DE102010056262A1

DE102010056262A1 - Abdeckeinrichtung für einen elektrischen Pol einer Batteriezelle, Batteriezelle und Verfahren zum Abdecken eines Pols einer Batteriezelle

Info

Publication number: DE102010056262A1
Application number: DE102010056262A
Authority: DE
Inventors: Roman Ranzinger; Johannes Dorsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-25
Also published as: DE102010056262B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abdeckkappe (18) für einen elektrischen Pol (12) einer Batteriezelle (10), welche aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildet und zerstörungsfrei von dem Pol (12) abnehmbar ist. Bei Anbringung der Abdeckkappe (18) an dem Pol (12) verhindert diese eine Berührung des Pols (12) mit einen Gegenstand eines Durchmessers von 12,5 mm, jedoch ermöglicht wenigstens eine Öffnung (22) der Abdeckkappe (18) ein Kontaktieren des Pols (12) mit einem Messfühler. So braucht zum Messen elektrischer Größen der Batteriezelle (10) die Abdeckkappe (18) nicht von dem Pol (12) abgenommen zu werden, und dennoch ist der Pol (12) berührsicher geschützt. Des Weitern betrifft die Erfindung eine Batteriezelle (10) mit einer solchen Abdeckkappe (18) sowie ein Verfahren zum Abdecken eines Pols (12) einer Batteriezelle (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckeinrichtung für einen elektrischen Pol einer Batteriezelle, welche aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildet und zerstörungsfrei von dem Pol abnehmbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batteriezelle mit einer solchen Abdeckeinrichtung und ein Verfahren zum Abdecken eines elektrischen Pols einer Batteriezelle.
An dem elektrischen Pol einer Batteriezelle, welcher auch als Terminal bezeichnet wird, kann die elektrische Spannung der Batteriezelle abgegriffen werden. Bei der Handhabung und Montage von mehreren Batteriezellen einer Batterie gilt es zu verhindern, dass die elektrischen Pole kurzgeschlossen werden. Jedoch auch der Kontakt eines Pols mit einem elektrisch leitfähigen Gehäuse der Batteriezelle kann negative Folgen haben. Ein Kurzschlussstrom kann zur Freisetzung großer Hitze führen, welche wiederum die Batteriezelle thermisch schädigen oder bei einer Bedienperson Verbrennungen hervorrufen kann. Insbesondere bei einem Kurzschluss über eine induktive Last kann ein Lichtbogen entstehen. Des Weiteren kann ein Kurzschluss oder eine andere elektrisch leitfähige Verbindung zu einem unbeabsichtigten Tiefentladen der Batteriezelle führen, welches die Batteriezelle unbrauchbar macht. Auch kann die Batteriezelle selber durch den Kurzschlussstrom zerstört werden.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, während der Handhabung von Batteriezellen, etwa im Rahmen ihrer Montage zu einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, einen Anschlussstift des elektrischen Pols mit einer Abdeckkappe zu versehen. Für eine Messung elektrischer Größen der Batteriezelle wird dann die Abdeckkappe wieder entfernt. Dies ist insbesondere dann aufwändig, wenn während der Montage Messungen an einer Vielzahl von einzelnen Batteriezellen der Traktionsbatterie vorgenommen werden sollen.
Aus der DE 20 2005 019 009 U1 ist eine, dort als Servicekappe bezeichnete, Abdeckeinrichtung bekannt, welche auf einen Batteriepol einer Blei-Säure-Batterie aufgesteckt wird. Durch eine oberseitige Öffnung der Servicekappe tritt eine Poleinlage aus Messing hindurch, welche mit einem Grundkörper des Batteriepols verschraubt ist. Über die freiliegende Poleinlage kann an den Batteriepol eine Polklemme angeschraubt werden. Eine Mantelfläche der Servicekappe umschließt den oberen Bereich des zylindrischen Grundkörpers und weist Öffnungen auf, durch welche die Spitze eines Messfühlers hindurchgesteckt werden kann.
