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Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsanordnung zum Verbinden eines Batterieterminals einer Batteriezelle mit einem Ladegerät, insbesondere zur Überwachung eines Ladezustandes und einer Temperaturzustandes der Batteriezelle während einer Formation der Batteriezelle, einem Spannungsmessfühler zum Messen eines ein Spannungspotential des Batterieterminals repräsentierenden ersten Messwertes während des Ladens und Entladens und einem Temperatursensor zum Messen eines eine Temperatur des Batterieterminals repräsentierenden zweiten Messwertes.
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Bei Lithium-Ionen-Batteriezellen findet sowohl bei dem initialen Lade- und Entladevorgang, der sogenannten Formation, als auch häufig während des späteren Betriebs der Batteriezelle eine Temperatur- und eine Spannungsüberwachung statt. Dies erfolgt über Temperatursensoren beziehungsweise über Spannungssensoren. Hierbei misst der Spannungssensor einen ersten Messwert, der ein Potential oder eine Spannung repräsentiert, und der Temperatursensor einen zweiten Messwert, der einen Temperatur repräsentiert. Hierzu sei beispielsweise auf die
DE 10 2010 055 612 A1 verwiesen. Diese Sensoren können sowohl in baulich eigenständigen Kontaktierungsanordnungen zusammengefasst sein oder zusammen mit stromführenden Ladekontakten in einem Kontaktierungsblock zusammengefasst sein. Entweder über die Kontaktierungsanordnung und baulich getrennte Ladekontakte oder über die Kontaktierungsblöcke sind die beiden Batterieterminals der Batteriezelle mit einem Ladegerät, welches eine Auswerteeinheit für die Sensoren umfassen kann, verbunden. In jeder Kontaktierungsanordnung ist ein Spannungsmessfühler des Spannungssensors angeordnet, so dass sich der Spannungssensor durch den jeweiligen Spannungsmessfühler in den beiden Kontaktierungsanordnungen und einen geeignet ausgebildeten Spannungsmesser bzw. eine Auswerteeinheit ergibt. Bei dieser Anordnung sollte sichergestellt sein, dass der Spannungsmessfühler gegenüber dem stromführenden Ladekontakt, der entweder baulich getrennt angeordnet ist oder im Kontaktierungsblock integriert ist, elektrisch isoliert ist, um eine genaue Spannungsmessung zu gewährleisten. Weiterhin sollte sichergestellt sein, dass der Temperatursensor thermisch gegen den unmittelbaren Kontaktbereich mit den Ladekontakten isoliert ist, um die Temperatur des Batterieterminals an sich möglichst genau bestimmen zu können. Diese Anforderungen führen dazu, dass der Temperatursensor und der Spannungssensor einen signifikanten Teil der zur Verfügung stehenden Kontaktfläche zwischen dem Kontaktierungsblock und dem Batterieterminal einnehmen und nur eine begrenzte Kontaktfläche des Batterieterminals für die stromführenden Ladekontakte genutzt werden kann. Eine Erhöhung der den stromführenden Ladekontakten zur Verfügung stehenden Kontaktfläche wäre insofern wünschenswert, als dass dies den Übergangswiderstand verringern würde und eine Reduzierung des Wärmeeintrags in die Batteriezelle zu Folge hätte.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kontaktierungsanordnung bereitzustellen, die sensorseitig vereinfacht ist und dabei die Kontaktfläche für die stromführenden Ladekontakte erhöht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kontaktierungsanordnung zum Verbinden eines Batterieterminals einer Batteriezelle mit einem Ladegerät, insbesondere zur Überwachung eines Ladezustandes und eines Temperaturzustandes der Batteriezelle während einer Formation der Batteriezelle, umfassend
einen Spannungsmessfühler zum Messen eines ein Spannungspotential des Batterieterminals repräsentierenden ersten Messwertes während des Ladens und Entladens und einen Temperatursensor zum Messen eines eine Temperatur des Batterieterminals repräsentierenden zweiten Messwertes,
wobei der Spannungsmessfühler und der Temperatursensor das Batterieterminal über einen gemeinsamen Kontaktpunkt kontaktieren.
