DE102021201288A1 - Batteriesystem, Modul-Verbinder und Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls aus einem Batteriesystem - Google Patents

Batteriesystem, Modul-Verbinder und Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls aus einem Batteriesystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit zumindest zwei Zellmodulen (3), die jeweils eine Anzahl von Batteriezellen (7) aufweisen, und mit zumindest einem Modul-Verbinder (5), der die beiden Zellmodule (3) elektrisch miteinander verschaltet. Erfindungsgemäß ist der Modul-Verbinder (5) zweiteilig aufgebaut, und zwar mit einem, an einer Kontaktstelle (11), insbesondere Modulterminal, des ersten Zellmoduls (3) angebundenen Verbinder-Segment (9) und mit einem, an einer Kontaktstelle (11), insbesondere Modulterminal, des zweiten Zellmoduls (3) angebundenen Verbinder-Segment (9), wobei die beiden Verbinder-Segmente (9) an einer, zum Beispiel im Servicefall, zerstörungsfrei lösbaren Fügestelle (F) miteinander elektrisch verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, einen Modul-Verbinder gemäß dem Anspruch 9 sowie ein Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls aus einem Batteriesystem nach dem Anspruch 10.
  • Ein gattungsgemäßes Batteriesystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug weist Zellmodule auf, in denen jeweils Batteriezellen angeordnet sind. In jedem Zellmodul sind Stromsammelschienen vorgesehen, die die Zellen elektrisch miteinander verbinden. Die Stromsammelschienen der Zellmodule sind über einen Modul-Verbinder elektrisch miteinander verbunden.
  • Im Stand der Technik ist ein solcher Modul-Verbinder ohne Trennstellen (zum Beispiel Lammellenverbinder sind Pakete aus mehreren Lagen, also nicht einteilig und Stand der Technik) ausgeführt und auf Modulterminals der Zellmodule geschweißt und somit unlösbar an den Modulterminals der Zellmodule oder Zellpol bzw. Sammelschiene im Modul angebunden. Ein defektes Zellmodul kann daher nicht zerstörungsfrei von dem Modul-Verbinder beziehungsweise dem noch intakten Zellmodul gelöst werden. Dies hat den Nachteil, dass der Austausch eines defekten Zellmoduls im Servicefall arbeitsaufwendig ist.
  • Aus der US 2015/0140409 A1 sind ein Stromspeichermodul und eine Stromspeicherzelle bekannt. Die EP 1 333 511 A2 offenbart ein Stromwellengerät.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Batteriesystem, einen Modul-Verbinder und ein Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls aus einem Batteriesystem bereitzustellen, die den Austausch eines defekten Zellmoduls im Servicefall schnell und kostengünstig ermöglicht.
  • Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der Modul-Verbinder zweiteilig aufgebaut. Der Modul-Verbinder weist ein an einer Kontaktstelle, insbesondere Modulterminal, des ersten Zellmoduls angebundenes Verbinder-Segment sowie ein an einer Kontaktstelle des zweiten Zellmoduls angebundenes Verbinder-Segment auf. Die beiden Verbinder-Segmente sind an einer, zum Beispiel im Servicefall, zerstörungsfrei lösbaren Fügestelle miteinander elektrisch verbunden. Zum Austausch eines defekten Zellmoduls ist es daher ausreichend, die beiden Verbinder-Segmente an der Fügestelle voneinander zu lösen. Dies hat den Vorteil, dass die Verbinder automatisiert und auf kostengünstige Weise auf die Kontaktstellen, insbesondere auf die Modulterminals, der Zellmodule geschweißt werden können und trotzdem jederzeit ein Austausch eines defekten Zellmoduls durch Lösen der Verbinder-Segmente an der Fügestelle ermöglicht ist. Ein Zerstören der Schweißverbindung zwischen den Verbinder-Segmenten und den Kontaktstellen ist für den Austausch nicht erforderlich.
