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Die Erfindung betrifft einen Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen. Solche zellenförmige elektrische Elemente können seriell und/oder parallel miteinander verschaltet werden.
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Beispielsweise können als galvanische Zellen, Kondensatoren oder Superkondensatoren (Supercaps) ausgestaltete Spannungsquellen und/oder -senken in einer Traktionsbatterie eines elektrischen Fahrzeuges miteinander verschaltet werden, um hohe Spannungen und/oder hohe Kapazitäten zu erreichen. Spannungsquellen können dabei gleichzeitig als Spannungssenken dienen, um wiederholt elektrische Energie zuzuführen und zu entnehmen. Bei einer Lösung aus dem Stand der Technik werden für jeden Anwendungsfall verschieden ausgestaltete Gehäuse produziert. Dies verursacht einen hohen Konstruktions- und Produktionsaufwand, da die Gehäuse jeweils einzeln konstruiert und entsprechende Werkzeugteile angefertigt werden müssen. Bei einer anderen Lösung aus dem Stand der Technik werden einzelne Zellen verbunden, indem manuell ein leitendes Verbindungsteil zwischen ihnen angeordnet ist. Dies führt jedoch auch zu einem hohen Fertigungsaufwand.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die weniger aufwändig und damit kostengünstiger ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen bandförmigen Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen, aus einem bandförmigen Trägerelement und einem bandförmigen Halteelement, wobei mindestens ein Kontaktelement zwischen dem Trägerelement und dem Halteelement angeordnet ist.
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Ein erfindungsgemäßer Verbinder ist einfacher und kostengünstiger in der Herstellung, da das bandförmige Trägerelement und das bandförmige Halteelement einfacher hergestellt werden können als ein Gehäuse. Zur Herstellung eines Kontaktes mit einem zellenförmigen elektrischen Element weist der Verbinder ein Kontaktelement auf, das zwischen dem Trägerelement und dem Halteelement angeordnet ist. Dadurch ist eine einfache Kontaktierung sichergestellt.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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Der bandförmige Verbinder kann mehrere Kontaktelemente aufweisen, die zwischen dem Trägerelement und dem Halteelement angeordnet sind. Dadurch können mehrere zellenförmige elektrische Elemente kontaktiert werden. Insbesondere können solche Kontaktelemente regelmäßig hintereinander angeordnet sein, beispielsweise jeweils einen festen Abstand voneinander aufweisen. Mit einer solchen Ausgestaltung können beispielsweise in Reihen angeordnete elektrische Elemente kontaktiert werden.
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Das Trägerelement und/oder das Halteelement können mindestens eine Öffnung aufweisen, an der das Kontaktelement zugänglich ist. Solche Öffnungen können beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden entstanden sein oder schon bei der Herstellung des bandförmigen Trägerelementes bzw. bandförmigen Halteelementes ausgeformt worden sein. Ein Kontaktelement kann zumindest teilweise in die Öffnung hineinragen oder durch die Öffnung hindurchragen, um eine gute Kontaktierbarkeit zu erzielen.
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Das Halteelement kann Schweißöffnungen aufweisen. Durch die Schweißöffnungen ist es möglich, das Kontaktelement mit einem anderen elektrischen Element zu verschweißen und so das Kontaktelement zu kontaktieren. Auch das Trägerelement kann Schweißöffnungen aufweisen. Die Schweißöffnungen können dazu dienen, das Kontaktelement mit einem zellenförmigen elektrischen Element zu verschweißen. Sie können schon am Trägerelement oder Halteelement vorhanden sein oder beispielsweise durch Schneiden oder Stanzen aus dem Trägerelement bzw. Halteelement herausgeschnitten werden. An den Schweißöffnungen selbst muss nicht notwendigerweise eine Schweißung erfolgen. Sie können auch lediglich dazu dienen, eine Schweißung zu ermöglichen, beispielsweise indem sie einen elektrischen Kontakt ermöglichen, so dass beispielsweise an einer gegenüberliegenden Seite eine Verschweißung etwa durch Stromfluss erfolgen kann. Das Kontaktelement kann unter den Schweißöffnungen liegen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das Trägerelement und das Halteelement Schweißöffnungen aufweisen. Die Schweißöffnungen von Trägerelement und Halteelement können miteinander fluchtend zu beiden Seiten des Kontaktelements angeordnet sein. Dadurch kann das Kontaktelement durch die Schweißöffnung im Trägerelement an das zellenförmige elektrische Element angeschweißt werden, indem eine Elektrode einer Schweißvorrichtung durch die Schweißöffnung am Halteelement an das Kontaktelement angedrückt wird, wodurch das Kontaktelement auf das zellenförmige elektrische Element gedrückt wird. Anschließend kann ein Strom durch die Elektrode und das Kontaktelement fließen und eine Verschweißung zwischen dem Kontaktelement und dem zellenförmigen elektrischen Element erfolgen. Bei solchen Ausgestaltungen kann also durch die Elektrode der Schweißvorrichtung gleichzeitig die mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem zellenförmigen elektrischen Element und die elektrische Verbindung zwischen den beiden erzielt werden.
