DE102012204375A1

DE102012204375A1 - Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers, elektrischer Energiespeicher und Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers

Info

Publication number: DE102012204375A1
Application number: DE201210204375
Authority: DE
Inventors: Oliver Gerundt; Andreas Eichendorf; Rene Deponte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2013139516A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers mit: mindestens zwei Endbereichen, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen und die dazu ausgelegt sind, jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile in dem Durchgangsloch aufzunehmen und dadurch die mindestens zwei Bauteile zu verbinden und einem verformbaren Mittelbereich, der zwischen den zwei Endbereichen der Zugeinrichtung angeordnet ist und der dazu ausgelegt ist, bei dem Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers auftretende Längenänderungen zwischen den mindestens zwei Bauteilen aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers, einen elektrischer Energiespeicher und ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers.
Stand der Technik
Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen oder anderen elektrisch betriebenen Maschinen werden häufig aus einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt, welche in Reihe geschaltet werden, um die nötige Leistung beziehungsweise Hochspannung bereitstellen zu können. Hierzu werden beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren verwendet. Zur Ausbildung von Reihenschaltungen müssen die einzelnen Batteriezellen dabei untereinander verbunden werden.
Die Druckschrift DE 41 23 361 C2 beschreibt eine Akkumulatorenbatterie, deren Zellen auf der Oberseite des Gehäuses durch an den Zellenpolen angebrachten Zellenverbinder elektrisch verbunden sind, wobei die Zellenverbinder zur Überwachung des Betriebszustandes der Batterie mit einem Messwiderstand und Anschlüssen für Messeinrichtungen versehen sind.
Bei der dort beschrieben Akkumulatorenbatterie sind Bleiakkumulatoren vorgesehen, die ununterbrochenen starken Zyklenbelastungen unterliegen und deren Zellen auf der Oberseite des Gehäuses durch an den Zellenpolen angebrachte Zellenverbinder elektrisch verbunden sind, wobei die Zellenverbinder zur Überwachung des Betriebszustandes der Batterie mit einem Messwiderstand und Anschlüssen für Messeinrichtungen versehen sind, wobei der Messwiderstand ein mittlerer Teilabschnitt eines über seine volle Länge starren Zellenverbinders ist.
Die Druckschrift DE 25 58 456 C2 beschreibt einen Energiespeicher für Elektrofahrzeuge mit Akkumulatorenbatterien in Form von mehreren separat handhabbaren Untereinheiten, deren Endkontakte mit entsprechenden Gegenkontakten im Fahrzeug für einen automatischen elektrischen Anschluss korrespondieren, wobei die Untereinheiten von beiden Seiten des Fahrzeugs quer zu dessen Längsachse einschiebbar sind, wobei zur elektrischen Verbindung der Untereinheiten miteinander und mit dem Fahrzeug ein Verbindungsteil vorgesehen ist, der aus zwei gleichförmig ausgebildeten, spiegelsymmetrisch angeordneten und miteinander befestigten Kunststoffteilen besteht, die sich in der Mitte des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und jeweils Stecker aufweisen, die bei eingeschobenen Untereinheiten in Steckbuchsen eingreifen.
Bei einer Kühlung eines elektrischen Energiespeichers mit einer Kühlplatte durch Wärmeleitung ist es wichtig, dass die den Wärmefluss übertragenden Oberflächen der Komponenten des elektrischen Energiespeichers eine gute Anbindung zu einander haben. Luft zwischen einer Kühlplatte und einer Zelle wirken dabei wie ein Wärmeisolator.
Daher werden die Zellen und die Kühlplatte zu einander verspannt. Eine bekannte Lösung ist die Verspannung der Zellen gegen die Kühlplatte mit einer Exzenterscheibe. Zum Spannen der Zellen gegen die Kühlplatte ist in der Exzenterscheibe eine Nut, deren Abstand sich zum Drehpunkt der Exzenterscheibe hin verändert. Über die Drehung der Exzenterscheibe können die Zellen und die Kühlplatte miteinander verspannt werden. Die Fixierung der Bauteile erfolgt über Muttern.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers mit: mindestens zwei Endbereichen, die jeweils ein Durchgangsloch aufweisen und die dazu ausgelegt sind, jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile in dem Durchgangsloch aufzunehmen und dadurch die mindestens zwei Bauteile zu verbinden und einem verformbaren Mittelbereich, der zwischen den zwei Endbereichen der Zugeinrichtung angeordnet ist und der dazu ausgelegt ist, bei dem Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers auftretende Längenänderungen zwischen den mindestens zwei Bauteilen aufzunehmen.