  • Bevorzugt können die beiden Verbinder-Segmente an der Fügestelle über eine lösbare Klemmverbindung, und/oder eine Schraubverbindung und/oder eine Steckverbindung miteinander verbunden sein. Insbesondere die Schraubverbindung hat dabei den Vorteil, dass sie einfach zu demontieren ist.
  • Besonders bevorzugt kann die Schraubverbindung mit einem Schraubbolzen ausgebildet sein, dessen Bolzenschaft mit einer Schraubmutter zusammenwirkt. In der Schraubverbindung können daher die Verbinder-Segmente zwischen dem Bolzenkopf des Schraubbolzens und der Schraubmutter, insbesondere unter Einwirkung der durch die Schraubverbindung erzeugten Spannkraft, verspannt und somit kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Durch Vorgabe unterschiedlicher Soll-Drehmomente kann die Spannkraft und damit die Festigkeit der Kraftschlussverbindung eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Schraubverbindung auf einfache Weise an unterschiedliche Belastungen, insbesondere bei unterschiedlich dimensionierten Batteriesystemen angepasst werden kann.
  • In einer konkreten Ausführungsform können die Verbinder-Segmente zueinander überlappungsfrei angeordnet sein, und zwar unter Bildung einer Bolzendurchführung zwischen Fügerändern der beiden Verbinder-Segmente, durch die der Bolzenschaft des Schraubbolzens geführt ist. Das heißt, dass die Verbinder-Segmente sich in einer Fügeebene erstrecken und sich an den Fügerändern stirnseitig gegenüberliegen und voneinander beabstandet angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass nicht gesondert eine Bolzendurchführung beispielsweise durch Anbohren der Verbinder-Segmente geschaffen werden muss.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Fügerand des jeweiligen Verbinder-Segments eine in Richtung eines gegenüberliegenden Verbinder-Segments offene sowie bevorzugt halbkreisförmige Aussparung aufweisen. Die Aussparung ist quer zur Schraubachse beidseitig von Randflanken begrenzt, wobei insbesondere im Zusammenbauzustand die einander gegenüberliegenden Randflanken der Verbinder-Segmente in Stoßverbindung sind oder geringfügig voneinander beabstandet sind. Dadurch weist die Bolzendurchführung einen im Wesentlichen durchgängig unterbrechungsfreien Öffnungsrand auf und die Verbinder-Segmente können im Bereich der Fügestelle auf Stoß oder mit nur einem geringen Spalt zueinander positioniert werden. Die Bolzendurchführung wird in diesem Fall mehrheitlich von den Aussparungen bereitgestellt. Dadurch reduziert sich der erforderliche Bauraum zur elektrischen Verschaltung benachbarter Zellmodule, in dem die Verbinder-Segmente unter Nutzung der Aussparung zur Bildung der Bolzendurchführung näher zusammengeschoben werden können. Außerdem reduzieren sich die Bauteilkosten (Kupfer=teuer) und es kann unabhängig vom benachbarten Modul de-/montiert werden.
  • Bevorzugt können die Verbinder-Segmente als Gleichteile gefertigt sein. Dies hat den Vorteil, dass bei der Teileversorgung für die Montage des Batteriesystems alle Verbinder-Segmente gleich behandelt werden können, wodurch sich der Logistikaufwand reduziert. Variantenreduzierung führt auch zu geringerem Betreuungsaufwand (Datenpflege, Qualitätssicherung)
  • Besonders bevorzugt kann die Fügestelle zusätzlich zur Schraubverbindung zumindest ein Sicherungselement aufweisen, das bei einer Zugbelastung der Verbinder-Segmente quer zur Schraubachse, das heißt insbesondere in der Fügeebene, ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbinder-Segmente aus der Schraubverbindung unterbindet. Die Zugbelastung wird somit nicht allein von Schraubverbindung, sondern auch anteilig durch das Sicherungselement aufgenommen. Dies hat den Vorteil, dass beim Einsatz eines Sicherungselements die Schraubverbindung kleiner dimensioniert werden kann, oder dass das zur Herstellung der Schraubverbindung aufzubringende Drehmoment geringer gewählt werden kann.