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Es können Reihen von in Längsrichtung des Kontaktelements fluchtenden Schweißöffnungen im Halte- und/oder Trägerelement angeordnet sein, insbesondere können zwei Reihen vorhanden sein. Durch das Vorhandensein von zwei Reihen können die Kontaktelemente nicht nur an einer einzigen Stelle, sondern an zwei Stellen verschweißt werden, wodurch eine elektrisch und mechanisch stabilere Verbindung erzielt wird. Im Gegensatz zu einer einzigen größeren Schweißöffnung, durch die zwei Schweißungen möglich sind, wird bei zwei getrennten, kleineren Schweißöffnungen die Stabilität des Halte- und/oder Trägerelementes weniger beeinträchtigt.
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Das bandförmige Trägerelement und/oder das bandförmige Halteelement können Halteöffnungen aufweisen, an denen ein Teil des Kontaktelementes zugänglich ist, beispielsweise um es beim Schweißen zu halten.
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Das Kontaktelement kann Haltevorsprünge aufweisen, an denen es gehalten werden kann. Im montierten Zustand können die Haltevorsprünge in die Halteöffnungen vorspringen. Durch die Halteöffnungen und die Haltevorsprünge können die Kontaktelemente beim Schweißvorgang mechanisch gehalten werden. Dadurch sind die mechanische und die elektrische Kontaktierung getrennt.
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Das Kontaktelement kann vom Halteelement gehalten sein. Beispielsweise kann es durch einen Formschluss und/oder durch einen Reibschluss vom Halteelement gehalten sein. Auch eine stoffschlüssige Verbindung ist möglich. Insbesondere kann das Kontaktelement vom Halteelement zwischen dem Halteelement und dem Trägerelement gehalten sein. Das Kontaktelement kann vom Halteelement und vom Trägerelement umschlossen sein. Dadurch ist ein guter Formschluss in allen Richtungen möglich.
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Das bandförmige Halteelement und/oder das bandförmige Trägerelement können abgetrennte Teile eines Bandmaterials sein. Beispielsweise kann dieses Bandmaterial von einer Vorratsrolle abgerollt und Teile davon abgetrennt worden sein. Je nach Anwendungsfall können verschieden lange Teile abgetrennt werden. Dies erlaubt eine hohe Flexibilität bei der Fertigung. Will man eine höhere Anzahl von elektrischen Elementen verbinden, so werden längere Stücke abgetrennt und entsprechend mehr Kontaktelemente verwendet. Vor oder nach dem Abtrennen kann das Bandmaterial noch behandelt worden sein, beispielsweise kann es umgeformt oder Teile herausgestanzt worden sein. Alternativ können das Halteelement und/oder das Trägerelement auch anders hergestellt werden, beispielsweise durch Heraustrennen aus einer Platte oder einem Brett oder durch Spritzgießen.
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Das Trägerelement und/oder das Halteelement können ein thermoplastisches Material umfassen. Beispielsweise können sie einen Kunststoff umfassen. Dadurch können das Trägerelement und/oder das Halteelement leicht hergestellt und/oder umgeformt werden. Beispielsweise kann das Halteelement während der Herstellung des bandförmigen Verbinders thermoplastisch umgeformt werden, um einen guten Formschluss mit dem Kontaktelement und/oder dem Trägerelement zu erzielen.
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Das Trägerelement kann tiefgezogen sein. Beispielsweise kann es eine tiefgezogene Platte oder eine tiefgezogene Folie sein. Das Trägerelement kann so umgeformt sein, dass Aufnahmen, Formschlusselemente und/oder Öffnungen für das Kontaktelement durch das Tiefziehen entstanden sind. Bei Verwendung einer tiefgezogenen Platte wird durch das Trägerelement eine stabile Ausgestaltung des bandförmigen Verbinders erzielt. Dabei ist immer noch eine gewisse Flexibilität des Materials möglich. Ist eine größere Flexibilität gewünscht, so kann das Trägerelement als Folie ausgestaltet sein.
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Das Halteelement kann als Folie ausgestaltet sein und beispielsweise auf ein plattenförmiges oder folienförmiges Trägerelement mit einem Kontaktelement aufgeformt werden. Beispielsweise kann die Folie thermoplastisch sein und durch Erwärmen so auf das Trägerelement aufgebracht werden, dass ein guter Formschluss entsteht.
