DE102009050315A1

DE102009050315A1 - Verbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009050315A1
Application number: DE102009050315A
Authority: DE
Inventors: Jan Groshert; Armin Diez; Wolfgang Fritz; Michael Kohnle; Axelle Hauck; Philipp Petz; Hubertus Goesmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; ElringKlinger AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; ElringKlinger AG
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-17
Also published as: DE102009050315B4; CN102044653A; CN102044653B; US20110097618A1; US8562696B2

Abstract

Um eine Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung, umfassend zwei oder mehr Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden jeweils zweier Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen miteinander, zu schaffen, welche eine einfache und rasche Montage der Zellverbinder an den elektrochemischen Zellen ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei Zellverbinder in einem Montagezustand der Verbindungsvorrichtung nach dem Heraustrennen der Zellverbinder aus einem Ausgangsmaterial einstückig miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung, welche zwei oder mehr Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden jeweils zweier Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen miteinander umfasst.
Solche elektrochemische Vorrichtungen können insbesondere als elektrische Akkumulatoren, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgebildet sein.
Bei einem Lithium-Ionen-Akkumulator beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Zellterminals (Polen) einer einzelnen Akkumulatorzelle ungefähr 3,6 V. Um ein für viele Anwendungen, beispielsweise in der Automobil-Antriebstechnik, benötigtes höheres Spannungsniveau von beispielsweise ungefähr 360 V zu erhalten, müssen viele solcher Akkumulatorzellen (beispielsweise ungefähr 100) elektrisch in Reihe geschaltet werden.
Die Akkumulatorzellen oder allgemein elektrochemischen Zellen können dabei zu Modulen zusammengefasst werden, welche jeweils mehrere solcher elektrochemischer Zellen enthalten, wobei die Einbaurichtung nebeneinander angeordneter Zellen alterniert, so dass positive und negative Zellterminals abwechselnd nebeneinander liegen.
Diese einander benachbarten Zellterminals entgegengesetzter Polarität werden für die Reihenschaltung der Zellen mittels jeweils eines Zellverbinders direkt miteinander verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art für eine elektrochemische Vorrichtung zu schaffen, welche eine einfache und rasche Montage der Zellverbinder an den elektrochemischen Zellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei Zellverbinder in einem Montagezustand der Verbindungsvorrichtung nach dem Heraustrennen der Zellverbinder aus einem Ausgangsmaterial einstückig miteinander verbunden sind.
Die einstückig miteinander verbundenen Zellverbinder bilden somit eine Verbinder-Baugruppe, welche als Einheit gehandhabt und den miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen als Einheit zugeführt werden kann. Verbindungsstege, welche die Zellverbinder der Verbinder-Baugruppe miteinander verbinden, können nach dem Festlegen der Zellverbinder an den jeweils miteinander zu verbindenden Zellterminals entfernt werden.
Alternativ hierzu ist auch möglich, die Verbinder-Baugruppe als Einheit einer Halterung für die Zellverbinder zuzuführen und die Zellverbinder jeweils separat an dieser Halterung festzulegen. Nach der Festlegung der Zellverbinder an der Halterung können die die Zellverbinder miteinander verbindenden Verbindungsstege der Verbinder-Baugruppe entfernt werden. Anschließend können die an der Halterung gehaltenen Zellverbinder als Einheit den miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugeführt und an den jeweils miteinander zu verbindenden Zellterminals festgelegt werden.
In einem End-Montagezustand der Verbindungsvorrichtung und der elektrochemischen Vorrichtung sind die Zellverbinder der Verbinder-Baugruppe normalerweise nicht mehr miteinander verbunden, da eine elektrisch leitende Verbindung zwischen verschiedenen Zellverbindern im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung unerwünscht ist.
Wenn mindestens ein Zellverbinder einstückig mit einer Leiterbahn verbunden ist, so bietet dies den Vorteil, dass der Zellverbinder in einfacher Weise an eine Spannungsmessvorrichtung, beispielsweise eine Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung, angeschlossen werden kann, ohne dass es hierzu der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Zellverbinder und einer demselben zugeordneten Leiterbahn bedarf.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher ferner eine Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung, die mindestens einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden zweier Zellterminals verschiedener elektrochemischen Zellen miteinander umfasst, wobei mindestens ein Zellverbinder einstückig mit einer Leiterbahn verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsvorrichtung mindestens eine Halterung für die Zellverbinder umfasst und dass mindestens zwei Zellverbinder separat an derselben Halterung festgelegt sind.
Eine solche Halterung kann beispielsweise als eine Leiterplatte oder als ein Hilfsrahmen der elektrochemischen Vorrichtung ausgebildet sein.
Dabei kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der Zellverbinder über mindestens einen, beispielsweise winkelförmigen, Haltesteg an einer solchen Halterung festgelegt ist.
Günstig ist es, wenn der Haltesteg elastisch und/oder plastisch so verformbar ist, dass die Position des Zellverbinders relativ zu der Halterung an unterschiedliche Positionen der durch den Zellverbinder miteinander zu verbindenden Zellterminals anpassbar ist. Auf diese Weise wird das Auftreten übermäßiger mechanischer Spannungen im montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Zellverbinder über mindestens zwei Haltestege an einer Halterung oder an mehreren Halterungen festgelegt ist.
Um eine Messung des elektrischen Potentials des Zellverbinders und/oder einen Ladungsausgleich zwischen verschiedenen elektrochemischen Zellen über einen Zellverbinder zu ermöglichen, kann mindestens ein Haltesteg als ein elektrisches Leiterelement ausgebildet sein, das mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung verbindbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Zellverbinder einen ersten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit einem ersten Zellterminal, einen zweiten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit einem zweiten Zellterminal und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, der den ersten Kontaktabschnitt und den zweiten Kontaktabschnitt miteinander verbindet und eine Bewegung der Kontaktabschnitte relativ zueinander ermöglicht, umfasst.
Durch einen solchen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich ist

a) eine Differenz zwischen einer Längsdehnung des Zellverbinders einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen der durch den Zellverbinder miteinander verbundenen Zellterminals andererseits und/oder
b) eine Differenz zwischen einer Längsdehnung der zwei durch den Zellverbinder miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen und eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, durch welches die Zellterminals bei der Montage der elektrochemischen Vorrichtung in einfacher und rascher Weise miteinander verbunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Heraustrennen von zwei oder mehr Zellverbindern zum elektrisch leitenden Verbinden jeweils zweier Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen miteinander aus einem Ausgangsmaterial, wobei mindestens zwei Zellverbinder durch mindestens einen Verbindungssteg miteinander verbunden sind;
– separates Festlegen der Zellverbinder an einer Halterung und/oder an den jeweils miteinander zu verbindenden Zellterminals;
– Entfernen des mindestens einen Verbindungssteges zwischen den Zellverbindern nach dem Festlegen der Zellverbinder an der Halterung bzw. an den Zellterminals.

Wenn die Zellverbinder vor dem Entfernen des mindestens einen Verbindungssteges zwischen den Zellverbindern an einer Halterung, nicht aber an den jeweils miteinander zu verbindenden Zellterminals festgelegt werden, so umfasst das erfindungsgemäße Verfahren noch den folgenden weiteren Schritt:

– Verbinden der Zellverbinder mit jeweils zwei Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen der elektrochemischen Vorrichtung.

Um in einfacher Weise einen elektrischen Kontakt zwischen einem Zellverbinder und einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung herstellen zu können, insbesondere für Zwecke der Spannungsmessung und/oder des Ladungsausgleichs zwischen verschiedenen Zellen, ist es günstig, wenn mindestens ein Zellverbinder über eine einstückig mit dem Zellverbinder verbundene Leiterbahn elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung verbunden wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals von elektrochemischen Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Heraustrennen mindestens eines Zellverbinders zum elektrisch leitenden Verbinden zweier Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen und einer Leiterbahn zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung aus einem Ausgangsmaterial, wobei der Zellverbinder einstückig mit der Leiterbahn verbunden ist;
– Verbinden des Zellverbinders mit zwei Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen der elektrochemischen Vorrichtung.

Hierbei wird ferner vorzugsweise mindestens ein Zellverbinder elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens ein Zellverbinder über einen Haltesteg elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung verbunden wird.
Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass der Zellverbinder durch den Haltesteg an einer Halterung festgelegt ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass mindestens ein Zellverbinder, vorzugsweise vor der Verbindung mit den Zellterminals, so umgeformt wird, dass ein elastisch und/oder plastisch verformbarer Kompensationsbereich erzeugt wird, durch welchen eine Bewegung eines ersten Kontaktabschnitts des Zellverbinders zum Verbinden mit einem ersten Zellterminal und eines zweiten Kontaktabschnitts des Zellverbinders zum Verbinden mit einem zweiten Zellterminal relativ zueinander ermöglicht ist.
Hierdurch ist es möglich, mittels des Kompensationsbereichs

