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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden von Batteriezellen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung umfassend mehrere Batteriezellen und eine Kontaktierungsvorrichtung.
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Ein Batteriemodul, welches in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen kann, kann eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen können prismatische Batteriezellen sein und in Form eines Zellstapels angeordnet sein. Elektrische Zellanschlüsse der Batteriezellen, über welche die Batteriezellen kontaktiert werden können, können sich an einer Seite des Zellstapels befinden. An dieser Seite kann eine Kontaktierungsvorrichtung zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden der Batteriezellen angeordnet sein. Die Kontaktierungsvorrichtung, welche auch als Zellkontaktiersystem bezeichnet werden kann, kann einen Träger und an die Zellanschlüsse angeschlossene elektrisch leitende Verbindungselemente aufweisen. Auf diese Weise können die Batteriezellen des Zellstapels elektrisch zusammengeschaltet sein.
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Mehrere solche Module bzw. Zellstapel können durch einen externen Modulverbinder elektrisch miteinander verbunden werden. Der Modulverbinder, welcher an die Kontaktierungsvorrichtungen angeschlossen werden kann, kann in Form eines Kabels mit Steckverbindern verwirklich sein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung für eine Kontaktierungsvorrichtung zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden von Batteriezellen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Kontaktierungsvorrichtung zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden von Batteriezellen vorgeschlagen. Die Batteriezellen sind in Form von mehreren und seitlich nebeneinander angeordneten Zellstapeln angeordnet. Die Kontaktierungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen zum Kontaktieren von Zellanschlüssen der Batteriezellen und einen Träger zum Halten der Verbindungselemente auf. Die Mehrzahl von Verbindungselementen umfasst mehrere Gruppen von Verbindungselementen und wenigstens ein Überbrückungselement. Mit Hilfe der Gruppen von Verbindungselementen können Zellanschlüsse von Batteriezellen von jeweils einem der Zellstapel kontaktiert werden. Mit Hilfe des wenigstens einen Überbrückungselements können Zellanschlüsse von Batteriezellen von verschiedenen Zellstapeln kontaktiert werden.
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Die Kontaktierungsvorrichtung eignet sich zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden von Batteriezellen, welche zu mehreren (d.h. wenigstens zwei) und sich seitlich bzw. lateral nebeneinander erstreckenden Zellstapeln gestapelt sind. Zu diesem Zweck weist die Kontaktierungsvorrichtung eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen und einen Träger zum Halten der Verbindungselemente auf. Die Mehrzahl von Verbindungselementen ist unterteilt in mehrere (d.h. wenigstens zwei) Gruppen von Verbindungselementen, wobei eine Gruppe jeweils einem der mehreren Zellstapel zugeordnet ist, und in wenigstens ein Überbrückungselement. Die Verbindungselemente der Gruppen sind dazu ausgebildet, elektrische Zellanschlüsse von Batteriezellen der jeweils zugehörigen Zellstapel zu kontaktieren. Hierdurch können die Batteriezellen in den einzelnen Zellstapeln elektrisch miteinander verbunden werden. Das wenigstens eine Überbrückungselement ist mehreren (d.h. wenigstens zwei) Zellstapeln zugeordnet und dahingehend ausgebildet, Zellanschlüsse von Batteriezellen der betreffenden mehreren Zellstapel zu kontaktieren. Auf diese Weise können diese Zellstapel elektrisch miteinander verbunden werden.
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Die vorgeschlagene Kontaktierungsvorrichtung bietet somit die Möglichkeit, mehrere seitlich nebeneinander angeordnete Zellstapel aus Batteriezellen auf einfache, kostengünstige und platzsparende Weise zu kontaktieren und elektrisch miteinander zu verbinden. Diese Vorteile gelten im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen Ansatz, einen Zellstapel mit jeweils einer eigenen Kontaktierungsvorrichtung zu kontaktieren, und zum Verbinden von mehreren Zellstapeln einen separaten Verbinder einzusetzen.
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Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungsformen beschrieben, welche in Betracht kommen können.
