DE102013207535A1

DE102013207535A1 - Polverbindungsblech für eine Batterie

Info

Publication number: DE102013207535A1
Application number: DE201310207535
Authority: DE
Inventors: Guido Hofer; Martin Huber
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: DE102013207535B4

Abstract

Polverbindungsblech (100) zur Verbindung von Batteriezellen (70), das zwei leitfähige Kontaktbleche (105, 106) zur jeweiligen Kontaktierung mit einer oder mehreren Batteriezellen (70) und einen Verbindungssteg (107) aufweist, der die beiden Kontaktbleche (105, 106) leitend miteinander verbindet, wobei an dem Verbindungssteg (107) eine Sensor-Befestigungseinrichtung (120) für einen Sensor (150) vorgesehen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Polverbindungsblech zur Verbindung von Batteriezellen einer Batterie, bevorzugt zur Verwendung in Fahrzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hochvoltbatterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantrieb oder einem reinen Elektroantrieb, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Üblicherweise weisen solche Batterien mehrere Batteriezellen auf, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, die gekühlt werden müssen, um entstehende Verlustwärme abzuführen.
Die DE 10 2008 059 967 A1 beschreibt eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind. Dabei ist die Wärmeleitplatte aus einer mit einem umlaufenden Formrand versehenen Bodenplatte gebildet, in welche eine Kühlschlange eingebracht und vergossen ist.
Auch die DE 2008 034 873 A1 beschreibt eine Batterie mit mehreren in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und mit einem Kühlelement zur Kühlung der Einzelzellen. Das Kühlelement ist als ein Kühlkörper mit Aussparungen ausgebildet, in welche jeweils eine Einzelzelle zumindest teilweise in Längsausdehnung angeordnet ist.
Der Aufbau aus dem oben genannten Stand der Technik erfordert, dass beide Pole der Einzelzellen auf einer Seite, d. h. durch den oberen Zelldeckel geführt sind. Damit verkompliziert sich der Aufbau der Zellen. Darüber hinaus erfordert jede Lage von nebeneinander gestellten Einzelzellen einen eigenen Kühlkörper. Ferner ist eine exakte Ermittlung physikalischer Eigenschaften der Batteriezellen beim Betrieb der Batterie, etwa der Temperatur in den Batteriezellen, in dem beschrieben Aufbau schwierig.
Darüber hinaus ist eine Weiterentwicklung im Hinblick auf eine sichere und erschütterungsarme Befestigung der einzelnen Batteriezellen gerade in Fahrzeuganwendungen wünschenswert, nicht zuletzt, weil dadurch die Lebensdauer und Haltbarkeit der Batterie maßgeblich mitbestimmt wird.
Bei der Herstellung von Hochvoltbatterien ist es oft notwendig, eine nicht unerhebliche Anzahl von Einzelteilen in einer vordefinierten Reihenfolge unter Beachtung von Sicherheitsaspekten wie „Arbeiten unter Spannung” oder „Arbeiten bei großen Strömen” zusammenzuführen. Eine Verbesserung der Montagesicherheit stellt damit eine weitere Herausforderung bei der Konzeption von Batterien dar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Allgemein besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, wenigstens eines der oben angesprochenen Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen. Insbesondere kann eine Aufgabe der Erfindung darin bestehen, den Aufbau einer Batterie aus mehreren Batteriezellen zu verbessern, gegebenenfalls zu vereinfachen, und/oder die Genauigkeit der Erfassung physikalischer Parameter in der Batterie, etwa der Batterietemperatur zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einem Polverbindungsblech mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einer Batterie gemäß Anspruch 14 gelöst.
Das erfindungsgemäße Polverbindungsblech weist zwei leitfähige Kontaktbleche auf, die jeweils mit einer oder mehreren Batteriezellen in Kontakt bringbar sind. Vorzugsweise sind mehrere Batteriezellen zu einem Block zusammengefügt, die über ein Kontaktblech eines Polverbindungsblechs auf der einen Seite und ein Kontaktblech eines anderen Polverbindungsblechs auf der anderen Seite elektrisch parallel verbunden sind. In diesem Fall verbindet das Polverbindungsblech somit zwei Zellblöcke, die aus jeweils mehreren Batteriezellen aufgebaut sind. Vorzugsweise verbindet das Polverbindungsblech zwei Zellblöcke in Reihe. Dazu wird ein Kontaktblech mit dem Minuspol eines Zellblocks elektrisch in Verbindung gebracht und das andere Kontaktblech mit dem Pluspol eines zweiten Zellblocks elektrisch in Verbindung gebracht. Im Spezialfall weist ein Zellblock nur eine einzige Batteriezelle auf, wobei das Polverbindungsblech dann nur zwei Batteriezellen miteinander verbindet. Wenn im Folgenden von einem Zellblock die Rede ist, dann ist dieser Spezialfall eines Zellblocks, der nur eine einzige Batteriezelle aufweist, mitumfasst. Die beiden Kontaktbleche des Polverbindungsblechs sind über einen Verbindungssteg leitend miteinander verbunden. An dem Verbindungssteg des Polverbindungsblechs ist eine Sensor-Befestigungseinrichtung für einen Sensor vorgesehen, der zur Messung einer physikalischen Eigenschaft der Batterie, vorzugsweise der Temperatur, in der Umgebung eines Zellblocks vorgesehen ist.
Indem das Polverbindungsblech mit einer Sensor-Befestigungseinrichtung für einen Sensor vorgesehen ist, können die Funktionen, eine elektrische Leitung zwischen Zellblöcken herzustellen und Messungen an der Batterie vorzunehmen, synergetisch miteinander verbunden werden. Insofern vereinfacht sich der Gesamtaufbau einer Batterie, die mehrere Zellblöcke aufweist. Darüber hinaus befindet sich der Sensor in unmittelbarer Nähe zu den Zellblöcken, wodurch sich die Genauigkeit der mit dem Sensor vorgenommenen Messungen verbessern lässt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verbindet das Polverbindungsblech zwei benachbarte Zellblöcke, wobei die Sensor-Befestigungseinrichtung für den Sensor in etwa mittig zwischen den beiden Zellblöcken vorgesehen ist. In diesem Fall genügt ein Sensor für zwei Zellblöcke, wodurch die Anzahl der benötigten Sensoren gegebenenfalls halbiert werden kann.
Vorzugsweise weist der Verbindungssteg eine oder mehrere Verprägungen auf, wodurch die Sensor-Befestigungseinrichtung am Verbindungssteg gesichert werden kann, insbesondere wird dadurch ein Verrutschen der Sensor-Befestigungseinrichtung entlang des Stegs auf einfache Art und Weise unterbunden.
Vorzugsweise ist ein Sensor über die Sensor-Befestigungseinrichtung an dem Polverbindungsblech befestigt. Indem das Polverbindungsblech bereits mit einem Sensor bestückt ist, lässt sich die Montage der Batterie vereinfachen.
Vorzugsweise ist der Sensor ein Temperatursensor. Im Allgemeinen tritt in Batterien eine Temperaturentwicklung auf. Die Lebensdauer und Entladung der Batterie können von der Temperatur abhängen. Beispielsweise wird bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus beobachtet, dass mit zunehmender Temperatur die Ausfallwahrscheinlichkeit des Akkus zunimmt. Die Zyklenlebensdauer ist nicht nur abhängig von der Art und Qualität des Akkus, von der Art der Nutzung des Akkus usw., sondern auch von der Temperatur. Manche Batterien sollen vorzugsweise bei Raumtemperatur verwendet werden, denn niedrige Temperaturen während des Betriebs können ebenfalls schädlich sein. Indem ein Temperatursensor über eine Sensor-Befestigungseinrichtung direkt an dem Verbindungssteg befestigt ist, kann die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Batteriezellen gemessen werden, wodurch sich die Messgenauigkeit verbessern lässt.
Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbleche des Polverbindungsblechs parallel zueinander angeordnet, wobei diese so über den Verbindungssteg miteinander verbunden sind, dass sie in der Draufsicht auf die Kontaktbleche versetzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden benachbarte Zellblöcke platzsparend miteinander verbunden. Dabei ist die Versetzung der Kontaktbleche vorzugsweise so, dass sie in der Draufsicht nicht überlappen. Sind die Zellblöcke als Ansammlung aufrechtstehender zylindrischer Batteriezelle aufgebaut, findet gewissermaßen eine diagonale Verbindung benachbarter Zellblöcke von oben nach unten statt. Ein Sensor, der ungefähr in der Mitte des Verbindungsstegs angeordnet ist, befindet sich dadurch etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Zellblöcken, wodurch ein Sensor für zwei Zellblöcke zuständig ist.
Vorzugsweise weist mindestens eines der beiden Kontaktbleche mindestens eine Öffnung auf, wodurch ein Zugang zu den Batteriezellen im montierten oder vormontierten Zustand möglich ist. Ein Zugang zu der oder den Batteriezellen nach der Montage des Polverbindungsblechs ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem Polverbindungsblech und dem entsprechenden Pol der Batteriezelle über ein sog. Bonden erfolgt. Das Bonden kann etwa vermittels dünner Drähte (Drahtbonden), Verlöten oder auf eine andere Art und Weise erfolgen. Auch ein nachträgliches Widerherstellen defekter elektrischer Verbindungen zwischen Kontaktblech und Batteriezelle lässt sich aufgrund der Öffnung(en) einfach, ohne Demontage des Kontaktblechs bewerkstelligen. Das Bonden im vormontierten Zustand erhöht die Sicherheit bei der Montage vor etwaigen Kurzschlüssen usw.. Darüber hinaus dienen die Öffnungen als Entgasungsöffnungen im Defektfall einer Batteriezelle. In bestimmten Batterien kann es beim Überladen zu Ausgleichsreaktionen kommen, die beispielsweise die Zersetzung von Wasser zu Knallgas bewirken. Eine oder mehrere Öffnungen zum Entgasen defekter Batteriezellen erhöht somit die Sicherheit der Batterie. Steht das Kontaktblech (mechanisch und elektrisch) direkt mit einem Pol einer Batteriezelle in Verbindung, dann können eine oder mehrere Öffnungen ferner eine gleichmäßige Kontaktierung verbessern. Ist das Kontaktblech für Zellblöcke mit mehreren Batteriezellen vorgesehen, dann weist das Kontaktblech vorzugsweise mehrere Öffnungen der oben beschriebenen Art auf.