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Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es sich bei dem Kontaktpunkt um eine Kontaktfläche handelt, so dass im Kontext dieser Begrifflichkeiten die kleinstmögliche räumliche Ausdehnung eines Kontaktes zwischen Spannungsmessfühler und Temperatursensor einerseits und Batterieterminal andererseits ein Punktkontakt ist. Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, dass der Temperatursensor und der Spannungsmessfühler in einer Einheit zusammengefasst sind. Für die Erfindung wird die prinzipbedingte unmittelbare Kontaktfläche zwischen Temperatursensor und dem Batterieterminal für einen Potentialabgriff durch den Spannungsmessfühler genutzt. Indem nun in ein und demselben Kontaktpunkt über den Temperatursensor die Temperatur des Batterieterminals und über den Spannungsmessfühler das Potential des Batterieterminals gemessen wird, kann auf einen räumlich getrennt zu dem Temperatursensor angeordneten Spannungsmessfühler verzichtet werden. Die Spannungsmessung der Batteriezelle erfolgt somit mittelbar über den Temperatursensor. Insofern steht, verglichen mit herkömmlichen Lösungen, mehr Kontaktfläche für die stromführenden Ladekontakte zur Verfügung, so dass hier der Übergangswiderstand, bei gleichbleibendem Ladestrom, reduziert ist und weniger Wärme erzeugt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Spannungsmessfühler und der Temperatursensor in einem Kontaktierungsstempel des Kontaktierungsblocks aufgenommen sind. Über den Kontaktierungsstempel ist sichergestellt, dass der Spannungsmessfühler und der Temperatursensor baulich zusammengefasst sind. Weiterhin bietet sich über den Kontaktierungsstempel die Möglichkeit dem Spannungsmessfühler und dem Temperatursensor eine Relativbewegung bezüglich eines Gehäuses der Kontaktierungsanordnung aufzuprägen. Insofern sieht eine konkrete Ausgestaltung vor, dass der Kontaktierungsstempel in einem Gehäuse der Kontaktierungsanordnung federbeaufschlagt beweglich ist. Somit kann die gesamte Kontaktierungsanordnung über eine geeignete Aktuatorik auf das jeweilige Batterieterminal zugestellt werden, so dass sich über die Federbeaufschlagung ein definierter Anpressdruck des Kontaktierungsstempels auf das Batterieterminal einstellt. Dies ist insbesondere zum Ausgleich von Toleranzen und eine gleichbleibende Kontaktqualität vorteilhaft.
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Eine vorteilhafte erste Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktierungsstempel aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, dass der Kontaktierungsstempel als Spannungsmessfühler fungiert und an dessen oberem Ende eine Spannungsmesskabel angeschlossen ist. Weiterhin ergibt sich durch die elektrische Leitfähigkeit des Materials des Kontaktierungsstempels auch eine gute thermische Leitfähigkeit des Kontaktierungsstempels, so dass weitgehende konstruktive Freiheiten darin bestehen, an welcher Stelle innerhalb des Kontaktierungsstempels der Temperatursensor anzuordnen ist.
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Eine vorteilhafte zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktierungsstempel aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Temperatursensor gegenüber thermischen Umgebungseinflüssen geschützt ist, so dass gemessene Temperaturänderung in stärkerem Maße mit Temperaturänderungen des Batterieterminals korreliert werden können, ohne Störeinflüsse berücksichtigen zu müssen. Ausgehend hiervon kann in einer konkreten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Spannungsmessfühler integriert mit einer Sensorleitung des Temperatursensors ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Vereinfachung der Verkabelung. Auch muss nicht mehr dafür gesorgt werden, dass ein zusätzliches Spannungsmesskabel in dem Kontaktierungsstempel verlegt werden muss. Auch kann in einer konkreten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Spannungsmessfühler und der Temperatursensor über eine Kontaktplatte das Batterieterminal kontaktieren. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, das Spannungsmesskabel unmittelbar an die Kontaktplatte zu führen und hierüber das Spannungspotential abzugreifen. Auch ist es möglich über die Kontaktplatte einen verbesserten Wärmeübergang von dem Batterieterminal auf den Temperaturfühler zu realisieren. Insofern ist es bevorzugt, wenn die Kontaktplatte aus einem gut elektrisch und thermisch leitfähigem, z. B. kupferhaltigen, Material ausgebildet ist.
