-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem und zumindest einen Zellverbinder, umfassend eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle zwei Polanschlüsse aufweist, und wobei durch den zumindest einen Zellverbinder einer der Polanschlüsse einer ersten Zelle mit einem der Polanschlüsse einer zweiten Zelle elektrisch leitend verbunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems.
-
Derartige Batteriesysteme werden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik, und insbesondere in Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen eingesetzt.
-
Ein Batteriesystem der gattungsgemäßen Art ist aus der Offenlegung
EP 2 523 238 A2 bekannt. Dabei ist ein Batteriemodul mit zwei wiederaufladbaren Batterien angegeben, die jeweils einen ersten und einen zweiten Terminal aufweisen. Ein Verbindungselement verbindet einen der Terminals einer Zelle mit einem der Terminals der anderen Zelle, und weist einen Vorsprung auf der in Richtung eines der Terminals weist. Einer der Terminals weist eine Druckvorrichtung auf die dazu eingerichtet ist den Vorsprung zu einem Teil des Terminals zu drücken.
-
Bei den genannten Anwendungen ist es erwünscht, die elektrische Verbindung zwischen den Zellen so zu gestalten, dass der Übergangswiderstand der elektrischen Verbindung möglichst gering ist und über die Lebensdauer des Batteriesystems konstant bleibt. Selbst eine geringfügige Erhöhung des Übergangswiderstands in der Größenordnung von wenigen Milliohm führt durch den hohen Strom zu einer beträchtlichen Verlustleistung in Form von Wärmeenergie. Durch die metallischen Polanschlüsse besteht eine gute Wärmeübertragung zur Zellchemie selbst, wodurch es zu einer Erwärmung der Zellchemie kommt. Dies reduziert die Lebensdauer der Zellchemie und ist daher unerwünscht. Daher wird die Verbindung zwischen Zellverbinder und Polanschlüssen üblicherweise mit einer stoffschlüssigen Verbindungstechnik hergestellt, beispielsweise durch Schweißen.
-
Eine Schweißverbindung zwischen Polanschlüssen und Zellverbinder erschwert jedoch die Reparatur derartiger Batteriesysteme, insbesondere den Austausch einzelner Zellen. Besonders die Wiederherstellung der stoffschlüssigen Verbindung ohne die übrigen Zellen zu beschädigen ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Auch die Zerlegung des Batteriesystems nach Erreichen der Lebensdauer im Zuge des Recyclings wird durch das erforderliche Auftrennen der stoffschlüssigen Verbindungen erschwert.
-
Sind die Polanschlüsse der Zellen zudem aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt, beispielsweise aus Kupfer und Aluminium, so ist die Herstellung einer dauerhaft gut leitfähigen und zuverlässigen elektrischen Verbindung zwischen den Polanschlüssen zusätzlich erschwert, da sich die beiden genannten Werkstoffe mittels thermischer Schweißverfahren nicht zuverlässig fügen lassen. Schweißverfahren die zum Fügen ungleicher Fügepartner geeignet sind, wie beispielsweise Rührreibschweißen, verlangen nach hohen Kräften. Durch derart hohe Kräfte können jedoch die Polanschlüsse, und damit die gesamte Zelle beschädigt werden.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Batteriesysteme der genannten Art so zu verbessern, dass der Übergangswiderstand der elektrischen Verbindung zwischen den Zellen über die Lebensdauer des Batteriesystems möglichst gering ist, und zugleich ein einfaches Auftrennen und Wiederherstellen der Verbindung ermöglicht, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriesystems anzugeben.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Batteriesysteme sowie ein Verfahren zur Herstellung von Batteriesystemen der genannten Art mit einer zuverlässigen elektrischen Verbindung zwischen den Zellen anzugeben, wobei die Polanschlüsse der Zellen aus verschiedenartigen Werkstoffen hergestellt sind.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Batteriesystem, umfassend eine Vielzahl von Zellen und zumindest einen Zellverbinder, wobei jede Zelle zwei Polanschlüsse aufweist, und wobei durch den zumindest einen Zellverbinder einer der Polanschlüsse einer ersten Zelle mit einem der Polanschlüsse einer zweiten Zelle elektrisch leitend verbunden ist, wobei der zumindest eine Zellverbinder durch zumindest einen ersten Stift mit einem der Polanschlüsse der ersten Zelle und durch zumindest einen zweiten Stift mit einem der Polanschlüsse der zweiten Zelle verbunden ist, wobei ein erster Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts und ein erster Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts eine flexible Einpresszone aufweist.