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Das Halteelement kann einen Kleber aufweisen. Beispielsweise kann an dem Halteelement ein Kleber angebracht sein oder das Material des Halteelements selbst als Kleber fungieren. Ein solcher Kleber kann beispielsweise ein Schmelzkleber sein, der bei Erwärmung zumindest teilweise schmilzt und dadurch eine form- und oder stoffschlüssige Verbindung mit einem anderen Element herstellt. Besonders vorteilhaft scheint die Verwendung eines Materials, das als Schmelzkleber fungiert, als Grundmaterial für das Halteelement. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Halteelement zur Anbringung am Trägerelement aufgeschmolzen werden.
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Das Halteelement kann mit dem Trägerelement verklebt sein. Zwischen den beiden kann ein Kleber angeordnet sein oder das Trägerelement kann mit einem Halteelement aus einem schmelzklebenden Material verklebt sein. Durch die Klebung kann das Kontaktelement zwischen dem Trägerelement und dem Halteelement befestigt und/oder gehalten sein. Das Kontaktelement kann ausschließlich mit dem Trägerelement oder ausschließlich mit dem Halteelement verklebt sein. Alternativ kann das Trägerelement ausschließlich mit dem Halteelement verklebt sein und das Kontaktelement nicht mit anderen Elementen verklebt sein. Dadurch kann das Kontaktelement leicht wieder verwendet werden, ohne es reinigen zu müssen.
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Das Halteelement kann einen mit dem Kontaktelement in Verbindung stehenden elektrischen Leiter aufweisen. Ein solches Halteelement erfüllt also eine Doppelfunktion. Es hält das Kontaktelement und ermöglicht gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung des Kontaktelementes. Ein separates Element zur Kontaktierung des Kontaktelementes ist dadurch überflüssig und die Anzahl der Komponenten kann reduziert werden.
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Der elektrische Leiter kann in dem Halteelement eingebettet sein. Dadurch ist eine einfache Handhabung gewährleistet. Gleichzeitig können Teile des Halteelementes beispielsweise zur Isolierung des elektrischen Leiters dienen, wodurch der Materialaufwand reduziert ist.
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Das Halteelement kann mehrere elektrische Leiter aufweisen, die von elektrischen Elementen kontaktierbar sind. Die elektrischen Leiter können mit jeweils einem Kontaktelement in Verbindung stehen. An anderen Stellen können sie beispielsweise von außen kontaktierbar sein, etwa um Spannungen zu messen. Bei einer solchen Ausgestaltung können beispielsweise mehrere zellenförmige elektrische Elemente gleichzeitig elektrisch kontaktiert und überprüft werden.
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Das Halteelement kann mehrere elektrische Leiter aufweisen, die parallel nebeneinander verlaufen. Eine solche Ausgestaltung ist besonders platzsparend und kann bei einer maschinellen Verarbeitung nützlich sein. Insbesondere können die elektrischen Leiter in Längsrichtung des Verbinders verlaufen. Dadurch können mehrere in Längsrichtung des Verbinders hintereinander liegende zellenförmige elektrische Elemente gleichzeitig kontaktiert werden. Als Halteelemente kommen insbesondere Flachbandkabel oder Flachbandleitungen, auch FFC (Flat Flex Cable) genannt, in Frage.
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Wenigstens ein Bündel von nebeneinander liegenden Leitern kann zwischen zwei Reihen von Schweißöffnungen verlaufen. Dadurch können die Schweißöffnungen aufgrund ihrer räumlichen Distanz eine mechanisch stabile Verbindung erlauben. Gleichzeitig ist durch die zwischen den zwei Reihen von Schweißöffnungen verlaufenden Leitern eine kompakte Ausgestaltung möglich.
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Ein Bündel von elektrischen Leitern kann am Rand des Halteelementes angeordnet sein. Dadurch kann eine Formstabilität des Halteelementes erzielt werden.
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Das Kontaktelement kann plättchenförmig sein. Bei einer solchen Ausgestaltung lässt sich das Kontaktelement besonders stabil zwischen dem bandförmigen Trägerelement und dem bandförmigen Halteelement anordnen. Gleichzeitig ermöglicht diese Ausgestaltung eine hohe Stromdichte. Besonders einfach in der Herstellung sind beispielsweise aus einem Metallblech gestanzte und/oder geprägte plättchenförmige Kontaktelemente.
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Das Kontaktelement kann sandwichartig zwischen dem Halteelement und dem Trägerelement gehalten sein, insbesondere wenn das Kontaktelement plättchenförmig ist. Ein Verbinder kann sandwichartig aufgebaut sein und mehrere Lagen aufweisen.