  • In einer konkreten Ausführungsform kann das Sicherungselement ein Sicherungsbügel sein, der mit Gegenkonturen der beiden Verbinder-Segmente in Formschlussverbindung bringbar ist. Somit ergibt sich eine Kraftschluss- und Formschlussverbindung, die im Vergleich zu einer reinen Schraubverbindung eine höhere Verbindungsfestigkeit aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sicherungsbügel am Bolzenkopf, insbesondere an der Bolzenkopf-Unterseite, materialeinheitlich und/oder einstückig angeformt sein. Der Sicherungsbügel bildet somit zusammen mit dem Schraubbolzen ein Integralbauteil. Dadurch ist die Montage der Schraubverbindung vereinfacht, da der Sicherungsbügel nicht zusätzlich zum Schraubbolzen der Schraubverbindung hinzugefügt werden muss, sondern bereits beim Einsetzen des Schraubbolzens mit bereitgestellt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann jedes Verbinder-Segment ein insbesondere leistenförmiges Blechteil sein. Insbesondere eine schmale Quer-Blechkante des leistenförmigen Blechteils kann dabei den Fügerand bilden und an zumindest einer Längs-Blechkante des leistenförmigen Blechteils kann die mit dem Sicherungsbügel zusammenwirkende Gegenkontur ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann insbesondere der Sicherungsbügel die Längs-Blechkante umgreifen. Dadurch, dass die Gegenkontur bei dieser Ausführungsform unmittelbar durch die Verbinder-Segmente bereitgestellt wird, kann auf zusätzliche Bauteile, die insbesondere die Montage der Schraubverbindung erschweren würden, verzichtet werden.
  • Bevorzugt können die Batteriezellen in jedem Zellmodul über zumindest eine Stromsammelschiene miteinander elektrisch verschaltet sein, wobei die Stromsammelschiene mit der Zellmodul-Kontaktstelle elektrisch verbunden ist. Somit ist nicht jede Batteriezelle einzeln mit der Zellmodul-Kontaktstelle verbunden. Stattdessen sind sämtliche Zellmodule mittels der Stromsammelschiene mit der Zellmodul-Kontaktstelle elektrisch verbunden. Dies hat den Vorteil, dass derartige Zellmodule besonders bauraumgünstig herstellbar sind.
  • In einer konkreten Ausführungsform können die jeweiligen Verbinder-Segmente über eine Schweißverbindung an die zugeordnete Zellmodul-Kontaktstelle angebunden sein. Wie bereits oben erwähnt, ist eine solche Schweißverbindung leicht zu automatisieren und daher kostengünstig herzustellen. Alternativ zu der Schweißverbindung kann das Verbinder-Segment und die Stromsammelschiene auch materialeinheitlich als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass auf die ansonsten erforderliche Schweißverbindung verzichtet werden kann. Der Herstellaufwand des Batteriesystems wird somit reduziert.
  • Bevorzugt kann in der Schraubverbindung eine, insbesondere elastisch nachgiebige Unterlegscheibe vorgesehen sein, die zwischen der Schraubmutter und den Verbinder-Segmenten angeordnet ist. Insbesondere mittels der Unterlegscheibe wird eine vergleichmäßigte Spannkraft-Einleitung von der Schraubmutter in die Verbinder-Segmente gewährleistet. Dies hat den Vorteil, dass gegenüber einer Schraubverbindung ohne Unterlegscheibe bei gleicher Spannkraft die Festigkeit der Kraftschlussverbindung zwischen den Verbinder-Segmenten erhöht ist. Eine weitere Funktion der Unterlegscheibe besteht darin, dass diese Setzkraftverluste in der Schraubverbindung kompensiert. Insbesondere für den Fall, dass Teile der Schraubverbindung und/oder die Verbinder-Segmente aus Aluminium gefertigt sind, ergibt sich durch die Kompensation der Setzkraftverluste eine zuverlässige und haltbare Kraftschlussverbindung an der Fügestelle.