-
Die Lösung erfolgt auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems, umfassend die Schritte:
- – Bereitstellen einer Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle zwei Polanschlüsse aufweist,
- – Bereitstellen zumindest eines Zellverbinders, wobei in den Zellverbinder zumindest ein erster Stift und zumindest ein zweiter Stift eingepresst ist, wobei ein erster Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts und ein erster Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts eine flexible Einpresszone aufweist, und
- – Einpressen des zumindest einen Zellverbinders, wobei der erste Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse einer ersten Zelle eingepresst wird, und wobei der erste Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse einer zweiten Zelle eingepresst wird,
oder
- – Bereitstellen einer Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle zwei Polanschlüsse aufweist,
- – Bereitstellen zumindest eines Zellverbinders, wobei in den Zellverbinder ein erster Abschnitt von zumindest einem ersten Stift und ein erster Abschnitt von zumindest einem zweiten Stift eingepresst ist, wobei der erster Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts und der erster Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts eine flexible Einpresszone aufweist, und
- – Einpressen des zumindest einen Zellverbinders, wobei ein zweiter Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse einer ersten Zelle eingepresst wird, und wobei ein zweiter Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse einer zweiten Zelle eingepresst wird.
-
Erfindungsgemäß wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen Polanschlüssen und Zellverbinder durch erste und zweite Stifte hergestellt, wobei zumindest ein erster Abschnitt der ersten Stifte und ein erster Abschnitt der zweiten Stifte eine flexible Einpresszone aufweist. Die flexible Einpresszone ist dazu eingerichtet, eine mechanisch stabile und elektrisch gut angebundene Verbindung mit entsprechenden Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen, einzugehen. Die Verbindung wird hergestellt indem die Stifte in die Ausnehmungen eingepresst werden, wobei die flexible Einpresszone der Stifte verpresst wird. Die flexible Einpresszone ist dabei so ausgebildet, dass flexible Elemente im eingepressten Zustand einen zusätzlichen Anpressdruck auf die Ausnehmung ausüben. Die flexible Einpresszone weist dazu keinen massiven Querschnitt, sondern einen hohlen, oder sogar offenen Querschnitt auf. Insbesondere weist die flexible Einpresszone entlang des Umfangs des ersten Abschnitts von erstem/zweitem Stift mehrere Federzungen auf. Im eingepressten Zustand werden die Federzungen so belastet, dass sie den Anpressdruck in der Ausnehmung erhöhen. Dies bewirkt eine mechanisch sichere und gut elektrisch leitfähige Verbindung. Zusätzlich bewirkt die Ausbilung der ersten und zweiten Stifte mit flexibler Einpresszone, dass die Toleranzen der beteiligten Bauteile nicht über Gebühr eng gewählt werden müssen, da die flexible Einpresszone abweichende Geometrien besser ausgleicht als massive Querschnitte.
-
Die Verbindung wird dabei bevorzugt so hergestellt, dass vorbereitete Zellverbinder in Polanschlüsse der Zellen gepresst werden. Bevorzugt wird dabei der Kraft-Weg-Verlauf beim Einpressvorgang gemessen. Dabei werden bevorzugt die Zellen in einer geeigneten Vorrichtung gehalten, und jeder Zellverbinder samt ersten/zweiten Stiften wird aufgepresst, wobei der von jedem Zellverbinder zurückgelegte Weg erfasst wird. Derart kann sichergestellt werden, dass die Verbindung den Prozessparametern entspricht. Etwaige Fehler durch Schiefstellungen oder fehlerhafter Einzelteile können so rasch erkannt werden. Als zusätzliches Halteelement ist eine Verbindungsplatte vorgesehen, die die Zellverbinder in deren Endlage, in der beide Abschnitte der Stifte verpresst sind, aufnimmt. Die Verbindungsplatte schützt die Verbindung zusätzlich vor äußeren Einflüssen, und dient als Befestigung für Messleitungen, beispielsweise zum Abgriff der Spannung an den Zellverbindern, oder auch für Temperatursensoren.
