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Die Erfindung betrifft einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Einzelzellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug mit einem eine Mantelfläche einer als Rundzelle ausgeführten Einzelzelle zumindest teilweise umschließenden, ringförmigen Abschnitt, wobei die Mantelfläche elektrisch leitend ausgebildet ist und einen Polkontakt der Einzelzelle bildet.
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Aus der
DE 20 2018 106 375 U1 ist ein Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Rundzellen einer Batterie für ein Kraftfahrzeug bekannt. Der Zellverbinder umfasst mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente zum stirnseitigen Verbinden von jeweils zwei Rundzellen in Reihenschaltung, wobei die Kontaktelemente jeweils eine bodenseitige Kontaktfläche zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung mit einer jeweiligen Zellkappe der Rundzellen und Federarme zum Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung mit einem jeweiligen Zellbecher der Rundzellen aufweisen. Weiterhin umfasst der Zellverbinder mehrere elektrisch leitende Verbindungsstege, welche die gruppiert angeordneten Kontaktelemente miteinander verbinden. Dabei sind die Kontaktelemente und die Verbindungsstege aus einem gemeinsamen Stanzbiegeteil hergestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Einzelzellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zellverbinder gelöst, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Einzelzellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Fahrzeug weist einen eine Mantelfläche einer als Rundzelle ausgeführten Einzelzelle zumindest teilweise umschließenden, ringförmigen Abschnitt auf, wobei die Mantelfläche elektrisch leitend ausgebildet ist und einen Polkontakt der Einzelzelle bildet. Erfindungsgemäß ist zumindest an einer Innenseite des ringförmigen Abschnittes ein Federelement angeordnet und von dem ringförmigen Abschnitt ragt eine Lasche ab, welche einen an einer Stirnseite einer benachbarten Einzelzelle angeordneten Polkontakt elektrisch leitend kontaktiert.
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Bei einem derart ausgebildeten Zellverbinder, insbesondere durch dessen neuartige Zellverbindergeometrie, ist eine Kontaktierungsfläche vergrößert, so dass sich der Zellverbinder auch zum Megawattladen der Einzelzellen eignet.
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Durch die Ausbildung eines solchen Zellverbinders kann eine vergleichsweise aufwändige Spanntechnik des elektrischen Energiespeichers entfallen und ein Umfang einer Anlagentechnik zur Montage des elektrischen Energiespeichers verringert werden.
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Die mittels der Zellverbinder realisierbare mechanische Kontaktierungsvariante ermöglicht eine Verringerung von Laserschweißpunkten, wodurch ein Fügeaufwand erheblich reduziert werden kann.
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Der Zellverbinder kann aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium, hergestellt werden, wobei der Zellverbinder mittels herkömmlicher Produktionsvorgänge vergleichsweise einfach und kostengünstig gefertigt und umgeformt werden kann.
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Mittels einer derartigen Ausbildung des Zellverbinders sind neue Gestaltungs- und Verschaltungsmöglichkeiten in Bezug auf die elektrische Kontaktierung von mindestens zwei benachbarten Einzelzellen realisierbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer als Rundzelle ausgeführten Einzelzelle mit einem zu dieser beabstandeten Zellverbinder,
- 2 schematisch eine perspektivische Draufsicht drei miteinander verschalteter Einzelzellen,
- 3 schematisch eine perspektivische Ansicht der drei miteinander verschalteten Einzelzellen,
- 4 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Abfolge einer Montage des Zellverbinders an einer Einzelzelle,
- 5 schematisch eine perspektivische Ansicht von zwei verschalteten Einzelzellen bei einem Schweißvorgang,
- 6 schematisch eine perspektivische Ansicht von Einzelzellen mit Zellverbindern mit partiell isolierten Bereichen und
- 7 schematisch eine perspektivische Ansicht von Einzelzellen mit Zellverbindern mit Kontaktelementen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer als Rundzelle ausgeführten Einzelzelle 1, welche im Weiteren als Rundzelle 1 bezeichnet wird, und einen zu dieser beabstandeten Zellverbinder 2.
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In 2 ist eine perspektivische Draufsicht von drei mittels Zellverbindern 2 elektrisch verschalteten Rundzellen 1 und in 3 ist eine perspektivische Seitenansicht der verschalteten Rundzellen 1 dargestellt.