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Die mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung kontaktierbaren Batteriezellen können wiederaufladbare Batteriezellen sein. Auch können die Batteriezellen prismatische Batteriezellen sein. Hierbei können die Batteriezellen eine quaderförmige oder im Wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweisen.
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Im Hinblick auf die Zellstapel können die Batteriezellen derart angeordnet sein, dass sich Seiten bzw. Kurzseiten von Batteriezellen von benachbarten Zellstapeln jeweils gegenüberliegen. Es ist ferner möglich, dass die Batteriezellen in zueinander parallel verlaufenden Zellstapeln angeordnet sind. Des Weiteren können die Batteriezellen der Zellstapel entlang einer Stapelrichtung gestapelt sein.
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Die Zellanschlüsse der Batteriezellen der Zellstapel, über welche die Batteriezellen elektrisch kontaktiert werden können, können in dieselbe Richtung weisen. Auch können die Zellanschlüsse der Batteriezellen an einer Seite der Zellstapel vorhanden sein bzw. sich in einer gemeinsamen Ebene befinden. Die Batteriezellen können zwei unterschiedliche Zellanschlüsse, d.h. einen Pluspol und einen Minuspol, aufweisen.
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Die Kontaktierungsvorrichtung kann eine flächige bzw. im Wesentlichen flächige Gestalt aufweisen. Auch kann die Kontaktierungsvorrichtung eine sich entlang einer Ebene erstreckende Gestalt besitzen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente der Kontaktierungsvorrichtung metallisch ausgebildet. Möglich ist zum Beispiel eine Ausgestaltung aus Aluminium. Ferner können die Verbindungselemente einlagig oder alternativ mehrlagig verwirklicht sein. In der letztgenannten Variante können die Verbindungselemente mehrere, zum Beispiel zwei Metalllagen aus zum Beispiel Aluminium aufweisen. Auf diese Weise können die Verbindungselemente eine hohe Stromtragfähigkeit besitzen. Die Verbindungselemente können ferner mittels Schweißen an die Zellanschlüsse der Batteriezellen angeschlossen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die Verbindungselemente zumindest der Gruppen eine in der Aufsicht rechteckförmige bzw. streifenförmige Gestalt auf. Das wenigstens eine Überbrückungselement kann wenigstens zum Teil eine in der Aufsicht rechteckförmige bzw. streifenförmige Gestalt besitzen und/oder mehrere in der Aufsicht rechteckförmige bzw. streifenförmige Teilabschnitte aufweisen.
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Das wenigstens eine Überbrückungselement kann dazu ausgebildet sein, Zellanschlüsse von Batteriezellen von zwei benachbarten Zellstapeln zu kontaktieren. Mit Hilfe des Überbrückungselements können ferner wenigstens ein Zellanschluss von wenigstens einer Batteriezelle eines Zellstapels und wenigstens ein Zellanschluss von wenigstens einer Batteriezelle eines anderen Zellstapels kontaktiert und dadurch elektrisch miteinander verbunden werden.
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Die Ausgestaltung der Verbindungselemente kann abhängig sein von der angestrebten elektrischen Verschaltung der Batteriezellen. Die Kontaktierungsvorrichtung kann zum Beispiel dahingehend ausgebildet sein, dass unter Verwendung der Kontaktierungsvorrichtung eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung der Batteriezellen hergestellt werden kann. Möglich ist zum Beispiel, jeweils mehrere Batteriezellen elektrisch parallel, und die Parallelschaltungen aus Batteriezellen elektrisch in Reihe zu schalten. Eine weitere Variante besteht darin, sämtliche Batteriezellen mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung elektrisch in Reihe zu schalten. In Abhängigkeit der jeweils angestrebten Verschaltung können die Batteriezellen hierauf abgestimmt in den Zellstapeln ausgerichtet sein.
