DE102020118146A1

DE102020118146A1 - Elektrisches Verbindungselement sowie elektrischer Energiespeicher und Kraftfahrzeug mit einem solchen

Info

Publication number: DE102020118146A1
Application number: DE102020118146.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schmidt; Kadir Er; Michael Huber; Florian Fitzen; Sebastian Siering
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten, die ein Geflecht (2) ausbilden; wobei das Geflecht (2) zumindest an beiden Längsenden mit Anschlussbereichen (3) versehen ist, welche die Drähte mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbinden, und wobei das Geflecht (2) in einem Bereich zwischen den Anschlussbereichen (3) mit einer Querschnittsverjüngung (5) versehen ist, an der ein elektrisch leitender Querschnitt des Geflechts (2) gegenüber dem übrigen Geflecht (2) verjüngt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit jeweils solch einem Verbindungselement.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement, insbesondere zum Verbinden von Speicherzellen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik sind sog. Zellverbinder bekannt, die beispielsweise in Form von Aluminiumbögen ausgebildet sind, um elektrische Pole von zu verbindenden Speicherzellen eines Energiespeichers zu verbinden. Solch ein Zellverbinder ist zum Beispiel aus der DE 10 2015 213 129 A1 bekannt. Derartige Zellverbinder haben den Nachteil, dass die Zellverbinder und insbesondere deren Wellen starken mechanischen Belastungen (Schock, Vibrationen oder das Anschwellen von Speicherzellen, etc.) ausgesetzt sind, was zu Beschädigungen oder zum Brechen der Zellverbinder führen könnte.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Verbindungselement gemäß Anspruch 1, einen elektrischen Energiespeicher gemäß Anspruch 4 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein elektrisches Verbindungselement für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten, die ein Geflecht ausbilden; wobei das Geflecht zumindest an beiden Längsenden mit Anschlussbereichen versehen ist, welche die Drähte mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbinden, und wobei das Geflecht in einem Bereich zwischen den Anschlussbereichen mit einer Querschnittsverjüngung versehen ist, an der ein elektrisch leitender Querschnitt des Geflechts gegenüber dem übrigen Geflecht verjüngt ist. Somit wird ein elektrisches Verbindungselement geschaffen, welches eine mechanische Entkopplung von den zu verbindenden Anschlüssen (beispielsweise Polen) sicherstellt, um damit die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des Verbindungselements aufgrund mechanischer Belastungen zumindest stark zu verringern oder zu vermeiden. Dadurch, dass das elektrische Verbindungselement flexibel ausgestaltet ist, werden nur sehr geringe mechanische Belastungen, beispielsweise aufgrund von Schock, Vibrationen oder dem Anschwellen der Speicherzellen, auf das Verbindungselement übertragen. Darüber hinaus ist durch die Querschnittsverjüngung eine definierte Stelle geschaffen, an welcher das Verbindungselement in einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem stark überhöhten Stromfluss oder bei einem sog. Thermal Runaway schmilzt und die elektrische Verbindung unterbricht, wodurch das Geflecht selbst zusätzlich die Funktion einer Schmelzsicherung übernimmt.
Insbesondere ist an der Querschnittsverjüngung der elektrisch leitende Querschnitt gegenüber dem übrigen Geflecht um mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% und insbesondere 50% reduziert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Querschnittsverjüngung durch Bohrungen durch das Geflecht ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Querschnittsverjüngung durch Quetschung des Geflechts ausgebildet.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren elektrochemischen Speicherzellen, die jeweils elektrische Anschlusspole aufweisen, wobei Anschlusspole von zumindest zwei Speicherzellen mittels eines elektrischen Verbindungselements verbunden sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen elektrischen Verbindungselement und/oder einem elektrischen Energiespeicher.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch ein elektrisches Verbindungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Dieses Verbindungselement 1 dient beispielsweise zur Verbindung von elektrischen Polen von zwei Speicherzellen eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, welches zumindest temporär rein elektrisch antreibbar ist. In einem solchen Energiespeicher ist üblicherweise eine Vielzahl von Speicherzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verbunden, dabei können Teilmengen der Speicherzellen in sog. Speichermodulen gruppiert sein. Bei den Speicherzellen handelt es sich um Speicherzellen, in denen elektrische Energie auf elektrochemischer Basis gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so können beispielsweise auch Speichermodule oder elektrische Komponenten, wie beispielsweise ein Antriebsmotor oder eine Leistungselektronikkomponente mit dem Verbindungselement 1 elektrisch angebunden werden.
