DE102014205465A1

DE102014205465A1 - Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen und Verfahren zur Installation eines solchen Verbinders auf einer Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102014205465A1
Application number: DE102014205465.6A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm GRZYWOK; André Dressel; Uwe Hauck
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-09-24
Also published as: JP6446469B2; EP3123539A1; WO2015144542A1; JP2017510950A; KR20160135344A; CN106104847A; US11710865B2; US20170012269A1; CN106104847B; KR102012422B1; EP3123539B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen einer Batterieeinheit. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die weniger aufwändig und damit kostengünstiger ist als handelsübliche Systeme. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verbinder (1) zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen (20), aus einem deckelförmigen Trägerelement (2) und einem Abdeckelement (3), wobei mindestens ein Kontaktelement (4) im Trägerelement (2) angeordnet ist, wobei ein Steckerelement (34) im Randbereich des Trägerelementes (2) vorgesehen ist, wobei ein Folienleiter (3) zur Kontaktierung des Kontaktelementes (4) mit dem Steckerelement (34) im Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement (2) Schweißöffnungen (7) aufweist und wobei das Abdeckelement (40) derart ausgebildet ist, dass die Schweißöffnungen (7) des Trägerelementes (2) damit abdeckbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen, sowie ein Verfahren zur Installation eines solchen Verbinders. Solche zellenförmigen elektrischen Elemente können seriell und/oder parallel miteinander verschaltet werden.
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, in die leitende Verbindungsteile eingebracht sind und die nach Anschluss der Zellen mit einem Deckel verschlossen werden. 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.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die weniger aufwändig und damit kostengünstiger ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verbinder zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen einer Batterieeinheit mit einem deckelförmigen Trägerelement und einem Abdeckelement, wobei mindestens ein Kontaktelement im Trägerelement angeordnet ist, wobei ein Steckerelement im Randbereich des Trägerelementes vorgesehen ist, wobei ein Folienleiter zur Kontaktierung des Kontaktelementes mit dem Steckerelement im Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement Schweißöffnungen aufweist und wobei das Abdeckelement derart ausgebildet ist, dass die Schweißöffnungen des Trägerelementes damit abdeckbar sind.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Installation eines obigen Verbinders auf einer Batterieeinheit mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Auflegen des deckelförmigen Trägerelementes auf eine Batterieeinheit, mit der Seite mit dem Kontaktelement zur Batterieeinheit gewandt;
b) Verschweißen des Kontaktelementes mit den Kontaktpunkten eines zellenförmigen elektrischen Elementes durch die Schweißöffnungen des Trägerelementes;
c) Abdecken der Schweißöffnungen des Trägerelementes mit dem Abdeckelement. Ein erfindungsgemäßer Verbinder ist einfacher und kostengünstiger in der Herstellung, da das Trägerelement mit dem Abdeckelement einfacher hergestellt werden kann als ein Gehäuse mit Deckel. Zur Herstellung eines Kontaktes mit einem zellenförmigen elektrischen Element weist der Verbinder ein Kontaktelement auf, das im Trägerelement angeordnet ist. Dadurch ist eine einfache Kontaktierung sichergestellt.

Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
Der Verbinder kann mehrere Kontaktelemente aufweisen, die im Trägerelement 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.
Das Trägerelement weist Schweißöffnungen auf. Durch die Schweißöffnungen ist es möglich, das Kontaktelement mit einem zellenförmigen elektrischen Element zu verschweißen. Sie können am Trägerelement vorhanden sein oder beispielsweise durch Schneiden oder Stanzen aus dem Trägerelement 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.
Das Kontaktelement kann durch die Schweißöffnung im Trägerelement an das zellenförmige elektrische Element angeschweißt werden, indem eine Elektrode einer Schweißvorrichtung durch die Schweißöffnung 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.
Es können Reihen von in Längsrichtung des Kontaktelements fluchtenden Schweißöffnungen im 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 Trägerelementes weniger beeinträchtigt.
Das Kontaktelement kann vom Trägerelement gehalten sein. Beispielsweise kann es durch einen Formschluss und/oder durch einen Reibschluss vom Trägerelement gehalten sein. Auch eine stoffschlüssige Verbindung ist möglich. Die Kontaktelemente können im Trägerelement fixiert sein, beispielsweise eingeklemmt, oder heißverstemmt etc. Insbesondere kann das Kontaktelement vom Halteelement am Trägerelement gehalten sein.