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Das Kontaktelement kann eine Zunge aufweisen. Die Zunge kann zur einfachen Kontaktierung dienen. Die Zunge kann zu einem Bündel aus Leitern weisen. Dabei kann die Zunge räumlich mit mehreren Leitern überlappen, jedoch nur mit einem einzigen Leiter in elektrischem Kontakt stehen. Bei mehreren Kontaktelementen kann jeweils ein Kontaktelement mit einem Leiter verbunden sein.
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Um eine kompakte Ausgestaltung zu erlauben, kann sich die Zunge zwischen zwei benachbarten Schweißöffnungen einer Reihe von Schweißöffnungen erstrecken.
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Die Zunge kann in einem Leiterbereich des Halteelementes vorspringen. Die Zunge kann hier mit einem oder mehreren Leitern in Kontakt stehen.
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Mehrere elektrische Leiter können in einer Bandrichtung verlaufen und die Zunge kann senkrecht zur Bandrichtung in einen Leiterbereich des Halteelements vorspringen. Dadurch ist eine kompakte und gleichzeitig sichere Ausgestaltung erzielt.
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Ein Kontaktelement kann ein Zellenverbinder zur Verbindung zweier Zellen sein. Durch ein solches Kontaktelement können beispielsweise zwei Zellen parallel oder seriell verbunden werden und müssen nicht einzeln kontaktiert werden.
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Die elektrischen Elemente können Spannungsquellen und/oder -senken, insbesondere galvanische Zellen sein. Der Verbinder kann natürlich auch an anderen zellenförmigen elektrischen Elementen, etwa an Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren („Supercaps“) verwendet werden.
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Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei gezeigten Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen können beliebig miteinander kombiniert und weggelassen werden, je nach dem, welche Vorteile im Anwendungsfall gewünscht sind.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinders;
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2 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinders an einer Traktionsbatterie;
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3 eine schematische Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinders;
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4 eine schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinders aus 3 an einer Batterie.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer bandförmiger Verbinder 1 zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen (nicht gezeigt) in einer Explosionsansicht dargestellt. Der bandförmige Verbinder 1 umfasst ein bandförmiges Trägerelement 2 und ein bandförmiges Halteelement 3. Zwischen dem Trägerelement 2 und dem Halteelement 3 sind mehrere Kontaktelemente 4 angeordnet.
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Das bandförmige Trägerelement 2 ist als längliche Platte ausgestaltet. Es wurde von einem längeren Bandmaterial, beispielsweise einem Bandmaterial auf einer Vorratsrolle, abgetrennt und danach tiefgezogen, d.h. thermoplastisch umgeformt. Dabei wurden Aufnahmen 5 für die Kontaktelemente 4 eingeformt, in die die Kontaktelemente 4 eingelegt werden können und dann teilweise einen Formschluss mit dem Trägerelement 2 haben. Am Trägerelement 2 sind ferner Öffnungen 6, hier insbesondere Schweißöffnungen 7 vorhanden, durch die die Kontaktelemente 4 im zusammengefügten Zustand zumindest teilweise hindurchragen und durch die die Kontaktelemente 4 auf entsprechende Gegenelemente der zellenförmigen elektrischen Elemente aufgeschweißt werden. Je nach Anwendungsfall kann es auch unnötig sein, die Kontaktelemente 4 mit den zellenförmigen elektrischen Elementen zu verschweißen. Beispielsweise kann auch ein Anpressen ausreichen, um einen genügend guten elektrischen Kontakt herzustellen.
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Die Schweißöffnungen 7 können schon am Bandmaterial, von dem ein Teil abgeschnitten wird, vorhanden sein oder nach dem Abtrennen vom Bandmaterial hineingestanzt oder hineingeformt werden, beispielsweise beim Tiefziehen.
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Das Vorprodukt für das Trägerelement 2 muss nicht notwendigerweise von einer Vorratsrolle stammen. Es können beispielsweise auch Teile von einem platten- oder brettförmigen Element abgetrennt werden und daraus ein Trägerelement 2 geformt werden. Auch eine Herstellung durch Spritzguss ist möglich.
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Das gezeigte Trägerelement 2 ist als Platte ausgestaltet, um eine gute Stabilität und gleichzeitig eine gewisse Flexibilität zu erreichen. Falls eine größere Flexibilität des fertigen bandförmigen Verbinders 1 gewünscht ist, kann das Trägerelement 2 auch als Folie ausgestaltet sein.
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Das Trägerelement 2 weist zwei Reihen 8 von Schweißöffnungen 7 auf. Innerhalb einer Reihe 8 liegen die Schweißöffnungen 7 regelmäßig und mit gleichem Abstand entlang einer Längsrichtung 9 des Trägerelementes 2 hintereinander. Dadurch können mehrere in einer Reihe hintereinander angeordnete zellenförmige elektrische Elemente kontaktiert werden.