Die Verbindungselemente 1 weisen ein Geflecht 2 auf, welches eine Vielzahl an ineinander verwobenen, elektrisch leitfähigen Drähten aufweist und insbesondere aus diesen besteht. Insbesondere sind die Drähte so ineinander gewoben, dass das Geflecht ein einstückiges Bauteil ausbildet. Bei den Drähten handelt es sich insbesondere um Drähte mit einem runden Querschnitt. Das Geflecht 2 hat die Form eines Flachbandes und ist flexibel. Die Drähte und somit das Geflecht 2 sind/ist vorzugsweise aus Aluminium, könnten/könnte aber auch aus Kupfer sein.
An seinen Längsenden ist das Geflecht mit Anschlussbereichen 3 versehen, welche die Drähte mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbinden. Beispielsweise sind die Anschlussbereiche 3 aus zweilagigem Metall ausgebildet, wobei das Geflecht zwischen den beiden Metalllagen eingequetscht ist. Die Metalllagen können an einer oder an zwei Kanten miteinander verbunden oder monolithisch ausgebildet sein. Das heißt, die zwei Lagen können beispielsweise ausgebildet werden, indem ein einlagiges Metallblech gefaltet wird. Die Anschlussbereiche 3 sind vorzugsweise aus Aluminium, könnten aber auch aus Kupfer sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlussbereiche 3 jeweils mit einer Durchgangsöffnung 4 versehen, mittels der die Anschlussbereiche an jeweiligen Polen der Speicherzellen befestigbar sind. Es können jedoch auch andere Anschlussmittel an den Anschlussbereichen 3 vorgesehen sein. Beispielsweise sind Steckanschlüsse oder Klickanschlüsse denkbar, mittels denen die Anschlussbereiche entsprechend an die jeweiligen Pole anschließbar sind.
Erfindungsgemäß ist das Geflecht 2 in einem Bereich zwischen den Anschlussbereichen 3 mit einer Querschnittsverjüngung 5 versehen. Genauer ist der elektrisch leitende Querschnitt des Geflechts 2 im Bereich der Querschnittsverjüngung 5 gegenüber dem übrigen Geflecht 2 verringert. Insbesondere ist an der Querschnittsverjüngung 5 der elektrisch leitende Querschnitt gegenüber dem übrigen Geflecht 2 um mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% und insbesondere 50% reduziert. Insbesondere ist die Querschnittsverjüngung 5 ein Abschnitt des Geflechts 2 zwischen den Anschlussbereichen 3, an der der elektrisch leitende Querschnitt am geringsten ist. Die Querschnittsverjüngung 5 kann beispielsweise realisiert werden, indem die Querschnittsverjüngung 5 mittels einer Materialabtragung in diesem Bereich, beispielsweise mittels Durchgangsbohrungen 6 ausgebildet sind. Darüber hinaus könnte die Querschnittsverjüngung 5 durch Quetschung des Geflechts 2 in diesem Bereich realisiert werden, wodurch auch hier der elektrisch leitende Querschnitt des Geflechts verringert wird.
Dadurch wird eine definierte Querschnittsverjüngung 5 ausgebildet, an der das Geflecht, d.h. die einzelnen Drähte des Geflechts, die Funktion einer Schmelzsicherung realisieren. Somit wird im Falle eines definierten Überstroms das Geflecht 2 an der Querschnittsverjüngung 5 durchgeschmolzen und eine elektrische Leitfähigkeit des Verbindungselements unterbrochen. Über die Ausbildung der Querschnittsverjüngung 5 am Geflecht 2 selbst bzw. an den Drähten ist einstellbar, bei welcher Stromstärke das Geflecht 2 durchschmelzen soll.
Während die Erfindung detailliert in der Zeichnung und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015213129 A1 [0002]

Claims

Elektrisches Verbindungselement (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten, die ein Geflecht (2) ausbilden; wobei das Geflecht (2) zumindest an beiden Längsenden mit Anschlussbereichen (3) versehen ist, welche die Drähte mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbinden, und wobei das Geflecht (2) in einem Bereich zwischen den Anschlussbereichen (3) mit einer Querschnittsverjüngung (5) versehen ist, an der ein elektrisch leitender Querschnitt des Geflechts (2) gegenüber dem übrigen Geflecht (2) verjüngt ist.
Elektrisches Verbindungselement (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Querschnittsverjüngung (5) durch Bohrungen (6) durch das Geflecht (2) ausgebildet wird.
Elektrisches Verbindungselement (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Querschnittsverjüngung (5) durch Quetschung des Geflechts (2) ausgebildet wird.
Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit mehreren elektrochemischen Speicherzellen, die jeweils elektrische Anschlusspole aufweisen, wobei Anschlusspole von zumindest zwei Speicherzellen mittels eines elektrischen Verbindungselements (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden sind.
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Verbindungselement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder einem elektrischen Energiespeicher gemäß Anspruch 4.