DE102021127862A1 - Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) mit einem flüssigkeitsdichten prismatischen Zellengehäuse (20), einer anodischen Anschlussschiene (30) und einer kathodischen Anschlussschiene (40).Die beiden Anschlussschienen (30,40) im Querschnitt derart komplementär zueinander und hinterschnitten ausgebildet sind, dass sie unmittelbar formschlüssig kontaktierend zusammensteckbar sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle, die im verbauten Zustand Teil eines Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemoduls ist, das eine Vielzahl identischer Traktionsbatterie-Zellen enthält.
- In einem typischen Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul sind mehrere Traktionsbatterie-Zellen zusammengefasst, die in der Regel elektrisch in Reihe miteinander verschaltet sind, um auf diese Weise ein Hochvolt-Traktionsbatteriemodul mit einer Modulspannung von über 100 V bis zu über 1000 V zur Verfügung zu stellen. Jede Traktionsbatterie-Zelle hat typischerweise eine Zellenspannung von 1-20 V. Da bei für Traktionsbatterien typischen hohen Energieflüssen ein hoher Kühlungsbedarf besteht, wird das Traktionsbatteriemodul häufig durch eine elektrisch nicht-leitende Kühlflüssigkeit gekühlt, die das Traktionsbatteriemodul innerhalb seines Gehäuses durchströmt und auf diese Weise die Traktionsbatterie-Zellen unmittelbar kühlt. Die Traktionsbatterie-Zellen sind daher flüssigkeitsdicht ausgebildet.
- Zur elektrischen Verbindung der Traktionsbatterie-Zellen miteinander weist jede Traktionsbatterie-Zelle außenseitig jeweils eine anodische Anschlussleiste und eine kathodische Anschlussleiste auf, die jeweils mit korrespondierenden Anschlussleisten einer benachbarten Traktionsbatterie-Zelle elektrisch verbunden sind. Aus
DE 10 2011 109 194 B4 ist bekannt, die Zellen-Anschlussleisten benachbarter Traktionsbatterie-Zellen mithilfe von klammerartigen Stromschienen elektrisch miteinander zu verbinden. Auf diese Weise sind zwei Trennstellen zwischen der Stromschiene und den beiden Anschlussleisten geschaffen und entsprechende elektrische Übergangswiderstände vorhanden, die im Laufe des Batterielebens größer werden können und dann relevante Verlustleistungen verursachen. - Aufgabe der Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, eine Traktionsbatterie-Zelle zu schaffen, die widerstandsarm mit einer identischen Traktionsbatterie-Zelle elektrisch verbunden werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle weist ein prismatisches und flüssigkeitsdichtes Zellengehäuse mit einer anodischen Anschlussschiene und einer kathodischen Anschlussschiene auf. Die typische Zellenspannung, die zwischen den beiden Anschlussschienen anliegt, liegt in der Regel zwischen 1,0 V und 20 V. Unter einem prismatischen Zellengehäuse ist vorliegend ein Zellengehäuse zu verstehen, das nicht-zylindrisch ist, sondern ausschließlich ebene Zellengehäuse-Wände aufweist.
- Erfindungsgemäß sind die beiden Anschlussschienen der Traktionsbatterie-Zelle im Querschnitt derart komplementär zueinander und hinterschnitten ausgebildet, dass sie unmittelbar formschlüssig und elektrisch widerstandsarm kontaktierend zusammensteckbar sind. Die Formschlüssigkeit bezieht sich hierbei auf die Raumrichtungen quer bzw. senkrecht zu der Schienen-Längsrichtung. Die anodische Anschlussschiene einer ersten Traktionsbatterie-Zelle und die kathodische Anschlussschiene einer benachbarten zweiten Traktionsbatterie-Zelle sind unmittelbar elektrisch miteinander verbindbar, so dass nur eine einzige Trennstelle und damit nur ein einziger Übergangswiderstand zwischen den Oberflächen der miteinander verbundenen Anschlussschienen vorliegt.
- Auf diese Weise werden insbesondere langfristig die elektrischen Verlustleistungen klein gehalten. Eine separate zusätzliche Stromschiene und entsprechende Befestigungselemente zur mechanischen und elektrischen Verbindung der Anschlussschienen zweier benachbarter Traktionsbatterie-Zellen ist nicht mehr erforderlich.