Der Zellverbinder der erfindungsgemäßen elektrochemischen Vorrichtung kann die Synergien unterschiedlicher Werkstoffe nutzen und reduziert oder überwindet die Nachteile, die für bekannte Verbindungsarten solcher Zellverbinder charakteristisch sind.
Der Zellverbinder weist einen geringen elektrischen Volumenwiderstand und geringe Kontaktwiderstände an den Übergängen zwischen den Zellterminals und dem Zellverbinder auf.
Ferner weist der Zellverbinder eine geringe Masse und eine gute Handhabbarkeit auf und ist zu geringen Kosten herstellbar.
Der Zellverbinder kann unter Einsatz von etablierten Fertigungsverfahren hergestellt und unter Einsatz prozesssicherer Verfahren betriebssicher mit den Zellterminals verbunden werden.
Die Art der Verbindung des Zellverbinders mit den Zellterminals gewährleistet einen guten Korrosionsschutz an allen beteiligten Bauteilen.
Besondere Ausgestaltungen des Zellverbinders und der erfindungsgemäßen elektrochemischen Vorrichtung bieten die Vorteile, dass ein Längenausgleich zur Kompensation von Relativbewegungen der Zellterminals relativ zueinander und/oder ein Ausgleich von durch Fertigungstoleranzen oder durch unterschiedliche thermische Längenänderungen der elektrochemischen Zellen hervorgerufenen Differenzen in den Positionen der Zellterminals längs der Axialrichtung der Zellen in den Zellverbinder integriert sind.
Wenn in den Zellverbinder ein Längenausgleichsfeld integriert ist, so werden die durch den Zellverbinder miteinander verbundenen Zellen geschont und deren Langlebigkeit gefördert.
Ferner kann mindestens ein Spannungsabgriff zur Einzelzellüberwachung in den Zellverbinder integriert sein. Hierdurch kann in einfacher Weise an jeden Zellverbinder eine Spannungsmesseinrichtung angekoppelt werden.
Mehrere Zellverbinder können gemeinsam in einer zusammenhängenden Verbinder-Baugruppe, beispielsweise als Stanzbiegeteile, hergestellt und dann gemeinsam gehandhabt werden, bis sie an den jeweils zugeordneten Zellterminals festgelegt sind. Dies beschleunigt die Montage der elektrochemischen Vorrichtung erheblich, da die Zellverbinder nicht mehr einzeln den zu verbindenden Zellterminals zugeführt werden müssen. Hierdurch werden die Handhabungskosten deutlich gesenkt.
Durch einen modularen Aufbau der Zellverbinder wird eine Prozessverbesserung erzielt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von kostengünstigen, betriebssicheren Verbindungselementen zum Verbinden von einzelnen elektrochemischen Zellen mit hoher Leistungsdichte und kurzen Lade- bzw. Entladezyklen.
Durch den Zellverbinder wird eine möglichst kurze und verlustarme direkte Verbindung zwischen jeweils zwei elektrochemischen Zellen hergestellt.
Die Leitfähigkeit des Zellverbinders erfüllt hohe Ansprüche, insbesondere dann, wenn eine sortenreine Verschweißung oder Verlötung der Zellterminals mit dem Zellverbinder erfolgt.
Wenn die erfindungsgemäße elektrochemische Vorrichtung als ein Akkumulator ausgebildet ist, eignet sie sich insbesondere als hochbelastbare Energiequelle, beispielsweise für den Antrieb von Kraftfahrzeugen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Moduls einer elektrochemischen Vorrichtung, welche mehrere, beispielsweise acht, elektrochemische Zellen, eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Zellen, mehrere Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals jeweils zweier elektrochemischer Zellen, eine Leiterplatte für den Spannungsabgriff von den Zellverbindern und elektrische Anschlüsse zum elektrisch leitenden Verbinden des Moduls mit anderen Modulen, mit einer Ladevorrichtung oder mit einem Verbraucher umfasst;
2 eine Draufsicht auf eine Vorderseite des Moduls aus 1;
3 eine der 1 entsprechende schematische perspektivische Darstellung des Moduls ohne die Aufnahmevorrichtung;
4 eine schematische Seitenansicht des Moduls ohne die Aufnahmevorrichtung aus 3;
5 eine schematische Draufsicht auf die Leiterplatte des Moduls aus den 1 bis 4;
6 eine schematische Draufsicht auf die vorderen Zellterminals der elektrochemischen Zellen des Moduls;
7 eine der 6 entsprechende Draufsicht auf die vorderen Zellterminals der elektrochemischen Zellen und einen Halterrahmen, in dem die elektrochemischen Zellen gehalten sind;
8 eine schematische Draufsicht auf eine Gruppe von Zellverbindern, die gemeinsam aus einem Ausgangsmaterial herausgetrennt und über Verbindungsstege miteinander verbunden sind;
9 eine schematische Draufsicht auf die vorderen Zellterminals des Moduls mit den an den Zellterminals festgelegten Zellverbindern der Zellverbindergruppe aus 8, wobei die Verbindungsstege zwischen den Zellverbindern noch vorhanden sind;
10 eine schematische Draufsicht auf die vorderen Zellterminals des Moduls und die daran festgelegten Zellverbinder, nachdem die Verbindungsstege zwischen den Zellverbindern der Zellverbindergruppe entfernt worden sind;
11 einen schematischen Schnitt durch zwei elektrochemische Zellen und einen Zellverbinder mit einem Grundkörper, der mit einem ersten Zellterminal direkt verschweißt wird und mit einem zweiten Zellterminal indirekt über einen Kontaktbereich verschweißt wird, wobei der Kontaktbereich durch Ultraschall-Schweißung mit dem Grundkörper verbunden ist;
12 einen schematischen Schnitt durch zwei elektrochemische Zellen und einen Zellverbinder, der mit einem ersten Zellterminal direkt verschweißt wird und mit einem zweiten Zellterminal indirekt über einen Kontaktbereich verschweißt wird, wobei der Kontaktbereich durch Laserschweißung längs einer Schweißnaht mit dem Grundkörper verbunden ist;
13 einen schematischen Schnitt durch zwei elektrochemische Zellen und einen Zellverbinder, der mit einem ersten Zellterminal durch Verschweißung und mit einem zweiten Zellterminal durch Verlötung verbunden ist;
14 eine schematische Draufsicht auf einen Zellverbinder, der einen verformbaren Kompensationsbereich mit einer Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine parallel zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen gerichtete Amplitude und mehrere, beispielsweise vier, quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufende Wellenberge und mehrere, beispielsweise drei, quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufende Wellentäler aufweist und wobei der Zellverbinder ferner Haltestege zum Verbinden des Zellverbinders mit der Leiterplatte des Moduls aufweist;
15 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 14;
16 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 14 und der beiden elektrochemischen Zellen, die mittels des Zellverbinders miteinander verbunden sind;
17 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders, der einen verformbaren Kompensationsbereich aufweist, welcher eine Wellenstruktur umfasst, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen und mehrere, beispielsweise drei, quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufende Wellenberge und mehrere, beispielsweise zwei, quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufende Wellentäler aufweist und wobei ferner der Zellverbinder keine Haltestege aufweist;
18 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 17;
19 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit einem verformbaren Kompensationsbereich mit einer Halbsickenstruktur, die an Knicklinien in Kontaktbereiche des Zellverbinders übergeht;
20 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 19;
21 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit einem verformbaren Kompensationsbereich, der eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und einen sich quer zu der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckenden Wellenberg und ein sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckendes Wellental umfasst;
22 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 21;
23 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und mehrere, beispielsweise zwei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellenberge und ein sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckendes Wellental umfasst;
24 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 23;
25 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher eine Zickzack-Struktur aufweist, wobei die Zickzack-Struktur mehrere, beispielsweise fünf, quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufende Knicklinien aufweist;
26 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 25;
27 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und mehrere, beispielsweise drei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellenberge und mehrere, beispielsweise zwei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellentäler umfasst;
28 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 27;
29 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit einem verformbaren Kompensationsbereich, welcher eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und mehrere, beispielsweise vier, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellenberge und mehrere, beispielsweise drei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellentäler umfasst;
30 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 29;
31 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und mehrere, beispielsweise drei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellenberge und mehrere, beispielsweise zwei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellentäler umfasst, wobei ein Grundkörper des Zellverbinders als Laminat aus mehreren, beispielsweise drei, übereinander angeordneten Schichten oder Materiallagen ausgebildet ist;
32 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 31;
33 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus 32;
34 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher eine Wellenstruktur aufweist, wobei die Wellenstruktur eine Amplitude in der Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweist und mehrere, beispielsweise drei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellenberge und mehrere, beispielsweise zwei, sich quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen erstreckende Wellentäler umfasst und wobei der Kompensationsbereich durch mehrere, beispielsweise drei, wellenförmige Schlitze in mehrere, beispielsweise vier, wellenförmige Stege unterteilt ist, welche in einer quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen verlaufenden Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Wellenform der Schlitze und die Wellenform der Stege eine Amplitude quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweisen;
35 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 34;
36 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zellverbinders mit verformbarem Kompensationsbereich, welcher im Wesentlichen eben ausgebildet ist, aber durch mehrere, beispielsweise drei, wellenförmige Schlitze in mehrere, beispielsweise vier, wellenförmige Stege unterteilt ist, wobei die Wellenform der Schlitze und die Wellenform der Stege eine Amplitude quer zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen aufweisen;
37 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus 36;
38 eine schematische Draufsicht auf mehrere Zellverbinder, die jeweils einstückig mit jeweils einer Leiterbahn für einen Spannungsabgriff von den Zellverbindern ausgebildet sind;
39 eine schematische Seitenansicht der Zellverbinder-Baugruppe aus 38, wobei die Zellverbinder an den Zellterminals der elektrochemischen Zellen des Moduls angeordnet sind;
40 eine schematische perspektivische Darstellung zweier Module der elektrochemischen Vorrichtung, wobei ein elektrischer Anschluss eines ersten Moduls mit einem elektrischen Anschluss eines zweiten Moduls über einen Modulverbinder verbunden ist;
41 eine schematische Seitenansicht der beiden Module mit Modulverbinder aus 40, mit Blick auf eine Schmalseite der Module;
42 einen schematischen Längsschnitt durch die beiden Module und den Modulverbinder aus 41, längs der Linie 42-42 in 41;
43 eine schematische perspektivische Darstellung des Modulverbinders aus den 40 bis 42, von der den elektrischen Anschlüssen der Module zugewandten Seite her gesehen;
44 eine schematische perspektivische Darstellung des Modulverbinders aus den 40 bis 42, von der den elektrischen Anschlüssen der Module abgewandten Seite her gesehen;
45 eine schematische Seitenansicht des Modulverbinders aus den 43 und 44;
46 eine schematische Draufsicht auf den Modulverbinder aus den 43 bis 45, mit Blick auf die den elektrischen Anschlüssen der Module abgewandte Seite des Modulverbinders;
47 eine schematische Draufsicht auf einen Probenkörper zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeit einer Schweißnaht zwischen einem Zellterminal und einem Zellverbinder;
48 eine schematische Seitenansicht des Probenkörpers aus 47;
49 einen schematischen Längsschnitt durch den Probenkörper aus den 47 und 48;
50 eine schematische Draufsicht auf einen Hilfsrahmen zum Halten von Zellverbindern; und
51 eine schematische Draufsicht auf einen Halterrahmen des Moduls mit einer daran gehaltenen Verbinder-Baugruppe.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst mehrere elektrochemische Module 102, von denen eines beispielhaft in den
1 bis 4 als Ganzes dargestellt ist. Jedes der Module 102 umfasst mehrere, beispielsweise acht, elektrochemische Zellen 104, welche jeweils in einer Aufnahme 106 einer Aufnahmevorrichtung 108 des Moduls 102 aufgenommen sind.
Diese Aufnahmevorrichtung 108 kann insbesondere als ein Kühlkörper 110 ausgebildet sein, der mit den darin aufgenommenen elektrochemischen Zellen 104 in Wärme leitendem Kontakt steht, um während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 Wärme von den elektrochemischen Zellen 104 abzuführen.
Die Aufnahmevorrichtung 108 ist vorzugsweise aus einem gut Wärme leitenden Material, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gebildet.
Wie am besten aus den 3 und 4 zu ersehen ist, welche das Modul 102 ohne die Aufnahmevorrichtung 108 darstellen, sind die elektrochemischen Zellen 104 in der sie umgebenden Aufnahmevorrichtung 108 so angeordnet und ausgerichtet, dass die Axialrichtungen 112 der elektrochemischen Zellen 104, welche parallel zu den mittigen Längsachsen 114 der elektrochemischen Zellen 104 verlaufen, im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Wie am besten aus 4 zu ersehen ist, erstreckt sich jede der elektrochemischen Zellen 104 von einem (in 4 oben dargestellten) vorderen Zellterminal 116 in der jeweiligen Axialrichtung 112 bis zu einem (in 4 unten dargestellten) hinteren Zellterminal 118, wobei jedes Zellterminal jeweils einen positiven Pol oder einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 104 bildet.
Die mittigen Längsachsen 114 der elektrochemischen Zellen 104 sind dabei zugleich mittige Längsachsen der Zellterminals 116, 118 der jeweiligen elektrochemischen Zellen 104.
In dem Modul 102 sind einander benachbarte elektrochemische Zellen 104 jeweils so ausgerichtet, dass die auf derselben Seite des Moduls angeordneten Zellterminals zweier benachbarter Zellen einander entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Dies wird im Folgenden anhand der 6 veranschaulicht, welche die Polaritäten der, beispielsweise acht, vorderen Zellterminals 116 der acht elektrochemischen Zellen 104 eines Moduls 102 zeigt.
Hierbei bildet das vordere Zellterminal 116 der elektrochemischen Zelle 104a einen positiven Pol der betreffenden elektrochemischen Zelle 104a, während das vordere Zellterminal 116 der in einer ersten Querrichtung 120 des Moduls 102 der elektrochemischen Zelle 104a benachbarten elektrochemischen Zelle 104b einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 104b bildet.
Entsprechend bildet das vordere Zellterminal 116 der in der ersten Querrichtung 120 auf die elektrochemische Zelle 104b folgenden elektrochemischen Zelle 104c einen positiven Pol der elektrochemischen Zelle 104c und das vordere Zellterminal 116 der in der ersten Querrichtung 120 auf die elektrochemische Zelle 104c folgenden elektrochemischen Zelle 104d einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 104d.
Das vordere Zellterminal 116 des Moduls 102 der elektrochemischen Zelle 104e, welche in einer zweiten Querrichtung 122, die senkrecht zur ersten Querrichtung 120 des Moduls 102 und senkrecht zu den Axialrichtungen 112 der elektrochemischen Zellen 104 ausgerichtet ist, auf die elektrochemische Zelle 104d folgt, bildet einen positiven Pol der elektrochemischen Zelle 104e. Das vordere Zellterminal 116 der in der ersten Querrichtung 120 auf die elektrochemische Zelle 104e folgenden elektrochemischen Zelle 104f bildet einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 104f, während das vordere Zellterminal 116 der in der ersten Querrichtung 120 auf die elektrochemische Zelle 104f folgenden elektrochemischen Zelle 104g einen positiven Pol der elektrochemischen Zelle 104g und das vordere Zellterminal 116 der in der ersten Querrichtung 120 auf die elektrochemische Zelle 104g folgenden elektrochemischen Zelle 104h schließlich wieder einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 104h bildet.
Wenn das vordere Zellterminal 116 einer elektrochemischen Zelle 104 einen positiven Pol der betreffenden elektrochemischen Zelle 104 bildet, so bildet das hintere Zellterminal 118 einen negativen Pol derselben Zelle 104. Wenn das vordere Zellterminal 116 einer elektrochemischen Zelle 104 einen negativen Pol der betreffenden elektrochemischen Zelle 104 bildet, so bildet das hintere Zellterminal 118 derselben elektrochemischen Zelle 104 einen positiven Pol derselben elektrochemischen Zelle 104.
Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann insbesondere als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beispielsweise des Typs LiFePO₄, ausgebildet sein.
Die elektrochemischen Zellen 104 der elektrochemischen Module 102 können entsprechend als Akkumulatorzellen, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen, beispielsweise vom Typ LiFePO₄, ausgebildet sein.
Wie insbesondere aus den 3 und 4 zu ersehen ist, erstrecken sich die vorderen Enden der elektrochemischen Zellen 104 mit den vorderen Zellterminals 116 durch einen vorderen Halterrahmen 124, welcher für jede elektrochemische Zelle 104 jeweils eine Durchtrittsöffnung 126 aufweist, und die hinteren Enden der elektrochemischen Zellen 104 mit den hinteren Zellterminals 118 durch einen hinteren Halterrahmen 128, welcher für jede elektrochemische Zelle 104 ebenfalls jeweils eine Durchtrittsöffnung 130 aufweist.
Die Halterrahmen 124 und 128 dienen somit zur Positionierung der elektrochemischen Zellen 104.
Die Halterrahmen 124 und 128 können aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, gebildet sein.
Wie insbesondere aus der Draufsicht der 2 zu ersehen ist, umfasst das elektrochemische Modul 102 ferner mehrere Zellverbinder 132, mittels welcher die Zellterminals einander benachbarter elektrochemischer Zellen 104 mit unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um auf diese Weise alle elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 102 elektrisch in Reihe zu schalten.
Dabei verbindet jeder Zellverbinder 132 ein erstes Zellterminal 134 positiver Polarität mit einem zweiten Zellterminal 136 negativer Polarität einer benachbarten elektrochemischen Zelle 104.
Wie aus 2 zu ersehen ist, sind insbesondere das erste Zellterminal 134c der elektrochemischen Zelle 104c und das zweite Zellterminal 136b der elektrochemischen Zelle 104b durch einen Zellverbinder 132c miteinander verbunden, das erste Zellterminal 134e der elektrochemischen Zelle 104e und das zweite Zellterminal 136d der elektrochemischen Zelle 104d durch einen Zellverbinder 132e miteinander verbunden und das erste Zellterminal 134g der elektrochemischen Zelle 104g und das zweite Zellterminal 136f der elektrochemischen Zelle 104f durch einen Zellverbinder 132g miteinander verbunden.