Zur Vereinfachung der Montage des Kontaktblechs an einem Batterieblock können eine oder mehrere Ecken des vorzugsweise rechteckförmigen Kontaktblechs abgeschrägt oder ausgespart sein. Über die Abschrägungen oder Aussparungen kann das Kontaktblech etwa mit Halterungsstrukturen des Zellblocks verschraubt oder gesteckt werden. Selbstverständlich können auch Öffnungen im Kontaktblech zu diesem Zweck vorgesehen sein. Das Kontaktblech kann alternativ oder darüber hinaus Aussparungen, Ansätze, Nasen und/oder andere Strukturen aufweisen, die als Befestigungseinrichtungen des Kontaktblechs in der Batterie oder als Befestigungseinrichtungen für andere Teile an dem Polverbindungsblech dienen.
Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbleche und der Verbindungssteg des Polverbindungsblechs einstückig miteinander ausgebildet. Das Polverbindungsblech kann etwa durch Ausstanzen einer Grundform aus einem Blech und anschließendes Umbiegen der Kontaktbleche hergestellt werden.
Vorzugsweise ist die oben beschriebene Sensor-Befestigungseinrichtung ein Clip. Der Clip ist aus einem Material gefertigt, das eine gewisse Elastizität aufweist, wodurch er an den Verbindungssteg des Polverbindungsblechs angeclipst werden kann.
Vorzugsweise ist der Clip ein U-förmiges Teil, an dessen beiden offenen Enden jeweils eine hakenförmige Nase vorgesehen ist. In die U-förmige Aussparung des Clips kann der Sensor vollständig oder teilweise eingebracht werden, wobei anschließend die Gesamtheit aus Clip und Sensor über den Verbindungssteg geschoben wird, wobei die Nasen des Clips auf der vom Sensor abgewandten Seite des Verbindungsstegs sich mit dem Verbindungssteg verhaken. Dadurch wird der Sensor sicher am Polverbindungsblech befestigt. In Zusammenwirkung mit etwaigen Verprägungen am Verbindungssteg wird zudem ein Verrutschen des Sensors entlang des Verbindungsstegs wirkungsvoll unterbunden.
Vorzugsweise besteht die Sensor-Befestigungseinrichtung aus Kunststoff, wodurch die erforderliche Festigkeit der Verbindung bei geringem Zusatzgewicht realisiert wird, was insbesondere im Anwendungsfall von Elektrofahrzeugen gewünscht ist. Das Gewicht des Fahrzeugs, inklusive der Batterie, ist ein entscheidender Parameter, der den Stromverbrauch und damit die Reichweite des Fahrzeugs bestimmt.
Obwohl die vorliegende Erfindung für den Anwendungsfall eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs besonders geeignet ist, versteht es sich, dass die Erfindung auch in anderen Bereichen umgesetzt werden kann, zum Beispiel allgemein im Transportbereich, insbesondere der Luftfahrt und Schifffahrt, in der Haustechnik usw.. Darüber hinaus sind weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus einer Batterie.
2 ist eine Ansicht von schräg oben auf einen Zellblock der Batterie.
3 zeigt einen Zellblock der Batterie von schräg unten.
4 zeigt die Anwendung von Polverbindungsblechen, insbesondere die Verbindung zweier Zellblockriegel mittels eines Polverbindungsblechs.
5 zeigt eine Kühlplatte zur Verwendung in der Batterie.
6a bis 6c zeigen ein Polverbindungsblech einzeln und in Verbindung mit einem Zellblockriegel; 6d zeigt ein Polverbindungsblech mit einem daran angebrachten Sensor; 6e zeigt eine Sensor-Befestigungseinrichtung, die als Clip ausgeführt ist; 6f zeigt einen Sensor.
7a zeigt eine Kühlplattenkonstruktion, die in Verbindung mit 7b zu sehen ist, in der gespiegelt zueinander angeordnete Zellblockebenen gezeigt sind; 7c zeigt eine thermische Simulation des Aufbaus der 7b.
8a und 8b zeigen das Einsetzen und bodenseitige Verkleben von Batteriezellen in ein Zellgehäuse zur Herstellung eines Zellblocks.
9a und 9b zeigen Zellfixierungen vor und nach der Montage.
10 ist eine Ansicht von schräg unten auf einen geschlossenen Zellblock, aus der ein Kragen zur galvanischen Trennung der Polverbindungsbleche zur Kühlplatte hervorgeht.
Aus den 11a bis 11d gehen Details der Zellfixierung hervor.
Die 12a bis 12c zeigen den Aufbau eines selbsttragenden Gehäuses für die Batterie.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt den Gesamtaufbau einer Batterie 1. Die Batterie 1 ist umgeben von einem Batteriegehäuse 10, das zur Darstellung des Innenlebens der Batterie transparent gezeichnet ist.
Das Batteriegehäuse 10 weist vier plattenförmige Seitenteile 11a bis 11d, sowie zwei Deckplatten 12a und 12b auf, die zu einem kastenförmigen Gehäuse miteinander verbunden sind. Die untere Deckplatte 12b wird auch als Bodenplatte bezeichnet. Die beiden Seitenteile 11a und 11c weisen jeweils eine längliche Ausnehmung 13a und 13c auf, in die eine später beschriebene Kühlplatte 30 der Batterie 1 eingebracht ist.
Der besondere Aufbau des Batteriegehäuses 10 geht auch aus den 12a bis 12c hervor. In der 12a ist die Ausnehmung 13c des Seitenteils 11c gezeigt, in die die Kühlplatte 30 der Batterie 1 eingeschoben bzw. eingebracht wird, wie es in der 12b gezeigt ist. Die Kühlplatte 30 und die Ausnehmungen 13a und 13c wirken somit wie Nut und Feder zusammen. Die Ausnehmungen können ausgefräst, geprägt ausgeschnitten oder auf anderer Weise in die Seitenteile 11a und 11c eingebracht sein.
Die Seitenteile 11a bis 11d werden mit eingebrachter Kühlplatte 30, die gegebenenfalls weitere Batteriebestandteile trägt, so miteinander verschraubt oder anderweitig befestigt, dass die Batterie 1 allein durch die miteinander verbundenen Seitenteile 11a bis 11d gehalten wird. Die Deckplatten 12a und 12b stabilisieren, tragen zur Halterung der eigentlichen Batterie jedoch nicht bei, sodass das Gehäuse in diesem Sinne selbsttragend ist. Alle vier Seitenteile 11a bis 11d tragen somit ohne montierte Deckplatte 12a und Bodenplatte 12b die gesamte Batterie. Auf diese Weise kann die Batterie-Vorverkabelung von beiden Seiten am vormontierten aber von oben und unten zugänglichen Gehäuse erfolgen. Wartungsarbeiten an Batterieebenen können je nach Bedarf von oben oder unten erfolgen, ohne das Gesamtsystem aus seinem Bauraum entfernen zu müssen.
Im Gehäuse, bevorzugt in der Deckplatte 12a und/oder Bodenplatte 12b, sind Öffnungen 14 vorgesehen, die als Entgasungsöffnungen im Ausgasungsfall dienen. In bestimmten Batterien kann es beim Überladen zu Ausgleichsreaktionen kommen, die beispielsweise die Zersetzung von Wasser zu Knallgas bewirken. Eine oder mehrere Öffnungen 14 zum Entgasen defekter Batteriezellen 70, die in der 1 nicht gezeigt sind, erhöhen somit die Sicherheit der Batterie.
Ferner sind im Gehäuse Öffnungen für Kühlleitungen 31 und 32 der Kühlplatte 30 vorgesehen. Darüber hinaus können Verbindungseinrichtungen und/oder Positioniereinrichtungen im Batteriegehäuse 10 oder am Batteriegehäuse vorgesehen sein, um ein modulartiges Verbinden mehrerer der in 1 gezeigten Batterien 1 zu ermöglichen (bspw. Stapelung) bzw. die Batterie 1 im Fahrzeug zu befestigen. Die hier gezeigte Batterie 1 ist sowohl als Einzelteil funktionsfähig und verwendbar, als auch mit einer weiteren oder mehreren Batterien modulartig kombinierbar.
In 1 sind längliche Zellblockriegel 50 gezeigt, die mehrere nebeneinanderliegende Zellblöcke 60 enthalten, die wiederum mehrere Batteriezellen 70 enthalten. Die Zellblöcke 60 mit den darin enthaltenen Batteriezellen 70 gehen aus der 1 nicht hervor. Benachbarte Zellblockriegel 50 sind mit Polverbindungsblechen 100 elektrisch miteinander verbunden. Auf der rechten Seite der 1 sind weitere Polverbindungsbleche 100 eines anderen Typs gezeigt, die benachbarte Zellblöcke 60 elektrisch miteinander verbinden. Im Aufbau der 1 trägt jedes zweite Polverbindungsblech 100, die benachbarte Zellblöcke 60 miteinander verbinden, einen Sensor 150.
