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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Trägerstrukturen, welche in Kontaktsystemen von Batterien z. B. in Kraftfahrzeugen einsetzbar sind. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Zellkontaktiersystem, das eine solche Trägerstruktur aufweist, sowie auf ein Herstellungsverfahren.
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Zum elektrischen Kontaktieren von Batterien werden üblicherweise elektrisch leitfähige Sammelschienen verwendet, die an elektrisch isolierenden Trägerstrukturen gehalten sind. Diese Trägerstrukturen isolieren eine solche Sammelschiene von weiteren elektrisch leitfähigen Elementen, wie beispielsweise anderen Sammelschienen und Kontakten, metallischen Befestigungs- und Erdungslaschen sowie elektrisch leitfähigen Erdungsplatten. Es hat sich gezeigt, dass im Falle einer ungewöhnlichen Temperaturzunahme (z. B. bei einem Kurzschluss) der elektrisch isolierende Bereich der die Sammelschiene von anderen elektrisch leitfähigen Komponenten trennt, oft nicht stabil genug ist und versagt. Die Folge ist ein unzureichender Abstand zwischen der Sammelschiene und anderen elektrisch leitfähigen Komponenten, so dass ein weiterer Kurzschluss und sogar ein thermisches Durchgehen der gesamten Batterieanordnung auftreten können. Eine Erhöhung der Wandstärken ist aufgrund des begrenzten Bauraumes sowie aufgrund der hohen thermischen Belastungen im Fehlerfall oftmals keine gangbare Lösung. Darüber hinaus würde aufgrund der Anforderungen im Fehlerfall auch eine vergleichsweise dicke Isolierung aus den meisten Kunststoffen schmelzen, da die Schmelzpunkte üblicher Kunststoffe im Bereich von 220 °C bis max. 280°C liegen. Zur sicheren elektrischen Isolierung beispielsweise in Batterieanwendungen muss jedoch eine Stabilität bis 500°C gewährleistet sein.
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Es besteht daher ein Bedarf an Trägerstrukturen, die auch bei hohen Temperaturen sicher und zuverlässig zwischen elektrisch leitfähigen Teilen isolieren, aber dennoch kostengünstig und platzsparend herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, in wenigstens einem Teil eines Überlappungsbereichs zwischen elektrisch leitfähigen Komponenten einen elektrisch isolierenden Abstandshalter vorzusehen, der ein intumeszentes Material oder einen anorganischen hoch temperaturbeständigen Füllstoff aufweist. Je nach Bauraum ist auch eine Kombination des intumeszenten Abstandshalters mit einem gefüllten isolierenden Abstandshalter möglich.
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Wenn der elektrisch isolierende Abstandshalter ein intumeszentes Material aufweist, ändert er im Falle einer Temperaturerhöhung, die ansonsten zu einem Erweichen des Gehäusematerials und damit zum Versagen der Isolation führen würde, sein Volumen und hält damit den Abstand zwischen den elektrisch leitfähigen Komponenten entweder gleich oder vergrößert diesen sogar. Dadurch kann sichergestellt werden, dass es im Fehlerfall nicht zu weiteren Kurzschlüssen kommt. Wenn der elektrisch isolierende Abstandshalter mit einem hoch temperaturbeständigen Füllstoff (wie Glas, Quarz oder keramischem Material) gefüllt ist, bleibt er in einem Fehlerfall formstabil und verhindert, dass sich die elektrisch leitfähigen Komponenten unzulässig nahekommen.
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Insbesondere umfasst eine Trägerstruktur zum elektrischen Isolieren mindestens eines ersten und eines zweiten elektrisch leitfähigen Teils einen elektrisch isolierenden Grundkörper, der eine erste Haltestruktur zum Halten des elektrisch leitfähigen Teils und eine zweite Haltestruktur mit Kontakt zu einem zweiten elektrisch leitfähigen Teil aufweist, und einen elektrisch isolierenden Abstandshalter, der in mindestens einem Teil eines Trennbereichs zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teil in dem Grundkörper eingebettet ist, wobei der Abstandshalter ein intumeszentes Material und/oder einen anorganischen hochtemperaturbeständigen Füllstoff aufweist.
