DE102016118751B4

DE102016118751B4 - Energiespeichersystem, energiespeichermodul und -anordnung sowie verfahren zum zusammenbau eines energiespeichermoduls

Info

Publication number: DE102016118751B4
Application number: DE102016118751.8A
Authority: DE
Inventors: Helge Brenner; Ralf Joswig; Bernhard Ehrlich
Original assignee: Clarios Advanced Solutions GmbH
Current assignee: Clarios Advanced Solutions GmbH
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2036-10-05
Also published as: DE102016118751A1

Abstract

Energiespeichersystem (100) mit einer elektrochemischen Zelle (110) zum Speichern von elektrischer Energie und mindestens einem ersten und einem zweiten Terminal (120, 130), welche elektrisch mit jeweils einer Elektrode der elektrochemischen Zelle (110) verbunden oder verbindbar sind, wobei das erste und/oder das zweite Terminal (120, 130) Folgendes aufweisen:- einen Kontaktbereich (121, 131) zum elektrischen Verbinden des Terminals (120, 130) mit einer der zugeordneten Elektroden; und- einen Kontaktierungsbereich (122, 132) zum elektrischen Verbinden des Terminals (120, 130) mit einem Verbraucher, wobei der Kontaktierungsbereich (122, 132) von einer ersten Position, in welcher der Kontaktierungsbereich (122, 132) zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dem Kontaktbereich (121, 131) ausgerichtet ist, mittels eines Biegebereichs in eine zweite Position und umgekehrt überführbar ist, wobei der Kontaktierungsbereich (122, 132) in der zweiten Position zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Kontaktbereich (121, 131) ausgerichtet ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas erste und/oder das zweite Terminal (120, 130) einen Entlastungsbereich (123, 133) aufweisen, welcher ausgebildet ist, um eingeleitete Kräfte, welche über das Terminal (120, 130) eingeleitet werden, derart zu reduzieren, dass eine resultierende Kraft, welche auf den Kontaktbereich (121, 131) wirkt, kleiner ist als die eingeleiteten Kräfte, unddass der Biegebereich zwischen dem Entlastungsbereich (123, 133) und dem Kontaktierungsbereich (122, 132) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Energiespeichermodul und eine Energiespeichermodulanordnung gemäß der Ansprüche 5 und 14. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbau eines Energiespeichermoduls gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
Derartige Energiespeichersysteme werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Bereich der Energiespeichersysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Hier werden besonders hohe Anforderungen an die Energiespeichersysteme gestellt. Dies sind insbesondere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, das Gewicht, die Zuverlässigkeit und die Herstellungskosten.
Die DE 10 2010 000842 A1 betrifft ein herkömmliches Energiespeichersystem mit einem Batteriekörper und wenigstens einem aus einer Außenfläche des Batteriekörpers herausragenden Terminal, welches elektrisch leitfähig mit einem der Batteriepole verbunden ist. An dem Terminal ist eine elektrisch leitfähige Biegelasche mit einer Länge L verbunden, welche einen Bereich mit verringertem Biegequerschnitt aufweist, an welchem die Lasche zum elektrischen Kontaktieren einer benachbarten Zelle um 90° umbiegbar ist.
Weitere konventionelle Energiespeichersysteme sind beispielsweise aus US 2013/171485 A1 , DE 10 2007 020 295 A1 und DE 10 2010 019 935 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energiespeichersystem für die Großserienfertigung rationeller zu gestalten, insbesondere im Hinblick automatisierter Fertigungsprozesse in Anwendungen für die Automobiltechnik. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Energiespeichermodul und eine Energiespeichermodulanordnung derart zu gestalten, dass sie zum einen zweckmäßig in modularen Fertigungsprozessen einsetzbar sind und zum anderen besonders zuverlässig sind. Ferner soll ein verbessertes Verfahren zum Zusammenbau für solche Energiespeichermodule angegeben werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Energiespeichersystem gemäß dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch ein Energiespeichermodul gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 5, durch eine Energiespeichermodulanordnung gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 14, sowie durch ein Verfahren gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4, sowie 6 bis 13 angegeben.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Energiespeichersystem mit einer elektrochemischen Zelle zum Speichern von elektrischer Energie und mindestens einem ersten und einem zweiten Terminal, welche elektrisch mit jeweils einer Elektrode der elektrochemischen Zelle verbunden oder verbindbar sind. Dabei weist das erste und/oder das zweite Terminal einen Kontaktbereich zum elektrischen Verbinden des Terminals mit einer der zugeordneten Elektroden, und einen Kontaktierungsbereich zum elektrischen Verbinden des Terminals mit einem Verbraucher auf. Der Kontaktierungsbereich ist von einer ersten Position, in welcher der Kontaktierungsbereich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dem Kontaktbereich ausgerichtet ist, mittels eines Biegebereichs in eine zweite Position und umgekehrt überführbar, wobei der Kontaktierungsbereich in der zweiten Position zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Kontaktbereich ausgerichtet ist.
Im Wesentlichen senkrecht bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Winkel zwischen einer Erstreckungsebene des Kontaktierungsbereiches und einer Erstreckungsebene des Kontaktbereiches innerhalb eines Bereiches von 70° bis 110°, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 80° bis 100°, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 85° bis 95° liegt. Dementsprechend bedeutet im Wesentlichen parallel, dass ein Winkel zwischen einer Erstreckungsebene des Kontaktierungsbereiches und einer Erstreckungsebene des Kontaktbereiches innerhalb eines Bereiches von -20° bis 20°, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von -10° bis 10°, und besonders bevorzugt in einem Bereich von -5° bis 5° liegt.
Eine Vielzahl von Problemen, die bei einer Optimierung von Fertigungsprozessen auftreten, lassen sich auf eine schlechte Zugänglichkeit einzelner Bauteile zurückführen. Zum einen wird bei einer schlechten Zugänglichkeit oftmals ein Einsatz von Maschinen erschwert oder verhindert, zum anderen steigt außerdem auch die gesamte Durchlaufzeit der Fertigung an. Unter Durchlaufzeit wird in diesem Zusammenhang die Zeitspanne, die bei der Fertigung eines Produktes zwischen dem Beginn des ersten Arbeitsvorganges und dem Abschluss des letzten Arbeitsvorganges verstreicht, verstanden.
