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Der Gegenstand betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Modulverbinders, insbesondere eines Batteriemodulverbinders, sowie einen Modulverbinder. Ein gegenständlicher Modulverbinder kann als Baugruppe gebildet sein und kann zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Moduls von ersten elektrochemischen (Batterie-)Zellen einer elektrochemischen Vorrichtung mit einem zweiten Modul von zweiten elektrochemischen (Batterie-)Zellen der elektrochemischen Vorrichtung eingerichtet sein. Eine elektrochemische Vorrichtung ist insbesondere eine Batterie, bevorzugt eine Kraftfahrzeugbatterie. Eine solche Batterie kann beispielsweise eine Batterie eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs sein.
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In rein batteriebetriebenen elektrischen Fahrzeugen (BEV) als auch in Plug-in-Hybrid elektrischen Fahrzeugen (PHEV), insbesondere Automobilen, Zweirädern, Schiffen, Luftschiffen und dergleichen, kommen vermehrt Batterien zum Einsatz, bei denen eine Vielzahl an elektrochemischen Zellen miteinander in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet werden. Jede einzelne Zelle weist eine an und für sich geringe Speicherkapazität als auch eine geringe Zellspannung, beispielsweise von 4,8 V, auf. Durch das Zusammenschalten mehrerer Zellen können aber hohe Batteriekapazitäten bei gleichzeitig hohen Spannungen realisiert werden. Batteriezellen können beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen sein. Eine Mehrzahl an Zellen werden zu einem Zellmodul (Batteriezellmodul, Batteriemodul) zusammengefasst.
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Aufgrund der hohen Stromflüsse in Fahrzeugen, beispielsweise bei der Verwendung von Batterien als Energiespeicher für den Antriebsstrang, ist es notwendig, die Zellmodule untereinander mit geringen Übergangswiderständen zu verbinden. Hierzu eignen sich insbesondere sogenannte Modulverbinder, insbesondere Batteriemodulverbinder.
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Bei vorgenannten Modulverbindern kann es vorkommen, dass sich diese bei einer Belastung durch hohe Ströme schnell erhitzen. Dies kann eine Beschädigung des Modulverbinders verursachen, beispielsweise durch das Schmelzen einzelner Bereiche des Modulverbinders.
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Um eine Überhitzung des Modulverbinders zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen Modulverbinder in einen Schlauch einzuführen und anschließend die Enden des Schlauchs dicht mit dem Modulverbinder zu verbinden. Über einen Einlauf und einen Auslauf kann anschließend mittels einer Pumpe ein Kühlmedium in dem Schlauch zur Kühlung des Modulverbinders zirkuliert werden.
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Eine derartige Kühlung eines Modulverbinders ist allerdings insofern nachteilig, als dass das Einführen bzw. das Einstecken des Modulverbinders in den Schlauch in montagetechnischer Hinsicht sehr aufwendig und dadurch unwirtschaftlich ist. Ebenfalls ist vorgenannte Lösung hinsichtlich des Bauraums nachteilig, da der Schlauch in konstruktiver Hinsicht ein großes Übermaß zu dem Modulverbinder aufweisen muss, damit eine Montage der beiden Bauteile realisiert werden kann.
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Demnach lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Modulverbinders sowie einen Modulverbinder anzugeben, welche sowohl in produktionstechnischer Hinsicht, in wirtschaftlicher Hinsicht als auch hinsichtlich des Bauraums vorteilhaft sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Modulverbinders nach Anspruch 1 sowie durch einen Modulverbinder nach Anspruch 8 gelöst.
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Hierdurch kann ein Modulverbinder bzw. eine Vielzahl an Modulverbindern als Meterware bereitgestellt werden, bei welchen die schlauchförmige Ummantelung bereits in der Fertigungsphase der Modulverbinder vorgesehen wird. In Abhängigkeit der benötigten Länge kann ein Modulverbinder anwendungsspezifisch abgelängt werden und anschließend mit einem Einlauf und einem Auslauf versehen bzw. verbunden werden. Es ist bevorzugt, dass der Einlauf und der Auslauf derart ausgelegt sind, dass sie in montagetechnisch günstiger Weise mit den beiden Enden des abgelängten Modulverbinders verbunden werden können. Vorzugsweise umfasst der elektrisch leitfähige Grundwerkstoff einen Leiter und eine den Leiter zumindest teilweise umgebende Isolierung. Der Einlauf und der Auslauf werden vorzugsweise mit dem Grundwerkstoff, insbesondere mit der Isolierung des Grundwerkstoffs, und mit der Ummantelung verbunden. Falls Einlauf und Auslauf aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sind, ist es ebenfalls möglich, den Einlauf und den Auslauf direkt mit dem Leiter zu verbinden.
