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Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung für eine Hochvoltbatterie, wobei die Bauteilanordnung eine erste Batterieeinheit mit einem ersten Kontaktelement und eine Verbindungseinrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden des ersten Kontaktelements mit einem zweiten Kontaktelement einer zweiten Batterieeinheit aufweist, und wobei die Verbindungseinrichtung eine erste Kontaktfläche aufweist, die mit dem ersten Kontaktelement über eine elektrisch leitende und materialschlüssige Verbindung verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung.
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Bei der Verbindungseinrichtung kann es sich zum Beispiel um einen Zellverbinder handeln, der typischerweise als eine Art elektrisch leitende Stromschiene ausgebildet ist, die zwei Zellpole einer Batteriezelle als Beispiel für eine Batterieeinheit miteinander verbindet. Aktuell werden die Zellen, insbesondere in typischen Hochvoltbatterien, über laser- oder ultraschallverschweißte metallische Zellverbinder verbunden. Derartige Verbindungen sind äußerst stabil, auch gegenüber dauerhaften mechanischen Beanspruchungen, und gewährleisten eine sichere elektrische Verbindung über lange Zeit, idealerweise über Lebensdauer der Hochvoltbatterie. Da beispielsweise Batteriezellen beim Laden oder Entladen zyklisch an- und abschwellen und auch über Lebensdauer anschwellen, unterliegen solche Zellverbinder in gewisser Weise auch einer ständigen mechanischen Beanspruchung und müssen dieser standhalten. Bei einem Thermal-Propagation-Event, das heißt bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle, wird durch diese Verbindungsmethode jedoch sehr viel thermische Energie an die Nachbarzelle übertragen, da die metallischen Zellverbinder auch entsprechend gut thermisch leitfähig sind. Dadurch steigt die thermische Last der Nachbarzelle sehr schnell an, was wiederum dazu führt, dass die Propagationswahrscheinlichkeit sehr stark ansteigt beziehungsweise eine sehr umfangreiche thermische Isolation umgesetzt werden muss. Andernfalls kann es zu einer thermischen Propagation über alle Batteriezellen hinweg, insbesondere über die ganze Hochvoltbatterie und im schlimmsten Fall zu einem Batteriebrand kommen. Entsprechend führen bisherige Verbindungskonzepte zum elektrischen Verbinden von Batterieeinheiten zu hohen thermischen Lasten während eines potentiellen thermischen Events und es sind zusätzliche Isolationsmaßnahmen notwendig, um eine solch hohe thermische Last zu reduzieren.
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Die
DE 10 2020 118 446 A1 beschreibt ein Verbindungselement mit einer Mehrzahl von Abschnitten, die entlang einer Achse des Verbindungselements aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Abschnitte jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten aufweisen, wobei benachbarte der Abschnitte innerhalb einer jeweiligen Zwischenschicht aneinander grenzen und wobei die Nanodrähte der beiden jeweiligen an die Zwischenschicht angrenzenden Abschnitte an der entsprechenden Zwischenschicht gehalten sind. Mit einem solchen Verbindungselement können zwei Bauteile miteinander verbunden werden, insbesondere zwei elektronische Bauteile. Dabei können auch zwei thermische Leiter als Bauteile über das Verbindungselement thermisch leitend miteinander verbunden werden, da das Verbindungselement thermisch gut leitend ausgeführt ist. Das Verbindungsprinzip der Nanodrähte beruht darauf, dass sich durch die feinen Drähte extrem große Oberflächen bereitstellen lassen. Werden zwei entsprechende Kontaktflächen zusammengeführt, so werden die Nanodrähte mit sehr großer Berührungsfläche miteinander verwoben oder verwirrt und bilden so eine mechanisch stabile sowie elektrisch und thermisch leitende Verbindung. Nanodrähte können eine Länge im Bereich von 100 Nanometern bis 100 Mikrometern aufweisen und einen Durchmesser im Bereich von 10 Nanometern bis 10 Mikrometern. Eine Fügeverbindung unter Verwendung solcher Nanodrähte wird auch als Klett-Welding bezeichnet. Beim Fügen zweier Bauteile unter Verwendung solcher Nanodrähte sind in der Regel sehr hohe Drücke auf die Fügepartner aufzubringen.
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Da auch eine solche Verbindung mittels Nanodrähten sehr gut thermisch leitfähig ist, bleiben oben beschriebene Probleme weiterhin bestehen. Die Verbindung eines Zellverbinders mit einem Zellpol kann dabei nicht unter beliebig hohem Druck erfolgen, da dies zudem zu einer Beschädigung der Batteriezelle führen könnte.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2020 107 240 A1 eine Kompositverbindung zweier Bauteile, ebenfalls unter Verwendung von Nanodrähten, jedoch zusätzlich unter Verwendung eines Klebstoffs, der auf eine oder beide Kontaktflächen der Bauteile aufgebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass beim Fügen zweier Fügepartner nicht mehr so hohe Drücke auf die Fügepartner aufgebracht werden müssen. Der Klebstoff kann dabei maßgeblich zur mechanischen Verbindung der Bauteile beitragen.
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Auch hier besteht weiterhin das Problem, dass eine solche Verbindung thermisch gut leitfähig ist, was in einem Zellverbund gerade im Falle eines thermischen Events einer Zelle die oben beschriebenen Nachteile mit sich bringt.