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Die Kontaktierungsvorrichtung kann zum Kontaktieren von Batteriezellen vorgesehen sein, welche zu zwei nebeneinander angeordneten Zellstapeln gestapelt sind. In diesem Zusammenhang kann folgende Ausgestaltung in Betracht kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktierungsvorrichtung ausgebildet zum Kontaktieren und elektrischen Verbänden von Batteriezellen, welche in Form eines ersten und eines zweiten Zellstapels angeordnet sind, wobei der erste und zweite Zellstapel seitlich nebeneinander angeordnet sind und zueinander parallel verlaufen. Wie oben angedeutet wurde, können die Batteriezellen der Zellstapel entlang einer Stapelrichtung gestapelt sein. Korrespondierend zu den zwei Zellstapeln umfasst die Mehrzahl von Verbindungselementen der Kontaktierungsvorrichtung eine erste Gruppe von Verbindungselementen zum Kontaktieren der Zellanschlüsse von Batteriezellen des ersten Zellstapels, eine zweite Gruppe von Verbindungselementen zum Kontaktieren der Zellanschlüsse von Batteriezellen des zweiten Zellstapels, und ein Überbrückungselement zum Kontaktieren der Zellanschlüsse von Batteriezellen des ersten und zweiten Zellstapels.
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Hinsichtlich der vorgenannten Ausführungsform kann die Kontaktierungsvorrichtung ferner dahingehend ausgebildet sein, dass unter Verwendung der Kontaktierungsvorrichtung von sämtlichen Batteriezellen der beiden Zellstapel jeweils mehrere (zum Beispiel jeweils fünf) Batteriezellen elektrisch parallel geschaltet, und die Parallelschaltungen aus Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Teil der Verbindungselemente der Kontaktierungsvorrichtung mehrere flächige bzw. ebenflächige Kontaktierungsabschnitte zum Kontaktieren von Zellanschlüssen der Batteriezellen und wenigstens einen zwischen benachbarten Kontaktierungsabschnitten angeordneten bogenförmigen Abschnitt auf. Diese Ausprägung kann auch in Bezug auf das wenigstens eine Überbrückungselement zutreffen. Die Kontaktierungsabschnitte der Verbindungselemente können sich in einer gemeinsamen Ebene befinden. Bei den bogenförmigen Abschnitten kann es sich um Auswölbungen der Verbindungselemente handeln. Durch die bogenförmigen Abschnitte der Verbindungselemente kann ein Toleranzausgleich erzielt werden. Auf diese Weise können Verformungen und Bewegungen ausgeglichen werden, welche von einem Ausdehnen und Zusammenziehen der Batteriezellen bei einem Laden und Entladen derselben herrühren können. Infolgedessen können die Batteriezellen zuverlässig mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung kontaktiert sein, und können Beeinträchtigungen infolge der Verformungen wie zum Beispiel eine Beschädigung von Batteriezellen und/oder der Kontaktierungsvorrichtung unterdrückt werden. Die Kontaktierungsabschnitte der Verbindungselemente können zum Kontaktieren von jeweils einem Zellanschluss vorgesehen sein.
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Mit Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform kann die Kontaktierungsvorrichtung zum Beispiel Verbindungselemente umfassen, welche zwei flächige Kontaktierungsabschnitte und einen dazwischen angeordneten bogenförmigen Abschnitt aufweisen. Mit Hilfe solcher Verbindungselemente können zwei Zellanschlüsse von zwei benachbarten Batteriezellen kontaktiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung können Verbindungselemente vorhanden sein, welche mehr als zwei flächige Kontaktierungsabschnitte und mehrere bogenförmige Abschnitte aufweisen, wobei ein bogenförmiger Abschnitt jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktierungsabschnitten angeordnet ist.
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Wie oben angedeutet wurde, können Verbindungselemente zumindest der Gruppen eine in der Aufsicht rechteckförmige bzw. streifenförmige Gestalt aufweisen. Derartige Verbindungselemente können ferner mehrere flächige Kontaktierungsabschnitte und mehrere bogenförmige Abschnitte aufweisen. Die bogenförmigen Abschnitte können zueinander parallel verlaufend ausgebildet sein.
