DE10323529B3

DE10323529B3 - Zellenverbindereinheit und Verfahren zur elektrischen Verbindung von benachbarten Zellen

Info

Publication number: DE10323529B3
Application number: DE10323529A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bechtold; Uwe Langbein
Original assignee: VARTA Automotive Systems GmbH
Current assignee: Clarios Technology and Recycling GmbH
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2003-05-24
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-05-25

Abstract

Eine Zellenverbindereinheit (1) für mehrzellige Akkumulatoren zur elektrischen Verbindung von durch eine Zwischenwand (6) voneinander getrennten benachbarten Zellen (5a, 5b) hat Aufnahmeschuhe (2a, 2b) an den zu verbindenden Zellen (5a, 5b) und ein Zellenverbindungselement (3), wobei das Zellenverbindungselement (3) zum Einlegen in die Aufnahmeschuhe (2a, 2b) der mit dem Zellenverbindungselement (3) zu verbindenden Zellen (5a, 5b) ausgebildet ist, und an den zur Aufnahme in den Aufnahmeschuhen (2a, 2b) vorgesehenen Enden Spreizabschnitte (7a, 7b) hat, die aufspreizbar und an den Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe (2a, 2b) mit dem Zellenverbindungselement (3) anpressbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur elektrischen Verbindung vom benachbarten Zellen eines mehrzelligen Akkumulators mit derartigen Zellenverbindereinheiten, wobei die Zellen durch Zwischenwände voneinander getrennt sind.

Zellenverbinder für Akkumulatoren sind beispielsweise aus der DE 1 596 129 bekannt. In dieser Druckschrift ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der eine Zwischenwand zwischen den Zellen eines Batteriekastens durchdringende Verbinderzapfen vorgesehen sind, die einstückig mit jeweils einer zugeordneten Polfläche einer Zelle geformt sind. Ein Zellenverbinder eines Zellenverbinderpaa res hat einen Verbinderzapfen, der durch die Zwischenwand durchgesteckt und in eine Bohrung des zugeordneten Zellenverbinders eingeführt wird. Durch Druck auf beide Enden des Verbinderzapfens wird dieser gestaucht, so dass die Zellenverbinder fest miteinander verbunden werden und dicht an die Zellenwand angepresst werden.

Das Problem bei den herkömmlichen Zellenverbindern ist, dass die bei der Fertigung zulässig Fertigungstoleranz relativ klein sein muss und die Strombelastung durch den Querschnitt der Verbinderzapfes begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte gattungsgemäße Zellenverbindereinheit für mehrzellige Akkumulatoren zu schaffen.

Die Aufgabe wird mit der gattungsgemäßen Zellenverbindereinheit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zellenverbindereinheit Aufnahmeschuhe an den zu verbindenden Zellen und ein Zellenverbindungselement hat, wobei des Zellenverbindugselement zum Einlegen in die Aufnahmeschuhe der mit der Zellenverbindungselementen zu verbindenden Zellen ausgebildet ist und an den zur Aufnahme in den Aufnahmeschuhen vorgesehenen Enden Spreizabschnitte hat, die aufspreizbar und an Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe mit dem Zellenverbindungselement anpressbar sind.

Mit Hilfe dieser Zellenverbindereinheit können Zellen als Plattensätze mit damit verbundenen Zellenvebindungselementen vorgefertigt werden, die dann mit relativ großen Freimaßtoleranzen zueinander in ein mehrzelliges Gefäß eingebaut werden. Das Einlegen und Anpressen der Zellenverbindungselemente in die Aufnahmeschuhe ist sehr kostengünstig und montagefreundlich, wobei das Aufspreizen mit geeignetem Werkzeug von oben in den geöffneten Zellenbehälter erfolgen kann. Die Kontaktfläche zwischen Aufnahmeschuhen und Zellenver bindungselement kann zu dem relativ groß gestaltet werden, so dass eine relativ große Strombelastbarkeit gewährleistet wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spreizabschnitte Schlitze im gegenüberliegenden Ende des Zellenverbindungselementes haben. Diese sich quer durch das Zellenverbindungelement jeweils an den Enden erstreckenden Schlitze können dann mit geeigneten Werkzeugen oder Spreizmitteln aufgespreizt werden.

Vorzugsweise sind dabei jeweils in einem Schlitz eines Spreizabschnittes zwei nebeneinander angeordnete Bohrungen vorgesehen, die sich von einer offenen Seite des Schlitzes durch den Schlitz hindurch zu anderen gegenüberliegenden offenen Seite des Schlitzes erstrecken. In die Bohrungen kann dann eine geeignetes Spannelement eingeführt werden.

So kann beispielsweise jeweils mindestens eine Bohrung in dem Spreizabschnitt zur Aufnahme von Blindnieten und/oder jeweils eine Gewindebohrung in den Spreizabschnitten zur Aufnahme von Schrauben vorgesehen sein. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Gewindebohrung konisch zulaufend ist, so dass sich der Spreizabschnitt beim Einschrauben einer Spreizschraube ausdehnt, wenn diese von dem größeren Durchmesser der Bohrung in Richtung des kleineren Durchmessers der Gewindebohrung geschraubt wird.