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4 zeigt eine Abfolge einer Montage des Zellverbinders 2 in einer alternativen Ausführungsform an einer Rundzelle 1 und in 5 sind zwei mittels des Zellverbinders 2 in der alternativen Ausführungsform verschaltete Rundzellen 1 bei einem Schweißvorgang gezeigt.
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In 6 ist der Zellverbinder 2 in der alternativen Ausführungsform mit partiell elektrisch isolierten Bereichen dargestellt, wohingegen der Zellverbinder 2 in 7 zusätzlich mit vorkonfektionierten Kontaktelementen 3 versehen ist.
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Im Allgemeinen ist bekannt, dass zur elektrischen Verschaltung von Rundzellen 1 zu einem Zellmodul die einzelnen Rundzellen 1 mittels eines aufgelegten, flächigen Zellverbinders 2 mittels Schraub- und/oder Schweißverbindungen miteinander kontaktiert werden.
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Insbesondere das Verbinden mittels Schweißens kann einerseits hinsichtlich einer Produktion vergleichsweise aufwändig sein und eine kostenintensive Anlagentechnik erfordern. Zudem ist eine solche Schweißverbindung fehleranfällig und kann Ausschuss erzeugen.
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Weitere Zellverbinderkonzepte sind durch ihre Auflage auf einer Oberseite S der Rundzelle 1 in Bezug auf eine Kontaktierungsmöglichkeit relativ stark eingeschränkt. Darüber hinaus birgt ein Verbau von Zellverbinderbauteilen Kurzschlussgefahr aufgrund von Abstandstoleranzen und Positionierfehlern in der Produktion.
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Im Folgenden wird ein Zellverbinder 2 beschrieben, welcher vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar ist und mittels dessen unter anderem neue Gestaltungs- und Verschaltungsmöglichkeiten in Bezug auf die elektrische Kontaktierung realisierbar sind.
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Die Rundzelle 1 weist zwei elektrische Polkontakte P1, P2 auf, wobei ein Polkontakt P1, beispielsweise ein Pluspol, an einer Mantelfläche M eines kreiszylindrisch ausgebildeten Gehäuses 1.1 gebildet ist. Ein weiterer Polkontakt P2, dementsprechend ein Minuspol der Rundzelle 1, ist auf der Oberseite S, insbesondere einem Deckel 1.2, welcher das Gehäuse 1.1 verschließt, angeordnet. Dabei ragt der in Bezug auf den Deckel 1.2 mittig angeordnete weitere Polkontakt P2 um ein vorgegebenes Maß von dem Deckel 1.2 ab.
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Der Zellverbinder 2 ist zur elektrischen Verschaltung benachbarter Rundzellen 1 vorgesehen und weist einen geschlossenen ringförmigen Abschnitt 2.1 sowie eine von diesem abragende Lasche 2.2 auf. In einer möglichen Ausbildung der Lasche 2.2 kann diese eine mit dem Polkontakt P1, P2 korrespondierende Ausformung aufweisen, so dass die Lasche 2.2 formschlüssig an dem Polkontakt P1, P2 anordbar ist.
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Im montierten Zustand des Zellverbinders 2 umschließt der ringförmige Abschnitt 2.1 eine Mantelfläche M der Rundzelle 1 umfangsseitig, wie in den folgenden 2 bis 7 gezeigt ist. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform ist der ringförmige Abschnitt 2.1 nicht geschlossen, also als Ringsegment ausgeführt, aber dennoch derart ausgebildet, dass die Mantelfläche M der Rundzelle 1 um mehr als 180° von dem ringförmigen Abschnitt 2.1 umschlossen ist.
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An einer Innenseite des ringförmigen Abschnittes 2.1 des Zellverbinders 2 ist eine Anzahl von Federelementen 4 angeordnet, wobei die Federelemente 4 im montieren Zustand vorgespannt sind. Mittels der Federelemente 4 ist eine mechanische und elektrische Kontaktierung zwischen der Mantelfläche M des Gehäuses 1.1 der Rundzelle 1 und dem Zellverbinder 2, insbesondere dem ringförmigen Abschnitt 2.1 herstellbar.