Zudem erhöht eine schlechte Zugänglichkeit durch eine Erhöhung der Fehlerzahl auch gleichzeitig den Ausschuss, was sich wiederum ebenfalls negativ auf den Gesamtumsatz auswirkt. Es ist folglich ein stetiges Bemühen, eine besonders gute Zugänglichkeit zu den einzelnen Bauteilen einer Baugruppe zu gewährleisten. Oftmals wirkt jedoch dieses Bemühen einer raumsparenden Anordnung der einzelnen Bauteile in der Baugruppe entgegen. Da aber insbesondere in der Automobilindustrie kompakte Bauweisen gefordert werden, können die Fertigungsprozesse nicht mit einfachen Mitteln an automatisierte bzw. optimierte Herstellungsverfahren angepasst werden. Was im Weiteren zu einem Optimierungsproblem zwischen einer raumsparenden und dennoch gut zugänglichen Anordnung der Bauteile führt.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, den Kontaktierungsbereich von einer ersten Position in eine zweite Position und umgekehrt überführbar zu gestalten, kann sowohl einer kompakten Bauweise als auch einem auf automatisierten Fertigungsprozessen zugeschnittenen Aufbau Genüge getan werden. Demnach ist der Kontaktierungsbereich in einer ersten Position, in welcher der Kontaktierungsbereich zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dem Kontaktbereich ausgerichtet ist, besonders gut für etwaige Montageschritte zugängig. In einer zweiten Position ist der Kontaktierungsbereich zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Kontaktbereich ausgerichtet und dadurch kann eine äußerst kompakte und platzsparende Bauweise des Energiespeichersystems bereitgestellt werden.
Ferner weist das erste und/oder das zweite Terminal einen Entlastungsbereich auf. Dabei ist der Entlastungsbereich ausgebildet, um eingeleitete Kräfte, welche über das Terminal eingeleitet werden, derart zu reduzieren, dass eine resultierende Kraft, welche auf den Kontaktbereich wirkt, kleiner ist als die eingeleiteten Kräfte. Dabei ist der Biegebereich zwischen dem Entlastungsbereich und dem Kontaktierungsbereich angeordnet.
Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit automatisierten Fertigungsprozessen vorteilhaft, da durch den vorgeschlagenen Aufbau Toleranzen höher gewählt werden können. Gewisse Ungenauigkeiten bei der Montage können somit durch das Energiesystem ausgeglichen werden, wodurch der gesamte Montageprozess kostengünstiger gestaltet werden kann. Zudem werden auch an die Fertigungsgenauigkeit einzelner Teile beziehungsweise Komponenten niedrigere Anforderungen gestellt. Dies führt ebenfalls zu niedrigeren Gesamtherstellungskosten.
Ferner steigt jedoch gleichzeitig auch die Zuverlässigkeit des vorgeschlagenen Energiespeichersystems, da niedrigere Kräfte auf den anfälligen Kontaktbereich der Terminals wirken. Somit werden die Terminals weniger belastet als in herkömmlichen Energiespeichersystemen, beziehungsweise die Terminals sind derart ausgebildet, dass sie Belastungen (Kräften) entgegenwirken, sie ausgleichen und/oder absorbieren können.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird somit ein verbessertes, kostengünstiges und gleichzeitig robustes Energiespeichersystem vorgeschlagen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Entlastungsbereich des Energiespeichersystems derart ausgebildet, dass dieser zumindest einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnimmt.
Somit kann ein Teil der eingeleiteten Kräfte besonders einfach beispielsweise über Reibung und/oder Verformung aufgenommen werden.
Vorzugsweise ist das erste und/oder zweite Terminal aus Aluminium gefertigt oder weist zumindest Aluminium auf. Somit kann erreicht werden, dass alle äußeren Oberflächen, oder zumindest alle äußeren metallischen Oberflächen, des Energiespeichersystems aus Aluminium gefertigt sind, wodurch auf eine Beschichtung der Teile verzichtet werden kann. Dadurch kann ein Fertigungsschritt eingespart und folglich Durchlaufzeiten und Kosten reduziert werden. Zudem sinkt bei einer Aluminiumausführung die Korrosionsanfälligkeit des Systems, was zu längeren Serviceintervallen und insgesamt längeren Produktlebenszyklen führt.
Da Aluminium vorteilhafte Materialeigenschaften, insbesondere in Bezug auf Nachgiebigkeit, Flexibilität und Elastizität aufweist, ist es bei einem Terminal aus Aluminium möglich, den Entlastungsbereich besonders einfach derart auszubilden, dass er einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnehmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Entlastungsbereich mindestens eine Biegung auf, welche derart ausgebildet ist, dass der Entlastungsbereich bei einem Einwirken von Kräften verformbar ist und die Terminals längenveränderbar sind.
Der erfindungsgemäße Vorschlag liefert somit eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Entlastungsbereich derart zu gestalten, dass dieser einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnehmen kann. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass der Entlastungsbereich eine Vielzahl von Biegungen aufweist, um den Entlastungsbereich bei einem Einwirken von Kräften verformbar zu gestalten. Alternativ ist es ebenfalls denkbar, dass der Terminal nicht nur aus einem Material gefertigt wird, sondern einen Abschnitt oder Bereich aufweist, welcher aus einem Material mit besonders hoher Elastizität bzw. Flexibilität ausgebildet ist und dadurch eine Aufnahme der eingeleiteten Kräfte bereitgestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist/sind das erste Terminal und/oder das zweite Terminal mit dem jeweiligen Kontaktbereich an ein elektrisches Kontaktstück geschweißt. Dabei stellt das elektrische Kontaktstück eine elektrische Verbindung zwischen dem Terminal und einer zugeordneten Elektrode bereit.
In diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich denkbar, dass der Kontaktbereich des Terminals nicht über ein elektrisches Kontaktstück mit der jeweiligen Elektrode verbunden ist, sondern direkt an der jeweiligen Elektrode angeordnet wird. Als elektrisches Kontaktstück wird im Allgemeinen ein Bauteil verstanden, welches eine elektrische Verbindung zwischen dem Terminal und der zugeordneten Elektrode bereitstellt.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da durch das Schweißen innerhalb einer kurzen Zeitspanne eine große Kontakt- beziehungsweise Verbindungsfläche zwischen dem Terminal und dem elektrischen Kontaktstück geschaffen werden kann. Somit ist das Schweißen aufgrund der kurzen Bearbeitungszeit gut bei automatisierten Fertigungsprozessen einsetzbar und gleichzeitig äußerst zuverlässig. Zudem kann im Vergleich zu herkömmlichen Energiespeichersystemen auf verbindende Bauteile, wie beispielsweise auf Schrauben und Nieten, verzichtet werden und der Aufbau wird weiterhin vereinfacht. Auch ist der elektrische Widerstand bei einer Schweißverbindung deutlich geringer als bei einer Verbindung, welche beispielsweise durch Schrauben bereitgestellt wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem gemäß Anspruch 5 durch ein Energiespeichermodul gelöst, welches eine Vielzahl der bereits beschriebenen Energiespeichersysteme aufweist, wobei die Energiespeichersysteme des Energiespeichermoduls in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.
Die vorgeschlagene Anordnung ist insbesondere deswegen besonders vorteilhaft, da sie relativ kompakt ist und gleichzeitig eine gute Zugänglichkeit zu allen Terminals der einzelnen Energiespeichersysteme bietet. Zudem bietet sich eine Reihenanordnung auch für eine modulare Erweiterung an indem weitere Energiespeichersysteme an ein letztes Energiespeichersystem der Reihe angeordnet werden.