  • Besonders bevorzugt können die an der Fügestelle miteinander verbundenen Verbinder-Segmente beim Batterie-Zusammenbau als eine Vormontageeinheit bereitgestellt werden. Somit entfällt das Setzen der Schraubverbindung an der Fügestelle bei bereits montierten Zellmodulen. Dies hat den Vorteil, dass die Schraubverbindung bereits außerhalb eines Batteriegehäuses des Batteriesystems fertig ausgebildet werden kann und aufwändige Montagearbeiten zwischen den bereits montierten Zellmodulen entfallen können. Die so hergestellte Vormontageeinheit kann bevorzugt in einem Schweißprozess an die Zellmodul-Kontaktstellen angebunden werden. Wie bereits zuvor erwähnt, ist ein derartiger Schweißprozess einfach zu automatisieren, so dass die Vormontageeinheit kostengünstig an die Zellmodul-Kontaktstellen angebunden werden kann.
  • Sowohl die Teile der Schraubverbindung als auch die Verbinder-Segmente können bevorzugt aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Im Vergleich zu einer Herstellung derselben Teile aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ergibt sich eine erhebliche Kostenersparnis.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls aus einem Batteriesystem. Bei diesem Verfahren ist das defekte Zellmodul über einen herkömmlichen, das heißt einteiligen Modul-Verbinder mit einem funktionsfähigen Zellmodul elektrisch verschalten. Um dennoch einen Austausch zu ermöglichen, wird in einem ersten Prozessschritt der einteilige Verbinder durchtrennt und das defekte Zellmodul entnommen. In einem zweiten Prozessschritt wird das am funktionsfähigen Zellmodul verbleibende Verbinder-Reststück bearbeitet, und zwar bevorzugt unter Bildung eines Fügerands, einschließlich Aussparung sowie Randflanken und/oder einer Gegenkontur. An dem funktionsfähigen Zellmodul ist somit ein Verbinder-Segment erzeugt worden, welches im Bereich der Fügestelle mit dem bereits oben beschriebenen Verbinder-Segment übereinstimmt. In einem dritten Prozessschritt wird daher anschließend ein neues Zellmodul mit einem Verbinder-Segment eines Modul-Verbinders gemäß den oben genannten Ausführungen in das Batteriesystem eingesetzt. Anschließend werden in einem vierten Prozessschritt das Verbinder-Reststück und das Verbinder-Segment der beiden Zellmodule miteinander unter Bildung der Schraubverbindung verbunden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass auch bei einteiligen Modul-Verbindern, die insbesondere an den Zellmodul-Kontaktstellen verschweißt sind, der Austausch eines defekten Zellmoduls vereinfacht ist.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer schematischen Seitenansicht ein Batteriesystem, bei dem zwei Zellmodule mittels eines zweiteiligen Modul-Verbinders elektrisch miteinander verschalten sind;
    • 2 eine Ansicht entsprechend der 1 mit von den Zellmodulen gelöstem Modul-Verbinder;
    • 3 der Modul-Verbinder in einer Explosionsdarstellung;
    • 4 in einer Ansicht von oben die Schraubverbindung an der Fügestelle gemäß dem in der 1 eingezeichneten Schnittverlauf A-A;
    • 5 in einer Seitenschnittansicht ein Batteriesystem, bei dem die Verbinder-Segmente mit den Stromsammelschienen der Zellmodule materialeinheitlich und als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind; und
    • 6 bis 9 in einer Seitenschnittansicht Prozessschritte eines Verfahrens zum Austausch eines defekten Zellmoduls.