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Die
DE 10 2009 040 146 A1 beschreibt eine Schutzeinrichtung für galvanische Zellen, die über mit Polanschlüssen dieser Zellen in geeigneter verbundene Kontaktelemente zu einer Batterie zusammengeschaltet sind. Die Schutzeinrichtung kann einzelnen Zellen der Batterie zugeordnet werden und verfügt über eine Aktivierungseinrichtung zu ihrer Aktivierung. Bei Aktivierung der Schutzeinrichtung überbrückt diese Schutzeinrichtung die ihr zugeordnete Zelle durch eine Veränderung der Zusammenschaltung und nimmt sie so aus dem Batterieverbund elektrisch heraus. In der Aktivierungseinrichtung bewirkt vorzugsweise ein elektrisch leitendes oder isolierendes Bauelement aus einem Formgedächtnismaterial die Veränderung der Zusammenschaltung durch eine Änderung der Form dieses Bauelements.
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Dies resultiert jedoch in einer extrem aufwendigen Schaltungsanordnung mit vielzähligen, insbesondere einer jeweiligen Zelle zugeordneten, Schaltern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bauteilanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung bereitzustellen, die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Batterieeinheiten einer Hochvoltbatterie auf möglichst einfache und effiziente Weise ermöglichen, und die es zudem erlauben, einer thermischen Propagation auf möglichst effiziente Weise entgegenzuwirken.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bauteilanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung für eine Hochvoltbatterie weist eine erste Batterieeinheit mit einem ersten Kontaktelement und eine Verbindungseinrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden des ersten Kontaktelements mit einem zweiten Kontaktelement einer zweiten Batterieeinheit auf, wobei die Verbindungseinrichtung eine erste Kontaktfläche aufweist, die mit dem ersten Kontaktelement über eine elektrisch leitende und materialschlüssige Verbindung verbunden ist. Dabei umfasst die Verbindung vielzählige Nanodrähte zur Bereitstellung der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement und einen Klebstoff zur Bereitstellung der materialschlüssigen Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement, wobei der Klebstoff derart ausgebildet ist, dass die materialschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche durch ein Erhitzen des Klebstoffs über eine vorbestimmte Schwelltemperatur lösbar ist.
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Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Erhitzung einer Zelle im Falle eines thermischen Events auszunutzen, um den Klebstoff dieser Verbindung über die Schwelltemperatur zu erhitzen, die z.B. im Bereich seiner Degradationstemperatur liegen kann oder dieser in einem Spezialfall entsprechen kann, und dadurch die materialschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche zu lösen, insbesondere zerstörungsfrei zu lösen. Somit kann im normalen Betrieb, wenn die Verbindung also eine Temperatur deutlich unter der vorbestimmten Schwelltemperatur aufweist, eine äußerst robuste und mechanisch stabile Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement bereitgestellt werden, die thermisch und elektrisch gut leitfähig ist, und im Falle eines thermischen Events kann diese Verbindung selbstständig durch Degradierung des Klebstoffs gelöst werden. Durch Lösen der Verbindung wird gleichzeitig vorteilhafterweise auch der thermische Pfad vom ersten Kontaktelement zur ersten Kontaktfläche unterbrochen oder zumindest der thermische Widerstand dieses thermischen Pfads deutlich erhöht. Dadurch kann eine thermische Propagation deutlich länger hinausgezögert werden. Außerdem können die Isolationsmaßnahmen deutlich weniger aufwendig ausgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise den Einsatz einer Fügetechnologie, die einen thermischen Energieübertrag während eines potentiellen Propagation-Events verhindert beziehungsweise reduziert bei weiterhin sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit. Dazu wird die beschriebene hybride Fügetechnologie eingesetzt, die Nanodrähte mit einem Klebstoff kombiniert, und auch als Klebe-Klett-Welding-Technologie bezeichnet wird. Dabei wird eine Verbindung hergestellt, die elektrische Übergangswiderstände im Bereich der Materialparameter ermöglicht. Parallel dazu wird eine Klebetechnik eingesetzt, die zum einen geringe Fügekräfte ermöglicht, was ein sehr schonendes Fügen, vor allem der als Batterieeinheiten ausgebildeten Fügepartner, ermöglicht, und zum anderen durch die Degradationstemperatur des Klebstoffs ein definiertes Versagen der Fügung ermöglicht. Die Degradationstemperatur des Klebstoffs, oder im Allgemeinen die bestimmte Schwelltemperatur des Klebstoffs, kann somit einfach auf die Temperatur angepasst werden, ab welcher ein Versagen der Fügeverbindung, insbesondere der durch den Klebstoff bereitgestellten materialschlüssigen Verbindung, bereitgestellt werden soll. Die bestimmte Schwelltemperatur liegt daher bevorzugt oberhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs der Batterieeinheiten. Beispielsweise kann die Schwelltemperatur über 100 Grad Celsius liegen, insbesondere über 150 Grad Celsius, und bevorzugt bei oder über 200 Grad Celsius. Eine hohe Schwelltemperatur stellt dabei sicher, dass die materialschlüssige Verbindung unter normalen Umständen auch bei hohen Betriebstemperaturen der Batterieeinheiten stabil bleibt. Temperaturen von über 100 Grad Celsius, oder über 200 Grad Celsius, werden im Falle eines thermischen Events ohnehin schnell von einer Batteriezelle, insbesondere ihren Zellpolen, erreicht. Damit ist ein zuverlässiges Versagen der Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem ersten Kontaktbereich im Falle eines thermischen Events sichergestellt.