Während die Zellblockriegel 50 gespiegelt oben und unten auf der Kühlplatte 30 angeordnet sind, schließt eine Abschlussplatte 40 die Zellblockriegel 50 auf der der Kühlplatte 30 gegenüberliegenden Seite ab. Auch die Abschlussplatten 40 weisen Öffnungen 41 auf, die im Defektfall der Batteriezellen 70 als Entgasungsöffnungen dienen.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Zellblockriegels 50, der mehrere Zellblöcke 60 aufweist. In dem Gehäuse 61 des Zellblocks 60 befindet sich eine Zellfixierung 80, welche mehrere Batteriezellen 70 von oben fixiert. Pro Zellblock 60 sind im vorliegenden Fall neun Batteriezellen 70 vorgesehen. Die Batteriezellen können einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Länge von etwa 65 mm aufweisen. Damit ergibt sich bei einer Bestückung von neun Batteriezellen 70 pro Zellblock 60 beispielsweise eine Abmessung des Zellblocks von ca. 70 mm × 70 mm × 55 mm. Selbstverständlich sind diese Parameter nur beispielhaft, wenngleich sie für den Anwendungsfall eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs ein ausgezeichnetes Volumen/Leistungsverhältnis bzw.
Gewichts/Leistungsverhältnis gewährleisten. Der Aufbau der Zellfixierung 80 wird weiter unten genauer beschrieben. Am Gehäuse 61 sind Anschläge 62 zur Positionierung und gegebenenfalls Fixierung der Zellfixierungen 80 am Zellblockriegel 50 vorgesehen. Mehrere Zellblöcke 60 sind pro Zellblockriegel 50 vorgesehen. Die einzelnen Zellblöcke 60 sind über Zwischenwände 63 des Gehäuses 61 voneinander getrennt. Das Gehäuse 61 kann weitere Elemente vorsehen, beispielsweise Befestigungselemente 64 zur Befestigung der Abschlussplatte 40 in dem Batteriegehäuse 10.
Ein Blick auf den Ausschnitt eines Zellblockriegels 50 von schräg unten ist in 3 gezeigt. Das Gehäuse 61 weist eine Bodenfläche auf, in die Zelleinbringöffnungen 65 eingebracht sind. In die Zelleinbringöffnungen 65 werden die Batteriezellen 70 eingedrückt bzw. eingepresst. Dazu können Stege 66 in den Zelleinbringöffnungen 65 für einen besseren Halt vorgesehen sein, die beim Eindrücken der Batteriezellen 70 gegebenenfalls elastisch oder plastisch verformt werden, wodurch ein sicherer Halt der Batteriezellen 70 auf der Unterseite des Gehäuses 61 gewährleistet ist. Bei einem maschinellen Einpressen der Batteriezellen wird eine konstante Einpresstiefe und eine gleichbleibende Qualität des späteren Kontaktes zwischen der Minusseite der Batteriezellen und dem Polblech erreicht. Außerdem sorgen die Stege an der inneren Mantelfläche der Zelleinbringöffnung in Verbindung mit dem am Pluspol umlaufenden Kragen an der Zellfixierung für einen Toleranzausgleich in Längsrichtung der Batteriezellen. Befestigungsmittel 64', etwa zum Verschrauben des Gehäuses 61 auf der Kühlplatte 30 sind vorgesehen.
Eine detailliertere Ansicht der Kühlplatte 30 ist in 5 gezeigt. Die Kühlplatte 30 weist eine Grundplatte 31 und einen Deckel 32 auf, die miteinander befestigt sind, etwa verschraubt, gesteckt, verclipst und/oder verklebt. Die Kühlplatte 30 ist vorzugsweise etwa 8 bis 10 mm dick. In die Grundplatte 31 der Kühlplatte 30 sind Rohre 33 und 34 in entsprechend dafür vorgesehene Ausnehmungen eingedrückt. Zur gleichmäßigeren Kühlwirkung arbeiten die beiden Kühlrohre 33 und 34 im Gegenstromprinzip, d. h. die darin enthaltene Kühlflüssigkeit, etwa Glykol, fließt in den beiden Rohren 33 und 34 in entgegengesetzter Richtung. Dadurch wird ein etwaiger Kühlungsgradient aufgrund einer Zunahme der Temperatur der Kühlflüssigkeit vom Eintritt in die Kühlplatte 30 zum Austritt aus der Kühlplatte 30 minimiert. Die Grundplatte 31 und der Deckel 32 sind beispielsweise aus Aluminium gefertigt verschraubt. Die Kühlplatte 30 weist Öffnungen 35 zur Befestigung der Zellblockriegel 50 auf der Kühlplatte 30 auf. Insofern dient die Kühlplatte 30 auch als Träger von Batteriebestandteilen. Die Zellblockriegel 50 werden mit der Unterseite, d. h. der Seite, die in 3 dargestellt ist, auf der Kühlplatte 30 befestigt. Vorzugsweise sind die Batteriezellen 70 so ausgerichtet, dass der flache Minuspol mit der Kühlplatte 30 wärmeleitend in Kontakt steht, gegebenenfalls über einen weiter unten beschriebenen Leitkleber und/oder Gap-Filler. Auf diese Weise kann die gekühlte Oberfläche der Batteriezellen 70 maximiert werden. Außerdem ist die flache Minuspolseite der Batteriezelle 70 im Allgemeinen unempfindlicher als die abgerundete Pluspolseite, wodurch die Bestückung mit der hier dargestellten Ausrichtung der Batteriezellen 70 vereinfacht wird.
7a zeigt schematisch eine Kühlplatte 30, die in 7b mit Zellblockriegeln 50 bestückt ist. 7b zeigt darüber hinaus die weiter unten beschriebenen Polverbindungsbleche 100, die mit Sensoren 150 bestückt sind. Eine simulierte Temperaturverteilung zweier Ebenen von Zellblockriegeln 50, die sich gemeinsam jeweils von oben und von unten eine einzige Kühlplatte 30 teilen, ist in 7c gezeigt.
In der 4 ist ein Ausschnitt auf zwei Zellblockriegel 50 von schräg oben gezeigt. Der Aufbau der 4 entspricht ungefähr dem der 2, wobei auf den Zellfixierungen 80 Polverbindungsbleche 100 vorgesehen sind. In der 4 sind zwei Arten von Polverbindungsblechen 100 gezeigt, nämlich solche, die zwei benachbarte Zellblöcke 60 miteinander verbinden, und solche, die zwei benachbarte Zellblockriegel 50 miteinander verbinden. Die Polverbindungsbleche 100 sind über Befestigungseinrichtungen 101 mit den Zellblöcken 60 verbunden. Die Polverbindungsbleche 100 können etwa verschraubt, gesteckt, verklebt, verschweißt oder anderweitig befestigt werden. Die Polverbindungsbleche 100 weisen Kontaktbleche 105 und 106 auf, die parallel zueinander vorgesehen sind, wie es deutlicher aus der 6a hervorgeht. Die Kontaktbleche 105 und 106 weisen Öffnungen 102 auf, über die ein Zugang zu den Batteriezellen 70 ermöglicht wird. Dazu stimmen im montierten Zustand die Positionen der Öffnungen 102 des oberen Kontaktblechs 105 mit den Positionen von Öffnungen 82 der Zellfixierungen 80 überein. Über die Öffnungen 102 in den Kontaktblechen 105 und 106 kann im vormontierten Zustand der Polverbindungsbleche 100 eine elektrische Verbindung zwischen den Polverbindungsblechen 100 und den Batteriezellen 70 hergestellt werden, etwa durch Drahtbonden. Das rückseitige Bonden mittels eines Bonddrahts 103 ist in 8b gezeigt. Auch ein nachträgliches Widerherstellen defekter elektrischer Verbindungen zwischen Kontaktblech 105, 106 und Batteriezelle 70 lässt sich aufgrund der Öffnungen 102 einfach, ohne Demontage des Polverbindungsblechs 100 bewerkstelligen. Das Bonden im vormontierten Zustand erhöht die Sicherheit bei der Montage vor etwaigen Kurzschlüssen oder anderen elektrischen Defekten. Darüber hinaus können die Öffnungen 102 als Entgasungsöffnungen im Defektfall einer Batteriezelle dienen. Zur Vereinfachung der Montage eines Zellblockriegels 50 an der Kühlplatte oder zur Befestigung einer Abschlussplatte 40 können eine oder mehrere Ecken der Kontaktbleche 105 und 106 abgeschrägt oder ausgespart sein, wie es in 4 gezeigt ist. Darin dient eine konkave Aussparung einer Ecke des oberen Kontaktblechs 105 zur Anpassung an das Befestigungsmittel 64 mit Schraube 64''.
Die beiden Kontaktbleche 105 und 106 des Polverbindungsblechs 100 sind elektrisch leitfähig und werden mit einer oder mehreren Batteriezellen 70 eines Zellblöcks 60 leitend in Verbindung gebracht. Die beiden Kontaktbleche 105 und 106 sind über einen Verbindungssteg 107 miteinander verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kontaktbleche 105 und 106 und der Verbindungssteg 107 einstückig vorgesehen. Die Herstellung des Polverbindungsblechs 100 erfolgt etwa durch Ausstanzen einer Grundform aus einem Blech und anschließendes Umbiegen der Kontaktbleche 105 und 106. Die rückseitigen Kontaktbleche 106 gehen aus der 4 nicht hervor.