Die Erfindung schafft ferner einen elektrischen Energiespeicher mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen von Bauteilen des elektrischen Energiespeichers und einer Mehrzahl von als Bauteile des elektrischen Energiespeichers vorgesehenen Energiespeicherzellen, welche jeweils mit der Kühleinrichtung durch eine Zugeinrichtung verbindbar sind.
Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers, mit den Schritten: Ausbilden einer Zugeinrichtung und Aufstecken der Zugeinrichtung auf jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers.
Vorteilhafterweise können die Exzenterscheibe und die zugehörigen Schrauben und Muttern durch eine Zugeinrichtung in Form einer einfachen Federplatte ersetzt werden. Damit werden die Montage des elektrischen Energiespeichers und die Bauteile des elektrischen Energiespeichers einfacher und kostengünstiger.
Die Zugeinrichtung kann vorteilhaft über die gesamte Lebenszeit des elektrischen Energiespeichers eine konstante, durch ihre Federkennlinie vorgegebene Kraft übertragen. Es können damit Setzvorgänge der Zellen vorgehalten werden.
Durch die über gesamte Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers hinweg konstante Kraft der Zugeinrichtung ist in vorteilhafter Weise immer eine satt aufliegende Anbindung der Komponenten des elektrischen Energiespeichers aneinander gewährleistet. Es entstehen somit keine Fehlstellen im Kontaktbereich der Oberflächen der Komponenten. Dies ermöglicht eine ausreichende Wärmeübertragung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mittelbereich eine Ausnehmung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die mindestens zwei Endbereiche jeweils eine Montageeinrichtung auf, welche zur Montage der Zugeinrichtung vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Montageeinrichtungen jeweils ein oder mehrere weitere Durchgangslöcher auf, die zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Montageeinrichtungen jeweils als ein gebogener Flansch ausgeführt, der zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine der Montageeinrichtungen als ein gebogener Flansch ausgeführt, der zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen ist, und die andere Montageeinrichtung weist ein oder mehrere weitere Durchgangslöcher auf, die zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der verformbare Mittelbereich der Zugeinrichtung mindestens eine Konturlinie auf, durch welche eine Federkennlinie des verformbaren Mittelbereiches vorgebbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Zugeinrichtungen beim Aufstecken auf die Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers gleichzeitig durch ein in die Montageeinrichtungen der Zugeinrichtungen eingreifendes Montagewerkzeug gedehnt.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit über die Zugeinrichtungen mit einer Kühleinrichtung verbundenen Energiespeicherzellen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
4 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In den Figuren der Zeichnung, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine Zugeinrichtung 5 zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers 60 umfasst mindestens zwei Endbereiche 10A, 10C und einen elastisch verformbaren Mittelbereich 20.
Die Zugeinrichtung 5 ist beispielsweise als eine Federplatte oder als eine aus einem flachen Metallband gebildete Blattfeder oder als ein sonstiges Stanzbiegeteil aus Federstahl oder aus einem sonstigen Metall ausgeführt.
Die mindestens zwei Endbereiche 10A, 10C weisen jeweils ein Durchgangsloch 12A, 12B auf und sind dazu ausgelegt, jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile in dem Durchgangsloch 12A, 12B aufzunehmen und dadurch die mindestens zwei Bauteile zu verbinden.
Die Durchgangslöcher 12A, 12B sind beispielsweise als Langlöcher ausgeführt und dienen einer Kraftübertragung auf die Vorwölbung.
Die Vorwölbungen der mindestens zwei Bauteile sind beispielsweise als jeweils in die Durchgangslöcher 12A, 12B eingreifende Bolzen ausgeführt.