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Die erste Batterieeinheit ist dabei Teil einer Hochvoltbatterie, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, oder zur Verwendung in einer solchen Hochvoltbatterie geeignet, ebenso wie die zweite Batterieeinheit. Bei den Batterieeinheiten kann es sich um einzelne Batteriezellen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen, handeln oder auch um Batteriemodule, wobei ein jeweiliges Batteriemodul wiederum mehrere Batteriezellen aufweisen kann. Entsprechend kann die Verbindungseinrichtung als Zellverbinder ausgebildet sein, der einzelne Batteriezellen eines Batteriemoduls beziehungsweise einer Hochvoltbatterie elektrisch leitend miteinander verbindet beziehungsweise verbinden kann, oder auch als Modulverbinder, der zwei Batteriemodule elektrisch leitend miteinander verbindet und/oder ein Batteriemodul mit einem anderen Kontaktanschluss verbindet. Sehr vorteilhaft ist dabei die Ausbildung der Verbindungseinrichtung als Zellverbinder und eine korrespondierende Ausbildung der Batterieeinheiten als Batteriezellen, da sich durch die Möglichkeit, dass die Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche durch Versagen des Klebstoffs oberhalb der vorbestimmten Schwelltemperatur lösbar beziehungsweise unterbrechbar ist, ein mögliches thermisches Event bereits im Keim ersticken lässt oder sich einem solchen thermischen Event besonders frühzeitig und damit effizient entgegenwirken lässt.
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Unter einer elektrischen Verbindung soll dabei eine elektrisch leitende Verbindung verstanden werden. Zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung dienen die Nanodrähte. Diese sind entsprechend aus einem metallischen Material. Darüber hinaus können die Nanodrähte wie eingangs beschrieben ausgebildet sein. Grundsätzlich kann dabei unter einem Nanodraht jeder materielle Körper verstanden werden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann zum Beispiel eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind alle an der Verbindung beteiligten Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet, und insbesondere aus einem metallischen Material. Die Nanodrähte können zum Beispiel eine Länge im Bereich von 100 Nanometern bis 100 Mikrometern aufweisen und einen Durchmesser im Bereich von 10 Nanometern bis 10 Mikrometern. Über die Nanodrähte wird entsprechend der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche beziehungsweise der Verbindungseinrichtung hergestellt. Die Nanodrähte können dabei auch Teil der ersten Kontaktfläche und/oder des ersten Kontaktelements selbst sein, wie später näher erläutert. Aufgrund der Größe der Nanodrähte im Nanometerbereich ist die Oberfläche der Verbindung, das heißt die Fläche, über die Kräfte wie die Van-der-Waals-Kraft auf atomarer Ebene wirken, besonders groß. Damit kann die Verbindung besonders gut elektrisch und/oder thermisch leitfähig sein. Insbesondere kann die Verbindung hunderte von Nanodrähten umfassen, insbesondere tausende von Nanodrähten, oder auch mindestens 10.000, zum Beispiel mindestens 100.000 oder noch mehr.
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Die Nanodrähte können darüber hinaus auch zur mechanischen Stabilität der Verbindung beitragen. Die mechanische Stabilität wird aber auch und vorzugsweise sogar hauptsächlich über den Klebstoff erhalten. Denkbar ist es auch, dass die mechanische Stabilität ausschließlich durch den Klebstoff erreicht wird. Dass die mechanische Stabilität hauptsächlich über den Klebstoff erhalten wird, ist sehr vorteilhaft, da dies bei Erhitzen des Klebstoffs über die vorbestimmte Schwelltemperatur dazu führt, dass sich die Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement sehr leicht lösen lässt, da durch die Nanodrähte allein dem Lösen dieser Verbindung keine sonderlich große Gegenkraft mehr entgegengesetzt wird. Um eine solche, eventuell verbleibende Gegenkraft zu überwinden und das Lösen der Verbindung, und insbesondere auch ein mechanisches Trennen der ersten Kontaktfläche vom ersten Kontaktelement, zu erleichtern und dabei einer Anhaftung der ersten Kontaktfläche am ersten Kontaktelement durch die Nanodrähte bei bereits degradiertem Klebstoff zu verhindern oder entgegenzuwirken, kann zudem noch ein Mechanismus, insbesondere Federmechanismus, der später auch als Aktor bezeichnet wird, vorgesehen sein, um die Trennung des elektrischen Kontakts zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement zu erleichtern, wie dies später näher erläutert wird. Im Allgemeinen soll darunter, dass die materialschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche durch ein Erhitzen des Klebstoffs über eine vorbestimmte Schwelltemperatur lösbar ist, verstanden werden, dass die materialschlüssige Verbindung lösbar ist, aber nicht notwendigerweise allein durch das Degradieren des Klebstoffs gelöst werden muss. Auch Nanodrähte tragen ggf. zur materialschlüssigen Verbindung bei, wie oben beschreiben. Dieser durch die Nanodrähte bedingte materialschlüssige Verbindungsanteil, der auch oberhalb der Schwelltemperatur erhalten bleiben kann, kann dann z.B. mittels des erwähnten Aktors sicher gelöst werden. Ist also der Klebstoff degradiert, so ist auch die optional verbleibende durch die Nanodrähte bedingte materialschlüssige Verbindung zerstörungsfrei lösbar, z.B. mittels des passiven Aktors.