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Für die Ausgestaltungen, bei der der Spannungsmessfühler integriert mit einer Sensorleitung des Temperatursensors ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor als Thermoelement ausgebildet ist.
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Für die Ausgestaltungen, bei der das Spannungsmesskabel getrennt von dem Temperatursensor geführt ist, kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor als Widerstandsthermometer ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
- 1 eine Ladeanordnung mit einem Kontaktierungsblock nach dem Stand der Technik;
- 2a, 2b jeweils eine erste und eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spannungsmessfühlers und eines Temperatursensors in der Kontaktierungsanordnung und
- 3a, 3b jeweils eine dritte und eine vierte erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spannungsmessfühlers und eines Temperatursensors in der Kontaktierungsanordnung.
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Die 1 zeigt eine Ladeanordnung bestehend aus einer Batteriezelle 2, von der nur eins der beiden Batterieterminals 4 dargestellt ist, und einem Ladegerät 6, das über einen Kontaktierungsblock 1 das Batterieterminal 4 kontaktiert. Der Kontaktierungsblock 1 ist gemäß dem Stand der Technik aufgebaut und weist vorliegend drei Ladekontakte 12, einen Spannungsmessfühler 20 und einen Temperatursensor 30 auf, wobei der Spannungsmessfühler 20 und der Temperatursensor 30 räumlich voneinander getrennt über Isolierungen 8 in dem Kontaktierungsblock 10 einsitzen. Die Ladekontakte 12, der Spannungsmessfühler 20 und der Temperatursensor 30 sind über nicht näher zu bezeichnende elektrische Verbindungen mit dem Ladegerät 6 verbunden. Der Spannungsmessfühler 20 und der Temperatursensor 30 bilden in Sinne dieser Beschreibung eine Kontaktierungsanordnung und sind mit dem Bezugszeichen 10 belegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ladekontakte 12 baulich getrennt von der Kontaktierungsanordnung 10 gestaltet sind, insofern in diesem Fall die umfassende Einheit des Kontaktierungsblocks nicht mehr vorhanden wäre.
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Die 2a) und 2b) zeigen zunächst jeweils eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kontaktierungsanordnung 10 mit einem Spannungsmessfühler 20 und einem Temperatursensor 30. Zu erkennen ist, dass in der Kontaktierungsanordnung 10 ein Kontaktierungsstempel 40 in vertikaler Richtung beweglich gehalten ist. Bevorzugt ist, dass der Kontaktierungsstempel 40 über eine Druckfeder 44 in eine Ausgangsstellung beaufschlagt wird und entgegen der Federbeaufschlagung in die Kontaktierungsanordnung 10 hinein verschoben werden kann. Der Kontaktierungsstempel 40 und die Druckfeder 44 können in die Kontaktierungsanordnung 10 über eine Isolierung 8 gehalten sein. Indem die Kontaktierungsanordnung 10 über geeignete Mittel auf das Batterieterminal 4 zugestellt wird, gelangt der Kontaktierungsstempel 40 in Kontakt mit dem Batterieterminal 4, so wie vorliegend dargestellt.