Um alle elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102 elektrisch in Reihe zu schalten, sind ferner auch die hinteren Zellterminals 118 einander benachbarter elektrochemischer Zellen 104 durch (nicht dargestellte) Zellverbinder 132 miteinander verbunden, nämlich das (negative) hintere Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104a mit dem (positiven) hinteren Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104b, das (negative) hintere Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104c mit dem (positiven) hinteren Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104d, das (negative) hintere Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104e mit dem (positiven) hinteren Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104f und das (negative) hintere Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104g mit dem (positiven) hinteren Zellterminal 118 der elektrochemischen Zelle 104h.
Das vordere Zellterminal 116 der den Anfang der Zellen-Reihenschaltung des elektrochemischen Moduls 102 bildenden elektrochemischen Zelle 104a und das vordere Zellterminal 116 der das Ende der Zellen-Reihenschaltung bildenden elektrochemischen Zelle 104h sind jeweils elektrisch leitend mit einem elektrisch leitenden Anschluss 138 des elektrochemischen Moduls 102 verbunden.
Jeder der elektrischen Anschlüsse 138 umfasst ein beispielsweise als Stanzbiegeteil ausgebildetes Kontaktelement 140 mit einem Kontaktabschnitt 142, der an dem jeweils zugeordneten Zellterminal festgelegt ist, mit einem beispielsweise schwertförmigen Steckerabschnitt 144, welcher sich beispielsweise in der ersten Querrichtung 120 des elektrochemischen Moduls 102 und vorzugsweise senkrecht zur Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104 von dem Kontaktabschnitt 142 weg erstreckt, und mit einem im Vergleich zu dem Kontaktabschnitt 142 und dem Steckerabschnitt 144 schmal ausgebildeten, beispielsweise winkelförmigen Haltesteg 146, welcher das Kontaktelement 140 mit einer an der Vorderseite des elektrochemischen Moduls 102 angeordneten Halterung 148 in Form einer Leiterplatte 150 verbindet.
Ein dem Kontaktabschnitt 142 und dem Steckerabschnitt 144 des Kontaktelements 140 abgewandtes Ende des Haltestegs 146 ist elektrisch leitend an eine (nicht dargestellte) Leiterbahn an der den elektrochemischen Zellen 104 zugewandten Rückseite der Leiterplatte 150 angeschlossen.
Der Haltesteg 146 dient somit nicht nur als mechanisches Halteelement, sondern zugleich auch als ein Spannungsabgriff 151.
Jeder der Zellverbinder 132, welche jeweils ein erstes Zellterminal 134 und ein zweites Zellterminal 136 elektrisch leitend miteinander verbinden, umfasst einen Grundkörper 152 mit einem ersten Kontaktabschnitt 154, der im montierten Zustand des Zellverbinders 132 mit dem (positiven) ersten Zellterminal 134 einer elektrochemischen Zelle 104 verbunden ist, und einen zweiten Kontaktabschnitt 156, der im montierten Zustand des Zellverbinders 132 mit einem (negativen) zweiten Zellterminal 136 einer anderen elektrochemischen Zelle 104 verbunden ist.
Der Grundkörper 132 des Zellverbinders 132 ist vorzugsweise als Stanzbiegeteil hergestellt.
Bei der in den 2 und 8 bis 10 dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 132 umfasst der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 ferner einen ersten Haltesteg 158, mit welchem der Zellverbinder 132 an der Halterung 148 festgelegt ist und welcher den ersten Kontaktabschnitt 154 mit einer zugeordneten Leiterbahn der Leiterplatte 150 elektrisch leitend verbindet, und einen zweiten Haltesteg 160, über welchen der Zellverbinder 132 ebenfalls an der Halterung 148 festgelegt ist und welcher den zweiten Kontaktabschnitt 156 mit einer zugeordneten Leiterbahn der Leiterplatte 150 elektrisch leitend verbindet.
Jedem Zellverbinder 132 des elektrochemischen Moduls 102 ist jeweils eine separate Leiterbahn an der Leiterplatte 150 zugeordnet, und diese Leiterbahnen sind an eine (nicht dargestellte) Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung 100 angeschlossen, so dass über die jeweils zugeordnete Leiterbahn und die elektrisch leitenden Haltestege 158 oder 160 das elektrische Potential des jeweiligen Zellverbinders 132 und des demselben jeweils zugeordneten Zellterminals 116 von der Steuereinheit abgegriffen werden kann.
Der erste Haltesteg 158 und der zweite Haltesteg 160 dienen somit auch als Spannungsabgriffe 162, über welche das elektrische Potential des Zellverbinders 132 durch die Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung 100 abgreifbar und auswertbar ist.
Ferner ist es möglich, mittels der Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung 100 über die Spannungsabgriffe 162 einen Ladungsausgleich zwischen verschiedenen elektrochemischen Zellen 104 durchzuführen.
Da der erste Kontaktabschnitt 154 und der zweite Kontaktabschnitt 156 des Zellverbinders 132 auf demselben elektrischen Potential liegen, genügt es, wenn einer der Haltestege 158, 160 mit einer zugeordneten Leiterbahn der Leiterplatte 150 verbunden ist.
Eine besonders einfache und zeitsparende Montage mehrerer Zellverbinder 132 und gegebenenfalls auch der elektrischen Anschlüsse 138 in Form der Kontaktelemente 140 an den Zellterminals 116 des elektrochemischen Moduls 102 wird erzielt, wenn die Grundkörper 152 mehrerer Zellverbinder 132 und vorzugsweise auch die Kontaktelemente der elektrischen Anschlüsse 138 des Moduls 102 gemeinsam aus einem Ausgangsmaterial herausgetrennt, insbesondere herausgestanzt, werden und anschließend eine Verbinder-Baugruppe 164 bilden (siehe 8), in welcher die Zellverbinder 132 durch Verbindungsstege 166 einstückig miteinander verbunden sind und somit als Einheit gehandhabt werden können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verbinder-Baugruppe 164, welche als ein Stanzgitter 168 ausgebildet sein kann, einen die Zellverbinder 132 und gegebenenfalls auch die Kontaktelemente 140 umgebenden Rahmensteg 170 aufweist, an dem die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 durch individuelle Verbindungsstegabschnitte 172 gehalten sind.
Diese Verbinder-Baugruppe 164 wird bei der Montage des elektrochemischen Moduls 102 in der gewünschten Zuordnung zu den elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102, welche den vorderen Halterrahmen 124 durchsetzen (siehe 7), angeordnet, worauf die Kontaktabschnitte 154 und 156 der Zellverbinder 132 sowie die Kontaktelemente 140 der elektrischen Anschlüsse 138, vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 116 verbunden werden, so dass der in 9 dargestellte Montagezustand erreicht ist, in welchem die Zellverbinder 132 und Kontaktelemente 140 der Verbinder-Baugruppe 164 noch immer über die Verbindungsstege 166 einstückig miteinander verbunden sind.
Anschließend werden die Verbindungsstege 166, also der Rahmensteg 170 und die individuellen Verbindungsstegabschnitte 172, von den Zellverbindern 132 und den Kontaktelementen 140 abgetrennt, so dass der in 10 dargestellte Montagezustand erreicht wird, in welchem die einzelnen Zellverbinder 132 und Kontaktelemente 140 nicht mehr elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Zur Komplettierung des elektrochemischen Moduls 102 wird anschließend die Halterung 148 in Form der Leiterplatte 150 an der Vorderseite des elektrochemischen Moduls 102 angeordnet und mit den Haltestegen 158, 160 bzw. 146 verbunden (vorzugsweise durch Verlötung), so dass der in 2 dargestellte Montage-Endzustand des elektrochemischen Moduls 102 erreicht ist.
Bei einer Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Montage der Zellverbinder 132 und der Kontaktelemente 140 an den Zellterminals 116 des elektrochemischen Moduls 102 wird die Verbinder-Baugruppe 164 als Ganzes mit der Halterung 148 in Form der Leiterplatte 150 verbunden, bevor die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 in der gewünschten Zuordnung zu den elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102 angeordnet und an denselben festgelegt werden.
Hierzu werden die Haltestege 158, 160 und 146 der Zellverbinder 132 bzw. der Kontaktelemente 140 mit den Leiterbahnen der Halterung 148, vorzugsweise durch Verlötung, verbunden.
Anschließend werden die Verbindungsstege 166, also der Rahmensteg 170 und die individuellen Verbindungsstegabschnitte 172, von den Zellverbindern 132 und den Kontaktelementen 140 abgetrennt, so dass die einzelnen Zellverbinder 132 und Kontaktelemente 140 nicht mehr elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Zur Komplettierung des elektrochemischen Moduls 102 wird anschließend die Halterung 148 in Form der Leiterplatte 150 mit den daran gehaltenen Zellverbindern 132 und Kontaktelementen 140 so an der Vorderseite des elektrochemischen Moduls 102 angeordnet, dass die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 in der gewünschten Zuordnung zu den elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102, welche den vorderen Halterrahmen 124 durchsetzen, positioniert sind, worauf die Kontaktabschnitte 154 und 156 der Zellverbinder 132 sowie die Kontaktelemente 140 der elektrischen Anschlüsse 138, vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 116 verbunden werden, so dass schließlich ebenfalls der in 2 dargestellte Montage-Endzustand des elektrochemischen Moduls 102 erreicht ist.
Bei einer weiteren Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Montage der Zellverbinder 132 und der elektrischen Anschlüsse 138 in Form der Kontaktelemente 140 an den Zellterminals 116 des elektrochemischen Moduls 102 wird die Verbinder-Baugruppe 164 als Ganzes nicht mit der Halterung 148 in Form der Leiterplatte 150, sondern mit dem vorderen Halterrahmen 124 des elektrochemischen Moduls 102 verbunden, wie dies in 51 dargestellt ist.
Dabei werden die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 der Verbinder-Baugruppe 164 jeweils separat an dem vorderen Halterrahmen 124 festgelegt, beispielsweise durch Klemmung oder Verrastung mittels geeigneter Klemmelemente bzw. Rastelemente.
Anschließend werden die Verbindungsstege 166, also der Rahmensteg 170 und die individuellen Verbindungsstegabschnitte 172, von den Zellverbindern 132 und den Kontaktelementen 140 abgetrennt.
In einem weiteren Schritt wird der vordere Halterrahmen 124 mit den daran gehaltenen Zellverbindern 132 und den daran gehaltenen Kontaktelementen 140 so auf die elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102 aufgesetzt, dass die vorderen Enden der elektrochemischen Zellen 104 die jeweils zugeordneten Durchtrittsöffnungen 126 im vorderen Halterrahmen 124 durchsetzen und die Zellverbinder 132 sowie die Kontaktelemente 140 in der gewünschten Zuordnung zu den elektrochemischen Zellen 104 des Moduls 102 positioniert sind.
Darauf werden die Kontaktabschnitte 154 und 156 der Zellverbinder 132 sowie die Kontaktelemente 140 der elektrischen Anschlüsse 138, vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 116 verbunden.
Zur Komplettierung des elektrochemischen Moduls 102 wird anschließend die Halterung 148 in Form der Leiterplatte 150 an der Vorderseite des elektrochemischen Moduls 102 angeordnet und mit den Haltestegen 158, 160 bzw. 146 verbunden (vorzugsweise durch Verlötung), so dass schließlich der in 2 dargestellte Montage-Endzustand des elektrochemischen Moduls 102 erreicht ist.
Bei dieser Variante zur Montage der Zellverbinder 132 und der Kontaktelemente 140 an den Zellterminals 116 dient also der vordere Halterrahmen 124 als eine Halterung, an welcher die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 jeweils separat festgelegt werden, bevor die Verbindungsstege 166 der Verbinder-Baugruppe 164 abgetrennt werden.
Verschiedene Möglichkeiten zum stoffschlüssigen Verbinden eines Zellverbinders 132 mit dem zugeordneten ersten Zellterminal 134 und dem zugeordneten zweiten Zellterminal 136 werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben:
Wie beispielsweise aus 11 zu ersehen ist, umfasst das (positive) erste Zellterminal 134 einer elektrochemischen Zelle 104g einen Basiskörper 174 aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise metallischen, ersten Material, beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, wobei der erste Basiskörper 174 eine dem Zellverbinder 132 zugeordnete erste Kontaktfläche 176 aus dem ersten Material aufweist.
Das mit dem ersten Zellterminal 134 durch den Zellverbinder 132 zu verbindende zweite Zellterminal 136 der elektrochemischen Zelle 104f umfasst einen zweiten Basiskörper 178 aus einem elektrisch leitfähigen, vorzugsweise metallischen, korrosionsgefährdeten Material, beispielsweise aus einem niedrig legierten Stahlmaterial, wobei der zweite Basiskörper 178 mit einer Korrosionsschutzschicht 180 aus einem zweiten Material, beispielsweise Nickel oder eine Nickellegierung, welches zugleich ein erstes Korrosionsschutzmaterial bildet, versehen ist.
Die Korrosionsschutzschicht 180 weist eine dem Zellverbinder 132 zugewandte zweite Kontaktfläche 182 aus dem zweiten Material oder ersten Korrosionsschutzmaterial auf.
Der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 ist vorzugsweise aus dem ersten Material, d. h. aus dem gleichen Material wie der erste Basiskörper 174 des ersten Zellterminals 134, gebildet.
Ferner umfasst der Zellverbinder 132 bei dieser Ausführungsform einen mit dem Grundkörper 152 verbundenen Kontaktbereich 184 aus einem dritten Material, welches zugleich ein zweites Korrosionsschutzmaterial bildet.
Der Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 ist vorzugsweise als ein separat von dem Grundkörper 152 hergestellter Kontaktkörper 186 ausgebildet und im Bereich des zweiten Kontaktabschnitts 156 des Grundkörpers 152, vorzugsweise stoffschlüssig, an der den Zellterminals 134, 136 zugewandten Seite des Grundkörpers 152 festgelegt.
Bei der in 11 dargestellten Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass der Kontaktbereich 184 durch Ultraschallschweißung an dem Grundkörper 152 festgelegt ist.
Das dritte Material bzw. das zweite Korrosionsschutzmaterial, aus welchem der Kontaktbereich 184 gebildet ist, kann insbesondere mit dem zweiten Material bzw. dem ersten Korrosionsschutzmaterial, aus dem die Korrosionsschutzschicht 180 des zweiten Zellterminals 136 gebildet ist, im Wesentlichen übereinstimmen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das dritte Material bzw. das zweite Korrosionsschutzmaterial Nickel oder eine Nickellegierung ist.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das dritte Material bzw. das zweite Korrosionsschutzmaterial eine Chromlegierung ist.
Während der Montage des elektrochemischen Moduls 102 wird der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 durch Verschweißung, vorzugsweise durch Laserschweißung, mit dem ersten Zellterminal 134 verbunden, nachdem der Zellverbinder 132 in der gewünschten Weise relativ zu den beiden Zellterminals 134, 136 positioniert worden ist.
Der Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 wird durch eine Schweißnaht, die in 11 durch die gebrochene Linie 188 angedeutet ist, mit dem zweiten Zellterminal 136 verschweißt, wobei die Schweißnaht 188 vorzugsweise durch Laserschweißung erzeugt wird.
Während dieses Schweißvorgangs wird zwar die Korrosionsschutzschicht 180 des zweiten Zellterminals 136 aufgeschmolzen und dadurch zumindest teilweise durchbrochen; aus dem das zweite Korrosionsschutzmaterial enthaltenden Kontaktbereich 184 gelangt jedoch während des Schweißvorgangs so viel von dem zweiten Korrosionsschutzmaterial in das Gefüge und insbesondere an die freie Oberfläche der Schweißnaht 188, dass nach dem Abschluss des Schweißvorgangs die Schweißnaht 188 zumindest an ihrer freien Oberfläche, vorzugsweise jedoch in ihrem gesamten Gefüge, aus einem korrosionsgeschützten Material gebildet ist.
Dieses korrosionsgeschützte Material setzt sich überwiegend aus dem korrosionsgefährdeten Material des zweiten Basiskörpers 178 und dem aus dem Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 stammenden zweiten Korrosionsschutzmaterial zusammen, durch welches das korrosionsgefährdete Material zu einem korrosionsgeschützten Material auflegiert wird.
Die Korrosionsschutzwirkung des ersten Korrosionsschutzmaterials und/oder des zweiten Korrosionsschutzmaterials kann insbesondere darauf beruhen, dass das erste Korrosionsschutzmaterial und/oder das zweite Korrosionsschutzmaterial mindestens ein Korrosionsschutzmetall in einem Anteil von mindestens 50 Gewichtsprozent enthält.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Korrosionsschutzmaterial und/oder das zweite Korrosionsschutzmetall Nickel als Korrosionsschutzmetall enthält.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das erste Korrosionsschutzmaterial und/oder das zweite Korrosionsschutzmaterial Chrom als Korrosionsschutzmetall enthält.
Das erste Korrosionsschutzmaterial und/oder das zweite Korrosionsschutzmaterial können auch sowohl Nickel als auch Chrom als Korrosionsschutzmetall enthalten, wobei es dann genügt, wenn der Gesamtanteil beider Korrosionsschutzmetalle an dem ersten Korrosionsschutzmaterial bzw. an dem zweiten Korrosionsschutzmaterial mindestens 50 Gewichtsprozent beträgt.
Die Korrosionsfestigkeit des korrosionsgeschützten Materials an der freien Oberfläche der gebildeten Schweißnaht 188 wird vorzugsweise durch eine neutrale Salzsprühnebelprüfung (NSS-Prüfung) gemäß der Norm DIN EN ISO 9227 (Stand Juli 2006) geprüft. Hinsichtlich der Durchführung einer solchen neutralen Salzsprühnebelprüfung wird auf die genannte Norm Bezug genommen, und die genannte Norm wird diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
Für die Durchführung der Salzsprühnebelprüfung wird ein Probenkörper 190 der in den 47 bis 49 dargestellten Art hergestellt.
Der Probenkörper 190 umfasst eine quaderförmige Basis 192 mit einer quadratischen Stirnfläche 194, die eine Kantenlänge b von beispielsweise 12 mm aufweist.
Die Basis 192 besteht aus dem korrosionsgefährdeten Material des zweiten Basiskörpers 178 des zweiten Zellterminals 136, also beispielsweise aus dem niedrig legierten Stahlmaterial, das an seiner Oberfläche mit der Korrosionsschutzschicht aus dem ersten Korrosionsschutzmaterial, beispielsweise Nickel oder eine Nickellegierung, versehen ist.
Auf die Stirnfläche 194 wird eine quaderförmige Auflage 196 aufgelegt, welche eine der Basis 192 zugewandte, quadratische Stirnfläche 198 mit einer Kantenlänge a von beispielsweise 15 mm und eine Dicke d von beispielsweise 0,5 mm aufweist, und durch Verschweißung längs einer ringförmig geschlossenen Schweißnaht 188', insbesondere mittels einer Laserschweißnaht, unter denselben Bedingungen wie bei der Verschweißung des Zellverbinders 132 mit dem zweiten Zellterminal 136 verbunden.
Der so hergestellte Probenkörper 190 wird in einer Sprühkammer während einer Testzeit von 96 Stunden der neutralen Salzsprühnebelprüfung (NSS-Prüfung) gemäß der DIN EN ISO 9227 (Stand Juli 2006) unterzogen.
Nach Abschluss der neutralen Salzsprühnebelprüfung erfolgt eine visuelle Bewertung der Oberfläche des Probenkörpers 190, insbesondere der Schweißnaht 188', und eine visuelle Bewertung eines Schliffes längs einer in der Axialrichtung des Probenkörpers 190 durch die Schweißnaht 188' verlaufenden Schnittebene 199 (siehe 49).
Bei der visuellen Bewertung wird dem Material der geprüften Schweißnaht 188' eine Bewertungszahl (”Rating”) gemäß dem folgenden Bewertungsschema zugeordnet:

– Rating 1: keine Veränderung, keine Verfärbung, keine Korrosion;
– Rating 2: Verfärbung oder Farbumschlag, aber keine Korrosion;
– Rating 3: Spuren von Korrosion, nur wenige kleine punktförmige Flächen;
– Rating 4: leichte Korrosion mit einer Vielzahl von kleinen punktförmigen Flächen, aber ohne zusammenhängende korrodierte Bereiche;
– Rating 5: mäßige Korrosion, zusammenhängende korrodierte Bereiche;
– Rating 6: starke Korrosion, Muster total korrodiert.

Um als korrosionsgeschützt zu gelten, darf das Material des Probenkörpers, insbesondere der Schweißnaht 188' des Probenkörpers 190, nach der neutralen Salzsprühnebelprüfung (NSS-Prüfung) maximal mit dem Rating 3 bewertet werden.
Das durch die neutrale Salzsprühnebelprüfung an der Schweißnaht 188' des Probenkörpers 190 bestimmte Rating wird dem Material der Schweißnaht 188 zwischen dem zweiten Zellterminal 136 und dem Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 zugeordnet.
Alternativ zur Verwendung eines getrennt von dem Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 hergestellten und anschließend stoffschlüssig mit dem Grundkörper 152 verbundenen Kontaktkörpers 186 kann auch ein Kontaktbereich 184 verwendet werden, der eine an dem Grundkörper 152 erzeugte Beschichtung, insbesondere eine galvanisch aufgebrachte Beschichtung, aus dem zweiten Korrosionsschutzmaterial umfasst.
Der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Vorzugsweise beträgt der Aluminium-Anteil an dem Material des Grundkörpers 152 mindestens 99,5 Gewichtsprozent.
Um im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmedehnungen der Zellverbinder 132 einerseits und der Aufnahmevorrichtung 108 für die elektrochemischen Zellen 104 andererseits entstehen können, möglichst weitgehend zu reduzieren, ist es günstig, wenn das Material des Grundkörpers 152 des Zellverbinders 132 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α aufweist, der um weniger als 10% von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α des Materials der Aufnahmevorrichtung 108 abweicht.
Wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser Materialien von der Umgebungstemperatur bis zur Betriebstemperatur der elektrochemischen Vorrichtung 100 stark variieren, so bezieht sich diese Angabe auf den jeweiligen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer Erwärmung von der Umgebungstemperatur (20°C) bis auf die Betriebstemperatur der elektrochemischen Vorrichtung 100.
Besonders günstig ist es daher, wenn der Grundkörper 152 und die Aufnahmevorrichtung 108 aus im Wesentlichen demselben Material gebildet sind, also beispielsweise beide aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Bei einer in 12 schematisch dargestellten alternativen Möglichkeit zum stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 132 mit dem ersten Zellterminal 134 und dem zweiten Zellterminal 136 wird der als separat von dem Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 hergestellter Kontaktkörper 186 ausgebildete Kontaktbereich 184 nicht durch Ultraschallschweißung, sondern durch Laserschweißung längs einer in 12 durch die Linie 200 angedeuteten Schweißnaht an dem Grundkörper 152 festgelegt.
Im Übrigen stimmt die in 12 dargestellte Möglichkeit zum stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 132 mit den Zellterminals 134 und 136 hinsichtlich Aufbau, Funktionsweise und Herstellungsweise mit der in 11 dargestellten Möglichkeit überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 13 schematisch dargestellte alternative Möglichkeit zum stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 132 mit den Zellterminals 134 und 136 unterscheidet sich von den in den 11 und 12 dargestellten Möglichkeiten dadurch, dass der Zellverbinder 132 nicht mit dem zweiten Zellterminal 136 verschweißt, sondern stattdessen durch Verlötung mit dem zweiten Zellterminal 136 verbunden wird.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform der Kontaktbereich 184 aus dem dritten Material bzw. dem zweiten Korrosionsschutzmaterial nicht durch einen separat von dem Grundkörper 152 hergestellten und anschließend stoffschlüssig mit dem Grundkörper 152 verbundenen Kontaktkörper 186, sondern durch eine an dem Grundkörper 152 angeordnete Beschichtung 202, beispielsweise aus Nickel oder einer Nickel-Legierung, gebildet.
Dabei erstreckt sich die Beschichtung 202 zumindest über die im montierten Zustand des elektrochemischen Moduls 102 dem zweiten Zellterminal 136 zugewandte Seite des zweiten Kontaktabschnitts 156 des Grundkörpers 152.
Wie aus 13 zu ersehen ist, kann sich die Beschichtung 202 aber darüber hinaus auch über dieselbe Seite des ersten Kontaktabschnitts 154 und/oder über die im montierten Zustand den Zellterminals 134 und 136 abgewandte Seite des Grundkörpers 152 erstrecken.
Die Verlötung des Kontaktbereichs 184 in Form der Beschichtung 202 mit dem zweiten Zellterminal 136 kann beispielsweise mittels einer Lötfolie 204 aus einem Weichlot, insbesondere aus einem bleifreien Weichlot, beispielsweise aus dem Lot mit der Zusammensetzung SnAg_3,5, erfolgen.
Die Verlötung mittels eines Weichlotes mit niedriger Löttemperatur (von weniger als ungefähr 250°C) bietet den Vorteil, dass bei der Montage des Zellverbinders 132 thermisch empfindliche Bestandteile des elektrochemischen Moduls 102, insbesondere Isolationsteile aus Kunststoffmaterial, nicht geschädigt werden.
Alternativ zur Verwendung eines Weichlotes kann auch ein Hartlot, beispielsweise ein Silberbasis-Hartlot, verwendet werden, wobei das Hartlot zur Verlötung vorzugsweise mittels eines Kurzzeit-Lasers aufgeschmolzen wird, um eine Schädigung thermisch empfindlicher Bestandteile des elektrochemischen Moduls 102 zu vermeiden.
Die Beschichtung 202, welche den Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 bildet, kann insbesondere eine galvanisch aufgebrachte Beschichtung sein.
Alternativ zu einer Verlötung des Kontaktbereichs 184 des Zellverbinders 132 mit dem Zellterminal 136 können diese Elemente auch mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers miteinander verklebt werden.
Für die Verklebung kann insbesondere ein Epoxidharz-Klebstoff mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff verwendet werden.
Der elektrisch leitende Füllstoff kann insbesondere Silber umfassen.
Der elektrisch leitfähige Kleber kann auf jeweils eines der miteinander zu verklebenden Elemente oder auf beide Elemente aufgetragen werden, worauf beide Elemente in Kontakt mit der Kleberschicht gebracht werden und die Kleberschicht ausgehärtet wird.
Die Aushärtung der Kleberschicht kann insbesondere durch Wärmezufuhr, bei gegenüber der Raumtemperatur erhöhter Temperatur, erfolgen.
Die beiden miteinander zu verklebenden Elemente werden vorzugsweise unter einem Anpressdruck gegeneinander gepresst, bis diese Elemente durch den Kleber stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Geeignete elektrisch leitfähige Kleber sind insbesondere die folgenden:

– der silberhaltige Epoxidharz-Kleber, der unter der Bezeichnung LOCTITE^® 3880 von der Firma Henkel Technologies, Heydastraße 10, 58093 Hagen, Deutschland, vertrieben wird. Hinsichtlich der chemischen und physikalischen Eigenschaften und der Arbeitsschritte zur Verarbeitung dieses Klebers wird auf das technische Datenblatt zum Kleber LOCTITE^® 3880 vom Juni 2005 Bezug genommen, und das genannte Datenblatt wird diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
– der silberhaltige Epoxidhard-Kleber, der von der Firma Master Bond Inc., 154 Hobart Street, Nackensack, NJ 07601-3922, USA, unter der Bezeichnung Master Bond Supreme 10HT/S vertrieben wird. Hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften und der Arbeitsschritte zum Verarbeiten dieses Klebers wird auf das technische Datenblatt zum Kleber Master Bond Supreme 10HT/S Bezug genommen, und dieses Datenblatt wird diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
– der silberhaltige Epoxidharz-Kleber, der von der Firma Master Bond Inc., 154 Hobart Street, Nackensack, NJ 07601-3922, USA, unter der Bezeichnung Master Bond FL901S vertrieben wird. Hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften und der Arbeitsschritte zum Verarbeiten dieses Klebers wird auf das technische Datenblatt zu dem Kleber Master Bond FL901S Bezug genommen, und dieses Datenblatt wird diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.

Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann es aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und/oder aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Zellverbinder 132 einerseits und der Aufnahmevorrichtung 108 für die elektrochemischen Zellen 104 andererseits zu einer Differenz zwischen einer Längsdehnung der Zellverbinder 132 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen 114 der durch die Zellverbinder 132 miteinander verbundenen Zellterminals 134, 136 andererseits kommen. Durch eine Temperaturänderung werden die Relativpositionen der durch einen Zellverbinder 132 miteinander verbundenen Zellterminals 134, 136 in den senkrecht zur Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104 ausgerichteten Querrichtungen 120 oder 122 des Moduls 102 verändert.
Ferner kann es aufgrund unterschiedlicher Längsdehnungen der miteinander durch einen Zellverbinder 132 verbundenen elektrochemischen Zellen 104 zu einer Veränderung der Relativpositionen zwischen den miteinander verbundenen Zellterminals 134 und 136 längs der Axialrichtung 112 der miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen 104 kommen.
Um solche Differenzen zwischen einer Längsdehnung des Zellverbinders 132 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen 114 der durch den Zellverbinder 132 miteinander verbundenen Zellterminals 134 und 136 andererseits und/oder solche Differenzen zwischen einer Längsdehnung einer ersten elektrochemischen Zelle (beispielsweise 104g) und einer zweiten elektrochemischen Zelle (beispielsweise 104f), die durch den Zellverbinder 132 miteinander verbunden sind, kompensieren zu können, ist bei den in den 14 bis 37 dargestellten alternativen Ausführungsformen von Zellverbindern 132 vorgesehen, dass der jeweilige Zellverbinder 132 einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 206 umfasst, welcher zwischen dem ersten Kontaktabschnitt 154 und dem zweiten Kontaktabschnitt 156 des Zellverbinders 132 angeordnet ist und die beiden Kontaktabschnitte 154 und 156 miteinander verbindet.
Vorzugsweise ist der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 mit einem solchen Kompensationsbereich 206 versehen.
Bei der in den 14 und 15 dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 132 weist der verformbare Kompensationsbereich 206 eine Wellenstruktur auf, wobei die Wellenstruktur mehrere Wellen mit einer parallel zur Axialrichtung 112 der durch den Zellverbinder 132 zu verbindenden Zellen 104 und im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen 208 und 210, mit denen der Zellverbinder 132 im montierten Zustand an dem ersten Zellterminal 134 bzw. an dem zweiten Zellterminal 136 anliegt, gerichteten Amplitude umfasst. Diese Wellen weisen mehrere, beispielsweise vier, quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Axialrichtung der elektrochemischen Zellen 104 und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zu einer Längsrichtung 212 des Zellverbinders 132 sowie im Wesentlichen parallel zu einer Querrichtung 214 des Zellverbinders 132, welche senkrecht zur Längsrichtung 212 des Zellverbinders 132 und senkrecht zur Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104 ausgerichtet ist, verlaufende Wellenberge und mehrere, zwischen den Wellenbergen 216 angeordnete und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104, und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Längsrichtung 212 des Zellverbinders 132 und im Wesentlichen parallel zur Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufende Wellentäler 218 auf.
Die Wellenberge 216 stehen in einer zu den Kontaktflächen 208 und 210 des Zellverbinders 132 senkrechten Kontaktrichtung 217 des Zellverbinders 132, die im montierten Zustand des Zellverbinders 132 mit der Axialrichtung 112 der Zellen 104 übereinstimmt, nach oben vor, während die Wellentäler 218 in der Kontaktrichtung 217 nach unten (zu den zu verbindenden Zellen 104 hin) vorstehen.
Wie bei der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 132, welcher im Bereich zwischen den Kontaktabschnitten 154 und 156 im Wesentlichen eben ausgebildet ist, weist die in den 14 und 15 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132, welche einen verformbaren Kompensationsbereich 206 zwischen den beiden Kontaktabschnitten 154 und 156 umfasst, zwei Haltestege 158 und 160 auf, durch welche der Zellverbinder 132 mit der Halterung 148 verbindbar ist und welche zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders 132 mit einer zu der Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung 100 führenden Leiterbahn dienen können, so dass die Haltestege 158 und 160 insbesondere auch als Spannungsabgriffe 162 verwendbar sind.
Jeder der Haltestege 158 und 160 kann dabei mit jeweils einer Abkröpfung 220 versehen sein, um eine Höhendifferenz zwischen der Position des Zellverbinders 132 und der Position der Halterung 148 in der Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104 zu überbrücken.
Durch die gewellte Struktur des verformbaren Kompensationsbereichs 206 des Zellverbinders 132 wird erreicht, dass der Kompensationsbereich 206 in einfacher Weise derart elastisch und/oder plastisch verformbar ist, dass der zweite Kontaktabschnitt 156 relativ zu dem ersten Kontaktabschnitt 154 sowohl in der Axialrichtung 112 der elektrochemischen Zellen 104 als auch in der Längsrichtung 212 des Zellverbinders 132 verschoben werden kann, um die vorstehend beschriebenen Differenzen in den Relativpositionen der durch den Zellverbinder 132 miteinander zu verbindenden Zellterminals 134 und 136 auszugleichen. Hierdurch kann das Auftreten übermäßiger mechanischer Spannungen an den Verbindungsstellen zwischen dem Zellverbinder 132 einerseits und dem ersten Zellterminal 134 sowie dem zweiten Zellterminal 136 andererseits vermieden werden.
Insbesondere kann durch ein Abflachen oder ein Aufsteilen der Wellenberge 216 und der Wellentäler 218 die Ausdehnung des Kompensationsbereiches 206 in der Längsrichtung 212 des Zellverbinders 132 verändert und damit der Abstand zwischen dem ersten Kontaktabschnitt 154 und dem zweiten Kontaktabschnitt 156 vergrößert bzw. verkleinert werden.
Durch eine unsymmetrische Änderung der Flankenneigungen der Wellenberge 216 und der Wellentäler 218 können der erste Kontaktabschnitt 154 und der zweite Kontaktabschnitt 156 in der Axialrichtung 112 der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen relativ zueinander verschoben werden.
Die im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 an diesen Verbindungsstellen auftretenden mechanischen Spannungen können weiter reduziert werden, wenn der verformbare Kompensationsbereich 206 des Zellverbinders 132 aus einem Material mit einer relativ niedrigen Streckgrenze R von höchstens 60 N/mm², vorzugsweise von höchstens 40 N/mm², insbesondere von höchstens 20 N/mm², gebildet ist.
Ferner kann zur Verminderung der an den Verbindungsstellen zwischen dem Zellverbinder 132 und den miteinander zu verbindenden Zellterminals 134 und 136 auftretenden mechanischen Spannungen vorgesehen sein, dass der Zellverbinder 132 bereits vor dem Verbinden mit dem ersten Zellterminal 134 und/oder vor dem Verbinden mit dem zweiten Zellterminal 136 derart, vorzugsweise plastisch, verformt wird, dass der mit dem ersten Zellterminal 134 zu verbindende erste Kontaktabschnitt 154 des Zellverbinders 132 und der mit dem zweiten Zellterminal 136 zu verbindende zweite Kontaktabschnitt 156 des Zellverbinders 132 so relativ zueinander verschoben werden, dass Unterschiede in den Positionen des ersten Zellterminals 134 und des zweiten Zellterminals 136 in der Axialrichtung 112 der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen 104, welche beispielsweise durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen sein können, zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, ausgeglichen werden.
Hierbei ist es besonders günstig, wenn vor der entsprechenden Verformung des Zellverbinders 132 die Relativpositionen des ersten Zellterminals 134 und des zweiten Zellterminals 136, die durch den Zellverbinder 132 miteinander verbunden werden sollen, ausgemessen werden.
Ferner kann die Streckgrenze des Materials des Zellverbinders 132 in dem Kompensationsbereich 206 und/oder in dem ersten Kontaktabschnitt 154 und/oder in dem zweiten Kontaktabschnitt 156 durch eine Wärmebehandlung vor und/oder während der stoffschlüssigen Verbindung des Zellverbinders 132 mit dem ersten Zellterminal 134 und/oder mit dem zweiten Zellterminal 136 verringert werden. Durch eine solche Verringerung der Streckgrenze des Materials durch eine Wärmebehandlung können die mechanischen Spannungen an der Verbindungsstelle während und/oder nach der stoffschlüssigen Verbindung des Zellverbinders 132 mit dem ersten Zellterminal 134 bzw. mit dem zweiten Zellterminal 136 reduziert werden.
Im Übrigen stimmt die in den 14 bis 16 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen von Zellverbindern 132 ohne verformbaren Kompensationsbereich 206 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 17 und 18 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Wellenstruktur des verformbaren Kompensationsbereichs 206 statt vier nur drei in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufende Wellenberge 216 und statt drei nur zwei längs der Querrichtung 214 verlaufende Wellentäler 218 aufweist.
Ferner weist diese Ausführungsform eines Zellverbinders 132 keine Haltestege 158, 160 zum Verbinden des Zellverbinders 132 mit der Halterung 148 auf. Ein solcher Zellverbinder 132 ist somit nur durch die stoffschlüssige Verbindung mit den Zellterminals 134 und 136 an dem elektrochemischen Modul 102 gehalten.
Auch diese Ausführungsform eines Zellverbinders 132 und alle nachstehend beschriebenen Ausführungsformen von Zellverbindern 132, welche ohne Haltestege 158, 160 dargestellt sind, können aber grundsätzlich auch mit einem oder mehreren Haltestegen 158 oder 160 versehen sein, die insbesondere auch als Spannungsabgriffe 162 dienen können.
Im Übrigen stimmt die in den 17 und 18 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 19 und 20 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 statt einer Wellenstruktur eine Halbsickenstruktur aufweist, welche zwei in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufende Sickenkuppen 222 aufweist und an einer ersten Knicklinie 224 in den ersten Kontaktabschnitt 154 und an einer zweiten Knicklinie 226 in den zweiten Kontaktabschnitt 154 des Zellverbinders 132 übergeht.
Im Übrigen stimmt die in den 19 und 20 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 21 und 22 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 eine Wellenstruktur aufweist, die nur einen sich in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 erstreckenden Wellenberg 216 und nur ein sich in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 erstreckendes Wellental 218 umfasst.
Im Übrigen stimmt die in den 21 und 22 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 23 und 24 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 eine Wellenstruktur aufweist, welche zwei in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufende Wellenberge 216 und ein zwischen den Wellenbergen 216 in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufenden Wellental 218 umfasst.
Im Übrigen stimmt die in den 23 und 24 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 25 und 26 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 eine Zickzack-Struktur mit mehreren, beispielsweise fünf, quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Axialrichtung 112 der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen 104 und im Wesentlichen längs der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 verlaufenden Knicklinien 228 aufweist.
Im Übrigen stimmt die in den 25 und 26 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 27 und 28 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 17 und 18 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Zellverbinder 132 keinen an dem zweiten Kontaktabschnitt 156 angeordneten Kontaktbereich 184 aus dem dritten Material bzw. dem zweiten Korrosionsschutzmaterial aufweist.
Grundsätzlich kann jedoch jede der in dieser Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ohne einen solchen Kontaktbereich 184 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 mit einem solchen Kontaktbereich 184 versehen sein.
Im Übrigen stimmt die in den 27 und 28 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 mit der in den 17 und 18 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 29 und 30 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Zellverbinder 132 keine Haltestege 158, 160 zum Verbinden des Zellverbinders 132 mit einer Halterung 148 aufweist.
Dieser Zellverbinder 132 ist somit im montierten Zustand nur durch die stoffschlüssige Verbindung mit dem ersten Zellterminal 134 und dem zweiten Zellterminal 136 an dem elektrochemischen Modul 102 gehalten.
Im Übrigen stimmt die in den 29 und 30 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 31 bis 33 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 27 und 28 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Grundkörper 152 des Zellverbinders 132 nicht einteilig ausgebildet ist, sondern als ein Laminat aus mehreren, beispielsweise drei, übereinander angeordneten Materiallagen 230 ausgebildet ist.
Die die elastische und/oder plastische Verformung des Kompensationsbereichs 206 ermöglichende Struktur, insbesondere dessen Wellenstruktur, bleibt dabei erhalten.
Auch bei sämtlichen anderen in dieser Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen offenbarten Ausführungsformen von Zellverbindern 132 kann der Grundkörper 152 ein solches Laminat umfassen.
Im Übrigen stimmt die in den 31 bis 33 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 27 und 28 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 34 und 35 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 27 und 28 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 durch mehrere, beispielsweise drei, wellenförmige Schlitze 232 in mehrere, beispielsweise vier, wellenförmige Stege 234 unterteilt ist, welche in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 nebeneinander angeordnet sind.
Dabei weist die Wellenform der Schlitze 232 und der Stege 234 eine Amplitude in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 auf.
Ferner kann der Zellverbinder 132 an den seitlichen Rändern des verformbaren Kompensationsbereichs 206 mit jeweils mehreren, beispielsweise jeweils drei oder vier, beispielsweise ungefähr kreisabschnittsförmigen, Ausnehmungen 236 versehen sein, um zu erreichen, dass auch die außenliegenden Stege 234 eine über deren Längserstreckung hinweg ungefähr konstante Breite und auch an ihrer Außenseite eine ungefähre Wellenform aufweisen.
Durch die Schlitze 232 und die Unterteilung des Kompensationsbereichs 206 in mehrere Stege 234 wird die Verformbarkeit des Kompensationsbereichs 206 erhöht und die Erzeugung eines Versatzes zwischen den Kontaktabschnitten 154 und 156 des Zellverbinders 132 erleichtert.
