DE102014102094A1

DE102014102094A1 - Energiespeicher bestehend aus Energiespeicherzellen

Info

Publication number: DE102014102094A1
Application number: DE102014102094.4A
Authority: DE
Inventors: Marcel Kramer; Thomas Echelmeyer; Lars Ebert
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015124264A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt einen Energiespeicher vor, wobei der Energiespeicher Energiespeicherzellen umfasst, die jeweils mindestens ein Kontaktelement aufweisen, wobei mindestens zwei Kontaktelemente über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, und wobei die miteinander verbundenen Kontaktelemente jeweils oder gemeinsam innerhalb einer Aussparung des Verbindungselements angeordnet sind und wobei mindestens eins der Kontaktelemente stoffschlüssig, vorzugsweise durch eine durch Laserschweißen hervorgerufene Schweißnaht, mit dem Verbindungselement verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiespeicher bestehend aus Energiespeicherzellen und ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers bestehend aus Energiespeicherzellen.
Bei der Herstellung solcher Energiespeicher, insbesondere Batterien, werden mehrere Energiespeicherzellen in einer definierten Geometrie angeordnet und über Kontaktelemente der einzelnen Energiespeicherzellen miteinander verbunden. Typischerweise werden die Energiespeicherzellen nebeneinander in einer Ebene angeordnet und die Kontaktelemente mit Hilfe eines Verbindungselements miteinander verbunden. Dabei werden die Verbindungselemente auf die Kontaktelemente aufgesetzt und anschließend mit diesen verbunden. Treten in der Anordnung der Energiespeicherzellen vertikale Verschiebungen auf, können die Verbindungselemente nicht mehr plan aufgesetzt werden, was eine Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement und dem Verbindungelement erheblich verringert. Hieraus resultiert eine geringere mechanische Stabilität der Verbindung, die im Extremfall zum Abreißen des Verbindungselements führen kann. Weiterhin erzeugt die geringere Kontaktfläche einen erhöhten elektrischen Widerstand.
Der Stand der Technik löst dieses Problem – wie es in der Druckschrift DE 10 2008 059 970 A1 offenbart ist – beispielsweise indem ein zusätzliches Bauteil in den Energiespeicher integriert wird, wobei durch das zusätzliche Bauteil das Verbindungselement als Wippe gelagert wird. Damit kann zwar eine Zellkontaktierung erzielt werden, jedoch erhöht das Bauteil den Fertigungsaufwand des Energiespeichers, die Energiespeicherkomplexität und das Gewicht. Zudem können durch diesen Lösungsvorschlag mechanische Spannungen entstehen, die eine Langzeitstabilität der Verbindung senken.
Alternativ kann die Verbindung der Energiespeicherzelle durch eine Schraubverbindung realisiert werde, wie sie beispielsweise in DE 10 2011 083 469 A1 offenbart ist. Dabei lassen sich Höhenunterschiede bis zu einem gewissen Grad durch festes Anziehen der Muttern kompensieren. infolgedessen werden jedoch erhöhte mechanische Spannungen verursacht. Außerdem ist eine Schraubverbindung mit einem erhöhten und damit unerwünschten Fertigungsaufwand verbunden.
Zudem kann der Halt durch das feste Anziehen über die Lebensdauer des Energiespeichers abnehmen, wobei ein Höhenunterschied dieses Lösen fördert.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Energiespeicher sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung derart zur Verfügung zu stellen, dass auch bei einem Versatz der Energiespeicherzelle zueinander eine langlebige und mechanisch stabile Verbindung realisiert werden kann. Insbesondere soll dabei auf aufwendige Zusatzbauteile verzichtet werden.