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Dabei kann der intumeszente Abstandshalter, der mit einem anorganischen hochtemperaturbeständigen Material gefüllte isolierende Abstandshalter, oder eine Kombination aus diesen Anstandshaltern in mindestens einem Teil des Trennbereiches zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teil in einem Grundkörper eingebettet sein.
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Als intumeszente Materialien kommen Expansionsstoffe wie Blähgraphit, antikatalytische Melamine oder Melaminphosphate in Frage.
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In vorteilhafter Weise kann so ohne zusätzliche Erhöhung der Wandstärke in dem Überlappungsbereich zwischen dem ersten und zweiten elektrisch isolierenden Teil sichergestellt werden, dass im Falle starker Erhitzung keine zusätzlichen Kurzschlüsse auftreten, weil das Trägermaterial nachgibt. Im Falle eines Feuers expandiert das intumeszente Material, brennt aber nicht ab. Weiterhin hat das intumeszente Material den Vorteil, dass es Luftspalte, die eine zu geringe elektrische Isolation bereitstellen können, im Fehlerfall schließt und darüber hinaus Flammen durch Sauerstoffmangel erstickt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der intumeszente Abstandshalter einen vernetzten Cyanacrylatkleber auf, der mit dem intumeszenten Material gefüllt ist. Dabei können handelsübliche, kostengünstige Kleber verwendet werden, die als flüssige Vorstufe in die Trägerstruktur eingefüllt werden und anschließend durch UV-Strahlung, Licht, Wärme und/oder Ultraschall ausgehärtet werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt einen thermisch und elektrisch isolierenden Abstandshalter bereit, welcher beispielsweise auf einen vernetzten Cyanacrylatkleber zurückgreift, um in dem elektrisch isolierenden Grundkörper über die Zugabe von anorganischem hochtemperaturbeständigem Füllstoff eine ausreichend hohe und temperaturbeständige Isolation zu erreichen.
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Um den Abstand zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teil gezielt im Überlappungsbereit zu vergrößern, wenn eine übermäßige Hitzeentwicklung auftritt, kann der intumeszente Abstandshalter (auch ohne Zusatz von Acrylatkleber) ein wenigstens teilweise intumeszentes Kolbenelement und ein hitzebeständiges Zylinderelement aufweisen, wobei das Kolbenelement bei Hitzeeinwirkung sich innerhalb des Zylinderelements ausdehnt. Das Zylinderelement kann beispielsweise ein keramisches Material aufweisen und sollte vorzugsweise nicht elektrisch leitfähig sein. Auf diese Weise fungiert der intumeszente Abstandshalter als ein Aktor, der die beiden leitfähigen Teile voneinander wegbewegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der elektrisch isolierende Abstandshalter als Füllstoff Glas auf. Dadurch bleibt der elektrisch isolierende Abstandshalter intakt und, sofern er zusätzlich ein intumeszentes Material enthält, im aufgeblähten Zustand formstabil. Die Glaskörner oder Glaskugeln bilden weiterhin eine thermische und elektrische Isolation und verhindern, dass Sauerstoff an die brennbaren Komponenten des intumeszenten Abstandshalters, beispielsweise einen Kleber gelangt, so dass deren Abbrand verhindert oder zumindest verzögert wird. Es ist für einen Fachmann klar, dass alle anderen geeigneten anorganischen elektrisch isolierenden und hochtemperaturbeständigen Füllstoffe, wie z. B. Quarz oder Keramik, ebenfalls eingesetzt werden können.
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In besonders vorteilhafter Weise weist der elektrisch isolierende Abstandshalter als Füllstoff hohle Glaskugeln auf, die beispielsweise mit Luft gefüllt sind und somit eine noch bessere Wärmeisolation bieten.