  • In der 1 ist ein Batteriesystem 1 dargestellt, bei dem zwei Zellmodule 3 über einen zweiteiligen Modul-Verbinder 5 elektrisch miteinander verschaltet sind. In jedem Zellmodul 3 ist eine Anzahl von Batteriezellen 7 aufgenommen. Der Modul-Verbinder 5 weist zwei als Gleichteile ausgebildete Verbinder-Segmente 9 auf, die an einer Fügestelle F elektrisch miteinander verbunden sind. Jedes der Verbinder-Segmente 9 ist an einem der Fügestelle F abgewandten Ende in Schweißverbindung mit einer Kontaktstelle 11 (siehe auch 2), insbesondere einem Modulterminal, des Zellmoduls 3. An der Fügestelle F sind die Verbinder-Segmente 9 mittels einer Schraubverbindung verbunden.
  • Der Aufbau der Fügestelle F ist anhand der 3 ersichtlich. Die Schraubverbindung weist einen Schraubbolzen 12 auf, der durch einen Bolzenschaft 13 und einen sich daran materialeinheitlich und einstückig anschließenden Bolzenkopf 15 gebildet ist. Zusätzlich weist die Schraubverbindung eine Unterlegscheibe 17 und eine Schraubmutter 19 auf. Wie anhand der 1 ersichtlich ist, sind die Verbinder-Segmente 9 im montierten Zustand der Schraubverbindung zwischen dem Bolzenkopf 15 und der Schraubmutter 19 unter Einwirkung einer durch die Schraubverbindung aufgebrachten Spannkraft verspannt, das heißt in Kraftschlussverbindung. Hierbei ist für eine vergleichmäßigte Einleitung der durch die Schraubverbindung aufgebrachten Spannkraft zwischen der Schraubmutter 19 und den Verbinder-Segmenten 9 die Unterlegscheibe 17 zwischengelegt.
  • Wie dies anhand der 3 ersichtlich ist, sind die Verbinder-Segmente 9 als leistenförmige Blechteile mit einer schmalen Quer-Blechkante 21 und zwei Längs-Blechkanten 23 ausgebildet. Die Quer-Blechkante 21 bildet jeweils einen Fügerand der Verbinder-Segmente 9 aus. In der 1 ist dargestellt, dass die Verbinder-Segmente 9 in der Fügestelle F unter Bildung einer Bolzendurchführung B überlappungsfrei zueinander angeordnet. Das heißt, dass die Verbinder-Segmente 9 in einer Fügeebene E (siehe 3) liegen und im Bereich der Fügestelle F voneinander beabstandet sind, so dass sich zwischen den Quer-Blechkanten 23 der Verbinder-Segmente 9 eine Bolzendurchführung B ausbildet, durch die der Bolzenschaft 13 hindurchgeführt ist.
  • In der 4 ist die Schnittansicht entlang einer in der 1 angedeuteten Schnittebene A-A dargestellt. An den Quer-Blechkanten 21 der Verbinder-Segmente 9 ist jeweils eine halbkreisförmige Aussparung 23 vorgesehen. Die Aussparung 23 ist, quer zur Schraubachse S (siehe 3), beidseitig von Randflanken 27 begrenzt.
  • An dem Bolzenkopf 15 sind Sicherungsbügel 29 materialeinheitlich und einstückig angeformt. Die Sicherungsbügel 29 sind in Eingriff mit Gegenkonturen 31, die mit dem Sicherungsbügel 29 zusammenwirken, und die an den Längs-Blechkanten 23 der Verbinder-Segmente 9 ausgebildet sind. Durch das Zusammenwirken der Sicherungsbügel 29 mit den Gegenkonturen 31 sind die Verbinder-Segmente 9 mittels der Sicherungsbügel in Formschluss gebracht. Bei einer Zug-Belastung Fz, quer zur Schraubachse S (siehe 3), auf die Verbinder-Segmente 9 werden diese nicht nur durch die von der Schraubverbindung bereitgestellte Kraftschlussverbindung, sondern zusätzlich auch mittels der durch den Eingriff der Sicherungsbügel 29 in die Gegenkonturen 31 bereitgestellten Formschlussverbindung zusammen gehalten. Ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbinder-Segmente 9 aus der Schraubverbindung ist dadurch unterbunden.
