DE102015202909A1

DE102015202909A1 - Elektrochemischer Energiespeicher

Info

Publication number: DE102015202909A1
Application number: DE102015202909.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Spieske
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10), aufweisend wenigstens eine Zelleinheit, die über einen externen Anschluss (12) mit einer Stromleitung (14) verbunden ist, wobei der externe Anschluss (12) und die Stromleitung (14) einen benachbart angeordneten Durchgang (18, 20) zum Anordnen eines Befestigungsmittels (22) zum formschlüssigen Verbinden der Stromleitung (14) an dem externen Anschluss (12) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem externen Anschluss (12) und dem Befestigungsmittel (22) oder zwischen der Stromleitung (14) und dem Befestigungsmittel (22) ein Federelement (24) mit zwei das Befestigungsmittel (22) umgreifenden Schenkeln (26, 28) vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Schenkel (26) der Schenkel (26, 28) des Federelements (24) eine Federvorspannung bewirkt. Ein vorbeschriebenes Batteriesystem (10) ermöglicht eine besonders stabile beziehungsweise dauerhafte Verbindung eines externen Anschlusses (12) an eine Stromleitung (14), welche ferner einfach und kostengünstig erzeugbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen elektrochemischen Akkumulator, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer verbesserten elektrischen Anbindung einer Zelleinheit an einen Verbraucher.
Stand der Technik
Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Musikabspielgeräten Smartphones und bei anderen Anwendungen, wie etwa in Windkraftanlagen, eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, beispielsweise HEV, PHEV, EV, Micro-Hybrid, bieten derartige Batterien Vorteile.
Für das sichere und langlebige Betreiben von Batterien ist es erforderlich, dass Endterminal-Verschraubungen eine möglichst niederohmige Verbindung beziehungsweise eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum beibehalten. Für den nicht beschränkenden Fall von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann es entsprechend von Vorteil sein, dass die Verbindung des Batterieterminals zu einer elektrischen Leitung über die gesamte Fahrzeug-Lebensdauer einen geringen elektrischen Widerstand aufweist.
Aus dem Dokument KR2011-0137933 ist es bekannt, einen Konnektor an einem Gehäuse vorzusehen. An dem Konnektor wird ein Gleitblech befestigt durch einen Bolzen und eine entsprechende Gegenmutter.
Das Dokument JP 2013-008589 beschreibt ferner eine Anbindung eines Befestigungsmittels an einem Batterieterminal. Dabei wird ein Befestigungsmittel mit einer Schraube und einer Gegenmutter an dem Batterieterminal befestigt, wobei durch das Befestigungsmittel eine Federvorspannung bewirkt wird.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriesystem, aufweisend wenigstens eine Zelleinheit, die über einen externen Anschluss mit einer Stromleitung verbunden ist, wobei der externe Anschluss und die Stromleitung einen benachbart angeordneten Durchgang zum Anordnen eines Befestigungsmittels zum formschlüssigen Verbinden der Stromleitung an dem externen Anschluss aufweisen, wobei zwischen dem externen Anschluss und dem Befestigungsmittel oder zwischen der Stromleitung und dem Befestigungsmittel ein auf den externen Anschluss und das Befestigungsmittel oder auf die Stromleitung und das Befestigungsmittel wirkendes Federelement mit zwei das Befestigungsmittel umgreifenden Schenkeln vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Schenkel der zwei Schenkel des Federelements eine Federvorspannung bewirkt.
Das vorbeschriebene Batteriesystem ermöglicht es auf einfache und kostengünstige Weise, eine schonende Anbindung einer Batteriezelle an eine elektrische Leitung und dabei ferner eine hohe Langzeitstabilität zu ermöglichen.
Ein Batteriesystem kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein elektrochemisches System sein, welches eine oder eine Mehrzahl etwa zu einem Batteriemodul zusammengefasster Batteriezellen aufweist, die entsprechend der gewünschten Spezifikation in Reihe oder parallel geschaltet sein können.
