DE102021130412B3 - Automotive traction battery cell assembly - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug- Traktionsbatteriezellen- Anordnung bestehend aus mindestens zwei identischen und zueinander benachbarten Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen (10), wobei jede Traktionsbatteriezelle (10) ein quaderförmiges Zellengehäuse (20) mit zwei zueinander parallelen und einander gegenüberliegenden Anschlusswänden (21,25) aufweist. Die eine Anschlusswand (21) weist einen anodischen Anschlusskörper (40) und die andere Anschlusswand (25) einen kathodischen Anschlusskörper (40`) auf, wobei die beiden Anschlusskörper (40,40`) symmetrisch zueinander ausgebildet sind, und wobei der anodische Anschlusskörper (40) der einen Traktionsbatteriezelle (10) elektrisch verbunden ist mit dem kathodischen Anschlusskörper (40`) der anderen Traktionsbatteriezelle (10).Jeder Anschlusskörper (40,40`) weist eine ebene Kontaktfläche (42,42`) parallel und beabstandet zu der betreffenden Anschlusswand (21,24) auf, wobei die beiden Kontaktflächen (42) der miteinander elektrisch verbundenen Anschlusskörper (40,40`) vollflächig aneinander anliegen. Jeder Anschlusskörper (40,40`) ist im Querschnitt keilförmig hinterschnitten ausgebildet. Die Kontaktfläche (42,42`) ist jeweils durch zwei Keilflächen (44) flankiert. Es ist eine in Draufsicht U-förmige Spannklammer (30) zum Verspannen der beiden aneinander anliegenden Anschlusskörper (40,40`) vorgesehen, wobei die zwei zueinander parallelen Klammerarme (34,34`) der Spannklammer (30) die Keilflächen (44) der Anschlusskörper (40,40`) formschlüssig umgreifen.Motor vehicle traction battery cell arrangement consisting of at least two identical and mutually adjacent motor vehicle traction battery cells (10), each traction battery cell (10) having a cuboid cell housing (20) with two mutually parallel and opposite connecting walls (21, 25). One connection wall (21) has an anodic connection body (40) and the other connection wall (25) has a cathodic connection body (40`), the two connection bodies (40, 40`) being designed symmetrically to one another, and the anodic connection body ( 40) one traction battery cell (10) is electrically connected to the cathodic connection body (40') of the other traction battery cell (10). Each connection body (40,40') has a flat contact surface (42,42') parallel to and spaced from the relevant Connection wall (21,24), the two contact surfaces (42) of the connection bodies (40,40`) which are electrically connected to one another resting against one another over their entire surface. Each connection body (40, 40') has a wedge-shaped undercut in cross section. The contact surface (42,42') is flanked by two wedge surfaces (44). A tension clamp (30), U-shaped in plan view, is provided for tensioning the two connecting bodies (40, 40`) lying against one another, the two parallel clamp arms (34, 34`) of the clamp (30) forming the wedge surfaces (44) of the Embrace the connection body (40,40`) in a form-fitting manner.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen-Anordnung, die aus mindestens zwei identischen und zueinander benachbarten sowie elektrisch miteinander verbundenen elektrischen Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen besteht.The invention relates to a motor vehicle traction battery cell arrangement which consists of at least two identical electric motor vehicle traction battery cells which are adjacent to one another and are electrically connected to one another.
In einem typischen Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriemodul sind mehrere Traktionsbatteriezellen räumlich und elektrisch 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 einzelne Traktionsbatteriezelle hat hierbei typischerweise eine Zellenspannung von 10 - 100 V.In a typical motor vehicle traction battery module, several traction battery cells are spatially and electrically combined, which are usually electrically connected to one another in series in order in this way to provide a high-voltage traction battery module with a module voltage of over 100 V to over 1000 V. Each individual traction battery cell typically has a cell voltage of 10 - 100 V.