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Beispielsweise kann der Abstandshalter als laterales Stützelement in eine Gitterstruktur der Trägerstruktur eingebettet sein. Insbesondere kann der Abstandshalter lateral zwischen zwei Sammelschienen eines Batteriekontaktiersystems angeordnet sein, so dass im Überhitzungsfall Luft- und Kriechstrecken zwischen den Sammelschienen gehalten und aufgefüllt werden oder sogar die Trägerstruktur mechanisch stabilisiert wird.
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Da das intumeszente Material zu einer relativ starken Volumenausdehnung des Abstandshalters führt, kann es für eine sichere Trennung des ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teils ausreichen, dass der intumeszente Abstandshalter im nicht ausgelösten Zustand weniger als 50 % des Überlappungsbereichs einnimmt. Damit wird nur wenig Platz und Material für den Abstandshalter benötigt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der intumeszente Abstandshalter so ausgebildet, dass er durch Hitzeeinwirkung den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil vergrößert. Dadurch kann erreicht werden, dass gegebenenfalls sich verschlechternde Isolationseigenschaften des Gehäusematerials kompensiert werden und in jedem Fall ein Kurzschluss zwischen dem ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teil vermieden werden kann.
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Im Regelfall kann es jedoch auch ausreichen, den Sicherheitsabstand, der benötigt wird, um den Kurzschlussfall zu verhindern, über den elektrisch isolierenden Abstandshalter abzusichern. Hierbei bleibt der isolierende Abstandshalter auch nach starker Hitzeeinwirkung hinsichtlich seiner elektrisch und thermisch isolierenden Funktion intakt.
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Gemäß einer beispielhaften Anwendungsumgebung ist das erste elektrisch leitfähige Teil eine spannungsführende Schiene einer Batterieanordnung. Eine solche Sammelschiene wird durch einen erfindungsgemäßen Abstandshalter beispielsweise von geerdeten elektrisch leitfähigen Teilen wie einer Schweißlasche oder einer Erdungsplatte getrennt gehalten. Alternativ kann auch die Trennung von einer weiteren spannungsführenden Sammelschiene vorgesehen sein.
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Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Zellkontaktiersystem eines Kraftfahrzeugbatteriemoduls, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei das Zellkontaktiersystem eine Trägerstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung und eine erste Vielzahl von separat ausgebildeten Kontaktelementen zur Kontaktierung von jeweils zwei benachbarten Batteriezellen des Kraftfahrzeugbatteriemoduls aufweist, wobei die Kontaktelemente nebeneinander in einer ersten Reihe angeordnet und jeweils einseitig an der Trägerstruktur befestigt sind, weiterhin umfassend eine zweite Vielzahl von separat ausgebildeten Kontaktelementen, die in einer zweiten Reihe nebeneinander angeordnet sind, die an einer zur ersten Reihe entgegengesetzten Seite der Trägerstruktur vorgesehen sind, sodass an beiden Seiten der Trägerstruktur Kontaktelemente zur Kontaktierung von jeweils zwei benachbarten Batteriezellen des Kraftfahrzeugbatteriemoduls positioniert sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Herstellen einer Trägerstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Bereitstellen der Trägerstruktur;
- Einbringen eines elektrisch isolierenden Abstandshalters in eine Ausnehmung der Trägerstruktur, wobei der Abstandshalter ein intumeszentes Material und/oder einen anorganischen hochtemperaturbeständigen Füllstoff aufweist.
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Eine besonders einfache Fertigung kann dadurch erreicht werden, dass der elektrisch isolierende Abstandshalter als fließfähige Vorstufe eingebracht und anschließend die fließfähige Vorstufe des elektrisch isolierenden Abstandshalters ausgehärtet wird.
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Beispielsweise umfasst der Schritt des Aushärtens der fließfähigen Vorstufe das Einbringen von Ultraschallenergie. Die Verwendung von Ultraschall hat dabei den Vorteil, dass die Aushärtung auch an schwer zugänglichen, insbesondere durch UV-Strahlung oder Licht nicht erreichbaren Stellen leicht durchgeführt werden kann. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die fließfähige Vorstufe thixotropes Verhalten hat und die Ultraschallenergie zum kurzzeitigen Erhöhen der Fließfähigkeit während des Verarbeitungsprozesses eingesetzt wird.