Eine Einzeldarstellung des Polverbindungsblechs 100 ist in der 6a gezeigt. Die beiden Kontaktbleche 105 und 106 sind parallel zueinander vorgesehen, wobei sie so mit dem Verbindungssteg 107 miteinander verbunden sind, dass sie in der Draufsicht auf die Kontaktbleche 105 und 106 versetzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden benachbarte Batteriezellen 70 elektrisch miteinander verbunden. Die insofern diagonal verbundenen Kontaktbleche 105 und 106 ermöglichen eine serielle Verbindung der Zellblöcke 60, wenn die Batteriezellen 70 hinsichtlich ihrer Polung gleich ausgerichtet sind. Die einheitliche Ausrichtung der Batteriezellen 70 ermöglicht eine optimale Kühlung, da alle Batteriezellen 70 mit dem flachen Minuspol mit der Kühlplatte 30 in Kontakt bringbar sind. Darüber hinaus ermöglicht die einheitliche Ausrichtung der Batteriezellen 70 eine Vereinfachung der Herstellung, da die Bestückung der einzelnen Zellblöcke 60 und Zellblockriegel 50 maschinell und mit dem unempfindlicheren Minuspol nach unten durchgeführt werden kann.
Die Anbringung des Polverbindungsblechs 100 am Zellblockriegel 50 geht aus den 6b und 6c hervor. Die oberen Kontaktbleche 105 liegen im Wesentlichen flächig auf der entsprechenden Zellfixierung 80 eines Zellblocks 60 auf. Der Verbindungssteg 107 verläuft entlang einer Außenwand des Zellblockriegels 50, ohne dabei den Platzbedarf wesentlich zu erhöhen. Unten stehen die Kontaktbleche 106 mit den Minuspolen der Batteriezellen 70 elektrisch in Kontakt. Dazu sind die Kontaktbleche 105 und 106 bezüglich des Verbindungsstegs 107 in die gleiche Richtung gebogen, sodass der seitliche Schnitt des Polverbindungsblechs U-förmig ist. Im Falle eines Polverbindungsblechs 100, das benachbarte Zellblockriegel 50 miteinander verbindet, sind die Kontaktbleche 105 und 106 entgegengesetzt gebogen, wie es aus der 4 hervorgeht.
Wie es in der 6d gezeigt ist, ist an dem Verbindungssteg 107 des Polverbindungsblechs 100 eine Sensor-Befestigungseinrichtung 120 vorgesehen, die mit einem Sensor 150 bestückt ist. Die Sensor-Befestigungseinrichtung 120 ist ein Clip, der in 6e vergrößert und perspektivisch dargestellt ist. Der Clip 120 ist ein U-förmiges Kunststoffteil, an dessen beiden offenen Enden 121 jeweils eine hakenförmige Nase 122 vorgesehen ist. Der Clip 120 umgreift den in 6f dargestellten Sensor 150 mittig. Dazu weist der Sensor 150 Aussparungen 151 auf, in die die beiden Clip-Arme 121 eingreifen. Im vorliegenden Fall ist der Sensor 150 ein integriertes elektronisches Bauteil mit einer Platine, einem Temperatursensor und elektronischen Bauteilen, wie es in 6f nur schematisch angedeutet ist. Der Clip 120 umgreift zum einen den Sensor 150, zum anderen den Verbindungssteg 107 und verkrallt sich aufgrund der Elastizität des Kunststoffs, aus dem der Clip gefertigt ist, mit den Nasen 122 hinter dem Verbindungssteg 107. Gegebenenfalls weist der Verbindungssteg 107 des Polverbindungsblechs 100 eine oder mehrere Verprägungen auf, wodurch ein Verrutschen des Clips 120 entlang des Verbindungsstegs 107 unterbunden wird.
In den 8a und 8b ist der Einpressvorgang von Batteriezellen 70 in den Gehäuseboden des Gehäuses 61 eines Zellblocks 60 gezeigt. Das Einpressen geschieht vorzugsweise maschinell. Der Boden des Gehäuses 61 weist mehrere Öffnungen 65 auf (in der vorliegenden Ausführungsform neun pro Zellblock 60). Die Batteriezellen 70 werden von oben in die Öffnungen 65 eingepresst. Ein Leitkleber 90 wurde vor diesem Prozess auf das Polverbindungsblech 100 oder die Batteriezelle 70 aufgebracht. In der 8b ist der Leitkleber 90 nur unter der Batteriezelle 70 rechts außen gezeigt, um das Verpressen der Batteriezellen 70 auf die Polverbindungsbleche 100 darzustellen. In der 8b sind Bonddrähte 103 gezeigt, die das Polverbindungsblech 100 mit dem flachen Minuspol der Batteriezelle 70 verbinden. Nach dem Einpressvorgang in das Gehäuse 61 wird durch Verkleben mit dem Leitkleber 90 eine flächige Kontaktierung gewährleistet. Durch die Leitklebermasse erfolgt eine ausgezeichnete Wärmeableitung über das Polverbindungsblech 100, verglichen mit einem Fall, in dem auf den Leitkleber 90 verzichtet wird. Durch das maschinelle Einpressen der Batteriezellen 70 gegebenenfalls unter Zusammenwirkung mit den Stegen 66 aus der 3 wird eine konstante Qualität des Kontaktes zwischen der Kathodenseite der Batteriezellen 70 und dem Polverbindungsblech 100 erreicht.
Im Folgenden wird die positionsgenaue Fixierung der Batteriezellen 70 unter Zuhilfenahme der oben angesprochenen Zellfixierungen 80 beschrieben. In den 9a und 9b ist ein Zellblockriegel 50 von schräg oben gezeigt. Die 9a zeigt die Zellfixierung 80 vor der Montage, während die 9b den Zustand nach der Montage zeigt. Die im Wesentlichen rechteckförmigen Zellfixierungen 80 werden in das Gehäuse 61 des Zellblocks 60 eingedrückt. Die Eindrücktiefe der Zellfixierungen 80 kann gegebenenfalls durch einen Anschlag vorgegeben sein, der in den 9a und 9b nicht gezeigt ist. Zusätzlich dazu kann ein Verrasten in der Endposition vorgesehen sein. Durch das Verrasten der Zellfixierung 80 gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Rasthaken in den Gehäusen 61 wird eine definierte Höhe des Bauraums entlang der maschinell eingepressten Batteriezellen 70 geschaffen. Ferner wird durch die Innengeometrie der Zellfixierungen 80 ein Toleranzausgleich entlang der Längsachse der Batteriezellen 70 ermöglicht. Die Zellfixierung 80 kann als 2K-Teil (Weich- und Hartkomponente) ausgeführt sein.
Detailansichten der Zellfixierung 80 gehen aus den 11a bis 11c hervor. Die Zellfixierungen 80 weisen Öffnungen 82 auf, welche die Batteriezellen 70 fixieren und einen Zugang zu den Batteriezellen 70 nach der Vormontage der Zellfixierungen 80 und Kontaktbleche 105 ermöglichen. Da die Öffnungen 82 in erster Linie zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktbleche 105 mit den Pluspolen der Batteriezellen 70 vorgesehen sind, werden diese auch als Bondöffnungen 82 bezeichnet. Um die Öffnungen 82 ist ein umlaufender Kragen 81 vorgesehen. Aufgrund des umlaufenden Kragens 81 findet keine vollständig flächige Auflage der Polverbindungsbleche 100 auf der gesamten entsprechenden Oberfläche der Zellfixierung 80 statt, womit im montierten Zustand eine bessere Dämpfung von Schwingungen ermöglicht wird, was unter anderem zu einer haltbareren Bondverbindung zwischen Batteriezellen 70 und Kontaktblechen 105 beiträgt. Die Zellfixierung 80 kann zur besseren Schwingungsdämpfung und/oder zum besseren Toleranzausgleich als 2K-Teil ausgeführt sein.
Eine schematische Schnittdarstellung des Schichtaufbaus geht aus der 11d hervor. Darin wird die Batteriezelle 70 von der Zellfixierung 80 von oben fixiert. Auf der Zellfixierung 80 befindet sich das obere Kontaktblech 105 des Polverbindungsblechs 100. Unten liegt die Batteriezelle 70 gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines in der 11d nicht dargestellten Leitklebers 90 auf dem unteren Kontaktblech 106 des Polverbindungsblechs 100 auf. Der Kragen 81 um die Bondöffnung 82 ist in 11d gezeigt. Darüber hinaus kann auch auf der Unterseite der Bondöffnung 82 ein Kragen 83 vorgesehen sein, der eine saubere Auflage auf der Batteriezelle 70 gewährleistet. Gegebenenfalls kann auch die Batteriezelle 70 entsprechende Vorsprünge und/oder Krägen aufweisen, um eine sichere Fixierung und Lagerung zu unterstützen. Die dargestellten Krägen 81 und 83 ermöglichen eine besser Kraftverteilung um die Öffnung, entlang der Zellachse. Während die Zellfixierung 80 aus einem harten 2K-Spritzgussteil gefertigt sein kann, kann der Kragen 81 und/oder 83 aus einer weichen Kunststoffkomponente gefertigt sein, wodurch der Toleranzausgleich entlang der Zellachse verbessert wird.
Aus den 9b, 11b, 10 und anderen geht ein umlaufender, an einzelnen Stellen unterbrochener Kragensteg 67 des Gehäuses 61 des Zellblocks 70 hervor. Ein ungleichmäßiges Verdrücken und somit eine Beschädigung der darunter liegenden Bondverbindungen wird durch diesen umlaufenden Kragensteg 67 verhindert, der beim Verschrauben des Zellblockriegels 50 einen definierten Abstand gegen die Kühlplatte 30 sicherstellt. Zur galvanischen Trennung bzw. zum besseren Wärmeübergang zwischen Polverbindungsblech 100 und Kühlplatte 30 wird ein sog. Gapfiller 91 eingesetzt. Der Gap-filler 91 ist in der 11d eingezeichnet. Das Gap-filler-Material ist als Gleichteil zwischen jedem Polverbindungsblech 100 und der Kühlplatte 30 eingelegt.