In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, dass das Energiespeichermodul ein Gehäuse, einen Rahmen oder Ähnliches aufweist, um die Vielzahl der Energiespeichersysteme zu zentrieren und anzuordnen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Terminals der Vielzahl der Energiespeichersysteme derart miteinander verbunden oder verbindbar, dass die einzelnen elektrochemischen Zellen in Reihe geschaltet sind. Dabei sind mindestens zwei der Terminals an den jeweiligen Kontaktierungsbereichen über einen Zellenverbinder verbunden.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird es somit möglich, wenn die Kontaktierungsbereiche in ihrer ersten Position angeordnet sind, zwei der Terminals besonders einfach mit einem Zellenverbinder zu verbinden. Insbesondere ist es dadurch, dass die Kontaktierungsbereiche im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktbereichen ausgerichtet sind und somit auch gleichzeitig senkrecht von dem Energiespeichermodul nach oben stehen möglich, den Zellenverbinder je nach Zugänglichkeit an einer vorderen oder an einer hinteren Seite des Kontaktierungsbereiches zu verbinden.
Dadurch, dass die einzelnen Energiespeichersysteme in einer Reihe angeordnet sind, lassen sich zudem die Kontaktierungsbereiche der Terminals der einzelnen Energiespeichersysteme derart zueinander anordnen, dass sie sich in einer Reihe fluchtend hintereinander befinden. Das bedeutet, dass die Kontaktierungsbereiche beziehungsweise Erstreckungsebenen der einzelnen Kontaktierungsbereiche alle in einer gemeinsamen Ebene liegen oder zumindest anordbar sind. Die ist insbesondere im Hinblick auf das Verbinden der Terminals mit den Zellenverbindern vorteilhaft, da man sich beim Verbinden nur in einer Ebene bewegen muss und gleichzeitig auch nur kurze Strecken zurückgelegt werden müssen.
Vorzugsweise wird der Zellenverbinder an die Terminals geschweißt. Dadurch werden weniger Bauteile benötigt und der elektrische Widerstand ist deutlich geringer als beispielsweise bei einer Schraubverbindung. Auch können besonders große Kontaktflächen zwischen den Terminals und den Zellenverbindern einfach realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Zellenverbinder ein Entlastungsbereich auf, welcher ausgebildet ist, um eingeleitete Kräfte, welche über den Zellenverbinder eingeleitet werden, derart zu reduzieren, dass resultierende Kräfte, welche auf die Kontaktierungsbereiche und/oder auf eine Verbindungsbereich zwischen den Kontaktierungsbereichen und dem Zellenverbinder wirken, kleiner sind als die eingeleiteten Kräfte.
Hier ergeben sich zum einen wiederum die Vorteile, welche sich bereits durch den Entlastungsbereich der einzelnen Terminals ergeben haben, namentlich beispielsweise höher wählbare Toleranzen und eine erhöhte Zuverlässigkeit. Zum anderen wird ein Energiespeichermodul bereitgestellt, welches einen Ausgleich bzw. eine Aufnahme von Kräften aus mehreren Richtungen ermöglicht. Die Kräfteaufnahme bzw. der Kräfteausgleich wird nachfolgend nochmals genauer in Verbindung mit 4a und 4b beschrieben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Entlastungsbereich des Zellenverbinders derart ausgebildet, dass dieser zumindest einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnimmt.
Vorzugsweise ist der Zellenverbinder aus Aluminium hergestellt, wodurch sich die bereits im Zusammenhang mit den Terminals besprochenen Materialeigenschaften des Aluminiums nutzen lassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Entlastungsbereich des Zellenverbinders mindestens eine Biegung auf, welche derart ausgebildet ist, dass der Entlastungsbereich bei einem Einwirken von Kräften verformbar ist und der Zellenverbinder längenveränderbar ist.
Dabei stellt eine Biegung, welche im Entlastungsbereich des Zellenverbinders ausgebildet ist, eine besonders kostengünstig und einfach zu fertigende Entlastungsmöglichkeit zur Verfügung. In diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich auch denkbar, dass der Entlastungsbereich mehrere Biegungen aufweist. Auch ist es möglich, dass der Zellenverbinder nicht nur aus einem Material gefertigt ist, sondern einen Bereich aufweist, welcher aus einem anderen, flexibleren Material ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zellenverbinder an die Terminals, welche er verbindet, geschweißt.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da durch das Schweißen auch hier in kurzer Zeit eine große Kontakt- beziehungsweise Verbindungsfläche zwischen dem Terminal und dem elektrischen Kontaktstück bearbeitet werden kann. Damit ist eine Schweißverbindung aufgrund der Verbindungsgeschwindigkeit bei automatisierten Fertigungsprozessen gut einsetzbar. Gleichzeitig wird durch die Schweißverbindung eine äußerst zuverlässige Verbindung bereitgestellt. Zudem kann auf verbindende Bauteile, wie beispielsweise auf Schrauben und Nieten, verzichtet werden. Auch ist der elektrische Widerstand bei einer Schweißverbindung deutlich geringer als bei einer Verbindung, welche beispielsweise durch Schrauben bereitgestellt wird.
In Kombination mit den kurzen Strecken, die wie bereits ausgeführt durch die Anordnung der einzelnen Energiespeichersysteme in einer Reihe erreicht werden können, stellt das Schweißen eine einfache Möglichkeit bereit, den Fertigungsschritt automatisiert auszuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Stromsammelschiene mit jedem der Zellenverbinder oder einer Gruppe aus Zellenverbinder verbunden oder verbindbar.
Ob die Stromsammelschiene mit jedem der Zellenverbinder verbunden ist oder mit einer Gruppe aus Zellenverbindern, hängt insbesondere damit zusammen, ob eine Parallel- oder eine Reihenschaltung realisiert werden soll. So werden in einer Parallelschaltung typischerweise Gruppen aus Zellenverbindern gebildet und in einer Reihenschaltung alle Zellenverbinder einzeln mit der Stromsammelschiene verbunden.
Der erfindungsgemäße Vorschlag vereinfacht eine modulare Fertigung von Energiespeichermodulen. So kann eine unterschiedliche Anzahl von Energiespeichersystemen zu einem Energiespeichermodul angeordnet werden und in einem parallelen Arbeitsschritt Stromsammelschienen mit einer Anzahl von Zellenverbindern, welche auf die Anzahl der Energiespeichersysteme angepasst ist, bereitgestellt werden. In einem abschließenden Montageprozess werden schließlich die einzelnen Terminals der Energiespeichersysteme mit den an der Stromsammelschiene angebrachten Zellenverbindern verbunden. Es ist somit möglich in einer Produktionslinie verschiedene Energiespeichermodule für verschiedene Anforderungen herzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Stromsammelschiene eine Folie mit integrierten Messleitungen und einen Verbinder für eine Zellüberwachungssteuereinheit auf.
Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da eine Überwachung der einzelnen elektrochemischen Zellen bzw. der einzelnen Energiespeichersysteme somit einfach möglich wird. Dadurch, dass die integrierte Messleitung und der Verbinder für die Zellüberwachungssteuereinheit in der Sammelschiene integriert sind, wird auch ein modularer Zusammenbau des Energiespeichermoduls nicht komplexer.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist einer der Zellenverbinder, welcher mit dem ersten Energiespeichersystem der Reihe verbunden ist, und einer der Zellenverbinder, welcher mit dem letzten Energiespeichersystem verbunden ist, als Modulverbindungselement ausgebildet.
Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass nun neben einer Veränderung der Anzahl einzelner Energiespeichersysteme in einem Energiespeichermodul auch eine Verknüpfung unterschiedlicher Energiespeichermodule möglich ist. Dementsprechend erweitert sich das Anwendungsgebiet des erfinderischen Energiespeichermoduls.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner durch eine Energiespeichermodulanordnung auf elektrochemischer Basis gemäß Anspruch 14 gelöst, wobei die Energiespeichermodulanordnung eine Vielzahl der beschriebenen Energiespeichermodule aufweist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 15 gelöst durch ein Verfahren zum Zusammenbau eines elektrochemischen Energiespeichermoduls, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Einsetzen der Energiespeichersysteme in ein Modulgehäuse; Einsetzen der Stromsammelschiene mit Zellenverbindern; Verbinden der Terminals mit den Zellenverbindern; und Umklappen der Terminals.
Beim Einsetzen der Energiespeichersysteme in das Modulgehäuse sind die Terminals der einzelnen Energiespeichersysteme in ihrer ersten Position angeordnet, d. h. dass die Kontaktierungsbereiche der Terminals im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktbereichen ausgerichtet sind und somit besonders einfach zugänglich sind. Vorzugsweise wurden in einem Fertigungsschritt vor dem Einsetzen der Sammelschiene mit Zellenverbindern, die einzelnen Zellenverbinder mit der Sammelschiene verbunden. Vorzugsweise erfolgt auch an dieser Stelle die Verbindung durch Schweißen, wodurch sich die bereits beschriebenen Vorteile des Schweißens verwirklichen lassen.
Im nächsten Schritt werden die Terminals mit den Zellenverbindern verbunden, wobei auch diesmal vorzugsweise auf ein Schweißverfahren zurückgegriffen wird.
Beim letzten Schritt werden die Terminals umgeklappt, d. h. dass die Kontaktierungsbereiche der Terminals von ihrer ersten Position in ihre zweite Position überführt werden. Dementsprechend sind die Kontaktierungsbereiche in der zweiten Position im Wesentlichen parallel zu den Kontaktbereichen ausgerichtet und eine besonders kompakte Bauweise des gesamten Energiespeichermoduls wird bereitgestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges;
2 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Energiespeichermoduls mit Energiespeichersystemen gemäß 1;
4a eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung zweier Terminals gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Position;
4b eine schematische Darstellung der Verbindungsanordnung zweier Terminals gemäß 4a in einer zweiten Position; und
5 eine schematische Darstellung eines zusammengebauten, einbaubereiten Energiespeichermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Energiespeichersystem unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Figuren genauer beschrieben. Gleiche oder gleichwirkende Elemente und Funktionen sind hierbei mit demselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Energiespeichersysteme, welche vorzugsweise auf Lithium-Ionen-Technologien basieren, eignen sich insbesondere zum Einsatz in Fahrzeugen. Des Weiteren kann ein solches Energiespeichersystem ebenfalls überall dort eingesetzt werden, wo Energiespeichersysteme mit einer relativ hohen Leistungsdichte gefordert sind. Mehrere derartige Energiespeichersysteme bilden zumeist ein Energiespeichermodul aus.
Im Folgenden werden das Energiespeichersystem und das Energiespeichermodul derart beschrieben, dass relative Begriffe auf den Einbau-Zustand des Energiespeichersystems und des Energiespeichermoduls bezogen sind. So bedeutet beispielsweise „in einem oberen Bereich“ in einem im eingebauten Zustand gesehenen oberen Bereich, „in einem seitlichen Bereich“ in einem im eingebauten Zustand und in Fahrtrichtung gesehenen Bereich, der sich in ein vorderen, hinteren, linken oder rechten Bereich befindet, und „in einem unteren Bereich“ in einem im eingebauten Zustand gesehenen unteren Bereich.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 200. Ein Energiespeichersystem 100, ein Energiespeichermodul 1000 oder eine Energiespeichermodulanordnung können hierbei in einem in Fahrtrichtung vorderen Bereich des Fahrzeugs 200, in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs 200 und/oder in einem Bereich unterhalb der Sitze, insbesondere unterhalb des Fahrersitzes angeordnet sein.
Bei dem Fahrzeug 200 kann es sich um ein Luft- oder Wasserfahrzeug, ein spurgeführtes Fahrzeug, ein Geländefahrzeug, oder bevorzugt ein Straßenfahrzeug handeln, wobei unter Straßenfahrzeug ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus oder ein Wohnmobil verstanden werden kann.
Das Fahrzeug 200 wird durch eine Antriebseinheit angetrieben. Bei der Antriebseinheit kann es sich um einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder eine Kombination davon handeln. Ein Fahrzeug 200, welches ausschließlich mit einem Elektromotor angetrieben wird, wird als Elektro-Fahrzeug bezeichnet. Ein Fahrzeug 200, welches sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor aufweist, wird als Hybrid-Fahrzeug bezeichnet. Hybrid-Fahrzeuge können ferner in Mikro-Hybrid-Fahrzeuge, Mild-Hybrid-Fahrzeuge, Vollhybrid-Fahrzeuge und/oder Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge untergliedert werden. Hierbei kann unter Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen jedwedes Hybrid-Fahrzeug verstanden werden, welches nicht nur über den Verbrennungsmotor aufgeladen wird, sondern ebenfalls über das Stromnetz aufgeladen werden kann. Unter Vollhybrid-Fahrzeugen werden Fahrzeuge verstanden, welche allein über den Elektromotor angetrieben werden können. Mikro-Hybrid-Fahrzeuge verfügen über eine Start-Stopp-Funktionalität, und vorzugsweise ebenso über eine Stopp-In-Motion-Funktionalität. Des Weiteren können bei Mikro-Hybrid-Fahrzeugen das Energiespeichersystem, das Energiespeichermodul bzw. die Energiespeichermodulanordnung über eine sogenannte Bremsenergierückgewinnung aufgeladen werden. Mild-Hybrid-Fahrzeuge können darüber hinaus über eine Boost-Funktion verfügen, welche zur Unterstützung des Verbrennungsmotors zur Leistungssteigerung verwendet wird.
