DE102014226167A1

DE102014226167A1 - Batteriezelle mit einem als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal

Info

Publication number: DE102014226167A1
Application number: DE102014226167.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Voellm; Daniel Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105720227A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (5) mit mindestens einem als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal (10), wobei der Terminal (10) eine Aussparung (12) zur Aufnahme eines männlichen Steckverbinders (20) aufweist. Zusätzlich wird gefordert, dass die Aussparung (12) in einem Bereich des Terminals (10) angeordnet ist, der außerhalb einer Oberfläche (15) der Batteriezelle (5) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Zellverbinder (25), ein Batteriezellenmodul sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriezellenmodul.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit mindestens einem als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal. Ferner betrifft die Erfindung einen Zellverbinder, ein Batteriezellenmodul und ein Kraftfahrzeug mit solch einem Batteriezellenmodul.
Stand der Technik
Es besteht weltweit ein erheblicher Bedarf an Batterien für breite Anwendungsbereiche, einerseits etwa für stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen oder Solarkraftanlagen, andererseits aber auch für mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. Nicht zuletzt ist es auch abzusehen, dass der Bedarf an Batterien für Fahrzeuge, wie zum Beispiel für Hybrid- und Elektrofahrzeugen, in den nächsten Jahren steigen wird. An all diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt.
Typischerweise werden hierfür mehrere Batteriezellen elektrisch in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander verschaltet zur Bildung von leistungsstaken Batteriezellenmodulen. Daraus resultiert ein beachtlicher Bedarf an zuverlässigen elektrischen Verbindungen zwischen den Batteriezellen. In der Batterietechnologie werden Terminals benachbarter Batteriezellen üblicherweise mittels eines separaten Zellverbinders miteinander elektrisch verbunden.
Zur Verbindung von Batteriezellen mit möglichst geringem elektrischen Übergangs- und Kontaktwiderstand werden derzeit metallische Zellverbinder mit Terminals der Batteriezellen verschweißt. Dies schränkt zum einen verfügbare Werkstoffkombinationen stark ein, zum anderen ist es nicht mehr möglich, nach dem Verschweißen der Zellverbinder mit den Terminals diese zerstörungsfrei wieder zu lösen. Ein Hochschalten einer elektrischen Spannung der Batterie auf ihre Betriebsspannung ist notwendig, bevor die Batterie mechanisch komplett aufgebaut ist. Einige Arbeiten werden also „unter Spannung” durchgeführt, was ein nicht unerhebliches Gefährdungspotential darstellen kann.
So wird in DE 10 2012 209 856 A1 eine Batteriezelle mit einer Möglichkeit zu einer Steckverbindung beschrieben, die ohne jede Schweiß- oder Schraubenverbindung mit einer weiteren Batteriezelle elektrisch verbunden werden kann. Die Batteriezelle umfasst einen als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal, welcher einen Hohlraum mit einer Öffnung zur Einführung eines männlichen Steckverbinders aufweist. Der Hohlraum ist dabei im Innenbereich der Batteriezelle angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst grundsätzlich mindestens einen als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal. Dabei weist der Terminal eine Aussparung zur Aufnahme eines männlichen Steckverbinders auf. Zusätzlich wird erfindungsgemäß gefordert, dass die Aussparung in einem Bereich des Terminals angeordnet ist, der außerhalb einer Oberfläche der Batteriezelle angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung einer Aussparung eines weiblichen Steckverbinders, die zur Aufnahme eines männlichen Steckverbinders vorgesehen ist, einige technische Herausforderungen zu überwinden sind. Mit der Bereitstellung der erfindungsgemäßen Batteriezelle werden diese elegant beseitigt.
Die Aussparung des weiblichen Steckverbinders ist gemäß der Lehre aus dem Stand der Technik im Innern der Batteriezelle angeordnet. Hierfür muss im Innern der Batteriezelle ein Raum bereitgestellt werden, der zusätzlich zu den bereits vorhandenen Bauteilen oder Inhalten berücksichtigt werden muss.
So ist der Innenraum einer Batteriezelle gewöhnlich für Elektroden und Elektrolyten vorgesehen. Die Elektroden können nun nicht mehr raumfüllend im Innen der Batteriezelle optimal angeordnet werden, da ein bestimmter Raumbereich für die Aussparung des weiblichen Steckverbinders reserviert werden muss und daher nicht mehr den Elektroden zur Verfügung steht.
Weiter ist zu beachten, dass nicht nur das absolute Raumvolumen für die Elektroden reduziert wird, sondern auch die Gestaltung der Elektroden der neuen Raumverteilung angepasst werden muss. Oft sind die Elektroden in Form von Zellwickeln ausgebildet. Die geometrische Ausgestaltung des Zellwickels muss den Raum für die Aussparung des weiblichen Steckverbinders berücksichtigen, d.h. es ist eine aufwendige Umgestaltung des Zellwickels notwendig.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass durch undichte Stellen an den Wänden der Aussparung – etwa verursacht durch einen Unfall – der flüssige Elektrolyt in die Aussparung eindringen kann. Folglich sind zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, um eine besonders stabile und zuverlässige Wände der Aussparung bereitzustellen.