Eine Traktionsbatteriezelle mit einem quaderförmigen Zellengehäuse erlaubt eine optimale Raumausnutzung innerhalb des Traktionsbatteriemoduls. Aus
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Traktionsbatteriezellen-Anordnung mit mindestens zwei Traktionsbatterien zu schaffen, die auf einfache Weise und langfristig zuverlässig elektrisch miteinander verbunden sind.The object of the invention is to create a traction battery cell arrangement with at least two traction batteries that are electrically connected to one another in a simple manner and reliably over the long term.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with a motor vehicle traction battery cell arrangement having the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen-Anordnung besteht aus mindestens zwei zueinander identischen und zueinander unmittelbar benachbarten Kraftfahrzeug-Traktionsbatteriezellen. Jede Traktionsbatteriezelle weist ein quaderförmiges Zellengehäuse mit zwei zueinander parallelen und einander gegenüberliegenden Anschlusswänden auf, wobei die eine Anschlusswand einen anodischen Anschlusskörper und die andere Anschlusswand einen kathodischen Anschlusskörper aufweist. Die beiden Anschlusswände des quaderförmigen Zellengehäuses können beispielsweise die kleinstflächigen Wände eines langgestreckten balkenförmigen Zellengehäuses sein, können jedoch grundsätzlich auch die Seitenwände bzw. die Decken- und die Bodenwand sein, jeweils bezogen auf die Einbaulage im einem Traktionsbatteriemodul, das aus einer Vielzahl von Traktionsbatteriezellen besteht.The motor vehicle traction battery cell arrangement according to the invention consists of at least two motor vehicle traction battery cells which are identical to one another and are directly adjacent to one another. Each traction battery cell has a cuboid cell housing with two mutually parallel and opposite connection walls, one connection wall having an anodic connection body and the other connection wall having a cathodic connection body. The two connecting walls of the cuboid cell housing can be, for example, the smallest-area walls of an elongated bar-shaped cell housing, but can in principle also be the side walls or the top and bottom walls, in each case based on the installation position in a traction battery module that consists of a large number of traction battery cells.
Die beiden Anschlusskörper einer Traktionsbatteriezelle sind symmetrisch zueinander ausgebildet, sind also im Prinzip identisch zueinander ausgebildet, jedoch entgegengesetzt zueinander orientiert. Der anodische Anschlusskörper der einen Traktionsbatteriezelle ist elektrisch verbunden mit dem kathodischen Anschlusskörper der benachbarten anderen Traktionsbatteriezelle.The two connection bodies of a traction battery cell are designed symmetrically to one another, that is to say they are designed identically to one another in principle, but are oriented in opposite directions to one another. The anodic terminal body of one traction battery cell is electrically connected to the cathodic terminal body of the adjacent other traction battery cell.
Jeder Anschlusskörper weist jeweils eine ebene Kontaktfläche parallel und beabstandet zu der betreffenden Anschlusswand auf, wobei die beiden Kontaktflächen der Anschlusskörper vollflächig aneinander anliegen, jedoch nicht miteinander verschweißt oder verklebt sind, also nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Mikroskopisch betrachtet können die beiden aneinander anliegenden Kontaktflächen sich also in der Konflikttaktflächen-Ebene zueinander bewegen. Vorzugsweise beträgt die Größe der Kontaktfläche mindestens 40 % der Fläche der betreffenden Anschlusswand, besonders bevorzugt mindestens 55%.Each connection body has a flat contact surface parallel to and spaced from the relevant connection wall, with the two contact surfaces of the connection body lying against one another over their entire surface, but not being welded or glued to one another, ie not connected to one another with a material bond. Viewed microscopically, the two adjacent contact surfaces can therefore move towards one another in the conflict clock surface plane. The size of the contact area is preferably at least 40% of the area of the connection wall in question, particularly preferably at least 55%.
Jeder Anschlusskörper ist im Querschnitt keilförmig hinterschnitten ausgebildet, wobei die Kontaktfläche jeweils durch zwei einander gegenüberliegende gleichwinklige Keilflächen flankiert ist, so dass auf diese Weise ein in der Verbindungstechnik sogenannter symmetrischer Zapfen gebildet ist. Die beiden Keilflächen sind nicht notwendigerweise exakt eben ausgebildet, sind bevorzugt jedoch eben ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der zwischen der Kontaktfläche und der Keilfläche eingeschlossene Keilwinkel zwischen 40° und 80°, besonders bevorzugt zwischen 63° und 77°.Each connection body has a wedge-shaped undercut in cross section, with the contact surface being flanked by two equiangular wedge surfaces lying opposite one another, so that what is known in connection technology as a symmetrical peg is formed in this way. The two wedge surfaces are not necessarily formed exactly flat, but are preferably formed flat. The wedge angle enclosed between the contact surface and the wedge surface is preferably between 40° and 80°, particularly preferably between 63° and 77°.