Die 2 zeigt ein Energiespeichersystem 100 mit einer in einem Inneren des Energiespeichersystems 100 angeordneten elektrochemischen Zelle 110. Bei der elektrochemischen Zelle 110 kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Zelle handeln und insbesondere um eine Lithium-Ionen-Zelle, welche als Jelly-Roll-Zelle ausgebildet ist. Die elektrochemische Zelle 110 weist eine positive und eine negative Elektrodenseite auf, wobei auf der positiven Elektrodenseite mindestens eine positive Elektrode angeordnet ist und auf der negativen Elektrodenseite mindestens eine negative Elektrode angeordnet ist. Die negative Elektrode ist mit einem ersten Terminal 120 elektrisch verbunden und die positive Elektrode ist mit einem zweiten Terminal 130 elektrisch verbunden. Dies ist in diesem Sinne jedoch nicht als Einschränkung zu sehen, so könnte selbstverständlich auch die negative Elektrode mit dem zweiten Terminal 130 und die positive Elektrode mit dem ersten Terminal 120 elektrisch verbunden sein.
Die elektrische Verbindung kann hierbei direkt, d. h. ohne ein Zwischenelement zwischen der jeweiligen Elektrode und dem Terminal 120, 130 oder indirekt ausgeführt sein. Bei einer indirekten Ausführung wird der elektrische Kontakt über ein elektrisches Kontaktstück 111 hergestellt, welches einen Stromfluss aus und in die Elektroden der elektrochemischen Zelle 110 gewährleistet.
Dabei kann das elektrische Kontaktstück 111, wie in 2 dargestellt, auch die Funktion eines Abdeckelements übernehmen. In diesem Fall entspricht das Abdeckelement dem elektrischen Kontaktstück 111, welches zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Vorzugsweise weist das elektrische Kontaktstück 111, wenn es als Abdeckelement ausgebildet ist, eine Berstmembran auf, welche sich bei einem Überdruck, welcher beispielsweise durch einen Kurzschluss innerhalb der elektrochemischen Zelle hervorgerufen werden kann, öffnet. Diese Berstmembran ist in 2 durch eine mittig angeordnete kreisförmige Linie angedeutet. Selbstverständlich kann die Berstmembran auch an einer anderen Stelle des Abdeckelements vorgesehen sein.
Des Weiteren weist das Energiespeichersystem 100 vorzugsweise ein Gehäuse 113 auf. In diesem Zusammenhang ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Energiespeichersystem 100 kein eigenes Gehäuse 113 aufweist, sondern ein gemeinsames Gehäuse mit der elektrochemischen Zelle 110 hat.
Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass mehrere elektrochemische Zellen in dem Energiespeichersystem 100 angeordnet und vorgesehen sind.
Das Gehäuse 113 kann hierbei jegliche Form aufweisen, bevorzugt ist es jedoch prismatisch, d. h. im Wesentlichen quaderförmig. Wie in 2 zu erkennen, nimmt das Gehäuse 113 die elektrochemische Zelle 110 auf. Dazu weist das Gehäuse 113 an einem oberen Bereich eine Öffnung auf, durch welche die elektrochemische Zelle 110 eingeführt werden kann.
Des Weiteren kann das Gehäuse 113 eine Abdeckung aufweisen, welche die elektrochemische Zelle 110 gegenüber der Umgebung abdichtet und/oder abschließt. Dabei ist das Gehäuse 113 zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff gefertigt, um das Energiespeichersystem 100 möglichst leicht gestalten zu können. Als Material kommt dabei beispielsweise ein Acryl-Butadien-Styrol, Polycarbonat, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polyoxymethylen oder ein Copolymer hiervon infrage.
Es ist jedoch zu beachten, dass ein elektrischer Kontakt mit der positiven und negativen Elektrode herstellbar sein muss. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise eine Abdeckung des Gehäuses 113 aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sein oder zumindest elektrisch leitfähiges Material aufweisen.
In 2 ist das elektrische Kontaktstück 111, welches das zweite Terminal 130 mit der positiven Elektrode verbindet, als Abdeckelement des Gehäuses 113 ausgebildet. Das bedeutet, dass ein Bauteil sowohl die Funktion des Abdeckelements als auch die Funktion eines elektrischen Kontaktstückes übernimmt.
Dabei weist das positive elektrische Kontaktstück 111 in einem Bereich des ersten Terminals 120 eine Öffnung auf, damit ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Terminal 120 und einem negativen elektrischen Kontaktstück hergestellt werden kann. Dabei ist das negative elektrische Kontaktstück vorzugsweise bolzenförmig ausgebildet und es ist derart angeordnet und ausgebildet, dass es sich zumindest bereichsweise durch die Öffnung in dem positiven elektrischen Kontaktstück 111 erstreckt.
Bei einem derartigen Aufbau weist das Energiespeichersystem 100 mindestens ein Dichtelement 112 auf. Das Dichtelement 112 ist, wie in 2 zu erkennen, zwischen dem ersten Terminal 120 und dem positiven elektrischen Kontaktstück 111 angeordnet und verhindert ein Kontaktieren des ersten Terminals 120 mit dem positiven elektrischen Kontaktstück 111. Zudem ist das Dichtelement 112 dazu ausgebildet, um einen Innenraum des Energiespeichersystems 100, in dem die elektrochemische Zelle 110 angeordnet ist, gegenüber der Umgebung abzudichten.
Selbstverständlich können weitere Dichtelemente, insbesondere ein ringförmiges Dichtelement zum Abdichten/Isolieren des negativen elektrischen Kontaktstückes zwischen dem negativen elektrischen Kontaktstück und dem positiven elektrischen Kontaktstück, vorgesehen sein, welche jedoch in 2 nicht erkennbar sind.
Demensprechend stellen das positive elektrische Kontaktstück 111 und das negative elektrische Kontaktstück einen Stromfluss zwischen den Elektroden der elektrochemischen Zelle 110 und den jeweiligen Terminals 120, 130 sicher. Grundsätzlich sind in diesem Zusammenhang elektrische Kontaktstücke, wie beispielsweise das positive elektrische Kontaktstück 111, als Funktionsteile zu verstehen, welche zwischen Elektroden und den entsprechenden Terminals 120, 130 angeordnet sind.
Üblicherweise werden in Lithium-Ionen-Zellen elektrische Kontaktstücke aus Aluminium zur Kontaktierung auf der positiven Elektronenseite verwendet. Auf der negativen Elektrodenseite wird hingegen Kupfer, Nickel, oder vernickeltes Kupfer eingesetzt, da es bei einer Verwendung von Aluminium auf der negativen Elektrodenseite aufgrund des gegebenen Potentials sonst zu einer Legierung von Lithium und Aluminium kommen würde.
Vorteilhafterweise sind jedoch das erste Terminal 120 und das zweite Terminal 130 beide aus Aluminium gefertigt, damit die Außenseite des Energiespeichersystems 100 ausschließlich aus Aluminium gefertigt ist. Dementsprechend reduzieren sich Kosten, welche durch ein Lackieren bzw. Beschichten der Teile entstehen würden. Zudem können unerwünschte chemische bzw. elektrochemische Prozesse, wie beispielsweise Korrosionsvorgänge, unterbunden werden.
Damit ergibt sich jedoch gleichzeitig, dass ein Kontakt zwischen dem ersten Terminal 120 und dem negativen elektrischen Kontaktstück über das mindestens eine Dichtelement 112 gegen Feuchtigkeit abgedichtet werden muss, um eine Korrosion zwischen dem Aluminium und dem Kupfer zu verhindern.