Der Mittelbereich 20 ist zwischen den zwei Endbereichen 10A, 10C der Zugeinrichtung angeordnet und dazu ausgelegt, bei dem Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers auftretende Längenänderungen zwischen den mindestens zwei Bauteilen aufzunehmen.
Der Mittelbereich 20 weist eine Ausnehmung 22 auf. Durch den Umriss des Mittelbereichs 20 und die Form der Ausnehmung 22 sind eine oder mehrere Konturlinien 21 vorgegeben, durch welche eine Federkennlinie des verformbaren Mittelbereichs 20 vorgebbar ist. Die Konturlinie 21 ist beispielsweise durch Stanzen in die Zugeinrichtung 5 eingebracht und bestimmt die Federkennlinie des verformbaren Mittelbereichs 20 und damit der Zugeinrichtung 5. Mittels einer Simulation und einer Berechnung lassen sich beispielsweise progressive oder degressive Federkennlinien erreichen.
Die Endbereiche 10A, 10C weisen jeweils eine Montageeinrichtung 11A, 11B in Form eines oder mehrere weiterer Durchgangslöcher auf, die zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs bei der Montage vorgesehen sind.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Abweichend von der 1 ist die in der 2 dargestellte Zugeinrichtung 5 mit verschiedenartigen Endbereichen 10A, 10A ausgebildet.
Die Montageeinrichtungen 11A, 11B der Endbereiche 10A, 10A sind jeweils als ein gebogener Flansch ausgeführt, der zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen ist.
Die gebogenen Flansche sind dabei derart ausgebildet, dass die Zugeinrichtung 5 mit einem Montagewerkzeug montierbar ist.
Die weiteren in der 2 dargestellten Bezugszeichen sind bereits in der zu der 1 zugehörigen Figurenbeschreibung beschrieben und werden daher nicht weiter erläutert.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit über die Zugeinrichtungen mit einer Kühleinrichtung verbundenen Energiespeicherzellen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Ein elektrischer Energiespeicher 60 umfasst eine Kühleinrichtung 52 als ein erstes Bauteil des elektrischen Energiespeichers 60 und eine Mehrzahl von weiteren Bauteilen, beispielsweise elektrische Energiespeicherzellen 40.
Die Kühleinrichtung 52 ist zum Kühlen der weiteren Bauteile des elektrischen Energiespeichers 60 vorgesehen. Die elektrische Energiespeicherzellen 40 sind jeweils mit der Kühleinrichtung 52 durch eine Zugeinrichtung 5 verbindbar.
Zur Montage des elektrischen Energiespeichers 60 werden die als Module ausgebildeten elektrischen Energiespeicherzellen 40 mit einer Montagevorrichtung gegen die Kühleinrichtung 52 gedrückt.
Anschließend werden mittels des Montagewerkzeuges die Zugeinrichtungen 5 auseinander gezogen. Die Zugeinrichtungen 5 werden auf die als Verbindungspunkte vorgesehenen Vorwölbungen der elektrischen Energiespeicherzellen 40 und auf die Verbindungspunkte zweier an die Kühleinrichtung 51 angeordneten Profilstangen 50, 51 aufgesetzt.
Die Profilstangen 50, 51 weisen beispielsweise ein U-förmiges oder T-förmiges Profil auf und sind beispielsweise als im Strangpressverfahren hergestellte Konstruktionsprofile, auch Montageprofile genannt, ausgeführt.
Neben der in der 3 gezeigten Verspannung eines Stapels von elektrischen Energiespeicherzellen 40 mit der Kühleinrichtung 52 ist auch eine als Boxer-Anordnung bezeichnete Verspannung zweier Stapel von elektrischen Energiespeicherzellen 40 mit einer zwischen den beiden Stapel angebrachten Kühleinrichtung 52 vorgesehen. Dabei werden die Zugeinrichtungen 5 jeweils auf zwei gegenüberliegende elektrische Energiespeicherzellen 40 der beiden Stapel aufgesteckt und so eine Koppelung der Kühleinrichtung 52 mit beiden Stapeln erreicht.
Die 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Ausbilden S1 einer Zugeinrichtung 5. In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Aufstecken S2 der Zugeinrichtung 5 auf jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers 60.
