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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen.
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Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung zumindest einer Kohlenstoffnanofaser als Zellverbinder.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass ein Batteriemodul eine Mehrzahl an Batteriezellen aufweist, welche jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, wobei zu einer elektrisch seriellen und/oder parallelen Verbindung der Mehrzahl an Batteriezellen untereinander die jeweiligen Spannungsabgriffe miteinander verbunden sind.
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Solche aus dem Stand der Technik bekannten Zellverbinder sind üblicherweise aus Kupfer, Kupferlegierungen oder auch aus Aluminium ausgebildet.
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Weiterhin ist es bekannt, derartige Zellverbinder als Blechbauteile auszubilden und mittels einer Punktschweißung mit dem jeweiligen Spannungsabgriff der Batteriezelle zu verbinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass mittels zumindest einer Kohlenstoffnanofaser als Zellverbinder Batteriezellen zuverlässig elektrisch leitend miteinander verbunden werden können.
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Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt.
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Dabei weist das Batteriemodul eine erste Batteriezelle mit einem ersten Spannungsabgriff auf und weist weiterhin eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Spannungsabgriff auf.
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Dabei verbindet ein Zellverbinder den ersten Spannungsabgriff und den zweiten Spannungsabgriff elektrisch leitend miteinander, wobei der Zellverbinder elektrisch leitend mit dem ersten Spannungsabgriff der ersten Batteriezelle verbunden ist und elektrisch leitend mit dem zweiten Spannungsabgriff der zweiten Batteriezelle verbunden ist.
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Erfindungsgemäß umfasst der Zellverbinder dabei zumindest eine Kohlenstoffnanofaser.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Kohlenstoffnanofasern sollen zu Englisch auch als „Carbon Nano Based (CNB) Fibers“ bezeichnet sein, welche weiterhin zu Englisch auch als „Graphene Fibers“ bezeichnet sein können.
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Bevorzugt kann die zumindest eine Kohlenstoffnanofaser dabei insbesondere als eine auf Graphene basierende Faser ausgebildet sein, welche vergleichbar preiswert herzustellen ist.
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Beispielsweise kann die zumindest eine Kohlenstoffnanofaser dabei als eine Kohlenstoffnanoröhre ausgebildet sein, welche zu Englisch als „Carbon Nano Tubes (CNT)“ bezeichnet ist und welche insbesondere den Vorteil bietet, dass eine solche als Kohlenstoffnanoröhre ausgebildete Kohlenstoffnanofaser ein vergleichbar geringes Gewicht aufweist und auch eine vergleichbar geringe Dicke bzw. Volumenausdehnung aufweist, wodurch die Energiedichte des Batteriemoduls erhöht werden kann.
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Sowohl auf Graphene basierende Fasern als auch Kohlenstoffnanoröhren stellen besondere Zustandsformen von Kohlenstoff dar. Dabei bestehen solche Kohlenstoffnanoröhren bevorzugt ausschließlich aus Kohlenstoff, wobei ein einzelnes Kohlenstoffatom dabei jeweils eine sp2-Hybridisierung aufweist, also jeweils drei Bindungspartner aufweist, so dass regelmäßig ausgebildete wabenartige und aus Sechsecken aufgebaute Strukturen ausgebildet sind.
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Dabei ist es derzeitig möglich Strukturen mit Durchmessern von bis 0,4 Nanometern und einer Länge von mehreren Zentimetern, bspw. 20 Zentimetern für Rohrbündel, auszubilden.
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Insbesondere ist die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Leitfähigkeit von derartigen Kohlenstoffnanofasern vergleichbar größer als bei Kupfer.
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Weiterhin ist insbesondere auch die mechanische Zugfestigkeit von derartigen Kohlenstoffnanofasern vergleichbar größer als bei Stahl.
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Ferner ist insbesondere auch das spezifische Gewicht von derartigen Kohlenstoff nanofasern vergleichbar geringer als bei Kupfer.
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Insbesondere kann der Zellverbinder ausschließlich aus einer Kohlenstoffnanofaser bzw. auch aus mehreren Kohlenstoffnanofasern bestehen.