- Vorzugsweise weist die eine Anschlussschiene im Querschnitt einen konvexen und hinterschnitten Anschlusskörper-Kopf und weist die andere Anschlussschiene derselben Traktionsbatterie-Zelle im Querschnitt eine zu dem Anschlusskörper-Kopf komplementäre und konkave sowie hinterschnittene Hohlnut auf. Die beiden Anschlusskörper-Profile erstrecken sich in Schienenlängsrichtung über die gesamte Länge der betreffenden Anschlussschiene. Durch das Ineinandergreifen des Anschlusskörper-Kopfes und der komplementären Anschlusskörper-Hohlnut wird eine sehr großflächige Kontaktierung realisiert, die auch langfristig elektrisch widerstandsarm ist und bleibt. Ferner tritt durch kleine Relativbewegungen der beiden miteinander elektrisch verbundenen Anschlussschienen an den aneinander angrenzenden Grenzflächen Reibung auf, durch die gegebenenfalls Verschmutzungen und Beläge gelöst und entfernt werden, so dass der Übergangswiderstand an den Grenzflächen klein bleibt.
- Vorzugsweise ist die die Hohlnut bildende Anschlussschiene von einer Reihe von Federlamellen gebildet, die in Längsrichtung der Anschlussschiene aneinandergereiht sind und die in einer Querrichtung zu der Anschlussschienen-Längsrichtung leicht federnd ausgebildet sind. Jede Federlamelle umfasst vorgespannt beziehungsweise federnd den Anschlussschienen-Kopf, wobei die den Kopf aufweisende Anschlussschiene monolithisch ausgebildet ist. Die Federlamellen können in Längs- oder Querrichtung bzw. mit einer beliebigen Orientierung dazwischen oder einer beliebigen kontaktbildenden Materialstruktur ausgebildet sein.
- Vorzugsweise weist eine der beiden Anschlussschienen einen in Schienenlängsrichtung verlaufenden Kühlkanal auf, durch den die das betreffende Traktionsbatteriemodul durchströmende Kühlflüssigkeit, beispielsweise Öl, hindurchfließen kann. Alternativ kann ein beliebiger fester oder flüssiger thermischer Leiter oder ein innen durchströmter fester thermischer Leiter vorgesehen sein. Auf diese Weise können die beiden Anschlussschienen mehr oder weniger unmittelbar gekühlt werden. Besonders bevorzugt ist der Kühlkanal in der den Anschlusskörper-Kopf aufweisenden Anschlussschiene vorgesehen. Auf diese Weise kann der strukturell relativ stark isolierte Kopfbereich des betreffenden Anschlusskörpers innenseitig dennoch direkt und unmittelbar durch die Kühlflüssigkeit gekühlt werden.
- Vorzugsweise ist das Zellengehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei besonders bevorzugt die anodische Anschlussschiene an einer Zellengehäuse-Anschlussseite angeordnet ist, und die kathodische Anschlussschiene an einer gegenüberliegenden parallelen Zellengehäuse-Anschlussseite angeordnet ist. Auf diese Weise können nebeneinander angeordnete Traktionsbatterie-Zellen unmittelbar miteinander elektrisch verbunden werden, beispielsweise elektrisch in Reihe miteinander verbunden werden.
- Besonders bevorzugt ist das Zellengehäuse balkenartig langgestreckt ausgebildet, wobei die beiden Zellengehäuse-Anschlussseiten von den beiden kleinflächigen Stirnseiten des langgestreckten Zellengehäuses gebildet werden.
- Vorzugsweise ist an mindestens einer Anschlussseite eine Entgasungsöffnung vorgesehen, die zwischen einem Seitenrand der betreffenden Anschlussseite und der Anschlussschiene angeordnet ist, und zwar in gedachter Verlängerung der Anschlussschiene.
- Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle mit einer anodischen Anschlussschiene und einer kathodischen Anschlussschiene, die jeweils im Profil dargestellt sind, -
2 eine schematische perspektivische Darstellung der Endbereiche zweier Traktionsbatterie-Zellen vor einem Zusammenbau, und -
3 die beiden Traktionsbatterie-Zellen der2 im Profil im zusammengebauten Zustand. - In den Figuren ist jeweils eine Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle 10 dargestellt, die typischerweise in einem (nicht dargestellten) Traktionsbatteriemodul mit einer Vielzahl identischer Traktionsbatterie-Zellen 10 räumlich und elektrisch zusammengefasst wird, wobei die Traktionsbatterie-Zellen 10 in der Regel elektrisch in Reihe miteinander verschaltet sind. Eine Traktionsbatterie-Zelle 10 hat eine typische Zellenspannung von 1-6 V.
- Die Traktionsbatterie-Zelle 10 weist ein quaderförmiges und flüssigkeitsdichtes Zellengehäuse 20 auf, das balkenartig langgestreckt ausgebildet ist. Die beiden kleinflächigen Stirnseiten des Zellengehäuses 20 bilden zwei zueinander parallele und einander gegenüberliegende Zellengehäuse-Anschlussseiten 21,22. An der einen Anschlussseite 21 ist eine anodische Metall-Anschlussschiene 30 und an der anderen Anschlussseite 22 eine kathodische Metall-Anschlussschiene 40 vorgesehen, die die elektrische Verbindung des Zelleninneren nach außen herstellen. Die Längserstreckung Y der Anschlussschienen 30,40 verläuft jeweils parallel zu der größten Erstreckung Y der betreffenden Anschlussseiten 21,22.