Die Aufgabe der vorliegende Erfindung wird gelöst durch einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher Energiespeicherzellen umfasst, die jeweils mindestens ein Kontaktelement aufweisen, wobei mindestens zwei Kontaktelemente, vorzugsweise von verschiedenen Energiespeicherzellen, über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, wobei die miteinander verbundenen Kontaktelemente jeweils oder gemeinsam innerhalb einer Aussparung des Verbindungselements angeordnet sind und wobei mindestens eines der Kontaktelemente stoffschlüssig mit dem Verbindungselement verbunden ist. Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass das Verbindungselement nicht auf den Kontaktelementen, die möglicherweise entlang einer Versatzrichtung zueinander höhenverschobenen sind, aufliegen muss. Stattdessen kann das Verbindungselement das Kontaktelement zumindest teilweise aufnehmen bzw. umfassen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise das Verkippen des Verbindungselements weitgehend unterdrückt oder sogar verhindert werden. Zudem lassen sich mechanische Spannungen reduzieren bzw. sogar vermeiden, die unter Umständen zu einem Abreißen des Verbindungselements führen können. Gleichzeitig wird eine vergleichsweise große Kontaktfläche zwischen Verbindungselement und Kontaktelement realisiert. Dabei wird vorteilig auf zusätzliche Bauteile verzichtet. Insbesondere kann durch die stoffschlüssige Verbindung auf zusätzliche Elemente, wie beispielsweise Schraubenmuttern verzichtet werden. Zudem wird durch die Aussparung Material gespart, wodurch Gewicht und Materialeinsatz in positiver Weise reduziert werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Energiespeicher um eine Batterie, insbesondere einen Lithiumlonen-Akku, Supercaps oder Ähnliches. Insbesondere ist das Verbindungselement derart angeordnet, dass deren genereller Verlauf im Wesentlichen senkrecht zur Versatzrichtung, insbesondere waagerecht, verläuft. Es ist dabei vorgesehen, dass das Verbindungselement das Kontaktelement im Bereich der Aussparung kontaktiert. Insbesondere kann die Aussparung durch einen Formschluss von Verbindungselement und Kontaktelement eine Bewegung der einzelnen Energiespeicherzelle in eine senkrecht zur Versatzrichtung verlaufende Richtung unterdrücken bzw. verhindern, was in vorteilhafter Weise eine mechanische Stabilität des Energiespeichers erhöht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Aussparung in ihrer geometrischen Form an einen Querschnitt des Kontaktelements angepasst ist und/oder mindestens eines der Kontaktelemente durch eine durch Laserschweißen hervorgerufene Schweißnaht mit dem Verbindungselement verbunden ist. Dadurch lässt sich beispielsweise die Aussparung beim Herstellungsprozess in eine parallel zur Versatzrichtung verlaufende Richtung entlang des Kontaktelements bewegen. Dabei ist es vorstellbar, dass die Aussparung einen passgenauen Bauraum für das Kontaktelement bildet. Insbesondere lässt sich das Verbindungselement entlang einer ersten Seitenfläche des Kontaktelements bewegen, wobei die erste Seitenfläche im Wesentlichen parallel zur Versatzrichtung verläuft. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise unabhängig von einem Versatz zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen, das Verbindungselement an verschiedenen Stellen entlang der ersten Seitenfläche des Kontaktelement zu platzieren, ohne die Kontaktfläche zwischen Verbindungselement und Kontaktelement signifikant zu reduzieren. Vorzugsweise ist der Querschnitt kreisförmig wodurch das Verbindungselement zeitlich vor einem Fügeprozess drehbar am Kontaktelement lagerbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Aussparung derart geformt ist, dass mindestens zwei Kontaktelemente an einer Innenseite der Aussparung anliegen. Als Innenseite der Aussparung wird die Fläche verstanden, die die räumliche Begrenzung der Aussparung bildet und dem aufgenommenen Kontaktelement bzw. den aufgenommenen Kontaktelementen zugewandt ist. Es ist dabei vorstellbar, dass das eine Kontaktelement an einem Ende der Aussparung angeordnet ist und das andere Kontaktelement am anderen Ende der Aussparung. Durch diese bauräumliche Gestaltung des Verbindungselements ist es in vorteilhafter Weise möglich Material zu sparen und das Gesamtgewicht des Energiespeichers zu reduzieren. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Gesamtzahl der Aussparung der Anzahl der Kontaktelemente entspricht und jede Aussparung jeweils ein Kontaktelement aufnimmt bzw. es umgibt. Dabei sind die Aussparung vorzugsweise in ihrer Form passgenau an den Querschnitt des Kontaktelements angepasst.