-
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
-
Vorzugsweise ist der erste Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse der ersten Zelle eingepresst, und der erste Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts ist in eine Ausnehmung in einem der Polanschlüsse der zweiten Zelle eingepresst. Die Ausnehmungen sind dabei bevorzugt als Sacklochbohrungen ausgeführt. Die zum Einbringen des ersten Abschnitts in die Ausnehmungen erforderliche Kraft ist gering, sodass diese Anordnung besonders für kleine Zellen geeignet ist, deren Polanschlüsse nur eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen eine äußere mechanische Belastung aufweisen. Unter „kleinen“ Zellen werden beispielsweise Zellen mit einem Energiehalt von weniger als 6 Ampere-Stunden verstanden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweiter, dem ersten Abschnitt gegenüberliegenden Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts in den Zellverbinder eingepresst, und ein zweiter, dem ersten Abschnitt gegenüberliegender zweiter Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts in den Zellverbinder eingepresst. Der zweite Abschnitt des zumindest einen ersten und des zumindest einen zweiten Stifts kann dabei einen massiven Querschnitt aufweisen, wobei es zwischen Zellverbinder und zweitem Abschnitt des ersten/zweiten Stifts zu einer plastischen Verformung der Fügepartner kommt. Der zweite Abschnitt kann dazu eine eckige Form aufweisen, beispielsweise eine sechseckige Form. Dies verbessert die mechanische Anbindung und reduziert die Gefahr des Lockerns der Verbindung unter Vibrationsbelastung.
-
Alternativ dazu kann auch der zweite Abschnitt des zumindest einen ersten und des zumindest einen zweiten Stifts eine flexible Einpresszone aufweisen. Bevorzugt ist die flexible Einpresszone in beiden Abschnitten des ersten/zweiten Stifts gleich aufgebaut, und weist einen hohlen oder gar einen offenen Querschnitt auf. In diesem Fall kann der gesamte erste/zweite Stift als gerolltes Stanzteil aufgebaut sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts und der erste Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts in Ausnehmungen im Zellverbinder eingepresst. Der zweite, dem ersten Abschnitt gegenüberliegenden Abschnitt des zumindest einen ersten Stifts ist in dieser Ausgestaltung in einen der Polanschlüsse der ersten Zelle eingepresst, und der zweite, dem ersten Abschnitt gegenüberliegenden Abschnitt des zumindest einen zweiten Stifts ist in einen der Polanschlüsse der zweiten Zelle eingepresst. Diese Ausgestaltung ist insofern dann vorteilhaft, wenn die Polanschlüsse massiv genug sind um eine Verpressung mit einem Stift ohne eine flexible Einpresszone zuzulassen. Dies ist üblicherweise nur bei großen Zellen mit hohem Energieinhalt der Fall, wie sie in Elektrofahrzeugen mit hoher elektrischer Reichweite zum Einsatz kommen. Unter „großen“ Zellen werden dabei Zellen mit einem Energieinhalt von mehr als 10–15 Ampere-Stunden verstanden. Der zweite Abschnitt des zumindest einen ersten und zweiten Stifts weist dazu bevorzugt einen massiven Querschnitt auf. Der zumindest eine erste/zweite Stift kann auch integraler Bestandteil eines der Polanschlüsse der ersten/zweiten Zelle sein. Unter integralem Bestandteil wird hierbei verstanden, dass der erste/zweite Stift nicht zerstörungsfrei vom Polanschluss gelöst werden kann. Beispielsweise kann erster/zweiter Stift von der Innenseite einer Polanschlusskappe am jeweiligen Polanschluss befestigt sein, sodass nur sein freies Ende nach außen ragt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Polanschlüsse, der zumindest eine Zellverbinder und der zumindest eine erste Stift und der zumindest eine zweite Stift aus dem gleichen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder einer geeigneten Legierung mit Aluminium als Hauptbestandteil. Beim Einpressen wird die schlecht elektrisch leitfähige Aluminium-Oxid-Oberfläche der beteiligten Fügepartner durchbrochen, so dass ein guter elektrisch leitfähiger Kontakt entsteht. An den Berührungsstellen entstehen durch Kaltverschweißung gasdichte Zonen, sodass sich keine neue Oxidschicht mehr aufbauen kann. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen ist Aluminium ein bevorzugter Werkstoff der Polanschlüsse, da der Stromableiter der Kathode üblicherweise aus Aluminium besteht. Um die Verbindungstechnik zu erleichtern werden die entsprechenden Verbindungselemente, bestehend aus Zellverbinder und ersten und zweiten Stiften, aus dem gleichen Werkstoff gefertigt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht einer der Polanschlüsse jeder Zelle aus Aluminium und einer der Polanschlüsse jeder Zelle aus Kupfer, und der zumindest eine erste und der zumindest eine zweite Stift besteht aus Aluminium. Unter den Begriff „Kupfer“ oder „Aluminium“ fallen auch Legierungen, die dieses Metall als Hauptbestandteil aufweisen. Sind erste und zweite Zelle in Serie geschaltet, so befindet sich in der elektrischen Verbindung von erster und zweiter Zelle ein Materialübergang von Aluminium auf Kupfer. Durch die Ausbildung von gasdichten Zonen durch Kaltverschweißung der Fügepartner in der Einpresszone kann der Stoffübergang ohne die Gefahr einer Kontaktkorrosion bewältigt werden. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen ist Kupfer ein bevorzugter Werkstoff des Stromableiters der Kathode. Ist aus konstruktiven Gründen, insbesondere bei kleinen Zellen, kein Materialübergang innerhalb der Zelle von Stromableiter zu Polanschluss vorgesehen, so besteht der Polanschluss der Kathode üblicherweise aus Kupfer. Zellverbinder und erster und zweite Stift werden dabei aus Kostengründen bevorzugt aus Aluminium gefertigt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Batteriesystem.
-
2 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt A-A, in Explosionsdarstellung.
-
3 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt A-A, in gefügtem Zustand.
-
4 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt B-B, in Explosionsdarstellung.
-
5 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt B-B, in gefügtem Zustand.
-
6 zeigt eine Schnittansicht des Zellverbinders im Schnitt C-C.
-
7 zeigt eine Ansicht des ersten oder zweiten Stifts im Schnitt D-D.
-
8 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt A-A, in Explosionsdarstellung, mit einem Teil der Verbindungsplatte.
-
9 zeigt ein Detail des Batteriesystems im Schnitt A-A, in gefügtem Zustand, mit einem Teil der Verbindungsplatte.
-
10 zeigt ein Detail des Batteriesystems in einer zweiten Ausführungsform im Schnitt A-A, in Explosionsdarstellung.
-
11 zeigt ein Detail des Batteriesystems in einer dritten Ausführungsform im Schnitt A-A, in Explosionsdarstellung.
-
In der 1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Batteriesystem dargestellt. Eine Vielzahl von Zellen 1 sind in einem Stapel angeordnet, sodass die Polanschlüsse 4 entlang der Stapelrichtung zwei Reihen bilden. Zellverbinder 2 verbinden die Polanschlüsse benachbarter Zellen, oder bilden einen Spannungsabgriff für das Batteriesystem. In der gezeigten Darstellung sind die Zellen 1 durch die Zellverbinder 2 elektrisch in Serie miteinander verbunden, indem ein Polanschluss 4 einer ersten Zelle 1.1 mit einem Polanschluss 4 einer zweiten Zelle 1.2 verbunden ist. Eine Ausführung mit einer Parallelschaltung der Zellen 1 ist jedoch ebenso denkbar, jedoch nicht dargestellt.
