DE102012002355A1 - Electrical conductor for vehicle e.g. motor car, has connectors which in parallel to memory cell pack or memory cell, and cross section of electric conductor over entire extension is not constant while current density is constant - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung einen elektrischen Leiter als Verbinder einer Mehrzahl in Parallelschaltung elektrisch zu einem Speicherzellen-Pack zusammengeschalteter oder zusammenschaltbarer Speicherzelle. Die Erfindung betrifft ferner ein Speicherzellen-Pack mit zumindest einem derartigen elektrischen Leiter sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Speicherzellen-Pack.The invention relates according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind seit langem elektrische Leiter, auch als Verbinder oder Stromschienen bezeichnet, bekannt, um eine Mehrzahl Speicherzellen zu einem Speicherzellen-Pack untereinander zu verbinden bzw. zusammenzuschalten. Besagte Speicherzellen, welches Batterien oder Akkumulatoren sein können, werden dabei parallel und/oder seriell bzw. in Reihe miteinander verbunden, um für einen bestimmten Anwendungsfall eine bestimmte Kapazität, eine höhere Strombelastbarkeit und/oder eine höhere Gesamtspannung zu erreichen. So ist aus der
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Leiter der eingangs bestimmten Gattung zu schaffen, der für einen aktuell vorgesehenen Anwendungsfall optimal an die daraus resultierende elektrische Belastung desselben angepasst ist.On this basis, it is an object of the invention to provide an electrical conductor of the type specified, which is adapted for a currently intended application optimally to the resulting electrical load of the same.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch einen elektrischen Leiter als Verbinder einer Mehrzahl in Parallelschaltung elektrisch zu einem Speicherzellen-Pack zusammengeschalteter oder zusammenschaltbarer Speicherzellen mit einem Querschnitt gebildet, der seinerseits über die Gesamterstreckung „l” des elektrischen Leiters gesehen nicht konstant respektive derart unterschiedlich ist, dass die Stromdichte, welche bekanntermaßen die Verteilung des elektrischen Stroms in einem Leiter kennzeichnet, als Maß für die elektrische Belastbarkeit des Leiters über besagte Gesamterstreckung „l” desselben weitestgehend konstant ist.According to the invention, the object is formed by an electrical conductor as a connector of a plurality of parallel electrically connected to a memory cell pack or interconnected memory cells with a cross section, which in turn over the total extension "l" of the electrical conductor seen is not constant or so different that the current density, which is known to characterize the distribution of electrical current in a conductor, as a measure of the electrical Resilience of the conductor over said total extension "l" of the same is largely constant.
Besagte Stromdichte definiert sich bekanntermaßen als Verhältnis der Stromstärke „I” zur Querschnittsfläche „A” des elektrischen Leiters, durch die der Strom fließt. Demgemäß ist der Querschnitt des elektrischen Leiters ein wesentlicher Faktor für dessen Stromtragfähigkeit bzw. Strombelastbarkeit. Je größer der Querschnitt des Leiters, desto größer ist dessen Strombelastbarkeit. Im Hinblick darauf ist durch die erfindungsgemäße Maßnahme ein elektrischer Leiter der gattungsgemäßen Art geschaffen, dessen Querschnitt optimal an die im jeweiligen Kontaktabschnitt mit der Speicherzelle zu verzeichnende Strombelastung ausgebildet bzw. ausgelegt ist. So kann vorteilhaft bei Gewährleistung der erforderlichen Strombelastbarkeit des elektrischen Leiters über seine gesamte Erstreckung der Querschnitt des elektrischen Leiters im stromeingangsseitigen Kontaktabschnitt desselben geringer gewählt werden als im Bereich der stromausgangsseitig den elektrischen Leiter kontaktierenden Speicherzellen, woraus im Ergebnis Material-, Gewichts- und somit Kosteneinsparungen resultieren. Ein über die Gesamterstreckung „l” (Längserstreckung) des elektrischen Leiters vorgesehener konstanter Querschnitt, der seinerseits nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit der zu verzeichnenden höchsten Strombelastung ausgelegt ist, ist durch die erfindungsgemäße Maßnahme vorteilhaft vermieden. Der Querschnitt des erfindungsgemäßen elektrischen Leiters ist somit über die Gesamterstreckung „l” desselben derart unterschiedlich gewählt, dass er jeweils die lokal auftretenden Stromstärken verkraftet und über die Gesamterstreckung „l” des elektrischen Leiters gesehen eine weitestgehend konstante Stromdichte gewährleistet.As is known, said current density is defined as the ratio of the current intensity "I" to the cross-sectional area "A" of the electrical conductor through which the current flows. Accordingly, the cross section of the electrical conductor is an essential factor for its current carrying capacity or current carrying capacity. The larger the cross section of the conductor, the greater its current carrying capacity. In view of this, an electrical conductor of the generic type is created by the measure according to the invention, whose cross-section is optimally designed or designed