DE102009010148A1 - Galvanische Zelle und Kontaktelement zu ihrer Kontaktierung - Google Patents

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Abstract

Ein Ableiter einer galvanischen Zelle oder ein Kontaktelement zu ihrer Kontaktierung weisen zumindest stellenweise eine Oberflächenstruktur auf, die bei kraftschlüssiger Verbindung des Ableiters mit einem Kontaktelement den Druck erhöht, den Ableiter und Kontaktelement aufeinander ausüben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine galvanische Zelle und ein Kontaktelement zu ihrer Kontaktierung.
  • Bekannt sind beispielsweise flach und rechteckig gebaute Speicherelemente für Elektroenergie wie beispielsweise Batteriezellen oder Kondensatoren und ähnliche Speicherelemente, die nachfolgend als galvanische Zellen bezeichnet werden, deren elektrochemisch wirksamer Inhalt häufig von einer folienartigen Verpackung umgeben ist, durch die elektrische Anschlüsse in Blechform, die häufig als Ableiter bezeichnet werden, geführt sind. Derart aufgebaute Batteriezellen werden häufig auch als Pouch- bzw. Coffee-Bag Zellen bezeichnet. Die elektrische Verbindung solcher Zellen zu anderen Zellen, beispielsweise in Reihen- oder Parallelschaltung zu Stromquellen oder Verbrauchern, wird beispielsweise durch kraftschlüssige Verpressung der Ableiter dieser Zellen mit Kontaktelementen hergestellt. Insbesondere bei unebenen und verschmutzten Oberflächen der Ableiter bzw. der Kontaktelemente kann es dabei zu hohen elektrischen Übergangswiderständen kommen, mit denen Verluste und eine entsprechende Wärmeentwicklung verbunden sein können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Verbesserung dieser Situation beizutragen und eine wirkungsvolle Lösung zur Kontaktierung der Ableiter von galvanischen Zellen anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine galvanische Zelle bzw. durch ein Kontaktelement zur Kontaktierung galvanischer Zellen mit Merkmalen nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine erfindungsgemäße galvanische Zelle weist mindestens zwei Ableiter zum Anschluss der Zelle an eine Energiequelle, einen Energieverbraucher oder an andere galvanische Zellen beim Aufbau eines Zellenblocks auf, wobei der Anschluss dieser Zelle mit Hilfe von Kontaktelementen geschieht. Erfindungsgemäß weist mindestens einer der Ableiter zumindest stellenweise eine Oberflächenstruktur auf, die bei kraftschlüssiger Verbindung des Ableiters mit einem Kontaktelement den Druck erhöht, den Ableiter und Kontaktelement aufeinander ausüben.
  • Im Folgenden werden Begriffe definiert oder erläutert, die im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Eine galvanische Zelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Art von Einrichtung zur elektrischen Speicherung von Energie. Der Begriff umfasst damit insbesondere elektrochemische Zellen vom primären oder sekundären Typ, aber auch andere Formen von Energiespeichern wie beispielsweise Kondensatoren.
  • Unter einem Kontaktelement im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Gegenstand zu verstehen, mit dessen Hilfe der Anschluss einer galvanischen Zelle an einen Energieverbraucher, an eine Energiequelle oder an andere galvanische Zellen zum Aufbau eines Zellenblocks geschehen kann. Kontaktelemente im engeren Sinne weisen daher stets – zumindest auch – elektrisch leitende Materialien auf, über die ein Stromfluss zwischen einem Ableiter einer Zelle und einer daran angeschlossenen Einrichtung erfolgen kann.
  • Unter Kontaktelementen im weiteren Sinne sind aber auch Einrichtungen zu verstehen, deren Material wenigstens teilweise elektrisch isolierend sein kann. Mit Hilfe solcher Kontaktelemente im weiteren Sinne wird ebenfalls der bestim mungsgemäße Anschluss einer Zelle an die genannten Einrichtungen unterstützt, weil für einen bestimmungsgemäßen Anschluss einer Zelle neben der Schaffung elektrisch gut leitender Verbindungen in manchen Fällen eben auch deren stellenweise Unterbindung, also eine wirkungsvolle Isolation, gewährleistet sein muss.
