AT521970A4 - Vorrichtung zum Parallelschalten mehrerer, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneter Batteriezellen - Google Patents

Vorrichtung zum Parallelschalten mehrerer, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneter Batteriezellen Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Parallelschalten mehrerer, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneter Batteriezellen (2) mit einem, einzelne Durchbrüche (3) aufweisenden Kontaktblech (1) beschrieben. Um eine unter periodischen mechanischen Belastungen zuverlässige und dennoch lösbare Parallelschaltung einzelner Batteriezellen (2) unabhängig von ihrem Durchmesser und ihrer relativen Lage zum Kontaktblech (1) zu ermöglichen, wobei ein einfacher Assembliervorgang beibehalten und eine konstruktiv flexiblere serielle Verschaltung der Batteriezellen ermöglicht werden kann, wird vorgeschlagen, dass jeder Durchbruch (3) zum mantelseitigen Umschließen der Batteriezellen (2) ausgebildet ist und wenigstens eine Kontaktzunge (4) umfasst, die durchbruchsseitig einen von der Kontaktzunge (4) in den Durchbruch (3) vorragenden Kontaktkörper (5) in Form eines geschnittenen Ovoides aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Parallelschalten mehrerer, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneter Batteriezellen mit
einem, einzelne Durchbrüche aufweisenden Kontaktblech.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Parallelschalten von Batteriezellen bekannt (EP3096372A1), bei denen einzelne, bezüglich einer Fügeachse parallel angeordnete Batteriezellen von Kontaktfedern unter Vorspannung mantelseitig umgriffen werden. Zur Parallelschaltung der einzelnen Batteriezellen werden die Kontaktfedern mit einem Kontaktblech stoffschlüssig verbunden. Obwohl diese lösbare, kraftschlüssige Verbindung zwischen den Batteriezellen und den Kontaktfedern den Vorteil einer einfachen Assemblierung und einer Austauschbarkeit defekter Batteriezellen mit sich bringt, ergibt sich dennoch der Nachteil, dass die für eine sichere elektrische und mechanische Kontaktierung der Batteriezellen erforderlichen Klemmkräfte den Assembliervorgang insofern erschweren, als es beim Fügen der Batteriezellen in die Kontaktfedern zu Beschädigungen des Batteriemantels und/oder der oxidationshindernden Beschichtung der Kontaktfedern kommt. Daraus ergeben sich hinsichtlich der möglichen Batteriezellendurchmesser und damit der nutzbaren Leistungsdichte konstruktive Beschränkungen, insbesondere für den Fall, dass die Batteriezellen und damit die Kontaktfedern mechanischen Belastungen wie beispielsweise Schwingungen ausgesetzt sind, was bei einer üblichen scharfkantigen Ausgestaltung der Kontaktzungen zu einer sukzessiven Beschädigung des Batteriezellenmantels und/oder der oxidationshindernden Beschichtung der Kontaktfedern führt. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der variierenden
Kontaktflächen zwischen den Kontaktzungen und des Batteriezellenmantels ein
Verbindungen zwischen den Kontaktfedern und den Batteriezellen bevorzugt.
Um auch bei schwer zugänglichen Kontaktstellen daher eine stoffschlüssige Verbindung zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen (US6120564, EP2007833442) auf den Kontaktfedern Schweißpunkte vorzusehen, die eine stoffschlüssige Verbindung beim Anlegen eines entsprechend hohen Stromes ermöglichen. Nachteilig ist daran allerdings in nachvollziehbarer Weise, dass, abgesehen von den Einschränkungen bei der Assemblierung und der fehlenden Tauschbarkeit defekter Batteriezellen, die beim Schweißen auftretenden Ströme
und Temperaturen zu einer Beschädigung der Batteriezellen führen können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine unter periodischen mechanischen Belastungen zuverlässige und dennoch lösbare Parallelschaltung einzelner Batteriezellen unabhängig von ihrem Durchmesser und ihrer relativen Lage zum Kontaktblech ermöglicht wird, wobei ein einfacher Assembliervorgang beibehalten und eine konstruktiv flexiblere serielle Verschaltung der Batteriezellen ermöglicht
werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass jeder Durchbruch zum mantelseitigen Umschließen der Batteriezellen ausgebildet ist und wenigstens eine in den Durchbruch vorragende Kontaktzunge mit einem durchbruchsseitig von der Kontaktzunge aufragenden Kontaktkörper in Form eines geschnittenen Ovoides aufweist. Im Gegensatz zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktfeder, die Je nach relativer Lage eine unbestimmbare Kontaktfläche mit der vom Durchbruch umschlossenen Batteriezelle aufweisen würde, wird durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Kontaktkörpers in Form eines geschnittenen Ovoides, vorzugsweise in Form einer Hemisphäre, die Berührungsfläche zwischen der Kontaktfeder und dem Mantel vorgegeben, sodass sich ein definierter
Kontaktwiderstand zwischen dem Kontaktkörper bzw. der Kontaktfeder und der
Kontaktblech und Kontaktzungen aus einem einzigen Stück Metall geformt werden.
Zur Verbesserung des elektrischen Kontakts bei gleichzeitig einfachen Herstellungsbedingungen wird des Weiteren vorgeschlagen, den Kontaktkörper aus den Kontaktzungen zu drücken. Dadurch können die Kontaktkörper in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, wobei die abgerundete Oberfläche zur Vermeidung von Oberflächenbeschädigungen ohne eine gesonderte Nachbearbeitung erreicht werden kann. Zur Verringerung des Fremdschichtwiderstandes können die Kontaktkörper mit einer oxidationshindernden Beschichtung versehen sein. Eine solche Beschichtung kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch hergestellt werden, dass die Kontaktzungen vor dem Drücken der Kontaktkörper bereits mit einer für den Fachmann hinreichenden Beschichtungsdicke versehen sind, sodass nach dem Umformen die in die Durchbrüche vorragenden Kontaktkörperoberflächen eine geschlossene oxidationshindernde Beschichtung aufweisen. Als Beschichtungen können etwa Nickel oder Gold als Oxidationsschutz zur Senkung
des Fremdschichtwiderstandes eingesetzt werden.
Da besonders in der Fahrzeugkonstruktion Leistungsgewichte und Energiedichten
eine hohe Rolle spielen, wird vorgeschlagen, dass die kreisförmigen Durchbrüche
werden kann.
Um die Batteriezellen kraftschlüssig und symmetrisch mit dem Kontaktblech zu verklemmen, können pro Durchbruch wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei umfangsseitig äquidistante Kontaktzungen vorgesehen sein. Dadurch wird die stabilisierende Klemmkraft auf die Batterie erhöht, der symmetrische Kraftschluss vermindert die mechanische Spannung zwischen Batteriemodulen und Kontaktblech und es wird eine kraftschlüssige Lagerung auch bei Beschädigung einzelner Kontaktzungen ermöglicht. Ein weiterer resultierender Effekt ist eine strapazierfähigere elektrische Verbindung zwischen Batteriezellenmantel und Kontaktblech, da auch hier insbesondere im Fall einer mechanischen Beschädigung einer Kontaktzunge eine kontinuierliche elektrische Verbindung geschaffen werden
kann.
Um eine besonders günstige Krafteinleitung der Klemmkräfte in das Kontaktblech zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass jede Kontaktzunge eines von sechs Durchbrüchen umgebenden Durchbruches einen Zwickel begrenzt, der auch von je einer Kontaktzunge zweier umliegender Durchbrüche begrenzt wird. Durch diese
Anordnung wird die Vorrichtung in Richtung der Fügeachse der Batteriemodule,
gegenüber Biege- und Torsionsspannungen ausgelegt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Stabilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass der Randbereich des Kontaktblechs wenigstens fünfmal breiter
ausgeformt ist als die schmalste Stelle zwischen zwei Durchbrüchen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es
zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem größeren Maßstab und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-III der Fig. 2 in einem noch größeren
Maßstab mit angedeuteten eingesetzten Batteriezellen.
elektrisch leitend verbunden werden.
Die Kontaktkörper 5 sind so ausgestaltet, dass unter periodischer mechanischer Belastung und Änderung der relativen Position zwischen Kontaktblech 1 und Batteriezelle 2 die Kontaktfläche zwischen Kontaktkörper 5 und Batteriezelle 2 weitgehend konstant bleibt, was erfindungsgemäß durch die Gestaltung der Kontaktkörper 5 als geschnittene Ovoide, vorzugsweise als Hemisphären erreicht
wird.
Die Durchbrüche 3 des Kontaktblechs 1 sind gemäß einer dichtesten Kreispackung angeordnet. Zusammen mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Kontaktzungen 4 ergeben sich dadurch zwischen jeweils drei Durchbrüchen 3 liegende Zwickel 6, 7. Im Falle von drei Kontaktzungen 4 je Durchbruch 3, die umfangsseitig äquidistant und in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, ergeben sich somit einerseits Zwickel 6 an die keine Kontaktzungen 4 anschließen und Zwickel 7, an die unter Ausbildung einer mechanischen Aussteifung Kontaktzungen 4 der umliegenden Durchbrüche 3 anschließen. Bei der dargestellten Vorrichtung wechseln sich somit Zwickel 6 ohne Kontaktzungen 4 mit Zwickeln 7 mit
Kontaktzungen 4 jeweils ab.
Der Randbereich 8 des Kontaktblechs 1 kann aus Stabilitätsgründen mindestens fünfmal so breit ausgeformt sein wie die schmalste Stelle 9 zwischen zwei
Durchbrüchen 3.