to be in the respective contact portion with the memory cell current load. Thus, while ensuring the required current-carrying capacity of the electrical conductor over its entire extent, the cross-section of the electrical conductor in the current-input-side contact section can be selected to be lower than in the region of the memory cells contacting the electrical output side, resulting in material, weight and thus cost savings , A constant cross-section provided over the total extension "l" (longitudinal extension) of the electrical conductor, which in turn is designed according to the prior art as a function of the highest current load to be recorded, is advantageously avoided by the measure according to the invention. The cross-section of the electrical conductor according to the invention is thus chosen so different over the total extension "l" that he each coped with the locally occurring currents and over the total extension "l" of the electrical conductor ensures a largely constant current density.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist der elektrische Leiter durch ein Metallband mit einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Kontaktabschnitte für die zusammengeschalteten oder zusammenschaltbaren Speicherzellen gebildet, wobei der Querschnitt des Leiters respektive des Metallbands von Kontaktabschnitt zu Kontaktabschnitt sich diskontinuierlich oder kontinuierlich ändert. Diese Maßnahme resultiert aus der Erkenntnis, dass die Strombelastbarkeit eines elektrischen Leiters nicht proportional zum Querschnitt ist, sondern auch von dessen Form, der Umgebungstemperatur, dem Leitermaterial und der Verlegeart des Leiters bestimmt wird. Zwar sind mit einer diskontinuierlichen, beispielsweise stufenförmigen Querschnittsänderung bereits sehr gute Ergebnisse bzgl. Stromtragfähigkeit und Materialminderung erzielbar, jedoch kann es sich gegebenenfalls auch als vorteilhaft erweisen, diese Ergebnisse noch weiter zu optimieren, indem der Querschnitt durch kontinuierliche Änderung desselben exakt an die lokalen Erfordernisse angepasst wird. So kann die Querschnittsänderung über die Gesamterstreckung „l” des Leiters gesehen auch geradlinig oder kurvenförmig sein. Der jeweils lokal erforderliche Leiterquerschnitt ist dabei durch Berechnung und/oder empirisch ermittelbar bzw. aus entsprechenden Normvorschriften entnehmbar. In Bezug auf die geltende Parallelschaltung von Speicherzellen weist der elektrische Leiter demnach vorteilhaft leitungseingangsseitig einen geringeren Querschnitt als leitungsausgangsseitig auf. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in jedem Kontaktabschnitt des elektrischen Leiters eine Anschlusskontur zur Verbindung des elektrischen Leiters mit einem Anschlusselement der jeweiligen Speicherzelle vorgesehen. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Bestückung des Speicherzellen-Packs mit besagten Leitern respektive Verbindern ermöglicht werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlusskontur durch eine topfförmige Prägung im elektrischen Leiter mit einem Prägungsgrund gebildet, dessen Materialstärke für alle Prägungen des elektrischen Leiters annähernd gleich ist. Durch diese Maßnahme sind für das gewählte Fügeverfahren, beispielsweise Laserschweißen, und die hierzu erforderliche Fügetechnik zum Fügen des Leiters/Verbinders mit korrespondierenden Kontaktanschlüssen der Speicherzellen optimale Fügebedingungen geschaffen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Leiter derart einstückig ausgebildet, dass derselbe zwei benachbart angeordnete und in Reihe geschaltete Speicherzellen-Packs mit jeweils parallel geschalteten Speicherzellen elektrisch miteinander verbindet, wodurch der Montageaufwand für die Zusammenstellung eines beispielsweise sich aus mehreren Einzel-Speicherzellen-Packs sich ergebenden Gesamt-Speicherzellen-Packs verringert ist. Einfach und kostengünstig lässt sich der elektrische Leiter durch Ablängen eines an sich bekannten TRB (TRB = Tailor Rolled Blank) ausbilden, wobei besagtes TRB durch Walzen eines Blechbandes mit unterschiedlichen Blechdicken erzeugt ist. Einen kostengünstigen elektrischen Leiter erzielt man dadurch, dass derselbe durch einen Verbundwerkstoff, insbesondere durch einen Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff gebildet ist, bei dem vorzugsweise ein Kern des Leiters aus kostengünstigem Aluminium und die Oberfläche des Leiters zumindest abschnittsweise aus Kupfer bestehen. Gegenüber herkömmlichen elektrischen Leitern/Verbindern der gattungsgemäßen Art aus Vollmaterial, insbesondere Kupfer-Vollmaterial, sind bei Gewährleistung einer sehr guten Wärmeabgabe, eines geringen Kontaktwiderstandes und einer thermischen Kurzschlussfestigkeit überdies Gewichtsersparnisse zu verzeichnen. Mit hoher Qualität lässt sich ein derartiger Leiter aus Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff durch Kaltwalzen einer oder mehrerer Kupfer-Platinen auf eine Aluminium-Platine, durch galvanisches Beschichten einer Aluminium-Platine mit einer Kupfer-Schicht oder durch Aufspritzen einer Kupfer-Schicht auf eine Aluminium-Platine ausbilden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist der elektrische Leiter durch ein Blechpaket aus einer Mehrzahl übereinander geschichteter Einzelbleche mit einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Kontaktabschnitte für die zusammengeschalteten oder zusammenschaltbaren Speicherzellen gebildet, wobei der Querschnitt des Leiters respektive des Metallbands von Kontaktabschnitt zu Kontaktabschnitt sich diskontinuierlich oder kontinuierlich ändert. Ein derartiges Blechpaket lässt sich in Anpassung an die jeweils zu berücksichtigende Anzahl der Kontaktanschlüsse einfach und kostengünstig herstellen, indem aus einer Mehrzahl vorgehaltener verschiedener Einzelbleche gewählt wird und dieselben entsprechend zu einem Blechpaket zusammengesetzt werden.According to a preferred embodiment variant of the electrical conductor is formed by a metal strip having a plurality of successively arranged contact portions for the interconnected or interconnected memory cells, wherein the cross section of the conductor or the metal strip of contact portion to contact portion changes discontinuously or continuously. This measure results from the recognition that the current carrying capacity of an electrical conductor is not proportional to the cross section, but is also determined by its shape, the ambient temperature, the conductor material and the type of laying of the conductor. Although very good results with regard to current carrying capacity and material reduction can already be achieved with a discontinuous, for example stepped, change in cross section, it may also be advantageous to further optimize these results by adapting the cross section to the local requirements by continuously changing it becomes. Thus, the change in cross section seen over the total extension "l" of the conductor can also be rectilinear or curved. The respectively locally required conductor cross-section can be determined by calculation and / or empirically or can be taken from corresponding standard specifications. With regard to the applicable parallel connection of memory cells, the electrical conductor therefore advantageously has a smaller cross-section on the line input side than on the line output side. In a further advantageous embodiment of the invention, a connection contour for connecting the electrical conductor to a connection element of the respective memory cell is provided in each contact section of the electrical conductor. This allows a simple and inexpensive assembly of the memory cell packs with said conductors or connectors are made possible. In a further advantageous embodiment of the invention, the connection contour is formed by a cup-shaped embossing in the electrical conductor with a Prägungsgrund whose material thickness is approximately equal for all imprints of the electrical conductor. By this measure, optimum joining conditions are created for the selected joining method, for example laser welding, and the joining technique required for joining the conductor / connector with corresponding contact terminals of the memory cells. According to a further advantageous embodiment of the invention, the electrical conductor is formed integrally such that the same two adjacent arranged and connected in series memory cell packs electrically connected to each other in parallel memory cells, whereby the assembly costs for the compilation of, for example, from a plurality of single memory cells -Packs resulting in total memory cell packs is reduced. The electrical conductor can be formed simply and inexpensively by cutting to length a TRB (TRB = Tailor Rolled Blank) which is known per se, wherein said TRB is produced by rolling a sheet metal strip having different sheet thicknesses. An inexpensive electrical conductor is achieved by the fact that it is formed by a composite material, in particular by an aluminum-copper composite, in which preferably a core of the conductor made of inexpensive aluminum and the surface of the conductor at least partially made of copper. Compared to conventional electrical conductors / connectors of the generic type of solid material, in particular solid copper, weight savings are also achieved while ensuring a very good heat dissipation, a low contact resistance and a thermal short-circuit strength. Such a conductor of aluminum-copper composite material can be passed through with high quality Cold rolling of one or more copper circuit boards on an aluminum circuit board, by electroplating an aluminum circuit board with a copper layer or by spraying a copper layer on an aluminum circuit board. According to a further preferred embodiment variant of the electrical conductor is formed by a laminated core of a plurality of stacked individual sheets having a plurality of successively arranged contact portions for the interconnected or interconnected memory cells, wherein the cross section of the conductor or the metal strip of contact section to contact section changes discontinuously or continuously. Such a laminated core can be easily and inexpensively manufactured in adaptation to the respective number of contact connections to be considered by selecting from a plurality of held different individual sheets and the same are assembled to form a laminated core.