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Bei dem Klebstoff kann es sich grundsätzlich um jeden beliebigen Klebstoff handeln. Klebstoffe sind typischerweise in vielfältigen unterschiedlichen Ausformungen vorhanden, sodass auf einfache Weise ein Klebstoff mit den gewünschten Eigenschaften, insbesondere mit der gewünschten die Schwelltemperatur bereitstellenden Versagenstemperatur beziehungsweise Degradationstemperatur gewählt werden kann. Bei der Herstellung der Bauteilanordnung kann der Klebstoff beispielsweise in viskoser Form aufgetragen und anschließend ausgehärtet werden oder härtet selbstständig aus. Der Klebstoff kann weiterhin so ausgestaltet sein, dass bei Überschreiten der vorbestimmten Schwelltemperatur dieser seine Klebereigenschaften verliert. Ein damit einhergehendes Aufweichen des Klebstoffs ist ebenfalls möglich, aber nicht notwendig.
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Die Verbindungseinrichtung ist darüber hinaus zur Führung von Strom ausgebildet. Im Betrieb der Bauteilanordnung, insbesondere in einer Hochvoltbatterie, wird entsprechend Strom über die Verbindungseinrichtung von einer Batterieeinheit zur anderen Batterieeinheit geführt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen die Nanodrähte die erste Kontaktfläche teilweise oder vollständig bereit und kontaktieren das erste Kontaktelement im ungelösten Zustand der stoffschlüssigen Verbindung, und/oder die Nanodrähte stellen einen Teil des ersten Kontaktelements bereit und kontaktieren die erste Kontaktfläche im ungelösten Zustand der stoffschlüssigen Verbindung. Die Nanodrähte können also einen Teil der ersten Kontaktfläche und/oder des ersten Kontaktelements darstellen. Dabei können sowohl die erste Kontaktfläche als auch das erste Kontaktelement mit solchen Nanodrähten ausgebildet sein oder auch nur eine dieser beiden Fügepartner. Denkbar ist es grundsätzlich auch, die Nanodrähte in Form eines separaten Bauteils, zum Beispiel einer Art doppelseitigen Klebebands mit solchen Nanodrähten, beidseitig an der Oberfläche dieses Bands bereitzustellen, um dieses Klebeband zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche als Verbindung einzufügen. Die Bereitstellung der Nanodrähte als Teil der ersten Kontaktfläche und/oder des ersten Kontaktelements selbst hat jedoch den Vorteil, dass die Anzahl der am Fügevorgang beteiligter Bauteile reduziert werden kann und der Fügevorgang sich dadurch vereinfacht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Klebstoff zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement angeordnet. Dabei kann der Klebstoff insbesondere sich auch in den Zwischenräumen zwischen den Nanodrähten befinden. Zur Herstellung der Bauteilanordnung kann der Klebstoff dabei entweder auf die erste Kontaktfläche und/oder auf das erste Kontaktelement aufgebracht werden und/oder aber auch auf einer oder beiden Seiten des oben erwähnten Klebebands. Dies ist insbesondere unabhängig davon, wo die Nanodrähte angeordnet sind. Mit anderen Worten lässt sich der Klebstoff sowohl auf einen Bereich mit Nanodrähten als auch auf einen Bereich ohne Nanodrähte der ersten Kontaktfläche und/oder des ersten Kontaktelements auftragen.
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Durch die zusätzliche Verwendung des Klebstoffs kann die mechanische Stabilität der Verbindung durch den hieraus resultierenden Materialschluss deutlich erhöht werden und zudem wird ein zerstörungsfreies Lösen dieser Verbindung einfach durch Erhitzen des Klebstoffs möglich. Dies ist nicht nur vorteilhaft im Falle eines thermischen Events, um eine thermische Entkopplung der Batterieeinheiten zu ermöglichen, sondern beispielsweise auch, um ein Batteriemodul oder die Hochvoltbatterie zu Reparatur- oder Wartungszwecken zu demontieren.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bauteilanordnung einen Aktor, insbesondere einen passiven Aktor, auf, welcher dazu ausgelegt ist, in einem gelösten Zustand der durch den Klebstoff bedingten materialschlüssigen Verbindung die erste Kontaktfläche von dem ersten Kontaktelement derart wegzubewegen, dass kein elektrisch leitender und physischer Kontakt mehr zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement besteht. Durch den Aktor kann also entsprechend eine Kraft bereitgestellt werden, die dazu führt, dass sich die erste Kontaktfläche vom ersten Kontaktelement wegbewegt. Die Kraft kann dabei auf die erste Kontaktfläche wirken und entsprechend in eine Richtung weg vom ersten Kontaktelement gerichtet sein, zumindest teilweise. Selbst wenn also im gelösten Zustand des Klebstoffs durch die Nanodrähte noch eine gewisse Haftwirkung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement vorhanden ist, so kann diese Haftwirkung durch den Aktor überwunden werden. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Lösen der Verbindungspartner und eine Unterbrechung der elektrisch leitenden, thermischen und physischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche.
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Bei dem Aktor handelt es sich bevorzugt um einen passiven Aktor, der also keinerlei Ansteuerung benötigt. Ein Lösen der Verbindung ist damit vorteilhafterweise nicht von der Funktionsfähigkeit einer Steuereinrichtung oder ähnlichem abhängig. Insbesondere benötigt der Aktor vorzugsweise keinen Strom. Dadurch ist seine Funktionsfähigkeit auch nicht von einer Energieversorgung abhängig. Dies ist besonders vorteilhaft im Falle eines Unfalls eines Kraftfahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie, in welcher die erfindungsgemäße Bauteilanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen zur Anwendung kommt, da im Falle eines solchen Unfalls nicht mehr notwendigerweise die Funktionsfähigkeit aller Komponenten des Kraftfahrzeugs und insbesondere der Hochvoltbatterie gewährleistet ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor als ein Federelement ausgebildet, welches in einem nicht gelösten Zustand der materialschlüssigen Verbindung gespannt ist, und insbesondere dadurch eine Spannkraft erzeugt, die derart klein ist, dass die erste Kontaktfläche in einem nicht gelösten Zustand der materialschlüssigen Verbindung aufgrund der Spannkraft nicht von dem ersten Kontaktelement wegbewegbar ist.