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Anschließend kann der Modulverbinder mittels des Einlaufs und des Auslaufs in einem montierten Zustand mit einem Kühlkreislauf verbunden werden. Durch die Verbindung des Modulverbinders mit dem Kühlkreislauf kann mittels einer Pumpe ein Kühlmedium durch die schlauchförmige Ummantelung zirkuliert werden, wodurch eine ausreichende, aktive Kühlung des Modulverbinders sichergestellt werden kann. Es ist ebenfalls möglich, dass mehrere Modulverbinder mit demselben Kühlkreislauf verbunden sind, so dass eine Pumpe und ein Kühlkreislauf mehrere Modulverbinder kühlen.
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Der Einlauf und/oder der Auslauf können vorzugsweise eine oder mehrere Einlassöffnungen und/oder Auslassöffnungen für das Kühlmedium aufweisen. Hierdurch können in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung des Modulverbinders Einlauf und/oder der Auslauf anwendungsspezifisch angepasst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Grundwerkstoff mittels eines Extrusionsverfahrens mit der schlauchförmigen Ummantelung versehen wird. Es ist bevorzugt, dass die schlauchförmige Ummantelung vollumfänglich um den Grundwerkstoff extrudiert wird. Mittels eines Extrusionsverfahrens kann der Grundwerkstoff in konstruktiv günstiger Weise mit der schlauchförmigen Ummantelung versehen werden. Insbesondere kann hierdurch eine spezifische Beabstandung zwischen der inneren Mantelfläche der Ummantelung und dem Grundwerkstoff eingehalten werden, was vorteilhaft hinsichtlich des Bauraums ist. Dabei ist die Beabstandung derart gewählt, dass ausreichend Kühlmedium zur Kühlung des Modulverbinders durch die schlauchförmige Ummantelung fließen kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die schlauchförmige Ummantelung mittels Extrusionsformen derart um den Grundwerkstoff extrudiert wird, dass die innere Mantelfläche der schlauchförmigen Ummantelung zumindest teilweise von dem Grundwerkstoff beabstandet ist. Vorzugsweise wird die schlauchförmige Ummantelung derart um den Grundwerkstoff extrudiert, dass eine funktionserfüllende Form zwischen Grundwerkstoff und Extrusion bzw. schlauchförmiger Ummantelung gebildet wird, so dass eine Zirkulation eines Kühlmediums entlang des Modulverbinders ermöglicht wird. Beispielsweise weist die schlauchförmige Ummantelung einen wabenförmigen Querschnitt auf. Hierbei können einzelne Stege zwischen Kammern des wabenförmigen Querschnitts vorgesehen werden, die eine Beabstandung der Ummantelung vor dem Grundwerkstoff verursachen. Die Beabstandung ist vorzugsweise derart gewählt, dass sowohl eine ausreichende Kühlung des Modulverbinders gewährleistet ist als auch der Bauraum des Modulverbinders minimiert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Einlauf und/oder der Auslauf zur Verbindung mit dem Grundwerkstoff und/oder der schlauchförmigen Ummantelung auf den Grundwerkstoff aufweisend die Ummantelung geschoben wird. Es ist bevorzugt, dass der Einlauf und/oder der Auslauf mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff verbunden werden. Vorzugsweise werden sowohl der Einlauf als auch der Auslauf mit dem Grundwerkstoff und mit der schlauchförmigen Ummantelung verbunden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der der Einlauf und der Auslauf mit ihrer einem Ende des bevorzugt länglich ausgestalteten Modulverbinders nächstgelegenen Seite mit des Grundwerkstoff, insbesondere mit der Isolierung des Grundwerkstoffs, verbunden werden und mit ihrer anderen Seite mit der schlauchförmigen Ummantelung verbunden werden. Vorzugsweise sind Einlauf und/oder Auslauf fluiddicht und/oder luftdicht mit dem Grundwerkstoff und/oder der Ummantelung verbunden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass Einlauf und/oder Auslauf einen Vorsprung aufweist, welcher ein Aufschieben des Einlaufs und/oder des Auslaufs auf die Ummantelung begrenzt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Einlauf und/oder der Auslauf stoffschlüssig mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff verbunden wird. Vorzugsweise werden sowohl der Einlauf als auch der Auslauf mit dem Grundwerkstoff, insbesondere mit der Isolierung des Grundwerkstoffs, und mit der schlauchförmigen Ummantelung stoffschlüssig verbunden. Mittels einer stoffschlüssigen Verbindung kann eine fluiddichte