AT528006B1 - Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen - Google Patents

Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen

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AT528006B1 ATA50233/2024A AT502332024A AT528006B1 AT 528006 B1 AT528006 B1 AT 528006B1 AT 502332024 A AT502332024 A AT 502332024A AT 528006 B1 AT528006 B1 AT 528006B1
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren mehrerer, bezüglich ihrer Längsachse entlang einer Hauptrichtung (3) in Reihen (4a-g) angeordneter Batteriezellen (1) mit in einer Kontaktebene kreuzungsfrei angeordneten und in Hauptrichtung aufeinanderfolgenden Kontaktstücken (2), die Seriellleiter (7) zum Verbinden der gegensinnigen Zellpole (5, 6) von je genau zwei Batteriezellen (1) und Parallelleiter (8) zum Verbinden dieser Seriellleiter (7) aufweisen. Um eine Vorrichtung bereitzustellen, die bei gleichbleibendem Gewicht und Bauraum eine höhere Kapazität trotz geringer Leitungsverluste zur Verfügung stellt, wird vorgeschlagen, dass die Seriellleiter (7) Zellpole (5) einer Reihe (4a) mit Zellpolen (6) von wenigstens zwei weiteren Reihen (4e, 4f) verbinden.

Description

Ss N
Beschreibung
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren mehrerer, bezüglich ihrer Längsachse entlang einer Hauptrichtung in Reihen angeordneter Batteriezellen mit in einer Kontaktebene kreuzungsfrei angeordneten und in Hauptrichtung aufeinanderfolgenden Kontaktstücken, die Seriellleiter zum Verbinden der gegensinnigen Zellpole von je genau zwei Batteriezellen und Parallelleiter zum Verbinden dieser Seriellleiter aufweisen.
[0002] Die CN114122599A zeigt eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen. Diese Batteriezellen sind entlang einer Hauptrichtung in Reihen angeordnet und werden über mehrere Kontaktstücke sowohl seriell als auch parallel verbunden. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist allerdings, dass die Kapazität und damit die entnehmbare Stromstärke begrenzt ist.
[0003] Aus der US20210328309A1 ist es bekannt, eine Vielzahl von entlang einer Hauptrichtung in Reihen angeordneter Batteriezellen sowohl parallel als auch seriell zu verbinden, wobei jeweils mehrere Batteriezellen einer Gruppe über einen Parallelleiter miteinander verbunden werden. Dieser Parallelleiter ist über einen Seriellleiter mit dem mehrere Batteriezellen einer benachbarten Gruppe verbindenden Parallelleiter kontaktiert. Damit ist aber der Nachteil verbunden, dass die entnehmbare Stromstärke durch den Querschnitt des Seriellleiters begrenzt wird, sodass entweder entsprechend große Querschnitte vorgesehen oder punktuelle Erwärmungen der Seriellleiter in Kauf genommen werden müssen. Dies bedeutet, dass es entweder zu einer Erhöhung des Gewichts oder zu entsprechenden Leitungsverlusten kommt.
[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen vorzuschlagen, die bei gleichbleibendem Gewicht und Bauraum eine höhere Kapazität trotz geringer Leitungsverluste zur Verfügung stellt.
