Öffnung (z. B. dargestellt, in 6, Fläche A), einem Schlitz (z. B. dargestellt in 6, Fläche B), einer Vertiefung (z. B. dargestellt in 6, Fläche C), einer Nut (z. B. dargestellt in 6, Fläche D), einem Stift mit polygonalem Querschnitt (z. B. dargestellt in 6, Fläche E) oder einem anderen geeigneten Aussparungsmerkmal ausgelegt sein. Andere geeignete Aussparungsmerkmale können beispielsweise konische Öffnungen, gestanzte Öffnungen (z. B. mit beliebiger Querschnittsform), beliebige andere Durchgangsmerkmale oder eine beliebige Kombination davon sein.
In einem veranschaulichenden Beispiel können die Sammelschienen mit Ausrichtungsmerkmalen der vorliegenden Offenbarung als Teil eines Batteriesystems enthalten sein. Beispielsweise können Sammelschienen in Batteriesystemen enthalten sein, und sie können für die Übertragung von über einem Ampere an Strom, über zehn Ampere oder sogar über hundert Ampere an Strom ausgelegt sein. In einem weiteren Beispiel können die Sammelschienen der vorliegenden Offenbarung in relativen Hochspannungssystemen eingesetzt werden, wie z. B. in Systemen, die mit über 100 V, über 200 V, über 400 V oder einer höheren Spannung arbeiten. Zur Veranschaulichung kann das Batteriesystem in einem Elektrofahrzeug enthalten sein (z. B. kann einen Gleichstrombus zur Versorgung der Elektromotoren des Fahrzeugs vorsehen). In einigen Ausführungsformen kann eine Sammelschiene eine relativ einfache geometrische Form aufweisen (z. B. einen Balken, ein Polygon, eine „L“- oder „U‟-Form). In einigen Ausführungsformen kann eine Sammelschiene eine relativ komplexe Form aufweisen (z. B. kammförmig, zusammengesetzte Biegungen, mehrfache Biegungen, Biegungen in mehr als einer Ebene, eine Vielzahl von Anschlusspunkten). In einigen Ausführungsformen kann eine Sammelschiene strukturell steif sein und eine Querschnittsfläche aufweisen, die ausreicht, um eine erwartete Strombelastung zu tragen (z. B. über zehn Ampere oder über hundert Ampere). Eine Sammelschiene kann beispielsweise Hunderte von Mikrometern, einen Millimeter, mehrere Millimeter oder sogar einen Zentimeter dick sein (z. B. abhängig von der Breite, um eine gewünschte Querschnittsfläche zu erreichen). Die Ausrichtungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung können, müssen aber nicht, auf der Grundlage der Abmessungen der Sammelschiene dimensioniert werden.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm des veranschaulichenden Verfahrens 700 zur Ausbildung einer Sammelschienenbaugruppe, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Schritt 702 beinhaltet die Positionierung einer ersten Sammelschiene. Die erste Sammelschiene weist eine erste Oberfläche und zumindest ein Vorsprungmerkmal auf der ersten Oberfläche auf. So können beispielsweise alle Vorsprungmerkmale von 5, alle anderen geeigneten Vorsprungmerkmale oder eine beliebige Kombination von Vorsprungmerkmalen auf der Oberfläche angeordnet sein. Die Positionierung der ersten Sammelschiene kann das Einstellen einer Position (z. B. im dreidimensionalen Raum oder auf einer zweidimensionalen Ebene wie einer Arbeitsfläche), einer Ausrichtung oder beides, relativ zu einer geeigneten Referenz wie beispielsweise einem Werkzeug, einer Arbeitsfläche, einem Messgerät, einem Punkt im Raum, einer anderen Sammelschiene (z. B. der zweiten Sammelschiene aus Schritt 704) oder einer anderen geeigneten Referenz oder Kombination von Referenzen umfassen.