Zum Verspannen der beiden aneinander anliegenden Anschlusskörper bzw. der beiden aneinander anliegenden ebenen Kontaktflächen der Anschlusskörper ist eine in Draufsicht U-förmige Spannklammer vorgesehen, die zwei zueinander parallele Klammerarme aufweist, die die vier Keilflächen der zwei einander anliegenden Anschlusskörper formschlüssig umgreifen. Zur Montage ist die einseitig offene Spannklammer mit ihren Klammerarmen also parallel zu den Keilflächen aufgeschoben worden, so dass die beiden Kontaktflächen der beiden Anschlusskörper durch die Keilwirkung aufeinander geschoben werden. Die den Keilflächen zugewandten Innenseiten der Klammerarme sind im Wesentlichen komplementär zu der konvexen und vorzugsweise V-förmigen Ausstülpung geformt, die von den beiden aneinander angrenzenden Keilflächen der beiden Anschlusskörper jeweils gebildet sind.To clamp the two abutting connector bodies or the two abutting flat contact surfaces of the connector bodies, a U-shaped clamp is provided in plan view, which has two clamp arms that are parallel to one another and grip the four wedge surfaces of the two abutting connector bodies in a form-fitting manner. For assembly, the clamp arms, which are open on one side, have been pushed on parallel to the wedge surfaces, so that the two contact surfaces of the two connection bodies are connected by the wedge can be pushed on top of each other. The inner sides of the clamp arms facing the wedge surfaces are shaped essentially complementary to the convex and preferably V-shaped protuberance that is formed by the two adjoining wedge surfaces of the two connection bodies.
Die auf diese Weise hergestellte rein formschlüssige Zapfenverbindung ist in der Montage sehr einfach handhabbar, ist kompakt, ist elektrisch ausgesprochen vibrationstolerant und bietet zudem die Möglichkeit, defekte Traktionsbatteriezellen in einem Traktionsbatteriemodul relativ einfach austauschen zu können. Abhängig von der mechanischen Steifigkeit der Spannklammer und von den gewählten Keilwinkeln kann dauerhaft eine sehr hohe Normalkraft generiert werden, mit der die beiden Anschlusskörper-Kontaktflächen dauerhaft aufeinandergedrückt werden.The purely form-fitting pin connection produced in this way is very easy to handle during assembly, is compact, is extremely vibration-tolerant electrically and also offers the possibility of being able to replace defective traction battery cells in a traction battery module relatively easily. Depending on the mechanical rigidity of the clamp and the selected wedge angles, a very high normal force can be generated over the long term, with which the two connecting body contact surfaces are permanently pressed together.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die den Anschlusskörper-Keilflächen zugewandte Seite der Klammerarme im Querschnitt exakt V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden die V-Nut bildenden zueinander angewinkelten Klemmflächen spiegelsymmetrisch zur Ebene der Kontaktflächen stehen. Die vollsymmetrische Gestaltung sowohl der beiden Anschlusskörper jeder Traktionsbatteriezelle als auch der Klemmflächen der Klammerarme erlaubt sowohl eine elektrisch parallele als auch alternativ eine elektrisch serielle Verschaltung der beiden Traktionsbatteriezellen miteinander.It is preferably provided that the side of the clamp arms facing the wedge surfaces of the connecting body has an exactly V-shaped cross-section, the two clamping surfaces forming the V-groove being angled towards one another and being mirror-symmetrical to the plane of the contact surfaces. The fully symmetrical design of both the connection bodies of each traction battery cell and the clamping surfaces of the clamp arms allows both an electrically parallel and alternatively an electrically serial connection of the two traction battery cells to one another.