Unter eine Batterie kann dabei gleichermaßen eine Primärbatterie oder auch eine Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator, verstanden werden. Als nicht beschränkendes Beispiel für einen Akkumulator kann ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beziehungsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, genannt werden. Insbesondere umfasst das Batteriesystem der vorliegenden Erfindung Hochstrom-Batterien, etwa Lithium-Ionen-Hochvolt-Batterien, welche beispielsweise und nicht-beschränkend in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angeordnet sein können. Unter einer Hochvolt-Batterie kann dabei ferner eine derartige Batterie verstanden werden, welche eine Spannung in einem Bereich von größer oder gleich 40V, etwa größer oder gleich 60V, beispielsweise bis zu 400V oder sogar darüber, bereitstellen kann.
Das Batteriesystem weist dabei wenigstens eine Zelleinheit auf. Die Zelleinheit kann dabei grundsätzliche ausgestaltet sein, wie es aus dem Stand der Technik beispielsweise für Lithium-Ionen-Batterien grundsätzlich bekannt ist, und wenigstens eine Batteriezelle oder eine Mehrzahl an Batteriezellen mit einer Anode, einer Kathode, einem Separator und einen Elektrolyt aufweisen. Für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen einlagern beziehungsweise interkalieren und wieder auslagern beziehungsweise deinterkalieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO₂) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen.
Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in Poren des Separators befinden. Der Separator kann beispielsweise eine insbesondere poröse Kunststofffolie sein, etwa gebildet aus Polypropylen.
Die jeweiligen Elektroden einer Batteriezelle oder einer Mehrzahl an Batteriezellen der Zelleinheit, etwa zu einem Modul zusammengefasst, können dabei einen externen Anschluss aufweisen, der zum Abgreifen elektrischer Energie für den Anschluss eines Verbrauchers dient. Ein derartiger externer Anschluss wird beispielsweise auch als Endterminal bezeichnet. Bei Batteriesystemen ist es dabei üblich, dass an einem derartigen Endterminal eine Stromleitung beziehungsweise eine elektrische Verbindung zum Abgreifen der elektrischen Energie befestigt wird.
Bei einem vorbeschriebenen Batteriesystem ist es dabei vorgesehen, dass die Stromleitung an dem externen Anschluss unter Verwendung eines Befestigungsmittels befestigt beziehungsweise fixiert ist. Um dies zu realisieren, weisen die Stromleitung und der externe Anschluss einen benachbart angeordneten Durchgang zum Anordnen eines Befestigungsmittels zum formschlüssigen Verbinden der Stromleitung an dem externen Anschluss auf. In anderen Worten sind die Stromleitung und der externen Anschluss derart ausgestaltet, dass, wenn diese in Kontakt zueinander gebracht sind, ein Befestigungsmittel durch den Durchgang beziehungsweise durch die Öffnung des externen Anschlusses und der Stromleitung führbar ist, um so eine Fixierung des Stromleitung an dem externen Anschluss sicherstellen zu können.
Nach einer gewissen Betriebsdauer des Batteriesystems kann es dabei vorkommen, dass trotz einer grundsätzlich möglichen sicheren Fixierung der Stromleitung an dem externen Anschluss, beispielsweise bei mobilen Anwendungen durch auftretende Vibrationen, sich die Fixierung lockert, was die elektrische Verbindung zwischen externen Anschluss und Stromleitung negativ beeinflussen kann. Dies kann ferner dadurch auftreten, dass manche Materialien bei hohen Belastungen, wie etwa hohen Temperaturen und hohen Drücken oder Vibrationen, zu fließen beginnen. Dies kann somit zu einer Schwächung der Verbindung und somit einem hohen elektrischen Kontaktwiderstand beziehungsweise Übergangswiderstand führen, was wiederum den Betrieb des Batteriesystems negativ beeinflussen kann.
Um den vorstehend beschriebenen Nachteil zu verhindern, ist es bei einem vorbeschriebenen Batteriesystem vorgesehen, dass zwischen dem externen Anschluss und dem Befestigungsmittel oder zwischen der Stromleitung und dem Befestigungsmittel ein auf den externen Anschluss und das Befestigungsmittel oder auf die Stromleitung und das Befestigungsmittel wirkendes Federelement vorgesehen ist. Ein derartiges Federelement kann insbesondere eine Federvorspannung derart ausüben, dass der externe Anschluss und die Stromleitung gegeneinander gepresst werden, wobei sich das Federelement, etwa mit einem oder beiden der vorgesehenen Schenkel, an einer Anlage an dem Befestigungsmittel und an dem externen Anschluss beziehungsweise der Stromleitung abstützen kann. Das Federelement kann daher in besonders vorteilhafter Weise sicherstellen, dass selbst bei einer sich lockenden Fixierung von externem Anschluss und Stromleitung diese durch das Federelement weiter aneinander gepresst werden, so dass eine Reduzierung der Stromleitfähigkeit beziehungsweise eine Vergrößerung des elektrischen Widerstands auch nach einer langen Betriebsdauer signifikant reduziert beziehungsweise vollständig verhindert werden kann.