Im Übrigen stimmt die in den 34 und 35 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 27 und 28 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 36 und 37 dargestellte alternative Ausführungsform eines Zellverbinders 132 unterscheidet sich von der in den 34 und 35 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der verformbare Kompensationsbereich 206 im Wesentlichen eben ausgebildet ist und somit keine Wellenstruktur mit einer Amplitude in der Axialrichtung der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen 104 aufweist.
Bei dieser Ausführungsform eines Zellverbinders 132 wird die elastische und/oder plastische Verformbarkeit des Kompensationsbereichs 206 ausschließlich durch die wellenförmigen Schlitze 323 hervorgerufen, welche den Kompensationsbereich 206 in mehrere wellenförmige Stege 234 unterteilen, die in der Querrichtung 214 des Zellverbinders 132 nebeneinander angeordnet sind.
Im Übrigen stimmt die in den 36 und 37 dargestellte Ausführungsform eines Zellverbinders 132 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 34 und 35 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Alle beschriebenen Ausführungsformen von Zellverbindern 132 können im ersten Kontaktabschnitt 154 und/oder im zweiten Kontaktabschnitt 156 sowie gegebenenfalls im Kontaktbereich 184 des Zellverbinders 132 mit jeweils mindestens einer Durchtrittsöffnung versehen sein, um für Messzwecke eine elektrische Kontaktierung des mit dem Zellverbinder 132 stoffschlüssig verbundenen ersten Zellterminals 134 bzw. des stoffschlüssig mit dem Zellverbinder 132 verbundenen zweiten Zellterminals 136 zu ermöglichen, welche für eine Bestimmung des elektrischen Übergangswiderstands der Verbindung zwischen dem Zellverbinder 132 und dem jeweiligen Zellterminal 134, 136 verwendet werden kann.
Bei der vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 sind die Zellverbinder 132 und die elektrischen Anschlüsse 138 des elektrochemischen Moduls 102 über Haltestege 158, 160 bzw. 146 mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte 150 verbunden, wobei die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 der elektrischen Anschlüsse 138 separat von den Leiterbahnen der Leiterplatte 150 hergestellt und erst bei der Montage des elektrochemischen Moduls 102 elektrisch leitend mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 150 verbunden worden sind.
Bei der in den 38 und 39 dargestellten alternativen Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 ist hingegen jeder Zellverbinder 132 einstückig mit einer jeweils zugeordneten Leiterbahn 238 ausgebildet.
Die Leiterbahnen 238 sind nicht an einer Leiterplatte festgelegt, sondern selbsttragend ausgebildet.
Auch die Kontaktelemente 140 der elektrischen Anschlüsse 138 des elektrochemischen Moduls 102 sind bei dieser Ausführungsform vorzugsweise einstückig mit einer jeweils zugeordneten Leiterbahn 238 ausgebildet.
Die den Zellverbindern 132 abgewandten freien Enden der Leiterbahnen 238 sind elektrisch leitend mit einem Verbindungssteg 240 verbunden, welcher durch einen Stecker einer entsprechend mehradrigen Kabelverbindung ersetzbar ist, die zu der Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung 100 führt, so dass auf diese Weise die elektrischen Potentiale der Zellverbinder 132 durch die Steuereinheit abgegriffen werden können.
Bei dieser Ausführungsform sind die Zellverbinder 132 an einem Hilfsrahmen 241 gehalten, der aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, gebildet ist und in 50 separat dargestellt ist.
Der Hilfsrahmen 241 weist für jeden Zellverbinder 132 jeweils eine zugeordnete Ausnehmung 243 auf, welche den Durchtritt des jeweiligen Zellverbinders 132 zu den durch den Zellverbinder 132 miteinander zu verbindenden Zellterminals 134 und 136 und/oder den Durchtritt der durch den Zellverbinder 132 miteinander zu verbindenden Zellterminals 134 und 136 zu dem jeweiligen Zellverbinder 132 ermöglicht.
Ferner weist der Hilfsrahmen 241 einen Vorsprung 245 auf, zu dessen beiden Seiten die Kontaktelemente 140 angeordnet sind (siehe 38).
Die Leiterbahnen 238 können sich an dem Hilfsrahmen 241 abstützen.
Die Zellverbinder 132 und/oder die Kontaktelemente 140 können beispielsweise durch Klemmung oder Verrastung mittels geeigneter Klemmelemente bzw. Rastelemente an dem als Halterung für die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 dienenden Hilfsrahmen 241 festgelegt sein.
Der Hilfsrahmen 241 ermöglicht es, die Baugruppe aus den Zellverbindern 132, den Kontaktelementen 140 und den zugehörigen Leiterbahnen 238 eines elektrochemischen Moduls 102 während der Montage des Moduls 102 als Einheit zu handhaben, und erleichtert somit die Montage des elektrochemischen Moduls 102.
Bei der in den 38 und 39 dargestellten Ausführungsform der elektrochemischen Vorrichtung 100 ist vorgesehen, dass die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 mit den Leiterbahnen 238 und dem Verbindungssteg 240 zunächst eine einstückige Verbinder-Baugruppe 164 bilden, in welcher die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 durch die Leiterbahnen 238 und den Verbindungssteg 240 einstückig miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungssteg 240 dann entfernt wird, wenn die Zellverbinder 132 und die Kontaktelemente 140 stoffschlüssig mit den jeweils zugeordneten Zellterminals 116 verbunden worden sind und/oder mit dem Hilfsrahmen 241 verbunden worden sind.
Im Übrigen stimmt die in den 38 und 39 dargestellte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einer elektrochemischen Vorrichtung 100 kann mehrere elektrochemische Module 102 umfassen, die vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Eine solche Reihenschaltung kann insbesondere dadurch hergestellt werden, dass ein elektrischer Anschluss 138 eines ersten elektrochemischen Moduls 102a mittels eines Modulverbinders 242 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss 138 (entgegengesetzter Polarität) eines zweiten elektrochemischen Moduls 102b verbunden wird, wie dies in den 40 bis 42 dargestellt ist.
Details des Modulverbinders 242 sind aus den 43 bis 46 zu ersehen, in denen der Modulverbinder 242 separat dargestellt ist.
Der Modulverbinder 242 umfasst zwei Steckereinheiten 244 zum Anschließen des Modulverbinders 242 an die miteinander zu verbindenden elektrischen Anschlüsse 138 der elektrochemischen Module 102a und 102b, wobei die Steckereinheiten 244 jeweils ein beispielsweise ungefähr quaderförmiges Steckergehäuse 246 umfassen, das beispielsweise aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Edelstahlmaterial, gebildet ist.
Jedes Steckergehäuse 246 umschließt eine Aufnahme 248, welche sich in einer Anschlussrichtung 250 des Modulverbinders 242 erstreckt und in welche jeweils ein Steckerabschnitt 144 eines Kontaktelements 140 des elektrischen Anschlusses 138 eines elektrochemischen Moduls 102 einführbar ist.
Wie aus 46 zu ersehen ist, sind in der Aufnahme 248 ferner zwei einander gegenüberliegende Kontaktzungen 252 angeordnet, zwischen denen der jeweilige Steckerabschnitt 144 unter elastischer Vorspannung geklemmt ist, wenn der Modulverbinder 242 an dem betreffenden elektrochemischen Modul 102 angeordnet ist.
Ferner ist jedes Steckergehäuse 246 an seiner Außenseite mit Rastelementen 254 zur Verrastung des Steckergehäuses 246 mit einem (nicht dargestellten) elektrischen Isolationskörper und mit Vorsprüngen 256 versehen, welche bei der Verbindung des jeweiligen Steckergehäuses 246 mit dem betreffenden Isolationskörper als Führungselement und/oder als Anschlag dienen können.
Die Kontaktzungen 252 jeder Steckereinheit 244 sind elektrisch leitend mit einer winkelförmigen Anschlussfahne 258 verbunden, welche aus dem dem anzuschließenden Modul 102 abgewandten Ende des Steckergehäuses 246 herausragt und deren freier Schenkel 260 sich in einer quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Anschlussrichtung 250 verlaufenden Längsrichtung 262 des Modulverbinders 242 von dem jeweiligen Steckergehäuse 246 weg erstreckt.
Dabei sind die freien Schenkel 260 der Anschlussfahnen 258 der beiden Steckereinheiten 244 längs dieser Längsrichtung 262 in einander entgegengesetzte Richtungen gerichtet.
Die Anschlussfahnen 258 der beiden Steckereinheiten 244 sind durch einen flexiblen Leiter 264 elektrisch leitend miteinander verbunden, welcher, vorzugsweise einstückig, aus einem aus elektrisch leitfähigen Drähten gewobenen Gewebeband 266, insbesondere aus einer Flachlitze, gebildet ist und mehrere, beispielsweise vier, Faltungen 268 aufweist.
Die elektrisch leitfähigen Drähte des Gewebebandes 266 sind vorzugsweise aus Kupfer als elektrisch leitendem Bestandteil gebildet.
Ein erster Endabschnitt 270a des Leiters 264 ist an einer im angeschlossenen Zustand des Modulverbinders 242 dem anzuschließenden elektrochemischen Modul 102 zugewandten Seite der Anschlussfahne 258 der ersten Steckereinheit 244a festgelegt, beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere durch Ultraschallschweißung.
Der erste Endabschnitt 270a erstreckt sich in der Längsrichtung 262 des Modulverbinders 242 von der Anschlussfahne 258 der ersten Steckereinheit 244a weg, und zwar in der der zweiten Steckereinheit 244b abgewandten Richtung, und kann mit einer Abkröpfung 271 versehen sein, durch welche der der ersten Steckereinheit 244a abgewandte Teil des ersten Endabschnitts 270a längs der Anschlussrichtung 250 zu dem anzuschließenden Modul 102 hin versetzt ist.
Das der Anschlussfahne 258 abgewandte Ende des ersten Endabschnitts 270a geht an einer ersten Faltlinie 272a, welche sich schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 45°, zur Längsrichtung 262 des Modulverbinders 242 und zur lokalen Längsrichtung des Gewebebandes 266 in dem ersten Endabschnitt 270a verläuft, in einen ungefähr trapezförmigen ersten Verbindungsabschnitt 274a über, in welchem die lokale Längsrichtung des Leiters 264 parallel zu einer Querrichtung 276 des Modulverbinders verläuft, die senkrecht zur Längsrichtung 262 und senkrecht zur Anschlussrichtung 250 des Modulverbinders 242 ausgerichtet ist.
Dabei erfolgt die Faltung 268a an der ersten Faltlinie 272a vorzugsweise so, dass der erste Verbindungsabschnitt 274a an der den zu verbindenden Modulen 102 abgewandten Seite des ersten Endabschnitts 270a angeordnet ist.
Der erste Verbindungsabschnitt 274a geht durch eine Faltung 268b an einer zweiten Faltlinie 272b, welche schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 45°, zur Querrichtung 276 des Modulverbinders 242 und zur lokalen Längsrichtung 278 des Leiters 264 in dem ersten Verbindungsabschnitt 274a verläuft, in einen Ausgleichsabschnitt 280 über, welcher sich parallel zur Längsrichtung des Modulverbinders 242 seitlich an den Steckereinheiten 244a und 244b vorbei erstreckt, wobei der Ausgleichsabschnitt 280 in der Querrichtung 276 des Modulverbinders 242 gegenüber den Steckereinheiten 244a, 244b und gegenüber dem ersten Endabschnitt 270a des Leiters 264 versetzt ist.
Der Ausgleichsabschnitt 280 des Leiters 264 kann mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung 282, welche beispielsweise aus einem elastomeren Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem PVC-Material, gebildet sein kann, versehen sein.
Die Breitseiten 284, 284' des bandförmigen Ausgleichsabschnitts 280 des Leiters 264 sind im Wesentlichen senkrecht zu der Anschlussrichtung 250 des Modulverbinders 242 ausgerichtet.
An seinem dem ersten Verbindungsabschnitt 274a abgewandten Ende geht der Ausgleichsabschnitt 280 durch eine Faltung 268c an einer dritten Faltlinie 272c, welche schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 45°, zur Längsrichtung 262 des Modulverbinders 242 und zur lokalen Längsrichtung 278 des Leiters 264 in dem Ausgleichsabschnitt 280 verläuft, in einen zweiten Verbindungsabschnitt 274b über, welcher im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist und sich von dem Ausgleichsabschnitt 280 ausgehend in der Querrichtung 276 des Modulverbinders 242 zu derjenigen Seite des Ausgleichsabschnitts 280 hin erstreckt, auf welcher die Steckereinheiten 244a und 244b angeordnet sind.
Die Faltung erfolgt dabei an der zweiten Faltlinie 272b und an der dritten Faltlinie 272c derart, dass der Ausgleichsabschnitt 280 auf der den zu verbindenden Modulen 102a, 102b zugewandten Seite des ersten Verbindungsabschnitts 274a und des zweiten Verbindungsabschnitts 274b angeordnet ist.
Wie insbesondere aus 45 zu ersehen ist, steht der Ausgleichsabschnitt 280 daher in der Anschlussrichtung 250 nicht über die Anschlussfahnen 258 der Steckereinheiten 244 hinaus auf die den zu verbindenden Modulen 102a, 102b abgewandte Seite der Steckereinheiten 244 über, so dass der Modulverbinder 242 eine besonders kleine Ausdehnung in der Anschlussrichtung 250 aufweist.
Der zweite Verbindungsabschnitt 274b geht durch eine Faltung 268d an einer schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 45°, zur Querrichtung 276 des Modulverbinders 242 und zur lokalen Längsrichtung 278 des Leiters 264 in dem zweiten Verbindungsabschnitt 274b verlaufenden vierten Faltlinie 272d in einen zweiten Endabschnitt 270b über, der sich von dem zweiten Verbindungsabschnitt 274a bis zu der Anschlussfahne 258 der zweiten Steckereinheit 244b erstreckt und an der den zu verbindenden Modulen 102a, 102b zugewandten Seite dieser Anschlussfahne 258 festgelegt ist, beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere durch Ultraschallschweißung.
Auch der zweite Endabschnitt 270b kann mit einer Abkröpfung 271 versehen sein, durch welche der der zweiten Steckereinheit 244b abgewandte Teil des zweiten Endabschnitts 270b längs der Anschlussrichtung 250 zu dem anzuschließenden Modul 102 hin versetzt ist.
Die Faltung 268d längs der vierten Faltlinie 272d erfolgt dabei derart, dass der zweite Endabschnitt 270b des Leiters 264 auf der den zu verbindenden Modulen 102a, 102b zugewandten Seite des zweiten Verbindungsabschnitts 274b angeordnet ist.
Wie insbesondere aus 46 zu ersehen ist, weist der Ausgleichsabschnitt 280 des Leiters 264 eine Länge L in der Längsrichtung 262 des Modulverbinders 242 auf, welche größer ist als der Abstand D der einander abgewandten Enden der Anschlussfahnen 258 der Steckereinheiten 244a, 244b voneinander.
Durch diese große, zur Kompensation von Toleranzen zur Verfügung stehende Strecke und durch die aufgrund der Faltungen 268 erhöhte Flexibilität der geometrischen Gestalt des Leiters 264 ermöglicht der beschriebene Modulverbinder 242 eine besonders leichte Veränderung der Relativpositionen der Steckereinheiten 244a und 244b zueinander, so dass durch Fertigungstoleranzen oder durch Veränderungen während des Betriebes der elektrochemischen Vorrichtung 100 erzeugte Abweichungen in der Relativposition der in die Steckereinheiten 244a, 244b einzuführenden Steckerabschnitte 144 der elektrischen Anschlüsse 138 der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Module 102a, 102b besonders leicht und wirksam kompensiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN ISO 9227 [0168]
DIN EN ISO 9227 [0173]