Mit der erfindungsgemäßen Forderung, die Aussparung in einem Bereich des Terminals anzuordnen, der außerhalb einer Oberfläche der Batteriezelle angeordnet ist, werden die oben genannten Nachteile alle beseitigt. Insbesondere muss der Innenraum der Batteriezelle keinen Raum mehr für die Aussparung des weiblichen Steckverbinders bereitstellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriezelle mit als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminals in Seitenansicht,
2a einen als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal in Draufsicht,
2b einen als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal in Seitenansicht,
3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellenverbinders mit männlichen Steckverbindern in Seitenansicht, und
4 einen Terminal mit einer Klemmvorrichtung im Querschnitt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriezelle wird nun mit Hilfe der 1 erläutert. Die Batteriezelle 5 umfasst zwei als weibliche Steckverbinder ausgebildete Terminals 10, wobei die Terminals 10 jeweils eine Aussparung 12 zur Aufnahme eines männlichen Steckverbinders 20 aufweisen. Dabei sind die Aussparungen 12 erfindungsgemäß jeweils in einem Bereich der Terminals 10 angeordnet, der außerhalb einer Oberfläche 15 der Batteriezelle 5 angeordnet ist.
Vorteilhafte technische Wirkungen dieser Anordnung wurden bereits zuvor ausführlich beschrieben und werden hier nicht wiederholt.
In dieser Ausführungsform weist die Batteriezelle 5 ein Batteriezellengehäuse 7 auf. Dann ist jede Aussparung 12 in einem Bereich des Terminals 10 angeordnet, der nicht nur außerhalb einer Oberfläche 15 der Batteriezelle 5, sondern auch außerhalb einer Oberfläche 15 des Batteriezellengehäuses 7 angeordnet ist.
In 2a ist ein Terminal 10 Draufsicht dargestellt. Die Aussparung 12, die hier in Form einer Nut 13 ausgebildet ist, verläuft in die Zeichenebene hinein. Wird in diese Aussparung 12 ein männlicher Steckverbinder 20 eingeführt, so verläuft die Einführrichtung des männlichen Steckverbinders 20 senkrecht zur Oberfläche der Batteriezelle 5. Erfindungsgemäß ist die Aussparung 12 auf jeden Fall außerhalb der Oberfläche 15 der Batteriezelle 5 angeordnet, d.h. der Terminal 10 ragt mit dem Bereich der Aussparung aus der Oberfläche 15 der Batteriezelle 5 heraus.
Hingegen zeigt 2b einen Terminal 10 in Seitenansicht. Auch hier ist die Aussparung 12 in Form einer Nut 13 ausgestaltet. In dieser Ausführung ist die Aussparung 12 derart angeordnet ist, dass die Einführrichtung des männlichen Steckverbinders 20 parallel zu einer Oberfläche 15 der Batteriezelle 5 verläuft, aus welcher 15 der Terminal 12 herausragt. Die Batteriezelle 5 in der Ausführungsform gemäß 1 weist etwa zwei Terminals 10 mit jeweils einer Aussparung 12 gemäß 2b auf.
Statt der Nut 13 kann die Aussparung 12 in allen Ausführungsbeispielen auch als eine durchgehende Öffnung ausgebildet sein.
Sind, wie in der Ausführungsform der Batteriezelle 5 gemäß 1 gezeigt, zwei als weibliche Steckverbinder ausgestaltete Terminals 10 an einer Batteriezelle 5 vorgesehen, so wird bevorzugt, dass die beiden Terminals 10 die gleiche geometrische Form aufweisen.
Weiter wird mit der vorliegenden Erfindung ein Zellverbinder 25 zur elektrischen Verbindung von Terminals 10 zweier erfindungsgemäßen Batteriezellen 5 bereitgestellt. Dabei ist mindestens ein männlicher Steckverbinder 20 am Zellverbinder 25 vorgesehen. In der Ausführungsform des Zellverbinders 25 nach 3 sind zwei männliche Steckverbinder 20 vorhanden. Die zwei männlichen Steckverbinder 20 sind an zwei Endbereichen eines elektrisch leitfähigen Stegs 22 angeordnet. Zudem weist der Steg 22 eine elektrisch isolierte Außenschicht 23 auf.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass ein als weiblicher Steckverbinder ausgebildeter Terminal 10, wie beispielhaft in 4 dargestellt, eine Klemmvorrichtung 14, insbesondere eine Klemmvorrichtung 14 mit einer Federwirkung, aufweist. Die Klemmvorrichtung 14 mit der Federwirkung kann durch eine Gestaltung der Aussparung 12 hervorgerufen werden.
Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung auch ein Batteriezellenmodul mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Batteriezellen 5 bereitgestellt. Dabei sind die Batteriezellen 5 über einen erfindungsgemäßen Zellverbinder 25 miteinander elektrisch verbunden.
Übrigens können die Batteriezellen 5 in allen Ausführungsformen als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sein.
Solch ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul kann wiederum zu vielfältigen Zwecken eingesetzt bzw. eingebaut werden. Es wird beispielhaft vorgeschlagen, ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Batteriezellenmodul zu versehen, wobei das Batteriezellenmodul mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012209856 A1 [0005]