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Das Federelement übt also im Normalbetrieb, das heißt wenn der Klebstoff eine Temperatur unterhalb der Schwelltemperatur aufweist, eine permanente Kraft auf die erste Kontaktfläche beziehungsweise die Verbindungseinrichtung aus beziehungsweise setzt diese unter mechanische Spannung. Diese ist jedoch so klein, dass diese Federkraft im Normalbetrieb, d.h. bei Temperaturen unterhalb der vorbestimmten Schwelltemperatur, die physische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche nicht zu lösen vermag. Oberhalb der Schwelltemperatur des Klebstoffs, das heißt wenn die vorbestimmte Schwelltemperatur überschritten ist und der Klebstoff zum Beispiel seine Klebereigenschaften verliert bzw. verloren hat, ist die durch das Federelement bereitgestellte Federkraft jedoch ausreichend groß, um eine vollständige Trennung der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche sicherzustellen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise ein sicheres und zuverlässiges Lösen dieses Kontakts.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor, insbesondere das Federelement, als Teil der Verbindungseinrichtung ausgebildet. Dies hat den großen Vorteil, dass kein separates Bauteil vorgesehen werden muss. Das Vorsehen eines separaten Bauteils, zum Beispiel eines separaten Federelements, das zum Beispiel in entsprechender Weise auf die Verbindungseinrichtung drückt, erfordert unter Umständen eine elektrische Isolierung von stromführenden Bauteilen, oder zumindest sollte ein zusätzlicher Stromfluss oder Kurzschluss über den Aktor verhindert werden. Somit sind zusätzliche Isolierungen einzusetzen, was die Gesamtanordnung wiederum aufwendiger macht. Entsprechend ist es sehr vorteilhaft, die Verbindungseinrichtung selbst als solchen Aktor, insbesondere Federelement, auszubilden.
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Besonders einfach lässt sich dies bewerkstelligen, wenn, wie dies gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, die Verbindungseinrichtung dadurch das Federelement bereitstellt, dass die Verbindungseinrichtung als eine unter mechanischer Spannung zumindest zum Teil elastisch gebogene Schiene, die die erste Kontaktfläche aufweist, ausgebildet ist, insbesondere wobei die Bauteilanordnung so ausgebildet ist, dass die gebogene Schiene durch die stoffschlüssige Verbindung der ersten Kontaktfläche und des ersten Kontaktelements in ihrer gebogenen Form gehalten wird, und bei Lösen der durch den Klebstoff bereitgestellten materialschlüssigen Verbindung durch die mechanische Spannung zumindest teilweise in eine weniger gebogene Form übergeht. Die Verbindungseinrichtung kann nicht nur eine solche gebogene Schiene umfassen, sondern als solche ausgebildet sein. Die Schiene kann also in ihrem Ausgangszustand zum Beispiel ungekrümmt bereitgestellt sein und zur Anordnung am ersten Kontaktelement gebogen werden und mit dem ersten Kontaktelement, sowie auch dem später näher beschriebenen zweiten Kontaktelement der zweiten Batterieeinheit, gefügt werden. Durch die elastische Ausbildung der Schiene, zum Beispiel in Form eines dünnen Metallblechs, steht die Schiene durch ihre gekrümmte Anordnung im gefügten Zustand unter mechanischer Spannung. Sobald der Klebstoff der Fügeverbindung degradiert, führt diese mechanische Spannung dazu, dass sich die erste Kontaktfläche vom ersten Kontaktelement wegbewegt und dadurch die mechanische Verbindung unterbrochen wird. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und erfordert keinerlei zusätzliche Bauteile.
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Denkbar wäre aber auch die Ausbildung der Verbindungseinrichtung mit oder als Schiene aus einem Bimetall oder einer Formgedächtnislegierung mit einer Übergangstemperatur im Bereich oder näherungsweise gleich der bestimmten Schwelltemperatur oder ggf. auch unterhalb der Schwelltemperatur. Die mechanische Spannung oder eine zusätzliche mechanische Spannung durch das Bimetall wird dann erst bei Erreichen oder Überschreiten der Übergangstemperatur erzeugt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungseinrichtung als ein Zellverbinder ausgebildet, die erste Batterieeinheit als eine erste Batteriezelle und das erste Kontaktelement als ein erstes Polterminal der ersten Batteriezelle. Dies ist sehr vorteilhaft, da im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle ein schnelles Lösen des Zellverbinders von dieser Batteriezelle erreicht werden kann. Eine thermische Propagation über das Batteriemodul hinweg beziehungsweise ein Übergreifen der Erhitzung dieser ersten Batteriezelle auf andere benachbarte Batteriezellen kann so besonders frühzeitig unterbunden oder diesem Ausbreiten zumindest sehr effizient entgegengewirkt werden. Die erste Batteriezelle kann dabei z.B. als prismatische Batteriezelle oder Pouchzelle oder Rundzelle ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Zelle darstellen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Bauteilanordnung die zweite Batterieeinheit, die insbesondere als zweite Batteriezelle mit einem zweiten Polterminal als zweites Kontaktelement ausgebildet ist, wobei die Verbindungseinrichtung eine zweite Kontaktfläche aufweist, die mit dem zweiten Kontaktelement über eine elektrisch leitende und materialschlüssige Verbindung verbunden ist, die vielzählige zweite Nanodrähte zur Bereitstellung der elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Kontaktfläche und dem zweiten Kontaktelement und einen zweiten Klebstoff zur Bereitstellung der materialschlüssigen Verbindung zwischen der zweiten Kontaktfläche und dem zweiten Kontaktelement umfasst, und wobei der zweite Klebstoff derart ausgebildet ist, dass die materialschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktelement und der zweiten Kontaktfläche durch ein Erhitzen des zweiten Klebstoffs über eine vorbestimmte zweite Schwelltemperatur lösbar ist.