Bei der Herstellung der dargestellten Hochvoltbatterie 1 müssen eine nicht unerhebliche Anzahl von Einzelteilen in einer vordefinierten Reihenfolge unter Beachtung von Sicherheitsaspekten wie „Arbeiten unter Spannung” oder „Arbeiten bei großen Strömen” zusammengeführt werden. Der dargestellte Batterieaufbau ermöglicht eine in dieser Hinsicht sichere Montage. Eine bevorzugte Montagereihenfolge sieht wie folgt aus:

1. Bestücken der Zellblöcke 60 eines Zellblockriegels 50 mit Batteriezellen 70;
2. Verschrauben der Polverbindungsbleche 100;
3. Slot auf Minusseite bonden;
4. Montage aller Zellblockriegel 50 einer Batterieebene mit Kathodenseite auf Kühlplatte 30;
5. Bonden der fertigvormontierten Batterieebene auf der Plusseite;
6. Gegebenenfalls können die Schritte 1 bis 5 auf der noch freien Unterseite der Kühlplatte 30 zur Anbringung einer zweiten Batterieebene durchgeführt werden.

Die oben beschriebenen technischen Lösungen zum Aufbau und zur Herstellung einer Hochvoltbatterie, insbesondere die maschinell durchführbare Bestückung der Zellblockriegel 50, ermöglichen einen Einsatz des Verfahrens auch für eine Großserienproduktion. Kathodenseitig gebondete Slots werden zum Schutz der Bondstellen vorzugsweise gleich nach dem Bonden auf der Kühlplatte 30 verbaut, sodass das Risiko einer Beschädigung durch Transport usw. minimiert wird. Das „Kurzschließen” der vorgebondeten Zellblockriegel 50 ist aufgrund der bei der Montage auf die Kühlplatte 30 noch unterbrochenen seriellen Verschaltung (Plusseite zu diesem Zeitpunkt noch nicht gebondet) nicht möglich, wodurch die Sicherheit der Montage erhöht wird.
Allgemeinere Beschreibungen das Batteriegehäuse 10 und die Montage der Batterie betreffend
Das Batteriegehäuse 10 weist vier plattenförmige Seitenteile 11a bis 11d und zwei Deckplatten 12a, 12b auf. Alle sechs Gehäuseteile 11a bis 11d, 12a, 12b sind zu einem kastenförmigen Gehäuse miteinander verbindbar oder verbunden. Zumindest zwei gegenüberliegende Seitenteile 11a, 11c weisen je eine längliche Ausnehmung 13a, 13c auf, in die eine Funktionsplatte der Batterie, etwa eine Kühlplatte 30, einbringbar ist oder eingebracht ist. Vorzugsweise weist jedes Seitenteil 11a bis 11d eine Aussparung auf, in die die Funktionsplatte einbringbar oder eingebracht ist. Die Funktionsplatte der Batterie trägt auf diese Weise zur Stabilisierung des Batteriegehäuses 10 bei, selbst bei nicht vollständig geschlossenem Batteriegehäuse 10. Dazu sind die Seitenteile 11a bis 11d gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Funktionsplatte so miteinander verbindbar, dass diese die gesamte Batterie ohne montierte Deckplatten tragen. Alle vier Seitenteile 11a bis 11d tragen ohne montierte Deckplatten die gesamte Batterie; in diesem Sinne ist das Batteriegehäuse 10 selbsttragend.
Das Batteriegehäuse 10 ermöglicht Montage- und/oder Wartungsarbeiten am von oben und/oder unten zugänglichen Batteriegehäuse 10. Eine Entnahme des Gesamtsystems aus seinem Bauraum ist somit nicht erforderlich. Insbesondere ist eine Verkabelung der Batterie im in dem Batteriegehäuse 10 eingebauten Zustand möglich, wodurch die Sicherheit erheblich erhöht wird, insbesondere bei dem hier bevorzugten Anwendungsfall einer Hochvoltbatterie für Fahrzeuge. Die oben dargelegten Vorteile sind mit einem einfachen Aufbau des Batteriegehäuses 10 realisierbar, was im Hinblick auf die Produktivität wünschenswert ist.
Vorzugsweise sind die vier Seitenteile 11a bis 11d miteinander verbunden, wobei eine Kühlplatte 30 der Batterie als Funktionsplatte in die Ausnehmungen 13a, 13c eingebracht ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform dient die Kühlplatte 30 der Batterie nicht nur zur Wärmeableitung aus der Batterie, sondern auch als stabilisierendes „Gehäuse”-Teil, wodurch in dieser Hinsicht ein synergetischer Effekt erzielt wird.
Vorzugsweise sind in der Kühlplatte 30 zwei unabhängige Kühlkreisläufe vorgesehen, die nach dem Gegenstromprinzip arbeiten, wodurch eine homogenere Temperaturverteilung in der Batterie erzielt wird. Die Wärmeableitung durch die Kühlplatte 30 findet hierbei vorzugsweise an der Kathodenseite der Batterie statt.
Vorzugsweise sind zwei Kühlrohre 33, 34 in die Kühlplatte eingebracht, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Um das oben genannte Gegenstromprinzip besonders einfach zu verwirklichen, bestehen die Kühlschlaufen aus zwei parallel und vorzugsweise eng aneinander oder direkt nebeneinander verlaufenden Kühlrohren 33, 34. In der Kühlflüssigkeit eines Kühlrohrs 33, 34 liegt vom Eintritt in die Kühlplatte 30 bis zum Austritt aus der Kühlplatte 30 ein Temperaturgradient vor. Eine solche ungleichmäßige Wärmeabgabeverteilung kann mit einem zweiten, parallel verlaufenden Kühlrohr und entgegengesetzt strömender Kühlflüssigkeit zumindest teilweise kompensiert werden.
Vorzugsweise weist die Kühlplatte 30 eine Grundplatte 31 und einen Deckel 32 auf, die miteinander verbunden, vorzugsweise verschraubt sind, wobei in die Grundplatte 31 eine oder mehrere Ausnehmungen zur Aufnahmen eines oder mehrerer Kühlrohre 33, 34 eingebracht sind, in die die Kühlrohre 33, 34 eingedrückt sind. Auf diese Weise wird eine stabile Kühlplatte 30 mit geschützten Kühlkreisläufen geschaffen, womit diese als stabilisierendes Gehäuseelement besonders geeignet ist.
Vorzugsweise sind die Seitenteile 11a bis 11d des Batteriegehäuses 10 miteinander verschraubbar oder verschraubt, um eine einfache Montage und Demontage des Batteriegehäuses 10 bei ausreichender Stabilität zu ermöglichen.
Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse 10 eine oder mehrere Gasauslassöffnungen auf. Die Öffnungen 14 dienen in diesem Fall aber zur Verschraubung von Anbauteilen (Modulsteuereinheit). Es können aber Öffnungen vorhanden sein, um etwaige Gase gezielt abführen zu können. Idealerweise wären in diesem Fall bevorzugt an der Außenseite dieser Öffnungen noch Schläuche zur Gasableitung angebracht. Die Gasauslassöffnungen dienen im Defektfall von Batteriezellen 70 als Lüftungsöffnungen. In bestimmten Batterien kann es beim Überladen zu Ausgleichsreaktionen kommen, die beispielsweise die Zersetzung von Wasser zu Knallgas bewirken. Eine oder mehrere Öffnungen zum Entgasen defekter Batteriezellen 70 erhöhen somit die Sicherheit der Batterie.
Vorzugsweise ist eine Modulsteuereinheit zur Steuerung der Batterie außen an dem Batteriegehäuse 10, vorzugsweise an einem oder mehreren der Seitenteile 11a bis 11d angebracht. Eine Verkabelung der Batterie mit einer außen bzw. extern eingebrachten Steuereinheit kann somit auf einfache Weise bei teilweise geöffnetem Batteriegehäuse 10 durchgeführt werden.
Bei einem allgemeinen Verfahren zur Montage der Batterie werden zunächst ein Batteriegehäuse 10 wie oben dargelegt und zudem eine Batterie, die eine Funktionsplatte aufweist, bereitgestellt. Anschließend werden die Batterie und das Batteriegehäuse 10 so zusammengefügt, dass die Batterie von den Seitenteilen 11a bis 11d des Batteriegehäuses 10 getragen wird, wobei die Funktionsplatte in die Ausnehmungen der Seitenteile eingebracht wird. Danach wird das Batteriegehäuse 10 durch Anbringen einer oder beider Deckplatten 12a, 12b geschlossen.
Montagearbeiten können an der Batterie bei teilweise geöffnetem Batteriegehäuse 10, d. h. bei einer oder beiden geöffneten Deckplatten 12a, 12b vorgenommen werden. Damit kann, wie es oben beschrieben ist, die Sicherheit bei der Montage deutlich erhöht werden. Bei der Herstellung von Hochvoltbatterien ist es oft notwendig, eine nicht unerhebliche Anzahl von Einzelteilen in einer vordefinierten Reihenfolge unter Beachtung von Sicherheitsaspekten wie „Arbeiten unter Spannung” oder „Arbeiten bei großen Strömen” zusammenzuführen. Sowohl das Batteriegehäuse 10, als auch das Montageverfahren wurden im Hinblick darauf entwickelt und sind zur Industrialisierung auch für eine Großserienproduktion einsetzbar.