Eine elektrische Verbindung zwischen den Terminals 120, 130 und den jeweiligen elektrischen Kontaktstücken kann auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. In der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Kontaktbereich 131 des zweiten Terminals 130 an das positive elektrische Kontaktstück 111 geschweißt, wohingegen ein Kontaktbereich 121 des ersten Terminals 120 derart ausgebildet ist, dass er das bolzenförmige elektrische Kontaktstück aufnehmen kann.
Bei einer derartigen Ausführung wird das erste Terminal 120 bzw. der Kontaktbereich 121 des ersten Terminals 120 mit einem speziellen Werkzeug auf das negative elektrische Kontaktstück geklemmt. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andere Befestigungs- und Verbindungsmöglichkeiten der Terminals 120, 130 möglich und denkbar.
Wie ebenfalls in 2 zu erkennen, weisen das erste Terminal 120 und das zweite Terminal 130 neben den Kontaktbereichen 121, 131 auch Kontaktierungsbereiche 122, 132 auf. Die Kontaktierungsbereiche 122, 132 dienen zum elektrischen Verbinden des Terminals 120, 130 mit einem Verbraucher. In diesem Sinne muss die Verbindung zu dem Verbraucher nicht direkt erfolgen. Das heißt, dass zunächst beispielsweise auch eine Verbindung mit einem weiteren Energiespeichersystem 100' denkbar ist.
Wie in 2 außerdem ersichtlich, sind die Terminals 120, 130 als im Wesentlichen L-förmige Flächenelemente ausgebildet. Dabei ist der Kontaktbereich 121, 131 vorzugsweise an einer längeren Seite des L-förmigen Flächenelements angeordnet und der Kontaktierungsbereich 122, 132 an einer kürzeren Seite des L-förmigen Flächenelements angeordnet und ausgebildet.
2 zeigt das Energiespeichersystem 100 in einer ersten zusammenbaugerechten Anordnung, in welcher die Kontaktierungsbereiche 122, 132 in einer ersten Position angeordnet bzw. ausgerichtet sind. Dabei sind die Kontaktierungsbereiche 122, 132 in der ersten Position im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktbereichen 121, 131 ausgebildet.
Des Weiteren weisen die Terminals 120, 130 einen Entlastungsbereich 123, 133 auf. Die jeweiligen Entlastungsbereiche 123, 133 sind in einem Bereich des Terminals 120, 130 ausgebildet, welcher zwischen den Kontaktbereichen 121, 131 und den Kontaktierungsbereichen 122, 132 liegt.
3 zeigt ein Energiespeichermodul 1000, welches aus einer Vielzahl der Energiespeichersysteme 100, wie sie bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurden, aufgebaut ist. Wie in 3 zu erkennen, können die Energiespeichersysteme 100 ein eigenes Gehäuse 113 aufweisen. In diesem Zusammenhang wäre jedoch auch denkbar, dass die Energiespeichersysteme 100 keine eigenen Gehäuse 113 aufweisen, sondern ein Modulgehäuse vorgesehen wird, in welchem die einzelnen Energiespeichersysteme 100 aufgenommen sind. Ferner ist es selbstverständlich auch möglich, dass die Energiespeichersysteme 100 zur einfachen Positionierung in dem Energiespeichermodul 1000 in einen Zellenträger angeordnet werden.
An dieser Stelle wird eine Funktionsweise der Verbindung beispielhaft anhand zweier Energiespeichersysteme 100 und 100' erklärt. Selbstverständlich gilt dies auch für die anderen dargestellten Energiespeichersysteme 100, welche übersichtshalber nicht mit eigenen Bezugszeichen versehen wurden.
Vorzugsweise sind in einem Energiespeichermodul 1000 die Energiespeichersysteme 100 derart in einer Reihe angeordnet, dass erste und zweite Terminals 120, 130 eines ersten Energiespeichersystems 100 an erste und zweite Terminals 120', 130' eines zweiten Energiespeichersystems 100' angrenzend angeordnet sind.
Insbesondere ist in 3 zu erkennen, dass jeweils ein erstes Terminal 120 eines ersten Energiespeichersystems 100 angrenzend an ein zweites Terminal 130' eines zweiten Energiespeichersystems 100' angeordnet ist. Dementsprechend ist auch ein zweites Terminal 130 des ersten Energiespeichersystems 100 angrenzend an ein erstes Terminal 120' eines zweiten Energiespeichersystems 100' angeordnet. Durch ein Fortführen dieser Anordnung in einer Längsreihe wird ein Energiespeichermodul 1000 mit in Reihe schaltbaren Energiespeichersystemen 100 bereitgestellt.
Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass die Energiespeichersysteme 100 parallel geschaltet werden. Dazu wären die einzelnen Energiespeichersysteme 100 nicht abwechselnd in Reihe angeordnet. Im Einzelnen wird bei einer Parallelverbindung das erste Terminal 120 des ersten Energiespeichersystems 100 derart angrenzend an das erste Terminal 120' des zweiten Energiespeichersystems 100' angeordnet, dass sie auf einer gemeinsamen Seite angeordnet sind. Dementsprechend wäre auch das zweite Terminal 130 des ersten Energiespeichersystems 100 angrenzend an das zweite Terminal 130' des zweiten Energiespeichersystems 100' angeordnet.
Die 4a zeigt eine Verbindung, wie sie insbesondere bei einer Reihenschaltung des ersten Energiespeichersystems 100 mit dem zweiten Energiespeichersystem 100' angewendet werden kann. Dementsprechend ist das erste Terminal 120 des ersten Energiespeichersystems 100 neben dem zweiten Terminal 130' des zweiten Energiespeichersystems 100' angeordnet. Die lange Seite der L-förmigen Terminals 120, 130' hat ihre Haupterstreckungsrichtung in Y-Richtung, die kurze Seite der Terminals 120, 130' hat ihre Haupterstreckungsrichtung in Z-Richtung. Dementsprechend liegen auch die Haupterstreckungsrichtungen der Kontaktbereiche 121, 131' in Y-Richtung und die Haupterstreckungsrichtungen der Kontaktierungsbereiche 122, 132' in Z-Richtung.
Somit liegt eine Haupterstreckungsebene der Kontaktbereiche 121, 131' im Wesentlichen parallel zu oder in der X-Y-Ebene und eine Haupterstreckungsebene der Kontaktierungsbereiche 122, 132' im Wesentlichen parallel zu oder in der X-Z-Ebene.
Zudem ist deutlich erkennbar, dass die Terminals 120, 130' in 4a in ihrer ersten Anordnung bzw. Position angeordnet sind. Das heißt, dass die Kontaktierungsbereiche 122, 132' im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktbereichen 121, 131' ausgerichtet sind. Dadurch entsteht auch die signifikante L-Form der Terminals 120, 130'. Die Terminals 120, 130' weisen zudem Entlastungsbereiche 123, 133' auf. Diese sind dabei auch jeweils an der längeren Seite der L-förmigen Terminals 120, 130' ausgebildet. Das heißt, dass die Entlastungsbereiche 123, 133' hauptsächlich für einen Ausgleich bzw. eine Aufnahme von Kräften in Y-Richtung ausgebildet sind. Das heißt auch, dass die Entlastungsbereiche 123, 133' bei einem Einwirken von Kräften derart verformbar sind, dass die Terminals 120, 130' zumindest in Y-Richtung längenveränderbar sind.