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Die Explosionsdarstellung der 1 kann auch als Vormontagestellung interpretiert werden. Bei der Montage werden die Kontaktelemente 4 in die Aufnahmen 5 des Trägerelementes 2 eingesetzt. Anschließend wird das bandförmige Halteelement 3 aufgelegt. Durch Wärmeeinwirkung wird das Halteelement 3 angeschmolzen. Das Halteelement 3 schmilzt dadurch leicht an und wird weicher. Es legt sich formschlüssig auf und um die Kontaktelemente 4 und das Trägerelement 2, so dass ein teilweiser Formschluss erfolgt, der verbleibt, wenn das Halteelement 3 wieder abkühlt und erhärtet. Gleichzeitig entsteht durch das Anschmelzen eine Klebeverbindung. Das Halteelement 3 besteht aus einem schmelzklebenden Material, das sich zumindest teilweise mit dem Trägerelement 2 und den Kontaktelementen 4 stoffschlüssig verbindet. Das Halteelement 3 ist also mit dem Trägerelement 2 verklebt. Auch mit dem Kontaktelement 4 ist das Halteelement 3 verklebt. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Halteelement 3 nur mit dem Trägerelement 2 verklebt sein. Dies kann eine erneute Verwendung der Kontaktelemente 4 erleichtern, da diese nach dem Herauslösen aus dem bandförmigen Verbinder 1 nicht aufwändig gereinigt werden müssen, wenn sie in einem anderen bandförmigen Verbinder 1 benutzt werden sollen.
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Die Kontaktelemente 4 sind vom Halteelement 3 gehalten. Dies geschieht hier durch Verbindung des Trägerelementes 2 mit dem Halteelement 3 und zusätzlich durch Verbindung des Halteelementes 3 mit dem Kontaktelement 4. Im fertigen Zustand sind die Kontaktelemente 4 zwischen dem Trägerelement 2 und dem Halteelement 3 eingebettet und von diesen bis auf die Öffnungen vollständig umschlossen. Dies gibt einen guten mechanischen Schutz und dient gleichzeitig als Isolierung für die Kontaktelemente 4.
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Ähnlich wie das Trägerelement 2 ist auch das Halteelement 3 bandförmig. Es kann ebenfalls aus einem längeren Bandmaterial abgetrennt worden sein. Beispielsweise kann es ein abgetrennter Teil eines vormals auf einer Vorratsrolle aufgewickelten Bandes sein.
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Der gezeigte bandförmige Verbinder 1 mit einem bandförmigen Trägerelement 2 und einem bandförmigen Halteelement 3 ist im Vergleich zu spritzgegossenen Verbindern mit Gehäusen, wie sie im Stand der Technik benutzt werden, kostengünstiger herzustellen. Dies liegt zum einen daran, dass Bandmaterial einfacher hergestellt werden kann und auch die Montage des erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinders einfacher ist. Ferner ist der bandförmige Verbinder 1 flexibler für verschiedene Anwendungen einsetzbar. Je nach dem, wie viele elektrische Elemente kontaktiert werden sollen, kann der bandförmige Verbinder 1 in einer gewünschten Länge hergestellt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem für jede gewünschte Länge ein eigenes Gehäuse entworfen und ein Spritzgusswerkzeugteil konstruiert werden muss, reicht es beim erfindungsgemäßen bandförmigen Verbinder 1 aus, eine entsprechende Anzahl von Kontaktelementen 4 zu benutzen und das Halteelement 3 und das Trägerelement 2 auf die entsprechende Länge abzuschneiden. Eine solche Vorgehensweise ist sehr viel kostengünstiger als die bisherige Methode.
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Das bandförmige Halteelement 3 in der 1 weist zwei Reihen von Schweißöffnungen 7 auf, wobei jede der Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3 mit einer Schweißöffnung 7 am Trägerelement fluchtet. Die Schweißöffnungen 7 am Trägerelement 2 und am Halteelement 3 sind also miteinander fluchtend zu beiden Seiten der Kontaktelemente 4 angeordnet. Die Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3 dienen dazu, eine Schweißung mit einer Schweißvorrichtung zu ermöglichen. Durch die Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3 kann eine Elektrode der Schweißvorrichtung das Kontaktelement 4 elektrisch kontaktieren und gleichzeitig das Kontaktelement 4 entlang einer Andrückrichtung A auf ein Gegenelement des zellenförmigen elektrischen Elementes (nicht dargestellt), das unter dem Trägerelement 2 angeordnet ist, drücken. Anschließend kann Strom durch diese Verbindung geleitet werden, so dass das Kontaktelement 4 an das elektrische Element angeschweißt wird. Durch die fluchtende Anordnung der Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3 und am Trägerelement 2 kann der Schweißvorgang also vereinfacht werden.