Das bandförmige Halteelement kann ein abgetrennter Teil 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.
Das Trägerelement kann durch Spritzgießen hergestellt werden.
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.
Das Halteelement kann als Folie insbesondere also Folie mit Folienleitern ausgestaltet sein und beispielsweise auf das deckelförmige Trägerelement mit einem Kontaktelement aufgeklebt werden. Durch die Klebung kann das Kontaktelement auf dem Trägerelement und dem Halteelement befestigt und/oder gehalten sein. Das Kontaktelement kann ausschließlich mit dem Trägerelement oder ausschließlich mit dem Halteelement verklebt sein.
Das Abdeckelement kann mit dem Trägerelement verklebt sein. Zwischen den beiden kann ein Kleber angeordnet sein. Durch diese Art der Anbringung ist eine sehr einfache Handhabung ermöglicht.
Das Abdeckelement dient zur elektrischen Isolierung, zur Berührsicherheit und stellt einen mechanischen Schutz der Schweißstellen dar. Es kann außerdem der Einbringung von Rückverfolgungselementen, wie von Snowflake-Codes, Datumsuhr und ähnlichem dienen. Es ist besonders vorteilhaft dieses Abdeckelement als Aufklebeelement auszuformen. Das Abdeckelement kann auch aus einer selbstheilenden Folie bestehen, was den Vorteil hat, dass mechanische Verletzungen der Folie sich wieder schließen.
Das Halteelement kann einen mit dem Kontaktelement in Verbindung stehenden elektrischen Folienleiter 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.
Der elektrische Folienleiter 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.
Das Halteelement kann mehrere elektrische Folienleiter aufweisen, die von elektrischen Elementen kontaktierbar sind. Die elektrischen Folienleiter 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.
Das Halteelement kann mehrere elektrische Folienleiter aufweisen, die parallel nebeneinander verlaufen. Eine solche Ausgestaltung ist besonders platzsparend und kann bei einer maschinellen Verarbeitung nützlich sein. Insbesondere können die elektrischen Folieneiter 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.
Wenigstens eine größere Anzahl von nebeneinander liegenden Folienleitern 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 Leiter eine kompakte Ausgestaltung möglich.
Das Kontaktelement kann plättchenförmig sein. Bei einer solchen Ausgestaltung lässt sich das Kontaktelement besonders stabil im Trägerelement anordnen. Gleichzeitig ermöglicht diese Ausgestaltung eine hohe Stromdichte. Besonders einfach in der Herstellung sind beispielsweise aus einem Metallblech gestanzte und/oder geprägte plättchenförmige Kontaktelemente.
Das Kontaktelement kann eine Zunge aufweisen. Die Zunge kann zur einfachen Kontaktierung dienen. Die Zunge kann zu einem Folienleiter weisen. Dabei kann die Zunge räumlich mit mehreren Folienleitern überlappen, jedoch nur mit einem einzigen Folienleiter in elektrischem Kontakt stehen. Bei mehreren Kontaktelementen kann jeweils ein Kontaktelement mit einem Leiter verbunden sein.
Um eine kompakte Ausgestaltung zu erlauben, kann sich die Zunge zwischen zwei benachbarten Schweißöffnungen einer Reihe von Schweißöffnungen erstrecken.
Die Zunge kann in einem Leiterbereich des Halteelementes vorspringen. Die Zunge kann hier mit einem oder mehreren Leitern in Kontakt stehen.
Mehrere elektrische Leiter können in einer Bandrichtung verlaufen und die Zunge kann senkrecht zur Bandrichtung in einen Leiterbereich des Halteelementes vorspringen. Dadurch ist eine kompakte und gleichzeitig sichere Ausgestaltung erzielt.
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.
Es ist weiter besonders vorteilhaft, das Kontaktelement mit einem Schlitz zu versehen, der sich zwischen den beiden Bereichen erstreckt, an denen jeweils eine Zelle kontaktiert wird. Durch diesen Schlitz wird ein Toleranzausgleich erreicht, der einerseits Toleranzen zwischen der Lage der benachbarten Zellen und andererseits Toleranzen, die durch unterschiedlichen Temperaturgang entstehen, ausgleichen kann.
Die zellenförmigen 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.
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.
Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Verbinders von der Seite, die auf der Batterieeinheit zum Liegen kommt;
2 eine Explosionsdarstellung des Verbinders aus 1 ohne Abdeckelement;
3 eine schematische Aufsicht auf den Verbinder aus 1 und die Batterieeinheit und das Abdeckelement;
4 eine schematische Perspektivansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Verbinders von der Seite, die auf der Batterieeinheit zum Liegen kommt;
5 eine schematische Perspektivansicht des zweiten erfindungsgemäßen Verbinders von der Seite, auf die das Abdeckelement zum Liegen kommt;
6 eine schematische Perspektivansicht wie die Kontaktelemente und Folienleiter des Verbinders gemäß 4 auf der Batterieeinheit zum Liegen kommen;
7 eine schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Verbinders aus 4 (ohne Abdeckelement) mit einer Batterieeinheit;
8 eine schematische Perspektivansicht mehrerer erfindungsgemäßer Verbinder aus 4 (ohne Abdeckelement) mit mehreren untereinander verbundenen Batterieeinheiten;
9 eine schematische Perspektivansicht mehrerer erfindungsgemäßer Verbinder aus 4 mit Abdeckelement mit mehreren untereinander verbundenen Batterieeinheiten.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Verbinder 1 zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen (nicht gezeigt) in einer Aufsicht von der Seite, die auf die Batterieeinheit montiert wird, gezeigt. Der Verbinder 1 umfasst ein deckelförmiges Trägerelement 2 und mehrere Kontaktelemente 4 in zwei parallelen Reihen angeordnet.
Das Trägerelement 2 ist als längliche Bodenplatte 21 mit einem umlaufenden Rand 22 ausgestaltet. Es wurde durch Spritzgießen hergestellt. Dabei wurden Stifte 5 zur Befestigung der Kontaktelemente 4 eingeformt, in die die Kontaktelemente 4 eingelegt werden können und dann teilweise einen Formschluss mit dem Trägerelement 2 haben. Es könnten statt der Stifte auch Aufnahmen zur Aufnahme der Kontakte vorgesehen sein. Die Stifte 5 können durch Heißverstemmen umgeformt werden zur Befestigung der Kontaktelemente 4.
Die Explosionsdarstellung der 2 kann auch als Vormontagestellung interpretiert werden. Bei der Montage wird das bandförmige Halteelement 3 mit dem Steckerelement 34 in die Aufnahmen 8 eingesetzt. Anschließend werden die Kontaktelemente 4 auf die Stifte 5 des Trägerelementes 2 aufgebracht.
Das Halteelement 3 besteht im Wesentlichen aus zwei parallelen Folien mit Folienleitern 10. Diese Folienleiter 10 sind an einem Ende mit Kontakten eines Steckelementes 34 verbunden. Es ist auch möglich lediglich eine Folie mit Folienleitern vorzusehen.
Das Halteelement 3 kann aus einem schmelzklebenden Material bestehen, das sich bei Wärmebehandlung zumindest teilweise mit dem Trägerelement 2 und den Kontaktelementen 4 stoffschlüssig verbindet. In alternativen Ausgestaltungen kann das Halteelement 3 mit dem Trägerelement 2 und/ oder den Kontakten 4 verklebt sein.
Das Halteelement 3 übt also zwei Funktionen aus, die elektrische und mechanische Verbindung der Kontaktelemente. Es ist aber auch möglich, dass das Halteelement nur der elektrischen Kontaktierung dient und die Haltefunktion vom Trägerelement 2 übernommen wird.
Am Trägerelement 2 sind Schweißöffnungen 7 vorhanden, durch die die Kontaktelemente 4, wenn der Verbinder ohne Abdeckelement auf die Batterieeinheit aufgebracht ist, also im zusammengefügten Zustand, zumindest teilweise sichtbar sind 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.
Das Trägerelement 2 weist zwei Reihen 8 von Schweißöffnungen 7 auf. Innerhalb einer Reihe liegen die Schweißöffnungen 7 regelmäßig und mit gleichem Abstand entlang einer Längsrichtung des Trägerelementes 2 hintereinander. Dadurch können mehrere in einer Reihe hintereinander angeordnete zellenförmige elektrische Elemente kontaktiert werden.
Die Schweißöffnungen 7 am Trägerelement 2 dienen dazu, eine Schweißung mit einer Schweißvorrichtung zu ermöglichen. Durch die Schweißöffnungen 7 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.