Somit kann durch das Federelement eine besonders dauerhafte elektrische Verbindung erreicht werden.
Dadurch, dass das Federelement zwei das Befestigungsmittel umgreifende und ferner beispielsweise im Wesentlichen parallel verlaufende Schenkel aufweist, wobei ein erster Schenkel, also wenigstens ein erster Schenkel, eine Federvorspannung bewirkt, kann dabei eine besonders langlebige und vorteilhafte Verbindung von externem Anschluss und Stromleitung realisiert werden. Dabei können der erste und der zweite Schenkel beispielsweise einstückig ausgestaltet sein, oder auch aus zwei miteinander verbundenen Teilen ausgestaltet sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Eine im Wesentlichen parallel verlaufende Anordnung der beiden Schenkel kann dabei insbesondere bedeuten, dass die Ausrichtung der Schenkel, insbesondere in einem in einer Batterie eingebauten Zustand oder auch in einem frei vorliegenden Zustand, exakt parallel ist oder leicht von dieser Form abweicht, etwa indem die Schenkel einen Winkel von bis zu 45°, insbesondere von bis zu 20°, beispielsweise von bis zu 10° zu einander einschließen.
Durch die zwei etwa im Wesentlichen parallel verlaufende Schenkel in Kombination mit der Ausgestaltung eines Schenkels derart, dass dieser eine Federvorspannung bewirkt, kann eine Federvorspannung bereits aus wenigstens einem der Schenkel erzeugt werden. Dieser Schenkel kann somit dem Ausbilden einer sicheren elektrischen Anbindung an den elektrischen Anschluss dienen.
Dadurch, dass das Federelement zwei im Wesentlichen parallel verlaufende das Befestigungsmittel umgreifende Schenkel aufweist, kann ferner eine Selbstsicherung beziehungsweise selbstsichernde Eigenschaften des Federelements realisiert werden. Denn der zweite Schenkel kann, etwa in einem Zusammenwirken mit dem ersten Schenkel, einer Fixierung des Federelements dienen, so dass durch ein einfaches Aufschieben des Federelements nicht nur eine Federvorspannung ausgeübt werden kann, sondern auch das Federelement selbst sicher fixiert ist. Dadurch, dass ein vorbeschriebenes Federelement ermöglichen kann, dass ein Schenkel zumindest einen Teil der Federspannung bewirken kann, wobei der weitere Schenkel in besonders vorteilhafter Weise dazu ausgestaltet sein kann, eine Verliersicherung oder Abstützung darzustellen, beziehungsweise das Federelement selbstsichernd auszugestalten, kann jeder der Schenkel für seine Aufgabe in gewünschter Weise ausgestaltet sein, wodurch sowohl die Federvorspannung als auch die Herstellbarkeit besonders definiert einstellbar und dadurch besonders angepasst sein kann. Ferner kann auf diese Weise eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit ermöglicht werden.
Dadurch kann der Herstellungsprozess und ferner die Langlebigkeit weiter verbessert werden. Ferner kann bei einer Herstellung ein geringer Bauraum in der Höhe ausreichen.
Somit kann ein vorbeschriebenes Federelement problemlos ermöglichen, dass die vorbeschriebene Verbindung, beispielsweise aus Montagegründen beziehungsweise aus Reparaturgründen, mehrfach, beispielsweise mehr als fünffach, geöffnet werden kann, und dies ohne die positiven Eigenschaften, wie etwa die Federvorspannung signifikant zu verlieren.
Durch das vorbeschriebene Federelement wird es somit beispielsweise bei einem Einsatz in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, möglich, dass ein derartiges Batteriesystem über die gesamte Fahrzeuglebensdauer, wie beispielsweise 15 Jahre und/oder über Laufleistungen von bis zu 300.000km beziehungsweise 31.500 Betriebsstunden oder sogar darüber, problemlos ohne die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Verbindung von externem Anschluss und Stromleitung betrieben werden kann.