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Die Kontaktierung der Verbindungseinrichtung mit einem zweiten Kontaktelement kann dabei also genauso ausgestaltet sein wie für die Kontaktierung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement beschrieben. Die Ausbildung beider Kontaktstellen zu jeweiligen Batteriezellen oder im Allgemeinen zu jeweiligen Batterieeinheiten auf diese Weise hat den Vorteil, dass ein Lösen der Verbindung auf zuverlässige Weise erreicht werden kann und vor allem sehr frühzeitig erreicht werden kann, je nachdem, welche der Batteriezellen sich aufgrund eines thermischen Durchgehens zuerst stark erhitzt. Grundsätzlich ist es denkbar, dass für die zweite Verbindung ein anderer Klebstoff oder eine andere Schwelltemperatur oder auch anders ausgestaltete Nanodrähte verwendet werden. Herstellungstechnisch am einfachsten ist es jedoch, wenn die Verbindung zwischen der zweiten Kontaktfläche und dem zweiten Kontaktelement genauso, insbesondere identisch, zur Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement ausgebildet ist. Dies gilt zumindest für die zweite Schwelltemperatur, die bevorzugt gleich der ersten Schwelltemperatur ist, grundsätzlich aber auch von der ersten Schwelltemperatur verschieden sein könnte. Denkbar ist es jedoch, dass für die zweiten Nanodrähte ein anderes metallisches Material gewählt wird, zum Beispiel in Anpassung an das Material des zu kontaktierenden Polterminals. Dies kann insbesondere davon abhängen, ob ein Pluspol oder ein Minuspol der betreffenden Batterieeinheit kontaktiert wird. Ansonsten kann die zweite Batterieeinheit wie zur ersten Batterieeinheit beschreiben ausgebildet sein und das zweite Kontaktelement wie zum ersten Kontaktelement beschrieben.
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Verbindet also die Verbindungseinrichtung beispielsweise zwei Batteriezellen elektrisch leitend miteinander und geht dann eine der beiden Batteriezellen thermisch durch, so wird sich diejenige Verbindungsstelle zuerst lösen, die dieser thermisch durchgehenden Batteriezelle nähergelegen beziehungsweise zugeordnet ist und durch ihre entsprechende Kontaktfläche mitgebildet ist. Die andere Verbindungsstelle wird sich entsprechend nicht lösen, da der thermische Pfad frühzeitig unterbrochen wird und es an der anderen Verbindungsstelle entsprechend nicht zu einem Überschreiten der korrespondierenden Schwelltemperatur kommt. Kommt es also zu einem thermischen Event, so ist es zwar möglich, dass sich beide Kontaktierungsbereiche der Verbindungseinrichtung lösen, was jedoch nicht der Fall sein muss.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie mit einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Insbesondere soll auch eine Hochvoltbatterie mit einer solchen Bauteilanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
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Eine solche Hochvoltbatterie kann zum Beispiel mehrere Batteriemodule mit wiederum jeweils mehreren Batteriezellen umfassen, die alle wie die erste und zweite Batteriezelle ausgebildet sein können. Die Batteriezellen sind dabei untereinander elektrisch verschaltet, wozu die Polterminals der Batteriezellen in entsprechender Weise untereinander kontaktiert sind. Bevorzugt sind all diese Kontaktierungen durch die Verbindungseinrichtung bereitgestellt, wie sie im Rahmen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung oder ihren Ausgestaltungen beschrieben wurde. Mit anderen Worten kann die Bauteilanordnung zum Beispiel als Batteriemodul ausgebildet sein, mehrere Batterieeinheiten aufweisen, die untereinander mittels mehrerer solcher Verbindungseinrichtungen elektrisch miteinander kontaktiert sind. Beide Polterminals einer einzelnen Batteriezelle sind dabei über eine solche Verbindungseinrichtung mit einem Polterminal einer weiteren Batteriezelle elektrisch leitend verbunden. Lediglich für die „Randzellen“ am Anfang und Ende eines solchen Batteriemoduls ist nur ein Polterminal mit einem weiteren Polterminal einer benachbarten Batteriezelle elektrisch leitend über die Verbindungseinrichtung verbunden. Das andere Polterminal ist zum Beispiel zu einem Modulanschluss geführt. Aber auch hierbei kann eine entsprechende Verbindungseinrichtung zum Einsatz kommen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen beziehungsweise mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie oder einer ihrer Ausgestaltungen. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel als Elektrofahrzeug ausgebildet sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für eine Hochvoltbatterie, wobei eine erste Batterieeinheit mit einem ersten Kontaktelement bereitgestellt wird, eine Verbindungseinrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden des ersten Kontaktelements mit einem zweiten Kontaktelement einer zweiten Batterieeinheit bereitgestellt wird, und wobei die Verbindungseinrichtung eine erste Kontaktfläche aufweist, die mit dem ersten Kontaktelement über eine elektrisch leitende und materialschlüssige Verbindung verbunden wird. Dabei wird beim Verbinden der ersten Kontaktfläche mit dem ersten Kontaktelement durch vielzählige Nanodrähte eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement hergestellt und mittels eines Klebstoffs eine materialschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und dem ersten Kontaktelement hergestellt, wobei der Klebstoff derart ausgebildet ist, dass die materialschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche durch ein Erhitzen des Klebstoffs über eine vorbestimmte Schwelltemperatur lösbar ist, und insbesondere die durch den Klebstoff bedingte materialschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Kontaktfläche durch das Erhitzen des Klebstoffs über die vorbestimmte Schwelltemperatur gelöst wird.