Bevorzugt ist jedoch das Einführen und Vernieten von Nieten insbesondere von Blindnieten in den Bohrungen.

In einer anderen Ausführungsform können auch Spreizfedern in der Spreizabschnitten vorgesehen sein.

Die Aufnahmeschuhe sind vorzugsweise integral mit der Polfläche einer zugeordneten Zelle verbundene U-förmige Kontaktblöcke. Die Einfuhröffnung der Kontaktblöcke weist dabei in Richtung der angrenzenden Zwischenwand.

Auf diese Weise kann das Zellenverbindungselement einfach von der Oberseite der Zelle von oben in die Aufnahmeschuhe eingeschoben werden.

Die Aufnahmeschuhe und die Zellenverbindungselemente sind vorzugsweise kupferhaltig und/oder nickelhaltig und bevorzugt als Kupferblock ausgeführt oder vernickelt.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur elektrischen Verbindung von benachbarten Zellen eines mehzelligen Akkumulators mit den oben beschriebenen Zellenverbindereinheiten gelöst durch

– Einlegen eines Zellenverbindungselementes in die Aufnahmeschuhe der zu verbindenden Zellen, und
– Aufspreizen der Zellenverbindungselemente an den Spreizabschnitten derart, dass die Zellenverbindungselemente an Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe angepresst sind.

Vorzugsweise erfolgt das Aufspreizen der Zellenverbindungselemente durch Einführen von Blindnieten in Bohrungen, die in Schlitzen der Spreizabschnitte vorgesehen sind. Durch Vernieten der Blindnieten in den Bohrungen werden die Spreizabschnitte dann aufgespreizt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 – perspektivische Darstellung einer Zellenverbindereinheit mit Aufnahmeschuhen an den durch Zwischenwand getrennten Zellen und aufgespreiztem Zellenverbindungselement;
2 – perspektivische Schnittansicht der Zellenverbindereinheit aus der 1 mit Schnitt durch einen Aufnahmeschuh;
3 – Querschnittsansicht der Zellenverbindereinheit aus 1.
Die 1 lässt eine perspektivische Ansicht einer Zellenverbindereinheit 1 erkennen, die Aufnahmeschuhe 2a, 2b sowie ein Zellenverbindungselement 3 hat. Die Aufnahmeschuhe 2a, 2b sind jeweils an die Pole 4a, 4b von zwei benachbarten miteinander zu verbindenden Zellen 5a, 5b elektrisch leitend angebracht.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeschuhe 2a, 2b mit ihrer Auflagefläche an die Pole 4a, 4b geschweißt.
Die Zellen 5a, 5b sind durch eine Zwischenwand 6 voneinander getrennt, die Teil eines nicht dargestellten Batteriegehäuses ist. In der Zwischenwand 6 ist eine Durchführungsöffung vorgesehen, die beispielsweise eine oben offenen Nut sein kann, durch die das Zellenverbindugselement 3 durchgeführt wird.
Die Aufnahmeschuhe 2a, 2b sind U-förmig und haben eine Einfuhröffnung, die in Richtung der Zwischenwand 6 weist. Die Aufnahmeschuhe 2a, 2b sind zudem aufgrund der U-Form nach oben an der den Polen 4a, 4b gegenüberliegenden Seite offen, so dass das Zellenverbindungselement 3 von oben in die Aufnahme schuhe 2a, 2b eingelegt werden kann, wenn die Zellen 5a, 5b in das bei der Fertigung oben noch offene Batteriegehäuse eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß hat das Zellenverbindungselement 3 Spreizabschnitte an den zur Aufnahme in den Aufnahmeschuhen 2a, 2b vorgesehenen Enden in Form von Schlitzen. Die Schlitze erstrecken sich beispielsweise jeweils von den Kopfenden des Zellenverbindungselementes 3 in Richtung der Mitte des Zellenverbindungselementes 3 in etwa über die Länge der inneren Kontaktfläche der Aufnahmeschuhe 2a, 2b für das Zellenverbindungselement 3.
Es ist erkennbar, dass Blindnieten 8 in Bohrungen der Schlitze eingeführt sind. Durch Vernieten dieser Blindnieten 8 werden die Spreizabschnitte 7a, 7b aufgespreizt und die Außenflächen des Zellenverbindungselements 3 an die angrenzenden Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe 2a, 2b angepresst. Hierdurch wird ein relativ geringer elektrischer Widerstand gewährleistet und eine Fertigung mit relativ großen Freimaßtoleranzen ermöglicht.
Die 2 lässt eine perspektivische Schnittansicht der Zellenverbindereinheit 1 aus der 1 mit einem Schnitt durch einen Aufnahmeschuh 2a erkennen. Es wird deutlich, dass die Blindnieten 8 in Bohrungen 9 gesteckt werden, die in einem sich in Längsrichtung des Zellenverbindungselementes 3 von den Kopfenden jeweils über einen Teilbereich der Enden des Zellenverbindungselementes 3 erstreckenden Schlitze vorgesehen sind. Durch Vernieten und Aufspreizen der Blindnieten 8 wird der Schlitz auseinander gedrängt und die beiden Flanken des Spreizabschnitts 7a aufgespreizt.
Die 3 lässt eine Querschnittsansicht der Zellenverbindereinheit 1 aus der 1 erkennen. Es wird deutlich, dass die Bohrungen 9 und zugeordneten Blindnieten 8 in Längsrichtung des Zellenverbindungselementes 3 nebeneinander angeordnet sind, wobei pro Schlitz jeweils zwei Bohrungen 9 vorgesehen sind.
Dies hat den Vorteil, dass eine der Blindnieten 8 zum Aufspreizen und die andere Blindniet 8 zum Fixieren der Position des Spreizabschnitts 7 gegen Rückfedern wirkt. Mit Hilfe der beiden Bohrungen 9 und Blindnieten 8 wird ein flächiger Kontakt zwischen dem Zellenverbindungselement 3 und den U-förmigen Aufnahmeschuhen 2a, 2b gewährleistet.
Durch die massive Bauart der Zellenverbindungselemente 3 und Aufnahmeschuhe 2 wird zudem neben relativ niedrigen Übergangswiderständen ein relativ kleiner Aufbau ermöglicht, wobei das Einbauen der Zellen in ein Batteriegehäuse und die anschließende Zellenverbindung relativ kostengünstig und einfach durchgeführt wird.
Zur elektrischen Verbindung benachbarter Zellen sind lediglich die Schritte erforderlich von:

– Einlegen eines Zellenverbindungselementes 3 in die Aufnahmeschuhe 2a, 2b der zu verbindenden Zellen 5a, 5b und
– Aufspreizen der Zellenverbindungselemente 3 an den Spreizabschnitten 7a, 7b derart, dass die Zellenverbindungselemente 3 an Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe 2a, 2b angepresst sind.

Claims

Zellenverbindereinheit (1) für mehrzellige Akkumulatoren zur elektrischen Verbindung von durch eine Zwischenwand (6) voneinander getrennten benachbarten Zellen (5a, 5b), dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenverbindereinheit (1) Aufnahmeschuhe (2a, 2b) an den zu verbindenden Zellen (5a, 5b) und ein Zellenverbindungselement (3) hat, wobei das Zellenverbindungselement (3) zum Einlegen in die Aufnahmeschuhe (2a, 2b) der mit dem Zellenverbindungselement (3) zu verbindenden Zellen (5a, 5b) ausgebildet ist und an den zur Aufnahme in den Aufnahmeschuhen (2a, 2b) vorgesehenen Enden Spreizabschnitte (7a, 7b) hat, die aufspreizbar und an die Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe (2a, 2b) mit dem Zellenverbindungselement (3) anpressbar sind.
Zellenverbindereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizabschnitte (7a, 7b) Schlitze in gegenüberliegenden Enden des Zellenverbindungselementes (3) haben.
Zellenverbindereinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in einem Schlitz eines Spreizabschnittes (7a, 7b) zwei nebeneinander angeordnete Bohrungen (9) vorgesehen sind, die sich von einer offenen Seite des Schlitzes durch den Schlitz hindurch zur anderen gegenüberliegenden offenen Seite des Schlitzes erstrecken.
Zellenverbindereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass jeweils mindestens eine Bohrung (9) in den Spreizabschnitten (7a, 7b) zur Aufnahme von Blindnieten (8) ausgebildet ist.
Zellenverbindereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bohrung (9) in den Spreizabschnitten (7a, 7b) ein Gewinde zur Aufnahme von Schrauben aufweist.
Zellenverbindereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrungen konisch zulaufend sind.
Zellenverbindereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Spreizfedern in den Spreizabschnitten (7a, 7b).
Zellenverbindereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschuhe (2a, 2b) integral mit der Polfläche einer zugeordneten Zelle verbundene U-förmige Kontaktblöcke sind, wobei die Einfuhröffnung der Kontaktblöcke in Richtung der angrenzenden Zwischenwand (6) weist.
Zellenverbindereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschuhe (2a, 2b) und die Zellenverbindungselemente (3) kupferhaltig und/oder nickelhaltig sind.
Verfahren zur elektrischen Verbindung von benachbarten Zellen eines mehrzelligen Akkumulators, mit einer Zellenverbindereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen durch Zwischenwände (6) voneinander getrennt sind, gekennzeichnet durch – Einlegen eines Zellenverbindungselementes (3) in die Aufnahmeschuhe (2a, 2b) der zu verbindenden Zellen, und – Aufspreizen des Zellenvebindungselementes (3) an den Spreizabschnitten derart, dass das Zellenverbindungselement (3) an Kontaktflächen der Aufnahmeschuhe (2a, 2b) angepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Einführen von Blindnieten (8) in Bohrungen (9), die in Schlitzen der Spreizabschnitte (7a, 7b) vorgesehen sind, und Vernieten der Blindnieten (8) in den Bohrungen (9) zum Aufspreizen der Spreizabschnitte (7a, 7b). JGljl-mr