Des Weiteren beschreibt die DE 92 08 963 U1 eine Polschraube für eine Traktionsbatterie, wobei ein Schraubenkopf mit einem Kunststoff umspritzt ist. In der durch Umspritzen mit dem Schraubenkopf fest verbundenen Kunststoffkappe ist eine kleine Öffnung vorgesehen, durch welche ein Messstift eines Spannungsmessgeräts eingesteckt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sichere und zugleich praktische Abdeckeinrichtung der eingangs genannten Art, eine Batteriezelle mit einer solchen Abdeckeinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Abdecken eines elektrischen Pols einer Batteriezelle zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Abdeckeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung verhindert bei Anbringung derselben an dem elektrischen Pol ein Berühren des elektrischen Pols mit einem Gegenstand eines Durchmessers von ≥ 12,5 mm. Jedoch ermöglicht wenigstens eine Öffnung der Abdeckeinrichtung ein Kontaktieren des elektrischen Pols mit einem Messfühler eines Durchmessers von weniger als 12,5 mm. Die Abdeckeinrichtung bietet somit zuverlässigen Schutz vor einer Berührung des Pols der Batteriezelle mit einem der Norm DIN EN 60529 entsprechenden Norm-Finger, so dass sowohl ein Kurzschließen des elektrischen Pols als auch eine Berührung mit dem Finger einer Bedienperson ausgeschlossen ist. Die Abdeckeinrichtung ist somit besonders sicher.
Zugleich ist sie besonders praktisch, da über die wenigstens eine Öffnung der Messfühler den Pol kontaktieren kann, so dass während der Handhabung und/oder der Montage von Batteriezellen deren elektrische Größen erfasst werden können. Dadurch, dass zum Erfassen von elektrischen Messgrößen die Abdeckeinrichtung nicht abgenommen zu werden braucht, ergibt sich eine deutliche Verringerung des Arbeitsaufwands. Dies gilt insbesondere wenn eine große Anzahl von Batteriezellen zur Bildung einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug zusammengebaut werden sollen. Bei einer Traktionsbatterie mit Lithium-Ionen-Batteriezellen, welche für einen Personenkraftwagen vorgesehen ist, können nämlich bei zwei elektrischen Polen je Batteriezelle derzeit bis zu 1.200 Abdeckeinrichtungen vorhanden sein. Bei anderen, insbesondere zukünftigen, Anwendungen oder bei einer Traktionsbatterie für ein Nutzfahrzeug kann die Anzahl der Abdeckeinrichtungen auch weit größer sein. Diese Abdeckeinrichtungen brauchen vorliegend erst dann von den Polen abgenommen werden, wenn die Pole mit einer elektrischen Leitung verbunden werden sollen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abdeckeinrichtung einen zu einer Seite hin offenen Grundkörper, welcher bei Anbringung der Abdeckeinrichtung an dem Pol der Batteriezelle dem Abdecken einer Basis des Pols dient. Da auch die, beispielsweise quaderförmige, Basis des Pols spannungsführend ist, schützt bei dieser Ausgestaltung die abnehmbare Abdeckeinrichtung den elektrischen Pol vollständig, ohne dass hierfür mehrere, unterschiedliche Abdeckungen vorgesehen zu werden brauchen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abdeckeinrichtung einen zylindrischen Dom zum Abdecken eines Anschlussstifts des Pols. An einem solchen Anschlussstift kann nämlich besonders leicht eine ungewollte Berührung durch eine Bedienperson erfolgen.
Wenn an einer Oberseite des Doms die Öffnung ausgebildet ist, kann über diese der Anschlussstift des Pols mit dem Messfühler kontaktiert werden.
Zusätzlich, bevorzugt jedoch alternativ, kann eine Öffnung für den Messfühler durch eine rohrförmige Hülse bereitgestellt sein. Es ist nämlich besonders günstig, durch die rohrförmige Hülse hindurch die Basis des elektrischen Pols der Batteriezelle mit dem Messfühler zu kontaktieren, da sich so verlässlichere Messergebnisse erzielen lassen, als dies der Fall ist, wenn die elektrischen Größen an dem Anschlussstift des Pols abgegriffen werden.
Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Dom eine größere Höhe aufweist als die rohrförmige Hülse, erleichtert dies die Handhabung der Abdeckeinrichtung beim Anbringen an dem elektrischen Pol oder beim Abnehmen von diesem.
Wenn die Abdeckeinrichtung aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist, kann ein besonders guter Halt derselben an dem elektrischen Pol erreicht werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Abdeckeinrichtung aus einem Weich-Elastomer gebildet ist, welches eine Shore-Härte von Shore-A = 60 bis 70 aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einer erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn ein zylindrischer Dom zum Abdecken eines Anschlussstifts des Pols eine größere Länge aufweist als der Anschlussstift des Pols. Dies erleichtert das Abnehmen der Abdeckeinrichtung von dem Pol bzw. das Anbringen an selbigem, da die Abdeckeinrichtung leicht an dem Dom ergriffen werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdecken eines elektrischen Pols einer Batteriezelle wird eine aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildete und zerstörungsfrei von dem Pol abnehmbare Abdeckeinrichtung an dem Pol angebracht. Dies erfolgt derart, dass ein Berühren des Pols mit einem Gegenstand eines Durchmessers von ≥ 12,5 mm verhindert, aber ein Kontaktieren des Pols mit einem Messfühler eines Durchmessers von weniger als 12,5 mm ermöglicht wird.
Die für die erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Batteriezelle und für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Batteriezelle einer Lithium-Ionen-Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, wobei ein Batteriepol der Batteriezelle durch eine berührsichere Abdeckkappe geschützt ist, welche zugleich eine Zugänglichkeit zu dem Batteriepol mit einem Messfühler ermöglicht;
2 eine vergrößerte Perspektivansicht der Abdeckkappe; und
3 die Abdeckkappe gemäß 2 in einer Ansicht von unten.
Eine Batteriezelle 10 für eine Lithium-Ionen-Traktionsbatterie eines Fahrzeugs weist zwei Batteriepole 12 auf, von denen vorliegend lediglich einer gezeigt ist. Der Batteriepol 12, welcher auch als Terminal bezeichnet wird, umfasst einen quaderförmigen Sockel 14 und einen von dem Sockel 14 nach oben abstehenden Gewindestift 16. Eine Abdeckkappe 18 deckt den Sockel 14 und den Gewindestift 16 berührsicher ab. Dadurch wird verhindert, dass es beim Hantieren mit der Batteriezelle 10, beispielsweise im Rahmen der Montage der Traktionsbatterie, zu einem Kurzschluss kommt, etwa, wenn sich Gewindestifte 16 verschiedener Batteriezellen 10 berühren, oder wenn der Batteriepol 12 mit einem elektrisch leitfähigen Gehäuse einer weiteren Batteriezelle 10 in Kontakt gerät.
Um dennoch eine Zugänglichkeit zu dem Batteriepol 12 für Messzwecke zu schaffen, weist die Abdeckkappe 18 vorliegend eine rohrförmige Hülse 20 auf, deren Öffnung 22 einen Zugang zu dem Sockel 14 des Batteriepols 12 mit einem Messfühler gestattet, jedoch eine Berührung des Sockels 14 mit dem Finger einer Bedienperson ausschließt. Um die Zugänglichkeit zu dem Batteriepol 12 mit einem Finger zu verhindern und der DIN EN 60529 Genüge zu tun, ist ein kleinster Durchmesser der Öffnung 22 geringer als 12,5 mm.
Die Abdeckkappe 14 umfasst einen quaderförmigen und nach unten hin offenen Grundkörper 24, welcher den Sockel 14 des Batteriepols 12 vollständig umgibt. Um eine sichere Anlage des Grundkörpers 24 am Sockel 14 zu erreichen, sind an den Innenseiten von Seitenwänden 26 des Grundkörpers 24 Rippen 28 vorgesehen (vgl. 3). In alternativen Ausführungsformen können andersartige, zum Ausbilden eines Reibschlusses mit dem Sockel 14 ausgelegte Vorsprünge, etwa in Form von Noppen, vorgesehen sein.