und/oder luftdichte Verbindung zwischen Einlauf und/oder Auslauf und der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff in wirtschaftlich sowie konstruktiv günstiger Weise vorgesehen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Einlauf und/oder der Auslauf mittels eines Schrumpfprozesses, mittels eines Klebeprozesses und/oder mittels eines Schweißprozesses mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff, insbesondere mit der Isolierung des Grundwerkstoffs, verbunden wird. Mittels der vorgenannten Prozesse können sowohl Auslauf als auch Einlauf in fertigungstechnisch günstiger Weise mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff verbunden werden. Eine solche Verbindung ist vorzugsweise fluiddicht und/oder luftdicht ausgestaltet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Einlauf und/oder der Auslauf mittels einer Schelle, insbesondere mittels einer Rohrschelle oder einer Schlauchschelle, mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff verbunden wird. Insbesondere bei der Fertigung von kleinen Stückzahlen von Modulverbindern kann es vorteilhaft sein, den Einlauf und/oder den Auslauf mittels einer Schelle mit der Ummantelung und/oder dem Grundwerkstoff zu verbinden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Grundwerkstoff als Leiter, insbesondere als Flachleiter, umfassend eine den Leiter zumindest teilweise umgebende Isolierung ausgestaltet ist. Dabei ist es bevorzugt, dass der Leiter im Falle der Ausgestaltung als Flachleiter einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten aufweist. Die Verwendung von Flachleitern führt bei gleicher Leistungsfähigkeit zu einer Verringerung der benötigten Rohstoffe im Vergleich zu herkömmlichen Rundleitern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Einlauf und/oder der Auslauf zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt sind. Die Verwendung von Kunststoff für den Einlauf und den Auslauf ermöglicht eine kostengünstige Produktion von Einlauf und Auslauf. Die Verwendung von Kunststoff kann zusätzlich eine elektrische Isolation des elektrisch leitfähigen Grundwerkstoffs, insbesondere des Leiters, bedingen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Grundwerkstoff, insbesondere die Isolierung des Grundwerkstoffs, und/oder die Ummantelung eine die Verbindung oder Abdichtung mit dem Einlauf und/oder Auslauf unterstützende Kontur aufweist. Hierdurch kann einerseits eine bestimmte Positionierung des Einlaufs und/oder des Auslaufs ermöglich werden. Ebenfalls kann eine solche Kontur eine Abdichtung des Einlaufs und/oder des Auslaufs zu dem Grundwerkstoff und/oder der Ummantelung verbessern.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Ummantelung entlang ihrer länglichen Erstreckung eine Aussparung zur Aufnahme des Kühlmediums und des Grundwerkstoffs aufweist und dass die Aussparung im Querschnitt ein im Wesentlichen wabenförmiges Profil aufweist. Vorzugsweise erstreckt sich die Aussparung entlang der gesamten Längsachse der Ummantelung. Ein im Wesentlich wabenförmiges Profil ist hinsichtlich strömungstechnischer Aspekte vorteilhaft. Ein wabenförmiges Profil kann vorliegend derart verstanden werden, dass sich die Aussparung in mehrere Kammern aufteilen, die mittels Stegen voneinander getrennt sind. Die Stege treten vorzugsweise in Kontakt mit dem Grundwerkstoff, wodurch die Ummantelung entlang des Grundwerkstoffes stabilisiert und von dem Grundwerkstoff beabstandet werden kann. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Aussparung ein zu dem Grundwerkstoff und/oder zu der Isolierung des Grundwerkstoffs korrespondierendes Profil aufweist.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Kühlkreislauf verbundenen Modulverbinders in einer schematischen Ansicht,
- 2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Modulverbinders in einer schematischen Schnittansicht A-A und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel zweier mit demselben Kühlkreislauf verbundener Modulverbinder in einer schematischen Ansicht.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Kühlkreislauf verbundenen Modulverbinders 2 in einer schematischen Ansicht. Der Modulverbinder 2 weist einen Grundwerkstoff 4 auf, wobei der Grundwerkstoff 4 einen Leiter 6 und eine den Leiter 6 umgebende Isolierung 8 umfasst. Der Leiter 6 ist als Flachleiter ausgestaltet.