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Ein besonders gut etabliertes Material wird verwendet, wenn die fließfähige Vorstufe einen einkomponentigen Kleber auf Acrylatbasis aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbindung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrisch isolierende Abstandshalter als intumeszentes Material einen Expansionsstoff umfasst, der aus der Gruppe umfassend Blähgraphit, Melamin oder Mischungen daraus ausgewählt ist, und/oder dass der intumeszente Abstandshalter weiterhin einen Füllstoff umfasst, der aus der Gruppe umfassend Quarzpartikel, Glaskörner, Glaskugeln und Glashohlkugeln oder Mischungen daraus ausgewählt ist.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Trägerstruktur gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Trägerstruktur gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
- 3 ein Detail aus 2;
- 4 eine schematische Detailansicht einer Trägerstruktur gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;
- 5 eine schematische Perspektivdarstellung einer Trägerstruktur gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;
- 6 eine Draufsicht auf die Trägerstruktur der 5;
- 7 eine schematische Detailansicht einer Trägerplatte eines Zellkontaktiersystems.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren, und dabei insbesondere zunächst mit Bezug auf die schematischen Schnittdarstellungen der 1 und 2, näher erläutert. Es wird angemerkt, dass in sämtlichen Figuren die Größenverhältnisse und insbesondere die Schichtdickenverhältnisse nicht unbedingt maßstabsgetreu wiedergegeben sind. Weiterhin ist für einen Fachmann selbstverständlich klar, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien nicht nur im Zusammenhang mit Batteriezellkontaktiersystemen, sondern auch für andere Anwendungsfelder eingesetzt werden können, in denen elektrisch leitfähige, durch Trägerstrukturen voneinander isolierte Teile im Überhitzungsfall zuverlässig voneinander separiert werden sollen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Trägerstruktur 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, die Teil eines Zellkontaktiersystems ist.
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Zellkontaktiersysteme für Lithium-Ionen-Batterien umfassen Zellverbinder sowie eine Zellhalterung, in der die Verbinder als robuste laserverschweißte Lagenkonstruktion integriert werden. Alternativ können die Zellverbinder auch mittels Ultraschallschweißen oder elektromagnetischem Pulsschweißen (EMPT-Schweißen) an den Lithium-Ionen-Zellen befestigt werden. Damit sind auch sogenannte „Pouch-Zellen“ nutzbar. Über die Zellverbinder werden die einzelnen Batteriezellen sowohl in Reihe als auch parallel miteinander verschaltet. Sie übernehmen die Stromführung, absorbieren Zellkräfte und enthalten gegebenenfalls Sensoren. Das System umfasst üblicherweise außerdem ein Kontrollinterface mit thermischer und elektrischer Überwachung.
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Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst die Trägerstruktur 100 einen Grundkörper 102, der wenigstens teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. einem Kunststoff hergestellt ist. Ein erstes elektrisch leitfähiges Teil 104 ist beispielsweise durch eine spannungsführende Sammelschiene oder einen Batteriezellkontaktgebildet. Ein zweites elektrisch leitfähiges Teil 106 umfasst weiterhin eine elektrisch leitfähige Schweißfahne 106A und/oder eine größerflächig mit dem Grundkörper 102 in Kontakt stehende Erdungsplatte 106B.
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Obwohl in 1 zwei Varianten eines zweiten elektrisch leitfähigen Teils 106 gezeigt sind, können natürlich auch nur ein zweites elektrisch leitfähiges Teil oder mehr als zwei vorhanden sein.
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Um das erste elektrisch leitfähige Teil 104 und das zweite elektrisch leitfähige Teil 106 elektrisch voneinander zu isolieren, weist der Grundkörper 102 Trennbereiche 108 auf, die in einem Überlappungsbereich zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106 angeordnet sind. Experimentelle Untersuchungen zum Brandverhalten haben aber gezeigt, dass die vorhandenen Trennbereiche 108 bei Temperaturen über 500 °C nicht ausreichend stabil bleiben, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil sicher zu verhindern. Häufig verbrannte der Kunststoff des Trennbereichs 108 oder erweichte so stark, dass es zu Kurzschlüssen kam.