[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Seriellleiter Zellpole einer Reihe mit Zellpolen von wenigstens zwei weiteren Reihen verbinden. Durch diese Merkmale können in Verbindung mit der Kontaktierung von genau zwei Batteriezellen über einen Seriellleiter bei gleichbleibender Batteriezellenanzahl und - anordnung mehr Reihen parallel kontaktiert werden, ohne einen erhöhten Stromfluss über einzelne Seriellleiter zu verursachen. Um in diesem Zusammenhang die Fertigungsbedingungen zu verbessern, können die Seriellleiter und Parallelleiter einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise können die Seriellleiter und Parallelleiter Schenkel eines gemeinsamen, einstückig ausgeführten Kontaktstückes sein, das bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Metall ausgestanzt oder ausgeschnitten wird. Zum Verbinden von genau zwei Batteriezellen können die Seriellleiter an ihren Endabschnitten Kontaktstellen ausbilden, die je mit einem nach außen geführten elektrischen Zellpol verbunden werden können. Beispielsweise kann eine Kontaktstelle mit dem mittig auf der Deckseite einer Batteriezelle angeordneten Zellpol verbunden sein, wohingegen die andere Kontaktstelle mit dem Zellenmantel verbunden ist, der typischerweise mit dem gegensinnigen Zellpol elektrisch leitend verbunden ist. Da der Zellenmantel üblicherweise auf die Deckfläche der Batteriezelle umgebogen ist, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Kontaktebene verlaufen. Durch die erfindungsgemäße kreuzungsfreie Anordnung der Kontaktstücke, das heißt die Vermeidung einander kreuzender Leiter, ergibt sich in bevorzugter Weise nur eine elektrisch aktive Schicht, sodass eine elektrische Isolierung, wie sie bei mehreren übereinanderliegenden Schichten der Fall wäre, entfallen kann.
[0006] Um die Leitungslänge der Seriellleiter zu reduzieren und damit die Leitungsverluste weiter zu senken, wird vorgeschlagen, dass die Seriellleiter wenigstens abschnittsweise schräg zur Hauptrichtung verlaufen. Eine derartige Anordnung erleichtert das Rangieren der Leiter in einer Kontaktebene und ermöglicht insbesondere das wechselseitige Hintergreifen der die Kontaktstellen aufweisenden Endabschnitte der Seriellleiter. In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Endabschnitte der Seriellleiter schräg zur Hauptrichtung, wobei der zwischen den Endabschnitten und der Hauptrichtung eingeschlossene Winkel vorzugsweise zwischen 15 und 45 Grad, besonders bevorzugt bei 30 Grad, liegt. Eine Gruppe von Parallelleitern kann quer zur Hauptrichtung verlaufen.
[0007] Um die Spannungsniveaus benachbarter Batteriezellen zur Vermeidung von Lichtbögen 117
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gering zu halten, können mittels Seriell- und Parallelleiter die Batteriezellen von wenigstens drei aufeinanderfolgenden Reihen parallel geschaltet sein. Zufolge dieser Maßnahme steigt das Spannungsniveau zwischen benachbarten Batteriezellen höchstens um die Spannung einer Einzelzelle, sodass höhere Spannungsdifferenzen verhindert werden.
[0008] Damit eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Batteriezellen zufolge von abweichenden Leitungsverlusten unterbleibt, wird vorgeschlagen, dass die Anzahl von zwei in Hauptrichtung aufeinanderfolgenden Seriellleitern überspannten Reihen konstant ist. Dadurch wird nicht nur eine symmetrische Anordnung der Kontaktstücke begünstigt, sondern auch innerhalb eines Kontaktstücks vorhandene Längendifferenzen zwischen den Seriellleitern in dem in Hauptrichtung anschließenden Kontaktstück ausgeglichen, was darüber hinaus die Ausbildung von Querströmen reduziert.
[0009] Der Produktionsaufwand und damit die Produktionskosten können dadurch reduziert werden, dass zwei in Hauptrichtung aufeinanderfolgende Kontaktstücke um eine quer zur Kontaktebene in Hauptrichtung verlaufende Mittelebene gespiegelt angeordnet sind. Dadurch können ident gefertigte Kontaktstücke eingesetzt werden, wobei in Hauptrichtung aufeinanderfolgende Kontaktstücke zueinander um eine in Hauptrichtung verlaufende Achse um 180° verdreht zueinander angeordnet sind.
[0010] Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktierung bei zellatmungs- und vibrationsbedingten Bewegungen der Batteriezellen, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktstücke in ein Laminat eingebettet sind. Dadurch wird nicht nur die relative Lage der Kontaktstücke zueinander festgelegt und die strukturelle Integrität verbessert, sondern auch die Grundlage dafür geschaffen, dass die Kontaktstücke den Einzelbewegungen der Batteriezellen durch Biegung und Verwindung des Laminats folgen können, ohne dass es zu einer mechanischen Überbeanspruchung der Kontaktstellen oder gar zu einem Abreißen der Endabschnitte der Seriellleiter kommt. Darüber hinaus kann das Laminat elektrisch isolierend ausgebildet sein, sodass auf eine gesonderte Isolierung der Kontaktstücke zueinander verzichtet werden kann. Die Endabschnitte der Seriellleiter können laminatfrei und damit stromleitend ausgebildet sein.