Beispielsweise werden bei dem Verfahren in dem zweiten Verfahrensschritt beim Aufstecken S2 der Zugeinrichtung 5 auf die Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile die Zugeinrichtungen 5 gedehnt. Dies geschieht durch ein gleichzeitiges Eingreifen eines Montagewerkzeuges in die Montageeinrichtungen 11A, 11B der Zugeinrichtungen 5, wobei durch das Montagewerkzeug eine Zugspannung auf die Zugeinrichtung 5 ausgeübt wird.
Bei einem weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines elektrischen Energiespeichers werden die elektrischen Energiespeicherzellen 40 mit einer Montagevorrichtung gegen die Kühleinrichtung 52 gedrückt.
Damit es zu keinem Verzug beim Verspannen der elektrischen Energiespeicherzellen 40 kommt, werden die elektrischen Energiespeicherzellen 40 auf einer Seite in eine der Profilstangen 50, 51 lose eingehängt und dann auf der anderen Seite verspannt.
Ferner können die Zugeinrichtungen 5 auf die Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile und auf die Vorwölbungen der Profilstangen 50, 51 gleichzeitig aufgebracht werden.
Ferner können beispielsweise die Profilstangen 50, 51 analog zur Zugeinrichtung 5 Bereiche aufweisen, die eine elastische Verformung der Profilstangen 50, 51 zulassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4123361 C2 [0003]
DE 2558456 C2 [0005]

Claims

Zugeinrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers (60) mit: – mindestens zwei Endbereichen (10A, 10C), die jeweils ein Durchgangsloch (12A, 12B) aufweisen und die dazu ausgelegt sind, jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile in dem Durchgangsloch (12A, 12B) aufzunehmen und dadurch die mindestens zwei Bauteile zu verbinden; und – einem verformbaren Mittelbereich (20), der zwischen den zwei Endbereichen (10A, 10C) der Zugeinrichtung angeordnet ist und der dazu ausgelegt ist, bei dem Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers (60) auftretende Längenänderungen zwischen den mindestens zwei Bauteilen aufzunehmen.
Zugeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der verformbare Mittelbereich (20) eine Ausnehmung (22) aufweist.
Zugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die mindestens zwei Endbereiche (10A, 10C) jeweils eine Montageeinrichtung (11A, 11B) aufweisen, welche zur Montage der Zugeinrichtung vorgesehen ist.
Zugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Montageeinrichtungen (11A, 11B) jeweils ein oder mehrere weitere Durchgangslöcher aufweisen, die zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen sind.
Zugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Montageeinrichtungen (11A, 11B) jeweils als ein gebogener Flansch ausgeführt sind, der zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen ist.
Zugeinrichtung nach Anspruch 3, wobei eine der Montageeinrichtungen (11A) als ein gebogener Flansch ausgeführt ist, der zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen ist, und die andere Montageeinrichtung (11B) ein oder mehrere weitere Durchgangslöcher aufweist, die zum Eingreifen eines Montagewerkzeugs vorgesehen sind.
Zugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der verformbare Mittelbereich (20) der Zugeinrichtung mindestens eine Konturlinie (21) aufweist, durch welche eine Federkennlinie des verformbare Mittelbereiches (20) vorgebbar ist.
Elektrischer Energiespeicher (60), mit: – einer Kühleinrichtung (52) zum Kühlen von Bauteilen des elektrischen Energiespeichers (60); und – einer Mehrzahl von als Bauteile des elektrischen Energiespeichers (60) vorgesehene Energiespeicherzellen (40), welche jeweils mit der Kühleinrichtung (52) durch eine Zugeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verbindbar sind.
Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen eines elektrischen Energiespeichers (60), mit den Schritten: – Ausbilden (S1) einer Zugeinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und – Aufstecken (S2) der Zugeinrichtung (5) auf jeweils eine Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers (60).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei mehrere Zugeinrichtungen (5) beim Aufstecken (S2) auf die Vorwölbung der mindestens zwei Bauteile des elektrischen Energiespeichers (60) gleichzeitig durch ein in die Montageeinrichtungen (11A, 11B) der Zugeinrichtungen (5) eingreifendes Montagewerkzeug gedehnt werden.