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Um dieses Problem zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung in den Überlappungsbereichen zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106 jeweils einen zusätzlichen elektrisch isolierenden Abstandshalter 110 vor. Die Abstandshalter 110A, 110B umfassen erfindungsgemäß ein hochtemperaturbeständiges isolierendes oder ein intumeszentes Material, oder alternativ eine Kombination aus hochtemperaturbeständigem anorganischem oder intumeszentem Material, das bei Hitzeeinwirkung elektrisch isolierend und mechanisch stabil bleibt, bzw. sich ausdehnt. Für die hochtemperaturbeständigen anorganischen isolierenden Materialien kommen glas- oder keramikartige Füllstoffe in Frage, welche physikalisch hitzebeständig und elektrisch isolierend wirken. Als intumeszente Füllstoffe kommen beispielsweise Blähgraphit sowie Melamin (2,4,6-Triamino-1,3,5-triazin) und seine Derivate in Frage. Wie dies allgemein bekannt ist, versteht man unter intumeszenten Materialien Stoffe, die beispielsweise bei Beflammung unter Aufschäumen einen feuerabweisenden, hitzebeständigen und elektrisch isolierenden Schaum aus organischem und/oder anorganischem Material bilden.
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Erfindungsgemäß wird als Grundmaterial ein Acrylatkleber, der mit dem anorganischen isolierenden und/oder intumeszenten Material gemischt wird, verwendet. Als besonders preisgünstige Ausführungsform erweist sich ein handelsüblicher, einkomponentiger, lösemittelfreier Isocyanatacrylatkleber, wie er unter dem Handelnamen Vitralit ® DU 8050 von der Panacol-Elosol GmbH erhältlich ist. Derartige Kleber härten unter UV-Bestrahlung oder in längeren Zeiträumen unter Feuchteeinfluss aus.
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Um eine noch weiter verbesserte Trennung zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106 zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der Cyanacrylatkleber mit kugelförmigen Glaspartikeln, insbesondere mit gas- oder vakuumgefüllten Glashohlkugeln, versetzt ist. Beispielsweise kann die Masse 60 bis 90 Volumenprozent an Glaskugeln beinhalten.
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Im Brandfall formen die Glaskugeln eine thermische Isolation und verhindern, dass Sauerstoff den darin eingeschlossenen Kleber erreicht. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Anordnung z. B. den für die Zulassung in der Volksrepublik China vorgesehenen Test, bei dem ein sicherer Betrieb bei 500 °C 15 Minuten lang aufrechterhalten werden muss, erfüllt.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 wird nunmehr eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
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Die Trägerstruktur 100 der 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Anordnung durch den unterschiedlich gestalteten intumeszenten Abstandshalter 210. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform hat der intumeszente Abstandshalter 210 eine Aktorfunktion, so dass im Brandfall nicht nur die erforderliche Distanz aufrechterhalten wird, sondern vielmehr der Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106A sogar noch vergrößert wird.
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Der Abstandshalter 210 weist, wie aus 3 im Detail ersichtlich, eine hubkolbenartige Struktur auf: An dem Grundkörper 102 der Trägerstruktur 100 ist ein Zylinderelement 112 angeordnet, in welchem sich ein Kolbenelement 114 befindet. Das Kolbenelement 114 stützt sich an dem Trennbereich 108A des Grundkörpers 102 ab und kann selbst intumeszent oder isolierend sein. Im Überhitzungsfall dehnt es sich aus und drückt den Trennbereich 108A in Richtung des Pfeils 118, so dass sich der Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106A vergrößert.