Ein Teil der Montagearbeiten der Batterie kann das Bestücken der Kühlplatte 30 mit einem oder mehreren Batteriezellen 70 aufweisenden Zellblöcken 60 betreffen. Durch das selbsttragende Batteriegehäuse 10 kann die Bestückung der Kühlplatte bei teilweise geöffnetem Batteriegehäuse 10 erfolgen, was die Zusammenführung der Batterie mit dem Batteriegehäuse 10 vereinfacht.
Im Einzelnen werden vorzugsweise zunächst ein oder mehrere Zellblöcke 60 mit Batteriezellen 70 bestückt. Anschließend werden die Zellfixierungen 80 eingedrückt/eingepresst. Anschließend werden vorzugsweise Kontaktbleche 105, 106 von Polverbindungsblechen 100 auf der Plusseite und der Minusseite der Batteriezellen 70 angebracht, beispielsweise aufgeschraubt. Danach erfolgt in diesem Fall ein Bonden der Minusseite der Batteriezellen 70 mit dem entsprechenden Kontaktblech 106. Das Bonden kann durch Drahtbonden, Verlöten usw. erfolgen. Jedenfalls wird durch das Bonden eine elektrische Verbindung zwischen den Minuspolen der Batteriezellen 70 und dem entsprechenden Kontaktblech 106 hergestellt. Anschließend werden die so minusseitig gebondeten Zellblöcke 60 mit dem Gapfiller 91 bestückt und dann an der Kühlplatte verschraubt. Anschließend werden die Plusseiten der Batteriezellen 70 mit den entsprechenden Kontaktblechen 105 gebondet. Dann erfolgt die Montage der beidseitig mit Zellblockriegeln 50 bestückten Kühlplatte 30 mit den tragenden seitlichen Gehäuseplatten.
Ein großer Vorteil besteht darin, dass die Kühlplatte 30 beidseitig mit Zellblöcken bestückt werden kann, wodurch eine bessere Raumausnutzung bei optimierter Leistungsausbeute erzielt wird.
Allgemeinere Beschreibungen die Zellblöcke 60 und das Verfahren zum Bestücken der Zellblöcke 60 betreffend Der Zellblock 60 weist eine oder mehrere Batteriezellen 70 auf, die in einem Gehäuse 61, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, vorgesehen sind. Die Batteriezellen 70 sind vorzugsweise zylindrische, beispielsweise kreiszylindrische Zellen, die in dem Gehäuse 61 des Zellblocks 60 gebündelt und vorzugsweise parallel verschaltet werden. Vorzugsweise sind neun Batteriezellen 70 pro Zellblock 60 vorgesehen. Mehrere Zellblöcke 60 können zu Zellblockriegeln 50 zusammengefasst werden, wobei die einzelnen Zellblöcke 60 eines Zellblockriegels 50 vorzugsweise seriell miteinander verschaltet werden. Wenn in der Beschreibung der Einfachheit halber von (mehreren) Batteriezellen 70 die Rede ist, dann ist damit auch der Spezialfall umfasst, in dem der Zellblock 60 lediglich eine einzige Batteriezelle 70 aufweist. Umgekehrt gelten Beschreibungen, die anhand einer Batteriezelle 70 vorgenommen werden, ebenso für mehrere oder alle Batteriezellen 70. Der Zellblock 60 weist ein einseitig offenes, kastenförmiges Gehäuse 61 auf. Die Batteriezellen 70 werden durch die offene Seite in das Gehäuse 61 eingesetzt. Anschließend wird eine Zellfixierung 80 durch die offene Seite so in das Gehäuse 61 eingedrückt, dass die Batteriezellen 70 im Gehäuse 61 fixiert sind und das Gehäuse 61 mit der Zellfixierung 80 zumindest teilweise geschlossen ist. Die Zellfixierung 80 kann ein plattenförmiges Kunststoffteil sein, das mittels Druck in das Gehäuse 61 eingepresst bzw. eingedrückt wird. Die Zellfixierung 80 weist eine oder mehrere Bondöffnungen 82 auf, durch die nach eingedrückter Zellfixierung 80 auf die Batteriezellen 70 zugegriffen werden kann. In dem Fall, in dem die Batteriezellen 70 zylindrische Gebilde sind, auf deren beiden Grundflächen jeweils ein elektrischer Pol vorgesehen ist, der Minuspol und der Pluspol der betreffenden Batteriezelle 70, stimmen die Bondöffnungen 82 nach dem Eindrücken der Zellfixierung 80 mit entsprechenden Polen (vorzugsweise den Pluspolen) der Batteriezellen überein. Über die Bondöffnung(en) 82 kann in einem späteren Arbeitsschritt eine elektrische Verbindung zwischen dem entsprechenden Pol der Batteriezelle 70 und einem Kontaktblech 105 eines Polverbindungsblechs 100 hergestellt werden, was weiter unten genauer beschrieben ist. Ein vorstehender Kragen 81 ist zumindest teilweise um eine Bondöffnung 82 auf der den Batteriezellen 70 abgewandten Seite der Zellfixierung 80 vorgesehen, sodass der Kragen 81 mit einer Abschlussplatte, etwa dem oben erwähnten Kontaktblech 105, in Kontakt bringbar ist.
Mit dem Kragen 81 um eine oder mehrere Bondöffnungen 82 wird eine (vollständig) flächige Auflage der Abschlussplatte auf der gesamten Zellfixierung 80 im montierten Zustand vermieden. Dadurch lassen sich Schwingungsbelastungen beim Arbeitsschritt des Bondens vermindern. Darüber hinaus ermöglicht die Zellfixierung 80 eine Schwingungsdämpfung während der Verwendung der Batterie, beispielsweise in einem im Fahrzeug eingebauten Zustand. Insbesondere für Fahrzeuganwendungen, in denen Schwingungen und Stöße bei der Entwicklung von Fahrzeugkomponenten berücksichtigt werden müssen, ist die vorliegende Anordnung somit besonders geeignet, da die Bondverbindungen zwischen Batteriezellen 70 und Kontaktblechen 105, 106 eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweisen. Somit wird die Zuverlässigkeit der Batterie insgesamt verbessert. Neben der Schwingungsdämpfung ermöglicht die Zellfixierung 80 eine präzisere Ausrichtung der Batteriezellen 70 im Gehäuse 61. Durch den Kragen 81 um die Bondöffnung 82 stellt die Zellfixierung 80 gezielte Auflagepunkte für eine Abschlussplatte bereit, wodurch eine definierte Kraftverteilung entlang der Achse der betreffenden Batteriezellen 70 gewährleistet wird.
Vorzugsweise ist die Abschlussplatte ein Kontaktblech 105 eines Polverbindungsblechs 100, wie es oben bereits erwähnt ist. In diesem Fall ist das Polverbindungsblech 100 mit einem Pol der Batteriezelle 70 in leitenden Kontakt zu bringen, wobei der Kragen 81 mit dem nicht leitenden Kontaktblech 105 (mechanisch) in Kontakt steht. Zwischen dem Kontaktblech 105 und dem betreffenden Pol der Batteriezelle 70 ist später eine Bondverbindung herzustellen, etwa mittels Drahtbonden, Verlöten usw. Die Zellfixierung 80 vermindert Relativbewegungen zwischen dem Kontaktblech 105 des Polverbindungsblechs 100 und dem betreffenden Pol der Batteriezelle 70, wodurch eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit und Haltbarkeit der Batterie erreicht wird.
Vorzugsweise weist das Kontaktblech 105 zumindest eine Öffnung 102 auf, die mit einer entsprechenden Bondöffnung 82 der Zellfixierung 80 so übereinstimmt, dass ein Bonden des Kontaktblechs 105 mit einem entsprechenden Pol der Batteriezelle 70 im montierten Zustand der Zellfixierung 80 und des Polverbindungsblechs 100 durch die beiden Öffnungen 102, 82 vorgenommen werden kann. Auf diese Weise kann die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktblech 105 und der Batteriezelle 70 zum spätestmöglichen Zeitpunkt vorgenommen werden, wodurch die Montagesicherheit der Batterie verbessert wird. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei Hochvoltbatterien zum Tragen, denn bei der Herstellung solcher Hochvoltbatterien ist es notwendig, eine nicht unerhebliche Anzahl von Einzelteilen in einer vordefinierten Reihenfolge unter Beachtung von Sicherheitsaspekten wie „Arbeiten unter Spannung” oder „Arbeiten bei großen Strömen” zusammenzuführen. Indem die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Batteriezellen 70 und den Kontaktblechen 105 erst am Ende der Montage der Batterie stattfindet, kann die Gefahr des Auftretens von Kurzschlüssen usw. während der Montage der Batterie verringert werden.
Vorzugsweise weist das Gehäuse 61 des Zellblocks 60 einen der offenen Seite gegenüberliegenden Boden auf, in den eine oder mehrere Zelleinbringöffnungen 65 eingebracht sind, in die die Batteriezellen 70 eingedrückt oder eingepresst werden. Vorzugsweise weisen die Batteriezellen 70 einen flachen Minuspol auf, wobei die Batteriezellen 70 mit dem flachen Minuspol nach unten in die Zelleinbringöffnungen 65 in den Boden des Gehäuses 61 eingedrückt werden. Der flache Minuspol ist im Allgemeinen bezüglich mechanischer Beschädigungen weniger empfindlich als der üblicherweise kuppelförmig abgerundete Pluspol. Indem die Batteriezellen 70 in jeweils gleicher Ausrichtung, vorzugsweise mit dem flachen Minuspol nach unten, eingedrückt werden, kann ein maschinelles Einpressen der Zellen 70 mit konstanter Einpresstiefe und Qualität vorgenommen werden, was die Qualität und Dauerhaftigkeit des späteren Kontakts zwischen der entsprechenden Seite der Batteriezellen 70 und einem etwaigen bodenseitig angeordneten Polblech verbessert. Vorzugsweise weisen eine oder mehrere Zelleinbringöffnungen 65 einen oder mehrere Stege auf, die die Batteriezellen 70 beim Eindrücken bzw. Einpressen führen und halten, wobei die Stege beim Eindrücken der Batteriezellen 70 gegebenenfalls elastisch oder plastisch verformt werden. Die hier angesprochenen Stege befinden sich auf der inneren Mantelfläche der Zelleinbringöffnungen 65. Die Stege sorgen für eine definierte Führung, damit für eine genaue Ausrichtung der Batteriezellen 70 im Gehäuse 61, sowie einen. festen Halt für die Batteriezellen 70. Eine feste und definierte Ausrichtung der Batteriezellen 70 nach dem Einpressen in den Boden des Gehäuses 61 erleichtert das spätere positionsgenaue Aufbringen und Eindrücken der Zellfixierung 80, insbesondere die Ausrichtung der Bondöffnungen 82 der Zellfixierung 80 relativ zu den entsprechenden Polen der bereits eingesetzten Batteriezellen 70.