-
In 1 sind zwei Schnitte angeben. Im Schnitt A-A wird ein Schnitt durch einen Teil der erste Zelle 1.1, den Zellverbinder 2 und durch einen der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1 gelegt, und zeigt damit die Verbindung von einem der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1 mit dem Zellverbinder 2. Im Schnitt B-B wird ein Schnitt durch einen Teil der ersten Zelle 1.1, einen der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1, den Zellverbinder 2, einen der Polanschlüsse 4 der zweiten Zelle 1.2 und durch einen Teil der zweiten Zelle 1.2 gelegt, und zeigt damit die Verbindung der ersten Zelle 1.1 mit der zweiten Zelle 1.2 durch den Zellverbinder 2.
-
In 2 ist eine Detailansicht des Batteriesystems im Schnitt A-A dargestellt, wobei die erste Zelle 1.1 und der Zellverbinder 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt sind. Im Zellverbinder 2 sind zwei erste Stifte 3.1 und zwei zweite Stifte 3.2 eingepresst, wobei in dieser Schnittansicht nur die ersten Stifte 3.1 zu sehen sind. Ein erster Abschnitt 3.1A der beiden ersten Stifte 3.1 ragt an einer Unterseite des Zellverbinders 2 hervor. Ein zweiter Abschnitt 3.1B ist in den Zellverbinder 2 eingepresst. Je nach Ausführung kann der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 mit der Oberseite des Zellverbinders 2 abschließen, oder auch über die Oberseite hinausragen. Der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 weist in der gegenständlichen Ausführung einen massiven Querschnitt auf. Der erste Abschnitt 3.1A weist eine flexible Einpresszone 5 auf, die aus mehreren Federzungen 6 gebildet ist. Die erste Zelle 1.1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zum Teil dargestellt, so dass nur einer der beiden Polanschlüsse 4 sichtbar ist. Der zweite, nicht dargestellte Polanschluss 4 weist im wesentlichen die gleiche Form auf. Jeder Polanschluss 4 weist zwei Ausnehmungen 4.A auf, die dazu eingerichtet sind die flexiblen Abschnitte 5 im ersten Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 derart aufzunehmen, dass die Federzungen 6 der flexiblen Einpresszone 5 nur durch elastische Verformung in die Ausnehmungen 4.A der Polanschlüsse 4 hineinpassen. Die Ausnehmungen 4.A in den Polanschlüssen 4 sind dabei bevorzugt als Bohrungen ausgeführt. Die Polanschlüsse 4 bestehen entweder aus Aluminium oder aus Kupfer, bzw. aus einer Legierung die entweder Aluminium oder Kupfer als Hauptbestandteil aufweist. Der Zellverbinder 2 und die ersten Stifte 3.1 bestehen aus Aluminium, bzw. aus einer Legierung die Aluminium als Hauptbestandteil aufweist.
-
In 2 sind zwei Schnitte angeben. Im Schnitt C-C wird ein Schnitt durch den Zellverbinder 2, die beiden ersten Stifte 3.1 sowie die beiden zweiten Stifte 3.2 gelegt. Im Schnitt D-D ist ein Schnitt durch die flexible Einpresszone 5 eines der ersten Stifte 3.1 gelegt.
-
In 3 ist eine Detailansicht des Batteriesystems im Schnitt A-A dargestellt, wobei die flexiblen Einpresszonen 5 im ersten Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 in die Ausnehmungen 4.A im Polanschluss 4 eingepresst sind.