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Das Trägerelement 2 und das Halteelement 3 können aus einem thermoplastischen Material bestehen, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Trägerelement 2 oder das Halteelement 3 auch aus einem anderen Material bestehen, beispielsweise aus einem duroplastischen Material oder aus einem anderen isolierenden Material. Die Kontaktelemente 4 sind aus einem elektrisch leitenden Material, um eine gute Kontaktierung zu ermöglichen.
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Das Halteelement 3 weist mehrere elektrische Leiter 10 auf, die in dem Halteelement 3 eingebettet sind. Die elektrischen Leiter 10 verlaufen entlang einer Längsrichtung 11 des Halteelementes 3 und einer Längsrichtung 12 des bandförmigen Verbinders 1.
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Die elektrischen Leiter 10 verlaufen nebeneinander und insbesondere parallel zueinander. Ein erstes Bündel 13 von elektrischen Leitern 10 ist an einem Rand 15 des Halteelements 3 angeordnet und stellt dadurch eine mechanische Stabilität sicher. Ein zweites Bündel 14 von elektrischen Leitern 10 verläuft zwischen zwei Reihen 8 von Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3. Durch die Beabstandung der beiden Reihen 8 können die Kontaktelemente 4 an zwei in einer Querrichtung Q beabstandeten Punkten geschweißt werden, wodurch sie stabiler und weniger anfällig für Wackelbewegungen sind. Um eine möglichst kompakte Ausgestaltung zu erzielen, ist in dem Zwischenraum zwischen den Reihen 8 von Schweißöffnungen das zweite Bündel 14 von elektrischen Leitern 10 angeordnet.
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Jeder der elektrischen Leiter 10 steht mit einem Kontaktelement 4 in elektrischem Kontakt. Dazu verfügt das Halteelement 3 über weitere Schweißöffnungen 7 an der Ober- und Unterseite, an denen das isolierende Material entfernt wurde, wodurch die elektrischen Leiter 10 auf die Kontaktelemente 4 geschweißt werden können.
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Die elektrischen Leiter 10 führen entlang der Längsrichtung 12 des Verbinders 1 und können beispielsweise in einem hier nicht gezeigten Bereich von anderen elektrischen Elementen kontaktiert werden, beispielsweise um die Spannung an den einzelnen Kontaktelementen 4 zu messen. Eine solche Verbindung mit einem anderen elektrischen Element kann beispielsweise am Ende des Halteelementes 3 erfolgen. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Halteelement 3 auch über das Trägerelement 2 hinausragen und eine elektrische Kontaktierung in dem hinausragenden Teil erfolgen. Beispielsweise können dort die elektrischen Leitungen freiliegen und/oder in einen Stecker münden.
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Die gezeigten Kontaktelemente 4 sind plättchenförmig. Durch diese Ausgestaltung können sie gut zwischen die zwei Lagen des Halteelementes 3 und des Trägerelementes 2 eingefügt werden. Gleichzeitig kann dadurch eine hohe Strom- und Tragfähigkeit erzielt sein. Sie können etwa durch Stanzen und/oder Prägen aus einem Metallblech geformt worden sein. Der Verbinder 1 ist hier also sandwichartig aufgebaut, wobei die Kontaktelemente 4 zwischen einer vom Halteelement 3 gebildeten Lage und einer vom Trägerelement 2 gebildeten Lage angeordnet und gehalten ist.
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Die Kontaktelemente 4 weisen jeweils eine Zunge 16 auf, die in einen Leiterbereich 17 des Halteelementes 3 vorspringt. Die Zunge 16 weist zum ersten Bündel 13 aus Leitern 10. Je einer der Leiter 10 des ersten Bündels 13 ist mit einer Zunge 16 eines Kontaktelementes 4 verbunden. Gegenüber den anderen Kontaktelementen 4 und deren Zungen 16 ist dieser Leiter 10 durch das isolierende Material des Halteelementes 3 isoliert, da die elektrischen Leiter 10 in dem Halteelement 3 eingebettet sind und nur im Bereich der Schweißöffnungen 7 zugänglich sind.