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.
Das Halteelement 3 weist mehrere elektrische Folienleiter 10 auf, die in dem Halteelement 3 eingebettet sind. Die elektrischen Folienleiter 10 verlaufen entlang einer Längsrichtung des Halteelementes 3 und einer Längsrichtung des bandförmigen Verbinders 1.
Die elektrischen Folienleiter 10 verlaufen nebeneinander und insbesondere parallel zueinander. Ein erstes Bündel von elektrischen Folienleitern 10 und ein zweites Bündel von elektrischen Folienleitern 10 verlaufen parallel zwischen zwei Reihen von Kontakten 4 in Aufnahmen 8 im Trägerelement 2. Jeder der elektrischen Folienleiter 10 steht mit einem Kontaktelement 4 in elektrischem Kontakt.
Die elektrischen Folienleiter 10 führen entlang der Längsrichtung des Verbinders 1 und können beispielsweise an einem Ende mit den Kontakten des Steckerelementes 34 kontaktiert werden, beispielsweise um die Spannung an den einzelnen Kontaktelementen 4 zu messen.
Die gezeigten Kontaktelemente 4 sind plättchenförmig. Durch diese Ausgestaltung können sie gut in das Trägerelement 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 parallel zu einer vom Halteelement 3 gebildeten Lage und einer vom Trägerelement 2 gebildeten Lage angeordnet und gehalten sind.
Die Kontaktelemente 4 weisen jeweils eine Zunge 16 auf, die in einen Leiterbereich des Halteelementes 3 vorspringt. Die Zunge 16 weist zu einem Bündel aus Folienleitern 10. Je einer der Folienleiter 10 des Bündels ist mit einer Zunge 16 eines Kontaktelementes 4 verbunden. Gegenüber den anderen Kontaktelementen 4 und deren Zungen 16 ist dieser Folienleiter 10 durch das isolierende Material des Halteelementes 3 isoliert, da die elektrischen Folienleiter 10 in dem Halteelement 3 eingebettet sind.
Die Zungen 16 erstrecken sich jeweils zwischen zwei benachbarten Schweißöffnungen 7 einer Reihe 8 von Schweißöffnungen 7 am Trägerelement 2. Dadurch ist eine in der Längsrichtung des Verbinders 1 kompakte Ausgestaltung sichergestellt. Die Zungen 16 erstrecken sich also senkrecht zur Längsrichtung des elektrischen Verbinders 1.
In 3 ist eine Explosionsdarstellung auf den Verbinder 1 aus 1 und die Batterieeinheit 20 und das Abdeckelement 40 dargestellt. Es sind auch die Verbindungen 50 zum Verbinden mit benachbarten Batterieeinheiten zu erkennen. Das Abdeckelement 40 deckt die Schweißöffnungen 7 im Trägerelement 2 ab. Dadurch erfolgen die notwendige Isolation und der Berührschutz. Das Abdeckelement 40 ist als Aufklebeelement ausgeführt und bietet auch Schutz gegen mechanische Beanspruchungen, insbesondere wenn die Folie als selbstheilende Folie ausgeführt ist.
In den 4 bis 9 ist eine zweite Ausführungsform eines Verbinders 101 dargestellt. 4 zeigt den zweiten Verbinder 101 zum Anschluss mehrerer zellenförmiger Batterieelemente in einer Aufsicht von der Seite, die auf die Batterieeinheit montiert wird, ohne Abdeckelement. Der Verbinder 101 umfasst ebenfalls ein deckelförmiges Trägerelement 102 mit einer länglichen Bodenplatte 121 mit einem umlaufenden Rand 122, mehrere Kontaktelemente 104 in zwei parallelen Reihen, Stifte 105 zur Befestigung der Kontaktelemente 104, zwei parallele bandförmige Halteelemente 103 mit Folienleitern 110 und mit einem Steckerelement 134. Außerdem sind die Verbindungen 150 zum Verbinden von Batterieeinheit 222 zu Batterieeinheit zu erkennen. Diese sind berührsicher ausgebildet.