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Alternativ kann das Kolbenelement auch selbst nicht intumeszent sein, sondern auf einem im Bodenbereich 116 des Zylinderelements 112 angeordneten intumeszenten Material aufliegen. In diesem Fall drückt das intumeszente Material im Bereich 116 das Kolbenelement 114 in Richtung des Pfeils 118, wenn eine Überhitzung auftritt. Wiederum vergrößert sich damit der Abstand zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106A, so dass ein Kurzschluss zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106A vermieden werden kann.
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4 zeigt eine Detailansicht einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trägerstruktur 400. Der Grundkörper 402 der Trägerstruktur 400 weist ein Bodenelement 420 und ein Deckelelement 422 auf. In dem Bodenelement 420 ist das erste elektrisch leitfähige Teil 404, hier speziell ein Batteriekontakt, gelagert. Das Deckelelement 422 weist eine Aufnahme 424 auf, in welche als zweites elektrisch leitfähiges Teil eine in dieser Figur nicht dargestellte Schweißlasche eingeführt wird. Im normalen Betrieb sind die Schweißlasche und der Batteriekontakt 404 über den Trennbereich 408 voneinander elektrisch isoliert.
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Um sicherzustellen, dass auch im Überhitzungs- und Brandfall die Schweißlasche nicht gefährlich nahe an den Batteriekontakt 404 kommen kann, ist erfindungsgemäß ein isolierender Abstandshalter 410A so zwischen dem Bodenelement 420 und dem Deckelement 422 angeordnet, dass der Trennbereich 408 im Fall, dass der isolierende Abstandshalter 410A durch Druck belastet wird, die Schweißlasche in ihrer Position gehalten wird. Die Richtung des Pfeils 418 zeigt hier die Wirkrichtung der Kraft über die Schweißlasche. Der in 4 gezeigte isolierende Abstandshalter 410 kann hierbei auch aus einem keramischen Material bestehen.
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Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird als Grundmaterial für einen intumeszenten Abstandshalter 410A ein Acrylatkleber, der mit dem intumeszenten Material gemischt wird, verwendet. Als besonders preisgünstige Ausführungsform erweist sich ein handelsüblicher, einkomponentiger, lösemittelfreier Isocyanatacrylatkleber, wie er unter dem Handelnamen Vitralit ® DU 8050 von der Panacol-Elosol GmbH erhältlich ist.
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Um eine noch weiter verbesserte Trennung zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 104 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 106 zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der Cyanacrylatkleber mit kugelförmigen Glaspartikeln, insbesondere mit gas- oder vakuumgefüllten Glashohlkugeln, versetzt ist.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann (analog zu den Anordnungen aus den 1 und 2) zwischen dem Batteriekontakt 404 und einem hier nicht dargestellten, mit dem Bodenelement 420 in Anlage befindlichen, zweiten elektrisch leitfähigen Teil ein weiterer isolierender oder intumeszenter Abstandshalter 410B vorgesehen sein. Der isolierende oder intumeszente Abstandshalter 410B ist in einer Aussparung des Bodenelements 420 aufgenommen und stabilisiert im Brandfall die Distanz zwischen dem Batteriekontakt und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil, beispielsweise einer Erdungsplatte.
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Der isolierende oder intumeszente Abstandshalter 410B wird vorzugsweise wiederum aus einem Cyanacrylatkleber hergestellt, der mit einem glasartigen oder intumeszenten Stoff wie Blähgraphit oder Melamin oder einer Kombination aus beidem gefüllt ist.
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Die Verwendung von Cyanacrylatkleber als Grundsubstanz für den intumeszenten Abstandshalter hat grundsätzlich auch den Vorteil, dass die Haftung zu dem Kunststoffmaterial der Trägerstruktur sehr gut ist, so dass eine außerordentlich gute Vibrationsfestigkeit erreicht werden kann.
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Die zweiteilige Ausformung des Grundkörpers 402 als Bodenelement 420 und Deckelelement 422 hat den Vorteil, dass der Cyanacrylatkleber für eine UV-Härtung zugänglich ist, bevor die Anordnung komplett montiert wird.