Schritt 704 beinhaltet die Positionierung einer zweiten Sammelschiene. Die zweite Sammelschiene weist eine zweite Oberfläche und zumindest ein Aussparungsmerkmal auf der zweiten Oberfläche auf. Beispielsweise können alle Aussparungsmerkmale von 6, alle anderen geeigneten Aussparungsmerkmale oder eine beliebige Kombination von Aussparungsmerkmalen auf der Oberfläche angeordnet sein. Die Positionierung der zweiten Sammelschiene kann das Einstellen einer Position (z. B. im dreidimensionalen Raum oder auf einer zweidimensionalen Ebene wie einer Arbeitsfläche), einer Ausrichtung oder beides, relativ zu einer geeigneten Referenz wie beispielsweise einem Werkzeug, einer Arbeitsfläche, einem Messgerät, einem Punkt im Raum, der ersten Sammelschiene oder einer anderen geeigneten Referenz oder Kombination von Referenzen umfassen. Die Schritte 702 und 704 können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Schritte 702 und 704 können beispielsweise gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden (z. B. indem einer der beiden Schritte zuerst ausgeführt wird).
Schritt 706 umfasst das Ineinandergreifen des zumindest einen Vorsprungmerkmals mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal, um eine relative Bewegung der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene zu verhindern. Der Eingriff kann einen, mehr als einen oder alle Freiheitsgrade der ersten und zweiten Sammelschiene relativ zueinander beschränken. Zum Beispiel kann der Eingriff des zumindest einen Vorsprungmerkmals und des zumindest einen Aussparungsmerkmals eine relative Drehung und relative Verschiebung in einer Ebene verhindern. In einigen Ausführungsformen wird eine Reibschweiß- oder Pressmaschine verwendet, um zumindest eines der Vorsprungmerkmale an der ersten Sammelschiene und das Aussparungsmerkmal an der zweiten Sammelschiene herzustellen. In einigen Ausführungsformen wird dieselbe Reibschweiß- oder Pressmaschine (z. B. die Maschine, die zur Herstellung des Vorsprungmerkmals an der ersten Sammelschiene verwendet wird) verwendet, um die erste Sammelschiene in Schritt 702 oder die zweite Sammelschiene in Schritt 704 zu positionieren und beim Eingriff des Vorsprungmerkmals in das Aussparungsmerkmal in Schritt 706 zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen wird dieselbe Reibschweiß- oder Pressmaschine verwendet, um die erste und zweite Sammelschiene in den Schritten 702 und 704 zu positionieren und das Vorsprungmerkmal mit dem Aussparungsmerkmal in Schritt 706 in Eingriff zu bringen. Die Reibschweiß- oder Pressmaschine kann beispielsweise zwei bewegliche Greifer enthalten, um die Sammelschienen zu positionieren und die entsprechenden Merkmale in Eingriff zu bringen. Dies kann durch die Programmierung oder Neuprogrammierung der Maschine zur Ausführung mehrerer Funktionen erreicht werden, was die Herstellungskosten senken kann.
In einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Sammelschiene, wenn sie ausgerichtet sind (z. B. wenn die Ausrichtungsmerkmale miteinander in Eingriff stehen), befestigt werden, um ihre räumliche Anordnung beizubehalten. Das Befestigen kann beispielsweise das Befestigen, Schweißen, Hartlöten, Kleben, Pressen, Crimpen, jede andere geeignete Technik zum Befestigen der ersten und zweiten Sammelschiene oder eine Kombination davon umfassen. Die Befestigung kann, muss aber nicht, reversibel sein (während die Befestigung beispielsweise reversibel ist, kann das Schweißen nicht reversibel sein).