- Die beiden Anschlussschienen 30,40 sind im Querschnitt komplementär zueinander und hinterschnitten ausgebildet, so dass sie unmittelbar formschlüssig und elektrisch kontaktierend zusammensteckbar sind, wie in der
3 dargestellt. Die anodische Anschlussschiene 30 weist einen im Querschnitt konvexen und hinterschnitten Anschlusskörper-Kopf 31 auf, der klemmend in der im Querschnitt hierzu komplementären konkaven und hinterschnittenen Hohlnut 41 der kathodischen Anschlussschiene 40 sitzt. Bezogen auf die beiden Raumachsen Z,X, die senkrecht zu der Längserstreckung Y der Anschlussschienen 30,40 stehen, ist auf diese Weise eine Unverlierbarkeit hergestellt. Die Außenumfangsfläche des Anschlusskörper-Kopfes 31 und die korrespondierende Innenumfangsfläche der Anschlusskörper-Hohlnut 41 sind über einen Umfang von mehr als 190° außen- bzw. innenzylindrisch ausgebildet. - In der den Anschlusskörper-Kopf 31 aufweisenden Anschlussschiene 30 ist ein in Anschlussschienen-Längsrichtung Y verlaufender durchgehender Kühlkanal 60 vorgesehen. Dieser Kühlkanal 60 kann im in einem Traktionsbatteriemodul verbauten Zustand der Traktionsbatterie-Zelle 10 von einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise von Öl, durchströmt werden, um auf diese Weise die betreffende Anschlussschiene 30 bzw. insbesondere den Anschlusskörper-Kopf 31 von innen zu kühlen.
- In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die die Hohlnut 41 bildende Anschlussschiene 40 von einer Reihe von Federlamellen 42 gebildet, die in Längsrichtung Y der Anschlussschiene 40 aneinandergereiht beziehungsweise gestapelt sind. Die Federlamellen 42 sind in einer Querrichtung Z zu der Anschlussschienen-Längsrichtung Y leicht federnd ausgebildet. Jede Federlamelle 42 umfasst federnd vorgespannt den Anschlussschienen-Kopf 31. Die den Kopf 31 aufweisende Anschlussschiene 30 ist monolithisch ausgebildet.
- In Verlängerung der Anschlussschienen 30,40 ist an der jeweiligen Anschlussseite 21,22 eine flüssigkeitsdichte aber gasdurchlässige Entgasungsöffnung 27,28 vorgesehen, die zwischen einem Seitenrand 23 der betreffenden Anschlussseite 21,22 und dem betreffenden Anschluss-Schienenkörper 30,40 angeordnet ist.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011109194 B4 [0003]
Claims (9)
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) mit einem flüssigkeitsdichten prismatischen Zellengehäuse (20), einer anodischen Anschlussschiene (30) und einer kathodischen Anschlussschiene (40) dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlussschienen (30,40) im Querschnitt derart komplementär zueinander und hinterschnitten ausgebildet sind, dass sie unmittelbar formschlüssig kontaktierend zusammensteckbar sind.
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach
Anspruch 1 , wobei die eine Anschlussschiene (30) im Querschnitt einen konvexen und hinterschnittenen Anschlusskörper-Kopf (31) und die andere Anschlussschiene (40) im Querschnitt eine hierzu komplementäre konkave und hinterschnittene Hohlnut (41) aufweist. - Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Anschlussschiene (30) einen in Schienenlängsrichtung (Y) verlaufenden Kühlkanal (60) aufweist.
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zellen (10) nach
Anspruch 3 , wobei der Kühlkanal (60) in der den Anschlusskörper-Kopf (31) aufweisenden Anschlussschiene (30) vorgesehen ist. - Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die die Hohlnut (41) bildende Anschlussschiene (40) von einer Reihe von Federlamellen (42) gebildet ist.
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Zellengehäuse (20) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zellen (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die anodische Anschlussschiene (30) an einer Zellengehäuse-Anschlussseite (21) und die kathodische Anschlussschiene (40) an einer gegenüberliegenden Zellengehäuse-Anschlussseite (22) angeordnet ist.
- Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach
Anspruch 7 , wobei das Zellengehäuse (20) langgestreckt ausgebildet ist, und wobei die beiden Zellengehäuse-Anschlussseiten (21,22) die beiden kleinflächigen Stirnseiten des langgestreckten Zellengehäuses (20) sind. - Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie-Zelle (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an mindestens einer Anschlussseite (21,22) eine Entgasungsöffnung (27,28) vorgesehen ist, die zwischen einem Seitenrand (23) der betreffenden Anschlussseite (21,22) und dem Anschluss-Schienenkörper (30,40) angeordnet ist.
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