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Die Zungen 16 erstrecken sich jeweils zwischen zwei benachbarte Schweißöffnungen 7 einer Reihe 8 von Schweißöffnungen 7 am Halteelement 3. Dadurch ist eine in der Längsrichtung 12 des Verbinders 1 kompakte Ausgestaltung sichergestellt. Die Zungen 16 erstrecken sich also senkrecht zur Längsrichtung 12 des elektrischen Verbinders 1.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines bandförmigen Verbinders 1 an mehreren zellenförmigen elektrischen Elementen 20 angeschlossen gezeigt. Die zellenförmigen elektrischen Elemente 20 sind Spannungsquellen und/oder -senken 21 in Form von galvanischen Zellen 22, die Teil einer Traktionsbatterie 23 sind, wie sie beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zur wiederkehrenden Entnahme und Speicherung von elektrischer Energie zu finden ist. Die zellenförmigen elektrischen Elemente 20 weisen jeweils eine Anode 24 und eine Kathode 25 auf. Im mittleren Bereich 26 des elektrischen Verbinders 1 verbindet ein Kontaktelement 4 jeweils die Anode 24 an einer ersten galvanischen Zelle 22 mit der Kathode 25 einer zweiten galvanischen Zelle 22. In der hier gezeigten Ausgestaltung verbindet das im Verbinder 1 benachbarte Kontaktelement 4 dann die Anode 24 einer dritten galvanischen Zelle 22 mit der Kathode 25 einer vierten galvanischen Zelle 22 usw. Nicht gezeigt ist hier ein weiterer Verbinder 1, der die in der 2 oben gelegenen Elektroden entsprechend verbindet und deshalb um eine Zelle 22 versetzt zum ersten Verbinder 1 ist. Insgesamt sind also die Zellen 22 seriell miteinander verschaltet, so dass die Spannungen der galvanischen Zellen 22 addiert werden. Die Kontaktelemente 4 dienen hier also als Zellenverbinder 27, die die galvanischen Zellen 22 miteinander verbinden.
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Zwei in einer Querrichtung Q hintereinander gelegene Kontaktpunkte 28 kontaktieren jeweils eine einzige Elektrode einer galvanischen Zelle 22. Die in der Längsrichtung 12 des elektrischen Verbinders folgenden zwei Kontaktpunkte 28 sind an der nächsten galvanischen Zelle 22, hier auch wieder an einer einzigen Elektrode, angeordnet. Die an gegenüberliegenden Enden 29 angeordneten Kontaktelemente 4 stehen nur in Kontakt mit einer einzigen Elektrode einer galvanischen Zelle 22. Sie ragen über den Rest der Traktionsbatterie 23 hinaus. An den beiden freien Kontaktpunkten 28 können sie kontaktiert werden und die Spannung an andere elektrische Elemente weitergeben.
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Die elektrischen Leiter 10 sind jeweils mit einem Kontaktelement 4 verbunden, so dass die an diesem Kontaktelement 4 anliegende Spannung laufend überwacht werden kann.
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Alternativ zu der hier gezeigten Ausgestaltung, bei der zwei Verbinder 1 notwendig sind, um einen durchgehenden, zick-zick-artig verlaufenden Strompfad herzustellen, können sämtliche Anoden 24 und Kathoden 25 der zellenförmigen Elemente 20 auch in einer einzigen Reihe geradlinig hintereinander angeordnet sein. Dann kann ein einziger Verbinder 1 ausreichen, um einen durchgängigen Strompfad zu erzeugen. Dabei verbindet ein erstes Kontaktelement eine Anode 24 eines ersten zellenförmigen Elementes 20 mit einer Kathode 25 eines zweiten zellenförmigen Elementes 20. Das im Verbinder 1 benachbarte Kontaktelement 4 verbindet dann die Anode 24 des zweiten zellenförmigen Elementes 20 mit der Kathode 25 eines dritten zellenförmigen Elementes 20 usw.
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In 3 ist die zweite Ausführungsform eines bandförmigen Verbinders 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Er besteht aus einem bandförmigen Trägerelement 2, einem bandförmigen Halteelement 3 und mehreren zwischen dem bandförmigen Trägerelement 2 und dem bandförmigen Halteelement 3 angeordneten Kontaktelementen 4. Das bandförmige Trägerelement 2 und das bandförmige Halteelement 3 sind jeweils abgetrennte Teile eines vormals längeren Bandes, das beispielsweise auf einer Vorratsrolle aufgewickelt war.
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In dem bandförmigen Halteelement 3 sind elektrische Leitungen 10 eingebettet, die mit jeweils einem Kontaktelement 4 in Verbindung stehen. Die elektrischen Leiter 10 sind hier nur schematisch angedeutet, es sind nur die elektrischen Leiter 10 für zwei Kontaktelemente mit gestrichelten Linien eingezeichnet.
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Die Kontaktelemente 4 der zweiten Ausführungsform sind flach, insbesondere sind sie noch flacher als die der Ausführungsform in 1. Die Zungen 16 gehen direkt von einem flachen Bereich ab und stehen entgegen der Querrichtung Q von diesem flachen Bereich ab.