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mindestens eins der Kontaktelemente stoffschlüssig, vorzugsweise durch eine durch Laserschweißen hervorgerufene Schweißnaht, mit dem Verbindungselement verbunden ist. Durch die stoffschlüssige Verbindung wird in vorteilhafte Weise eine stabile und langlebige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kontaktelement realisiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Kontaktelement und das Verbindungselement zumindest teilweise entlang einer ersten Seitenfläche des Kontaktelements miteinander verbunden sind, wobei die erste Seitenfläche im Wesentlichen parallel zu einer Versatzrichtung verläuft. Durch das Anordnen des Verbindungselements an der ersten Seitenfläche wird in vorteilhafter Weise darauf verzichtet, das Verbindungselement auf das Kontaktelement aufzulegen, was andernfalls bei einem Versatz der Kontaktelemente zueinander zu einem Verkippen und folglich zu einer Reduktion der Kontaktfläche führen würde.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement Aussparungen aufweist, deren relativer Abstand auf dem Verbindungselement die Anordnung der Energiespeicherzellen untereinander festlegt. Insbesondere können die Aussparungen einem Muster folgend auf dem Verbindungselement angeordnet sein, wobei das Muster die Positionierung der einzelnen Energiespeicherzellen vorgibt. Dadurch kann sich in vorteilhafter Weise das Anordnen der Energiespeicherzelle während des Herstellungsprozesses vereinfachen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Aussparung derart ausgestaltet ist, dass sie eine Orientierung der Energiespeicherzellen festlegt. Beispielsweise ist die Aussparung n-eckig, wodurch einem entsprechend n-eckigen Kontaktelement n verschiedene diskrete Orientierungsmöglichkeiten vorgegeben werden. Als Orientierung wird hierbei insbesondere ein Verdrehen um eine parallel zur Versatzrichtung verlaufende Achse verstanden. Es ist dabei auch vorstellbar, dass Kontaktelement und Verbindungselement im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzip komplementäre ausgestaltete Formschlussmittel aufweisen, die nur eine Orientierung des Kontaktelements in der Aussparung zulassen. Beispielsweise sind die Kontaktelemente, die als +–Pol vorgesehen sind, rund und die, die als –Pol vorgesehen sind, eckig, wodurch in positiver Weise ein ordnungsgemäßes Platzieren des Verbindungselements erzwungen wird und ein falsches Verschalten verhindert werden kann. Durch das Einschränken der Orientierungsmöglichkeiten wird das Platzieren der Energiespeicherzelle im Herstellungsprozess vereinfacht und die mechanische Stabilität weiter erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mindestens eines der Kontaktelemente einen Absatz aufweist, wobei das Verbindungselement zumindest teilweise auf dem Absatz aufliegt. Durch den Absatz vereinfacht sich das Anordnen des Verbindungselements im Herstellungsprozess in vorteilhafter Weise. Zudem wird die Kontaktfläche zwischen Kontaktelement und Verbindungselement erhöht. Dabei ist es vorgesehen, dass der Absatz in die erste Seitenfläche des Kontaktelements integriert ist. Insbesondere bewirkt der Absatz ein Verjüngen des Kontaktelements entlang einer parallel zur Versatzrichtung verlaufenden Richtung. Dabei ist es vorstellbar, dass die erste Seitenfläche gewinkelt zur Versatzrichtung verläuft. Insbesondere weist das Kontaktelement zumindest teilweise eine kegelstumpfförmige Form auf, die das Platzieren des Verbindungselements vereinfacht.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Kontaktelemente mit Absatz kleiner ist als die Gesamtzahl der Kontaktelemente. Dann liegt das Verbindungselement auf mindestens einem Absatz auf und das Verbindungselement kann unabhängig vom Versatz der einzelnen Energiespeicherzelle an einer beliebigen Stelle entlang des Kontaktelements angeordnet werden ohne verkippen zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verbindungselement unterhalb eines oberen Endes des Kontaktelements und damit des Energiespeichers anordbar ist. Dadurch wird die Gesamtausdehnung des gefertigten Energiespeichers nicht durch das Verbindungselement vergrößert und damit ein kompakter Energiespeicher zur Verfügung gestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Kontaktelement

– eine Einbuchtung,
– einen abgerundeten Übergang zwischen der ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche des Kontaktelements, wobei die zweite Seitenfläche im Wesentlichen senkrecht zur Versatzrichtung verläuft, und/oder
– ein Verschlussmittel

In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement einen weiteren Absatz, der an die Aussparung angrenzt, aufweist, wobei sich der weitere Absatz im Wesentlichen parallel zur ersten Seitenfläche des Kontaktelements erstreckt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Kontaktfläche zwischen Kontaktelement und Verbindungselement vergrößert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass

– das Verbindungselement elektrisch leitend ist und/oder
– die Energiespeicherzellen über das Verbindungselement in einer Parallel- oder Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Energiespeichereigenschaften der einzelnen Energiespeicherzelle in vorteilhafter Weise für den Energiespeicher genutzt werden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Verbindungselement, das mindestens eine Aussparung aufweist, und Energiespeicherzellen, die jeweils mindestens ein Kontaktelement aufweisen, bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens eines der Kontaktelemente zumindest teilweise innerhalb der Aussparung angeordnet wird.
Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich das Verbindungselement dank der Aussparungen derart an den Energiespeicherzellen anbringen, dass das Verbindungselement zumindest teilweise nicht auf den Kontaktelementen angeordnet werden muss, wodurch ein Verkippen des Verbindungselements vorteilhaft unterdrückt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement mit dem Verbindungselement stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Laserschweißens, verbunden wird. Dadurch lässt sich eine sichere, langlebige und mechanisch stabile Verbindung zwischen den Kontaktelementen und dem Verbindungselementen realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mit dem Verfahren einer der oben beschriebenen Energiespeicher hergestellt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt einen Energiespeicher gemäß dem Stand der Technik
2 zeigt einen Energiespeicher gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt Kontaktbereiche für Energiespeicher gemäß einer zweiten, dritten, vierten und fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Energiespeicher gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt zwei Energiespeicher gemäß einer siebten und einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist ein Energiespeicher 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. In der dargestellten Form besteht der Energiespeicher 10 aus vier, entlang einer Verbindungsrichtung A nebeneinander angeordneten Energiespeicherzellen 10, die jeweils an ihrem oberen Ende ein Kontaktelement 2 aufweisen. Es ist dabei vorgesehen, dass mindestens zwei Kontaktelemente 2 mittels eines Verbindungselements 1 miteinander, insbesondere elektrisch leitend, verbunden sind. Gemäß dem Stand der Technik werden dazu die Verbindungselemente 1 auf die Kontaktelemente 2 aufgesetzt und anschließend miteinander verbunden, insbesondere mit Hilfe eines Lasers 9 verschweißt. Hierbei soll im besten Fall das Verbindungselement 2, insbesondere eine Unterseite des Verbindungselements 2, möglichst großflächig auf den Kontaktelementen 2 aufliegen. Da der Fertigungsprozess des Energiespeichers 1 in der Regel nicht garantieren kann, dass die einzelnen Energiespeicherzellen 5 zueinander in derselben Höhe angeordnet werden, treten regemäßig Höhenunterschiede 15 unter den einzelnen Energiespeicherzellen 10 auf. Ein solcher Höhenunterschied 15 führt dazu, dass das Verbindungselement 1 leicht verkippt zur Verbindungsrichtung A angeordnet ist, wodurch das Verbindungselement 1 nicht großflächig auf dem Kontaktelement 2 aufliegen kann. Dies veranschaulicht besonderes deutlich die in 1 vergrößerte Darstellung eines Kontaktbereiches 11, in dem das Kontaktelement 2 mit dem Verbindungselement 1 in Kontakt steht. Statt flächig auf dem Kontaktelement 2 aufzuliegen, entsteht ein keilförmiger Spalt zwischen dem Verbindungselement 1 und dem Kontaktelement 2. Konsequenzen sind eine Reduktion der mechanischen Stabilität und eine unerwünschte Erhöhung des elektrischen Widerstands im Übergangsbereich zwischen zwei Energispeicherzellen 1.
In 2 ist ein Energiespeicher 10 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Auf der linken Seite sind mehrere nebeneinander angeordnete Energiespeicherzellen 5 illustriert, die am oberen Ende Kontaktelemente 2 aufweisen. Im dargestellten Energiespeicher 10 sind die einzelne Energiespeicherzelle 5 entlang einer Versatzrichtung B zueinander verschoben. Zur Verbindung, vorzugsweise zur elektrischen Verbindung, der einzelnen Energiespeicherzelle 5 ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente 2 über ein Verbindungselement 1, das Aussparungen 8 aufweist, miteinander verbunden sind. Dabei sind die Aussparungen 8 derart ausgestaltet bzw. geformt, dass sie im Herstellungsprozess das Kontaktelement 2 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aufnehmen können. Mit anderen Worten: die Aussparung ist derart ausgestaltet, dass das Kontaktelement 2 innerhalb der Aussparung 8 des Verbindungselements 2 platzierbar ist. Insbesondere sind die Aussparungen 8 derart ausgestaltet, dass das Verbindungselement 1 entlang einer parallel zur Versatzrichtung B verlaufenden Richtung versetzbar bzw. verschiebbar ist, bevor es mit dem Kontaktelement 2, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden wird. Vorzugsweise ist die Aussparung 8 derart ausgestaltet, dass sie entlang mindestens einer senkrecht zur Versatzrichtung verlaufenden Richtung formschlüssig zum Kontaktelement 2 angeordnet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement 1 an einer ersten Seitenfläche 3 des Kontaktelements 2 anliegt, wobei die erste Seitenfläche 3 im Wesentlichen parallel zur Versatzrichtung B verläuft. Im Falle der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Aussparung 8 kreisförmig und das Kontaktelement 2 liegt entlang des Umfangs eines Kreises am Kontaktelement 2 an. Dies zeigt die auf der rechten Seite der
2 dargestellte Abbildung. Durch die kreisförmige Ausgestaltung der Aussparung 8 lässt sich im Herstellungsprozess eine freie Drehbarkeit des Verbindungselement 1 gegenüber dem Kontaktelement 2 realisieren.