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Bei den Federelementen 4 kann es sich um separate Federelemente 4, beispielsweise in Form von Spiralfedern handeln, die an der Innenseite des ringförmigen Abschnittes 2.1 befestigt sind und Richtung Ringinneres ragen, wie in 1 gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich können die Federelemente 4, wie in 4 gezeigt ist, an beziehungsweise aus dem ringförmigen Abschnitt 2.1 selbst ausgebildet sein. Hierzu ist ein Kragen 2.3, eine sogenannte Blechkante, an dem ringförmigen Abschnitt 2.1 ausgebildet, welcher in regelmäßigen Abständen mittels Schlitzen unterbrochen ist. Dadurch sind Federelemente 4' gebildet, welche vor Montage des Zellverbinders 2 an der Rundzelle 1 nach innen gebogen werden, so dass nach Einsetzen der Rundzelle 1 in den Zellverbinder 2 ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen Rundzelle 1, insbesondere Mantelfläche M, und Zellverbinder 2, insbesondere ringförmigen Abschnitt 2.1, optimiert ist.
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Die Lasche 2.2, welche seitlich von dem ringförmigen Abschnitt 2.1 abragt, liegt auf dem an dem Deckel 1.2 der benachbarten Rundzelle 1 angeordneten Polkontakt P2 auf, so dass die benachbarten Rundzellen 1 elektrisch seriell verschaltet sind.
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Mittels eines derart ausgebildeten Zellverbinders 2 kann aufgrund der mechanischen Kontaktierung ein Schweißen einer Mischverbindung mit Gefahr einer Rissbildung entfallen. Insbesondere sind die Polkontakte P1, P2 der jeweiligen Rundzelle 1 aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium und Kupfer, gebildet. So kann der ringförmige Abschnitt 2.1 des Zellverbinders 2 aus Kupfer bestehen und mechanisch an ein aus Aluminium bestehendes Gehäuse 1.1, insbesondere dessen Mantelfläche M, gefügt werden, wohingegen die Lasche 2.2 aus Kupfer bestehen kann und mit dem Polkontakt P1, P2 aus Kupfer am Deckel 1.2 der benachbarten Rundzelle 1, also artgleich, verschweißt werden kann.
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Wie in 5 gezeigt ist, kann der Zellverbinder 2 als Fixiereinheit dienen. Hierzu wird der Zellverbinder 2 mit der Rundzelle 1, an welcher der Zellverbinder 2 mittels seines ringförmigen Abschnittes 2.1 angeordnet ist, verschweißt und/oder anderweitig, insbesondere stoffschlüssig, befestigt. Alternativ oder zusätzlich, wird ein freies Ende der Lasche 2.2 mit dem Polkontakt P2 der benachbarten Rundzelle 1 mittels Laserstrahlung L verschweißt. Dadurch sind die benachbarten Rundzellen 1 mittels des Zellverbinders 2 stoffschlüssig aneinander befestigt und eine Spannvorrichtung zum Verspannen der Rundzellen 1 eines Zellmoduls kann entfallen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Zellverbinders 2 ist dieser außenseitig, das heißt der jeweiligen Rundzelle 1 abgewandt, partiell mit einem elektrisch isolierenden Material 5 versehen.
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Gemäß dem in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zellverbinder 2 außenseitig bis auf das freie Ende der Lasche 2.2 mit dem elektrisch isolierenden Material 5 versehen. Somit kann ein Kurzschlussrisiko bei Montage des Zellverbinders 2 und beim Verbau der jeweiligen Rundzelle 1 erheblich verringert werden.
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In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zellverbinder 2 im elektrisch isolierten Bereich zusätzlich mit vorkonfektionierten Kontaktelementen 3 versehen. Beispielsweise sind die Kontaktelemente 3 als Kontaktierflächen und/oder als Kontaktierstecklaschen ausgebildet und können einem Anschluss von weiteren Rundzellen 1 und/oder Bauteilen zum Zellspannungsabgriff und/oder einer Überwachung dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle/Rundzelle
- 1.1
- Gehäuse
- 1.2
- Deckel
- 2
- Zellverbinder
- 2.1
- ringförmiger Abschnitt
- 2.2
- Lasche
- 2.3
- Kragen
- 3
- Kontaktelement
- 4, 4'
- Federelement
- 5
- elektrisch isolierendes Material
- L
- Laserstrahl
- M
- Mantelfläche
- P1, P2
- Polkontakt
- S
- Oberseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018106375 U1 [0002]