  • Unter einer Oberflächenstruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Oberflächeneigenschaft, zu verstehen, die geeignet ist, bei einer kraftschlüssigen Verbindung eines Gegenstandes mit einem Träger dieser Oberflächenstruktur den Druck zu erhöhen, den dieser Gegenstand und der Träger der Oberflächenstruktur aufeinander ausüben.
  • Unter dem Druck ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dabei – wie in der Mechanik üblich – die Kraft pro Flächeneinheit der an der kraftschlüssigen Verbindung wirksam teilnehmenden Flächen zu verstehen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren beschrieben.
  • 1 zeigt eine Darstellung einer typischen galvanischen Zelle;
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße galvanische Zelle nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 zeigt eine Detaildarstellung der Zelle gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel;
  • 4 zeigt eine Darstellung eines Zellenblocks aus zwei über metallische Kontaktelemente elektrisch in Reihe geschalteten galvanischen Zellen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 zeigte eine Explosionsdarstellung des in 4 gezeigten Zellenblocks;
  • 6 zeigt einen Schnitt und eine dazu gehörende Ausschnittsvergrößerung des in 4 gezeigten Zellenblocks.
  • Wie in 1 dargestellt, weist eine typische galvanische Zelle 101 eine Verpackung 105 und mindestens zwei Ableiter 102, 103 auf, wobei in den Ableitern Durchbrüche oder Aussparungen 104 vorgesehen sein können, welche die Fixierung dieser Zelle beim Einbau unterstützt. Bevorzugt sind galvanische Zellen in flacher Bauform, wie es in 1 gezeigt ist, da diese Zellen besonders leicht durch entsprechende Stapelungen zu Zellblöcken zusammengebaut werden können.
  • In 2 ist eine entsprechende galvanische Zelle 201 mit Verpackung 205 und Ableitern 202, 203 gezeigt, wobei die Ableiter dieser Zelle im gesamten Bereich außerhalb der Verpackung über eine entsprechende Oberflächenstruktur, vorzugsweise über eine Rändelung, verfügen, durch welche bei einer kraftschlüssigen Verbindung eines Ableiters mit einem Kontaktelement der Druck zwischen dem Ableiter und dem Kontaktelement erhöht wird.
  • Eine solche Druckerhöhung lässt sich durch eine Rändelung, Prägung, Fräsung oder durch ähnliche Oberflächenbehandlungen der Ableiteroberfläche erreichen. Sie führt dazu, dass die wirksamen Auflageflächen bei der Kontaktierung verringert werden. Bei gegebener Kraft führt dies zu einer Erhöhung des Anpressdrucks und damit zu einer Verbesserung der Kontaktierung. Die erhabenen Stellen der Oberflächenstruktur legen sich besser an den jeweiligen Fügepartner an und können bei entsprechender Materialauswahl durch die hier höhere Flächenpressung teilweise plastisch verformt werden. Wo möglich gleichen sie bei geeigneter Ausführung der Oberflächenstruktur und bei geeigneter Auswahl plastischer Materialien durch Fertigungstoleranzen bedingte Spalte aus.
  • Im günstigsten Fall kann es durch den Einsatz plastisch verformbarer Materialien aufgrund der plastischen Verformung sogar zu einer nachträglichen Vergrößerung der kontaktwirksamen Oberfläche kommen. So bewirkt ein aufgrund der Oberflächenstruktur anfangs erhöhter Anpressdruck zunächst eine plastische Verformung, welche im Ergebnis eine Vergrößerung der kontaktwirksamen Fläche, somit zwar eine Verringerung des Anpressdrucks, im Ergebnis aber eine Verbesserung der elektrischen Kontaktierung zur Folge haben kann. Die erfindungsgemäße Druckerhöhung kann also auch eine nur vorübergehende Druckerhöhung sein.
  • Diese vorteilhaften Wirkungen stellen sich insbesondere dann ein, wenn das plastisch verformbare Material so beschaffen ist, dass es seiner Verformung wenigstens phasenweise elastische Rückstellkräfte entgegensetzt. Solche Materialen verhalten sich also nicht rein plastisch, wie beispielsweise eine Knetmasse, sondern sie verhalten sich – manchmal auch bis zum Erreichen einer Elastizitätsgrenze – wenigstens teilweise elastisch, um schließlich jedoch den die Verformung bewirkenden Kräften wenigstens teilweise durch eine ganz oder teilweise bleibende Verformung nachzugeben.