Diese zweite Ausführung des Verbinders 101 unterscheidet sich insbesondere durch die verwendeten Kontaktelemente 104. Die gezeigten Kontaktelemente 104 sind ebenfalls plättchenförmig. Die Kontaktelemente 104 weisen jeweils eine Zunge 116 auf, die in einen Leiterbereich des Halteelementes 103 vorspringt. Die Zunge 116 weist zu einem Bündel aus Folienleitern 110. Je einer der Folienleiter 110 des Bündels ist mit einer Zunge 116 eines Kontaktelementes 104 verbunden. Die Zungen 116 erstrecken sich jeweils zwischen zwei benachbarten Schweißöffnungen 107 einer Reihe 108 von Schweißöffnungen 107 am Trägerelement 102. Ein Kontaktelement 104 ist ein Zellenverbinder zur Verbindung zweier benachbarter Zellen sein. Das Kontaktelement 104 ist mit einem Schlitz 117 zu versehen, der sich zwischen den beiden Bereichen 118 und 119 erstreckt, an denen jeweils eine Zelle 20 kontaktiert wird. Durch diesen Schlitz 117 wird ein Toleranzausgleich erreicht, der einerseits Toleranzen zwischen der Lage der benachbarten Zellen und andererseits Toleranzen, die durch unterschiedlichen Temperaturgang entstehen, ausgleichen kann. In jedem der Bereiche 118, 119 erfolgt das Verschweißen (durch jeweils mindestens eine Schweißöffnung 107) mit einem Kontakt einer Zelle.
Die zellenförmigen elektrischen Elemente 20 sind Spannungsquellen und/oder -senken in Form von galvanischen Zellen, 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 des elektrischen Verbinders 101 verbindet ein Kontaktelement 104 jeweils die Anode 24 einer ersten galvanischen Zelle 20 mit der Kathode 25 einer zweiten benachbarten galvanischen Zelle 20. In der hier gezeigten Ausgestaltung verbindet das im Verbinder 101 benachbarte Kontaktelement 104 dann die Anode 24 einer dritten galvanischen Zelle 20 mit der Kathode 25 einer vierten galvanischen Zelle 20 usw. Auch in 4 folgende ist ein weiterer Verbinder 151 gezeigt, der die äußeren (in 6 oberen) Elektroden entsprechend verbindet. Dieser Verbinder 151 der Verbindungen 150 dient der Verbindung von Batterieeinheit 222 zu Batterieeinheit 222 einer Traktionsbatterie 23. Insgesamt sind also die Zellen 20 seriell miteinander verschaltet, so dass die Spannungen der galvanischen Zellen 20 addiert werden. Die Kontaktelemente 104 dienen hier also als Zellenverbinder, die die galvanischen Zellen 20 miteinander verbinden.
Zwei in einer Querrichtung hintereinander liegende Kontaktpunkte (entsprechend zwei Schweißöffnungen 107 in den zwei parallelen Reihen 108) kontaktieren jeweils eine einzige Elektrode einer galvanischen Zelle 20. Die in der Längsrichtung des elektrischen Verbinders folgenden zwei Kontaktpunkte sind an der nächsten galvanischen Zelle 20, hier auch wieder an einer einzigen Elektrode, angeordnet. Die an gegenüberliegenden Enden angeordneten weiteren Kontaktelemente 151 stehen nur in Kontakt mit einer einzigen Elektrode einer galvanischen Zelle 20. Sie ragen über den Rest der Batterieeinheit 222 hinaus. Sie können kontaktiert werden und die Spannung an andere elektrische Elemente weitergeben. Wie in den 8 und 9 dargestellt werden mehrere Batterieeinheiten 222 miteinander verbunden an den Verbindungen 150 durch Verbindungselemente 152 und bilden so eine Traktionsbatterie 23.
Die elektrischen Leiter 110 sind jeweils mit einem Kontaktelement 104 verbunden, so dass die an diesem Kontaktelement 104 anliegende Spannung laufend überwacht werden kann. Um dabei die Spannung an jedem Kontaktelement 104 einzeln kontrollieren zu können, sind in den bandförmigen Halteelementen 103 elektrische Leiter 110 eingebettet, die beispielsweise an einem Ende des bandförmigen Verbinders 101 einzeln kontaktiert werden können mit dem Steckverbinder 134. Jedes Kontaktelement ist also mit einem Leiter 110 elektrisch verbunden. Auch diese Verbindung kann durch Schweißen erfolgen durch die weiteren Schweißöffnungen 109 im Trägerelement 102.