  • In der 2 ist der Modul-Verbinder 5 als eine Vormontageeinheit ausgebildet, die vor dem Verschalten der Zellmodule 3 vormontiert wird. Hierzu werden, wie dies anhand der 3 ersichtlich ist, zunächst die beiden Verbinder-Segmente 9 unter Bildung der Bolzendurchführung B zueinander positioniert. Anschließend wird der Schraubbolzen 12 (siehe 1) mit dem Bolzenschaft 13 in die Bolzendurchführung B eingeführt, so dass der Sicherungsbügel 29 in die Gegenkonturen 31 an den Verbinder-Segmente 9 eingreift. Anschließend wird an der dem Bolzenkopf 15 abgewandten Seite der Verbinder-Segmente 9 die Unterlegscheibe 17 auf den Bolzenschaft 13 aufgesteckt. Hierbei greift der Sicherungsbügel 29 auch in die an der Unterlegscheibe 17 vorgesehenen Gegenkonturen 31 ein. Unter Einwirkung der Zug-Belastung Fz bildet sich daher nicht nur ein Lastpfad, der sich zwischen den Verbinder-Segmenten 9 über den Bolzenkopf 15 erstreckt, sondern auch ein weiterer Lastpfad zusätzlich aus, der sich zwischen den Verbinder-Segmenten 9 über die Unterlegscheibe 17 erstreckt.
  • Anschließend wird die Schraubmutter 19 auf den Bolzenschaft 13 geschraubt, und zwar unter Verspannung der Verbinder-Segmente 9 zwischen dem Bolzenkopf 15 und der Schraubmutter 19. Die auf diese Weise hergestellte Vormontageeinheit wird, wie dies anhand der 2 ersichtlich ist, mit den jeweiligen Verbinder-Segmenten 9 auf die Kontaktstellen 11 der Zellmodule 3 geschweißt.
  • Wie dies anhand der 1 ersichtlich ist, sind die Batteriezellen 7 in den Zellmodulen 3 über jeweils eine Stromsammelschiene 33 elektrisch miteinander verschalten. Darüber hinaus sind die Stromsammelschienen 33 elektrisch mit den Kontaktstellen 11 verbunden, so dass sich nach dem Aufschweißen der Vormontageeinheit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Stromsammelschienen 33 der Zellmodule 3 ergibt.
  • Bei dem in der 5 dargestellten Batteriesystem 1 sind die Verbinder-Segmente 9 materialeinheitlich und als gemeinsames Bauteil mit den Stromsammelschienen 33 ausgebildet. Im Vergleich zu dem in der 1 dargestellten Batteriesystem 1 sind daher keine Schweißverbindungen zwischen den Verbinder-Segmenten 9 und den Kontaktstellen 11 erforderlich, so dass der Prozessschritt des Aufschweißens entfallen kann.
  • Nachfolgend ist anhand der 6 bis 9 ein Verfahren dargestellt, mittels dem ein Austausch eines defekten Zellmoduls 3 in dem Batteriesystem 1 ermöglicht ist. Bei diesem Verfahren wird von einem Batteriesystem 1 ausgegangen, bei dem Zellmodule 3 mittels eines einteiligen Modul-Verbinders 5 elektrisch verschaltet sind. Der einteilige Modul-Verbinder 5 ist hierzu auf die Kontaktstellen 11 der Zellmodule 3 geschweißt, das heißt unlösbar verbunden. Folglich kann der Modul-Verbinder 5 an den Kontaktstellen 11 nicht zerstörungsfrei gelöst werden.