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Der Grundwerkstoff 4, insbesondere die Isolierung 8 des Grundwerkstoffs 4, wird von einer schlauchförmigen Ummantelung 10 umgeben, die vorzugsweise im Fertigungsprozess in einem Extrusionsverfahren mit dem Grundwerkstoff 4 verbunden wird. Die Ummantelung 10 ist von dem Grundwerkstoff, insbesondere von der Isolierung 8, beabstandet, so dass ein Kühlmedium zwischen Ummantelung 10 und Isolierung 8 zirkulieren kann, um den Modulverbinder 2 zu kühlen.
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Mit der Isolierung 8 und der Ummantelung 10 sind ein Einlauf 12 und ein Auslauf 14 verbunden. Einlauf 12 und Auslauf 14 können auf den Grundwerkstoff 4 und die Ummantelung 10 aufgeschoben werden. Zum vereinfachten Aufstecken des Einlaufs 12 und des Auslaufs 14 weisen Einlauf 12 und Auslauf 14 Vorsprünge 13 und 15 auf, an welchen die Ummantelung 10 beim Aufschieben von Einlauf 12 und Auslauf 14 zum Anliegen kommen kann.
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Der Einlauf 12 weist einen Einlass 16 und der Auslauf 14 einen Auslass 18 auf, die jeweils mit einem Schlauch 20 und 22 verbunden sind. Der Einlass 16 und der Auslass 18 können beispielsweise stutzenförmig ausgestaltet sein. Die Schläuche 20 und 22 können beispielsweise mittels Schlauchschellen (nicht dargestellt) mit dem Einlass 16 und dem Auslass 18 verbunden sein.
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Zwischen den beiden Schläuchen 20 und 22 ist eine Pumpe 24 zum Zirkulieren des Kühlmediums zwischengeschaltet. Die Zirkulation des Kühlmediums ist durch die Pfeile 26 dargestellt. Es ist erkennbar, dass das Kühlmedium gegen den Uhrzeigersinn zur aktiven Kühlung des Modulverbinders 2 zirkuliert.
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Einlauf 12 und Auslauf 14 sind mittels der Schweißnähte 28 mit der Ummantelung 10 und mittels der Schweißnähte 30 mit dem Grundwerkstoff 4, insbesondere mit der Isolierung 8 des Grundwerkstoffs 4, verbunden.
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In 2 ist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Modulverbinders 2 in einer schematischen Schnittansicht A-A dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Leiter 6 als Flachleiter mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsprofil gebildet ist. Die Ummantelung 10 weist eine Aussparung 32 auf, die sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Ummantelung 10 erstreckt.
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Die Aussparung weist im Querschnitt ein im Wesentlichen wabenförmiges Profil auf, welches sich durch nebeneinander angeordnete Kammern 34 auszeichnet. Zwischen den Kammern 34 ist der Grundwerkstoff 4 angeordnet. Durch die nebeneinander angeordneten Kammern 34 kann das Kühlmedium fließen, wodurch der Grundwerkstoff 4 in effektiver Weise gekühlt werden kann. Ebenfalls ermöglichen zwischen den Kammer 34 angeordnete Stege 35 eine Beabstandung der Ummantelung 10 von dem Grundwerkstoff 4.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zweier mit demselben Kühlkreislauf verbundener Modulverbinder 2 in einer schematischen Ansicht. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Modulverbinder 2 weisen der Einlauf 12 und der Auslauf 14 des oberen Modulverbinders 2 jeweils einen Einlass 16 und einen Auslass 18 auf. Mit dem Auslass 18 des Einlaufs 12 des oberen Modulverbinders 2 ist ein Verbindungsschlauch 23 verbunden. Der Verbindungsschlauch 23 ist ebenfalls mit einem Einlass 16 eines Einlaufs 12 des unteren Modulverbinders 2 verbunden. Der Auslass 18 des Auslaufs 14 des unteren Modulverbinders 2 ist weiter mit einem Verbindungsschlauch 23 verbunden. Der Verbindungsschlauch 23 ist mit dem Einlass 16 des Auslaufs 14 des oberen Modulverbinders 2 verbunden.
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Durch die vorgenannte Anordnung kann das Kühlmedium sowohl durch den oberen Modulverbinder 2 als auch durch den unteren Modulverbinder 2 zirkulieren und beide Modulverbinder 2 kühlen.
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Das in 3 dargestellte Prinzip ist nicht auf zwei Modulverbinder 2 limitiert, sondern kann auf eine Vielzahl von Modulverbindern erweitert werden.