[0011] Eine hohe Energiedichte kann in einem Batteriemodul mit erfindungsgemäßer Vorrichtung zur Batteriezellenkontaktierung dadurch erreicht werden, dass die kreiszylindrischen Batteriezellen bezüglich Ihres Querschnitts hexagonal dicht gepackt angeordnet sind. Dadurch kann das Raumvolumen der Batteriezellen reduziert werden.
[0012] Eine besonders sichere Kontaktierung der Batteriezellen kann erreicht werden, wenn die Seriellleiter an einem ihrer Endabschnitte eine Schmelzsicherung mit verringertem Querschnitt aufweisen. Beim Auftreten einer Spannungsüberlastung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch der Stromfluss durch das Abschmelzen der Schmelzsicherung unterbrochen, was wiederum Schäden an den Batteriezellen oder eine thermische Kettenreaktion verhindert. Die Schmelzsicherungen können für ein zuverlässiges Durchschmelzen bei einer vorgegebenen Stromstärke mäanderförmig ausgebildet sein.
[0013] Eine zuverlässige Zellpolkontaktierung wird dadurch ermöglicht, dass die Endabschnitte der Seriellleiter aus der Kontaktebene in Richtung der Batteriezellen vorragen. Zufolge dieser Maßnahme können die aus der Kontaktebene vorragenden Kontaktstellen an den Endabschnitten der Seriellleiter mit einer durch die Ausformung bedingten Federkraft gegen die Zellpole angestellt werden.
[0014] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
[0015] Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit strichpunktiert angedeuteten Batteriezellen,
[0016] Fig. 2 eine Detailansicht der Fig. 1 in größerem Maßstab und [0017] Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-IIl der Fig. 2 in noch größerem Maßstab.
[0018] Eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von Batteriezellen 1 umfasst mehrere Kontaktstücke 2, die in einer Hauptrichtung 3 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Batteriezellen
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1 sind dabei bezüglich ihrer Längsachse parallel und entlang der Hauptrichtung 3 in Reihen 4a-d angeordnet. Die Kontaktstücke 2 verlaufen in einer Kontaktebene, wobei die Kontaktstücke 2 kreuzungsfrei angeordnet sind.
[0019] Für die elektrische Kontaktierung der gegensinnigen Zellpole 5, 6 von je genau zwei Batteriezellen 1 sind Seriellleiter 7 vorgesehen, die zur erleichterten Darstellung in der Fig. 2 durch breite, strichpunktierte Linien angedeutet sind. Die Seriellleiter 7 sind untereinander über Parallelleiter 8 verbunden.
[0020] Wie insbesondere der Fig. 2 entnommen werden kann, verbinden die Seriellleiter 7 Zellpole 5 einer Reihe 4a mit Zellpolen 6 von wenigstens zwei weiteren Reihen 4e, 4f.
[0021] Zum erleichterten Rangieren der Leiter 7, 8 können die Seriellleiter 7 wenigstens abschnittsweise schräg zur Hauptrichtung 3 verlaufen, bevorzugt in einem Winkel zwischen 20 bis 40 Grad, vorzugsweise 30 Grad. Wenigstens eine Gruppe von Parallelleitern 8 kann quer zur Hauptrichtung 3 verlaufen.
[0022] Zufolge der erfindungsgemäßen Merkmale können die Batteriezellen 1 aufeinanderfolgender Reihen 4a-c beziehungsweise 4d-f parallel geschaltet werden.
[0023] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von zwei in Hauptrichtung 3 aufeinanderfolgenden Seriellleitern 7 überspannten Reihen 4a-g konstant und liegt bei 7 Reihen.