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Die Kontaktpunkte 28 der Kontaktelemente 4 sind hier rund, insbesondere kreisrund ausgeformt. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise leichter zu fertigen sein als die Ausgestaltung aus 1. Die Schweißöffnungen 7 am bandförmigen Trägerelement und am bandförmigen Halteelement 3 sind entsprechend auch kreisrund ausgeformt.
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Ferner weisen die Kontaktelemente 4 Haltevorsprünge 31 auf, die in und entgegen der Längsrichtung 12 des Verbinders 1 von den Kontaktelementen 4 vorspringen. Durch am Halteelement 3 vorhandene Halteöffnungen 32 können die Kontaktelemente 4 bei der Anbringung an den Spannungsquellen und/oder -senken 21 mechanisch gehalten werden. Dadurch ist es nicht notwendig, dass beispielsweise die Schweißvorrichtung einen mechanischen Druck zum Fixieren aufbaut. Das Halten und das Schweißen sind bei dieser Ausgestaltung getrennt voneinander.
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Die Kontaktelemente 4 können abgetrennte Teile eines Bandmaterials sein, das vor oder nach dem Abtrennen geprägt und/oder gestanzt wurde, um beispielsweise die Kontaktpunkte 28 auszuformen.
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In 4 sind zwei bandförmige Verbinder 1, wie sie in 3 dargestellt sind, an einer Batterie 33 angeordnet gezeigt. Die Batterie 33 ist aus Einzelbatterien 34 aufgebaut, wobei die Einzelbatterien jeweils abwechselnd orientiert angeordnet sind, d.h. in den zwei Reihen 35 von Elektroden sind jeweils eine Anode 24 und eine Kathode 25 abwechselnd hintereinander angeordnet. Eine erste Reihe 35 startet mit einer Anode 24, eine zweite Reihe 35 startet mit einer Kathode 25. Die hier verdeckt dargestellten Kontaktelemente 4 verbinden jeweils eine Anode 24 einer ersten Einzelbatterie 34 mit der Kathode 25 einer zweiten Einzelbatterie 34 bzw. die Kathode 25 einer ersten Einzelbatterie 34 mit der Anode 24 einer zweiten Einzelbatterie 34. Die beiden bandförmigen Verbinder 1 sind dabei um eine Einzelbatterie 34 versetzt. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung wird die Spannung also nicht entlang eines einzigen bandförmigen Verbinders 1 aufgebaut. Vielmehr ist es notwendig, dass beide bandförmigen Verbinder vorhanden sind, da der Stromkreis nicht geradlinig entlang eines Verbinders 1 verläuft, sondern durch die Kontaktelemente 4 und quer zwischen den beiden bandförmigen Verbindern 1. An den beiden Endelektroden 36 wird dann die aufsummierte Spannung abgegriffen. Um dabei die Spannung an jedem Kontaktelement 4 einzeln kontrollieren zu können, sind in den bandförmigen Halteelementen 3 elektrische Leiter 10 eingebettet, die beispielsweise an einem Ende des bandförmigen Verbinders 1 einzeln kontaktiert werden können. In 4 ist wieder nur schematisch ein einziger elektrischer Leiter 10 angedeutet.
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In den Figuren ist lediglich beispielhaft die Verwendung des Verbinders 1 an galvanischen Zellen 22 dargestellt. Er kann natürlich auch an anderen zellenförmigen elektrischen Elementen 20, etwa an Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren („Supercaps“) verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- bandförmiger Verbinder
- 2
- bandförmiges Trägerelement
- 3
- bandförmiges Halteelement
- 4
- Kontaktelement
- 5
- Aufnahme
- 6
- Öffnung
- 7
- Schweißöffnung
- 8
- Reihe von Schweißöffnungen
- 9
- Längsrichtung des Trägerelementes
- 10
- elektrischer Leiter
- 11
- Längsrichtung des Trägerelementes
- 12
- Längsrichtung des Verbinders
- 13
- erstes Bündel
- 14
- zweites Bündel
- 15
- Rand
- 16
- Zungen
- 17
- Leiterbereich
- 20
- zellenförmiges elektrisches Element
- 21
- Spannungsquelle und/oder -senke
- 22
- galvanische Zelle
- 23
- Traktionsbatterie
- 24
- Anode
- 25
- Kathode
- 26
- mittlerer Bereich
- 27
- Zellenverbinder
- 28
- Kontaktpunkt
- 29
- Ende des Verbinders
- 31
- Haltevorsprung
- 32
- Halteöffnung
- 33
- Batterie
- 34
- Einzelbatterie
- 35
- Reihe von Elementen
- 36
- Endelektrode
- A
- Andrückrichtung
- Q
- Querrichtung