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Nachfolgend soll mit Bezug auf die vorangehenden Figuren näher auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerstruktur 100, 400 eingegangen werden. In einem ersten Schritt wird zunächst der Grundkörper 102, 402 aus einem Kunststoff, beispielsweise als Spritzgussteil, hergestellt. Wie in den 4 und 5 dargestellt, wird der Grundkörper in vorteilhafter Weise zweiteilig als Bodenelement 420 und Deckelelement 422 ausgebildet.
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Bevor das Bodenelement 420 und Deckelelement 422 zusammengefügt werden, wird in entsprechende Aussparungen eine fließfähige Vorstufe des isolierenden oder intumeszenten Abstandshalters 110, 410 eingebracht, indem das Material beispielsweise durch eine Spritzdüse eingefüllt wird. Insbesondere, wenn ein glaskugelgefüllter Cyanacrylatkleber verwendet wird, können dabei jedoch Probleme mit einer mangelnden Fließfähigkeit auftreten. Um die Fließfähigkeit im Spritzdüsenbereich zu erhöhen, kann die Thixotropie des Cyanacrylatklebers genutzt werden, indem an dieser Stelle Ultraschallenergie zugeführt wird.
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Anschließend wird das in die Aussparungen eingefüllte Material mittels UV-Strahlung oder Ultraschallenergie ausgehärtet.
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Erst dann werden die elektrisch leitfähigen Teile montiert und die gesamte Anordnung zusammengebaut.
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6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Bodenelement 420 der 5. Der elektrisch isolierende Abstandshalter 410B ist in einer entsprechenden flachen Aufnahme 424 in dem Bodenelement 420 gehalten. Obwohl in der vorangehenden Beschreibung ein Verfahren beschrieben wurde, bei dem der elektrisch isolierende Abstandshalter 410B in Form einer fließfähigen Vorstufe in die Aufnahme 424 eingebracht und anschließend ausgehärtet wird, kann der Abstandshalter 410B auch als vorgefertigtes Teil in die Aufnahme 424 eingelegt und z. B. durch Presssitz gehalten werden.
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7 zeigt als eine weitere mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen elektrisch isolierenden Abstandshalters einen Ausschnitt eines Zellkontaktiersystems 700 für eine Kraftfahrzeugbatterie. Das Zellkontaktiersystem 700 hat einen als Rahmen 702 ausgestalteten elektrisch isolierenden Grundkörper. An diesem Rahmen sind ein erstes elektrisch leitfähiges Teil 704 und ein zweites elektrisch leitfähiges Teil 706, z. B. zwei Stromschienen, in einer Ebene nebeneinander angebracht. Um in einem Überhitzungsfall zu verhindern, dass Kurzschlüsse zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Teil 704 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Teil 706 ausgebildet werden, ist erfindungsgemäß lateral ein elektrisch isolierender Abstandshalter 710 vorgesehen. Der elektrisch isolierende Abstandshalter 710 ist erfindungsgemäß mit einem intumeszenten Material und/oder mit einem anorganischen hochwärmebeständigen Material versehen.
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Auf diese Weise kann der Trennbereich 708 im Falle einer Überhitzung zuverlässig gestützt werden und die nötige elektrische Isolation bleibt erhalten. Insbesondere werden im Falle eines intumeszenten Füllstoffs Luft- und Kriechstrecken zwischen den Sammelschienen gehalten und aufgefüllt.
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Bezugszeichenliste
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- 100,400
- Trägerstruktur
- 102,402
- Grundkörper
- 104, 404, 704
- erstes elektrisch leitfähiges Teil
- 106, 706, 706
- zweites elektrisch leitfähiges Teil
- 108, 408, 708
- Trennbereich
- 110, 210
- Abstandshalter
- 112
- Zylinderelement
- 114
- Kolbenelement
- 116
- Bodenbereich des Zylinderelements
- 118
- Richtungspfeil
- 420
- Bodenelement
- 422
- Deckelelement
- 424
- Aufnahme
- 700
- Zellkontaktiersystem
- 702
- Rahmen