Das Vorstehende veranschaulicht lediglich die Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Änderungen können von Fachleuten auf dem Gebiet vorgenommen werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsformen werden zum Zweck der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung präsentiert. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die, die hierin explizit beschrieben sind. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die ausdrücklich offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen davon umfassen soll, die im Sinne der folgenden Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/760869 [0002]

Claims

Sammelschienensystem, umfassend: eine erste Sammelschiene, umfassend: eine erste Oberfläche; und zumindest ein sich von der ersten Oberfläche erstreckendes Vorsprungmerkmal; und eine zweite Sammelschiene, umfassend: eine zweite Oberfläche, die für den Kontakt mit der ersten Oberfläche ausgelegt ist; und zumindest ein Aussparungsmerkmal in der zweiten Oberfläche, wobei: das zumindest eine Vorsprungmerkmal ausgelegt ist, mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal in Eingriff zu kommen, um die Bewegung der ersten Sammelschiene relativ zu der zweiten Sammelschiene zu begrenzen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Vorsprungmerkmal einen Stift umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Vorsprungmerkmal ein reibgebohrtes Merkmal umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Vorsprungmerkmal ein gepresstes Merkmal umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Aussparungsmerkmal eine Öffnung umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Aussparungsmerkmal einen Schlitz umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Aussparungsmerkmal zumindest eines von einem gestanzten Merkmal und einem gepressten Merkmal umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene zur Führung von elektrischem Strom ausgelegt sind.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei: die erste Sammelschiene ferner eine erste Durchgangsöffnung aufweist; die zweite Sammelschiene ferner eine zweite Durchgangsöffnung aufweist; und wenn das zumindest eine Vorsprungmerkmal mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal in Eingriff ist, die erste Durchgangsöffnung mit der zweiten Durchgangsöffnung ausgerichtet ist.
Sammelschienensystem nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Befestigungselement, ausgelegt, um: sich durch die ausgerichtete erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung zu erstrecken; und eine Klemmkraft anzuwenden, um die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene zusammenzupressen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Vorsprungmerkmal zwei Vorsprungmerkmale umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 11, wobei die beiden Vorsprungmerkmale im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 11, wobei die beiden Vorsprungmerkmale unterschiedliche Formen aufweisen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Aussparungsmerkmal zwei Aussparungsmerkmale umfasst.
Sammelschienensystem nach Anspruch 14, wobei die beiden Aussparungsmerkmale im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 14, wobei die beiden Aussparungsmerkmale unterschiedliche Formen aufweisen.
Sammelschienensystem nach Anspruch 1, wobei: die erste Sammelschiene ferner zumindest ein zweites Aussparungsmerkmal in der ersten Oberfläche aufweist; die zweite Sammelschiene ferner zumindest ein zweites Vorsprungmerkmal in der zweiten Oberfläche aufweist; und das zumindest eine zweite Vorsprungmerkmal zum Eingriff mit dem zumindest einen zweiten Aussparungsmerkmal ausgelegt ist, um eine Bewegung der ersten Sammelschiene relativ zu der zweiten Sammelschiene zu verhindern.
Verfahren zur Montage eines Sammelschienensystems, das Verfahren umfassend: Positionieren einer ersten Sammelschiene, die eine erste Oberfläche und zumindest ein Vorsprungmerkmal auf der ersten Oberfläche aufweist; Positionieren einer zweiten Sammelschiene, die eine zweite Oberfläche und zumindest ein Aussparungsmerkmal auf der zweiten Oberfläche aufweist; und In Eingriff bringen des zumindest einen Vorsprungmerkmals mit dem zumindest einen Aussparungsmerkmal, um eine relative Bewegung der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das Zusammenpressen der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene, sodass die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche miteinander in Kontakt sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche an einer Grenzfläche miteinander in Kontakt stehen, wobei das Verfahren ferner das Befestigen der ersten Sammelschiene an der zweiten Sammelschiene durch zumindest eines von Schweißen der Grenzfläche, Hartlöten der Grenzfläche, Löten der Grenzfläche, Pressen der Grenzfläche, Befestigen der Grenzfläche, Crimpen der Grenzfläche und Verformen der Grenzfläche umfasst.