Selbstverständlich können auch kleinere Längenänderungen in andere Richtungen und insbesondere in Z-Richtung ausgeglichen werden. Wesentlich ist jedoch, dass primär Kräfte bzw. Längen in Y-Richtung aufgenommen bzw. ausgeglichen werden.
Ein Zellenverbinder 1400 verbindet die Kontaktierungsbereiche 122, 132' der Terminals 120, 130'. Dabei ist eine Kontaktfläche zwischen den Kontaktierungsbereichen 122, 132' und den Zellenverbinder 1400 möglichst groß gewählt. Das heißt im Einzelnen, dass der Kontaktierungsbereich 122, 132' mindestens ein Zehntel, vorzugsweise ein Achtel und besonders bevorzugt ein Sechstel einer gesamten Oberfläche des Terminals 120, 130' einnimmt.
Vorzugsweise ist der Zellenverbinder 1400 ebenfalls aus Aluminium gefertigt und besonders bevorzugt über eine Schweißverbindung mit den Terminals 120, 130' verbunden. Der Zellenverbinder 1400 weist ebenfalls einen Entlastungsbereich 1423 auf, welcher zwischen den Bereichen, mit welchen die Kontaktierungsbereiche 122 und 132' verbunden sind, angeordnet ist.
Wie in 4a dargestellt, kann der Entlastungsbereich 1423 hauptsächlich Kräfte in X-Richtung aufnehmen. Dementsprechend ist der Entlastungsbereich 1423 derart ausgebildet, dass der Zellenverbinder 1400 in X-Richtung längenveränderbar ist.
4b zeigt nun die Verbindung aus 4a in ihrer zweiten Position. Dabei sind die Kontaktierungsbereiche 122, 132' in ihrer zweiten Position zumindest im Wesentlichen parallel zu den Kontaktbereichen 121, 131'. Es ist erkennbar, dass die zweite Position der Kontaktierungsbereiche 122, 132' durch eine Bewegung, wie beispielsweise Biegen, Umklappen bzw. Schwenken, der Terminals 120, 130' aus 4a hervorgeht. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Bewegung, welche um eine Biegeachse B, welche zumindest im Wesentlichen in X-Richtung verläuft und welche zwischen den Kontaktbereichen 121, 131' und den Kontaktierungsbereichen 122, 132' und insbesondere zwischen den Entlastungsbereichen 123, 133' und den Kontaktierungsbereichen 122, 132' angeordnet ist. Ebenfalls ist aus den 4a und 4b ersichtlich, dass die Biegeachse B nahe oder in einem Bereich liegt, in welchem sich die lange und die kurze Seite der im Wesentlichen L-förmigen Terminals 120, 130' trifft.
Bei einem direkten Vergleich der 4a und 4b wird besonders gut der vorteilhafte Aufbau des Energiespeichermoduls 1000 gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich. In der ersten Position (4a) sind die Kontaktierungsbereiche 122, 132' äußerst gut zu erreichen. Somit sind sie bei der Fertigung bzw. Konstruktion besonders gut zugänglich und fördern einen schnellen Zusammenbau. Des Weiteren ist auch die Seite des Kontaktierungsbereiches 122, 132', an welcher der Zellenverbinder 1400 angebracht wird, frei wählbar. So könnte der Zellenverbinder 1400 auch an der gegenüberliegenden Seite des Kontaktierungsbereiches 122, 132' angebracht werden.
In der zweiten Position (4b) sind die Kontaktierungsbereiche 122, 132' in ihrer platzsparenden, montierten bzw. zusammengebauten und einbaubereiten Position dargestellt. Hier ist insbesondere erkennbar, dass eine besonders flache Bauweise der Terminals 120, 130' erreicht werden kann.
Ein weiterer Vorteil wird im Folgenden anhand von 4b erläutert. So kann eine Verbindungsanordnung, welche sich aus einem ersten Terminal 120, einem zweiten Terminal 130' und einem Zellenverbinder 1400 zusammensetzt, Kräfte in X-, Y- und Z-Richtung aufnehmen. Das heißt, dass die Verbindungsanordnung insgesamt auch in jede der genannten Richtungen längenveränderbar ist. Durch die Längenveränderbarkeit können Maßtoleranzen von Bauteilen des Energiespeichermoduls 1000, insbesondere der Energiespeichersysteme 100 oder derer Verbindungsmitteln (Terminals 120, 130 und Zellenverbinder 1400) kompensiert werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass auch während des Betriebs des Energiespeichermoduls 1000 auftretende Veränderungen von Längen, wie beispielsweise der Länge der in einer Reihe angeordneten Energiespeichersysteme 100, kompensierbar sind, indem die Entlastungsbereiche 123, 133', 1423 sich selbstständig an solche Veränderungen anpassen können.
Grundsätzlich nimmt der Entlastungsbereich 1423 des Zellenverbinders 1400 hauptsächlich die Kräfte in X-Richtung auf. Kräfte in Y-Richtung werden hauptsächlich über die Entlastungsbereiche 123, 133' der Terminals 120, 130' aufgenommen. Kräfte in Z-Richtung werden schließlich durch die drei Entlastungsbereiche 123, 133', 1423 aufgenommen und zusätzlich auch über einen Bereich, in welchem die Terminals 120, 130' gebogen werden. In diesem Zusammenhang liegt selbstverständlich auch die Biegeachse B in diesem Bereich.
5 zeigt das Energiespeichermodul 1000 aus 3, wobei jedoch zu erkennen ist, dass die Kontaktierungsbereiche 122, 132 der Energiespeichersysteme 100 in ihrer zweiten Position angeordnet sind. Damit zeigt 5 das Energiespeichermodul 1000 in einer montierten bzw. zusammengebauten und einbaubereiten Ausführung, in welcher die Terminals 120, 130 bereits umgeklappt wurden. Einbaubereit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Energiespeichermodul 1000 soweit vormontiert wurde, dass es nun in das Fahrzeug 200 einbaubar ist.
Zudem verfügt das Energiespeichermodul 1000 über eine Stromsammelschiene 1500, welche wiederum eine Folie mit integrierten Messleitungen 1510 und einen Verbinder für eine Zellüberwachungssteuereinheit 1520 aufweist. Dadurch lässt sich die Funktionsfähigkeit einzelner, mehrerer und/oder aller Energiespeichersysteme 100 in dem Energiespeichermodul 1000 vorteilhafterweise überwachen.