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Bevorzugt umfasst der Zellverbinder dabei eine Mehrzahl an Kohlenstoffnanofasern.
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Die Mehrzahl an Kohlenstoffnanonröhren kann bspw. verdrillt oder geflochten miteinander verbunden sein, so dass ein einzelner kompakter Zellverbinder ausgebildet ist.
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Beispielsweise kann der Zellverbinder somit auch Kohlenstofffasern, welche auch als Carbonfasern bezeichnet sein können umfassen.
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Dabei können die Kohlenstofffasern weiterhin auch zu einzelnen oder mehreren Bündeln zusammen angeordnet sein.
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Des Weiteren können die Kohlenstofffasern bzw. die Bündel auf einfache Weise beispielsweise zu textilen bzw. gewebeartigen Strukturen weiterverarbeitet werden. Somit können auf einfache Weise Zellverbinder ausgebildet werden.
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An dieser Stelle sei hierzu weiterhin bemerkt, dass Kohlenstoffnanofasern im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Zellverbindern, welche beispielsweise aus Messing ausgebildet sind, einen vergleichbar geringeren spezifischen Widerstand aufweisen, einen vergleichbar geringeren Platzbedarf aufweisen und des Weiteren auch eine vergleichbar geringere Dichte aufweisen, so dass auch Gewicht für das Batteriemodul eingespart werden kann.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Zellverbindern ist der elektrische Widerstand des jeweiligen Zellverbinders von der Geometrie des Zellverbinders und dem spezifischen Widerstand des Materials abhängig.
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Dabei haben zumindest eine Kohlenstoffnanofaser umfassende Zellverbinder den Vorteil, dass deren spezifischer elektrischer Widerstand im Vergleich dazu reduziert ist.
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Weiterhin weisen zumindest eine Kohlenstoffnanofaser umfassende Zellverbinder Leitfähigkeiten im Bereich der Leitfähigkeit von beispielsweise Aluminium auf, weisen jedoch gegenüber Aluminium aber eine höhere mechanische Festigkeit und Zugfestigkeit auf.
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Weiterhin weisen zumindest eine Kohlenstoffnanofaser umfassende Zellverbinder den Vorteil auf, dass flexible Ausbildungen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den jeweiligen Spannungsabgriffen ausgebildet werden kann. Dadurch können solche Zellverbinder Längenänderungen zuverlässig aufnehmen und eine mechanische Verbindung sowohl der Batteriezelle bzw. des Spannungsabgriffs der Batteriezelle und der Zellverbinder verhindern werden.
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Somit kann der Nachteil des Standes der Technik, bei welchem oftmals eine starre Verbindung ausgebildet wird, welche keine Mikrobewegungen oder Makrobewegungen kompensieren kann, überwunden werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn der erste Spannungsabgriff der ersten Batteriezelle und/oder der zweite Spannungsabgriff der zweiten Batteriezelle jeweils ein Aufnahmeelement umfassen, welches reibschlüssig oder formschlüssig mit dem Zellverbinder verbunden ist.
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Dadurch ist es möglich, einen geringeren Übergangswiderstand zwischen dem zumindest eine Kohlenstoffnanofaser umfassenden Zellverbinder und dem jeweiligen Spannungsabgriff auszubilden, da beispielsweise auf einen Schweißvorgang verzichtet werden kann, bei welchem üblicherweise nur ein Punktkontakt ausgebildet wird, wodurch ein hoher Übergangswiderstand ausgebildet wird.
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Durch eine reibschlüssige oder formschlüssige Ausbildung zwischen Spannungsabgriff und Zellverbinder kann dabei die Kontaktfläche vergrößert werden, wodurch der Übergangswiderstand verringert werden kann.
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Insbesondere kann somit die elektrisch leitende Verbindung bspw. mittels einer kalten Kontaktierung ausgebildet werden, wodurch kein Wärmeeintrag in die Batteriezelle erfolgt.
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Somit kann der Nachteil des Standes der Technik, bei welchem üblicherweise nur ein elektrischer Punktkontakt mit einem vergleichbar hohen elektrischen Widerstand mittels Punktschweißung ausgebildet wird, überwunden werden.