Zusammenfassend ermöglicht ein vorbeschriebenes Batteriesystem somit eine besonders stabile beziehungsweise dauerhafte Verbindung eines externen Anschlusses an eine Stromleitung, welche ferner einfach und kostengünstig erzeugbar ist.
Im Rahmen einer Ausgestaltung können die zwei Schenkel gemeinsam eine u-förmige Struktur ausbilden. In anderen Worten können die Schenkel jeweils in einem ihrer Endbereiche miteinander verbunden sein und an jeweils einem weiteren Endbereich des Schenkels, der dem jeweils verbundenen Endbereich des Schenkels gegenüberliegend angeordnet ist, nicht miteinander verbunden sein, so dass in einer Seitenansicht des Federelements eine u-förmige Struktur ausgebildet wird. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine Federkraft beziehungsweise Federvorspannung durch die Anordnung der beiden im Wesentlichen parallel angeordneten Schenkel und somit durch ein Zusammenwirken der beiden Schenkel ermöglicht werden, so dass auch nach einem mehrmaligen Öffnen der Verbindung noch eine ausreichend hohe Federkraft ermöglicht werden kann. Darüber hinaus kann insbesondere eine derartige Ausgestaltung auf besonders einfache Weise eine selbstsichernde Ausgestaltung des Federelements ermöglichen, so dass die Herstellung des Batteriesystems besonders einfach sein kann. Denn insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine Federvorspannung der Schenkel gegeneinander bewirken, dass nach einem Aufschieben des Federelements auf das Befestigungsmittels einer der Schenkel eine Federvorspannung bewirkt, wohingegen der weitere Schenkel eine Verliersicherung bewirkt.
Dies gilt insbesondere für die Ausgestaltung, bei der das Befestigungsmittel einen Schaft und einen Kopfbereich aufweist, das Befestigungsmittel somit pilzartig ausgestaltet ist. Denn in dieser Ausgestaltung können die beiden Schenkel beispielsweise jeweils eine Öffnung aufweisen derart, dass diese bei einem unteren Schenkel eine kleinere Breite aufweist, als bei dem oberen Schenkel. Dadurch können bei einem Aufschieben des Federelements die Schenkel auseinander gedrückt werden, wobei der obere Schenkel an dem Kopf entlang geführt wird. Wenn der Kopf in der Öffnung positioniert ist, schnappt der obere Schenkel in seine Ursprungsposition in Richtung des unteren Schenkels und umgreift den Kopf, wohingegen der untere Schenkel den Schaftbereich umgreift. Dadurch kann auf besonders einfache Weise und durch bloßes Aufschieben eine wirksame Verliersicherung ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der eine Federvorspannung bewirkende Schenkel ein Wellenprofil aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann bereits durch diesen Schenkel eine besonders gute und konstante Federvorspannung ermöglicht werden, wobei die Stärke der Federvorspannung ferner besonders definiert einstellbar sein kann. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung auch nach einem mehrmaligen Lösen der Verbindung eine gute Federvorspannung bewirkt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Befestigungsmittel zum Ausbilden einer Schnappverbindung ausgestaltet sein. Dabei kann das Befestigungsmittel eine oder eine Mehrzahl an Schnappnasen aufweisen, die eine entsprechend vorgesehene Ausnehmung hintergreifen können, um so eine sichere Verbindung von externem Anschluss und Stromleitung ermöglichen zu können. An dem den Schnappnasen entgegengesetzten Ende des Befestigungsmittels kann dabei ein Kopf vorgesehen sein, so dass der Kopf zusammen mit den Schnappnasen einer formschlüssigen Verbindung dient.
In dieser Ausgestaltung kann neben einer besonders dauerhaften elektrischen Verbindung besonders vorteilhaft erreicht werden, dass bei einer Herstellung des Batteriesystems zu hohe Drehmomente (M_d) auf die Zelle als solche wirken, da ein Befestigen gänzlich ohne das Aufbringen von Drehmomenten möglich ist. Somit kann eine unmittelbare Beschädigung beispielsweise der Batteriezelle bei einem Herstellungsprozess verhindert werden. Weiterhin kann verhindert werden, dass die Batteriezelle oder Teile dieser durch die übertragenen Drehmomente mechanisch geschwächt werden, so dass beispielsweise nach einer vergleichsweise kurzen Betriebsdauer eine Beschädigung des Batteriesystems auftritt.