Alternativ zu der hier gezeigten Ausgestaltung, bei der zwei Verbinder 101 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 101 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 101 benachbarte Kontaktelement 104 verbindet dann die Anode 24 des zweiten zellenförmigen Elementes 20 mit der Kathode 25 eines dritten zellenförmigen Elementes 20 usw.
In den Figuren ist lediglich beispielhaft die Verwendung des Verbinders an galvanischen Zellen 20 dargestellt. Er kann natürlich auch an anderen zellenförmigen elektrischen Elementen, etwa an Kondensatoren, insbesondere Superkondensatoren („Supercaps“), verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1, 101: Verbinder
2, 102: deckelförmiges Trägerelement
3, 103: Halteelement
4, 104: Kontaktelement
5, 105: Stift
7, 107: Schweißöffnung
8, 108: Aufnahme
9, 109: weitere Schweißöffnung
10, 110: Folienleiter
16, 116: Zungen
117: Schlitz
118, 119: Bereich
20: zellenförmiges elektrisches Element
21, 121: Bodenplatte
22, 122: Rand
222: Batterieeinheit
23: Traktionsbatterie
24: Anode
25: Kathode
34, 134: Steckerelement
40, 140: Abdeckelement
150: Verbindung
151: weiteres Kontaktelement
152: Verbindungselement

Claims

Verbinder (1, 101) zur Verbindung von zellenförmigen elektrischen Elementen einer Batterieeinheit, bestehend aus einem deckelförmigen Trägerelement (2, 102) und einem Abdeckelement (40), wobei mindestens ein Kontaktelement (4, 104) im Trägerelement (2, 102) angeordnet ist, wobei ein Steckerelement (34, 134) im Randbereich des Trägerelementes (2, 102) vorgesehen ist, wobei ein Folienleiter (10, 110) zur Kontaktierung des Kontaktelementes (4, 104) mit dem Steckerelement (34, 134) im Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement (2, 102) Schweißöffnungen (7, 107) aufweist und wobei das Abdeckelement (40, 140) derart ausgebildet ist, dass die Schweißöffnungen (7, 107) des Trägerelementes (2, 102) damit abdeckbar sind.
Verbinder nach Anspruch 1, wobei das Abdeckelement (40, 140) aus einer Folie besteht.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Abdeckelement (40, 140) mit Klebstoff beschichtet ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abdeckelement (40, 140) aus einer selbstheilenden Folie besteht.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abdeckelement (40, 140) auf der von den Kontaktelementen (4, 140) abgewandten Seite auf das Trägerelement (2, 102) aufklebbar ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kontaktelement (4, 104) und der Folienleiter (110) im Trägerelement (2, 102) gehalten sind.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Folienleiter (10, 110) in ein Halteelement (3, 103) integriert ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Halteelement (3, 103) mehrere elektrische Folienleiter (10, 110) aufweist, die auf einer Seite je ein Kontaktelement (4, 104) und auf der anderen Seite einen Kontakt des Steckerelementes (34, 134) kontaktieren.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Halteelement (3, 103) mehrere elektrische Leiter (10, 110) aufweist, die parallel nebeneinander verlaufen.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kontaktelement (4, 104) plättchenförmig ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kontaktelement (4, 104) eine Zunge (16, 116) aufweist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Kontaktelement (4, 104) zwei Bereiche (118, 119) zur Kontaktierung benachbarter Zellen (20) aufweist, die durch einen Schlitz (117) voneinander entkoppelt sind.
Verbinder (1) nach Anspruch 11, wobei die Zunge (16) in einen Leiterbereich des Halteelementes (3, 103) zur Kontaktierung eines Folienleiters (10, 110) vorspringt.
Verfahren zur Installation eines Verbinders (1, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf einer Batterieeinheit (222) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Auflegen des deckelförmigen Trägerelementes (2, 102) auf eine Batterieeinheit, mit der Seite mit dem Kontaktelement (4, 104) zur Batterieeinheit gewandt; b) Verschweißen des Kontaktelementes (4, 104) mit den Kontaktpunkten eines zellenförmigen elektrischen Elementes (20, 120) durch die Schweißöffnungen (7, 107) des Trägerelementes (2, 102); c) Abdecken der Schweißöffnungen (7, 107) des Trägerelementes (2, 102) mit dem Abdeckelement (40, 140).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (40, 140) auf das Trägerelement (2, 102) geklebt wird.