[0024] Wie insbesondere der Fig. 1 entnommen werden kann, sind die in Hauptrichtung 3 aufeinanderfolgenden Kontaktstücke 2 gleich ausgebildet und abwechselnd bezüglich einer in Hauptrichtung 3 verlaufenden Achse um 180 Grad gedreht zueinander angeordnet. Mit anderen Worten sind zwei in Hauptrichtung 3 aufeinanderfolgende Kontaktstücke 2 um eine quer zur Kontaktebene in Hauptrichtung 3 verlaufende Mittelebene 9 gespiegelt angeordnet.
[0025] Wie in Fig. 3 dargestellt ist, können die einzelnen Kontaktstücke 2 den Kern eines Laminats bilden, der von zwei Folienschichten 10 umgeben ist. Eine derartige Folienschicht 10 ist auch in der Fig. 1 mit einer aufgerissenen, strichlierten Linie angedeutet. Die nicht näher bezeichneten Endabschnitte der Seriellleiter 7 bilden Kontaktstellen 11 für die Zellpole 5, 6 aus, wobei die Kontaktstellen 11 laminatfrei ausgeführt sind. Zur Absicherung der einzelnen Batteriezellen 1 kann ein an die Kontaktstellen 11 angrenzender Endabschnitt der Seriellleiter 7 mit einer mäanderförmig ausgebildeten Schmelzsicherung 12 versehen sein, die gegenüber dem restlichen Endabschnitt einen verringerten Querschnitt aufweist. Die Endabschnitte der Seriellleiter 7 können zudem aus der Kontaktebene in Richtung der Batteriezellen 1 vorragen.
[0026] Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in der Zeichnung nicht alle Batteriezellen 1, Zellpole 5, 6, Seriellleiter 7, Parallelleiter 8, Kontaktstellen 11 und Schmelzsicherungen 12 mit Bezugszeichen versehen.
[0027] Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, sind die Batteriezellen 1 kreiszylindrisch ausgebildet und bezüglich ihres Querschnitts hexagonal dicht gepackt angeordnet. Dies bedeutet, dass jede innenliegende Batteriezelle 1 von 6 weiteren Batteriezellen 1 umgeben ist.

Claims (9)

A ‚hes AT 528 006 B1 2025-09-15 Ss N Patentansprüche
1. Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren mehrerer, bezüglich ihrer Längsachse entlang einer Hauptrichtung (3) in Reihen (4a-g) angeordneter Batteriezellen (1) mit in einer Kontaktebene kreuzungsfrei angeordneten und in Hauptrichtung aufeinanderfolgenden Kontaktstücken (2), die Seriellleiter (7) zum Verbinden der gegensinnigen Zellpole (5, 6) von je genau zwei Batteriezellen (1) und Parallelleiter (8) zum Verbinden dieser Seriellleiter (7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Seriellleiter (7) Zellpole (5) einer Reihe (4a) mit Zellpolen (6) von wenigstens zwei weiteren Reihen (4e, 4f) verbinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seriellleiter (7) wenigstens abschnittsweise schräg zur Hauptrichtung (3) verlaufen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Seriell- und Parallelleiter (7, 8) die Batteriezellen (1) von wenigstens drei aufeinanderfolgenden Reihen (4a, 4b, 4c) parallel geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von zwei in Hauptrichtung (3) aufeinanderfolgenden Seriellleitern (7) überspannten Reihen (4a-g) konstant ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Hauptrichtung (3) aufeinanderfolgende Kontaktstücke (2) um eine quer zur Kontaktebene in Hauptrichtung (3) verlaufende Mittelebene (9) gespiegelt angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (2) in ein Laminat eingebettet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrischen Batteriezellen (1) bezüglich Ihres Querschnitts hexagonal dicht gepackt angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seriellleiter (7) an einem ihrer Endabschnitte eine Schmelzsicherung (12) mit verringertem Querschnitt aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte der Seriellleiter (7) aus der Kontaktebene in Richtung der Batteriezellen (1) vorragen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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