Wie in 5 ebenfalls zu erkennen, sind die Zellenverbinder 1400 der Terminals 120, 130 des letzten und/oder ersten Energiespeichersystems 100 in der Reihe als Modulverbinder 1410 ausgebildet. Dementsprechend ist es möglich, ein Energiespeichermodul 1000 mit einem weiteren Energiespeichermodul 1000' zu einer Energiespeichermodulanordnung zu verbinden.
Bezugszeichenliste

100: Energiespeichersystem
110: elektrochemische Zelle
111: positives elektrisches Kontaktstück
112: Dichtelement
113: Gehäuse
120: erstes Terminal
121: Kontaktbereich des ersten Terminals
122: Kontaktierungsbereich des ersten Terminals
123: Entlastungsbereich des ersten Terminals
130: Zweites Terminal
131: Kontaktbereich des zweiten Terminals
132: Kontaktierungsbereich des zweiten Terminals
133: Entlastungsbereich des zweiten Terminals
200: Fahrzeug
1000: Energiespeichermodul
1400: Zellenverbinder
1410: Zellenverbinder als Modulverbinder bzw. Modulverbindungselement
1423: Entlastungsbereich des Zellenverbinders
1500: Stromsammelschiene
1510: Folie mit integrierten Messleitungen
1520: Verbinder für Zellenüberwachungssteuereinheit

Claims

Energiespeichersystem (100) mit einer elektrochemischen Zelle (110) zum Speichern von elektrischer Energie und mindestens einem ersten und einem zweiten Terminal (120, 130), welche elektrisch mit jeweils einer Elektrode der elektrochemischen Zelle (110) verbunden oder verbindbar sind, wobei das erste und/oder das zweite Terminal (120, 130) Folgendes aufweisen: - einen Kontaktbereich (121, 131) zum elektrischen Verbinden des Terminals (120, 130) mit einer der zugeordneten Elektroden; und - einen Kontaktierungsbereich (122, 132) zum elektrischen Verbinden des Terminals (120, 130) mit einem Verbraucher, wobei der Kontaktierungsbereich (122, 132) von einer ersten Position, in welcher der Kontaktierungsbereich (122, 132) zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dem Kontaktbereich (121, 131) ausgerichtet ist, mittels eines Biegebereichs in eine zweite Position und umgekehrt überführbar ist, wobei der Kontaktierungsbereich (122, 132) in der zweiten Position zumindest im Wesentlichen parallel zu dem Kontaktbereich (121, 131) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Terminal (120, 130) einen Entlastungsbereich (123, 133) aufweisen, welcher ausgebildet ist, um eingeleitete Kräfte, welche über das Terminal (120, 130) eingeleitet werden, derart zu reduzieren, dass eine resultierende Kraft, welche auf den Kontaktbereich (121, 131) wirkt, kleiner ist als die eingeleiteten Kräfte, und dass der Biegebereich zwischen dem Entlastungsbereich (123, 133) und dem Kontaktierungsbereich (122, 132) angeordnet ist.
Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Entlastungsbereich (123, 133) derart ausgebildet ist, dass dieser zumindest einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnimmt.
Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 2, wobei der Entlastungsbereich (123, 133) mindestens eine Biegung aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass der Entlastungsbereich (123, 133) bei einem Einwirken von Kräften verformbar ist und die Terminals (120, 130) längenveränderbar sind.
Energiespeichersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste und/oder zweite Terminal (120, 130) mit dem jeweiligen Kontaktbereich (121, 131) an ein elektrisches Kontaktstück geschweißt ist, wobei das elektrische Kontaktstück eine elektrische Verbindung zwischen dem Terminal (120, 130) und einer der zugeordneten Elektroden bereitstellt.
Energiespeichermodul (1000), wobei das Energiespeichermodul (1000) eine Vielzahl der Energiespeichersysteme (100, 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist und wobei die Energiespeichersysteme (100, 100') des Energiespeichermoduls (1000) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.
Energiespeichermodul (1000) nach Anspruch 5, wobei die Terminals (120, 130, 120', 130') der Vielzahl der Energiespeichersysteme (100, 100') derart miteinander verbunden oder verbindbar sind, dass die einzelnen elektrochemischen Zellen (110) in Reihe geschaltet sind, und wobei mindestens zwei der Terminals (120, 130'; 130, 120') an den jeweiligen Kontaktierungsbereichen (122, 132', 132) über einen Zellenverbinder (1400) verbunden sind.
Energiespeichermodul (1000) nach Anspruch 6, wobei der Zellenverbinder (1400) einen Entlastungsbereich (1423) aufweist, welcher ausgebildet ist, um eingeleitete Kräfte, welche über den Zellenverbinder (1400) eingeleitet werden, derart zu reduzieren, dass resultierende Kräfte, welche auf die Kontaktierungsbereiche (122, 132, 132') und/oder auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Zellenverbinder (1400) und den Kontaktierungsbereichen (122, 132, 132') wirken, kleiner sind als die eingeleiteten Kräfte.
Energiespeichermodul (1000) nach Anspruch 7, wobei der Entlastungsbereich (1423) des Zellenverbinders (1400) derart ausgebildet ist, dass dieser zumindest einen Teil der eingeleiteten Kräfte aufnimmt.
Energiespeichermodul (1000) nach Anspruch 8, wobei der Entlastungsbereich (1423) des Zellenverbinders (1400) mindestens eine Biegung aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass der Entlastungsbereich (1423) bei einem Einwirken von Kräften verformbar ist und der Zellenverbinder (1400) längenveränderbar ist.
Energiespeichermodul (1000) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Zellenverbinder (1400) an die Terminals (120, 130, 120', 130'), welche er verbindet, geschweißt ist.
Energiespeichermodul (1000) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei eine Stromsammelschiene (1500) mit jedem der Zellenverbinder (1400) oder einer Gruppe aus Zellenverbindern (1400) verbunden oder verbindbar ist.
Energiespeichermodul (1000) nach Anspruch 11, wobei die Stromsammelschiene (1500) eine Folie (1510) mit integrierten Messleitungen und einen Verbinder (1520) für eine Zellüberwachungssteuereinheit aufweist.
Energiespeichermodul (1000) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei einer der Zellenverbinder (1423), welcher mit dem ersten Energiespeichersystem (100) der Reihe verbunden ist, und einer der Zellenverbinder (1423), welcher mit dem letzten Energiespeichersystem (100) der Reihe verbunden ist, als Modulverbindungselement (1410) ausgebildet sind.
Energiespeichermodulanordnung auf elektrochemischer Basis, welche mindestens eines, vorzugsweise eine Vielzahl der Energiespeichermodule (1000) nach einem der Ansprüche 5 bis 13 aufweist.
Verfahren zum Zusammenbau eines elektrochemischen Energiespeichermoduls (1000) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Einsetzen der Energiespeichersysteme (100, 100') in ein Modulgehäuse; - Einsetzen der Stromsammelschiene (1500) mit Zellenverbindern (1400); - Verbinden der Terminals (120, 130, 120', 130') mit den Zellenverbindern (1400); und - Umklappen der Terminals (120, 130, 120', 130').