Die Erfindung betrifft auch ein Speicherzellen-Pack mit zumindest einem elektrischen Leiter der vorstehend beschriebenen Art. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Speicherzellen-Pack.The invention also relates to a memory cell pack with at least one electrical conductor of the type described above. In addition, the invention also relates to a vehicle, in particular motor vehicle, with such a memory cell pack.
Nachstehend wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiment schematically illustrated in the drawings. Show it:
Gemäß
Wie insbesondere der
Aufgrund der Parallelschaltung der Speicherzellen
Der elektrische Leiter
Demgegenüber kann es sich gegebenenfalls auch als vorteilhaft erweisen, den Querschnitt durch kontinuierliche Änderung desselben exakt an die lokalen Erfordernisse anzupassen, indem die Querschnittsänderung in Längsrichtung des Leiters
Die Verwendung eines an sich bekannten TRB (TRB = Tailor Rolled Blank) ermöglicht eine kostengünstige Formgebung besagter elektrischer Leiter
Der elektrische Leiter
Sind, wie in
Der stromeingangs- und stromausgangsseitig des Hochvoltbatteriesystems angeordnete Kontaktanschluss zum Anklemmen des Bordnetzes des Fahrzeugs
Was den elektrischen Leiter
Durch die Hersteller von Speicherzellen
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf elektrische Leiter
Sämtliche vorstehend beschriebenen elektrischen Leiter
Eine Kombination vorstehend beschriebener Maßnahmen, beispielsweise derart, dass zur Realisierung einer konstanten Stromdichte im Leiter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 33
- Elektromotorelectric motor
- 44
- Fahrzeugtunnelvehicle tunnel
- 55
- Speicherzellen-PackMemory cell pack
- 66
- Speicherzellememory cell
- 77
- elektrischer Leiter/Verbinderelectrical conductor / connector
- 8a–8c8a-8c
- Kontaktabschnittecontact portions
- 8a'–8c'8a'-8c '
- Kontaktabschnittecontact portions
- 99
- Anschlusskonturconnecting contour
- 1010
- Prägungsgrundstamping ground
- 1111
- Kerncore
- 1212
- Oberflächesurface
- 1313
- Fortsatzextension
- 1414
- Fortsatzextension
- 1515
- Blechpaketlaminated core
- 1616
- EinzelblechSingle sheet
- 11–13 11-13
-
elektrischer Strom, der von der jeweiligen Speicherzelle
6 bereitgestellt wirdelectric current coming from therespective memory cell 6 provided - „l”"L"
-
Gesamterstreckung (Längserstreckung) des elektrischer Leiters/Verbinders
7 Total extension (longitudinal extension) of the electrical conductor /connector 7 - „b”"B"
-
Breite des elektrischer Leiters/Verbinders
7 Width of the electrical conductor /connector 7 - „h”"H"
-
Höhe bzw. Dicke des elektrischer Leiters/Verbinders
7 Height or thickness of the electrical conductor /connector 7
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- US 2010/0255355 A1 [0002] US 2010/0255355 A1 [0002]
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