Ein an seiner Oberseite geschlossener Dom 30 der Abdeckkappe 18 umschließt den Gewindestift 16 des Batteriepols 12 und überragt diesen, so dass die Abdeckkappe 18 durch Ergreifen derselben an dem Dom 30 leicht von dem Batteriepol 12 abgenommen werden kann. Der Dom 30 ist mit der rohrförmigen Hülse 20 über einen Verbindungssteg 32 verbunden, welcher die Steifigkeit der Abdeckkappe 18 insbesondere im Bereich der Hülse 20 und des Doms 30 erhöht. Zur weiteren Versteifung sind vorliegend zusätzlich Versteifungsrippen 34 vorgesehen, welche die Hülse 20 und den Dom 30 abstützen.
Die Abdeckkappe 18 ist bevorzugt aus einen thermoplastischen Elastomer mit einer Shore-Härte von Shore-A = 65 gebildet, also aus einem weichen, nicht-leitenden Kunststoff, welcher das Anbringen der Abdeckkappe 18 an dem Batteriepol 12 erleichtert.
In alternativen Ausführungsformen kann anstelle der rohrförmigen Hülse 20 lediglich ein Dom vorgesehen sein, welcher die zum Einführen des Messfühlers geeignete Öffnung aufweist. Ein solcher Dom kann den Gewindestift 16 des Batteriepols 12 um 5 mm bis 10 mm überragen. Der Dom kann über einen Formschluss oder über einen Reibschluss an den Gewindegängen des Gewindestifts 16 haften und so für eine sichere Anbringung der Abdeckkappe an dem Batteriepol 12 sorgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202005019009 U1 [0004]
DE 9208963 U1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60529 [0008]
DIN EN 60529 [0025]

Claims

Abdeckeinrichtung für einen elektrischen Pol (12) einer Batteriezelle (10), welche aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildet und zerstörungsfrei von dem Pol (12) abnehmbar ist, wobei die Abdeckeinrichtung (18) bei Anbringung derselben an dem elektrischen Pol (12) zwar ein Berühren desselben mit einem Gegenstand eines Durchmessers von 12,5 mm verhindert, jedoch wenigstens eine Öffnung (22) der Abdeckeinrichtung (18) ein Kontaktieren des Pols (12) mit einem Messfühler eines Durchmessers von weniger als 12,5 mm ermöglicht.
Abdeckeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung (18) einen zu einer Seite hin offenen Grundkörper (24) zum Abdecken einer Basis (14) des Pols (12) umfasst.
Abdeckeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung (18) einen zylindrischen Dom (30) zum Abdecken eines Anschlussstifts (16) des Pols (12) umfasst.
Abdeckeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberseite des Doms (30) die Öffnung ausgebildet ist.
Abdeckeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Öffnung (22) für den Messfühler durch eine rohrförmige Hülse (20) bereitgestellt ist.
Abdeckeinrichtung nach Anspruch 5 in dessen Rückbezug auf Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (30) eine größere Höhe aufweist als die rohrförmige Hülse (20).
Abdeckeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung (18) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.
Batteriezelle mit einer Abdeckeinrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein, insbesondere an seiner Oberseite geschlossener, zylindrischer Dom (30) zum Abdecken eines Anschlussstifts (16) des Pols (12) eine größere Länge aufweist als der Anschlussstift (16) des Pols (12).
Verfahren zum Abdecken eines elektrischen Pols (12) einer Batteriezelle (10), bei welchem eine aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gebildete und zerstörungsfrei von dem Pol (12) abnehmbare Abdeckeinrichtung (18) an dem Pol (12) angebracht wird, so dass ein Berühren desselben mit einem Gegenstand eines Durchmessers von 12,5 mm verhindert, aber ein Kontaktieren des Pols (12) mit einem Messfühler eines Durchmessers von weniger als 12,5 mm ermöglicht wird.