Somit kann insbesondere ein Nachteil des Stands der Technik umgangen werden, wonach durch die ausgeübte Tangentialkraft beim Anziehen einer Schraubklemmverbindung auch eine Kraft auf den Zellwickel wirkt und eine mechanische Belastung dessen elektrische Anbindung an die Stromabnehmer ausgeübt wird, was unter Umständen eine irreversible Unterbrechung der Anbindung zur Folge haben kann. Somit kann ein Nachteil des Stands der Technik ausgeräumt werden, wonach für eine dauerhafte insbesondere Schraubklemmverbindung auf der einen Seite ein hohes Drehmoment ausgeübt werden soll, auf der anderen Seite dies jedoch die Gefahr einer Beschädigung der Zelle mit sich bringen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Befestigungsmittel eine insbesondere mit einer Gegenmutter fixierte Schraube aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann das Befestigungsmittel zum Einen sehr kostengünstig und ferner beliebig oft lösbar und schließbar sein. Darüber hinaus kann durch eine Schraube, welche nicht in ein festes Gewinde, etwa eingearbeitet in den externen Anschluss oder die Stromleitung, sondern in eine separate Gegenmutter eingreift, dem ausgeübten Drehmoment entgegengewirkt werden, so dass eine Übertragung des Drehmoments auf die Zelle reduziert oder vollständig verhindert werden kann. Auch in dieser Ausgestaltung kann somit eine negative Beeinflussung von Zellbestandteilen verhindert und damit die Langlebigkeit verbessert werden. Dabei kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Schraube ein Bauteil mit Außengewinde sein, wie beispielsweise ein Bolzen mit Außengewinde, wohingegen eine Gegenmutter im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bauteil mit Innengewinde sein kann, wobei die Anordnung der Gewinde jedoch auch umgedreht sein kann. Die Schraube wie auch die Gegenmutter können beispielsweise aus Stahl ausgestaltet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Stromleitung eine Aussparung zum Aufnehmen eines Befestigungsbereichs des Federelements aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann das Federelement somit einen besonders sicheren Halt gewährleisten, so dass etwa bei einem Schließen einer Schraubverbindung ein Drehmoment zwar auf das Federelement übertragen werden kann, dieses jedoch trotzdem sicher in der gewünschten Position sich befindet und somit eine Übertragung auf weitere Komponenten reduziert oder gänzlich verhindert werden kann. Dies kann insbesondere bei länglich geformten Federelementen von Vorteil sein, weil diese gegebenenfalls eine im Wesentlichen definierte Ausrichtung benötigen, um so die gewünschte Wirkung zu entfalten. Dabei kann der Befestigungsbereich beispielsweise ein einstückig mit einem Schenkel ausgestalteter und entsprechend geformter Bereich sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der externe Anschluss ein externer Modulanschluss sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine dauerhafte und widerstandsfreie Verbindung von externem Anschluss und Stromleitung von Vorteil sein, da hier oftmals hohe Spannungen bereitgestellt werden beziehungsweise hohe Ströme fließen, so dass in dieser Ausgestaltung der externe Anschluss und die Stromleitung besonders stabil und groß dimensioniert sind und hohe Kontaktwiderstände sich besonders nachteilig auswirken können. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung oftmals ein hohes Drehmoment für eine Fixierung des Befestigungsmittels notwendig und ferner eine hohe und stabile Federvorspannung von Vorteil sein.
Beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend können der externe Anschluss und die Stromleitung zum Führen von Hochstrom ausgelegt sein. Dabei kann unter Hochstrom im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden derartige Ströme, wie sie etwa bei dem Betreiben von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen auftreten. Beispielsweise kann der Energiespeicher eine Spannung von gleich oder mehr als 40V, beispielsweise von gleich oder mehr als 60V, und bis zu 400V oder darüber bereitstellen, wobei Ströme in einem Bereich von 300A oder darüber fließen können. Insbesondere bei einer derartig dimensionierten Stromführung kann eine hohe und stabile Federvorspannung von Vorteil sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Federelement beispielsweise aus Stahl, wie etwa aus Federstahl, ausgestaltet sein. Insbesondere derartige Materialien können ein Federelement schaffen, welches auch nach einem mehrmaligen Lösen der Verbindung von Stromleiter und externem Anschluss eine dauerhafte und ausreichende Federvorspannung ermöglichen kann. Grundsätzlich sollte bei der Auswahl des Materials darauf geachtet werden, dass federnde Eigenschaften kombiniert werden können mit einer hohen Stabilität.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das das Befestigungsmittel selbstsichernd ausgestaltet sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ein besonders einfaches und fehlerfreies Herstellungsverfahren ermöglicht werden, wodurch auch die Langzeitstabilität durch fehlerfreie Befestigungen vergrößert werden kann. Unter einem selbstsichernden Befestigungselement kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Teil des Befestigungselements, wie etwa eine Gegenmutter, selbstsichernd ausgestaltet ist, also wenigstens einen Mechanismus bereitstellt, der ein Lösen des entsprechenden Bauteils verhindert oder diesem zumindest entgegenwirken kann. Dabei kann eine selbstsichernde Gegenmutter, beispielsweise, an einer der Stirnflächen beispielsweise ringförmig erweitert sein und dabei in einer inneren Nut einen Ring aus Kunststoff, wie etwa Polyamid, enthalten. Ein derartiger auch als Klemmteil bezeichneter Ring kann bei einem Durchgang der Schraube plastisch und elastisch verform werden und so eine Sicherung gegen ein Lösen der Fixierung bereitstellen.
Beispiele und Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines Teils eines Batteriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht einer Ausgestaltung eines Federelements für ein Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung von schräg oben;
3 eine Ansicht der Ausgestaltung des Federelements aus 2 von oben;
4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Teils eines Batteriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Teils eines Batteriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Teils eines Batteriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Batteriesystem 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie umfassen und etwa in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Ferner kann das Batteriesystem 10 eine Batterie beziehungsweise ein Energiespeichermodul aufweisen.
Im Detail umfasst das Batteriesystem 10 eine nicht gezeigte Zelleinheit beispielsweise als Teil der Batterie beziehungsweise des Energiespeichermoduls und aufweisend die wenigstens eine Batteriezelle, die über einen externen Anschluss 12 mit einer Stromleitung 14 verbunden ist. Der externe Anschluss 12 kann beispielsweise aus Aluminium aufgebaut sein und mit Zink, Nickel oder einer Legierung aus wenigstens einem der vorgenannten Materialien beschichtet sein. Ferner kann der externe Anschluss 12 an ein Zellgehäuse beziehungsweise an einen Zellterminal 16 angeschweißt sein. Die Stromleitung 14, die aus Aluminium oder Kupfer ausgestaltet sein kann, und der externe Anschluss 12 weisen einen benachbart angeordneten Durchgang 18, 20 zum Anordnen eines Befestigungsmittels 22 auf. Das Befestigungsmittel 22 dient dem formschlüssigen Verbinden der Stromleitung 14 an dem externen Anschluss 12.
Der externe Anschluss 12 kann beispielsweise ein Modulanschluss sein, etwa wenn dieser an einen Modulterminal als Zellterminal angeschlossen ist oder diesen selbst ausbildet. Entsprechend können der externe Anschluss 12 und die Stromleitung 14 zum Führen von Hochstrom ausgelegt sein.
Bei einem derartigen Batteriesystem 10 ist zwischen dem externen Anschluss 12 und dem Befestigungsmittel 22 oder zwischen der Stromleitung 14 und dem Befestigungsmittel 22 ein Federelement 24 angeordnet. Das Federelement 24 umfasst einen ersten Schenkel 26 und einen zu dem ersten Schenkel 26 im Wesentlichen parallel verlaufenden zweiten Schenkel 28. Das Federelement 24 beziehungsweise der erste 26 und der zweite Schenkel 28 können dabei aus Federstahl ausgestaltet sein. Dabei ist es vorgesehen, dass die beiden Schenkel 26, 28 das Befestigungsmittel 22 umgreifen beziehungsweise umrahmen. Der erste Schenkel 26 bewirkt dabei eine Federvorspannung, so dass der erste Schenkel 26 als Verspannelement dienen kann und der zweite Schenkel 28 als Sicherungselement dienen kann.