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Die für die erfindungsgemäße Bauteilanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Beim Aufbringen des Klebstoffs kann dieser zum Beispiel auf die erste Kontaktfläche und/oder das erste Kontaktelement aufgetragen werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit mehreren Batteriezellen als Beispiel für eine Bauteilanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Detailansicht einer Verbindungsstelle zwischen einem Zellverbinder und einem Polterminal des Batteriemoduls aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls aus 1 im Falle eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 10 als Beispiel für eine Bauteilanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 10 weist in diesem Beispiel mehrere Batteriezellen 12 auf, die in diesem Beispiel als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind und in x-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Batteriezelle 12 weist zwei Polterminals 14 als Beispiel für Kontaktelemente 14 auf, wobei in dieser Darstellung pro Zelle 12 nur ein solches Polterminal 14 zu sehen ist. Die Batteriezellen 12 können weiterhin in einem Zellgehäuse 16 angeordnet sein, von welchem exemplarisch in dieser Darstellung lediglich zwei Endplatten 18 dargestellt sind, die den Zellstapel 20 mit den mehreren Batteriezellen 12 in und entgegen x-Richtung begrenzen. Zwischen je zwei in x-Richtung benachbart angeordneten Batteriezellen 12 ist zudem zumindest ein Zelltrennelement 22 angeordnet. Dies kann thermisch isolierende Eigenschaften und auch elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Zudem können diese Zelltrennelemente 22 auch zumindest zum Teil elastisch ausgebildet sein, um ein Anschwellen der Zellen 12 im Laufe ihrer Lebensdauer oder im Zuge eines Ladevorgangs zu ermöglichen.
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Die Batteriezellen 12, genauer gesagt ihre Polterminals 14, sind nun mit jeweiligen Verbindungseinrichtungen 24 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei diese Verbindungseinrichtungen 24 in diesem Beispiel als Zellverbinder 24 ausgebildet sind. Ein solcher Zellverbinder 24 verbindet also genau zwei Polterminals 14 zweier unterschiedlicher Batteriezellen 12, insbesondere benachbarter Batteriezellen 12, miteinander. Im Betrieb des Batteriemoduls 10 wird über diesen Zellverbinder 24 entsprechend Strom geführt. Der Zellverbinder 24 kann in Form einer gebogenen, metallischen Schiene bereitgestellt sein. Die Anbindung dieses Zellverbinders an das jeweilige Polterminal 14 wird nun im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben.
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2 zeigt dabei eine Detailansicht einer solchen Verbindungsstelle 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie sie im Batteriemodul 10 aus 1 an den entsprechenden Polterminals 14 umgesetzt ist.
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Der Zellverbinder 24 weist dabei eine Kontaktfläche 28 auf, welche über eine elektrisch leitfähige und materialschlüssige Verbindung 30 mit dem Polterminal 14 einer Batteriezelle 12 verbunden ist. Diese materialschlüssige und elektrisch leitende Verbindung 30 umfasst dabei einerseits vielzählige elektrisch leitfähige Nanodrähte 32 zur Herstellung beziehungsweise Bereitstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14, sowie einen Klebstoff 34 zur Bereitstellung der materialschlüssigen Verbindung zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14. In diesem Beispiel sind die Nanodrähte 32, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit exemplarisch nur manche mit einem Bezugszeichen versehen sind, als Teil der Kontaktfläche 28 des Zellverbinders 24 ausgebildet. Alternativ können die Nanodrähte 32 aber auch als Teil des Polterminals 14 bereitgestellt werden, der die Kontaktfläche 28 des Zellverbinders 24 kontaktiert. Auch ist es denkbar, sowohl am Terminal 14 als auch am Zellverbinder 24 im entsprechenden Verbindungsbereich 30 solche Nanodrähte 32 vorzusehen. Der Klebstoff 24 ist im Verbindungsbereich 30 zwischen der Kontaktfläche 28, und insbesondere auch zwischen den Nanodrähten 32, und dem Polterminal 14 angeordnet. Durch die Nanodrähte 32 wird beim Fügen dieser beiden Fügepartner 24, 14 zwar ebenfalls optional eine gewisse materialschlüssige Verbindung hergestellt, jedoch soll im Folgenden unter der materialschlüssigen Verbindung immer die durch den Klebstoff 34 hervorgerufene materialschlüssige Verbindung zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14 verstanden werden.