  • Rändelungen sind mittels eines auch als Rändeln bezeichneten Verfahrens hergestellte Oberflächenstrukturen meist metallischer Körper, die häufig Rillen aufweisen und welche die Oberflächen der betroffenen meist metallischen Körper griffiger gestalten und somit ein Abrutschen verhindern sollen. Die erhöhte Griffigkeit basiert dabei auf einer Erhöhung des lokalen Anpressdrucks bei gleichbleibender Kraft durch Verringerung der wirksamen Fläche. Die Rändelung kann verschiedene Formen annehmen und beispielsweise durch Fräsen oder Prägen eingebracht werden.
  • Beim Rändeln wird zwischen einem spanlosen Rändeldrücken und einem spanenden Rändelfräsen unterschieden. Je nach Verfahren wird mit Rändelrädern das Profil in die Oberfläche hineingedrückt oder an einer Rändelfräse gefräst.
  • Eine Detailaufnahme des gerändelten Ableiters der in 2 gezeigten Zelle zeigt 3. Durch eine zweckmäßige Anbringung geeigneter Kontaktelemente, wie dies beispielsweise in 4 gezeigt ist, lassen sich erfindungsgemäße galvanische Zellen zu Zellblöcken zusammenbauen.
  • Um eine bestimmungsgemäße Kontaktierung der Ableiter zu erreichen, ist auf einen zweckmäßigen Einsatz elektrisch leitfähiger und isolierender Kontaktelemente zu achten. Anstelle isolierender Kontaktelemente kann, wie dies in 4 beispielhaft gezeigt ist, der Raum zwischen zwei gegeneinander zu isolierenden Ableitern auch frei bleiben.

Claims (12)

  1. Galvanische Zelle mit mindestens zwei Ableitern zum Anschluss der Zelle an eine Energiequelle, einen Energieverbraucher oder an andere galvanische Zellen bei Aufbau eines Zellenblocks, wobei der Anschluss mit Hilfe von Kontaktelementen geschieht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ableiter zumindest stellenweise eine Oberflächenstruktur aufweist, die bei kraftschlüssiger Verbindung des Ableiters mit einem Kontaktelement den Druck wenigstens vorübergehend erhöht, den Ableiter und Kontaktelement aufeinander ausüben.
  2. Galvanische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Ableiters durch Rändelung der Oberfläche des Ableiters erzeugt wurde.
  3. Galvanische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Ableiters durch Prägung der Oberfläche des Ableiters erzeugt wurde.
  4. Galvanische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Ableiters durch Fräsung der Oberfläche des Ableiters erzeugt wurde.
  5. Galvanische Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiter zumindest stellenweise aus einem plastisch verformbaren Material bestehen.
  6. Galvanische Zelle nach Anspruch 5, deren Ableiter zumindest stellenweise aus einem plastisch verformbaren Material bestehen, das seiner Verformung elastische Rückstellkräfte wenigstens phasenweise entgegensetzt.
  7. Kontaktelement zur Kontaktierung eines Ableiters einer galvanischen Zelle, gekennzeichnet durch eine Oberfläche, die zumindest stellenweise eine Oberflächenstruktur aufweist, die bei kraftschlüssiger Verbindung eines Ableiters mit dem Kontaktelement den Druck wenigstens vorübergehend erhöht, den Ableiter und Kontaktelement aufeinander ausüben.
  8. Kontaktelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Kontaktelements durch Rändelung der Oberfläche des Kontaktelements erzeugt wurde.
  9. Kontaktelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Kontaktelements durch Prägung der Oberfläche des Kontaktelements erzeugt wurde.
  10. Kontaktelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Kontaktelements durch Fräsung der Oberfläche des Kontaktelements erzeugt wurde.
  11. Kontaktelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement an seiner Oberfläche zumindest stellenweise aus einem plastisch verformbaren Material besteht.
  12. Kontaktelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement an seiner Oberfläche zumindest stellenweise aus einem plastisch verformbaren Material besteht, das seiner Verformung elastische Rückstellkräfte wenigstens phasenweise entgegensetzt.
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