-
4 zeigt ein Detail des Batteriesystems entsprechend dem Schnitt B-B, wobei Zellverbinder 2 und die Zellen 1 in einem voneinander getrennten Zustand dargestellt sind. Erste Zelle 1.1 und zweite Zelle 1.2 sind nebeneinander angeordnet. In den Zellverbinder 2 sind zwei erste Stifte 3.1 und zwei zweite Stifte 3.2 eingepresst, wobei in dieser Schnittdarstellung lediglich einer der ersten und einer der zweiten Stifte 3.1, 3.2 zu sehen ist. Der erste Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 und ein erster Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte 3.2 ragt an der Unterseite des Zellverbinders 2 hervor. Der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und ein zweiter Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 ist in den Zellverbinder 2 eingepresst. Je nach Ausführung kann der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 mit der Oberseite des Zellverbinders 2 abschließen, oder auch über die Oberseite hinausragen. Der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 weist in der gegenständlichen Ausführung einen massiven Querschnitt auf. Der erste Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 und der erste Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte 3.2 weist eine flexible Einpresszone 5 auf, die aus mehreren Federzungen 6 gebildet ist. Der erste Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 wird in entsprechende Ausnehmungen 4.A in einem der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1 eingepresst. Der erste Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte wird in entsprechende Ausnehmungen 4.A in einem der Polanschlüsse 4 der zweiten Zelle 1.2 eingepresst.
-
In 5 ist eine Detailansicht des Batteriesystems im Schnitt A-A dargestellt, wobei die flexiblen Einpresszone 5 im ersten Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 in Ausnehmungen 4.A in einem der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1 eingepresst ist, und wobei die flexiblen Einpresszone 5 im ersten Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte 3.2 in Ausnehmungen 4.A in einem der Polanschlüsse 4 in der zweiten Zelle 1.2 eingepresst ist. Damit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem der Polanschlüsse 4 der ersten Zelle 1.1 und einem der Polanschlüsse 4 der zweiten Zelle 1.2 hergestellt.
-
6 zeigt eine Schnittansicht des Zellverbinder 2 entsprechend dem Schnitt C-C. Darin ist der Querschnitt des zweiten Abschnitts 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der Querschnitt des zweiten Abschnitts 3.2B der zweiten Stifte 3.2 zu sehen. Der Querschnitt des zweiten Abschnitts 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der Querschnitt des zweiten Abschnitts 3.2B der zweiten Stifte 3.2 ist massiv und weist in der dargestellten Ausführungsform eine sechseckige Kontur auf. Alternativ ist eine kreisrunde Kontur oder eine Kontur mit einer anderen Eckzahl denkbar.
-
7 zeigt eine Schnittansicht des ersten oder zweiten Stifts 3.1 entsprechend dem Schnitt D-D, wobei die Schnittebene im ersten Abschnitt 3.1A durch die flexible Einpresszone 5 gelegt ist. Der zweite Stift 3.2 ist bevorzugt gleich aufgebaut wie der erste Stift 3.1, sodass diese Darstellung auf für den zweiten Stift 3.2 gilt. Eine Vielzahl von Federzungen 6 sind entlang dem Umfang des ersten Abschnitts 3.1A/3.2A angeordnet. Die dargestellte Ausführungsform ist beispielhaft, andere Anordnungen und Geometrien der Federzungen 6 sind ebenso denkbar. Beispielsweise können einzelne Federzungen 6 Vorsprünge aufweisen, welche nach außen weisen und so die Kontaktierung mit dem Polanschluss 4 zusätzlich verbessern.
-
In 8 ist eine Detailansicht des Batteriesystems entsprechend dem Schnitt A-A dargestellt, wobei die erste Zelle 1.1 und der Zellverbinder 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt sind. Zwischen erster Zelle 1.1 und dem Zellverbinder 2 ist ein Teil einer Verbindungsplatte 7 angeordnet. 9 zeigt diese Schnittansicht im zusammengebauten Zustand. Die Verbindungplatte 7 besteht bevorzugt aus Kunststoff, und schützt die Schnittstelle von Polanschluss 4 und Zellverbinder 2 vor äußeren Einflüssen. Zudem kann sie als Befestigung für Messleitungen, beispielsweise zum Abgriff der Spannung an den Zellverbindern 2 dienen. Die Verbindungsplatte weist eine Anschlagfläche 7.A auf, an der die Unterseite des Zellverbinders aufliegt. Beim Einpressen des Zellverbinders 2 mit den darin eingepressten ersten und zweiten Stiften 3.1, 3.2 wird der Zellverbinder 2 solange in Richtung der Polanschlüsse 4 zugestellt, bis die Unterseite des Zellverbinders 2 auf der Anschlagfläche 7.A aufliegt. Wird beim Einpressen der Kraft-Weg-Verlauf des Zelllverbinders 2 gemessen, so wird das Aufliegen des Zellverbinders an der Anschlagfläche 7.A sicher erkannt. Ein zu tiefes Einpressen wird dadurch effizient vermieden.