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Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Verbindung zwischen dem Zellverbinder und dem ersten Spannungsabgriff der ersten Batteriezelle und/oder den zweiten Spannungsabgriff der zweiten Batteriezelle gewickelt oder verknotet ausgebildet ist.
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Damit ist es zum einen möglich, wie bereits eben beschrieben, den Übergangswiderstand zu reduzieren, da eine größere Kontaktfläche ausgebildet werden kann.
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Zum anderen ist es dabei möglich, auf einen Schweißvorgang zu verzichten, wodurch keine Wärme in die Batteriezelle eingetragen wird.
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Somit kann der Nachteil des Standes der Technik, bei welchem während der Kontaktierung durch den Schweißprozess eine gegebenenfalls kritische Wärme in die Batteriezelle eingetragen wird, überwunden werden.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Aufnahmeelement einen ersten Abschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche auf und weist einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Querschnittsfläche auf.
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Dabei sind der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt miteinander verbunden, wobei die erste Querschnittsfläche einen kleineren Flächeninhalt aufweist als die zweite Querschnittsfläche.
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Dadurch ist es möglich, dass eine zuverlässige reibschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Zellverbinder und dem jeweiligen Spannungsabgriff ausgebildet werden kann, wobei insbesondere gewickelte oder verknotete Verbindungen ausgebildet werden können und der Zellverbinder im Bereich des ersten Abschnitts angeordnet ist.
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Bevorzugt sind die erste Querschnittsfläche und/oder die zweite Querschnittsfläche jeweils als runde oder mehreckige Querschnittsfläche ausgebildet. Dadurch können auf besonders bevorzugte Weise zuverlässig verknotete oder gewickelte Verbindungen ausgebildet werden.
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Vorteilhafterweise ist der zweite Abschnitt auf der der Batteriezelle abgewandten Seite an dem Aufnahmeelement angeordnet.
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Dadurch ist es möglich, den zumindest eine Kohlenstoffnanofaser umfassenden Zellverbinder beispielsweise gegen ein Abrutschen zu sichern.
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Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung zumindest einer Kohlenstoffnanofaser als Zellverbinder. Dabei bildet die zumindest eine Kohlenstoffnanofaser eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem ersten Spannungsabgriff einer ersten Batteriezelle und einen zweiten Spannungsabgriff einer zweiten Batteriezelle aus.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und
- 2 eine Ausführungsform einer elektrischen leitenden Verbindung einer Mehrzahl an Batteriezellen eines Batteriemoduls miteinander.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
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Das Batteriemodul 1 umfasst dabei eine Mehrzahl an Batteriezellen 2, wobei in der 1 exemplarisch zwei Batteriezellen 2 gezeigt sind.
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Insbesondere weist das Batteriemodul 1 eine erste Batteriezelle 21 auf und weist eine zweite Batteriezelle 22 auf.
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Die erste Batteriezelle 21 weist dabei einen ersten Spannungsabgriff 31 auf und die zweite Batteriezelle 22 weist dabei einen zweiten Spannungsabgriff 32 auf.
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Weiterhin weist das Batteriemodul 1 einen Zellverbinder 4 auf, welcher elektrisch leitend mit dem ersten Spannungsabgriff 31 der ersten Batteriezelle 21 verbunden ist und elektrisch leitend mit dem zweiten Spannungsabgriff 32 der zweiten Batteriezelle 22 verbunden ist.
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Der Zellverbinder 4 verbindet dabei den ersten Spannungsabgriff 31 und den zweiten Spannungsabgriff 32 elektrisch leitend miteinander, so dass auch die jeweiligen Batteriezellen 2 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Dabei umfasst der Zellverbinder 4 erfindungsgemäß zumindest eine Kohlenstoffnanofaser 5.
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Wie aus der 1 zu erkennen ist, umfasst der erste Spannungsabgriff 31 der ersten Batteriezelle 21 und der zweite Spannungsabgriff 32 der zweiten Batteriezelle 22 jeweils ein Aufnahmeelement 6, wobei insbesondere der erste Spannungsabgriff 31 ein erstes Aufnahmeelement 61 umfasst und der zweite Spannungsabgriff 32 ein zweites Aufnahmeelement 62 umfasst.