  • Um im Servicefall den Austausch eines defekten Zellmoduls 3 zu ermöglichen, wird in einem ersten Prozessschritt der Modul-Verbinder 5 an einer Trennstelle T mittels eines Trennwerkzeuges 35 durchtrennt (siehe 6). Anschließend wird das defekte Zellmodul 3 (rechts dargestellt) entnommen, wie dies anhand der 7 dargestellt ist. In der 8 ist nun der zweite Prozessschritt dargestellt, bei dem an dem funktionsfähigen Zellmodul 3 (links dargestellt) ein Verbinder-Reststück 37 verblieben ist. Das Verbinder-Reststück 37 wird anschließend im Bereich der Trennstelle T so bearbeitet, dass das Verbinder-Reststück 37 im Bereich der Trennstelle T dieselbe Geometrie und Kontur aufweist wie das Verbinder-Segment 9. Das heißt, dass auch das Verbinder-Reststück 37 die Aussparung 25, die Randflanken 27 und die Gegenkonturen 31 aufweist.
  • Nach der Umarbeitung des Verbinder-Reststücks 37 wird in einem dritten Prozessschritt ein neues Zellmodul 3 (rechts dargestellt, siehe 8) in das Batteriesystem 1 eingesetzt, das ein Verbinder-Segment 9 aufweist. Das neue Zellmodul 3 wird so in dem Batteriesystem 1 positioniert, dass die Aussparungen 24 in dem Verbinder-Reststück 37 und dem Verbinder-Segment 9 die Bolzendurchführung B ausbilden. In einem vierten Prozessschritt, wie dies anhand der 9 ersichtlich ist, wird an der Fügestelle F die Schraubverbindung hergestellt, und zwar unter Verspannung des Verbinder-Reststückes 37 und des Verbinder-Segments 9 zwischen der Schraubmutter 19 und dem Bolzenkopf 15.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Batteriesystem
    3
    Zellmodul
    5
    Modul-Verbinder
    7
    Batteriezelle
    9
    Verbinder-Segment
    11
    Kontaktstelle
    12
    Schraubbolzen
    13
    Bolzenschaft
    15
    Bolzenkopf
    17
    Unterlegscheibe
    19
    Schraubmutter
    21
    Quer-Blechkante
    23
    Längs-Blechkante
    25
    Aussparung
    27
    Randflanke
    29
    Sicherungsbügel
    31
    Gegenkontur
    33
    Stromsammelschiene
    35
    Trennwerkzeug
    37
    Verbinder-Reststück
    B
    Bolzendurchführung
    E
    Fügeebene
    F
    Fügestelle
    Fz
    Zug-Belastung
    S
    Schraubachse
    T
    Trennstelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015/0140409 A1 [0004]
    • EP 1333511 A2 [0004]

Claims (10)

  1. Batteriesystem insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit zumindest zwei Zellmodulen (3), die jeweils eine Anzahl von Batteriezellen (7) aufweisen, und mit zumindest einem Modul-Verbinder (5), der die beiden Zellmodule (3) elektrisch miteinander verschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Modul-Verbinder (5) zweiteilig aufgebaut ist mit einem, an einer Kontaktstelle (11), insbesondere Modulterminal, des ersten Zellmoduls (3) angebundenen Verbinder-Segment (9) und mit einem, an einer Kontaktstelle (11), insbesondere Modulterminal, des zweiten Zellmoduls (3) angebundenen Verbinder-Segment (9), und dass die beiden Verbinder-Segmente (9) an einer, zum Beispiel im Servicefall, zerstörungsfrei lösbaren Fügestelle (F) miteinander elektrisch verbunden sind.
  2. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbinder-Segmente (9) an der Fügestelle (F) über eine lösbare Klemmverbindung, Schraubverbindung und/oder Steckverbindung miteinander verbunden sind, und/oder dass die Schraubverbindung mit einem Schraubbolzen (12) ausgebildet ist, dessen Bolzenschaft (13) mit einer Schraubmutter (19) zusammenwirkt, und dass in der Schraubverbindung die Verbinder-Segmente (9) zwischen dem Bolzenkopf (15) des Schraubbolzens (12) und der Schraubmutter (19) verspannt sind.