Claims

Batteriezelle (5) mit mindestens einem als weiblicher Steckverbinder ausgebildeten Terminal (10), wobei der Terminal (10) eine Aussparung (12) zur Aufnahme eines männlichen Steckverbinders (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (12) in einem Bereich des Terminals (10) angeordnet ist, der außerhalb einer Oberfläche (15) der Batteriezelle (5) angeordnet ist.
Batteriezelle (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (5) ein Batteriezellengehäuse (7) aufweist, wobei die Aussparung (12) in einem Bereich des Terminals (10) angeordnet ist, der außerhalb einer Oberfläche (15) des Batteriezellengehäuses (7) angeordnet ist.
Batteriezelle (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (12) derart angeordnet ist, dass die Einführrichtung des männlichen Steckverbinders (20) parallel zu einer Oberfläche (15) der Batteriezelle (5) verläuft, aus welcher (15) der Terminal (12) herausragt.
Batteriezelle (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Terminal (10) als Aussparung (12) eine Nut (13) aufweist.
Batteriezelle (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Terminal (10) eine Klemmvorrichtung (14), insbesondere eine Klemmvorrichtung (14) mit einer Federwirkung, aufweist.
Batteriezelle (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (14) mit der Federwirkung durch eine Gestaltung der Aussparung (12) hervorgerufen wird.
Batteriezelle (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Terminals (10) als weiblicher Steckverbinder (12) ausgebildet sind.
Batteriezelle (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Terminals (10) die gleiche geometrische Form aufweisen.
Zellverbinder (25) zur elektrischen Verbindung von Terminals (10) zweier Batteriezellen (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein männlicher Steckverbinder (20) vorgesehen ist.
Zellverbinder (25) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (25) zwei männliche Steckverbinder (20) aufweist.
Zellverbinder (25) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei männlichen Steckverbinder (20) an zwei Endbereichen eines elektrisch leitfähigen Stegs (22) angeordnet sind.
Zellverbinder (25) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (22) eine elektrisch isolierte Außenschicht (23) aufweist.
Batteriezellenmodul mit mindestens zwei Batteriezellen (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Batteriezellen (5) über einen Zellverbinder (25) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 miteinander elektrisch verbunden sind.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (5) als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem Batteriezellenmodul nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Batteriezellenmodul mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.