-
Der Zellverbinder 2, die beiden ersten Stifte 3.1, und die beiden zweiten Stifte 3.2 sind in der ersten Ausführungsform, so wie sie in 2 bis 6 dargestellt ist, als eine vormontierte Baugruppe ausgeführt. Diese vormontierte Baugruppe wird beim Zusammenbau bevorzugt als Ganzes in die Polanschlüsse 4 der Zellen 1 eingepresst.
-
10 zeigt eine Detailansicht des Batteriesystems entsprechend dem Schnitt A-A, in einer zweiten Ausführungsform, in einer Explosions-Darstellung. In der zweiten Ausführungsform weist auch der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 (im Schnitt A-A nicht dargestellt) eine flexible Einpresszone 5 auf. Der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der zweiten Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 greift dabei in entsprechende Ausnehmungen 2.A des Zellverbinders 2 ein, und stellen so den mechanischen und elektrischen Kontakt zum Zellverbinder 2 her. Auch in dieser zweiten Ausführungsform kann zwischen Polanschluss 4 und Zellverbinder 2 eine Verbindungsplatte 7 angeordnet sein.
-
11 zeigt eine Detailansicht des Batteriesystems entsprechend dem Schnitt A-A, in einer dritten Ausführungsform, in einer Explosions-Darstellung. In der dritten Ausführungsform weist der erste Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 und der erste Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte 3.2 (im Schnitt A-A nicht dargestellt) einen massiven Querschnitt auf, über den die ersten und zweiten Stifte 3.1, 3.2 in Ausnehmungen 4.A im Polanschluss 4 eingepresst sind. Alternativ dazu kann der erste Abschnitt 3.1A der ersten Stifte 3.1 oder der erste Abschnitt 3.2A der zweiten Stifte 3.2 auch integraler Bestandteil eines der Polanschlüsse 4 sein. In der dritten Ausführungsform weist der zweite Abschnitt 3.1B der ersten Stifte 3.1 und der zweite Abschnitt 3.2B der zweiten Stifte 3.2 (im Schnitt A-A nicht dargestellt) einen flexiblen Abschnitt 5 auf, der in entsprechende Ausnehmungen 2.A im Zellverbinder 2 eingreift, und so den mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen Polanschluss 4 und Zellverbinder 2 herstellt.
-
Je nach maximal im Batteriesystem auftretenden Strom und abhängig von der Stromtragfähigkeit der ersten und zweiten Stifte 3.1, 3.2 kann je Polanschluss 4 nur ein erster oder zweiter Stift 3.1, 3.2, oder auch mehrere erste Stifte 3.1 für einen Polanschluss 4 und mehrere zweite Stifte 3.2 für einen Polanschluss 4 verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zellen
- 1.1
- Erste Zelle
- 1.2
- Zweite Zelle
- 2
- Zellverbinder
- 2.A
- Ausnehmung im Zellverbinder
- 3.1
- Erster Stift
- 3.1A
- Erster Abschnitt des ersten Stifts
- 3.1B
- Zweiter Abschnitt des ersten Stifts
- 3.2
- Zweiter Stift
- 3.2A
- Erster Abschnitt des zweiten Stifts
- 3.2B
- Zweiter Abschnitt des zweiten Stifts
- 4
- Polanschluss
- 4.A
- Ausnehmung im Polanschluss
- 5
- Flexible Einpresszone
- 6
- Federzunge
- 7
- Verbindungsplatte
- 7.A
- Anschlagfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