Es ist aber auch denkbar, dass die Aussparung 8 eine andere Form aufweist, wie z. B. die eines Vielecks. Es dadurch in vorteilhafter Weise möglich, die Orientierung der jeweiligen Energiespeicherzelle 5 festzulegen. Weiterhin ist es denkbar, dass die geometrische Form im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips dafür sorgt, dass ein bestimmtes Verbindungselement 1 nur mit den entsprechend dafür vorgesehenen Kontaktelementen 2 zusammengefügt werden kann. Beispielsweise sind die Kontaktelemente, die als +–Pol vorgesehen sind, rund und die, die als –Pol vorgesehen sind, eckig, wodurch in positiver Weise ein falsches Verschalten verhindert werden kann.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Kontaktelement 2, insbesondere die erste Seitenfläche 3 des Kontaktelements 2, einen Absatz 17 aufweist, auf dem das Verbindungselement 8 aufliegen kann. Dabei ist der Absatz 17 vorzugsweise auf halber Höhe des Kontaktelements 2 angeordnet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass mehrere Kontaktelemente 2 über das Verbindungselement 1 miteinander verbunden sind, wobei die Anzahl der Kontaktelemente 2 mit einem Absatz 17 geringer ist als die Gesamtzahl der miteinander verbunden Kontaktelemente 2. Dann liegt das Verbindungselement 1 auf einem der Absätze 17 auf und an einem Kontaktelement 2 ohne Absatz auf einer Höhe an, die abhängig ist vom Versatz der jeweiligen Energiespeicherzellen 5 zueinander. Dadurch lässt sich das Verbindungelement 1 unabhängig vom Ausmaß des Versatzes entlang einer möglichst senkrecht zur Versatzrichtung B verlaufenden Ebene anordnen. Weiterhin ist es denkbar, dass das Verbindungselement 1 und das Kontaktelement 2 zumindest teilweise entlang der ersten Seitenfläche 3 des Kontaktelements 2 stoffschlüssig verbunden werden. Vorzugsweise werden das Verbindungselement 1 und das Kontaktelement 2 an der ersten Seitenfläche mittels eines Lasers 9 zusammengefügt, insbesondere verschweißt. Weiterhin ist es denkbar, dass das Verbindungselement 1 die Energiespeicherzellen 5 paarweise miteinander verbindet.
In 3 sind Kontaktbereiche für Energiespeicher 10 gemäß einer zweiten, dritten, vierten und fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der oberen linken Abbildung der 3 weist das Kontaktelement 2 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Einbuchtung 12 auf. Insbesondere ist die Einbuchtung 12 entlang der ersten Seitenfläche 3 unmittelbar oberhalb des Absatzes 17 angeordnet. Durch die Einbuchtung 12 wird insbesondere bewirkt, dass das Verbindungselement 1 zeitlich vor einem Fügeprozess, wie beispielsweise dem Verschweißen, vorfixierbar ist. Zur Eingrenzung der Bewegung des Verbindungselements 1 entlang der Versatzrichtung B wirkt die Einbuchtung 1 formschlüssig entlang einer parallel zur Versatzrichtung B verlaufenden Richtung mit dem auf dem Absatz 17 platzierten Verbindungselement 1 zusammen.