Ein derartiges Federelement 24 ist dabei in den 2 und 3 im Detail gezeigt. Insbesondere in der 2 sind der erste Schenkel 26 und der zweite Schenkel 28 gezeigt. Dabei ist zu sehen, dass der erste Schenkel 26 zum Ausbilden der Federvorspannung ein Wellenprofil aufweist. Ferner ist gezeigt, dass die zwei Schenkel 26, 28 gemeinsam eine u-förmige Struktur ausbilden.
Dabei weist das Federelement 24 einen Durchgang 30 auf, der etwa als entsprechende Öffnung in dem ersten 26 und dem zweiten 28 Schenkel ausgebildet ist, um das Befestigungsmittel 22 zu umrahmen wie dies in der 1 gezeigt ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Durchgang 30 bei dem ersten Schenkel 26 größer ist als bei dem zweiten Schenkel 28, so dass der erste Schenkel einen Schaftbereich und der zweite Schenkel einen Kopf 34 des Befestigungsmittels 22 umgreifen kann. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Federelement 24 derart fixiert wird, dass der erste Schenkel 26 unterhalb des Kopfes 34 des Befestigungsmittels 22 des liegend eingeschoben wird, wobei der zweite Schenkel über den Kopf 34 gleitend geführt wird. Wenn das Federelement 24 in Position ist, kann der zweite Schenkel 28 nach unten schnappen oder gebogen werden und so das Federelement 22 fixieren. Durch die Ausgestaltung der Schenkel 26, 28 insbesondere mit einer Öffnung 27 an dem ersten Schenkel 26 und einem geschlossenen Fixierungsbereich 29 des zweiten Schenkels 28 oberhalb der Öffnung 27 ist die Öffnung 30 rundum geschlossen, so dass eine wirksame Verliersicherung gegeben ist.
Ebenfalls zurückkommend auf 1 ist dort gezeigt, dass das Befestigungsmittel 22 zum Ausbilden einer Schnappverbindung ausgestaltet ist und beispielsweise als Einpressbolzen bezeichnet werden kann, der in horizontaler Richtung federn kann. Im Detail weist das Befestigungsmittel 22 beispielsweise zwei Schnappnasen 32 auf, welche einen Vorsprung hintergreifen können und so zusammen mit dem Kopf 34 des Befestigungsmittels 22 eine Fixierung von externem Anschluss 12 und Stromleitung 14 bewirken können. Hierzu kann der externe Anschluss 12 beispielsweise eine Ausstanzung aufweisen, die bezüglich ihrer Form an die Schnappnasen 32 angepasst ist und beispielsweise eine quadratische oder rechteckige Kontur aufweisen kann. Um die Verbindung zu lösen kann beispielsweise durch ein geeignetes Werkzeug 36 eine Kraft auf die Schnappnasen 32 ausgeübt werden, so dass diese wie durch die Pfeile angedeutet, nach innen gedrückt werden können und so das Befestigungsmittel 22 entfernt werden kann. Der Befestigungsbereich 40 kann dabei vorteilhafter Weise ein etwa gebogener Bereich des ersten 26 oder zweiten 28 Schenkels sein.
Es ist ferner in 1 gezeigt, dass das die Stromleitung 14 eine Aussparung 38 zum Aufnehmen eines Befestigungsbereichs 40 des Federelements 24 aufweist. Dadurch kann die Position des Federelements 24 gesichert werden beziehungsweise kann das Federelement 24 selbstsichernd ausgestaltet werden. Somit kann eine Fixierung des Federelements 24 dadurch verbessert werden, dass bei Befestigen des Befestigungsmittels 22 der Befestigungsbereich in die Aussparung 38 eingreifen, wie etwa einrasten, kann.
In den 4 bis 6 sind weitere Ausgestaltungen des Batteriesystems 10 gezeigt, bei denen insbesondere das Befestigungsmittel 22 variiert. Bezüglich der Beschreibung der weiteren Details wird daher Bezug genommen auf die Beschreibung der Ausgestaltung aus 1, wobei gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In der 4 umfasst das Befestigungsmittel 22 einen von unten in den Durchgang 18, 20 eingefügten beziehungsweise eingepressten Bolzen 42 mit einem Innensechskant 43 in einem Kopf 44 und mit einem Innengewinde 52 in einem Schaft 46. In diesen wird von oben durch das eingerastete Federelement 24 hindurch ein Einschraubkopf 48 mit einem Außengewinde 53 an einem Schaft 49 hineingeschraubt. Der Einschraubkopf 48 umfasst zur Aufnahme eines Schraubwerkzeugs an einem Kopfbereich 50 einen Außensechskant 51 und/oder auch einen Innensechskant 47, der sich in den Schaft 49 erstrecken kann.