Der sogenannte Gap-Filler trägt neben der oben beschriebenen Wärmeleitungsverbindung darüber hinaus zu einer stabilen und schwingungsarmen Lagerung der Zellblöcke 60 auf der Kühlplatte 30 bei.
Vorzugsweise sind Kragen 81 und Zellfixierung 80 einstückig, etwa aus Kunststoff vorgesehen, wodurch die oben dargelegten Vorteile mit sehr einfachen Mitteln erzielt werden. Dazu kann die Zellfixierung 80 als Spritzgussteil ausgebildet werden.
Die Zellfixierung 80 und der Kragen 81 können allerdings auch aus unterschiedlichen Kunstoffen gefertigt sein, wobei der Kragen 81 aus einem weicheren Kunststoff als die Zellfixierung 80 vorgesehen ist. Dadurch werden die oben genannten Vorteile betreffend die Schwingungsabsorption und Ausrichtung und Fixierung der Batteriezellen 70 verbessert.
Vorzugsweise weist die Zellfixierung 80 zumindest einen weiteren Kragen 83 um eine Bondöffnung 82 auf, der auf der den Batteriezellen 70 zugewandten Seite vorgesehen ist. Der zusätzliche Kragen 83 bzw. die zusätzlichen Krägen 83 stehen somit mit der bzw. den Batteriezellen 70 in Kontakt. Damit wird eine saubere Auflage der Zellfixierung 80 auf den Batteriezellen 70 gewährleistet, wodurch die oben genannten Wirkungen betreffend die Schwingungsabsorption und definierte Ausrichtung der Batteriezellen 70 verstärkt werden.
Vorzugsweise weist das Gehäuse 61 einen Anschlag auf, bis zu dem die Zellfixierung 80 eingedrückt wird. Damit wird die definierte Fixierung und Ausrichtung der Batteriezellen 70 verbessert. Darüber hinaus wird das anschließende positionsgenaue Anbringen der Abschlussplatte vereinfacht. Zum gleichen Zweck kann die Zellfixierung 80 und/oder das Gehäuse 61 Mittel zum Einrasten der Zellfixierung 80 an einer bestimmten Position im Gehäuse 61 aufweisen.
Gemäß einem Verfahren zum Bestücken des Zellblocks 60 werden zunächst eine oder mehrere Batteriezellen 70 in das einseitig offene, kastenförmige Gehäuse 61 eingebracht. Anschließend wird die Zellfixierung 80 durch die offene Seite in das Gehäuse 61 eingedrückt, sodass die Batteriezellen 70 im Gehäuse 61 fixiert werden und das Gehäuse 61 zumindest teilweise geschlossen wird, wobei die Zellfixierung 80 eine oder mehrere Bondöffnungen 82 aufweist, durch die nach eingedrückter Zellfixierung 80 auf die Batteriezellen 70 zugegriffen werden kann, und wobei ein vorstehender Kragen 81 zumindest teilweise um eine Bondöffnung 82 auf der den Batteriezellen 70 abgewandten Seite der Zellfixierung 80 vorgesehen ist, wie es oben beschrieben ist.
In dem oben beschriebenen bevorzugten Fall des Eindrückens der Batteriezellen 70 in Zelleinbringöffnungen 65 des Gehäuses 61 wird nach dem Einbringen der Zellfixierungen 80 und nach der Montage der Polverbindungsbleche vorzugsweise zunächst die Bodenseite (vorzugsweise die Minusseite) der Zellblockriegel 50 gebondet. Danach wird der Zellblockriegel 50 vorzugsweise auf einer Kühlplatte 30 montiert, die gleichzeitig als Träger eines oder mehrerer Zellblockriegel 50 dient. Die Zellblockriegel 50 können mit der Kühlplatte 30 beispielsweise verschraubt werden. Anschließend, d. h. nach der Montage der Zellblockriegel 50 auf der Kühlplatte 30, wird die der Kühlplatte 30 abgewandte Seite der Batteriezellen 70 (vorzugsweise die Plusseite) mit dem entsprechenden Kontaktblech 105 gebondet. Auf diese Weise wird eine Lage von Zellblöcken 60 geschaffen, die auf der einen Seite, vorzugsweise der Minusseite, mit einer Kühlplatte 30 in Kontakt stehen.
Zusammenfassung eines beispielhaften Montageablaufs:

1. Batteriezellen 70 in Zelleinbringöffnungen 65 des Gehäuses (Zellblock 60 bzw. Zellblockriegel 50) einpressen
2. Zellblockriegel 50 mit Zellfixierungen versehen (eindrücken)
3. Montage der Polverbindungsbleche für den gesamten Zellblockriegel 50
4. Bonden der gesamten Minusseite des Zellblockriegels 50
5. Aufbringen Gapfiller an Minusseite des Zellblockriegels 50
6. Zellblockriegel an Kühlplatte verschrauben
7. Nach erfolgter Montage, aller (bereits an der Minusseite gebondeter) Zellblockriegel 50 an der Kühlplatte 30, bonden der Plusseite aller Zellblockriegel 50
8. Anschließend Montage der seitlichen Gehäuseplatten an der Kühlplatte 30

Zusätzlich dazu kann eine weitere Lage spiegelverkehrt auf der anderen Seite der Kühlplatte 30 vorgesehen werden, wodurch die Raumausnutzung bei optimierter Leistungsabgabe verbessert wird.
Allgemeinere Beschreibungen das Polverbindungsblech 100 betreffend
Das Polverbindungsblech 100 weist zwei leitfähige Kontaktbleche 105, 106 auf, die jeweils mit einer oder mehreren Batteriezellen 70 in Kontakt bringbar sind. Vorzugsweise sind mehrere Batteriezellen 70 zu einem Block zusammengefügt, die über ein Kontaktblech 105 eines Polverbindungsblechs 100 auf der einen Seite und ein Kontaktblech 106 eines anderen Polverbindungsblechs 100 auf der anderen Seite elektrisch parallel verbunden sind. In diesem Fall verbindet das Polverbindungsblech 100 somit zwei Zellblöcke 60, die aus jeweils mehreren Batteriezellen 70 aufgebaut sind. Vorzugsweise verbindet das Polverbindungsblech 100 zwei Zellblöcke 60 in Reihe. Dazu wird ein Kontaktblech 106 mit dem Minuspol eines Zellblocks 60 elektrisch in Verbindung gebracht und das andere Kontaktblech 105 mit dem Pluspol eines zweiten Zellblocks 60 elektrisch in Verbindung gebracht. Im Spezialfall weist ein Zellblock 60 nur eine einzige Batteriezelle 70 auf, wobei das Polverbindungsblech 100 dann nur zwei Batteriezellen 70 miteinander verbindet. Wenn im Folgenden von einem Zellblock 60 die Rede ist, dann ist dieser Spezialfall eines Zellblocks 60, der nur eine einzige Batteriezelle 70 aufweist, mitumfasst. Die beiden Kontaktbleche 105, 106 des Polverbindungsblechs 100 sind über einen Verbindungssteg 107 leitend miteinander verbunden. An dem Verbindungssteg 107 des Polverbindungsblechs 100 ist eine Sensor-Befestigungseinrichtung 120 für einen Sensor 150 vorgesehen, der zur Messung einer physikalischen Eigenschaft der Batterie, vorzugsweise der Temperatur, in der Umgebung eines Zellblocks 60 vorgesehen ist.
Indem das Polverbindungsblech 100 mit einer Sensor-Befestigungseinrichtung 120 für einen Sensor 150 vorgesehen ist, können die Funktionen, eine elektrische Leitung zwischen Zellblöcken 60 herzustellen und Messungen an der Batterie vorzunehmen, synergetisch miteinander verbunden werden. Insofern vereinfacht sich der Gesamtaufbau einer Batterie, die mehrere Zellblöcke 60 aufweist. Darüber hinaus befindet sich der Sensor in unmittelbarer Nähe zu den Zellblöcken 60, wodurch sich die Genauigkeit der mit dem Sensor vorgenommenen Messungen verbessern lässt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verbindet das Polverbindungsblech 100 zwei benachbarte Zellblöcke, wobei die Sensor-Befestigungseinrichtung 120 für den Sensor 150 in etwa mittig zwischen den beiden Zellblöcken 60 vorgesehen ist. In diesem Fall genügt ein Sensor für zwei Zellblöcke 60, wodurch die Anzahl der benötigten Sensoren gegebenenfalls halbiert werden kann.