  3. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbinder-Segmente (9) zueinander überlappungsfrei angeordnet sind, und zwar unter Bildung einer Bolzendurchführung (B) zwischen Fügerändern der beiden Verbinder-Segmente (9), durch die der Bolzenschaft (13) des Schraubbolzens (12) geführt ist.
  4. Batteriesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Bolzendurchführung (B) der Fügerand (21) des jeweiligen Verbinder-Segments (9) eine in Richtung eines insbesondere gegenüberliegenden Verbinder-Segments (9) offene sowie bevorzugt halbkreisförmige Aussparung (25) aufweist, die quer zur Schraubachse (S) beidseitig von Randflanken (27) begrenzt ist, und dass insbesondere im Zusammenbauzustand die einander gegenüberliegenden Randflanken (27) der Verbinder-Segmente (9) in Stoßverbindung sind oder geringfügig voneinander beabstandet sind, so dass die Bolzendurchführung (B) einen im Wesentlichen durchgängig unterbrechungsfreien Öffnungsrand aufweist.
  5. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (F) zusätzlich zur Schraubverbindung zumindest ein Sicherungselement (29) aufweist, das bei einer Zugbelastung (Fz) der Verbinder-Segmente (9) quer zur Schraubachse (S) ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbinder-Segmente (9) aus der Schraubverbindung unterbindet.
  6. Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement ein Sicherungsbügel (29) ist, der mit Gegenkonturen (31) der beiden Verbinder-Segmente (9) in Formschlussverbindung bringbar ist, und dass insbesondere der Sicherungsbügel (29) am Bolzenkopf (15), insbesondere an der Bolzenkopf-Unterseite, materialeinheitlich und/oder einstückig angeformt ist.
  7. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbinder-Segment (9) ein insbesondere leistenförmiges Blechteil ist, und dass insbesondere eine schmale Quer-Blechkante (21) des leistenförmigen Blechteils den Fügerand bildet und an zumindest einer Längs-Blechkante (23) des leistenförmigen Blechteils die mit dem Sicherungsbügel (29) zusammenwirkende Gegenkontur (31) ausgebildet ist, und/oder dass insbesondere der Sicherungsbügel (29) die Längs-Blechkante (23) umgreift.
  8. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (7) in jedem Zellmodul (3) über zumindest eine Stromsammelschiene (33) miteinander elektrisch verschaltet sind, und dass die Stromsammelschiene (33) mit der Zellmodul-Kontaktstelle (11) elektrisch verbunden ist, und/oder dass das jeweilige Verbinder-Segment (9) über eine Schweißverbindung an die zugeordnete Zellmodul-Kontaktstelle (11) angebunden ist, oder dass das Verbinder-Segment (9) und die Stromsammelschiene (33) materialeinheitlich als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind.
  9. Modul-Verbinder für ein Batteriesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Austausch eines defekten Zellmoduls (3) aus einem Batteriesystem (1), bei dem das defekte Zellmodul (3) über einen herkömmlichen, einteiligen Modul-Verbinder (5) mit einem funktionsfähigen Zellmodul (3) elektrisch verschaltet ist, bei dem in einem ersten Prozessschritt der einteilige Verbinder (5) durchtrennt wird und das defekte Zellmodul (3) entnommen wird, in einem zweiten Prozessschritt das am funktionsfähigen Zellmodul (3) verbleibende Verbinder-Reststück (37) bearbeitet wird, und zwar bevorzugt unter Bildung eines Fügerands (21), einschließlich Aussparung (25) sowie Randflanken (27), und/oder einer Gegenkontur (31), in einem dritten Prozessschritt ein neues Zellmodul (3) mit einem Verbinder-Segment (9) eines Modul-Verbinders (5) gemäß Anspruch 9 in das Batteriesystem (1) eingesetzt wird, und in einem vierten Prozessschritt das Verbinder-Reststück (37) und das Verbinder-Segment (9) der beiden Zellmodule (3) miteinander unter Bildung der Fügestelle (F) verbunden werden.
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