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In dem dem Batterieterminal 4 zugewandten Endbereich des Kontaktierungsstempels 40 ist der Temperatursensor 30 angeordnet, der vorliegend als Widerstandthermometer ausgeführt sein kann. Die beiden Sensorleitungen 32 des Temperatursensors 30 sind durch einen Schaft 46 - hier mit gestrichelten Linien dargestellt - des Kontaktierungsstempels 40 nach oben geführt. Bei der in der 2a) gezeigten Ausgestaltung wird der Kontaktierungsstempel 40 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, so dass der Kontaktierungsstempel 40 als Spannungsmessfühler 20 an sich fungiert. In diesem Fall ist in dem oberen Endbereich des Kontaktierungsstempels 40 ein Spannungsmesskabel 22 angeschlossen, um die elektrische Verbindung zu dem Ladegerät 6 herstellen zu können. Bei der in der 2b) gezeigten Ausgestaltung wird der Kontaktierungsstempel 40 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. In diesem Fall ist in dem Kontaktierungsstempel 40 zwischen dem Temperatursensor 30 und einer unteren Stirnfläche 48 des Kontaktierungsstempels 40 eine Kontaktplatte 42 angeordnet, die nach vertikal unten hin das Batterieterminal 4 kontaktiert und die von vertikal oben von dem Temperatursensor 30 kontaktiert wird. Außerdem ist an die Kontaktplatte 42 das Spannungsmesskabel 22 angeschlossen, so dass die Kontaktplatte 42 als Spannungsmessfühler 20 fungiert. Beiden anhand der 2a) und 2b) beschriebenen Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass zumindest der zwischen dem Temperatursensor 30 und dem Batterieterminal 4 gelegene Bereich des Kontaktierungsstempels 40 sowohl der Potentialmessung als auch der Temperaturmessung dient.
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Die 3a) und 3b) zeigen jeweils eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kontaktierungsanordnung 10 mit einem Spannungsmessfühler 20 und einem Temperatursensor 30. Der grundsätzliche Aufbau der Kontaktierungsanordnung 10 wurde bereits anhand der 2a) und 2b) beschrieben. Auch vorliegend ist in dem dem Batterieterminal 4 zugewandten Endbereich des Kontaktierungsstempels 40 der Temperatursensor 30 angeordnet, der als Thermoelement ausgeführt sein kann. Bei der Ausgestaltung der 3a) ist der Temperatursensor 30 unmittelbar an die untere Stirnfläche 48 des Kontaktierungsstempels 40 angeordnet, sodass der Temperatursensor 30 unvermittelt das Batterieterminal 4 kontaktiert. Bevorzugt weist der Temperatursensor 30 ein Gehäuse auf, über welches diese Kontaktierung des Batterieterminals 4 erfolgen kann. Bei der Ausgestaltung der 3b) ist - gleich der in der 2b) dargestellten Ausgestaltung - in dem Kontaktierungsstempel 40 zwischen dem Temperatursensor 30 und einer unteren Stirnfläche 48 eine Kontaktplatte 42 angeordnet, die nach vertikal unten hin das Batterieterminal 4 kontaktiert und die von vertikal oben von dem Temperatursensor 30 kontaktiert wird. Beiden anhand der 3a) und 3b) beschriebenen Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass der Spannungsmessfühler 20 integriert mit einer der beiden Sensorleitungen 32 des Temperatursensors 30 ausgebildet ist. Insofern kann auf ein separat geführtes Spannungsmesskabel verzichtet werden und zwar durchgängig von der Kontaktierungsstelle mit dem Batterieterminal 4 bis zu dem Ladegerät 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktierungsblock
- 2
- Batteriezelle
- 4
- Batterieterminal
- 6
- Ladegerät
- 8
- Isolierung
- 10
- Kontaktierungsanordnung
- 12
- Ladekontakt
- 14
- Gehäuse
- 20
- Spannungsmessfühler
- 22
- Spannungsmesskabel
- 30
- Temperatursensor
- 32
- Sensorleitung
- 40
- Kontaktierungsstempel
- 42
- Kontaktplatte
- 44
- Druckfeder
- 46
- Schaft
- 48
- Stirnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010055612 A1 [0002]