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Diese Verbindung zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14 hat den großen Vorteil, dass diese zerstörungsfrei lösbar ist, wenn die Verbindung 30 auf eine Temperatur oberhalb einer Schwelltemperatur erhitzt wird, die z.B. im Bereich der Degradationstemperatur des Klebstoffs 34 liegen kann. Beim Überschreiten dieser bestimmten Schwelltemperatur degradiert der Klebstoff 34, d.h. er verliert seine Klebeeigenschaften und/oder wird erweicht. Dies ermöglicht vorteilhafterweise ein Lösen dieser Verbindung 30, und zwar sowohl in Form einer Unterbrechung des physischen Kontakts zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14, und einer damit einhergehenden Unterbrechung des elektrischen Kontakts und vor allem auch thermischen Pfads zwischen diesen beiden Bauteilen 24, 14. Dies ermöglicht es wiederum, den Klebstoff 34 hinsichtlich seiner Schwelltemperatur bzw. Degradationstemperatur so auszugestalten, dass ein automatisches Lösen dieser Verbindung 30 im Falle eines thermischen Durchgehens der das Polterminal 14 bereitstellenden Batteriezelle 12 ermöglicht wird. Dadurch kann der thermische Pfad zu benachbarten Zellen 12 vorteilhafterweise unterbrochen werden und eine thermische Propagation verhindert oder zumindest verlangsamt werden. Dies ist in 3 dargestellt.
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3 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Batteriemoduls 10 aus 1, und zwar im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle 12a. Damit einhergehend erhitzt sich die Temperatur T der Batteriezelle 12a auf einen Wert oberhalb der Schwelltemperatur des Klebstoffs 34, wobei diese Schwellentemperatur in 3 mit dem Bezugszeichen TG veranschaulicht ist. Dadurch verliert der Klebstoff 34 seine klebende Funktion und dadurch wird die durch den Klebstoff 34 bedingte materialschlüssige Verbindung zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14a der Zelle 12a gelöst. Damit zuverlässiger sichergestellt werden kann, dass damit einhergehend auch der mechanische beziehungsweise physische Kontakt zwischen dem Zellverbinder 24 und dem Polterminal 14a unterbrochen wird, ist der Zellverbinder 24 in diesem Beispiel auch gleichzeitig als Federelement 36 ausgebildet. Dies lässt sich zum Beispiel einfach dadurch bereitstellen, indem der Zellverbinder beim Fügen an die entsprechenden Polterminals 14 elastisch deformiert, in diesem Beispiel gekrümmt, wird, sodass dieser im mit den Terminals 14 verbundenen Zustand unter mechanischer Spannung steht. Diese mechanische Spannkraft ist in 3 schematisch durch die Pfeile 38 veranschaulicht. Im ungelösten Zustand der durch den Klebstoff 34 hervorgerufenen materialschlüssigen Verbindung ist die Verbindung 30 zwischen dem Zellverbinder 24 und dem betreffenden Polterminal 14 ausreichend stabil, um diesen Spannkräften 38 standzuhalten. Bei Überschreiten der Schwelltemperatur TG des Klebstoffs 30 ist dies nicht mehr der Fall, was bewirkt, dass durch die Spannkraft 38 des Federelements 36 die betreffende Kontaktfläche 28 des Zellverbinders 24 vom Polterminal 14a der thermisch durchgehenden und erhitzten Zelle 12a wegbewegt wird und dadurch auch der mechanische und physische Kontakt zum Zellterminal 14a unterbrochen wird. Dadurch wird automatisch auch der thermische Pfad zu den Nachbarzellen 12 über die entsprechenden Zellverbinder 24 unterbrochen. Die Verbindung des anderen Polterminals der Batteriezelle 12a, welches vorliegend in 3 nicht zu sehen ist und welches ebenfalls über einen solchen Zellverbinder 24 mit einem weiteren Polterminal 14 einer anderen Nachbarzelle 12 verbunden ist, wird durch die Erhitzung der Zelle 12a ebenso gelöst. Somit ist die durchgehende Zelle 12a also vollständig von den Nachbarzellen thermisch entkoppelt oder zumindest ist hierdurch der thermische Widerstand deutlich erhöht. Diese Unterbrechung des thermischen Pfads findet darüber hinaus bei Erhitzen der thermisch durchgehenden Zelle 12a ganz automatisch statt, ohne dass irgendeine Art von Ansteuerung oder ähnliches benötigt wird. Zudem lässt sich dies auf besonders einfache und bauraumeffiziente Weise umsetzen, da keine zusätzlichen Bauteile oder komplizierte Verschaltungen oder zusätzliche Schalter benötigt werden.
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Ein weiterer großer Vorteil besteht auch darin, dass sich durch die als Klebe-Klett-Welding ausgestaltete Verbindung 30 sehr geringe elektrische Widerstände im Vergleich zu einer Anbindung mittels Laserschweißens bereitstellen lassen. Durch die Kombination von Kleben und Klett-Welding lässt sich außerdem der thermische Versagenspunkt der Verbindung 30, nämlich die vorbestimmte Schwelltemperatur, auf einfache Weise einstellen. Beispielsweise löst sich die Verbindung 30 bei 200 Grad Celsius. Dadurch wird die thermische Verbindung über den Zellverbinder 24 bei einer Propagation automatisch getrennt, da sich die Klebung löst, da sie unter Spannung steht, zum Beispiel wenn der Zellverbinder 24 gleichzeitig wie beschreiben als Federelement 36 ausgeführt ist. Das Verbindungselement, das heißt der Zellverbinder 22, ist in diesem Beispiel also als Feder 36 ausgeführt, sodass sichergestellt ist, dass die Verbindung 30 beim Versagen der Klebung 34 getrennt wird und kein thermischer Übergang mehr vorhanden ist, sobald die Klebung 34 versagt.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung hybride Thermal Propagation-optimierte Zellverbinder bereitgestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020118446 A1 [0003]
- DE 102020107240 A1 [0005]
- DE 102009040146 A1 [0007]