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Dabei ist der Zellverbinder 4, welcher zumindest eine Kohlenstoffnanofaser 5 umfasst und bevorzugt eine Mehrzahl an Kohlenstoffnanofasern 5 umfasst reibschlüssig oder formschlüssig mit dem jeweiligen Aufnahmeelement 6 bzw. dem ersten Aufnahmeelement 61 und dem zweiten Aufnahmeelement 62 verbunden.
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Dabei kann die Verbindung zwischen dem Zellverbinder 4 und dem ersten Spannungsabgriff 31 der ersten Batteriezelle 21 sowie zwischen dem Zellverbinder 4 und dem zweiten Spannungsabgriff 22 der zweiten Batteriezelle 22 beispielsweise gewickelt oder verknotet ausgebildet sein.
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Weiterhin zeigt die 1 auch, dass das jeweilige Aufnahmeelement 6 einen ersten Abschnitt 71 mit einer ersten Querschnittsfläche 710 aufweist und einen zweiten Abschnitt 72 mit einer zweiten Querschnittsfläche 720 aufweist. Dabei sind der erste Abschnitt 71 und der zweite Abschnitt 72 miteinander verbunden ausgebildet.
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Die erste Querschnittsfläche 710 weist dabei wie aus der 1 zu erkennen ist einen kleineren Flächeninhalt auf als die zweite Querschnittsfläche 720.
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Insbesondere sind bei der Ausführungsform der 1 die erste Querschnittsfläche 710 und die zweite Querschnittsfläche 720 jeweils als runde oder mehreckige Querschnittsflächen ausgebildet.
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Weiterhin zeigt die 1 auch, dass der zweite Abschnitt 72 auf einer der Batteriezellen 2 abgewandten Seite an dem Aufnahmeelement 6 angeordnet ist.
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Dadurch kann beispielsweise der zumindest eine Kohlenstoffnanofaser 5 umfassende Zellverbinder 4 zuverlässig gewickelt oder verknotet mit dem Aufnahmeelement 6 verbunden werden.
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Die 2 zeigt eine elektrische leitende Verschaltung einer Mehrzahl an Batteriezellen 2 eines Batteriemoduls 1 mittels zumindest einer Kohlenstoffnanofaser 5.
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Die Batteriezellen 2 umfassen dabei jeweils Spannungsabgriffe 3.
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Beispielsweise können die Spannungsabgriffe 3 allesamt positive Spannungsabgriffe 3 der jeweiligen Batteriezellen 2 sein oder allesamt negative Spannungsabgriffe 3 der jeweiligen Batteriezellen 2 sein.
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Des Weiteren weist das Batteriemodul 1 gemäß 2 einen Zellverbinder 4 auf, welcher zumindest eine Kohlenstoffnanofaser 5 umfasst bzw. welcher als Kohlenstoffnanofaser 5 ausgebildet ist.
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An dieser Stelle sei hierzu bemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, dass der Zellverbinder 4 eine Mehrzahl an Kohlenstoffnanofasern 5 umfasst bzw. als eine Mehrzahl an Kohlenstoffnanofasern 5 ausgebildet ist.
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Dabei ist aus der 2 zu erkennen, dass alle Spannungsabgriffe 3 der Batteriezellen 2 mittels genau einem Zellverbinder 4 verbunden sind, wobei der Zellverbinder 4 mit anderen Worten ausgedrückt durchlaufend bzw. ununterbrochen ausgebildet ist.
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Beispielsweise kann der Zellverbinder 4 dabei nacheinander jeweils mit dem jeweiligen Spannungsabgriff 3 verbunden werden, wobei beispielsweise eine Umwicklung um das Aufnahmeelement 6 denkbar ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass es möglich ist, mehrere gleichpolige Spannungsabgriffe 3 einer Mehrzahl an Batteriezellen 2 elektrisch leitend miteinander zu verbinden, um eine parallele Verschaltung zu ermöglichen.
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Dadurch ist es möglich, die Batteriezellen 2 eines ersten Verbundes den Batteriezellen 2 eines zweiten Verbundes elektrisch leitend zu verbinden.