Mit Hilfe des Innensechskants 43 des Bolzens 42, welcher auch als Einpressbolzen bezeichnet werden kann und der von unten zugänglich ist, wird bei der Einschraubung des selbstsichernden Einschraubkopfes 48 dem dabei ausgeübten Drehmoment entgegengewirkt, so dass keine oder nur eine äußerst geringe Tangentialkraft und kein Drehmoment auf die Zelle ausgeübt wird.
Ferner ist zu erkennen, dass der erste Schenkel 26 eine Federvorspannung bewirken kann, wohingegen der zweite Schenkel, wenn er das Befestigungsmittel 22, unabhängig von der Ausgestaltung des Befestigungsmittels etwa an einem Schaftbereich oder an einem Kopfbereich, insbesondere vollständig umrahmt, auf diese Weise eine Sicherung des Federelements 24 und somit eine Selbstsicherung bewirken kann.
5 zeigt einen von unten in den Durchgang 18, 20 beziehungsweise in den externen Anschluss 12 eingefügten beziehungsweise eingepressten Bolzen 54 mit einem Außengewinde 57 an seinem Schaft 56. Der Bolzen 54 umfasst einen Innensechskant 59 am oberen Schaftende zur Entgegenhaltung und Vermeidung eines sonst bei der Einschraubung einer insbesondere selbstsichernden Gegenmutter 58, etwa Sechskantmutter, auf den externen Anschluss 12 entstehenden Drehmoments.
6 zeigt einen auf den externen Anschluss 12 aufgeschweißten Aufschweißbolzen 60, der ebenfalls mit Außengewinde 61 an seinem Schaft 63 und Innensechskant 65 Beziehungsweise innenliegendem Sechskant zum Gegenwirken gegen ein Drehmoment ausgestattet sein kann. Dabei kann insbesondere eine selbstsichernde Gegenmutter 62, beispielsweise mit Innen- oder Außensechskant ausgestattet, vorgesehen sein um die Anordnung zu fixieren. Beispielsweise kann der Aufschweißbolzen 60 in eine passgenaue Aussparung 64 der Stromleitung 14 mit dieser beziehungsweise mit dem Anschluss 12 verschweißt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 2011-0137933 [0004]
JP 2013-008589 [0005]

Claims

Batteriesystem (10), aufweisend wenigstens eine Zelleinheit, die über einen externen Anschluss (12) mit einer Stromleitung (14) verbunden ist, wobei der externe Anschluss (12) und die Stromleitung (14) einen benachbart angeordneten Durchgang (18, 20) zum Anordnen eines Befestigungsmittels (22) zum formschlüssigen Verbinden der Stromleitung (14) an dem externen Anschluss (12) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem externen Anschluss (12) und dem Befestigungsmittel (22) oder zwischen der Stromleitung (14) und dem Befestigungsmittel (22) ein auf den externen Anschluss (12) und das Befestigungsmittel (22) oder auf die Stromleitung (14) und das Befestigungsmittel (22) wirkendes Federelement (24) mit zwei das Befestigungsmittel (22) umgreifenden Schenkeln (26, 28) vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Schenkel (26) der Schenkel (26, 28) des Federelements (24) eine Federvorspannung bewirkt.
Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schenkel (26, 28) gemeinsam eine u-förmige Struktur ausbilden.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Federvorspannung bewirkende wenigstens eine Schenkel (26) ein Wellenprofil aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (22) zum Ausbilden einer Schnappverbindung ausgestaltet ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (22) eine insbesondere mit einer Gegenmutter fixierte Schraube aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung (14) eine Aussparung (38) zum Aufnehmen eines Befestigungsbereichs (40) des Federelements (24) aufweist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Anschluss (12) ein externer Modulanschluss ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) aus Stahl, etwa aus Federstahl, ausgestaltet ist.
Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (22) selbstsichernd ausgestaltet ist.