Vorzugsweise weist mindestens eine der Anschlusswände einer Traktionsbatteriezelle eine Entgasungsmembran auf, die ungefähr in der Ebene der betreffenden Anschlusswand liegt. Die Spannklammer weist eine die beiden Klammerarme verbindende Klammerbasis auf, die flächenmäßig so groß ist, dass sie die betreffende Entgasungsmembran vollständig bedeckt, jedoch nicht notwendigerweise direkt an ihr anliegt. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Entgasungs-Impuls sich unmittelbar auf die benachbarte Traktionsbatteriezelle auswirkt. Ein pneumatisches Übersprechen wird verhindert.Preferably, at least one of the connection walls of a traction battery cell has a degassing membrane, which lies approximately in the plane of the relevant connection wall. The clamp has a clamp base that connects the two clamp arms and is so large in terms of area that it completely covers the degassing membrane in question, but does not necessarily lie directly against it. This prevents a degassing impulse from directly affecting the neighboring traction battery cell. Pneumatic crosstalk is prevented.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht I-I auf eine Traktionsbatteriezellen-Anordnung aus zwei elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen, deren elektrische Anschlusskörper durch eine Spannklammer mechanisch miteinander verbunden sind, -
2 einen vertikalen Längsschnitt II-II der Traktionsbatteriezellen-Anordnung der1 in einem Traktionsbatterie-Modul, -
3 eine perspektivische Ansicht der Anschlusswand einschließlich des Anschlusskörpers der Traktionsbatteriezelle der1 und2 , und -
4 die U-förmige Spannklammer zum Verspannen der beiden Anschlusskörper der Traktionsbatteriezellen der1 und2 .
-
1 a top view II of a traction battery cell arrangement consisting of two battery cells electrically connected to one another, whose electrical connection bodies are mechanically connected to one another by a clamp, -
2 a vertical longitudinal section II-II of the traction battery cell arrangement1 in a traction battery module, -
3 a perspective view of the connection wall including the connection body of the traction battery cell1 and2 , and -
4 the U-shaped clamp for clamping the two connection bodies of the traction battery cells1 and2 .
In der
Jede Traktionsbatteriezelle 10 weist ein quaderförmiges und flüssigkeitsdichtes Zellengehäuse 20 auf, das balkenartig langgestreckt ausgebildet ist. Das rechteckige Zellengehäuse 20 wird von einer Bodenwand 22, einer Deckenwand 26, zwei Seitenwänden 23,24 sowie zwei die Gehäuse-Stirnwände bildenden und im Verhältnis zu den anderen Gehäusewänden 22,23,24,26 kleinflächigen Anschlusswänden 21,25 gebildet. Innerhalb des Zellengehäuses 20 ist jeweils ein Einzelzellen-Stapel 70 angeordnet.Each
An der anodischen Anschlusswand 21 ist ein erhabener anodischer Metall-Anschlusskörper 40 und an der kathodischen Anschlusswand 25 ist ein erhabener kathodischer Metall- Anschlusskörper 40' angeordnet. Die beiden Anschlusskörper 40,40` sind elektrisch direkt mit dem Einzelzellen-Stapel 70 verbunden. Die beiden zueinander identischen Anschlusskörper 40,40' haben in Draufsicht, wie in
Die Anschlusskörper-Kontaktfläche 42,42` ist jeweils von zwei Keilflächen 44 symmetrisch flankiert, die jeweils mit der Kontaktfläche 42,42` einen Keilwinkel von ca. 75° einschließt. Unterhalb des Anschlusskörpers 40,40` ist in der Anschlusswand 21,25 jeweils eine gasdurchlässige Entgasungsmembran 50,50' angeordnet, durch die hindurch unter Druck stehendes Gas aus dem Zellengehäuse 20 austreten kann. Die beiden mit ihren Kontaktflächen 42,42` aneinander anliegenden Anschlusskörper 40,40` werden durch eine in Draufsicht U-förmige Spannklammer 30 in Längsrichtung X miteinander verspannt, so dass die beiden Kontaktflächen 42,42` in Längsrichtung aufeinander gedrückt werden.The connector
Die Spannklammer 30 ist insbesondere in der
Zur Verstärkung der Klemmkräfte können zusätzlich noch Federelemente oder Keile eingebracht werden, beispielsweise, um Fertigungstoleranzen auszugleichen.Spring elements or wedges can also be introduced to increase the clamping forces, for example to compensate for manufacturing tolerances.
Wie in der
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