Vorzugsweise weist der Verbindungssteg 107 eine oder mehrere Verprägungen auf, wodurch die Sensor-Befestigungseinrichtung 120 am Verbindungssteg 107 gesichert werden kann, insbesondere wird dadurch ein Verrutschen der Sensor-Befestigungseinrichtung 120 entlang des Verbindungsstegs 107 auf einfache Art und Weise unterbunden.
Vorzugsweise ist ein Sensor über die Sensor-Befestigungseinrichtung 120 an dem Polverbindungsblech 100 befestigt. Indem das Polverbindungsblech 100 bereits mit einem Sensor bestückt ist, lässt sich die Montage der Batterie vereinfachen.
Vorzugsweise ist der Sensor ein Temperatursensor. Im Allgemeinen tritt in Batterien eine Temperaturentwicklung auf. Die Lebensdauer und Entladung der Batterie können von der Temperatur abhängen. Beispielsweise wird bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus beobachtet, dass mit zunehmender Temperatur die Ausfallwahrscheinlichkeit des Akkus zunimmt. Die Zyklenlebensdauer ist nicht nur abhängig von der Art und Qualität des Akkus, von der Art der Nutzung des Akkus usw., sondern auch von der Temperatur. Manche Batterien sollen vorzugsweise bei Raumtemperatur verwendet werden, denn niedrige Temperaturen während des Betriebs können ebenfalls schädlich sein. Indem ein Temperatursensor 150 über eine Sensor-Befestigungseinrichtung 120 direkt an dem Verbindungssteg 107 befestigt ist, kann die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Batteriezellen 70 gemessen werden, wodurch sich die Messgenauigkeit verbessern lässt.
Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbleche 105, 106 des Polverbindungsblechs 100 parallel zueinander angeordnet, wobei diese so über den Verbindungssteg 107 miteinander verbunden sind, dass sie in der Draufsicht auf die Kontaktbleche 105, 106 versetzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden benachbarte Zellblöcke 60 platzsparend miteinander verbunden. Dabei ist die Versetzung der Kontaktbleche 105, 106 vorzugsweise so, dass sie in der Draufsicht nicht überlappen. Sind die Zellblöcke 60 als Ansammlung aufrechtstehender zylindrischer Batteriezelle 70 aufgebaut, findet gewissermaßen eine diagonale Verbindung benachbarter Zellblöcke 60 von oben nach unten statt. Ein Sensor, der ungefähr in der Mitte des Verbindungsstegs 107 angeordnet ist, befindet sich dadurch etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Zellblöcken 60, wodurch ein Sensor für zwei Zellblöcke 60 zuständig ist.
Vorzugsweise weist mindestens eines der beiden Kontaktbleche 105, 106 mindestens eine Öffnung 102 auf, wodurch ein Zugang zu den Batteriezellen 70 im montierten oder vormontierten Zustand möglich ist. Ein Zugang zu der oder den Batteriezellen 70 nach der Montage des Polverbindungsblechs 100 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die elektrische Verbindung zwischen dem Polverbindungsblech 100 und dem entsprechenden Pol der Batteriezelle 70 über ein sog. Bonden erfolgt. Das Bonden kann etwa vermittels dünner Drähte (Drahtbonden), Verlöten oder auf eine andere Art und Weise erfolgen. Auch ein nachträgliches Widerherstellen defekter elektrischer Verbindungen zwischen Kontaktblech 105, 106 und Batteriezelle 70 lässt sich aufgrund der Öffnungen) 102 einfach, ohne Demontage des Kontaktblechs 105, 106 bewerkstelligen. Das Bonden im vormontierten Zustand erhöht die Sicherheit bei der Montage vor etwaigen Kurzschlüssen usw.. Darüber hinaus dienen die Öffnungen 102 als Entgasungsöffnungen im Defektfall einer Batteriezelle 70. In bestimmten Batterien kann es beim Überladen zu Ausgleichsreaktionen kommen, die beispielsweise die Zersetzung von Wasser zu Knallgas bewirken. Eine oder mehrere Öffnungen zum Entgasen defekter Batteriezellen erhöht somit die Sicherheit der Batterie. Steht das Kontaktblech 105, 106 (mechanisch und elektrisch) direkt mit einem Pol einer Batteriezelle 70 in Verbindung, dann können eine Öffnung oder mehrere Öffnungen 102 ferner eine gleichmäßige Kontaktierung verbessern.
Ist das Kontaktblech 105, 106 für Zellblöcke 60 mit mehreren Batteriezellen 70 vorgesehen, dann weist das Kontaktblech 105, 106 vorzugsweise mehrere Öffnungen 102 der oben beschriebenen Art auf.
Zur Vereinfachung der Montage des Kontaktblechs 105, 106 an einem Batterieblock können eine oder mehrere Ecken des vorzugsweise rechteckförmigen Kontaktblechs 105, 106 abgeschrägt oder ausgespart sein. Über die Abschrägungen oder Aussparungen kann das Kontaktblech 105, 106 etwa mit Halterungsstrukturen des Zellblocks 60 verschraubt oder gesteckt werden. Selbstverständlich können auch Öffnungen im Kontaktblech 105, 106 zu diesem Zweck vorgesehen sein. Das Kontaktblech 105, 106 kann alternativ oder darüber hinaus Aussparungen, Ansätze, Nasen und/oder andere Strukturen aufweisen, die als Befestigungseinrichtungen des Kontaktblechs 105, 106 in der Batterie oder als Befestigungseinrichtungen für andere Teile an dem Polverbindungsblech 100 dienen.
Vorzugsweise sind die beiden Kontaktbleche 105, 106 und der Verbindungssteg 107 des Polverbindungsblechs 100 einstückig miteinander ausgebildet. Das Polverbindungsblech 100 kann etwa durch Ausstanzen einer Grundform aus einem Blech und anschließendes Umbiegen der Kontaktbleche 105, 106 hergestellt werden.
Vorzugsweise ist die oben beschriebene Sensor-Befestigungseinrichtung 120 ein Clip. Der Clip ist aus einem Material gefertigt, das eine gewisse Elastizität aufweist, wodurch er an den Verbindungssteg 107 des Polverbindungsblechs 100 angeclipst werden kann.
Vorzugsweise ist der Clip ein U-förmiges Teil, an dessen beiden offenen Enden jeweils eine hakenförmige Nase vorgesehen ist. In die U-förmige Aussparung des Clips kann der Sensor vollständig oder teilweise eingebracht werden, wobei anschließend die Gesamtheit aus Clip und Sensor über den Verbindungssteg 107 geschoben wird, wobei die Nasen des Clips auf der vom Sensor abgewandten Seite des Verbindungsstegs 107 sich mit dem Verbindungssteg 107 verhaken. Dadurch wird der Sensor sicher am Polverbindungsblech 100 befestigt. In Zusammenwirkung mit etwaigen Verprägungen am Verbindungssteg 107 wird zudem ein Verrutschen des Sensors entlang des Verbindungsstegs 107 wirkungsvoll unterbunden.
Vorzugsweise besteht die Sensor-Befestigungseinrichtung 120 aus Kunststoff, wodurch die erforderliche Festigkeit der Verbindung bei geringem Zusatzgewicht realisiert wird, was insbesondere im Anwendungsfall von Elektrofahrzeugen gewünscht ist. Das Gewicht des Fahrzeugs, inklusive der Batterie, ist ein entscheidender Parameter, der den Stromverbrauch und damit die Reichweite des Fahrzeugs bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008059967 A1 [0003]
DE 2008034873 A1 [0004]

Claims

Polverbindungsblech (100) zur Verbindung von Batteriezellen (70), das zwei leitfähige Kontaktbleche (105, 106) zur jeweiligen Kontaktierung mit einer oder mehreren Batteriezellen (70) und einen Verbindungssteg (107) aufweist, der die beiden Kontaktbleche (105, 106) leitend miteinander verbindet, wobei an dem Verbindungssteg (107) eine Sensor-Befestigungseinrichtung (120) für einen Sensor (150) vorgesehen ist.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (107) eine oder mehrere Verprägungen aufweist.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (150) über die Sensor-Befestigungseinrichtung (120) an dem Polverbindungsblech (100) befestigt ist.
Polverbindungsblech (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (150) ein Temperatursensor ist.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktbleche (105, 106) parallel zueinander vorgesehen sind, wobei sie so über den Verbindungssteg (107) miteinander verbunden sind, dass sie in der Draufsicht auf die Kontaktbleche (105, 106) versetzt zueinander angeordnet sind.
Polverbindungsblech (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versetzung der Kontaktblech (105, 106) so ist, dass sie in der Draufsicht nicht überlappen.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kontaktbleche (105, 106) mindestens eine Öffnung aufweist.
Polverbindungsblech (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktbleche (105, 106) mehrere Öffnungen aufweisen.
Polverbindungsblech (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Kontaktbleche (105, 106) im wesentlichen rechteckförmig ist und an einem oder mehreren Ecken abgeschrägt ist oder eine Aussparung aufweist.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktbleche (105, 106) und der Verbindungssteg (107) einstöckig ausgebildet sind.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Befestigungseinrichtung (120) ein Clip ist.
Polverbindungsblech (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Clip ein U-förmiges Teil ist, an dessen beiden offenen Enden (121) jeweils eine hakenförmige Nase (122) vorgesehen ist.
Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Befestigungseinrichtung (120) aus Kunststoff ist.
Batterie (1) mit mehreren Batteriezellen (70), die zumindest teilweise mit einem Polverbindungsblech (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche elektrisch verbunden sind.
Batterie (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Batteriezellen (70), die einen Zellblock (60) bilden, über ein Kontaktblech (105, 106) des Polverbindungsblechs (100) elektrisch parallel miteinander verbunden sind und zwei Zellblöcke (60) über das Polverbindungsblech (100) elektrisch seriell miteinander verbunden sind.