Claims

Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals (116) von elektrochemischen Zellen (104) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), umfassend zwei oder mehr Zellverbinder (132) zum elektrisch leitenden Verbinden jeweils zweier Zellterminals (134, 136) verschiedener elektrochemischer Zellen (104) miteinander, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zellverbinder (132) in einem Montagezustand der Verbindungsvorrichtung nach dem Heraustrennen der Zellverbinder (132) aus einem Ausgangsmaterial einstückig miteinander verbunden sind.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) einstückig mit einer Leiterbahn (238) verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals (134, 136) von elektrochemischen Zellen (104) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), umfassend mindestens einen Zellverbinder (132) zum elektrisch leitenden Verbinden zweier Zellterminals (134, 136) verschiedener elektrochemischer Zellen (104) miteinander, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) einstückig mit einer Leiterbahn (238) verbunden ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung mindestens eine Halterung (148; 124; 151) für die Zellverbinder (132) umfasst und dass mindestens zwei Zellverbinder (132) separat an derselben Halterung (148; 124; 151) festgelegt sind.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Zellverbinder (132) über mindestens einen Haltesteg (158, 160) an einer Halterung (148) festgelegt ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltesteg (158, 160) elastisch und/oder plastisch so verformbar ist, dass die Position des Zellverbinders (132) relativ zu der Halterung (148) an unterschiedliche Positionen der durch den Zellverbinder (132) miteinander zu verbindenden Zellterminals (134, 136) anpassbar ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) über mindestens zwei Haltestege (158, 160) an einer Halterung (148) oder an mehreren Halterungen festgelegt ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haltesteg (158, 160) als ein elektrisches Leiterelement ausgebildet ist, das mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung (100) verbindbar ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) einen ersten Kontaktabschnitt (154) zum Verbinden mit einem ersten Zellterminal (134), einen zweiten Kontaktabschnitt (156) zum Verbinden mit einem zweiten Zellterminal (136) und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich (206), der den ersten Kontaktabschnitt (154) und den zweiten Kontaktabschnitt (156) miteinander verbindet und eine Bewegung der Kontaktabschnitte (154, 156) relativ zueinander ermöglicht, umfasst.
Elektrochemische Vorrichtung, umfassend mehrere elektrochemische Zellen (104) und eine Verbindungsvorrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals (116) von elektrochemischen Zellen (104) der elektrochemischen Vorrichtung (100) miteinander nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals (134, 136) von elektrochemischen Zellen (104) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Heraustrennen von zwei oder mehr Zellverbindern (132) zum elektrisch leitenden Verbinden jeweils zweier Zellterminals (134, 136) verschiedener elektrochemischer Zellen (104) miteinander aus einem Ausgangsmaterial, wobei mindestens zwei Zellverbinder (132) durch mindestens einen Verbindungssteg (166; 240) miteinander verbunden sind; – separates Festlegen der Zellverbinder (132) an einer Halterung (148; 124; 151) und/oder an den jeweils miteinander zu verbindenden Zellterminals (134, 136); – Entfernen des mindestens einen Verbindungssteges (166; 240) zwischen den Zellverbindern (132) nach dem Festlegen der Zellverbinder (132) an der Halterung (148; 124; 151) bzw. an den Zellterminals (136, 138).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) über eine einstückig mit dem Zellverbinder (132) verbundene Leiterbahn (238) elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung (100) verbunden wird.
Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden mehrerer Zellterminals (134, 136) von elektrochemischen Zellen (104) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Heraustrennen mindestens eines Zellverbinders (132) zum elektrisch leitenden Verbinden zweier Zellterminals (134, 136) verschiedener elektrochemischer Zellen (104) und einer Leiterbahn (238) zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders (132) mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung (100) aus einem Ausgangsmaterial, wobei der Zellverbinder (132) einstückig mit der Leiterbahn (238) verbunden ist; – Verbinden des Zellverbinders (132) mit zwei Zellterminals (134, 136) verschiedener elektrochemischer Zellen (104) der elektrochemischen Vorrichtung (100).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung (100) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) über einen Haltesteg (158, 160) elektrisch leitend mit einer Steuereinheit der elektrochemischen Vorrichtung (100) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zellverbinder (132) so umgeformt wird, dass ein elastisch und/oder plastisch verformbarer Kompensationsbereich (206) erzeugt wird, durch welchen eine Bewegung eines ersten Kontaktabschnittts (154) des Zellverbinders (132) zum Verbinden mit einem ersten Zellterminal (134) und eines zweiten Kontaktabschnitts (156) des Zellverbinders (132) zum Verbinden mit einem zweiten Zellterminal (136) relativ zueinander ermöglicht ist.