Claims (5)

(42487) HO Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Parallelschalten mehrerer, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneter Batteriezellen (2) mit einem, einzelne Durchbrüche (3) aufweisenden Kontaktblech (1), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchbruch (3) zum mantelseitigen Umschließen der Batteriezellen (2) ausgebildet ist und wenigstens eine Kontaktzunge (4) umfasst, die durchbruchsseitig einen von der Kontaktzunge (4) in den Durchbruch (3)
vorragenden Kontaktkörper (5) in Form eines geschnittenen Ovoides aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kontaktkörper (5) aus den Kontaktzungen (4) gedrückt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Durchbrüche (3) des Kontaktbleches (1) gemäß einer dichtesten Kreispackung unter Ausbildung von zwischen je drei Durchbrüchen (3) liegenden
Zwickeln (6,7) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (3) jeweils wenigstens drei umfangsseitig äquidistant
zueinander angeordnete Kontaktzungen (4) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktzunge (4) eines von sechs Durchbrüchen (3) umgebenden Durchbruches (3) einen Zwickel (7) begrenzt, der auch von je einer Kontaktzunge (4) zweier
umliegender Durchbrüche (3) begrenzt wird.
ausgeformt ist als die schmalste Stelle (9) zwischen zwei Durchbrüchen (3).
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