In der oberen rechten Abbildung der 3 weist das Kontaktelement 2 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegende Erfindung einen abgerundeten Übergang zwischen der ersten Seitenfläche 3 und einer zweiten Seitenfläche 4 auf, wobei die zweite Seitenfläche 4 im Wesentlichen senkrecht zur Versatzrichtung B verläuft. Durch den abgerundeten Übergang wird das Platzieren des Kontaktelements 2 innerhalb der Aussparung 8 des Verbindungselements 1 in positiver Weise im Herstellungsprozess des Energiespeichers 10 erleichtert. Es ist auch denkbar, dass das Kontaktelement 2 zu seinem oberen Ende hin verjüngt und vorzugsweise zumindest teilweise kegelstumpfförmig ausgestaltet ist.
In den beiden unteren Abbildungen der 3 weisen die Kontaktelemente 2 gemäß der vierten und der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils ein Verschlussmittel 6 auf, wobei das Verschlussmittel 6 in der vierten Ausführungsform einen dreieckigen Querschnitt und in der fünften Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Verschlussmittel 6 ist vorzugsweise oberhalb des Verbindungselements 1 angeordnet. Dabei ist das Verbindungselement 1 insbesondere zwischen dem Absatz und dem Verschlussmittel 6 angeordnet. Ein solches Verschlussmittels 6 ist in der Lage einen möglichen Spalt zwischen Kontaktelement 2 und Verbundungselement 1 zu schließen und in positiver Weise die Kontaktfläche zwischen Verbindungselement 1 und Kontaktelement 2 weiter zu erhöhen. Dabei ist es denkbar, dass das Verschlussmittel 6 und das Verbindungselement 1 aus demselben Material gefertigt sind. Vorzugsweise ist das Verschlussmittel 1 einstückig ausgeformt. Beispielsweise ist das Verschlussmittel 6 ein Verschlussring. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Verschlussmittel 6 aus dem Material des Kontaktelements 2 gefertigt oder ein Material aufweist, das gegenüber dem Verbingungselement 1 und dem Kontaktelement 2 vorteilhafte Eigenschaften besitzt, wie beispielsweise einen niedrigen Schmelzpunkt, eine hohe Leitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit oder Ähnliches. Vorzugsweise schmilzt das Verbindungselement zumindest teilweise, läuft in eine Spalte zwischen Verbindungselement und Kontaktelement und schließt diese Spalte.
In 4 ist ein Energiespeicher 10 gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist hierbei vorgesehen, dass die Aussprung 8 derart geformt, vorzugsweise als Langloch geformt, ist, dass die Kontaktelemente 2 von verschiedenen Energiespeicherzellen 2 innerhalb der Aussparung angeordnet werden können. Es ist dabei vorgesehen, dass die Aussparung 8 derart geformt ist, dass mindestens zwei Kontaktelemente 2 an einer Innenseite 18 der Aussparung 8 anliegen. Als Innenseite 18 wird die Fläche verstanden, die die räumliche Begrenzung der Aussparung 8 bildet und dem aufgenommen Kontaktelement zugewandt ist. Es ist dabei vorstellbar, dass das eine Kontaktelement 2 an einem Ende der Aussparung 8 angeordnet ist und das andere Kontaktelement 2 am anderen Ende der Aussparung 8. Durch diese bauräumliche Gestaltung des Verbindungselements 1 ist es in vorteilhafter Weise möglich, Material zu sparen und folglich das Gesamtgewicht des Energiespeichers 10 zu reduzieren
In 5 sind Energiespeicher 10 gemäß einer siebten und achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei jeweils in der oberen Abbildung der 5 das Verbindungselement 1 noch nicht auf den Energiespeicherzellen 5 angeordnet ist und in den unteren Abbildungen das Verbindungselement 1 auf den Energiespeicherzellen 5 angeordnet ist, vorzugsweise über eine Schweißnaht mit den Kontaktelementen 2 verbunden ist. Vorzugsweise weist das Verbindungselement 1 der siebten Ausführungsform einen weiteren Absatz 19 auf, der eines der Kontaktelemente 2 zumindest teilweise umhüllt uns sich im Wesentlichen parallel zur ersten Seitenfläche 3 des Kontaktelements erstreckt. Dabei bestimmt die Höhe des weiteren Absatzes 19 auf welcher Höhe der Kontaktelemente 2 das Verbindungselement 1 verläuft und sorgt dabei auch für dessen waagerechte Ausrichtung. Dadurch lässt sich die Kontaktfläche zwischen Verbindungselement 1 und Kontaktelement 2 möglichst groß gestalten. In der achten Ausführungsform sind mindestens zwei weitere Absätze vorgesehen, wobei die weiteren Absätze 19 jeweils verformbar sind. Insbesondere sind die weiteren Absätze 19 derart verformbar, dass sie beim Positionieren des Verbindungselements 1 auf den Energiespeicherzellen 5 für eine waagerechte Ausrichtung des Verbindungselements 1 sorgen. Durch die Mehrzahl an weiteren Absätzen 19 lässt sich die Kontaktfläche zwischen dem Verbindungselement 1 und den Kontaktelementen 2 in vorteilhafter Weise weiter vergrößern.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungselement
2: Kontaktelement
3: erste Seitenfläche des Kontaktelements
4: zweite Seitenfläche des Kontaktelements
5: Energiespeicherzelle
6: Verschlussmittel
8: Aussparung
9: Laser
10: Energiespeicher
11: Kontaktbereich
12: Einbuchtung
15: Höhenunterschied
17: Absatz
18: Innenseite
19: weiterer Absatz
A: Verbindungsebene
B: Versatzrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008059970 A1 [0003]
DE 102011083469 A1 [0004]

Claims

Energiespeicher (10), wobei der Energiespeicher (10) Energiespeicherzellen (5) umfasst, die jeweils mindestens ein Kontaktelement (2) aufweisen, wobei mindestens zwei Kontaktelemente (2) über ein Verbindungselement (1) miteinander verbunden sind, wobei die miteinander verbundenen Kontaktelemente (2) jeweils oder gemeinsam innerhalb einer Aussparung (8) des Verbindungselements (1) angeordnet sind und wobei mindestens eines der Kontaktelemente (2) stoffschlüssig mit dem Verbindungselement (1) verbunden ist.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (8) in ihrer geometrischen Form an einen Querschnitt des Kontaktelements (2) angepasst ist und/oder mindestens eines der Kontaktelemente (2) durch eine durch Laserschweißen hervorgerufene Schweißnaht mit dem Verbindungselement (1) verbunden ist.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (8) derart geformt ist, dass mindestens zwei Kontaktelemente (2) an einer Innenseite der Aussparung (8) anliegen.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (2) und das Verbindungselement (1) zumindest teilweise entlang einer ersten Seitenfläche (3) des Kontaktelements (2) miteinander verbunden sind, wobei die erste Seitenfläche (3) im Wesentlichen parallel zu einer Versatzrichtung (B) verläuft.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) Aussparungen (8) aufweist, deren relativer Abstand auf dem Verbindungselement (1) die Anordnung der Energiespeicherzellen (5) untereinander festlegt.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (8) derart, vorzugsweise als Vieleck und/oder im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips, ausgestaltet ist, dass sie eine Orientierung der Energiespeicherzellen (5) festlegt.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Kontaktelemente (2) einen Absatz (17) aufweist, wobei das Verbindungselement (1) zumindest teilweise auf dem Absatz (17) aufliegt.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Kontaktelemente (2) mit Absatz (17) kleiner ist als die Gesamtzahl der Kontaktelemente (2).
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) einen weiteren Absatz (19), der an die Aussparung (8) angrenzt, aufweist, wobei sich eine Seitenfläche des weiteren Absatz (19) im Wesentlichen parallel zur ersten Seitenfläche (3) des Kontaktelements (2) erstreckt.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement – eine Einbuchtung (12), – einen abgerundeten Übergang zwischen der ersten Seitenfläche (3) und einer zweiten Seitenfläche (4) des Kontaktelements (2), die im Wesentlichen senkrecht zur Versatzrichtung (B) verläuft, und/oder – ein Verschlussmittel (6) aufweist.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Verbindungselement (1) elektrisch leitend ist und/oder – die Energiespeicherzellen (5) über das Verbindungselement (1) in einer Parallel- oder Reihenschaltung miteinander verbunden sind.
Energiespeicher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (1) die Energiespeicherzellen (5) paarweise verbindet.
Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers (10), wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Verbindungselement (1), das mindestens eine Aussparung (8) aufweist, und Energiespeicherzellen (5), die jeweils mindestens ein Kontaktelement (2) aufweisen, bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens eines der Kontaktelemente (2) zumindest teilweise innerhalb der Aussparung angeordnet wird.
Verfahren gemäß 13, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement (2) mit dem Verbindungselement (1) stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Laserschweißens, verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.