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Das wenigstens eine Überbrückungselement kann in entsprechender Weise mehrere flächige Kontaktierungsabschnitte und mehrere bogenförmige Abschnitte aufweisen. Hierbei kann ein bogenförmiger Abschnitt senkrecht zu den übrigen bogenförmigen Abschnitten verlaufen. Die übrigen bogenförmigen Abschnitte können zueinander parallel verlaufen. Eine solche Ausgestaltung kann in Bezug auf im Folgenden erläuterte Ausführungsformen in Betracht kommen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das wenigstens eine Überbrückungselement ausgebildet, Zellanschlüsse von jeweils mehreren Batteriezellen von zwei verschiedenen Zellstapeln zu kontaktieren. Mit Hilfe eines solchen Überbrückungselements können mehrere Batteriezellen eines Zellstapels mit mehreren Batteriezellen eines anderen Zellstapels elektrisch miteinander verbunden werden. Diese Ausgestaltung kann in Betracht kommen, wenn die Kontaktierungsvorrichtung zum Verwirklichen einer kombinierten Reihen- und Parallelschaltung von Batteriezellen vorgesehen ist. Das betreffende Überbrückungselement kann für jeden der zwei Zellstapel mehrere flächige Kontaktierungsabschnitte aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das wenigstens eine Überbrückungselement eine U-förmige Aufsichtsform auf. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist die Möglichkeit gegeben, Zellanschlüsse von jeweils mehreren Batteriezellen von zwei verschiedenen Zellstapeln zu kontaktieren. Das U-förmige Überbrückungselement kann einen Basisabschnitt und zwei sich hiervon erstreckende Schenkel aufweisen. Der Basisabschnitt kann zwei flächige Kontaktierungsabschnitte, und die beiden Schenkel können jeweils wenigstens einen flächigen Kontaktierungsabschnitt aufweisen. Zwischen benachbarten Kontaktierungsabschnitten kann, wie oben beschrieben wurde, jeweils ein bogenförmiger Abschnitt vorhanden sein. Hierbei kann das Überbrückungselement derart ausgebildet sein, dass der Basisabschnitt einen bogenförmigen Abschnitt aufweist, welcher senkrecht zu den übrigen bogenförmigen Abschnitten verläuft.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Verbindungselemente von jeder der mehreren Gruppen in zueinander parallel verlaufenden Reihen angeordnet. In dieser Ausgestaltung kann jede Gruppe zwei parallele Reihen aus Verbindungselementen umfassen. Diese Ausgestaltung kann abgestimmt sein auf die zu Zellstapeln gestapelten Batteriezellen. Hierbei können die Zellanschlüsse der Batteriezellen eines Zellstapels ebenfalls in Form von zwei parallelen Reihen angeordnet sein. Sofern die mehreren Zellstapel zueinander parallel verlaufen, und sich sämtliche Zellanschlüsse der Batteriezellen der Zellstapel somit in parallelen Reihen befinden können, können die Verbindungselemente sämtlicher Gruppen in zueinander parallel verlaufenden Reihen angeordnet sein. Das wenigstens eine Verbindungselement kann sich abschnittsweise im Bereich der Reihen bzw. von zwei (benachbarten) Reihen von verschiedenen Gruppen aus Verbindungselementen befinden. Hierbei kann es sich um die Enden der Reihen handeln.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von Verbindungselementen zwei seitlich gegenüber dem Träger hervorstehende Verbindungselemente. Diese zwei Verbindungselementen können zum externen Kontaktieren der Kontaktierungsvorrichtung genutzt werden und als Stromabgriffe dienen. Die zwei Verbindungselemente können ferner eine stufenförmige Gestalt besitzen.
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Der Träger der Kontaktierungsvorrichtung kann aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. Möglich ist zum Beispiel eine Ausgestaltung aus einem Kunststoffmaterial. Der Träger kann eine sich entlang einer Ebene erstreckende Gestalt besitzen. Auch kann der Träger eine rechteckförmige bzw. im Wesentlichen rechteckförmige Kontur besitzen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger eine rahmenförmige Gestalt mit einer Mehrzahl von Aussparungen auf, zwischen welchen Querstreben zum Tragen von Verbindungselementen der Kontaktierungsvorrichtung angeordnet sind. Aufgrund der Aussparungen kann der Träger eine Gitterform besitzen. Die Aussparungen können rechteckförmig sein. Wie oben angegeben wurde, können Verbindungselemente vorhanden sein, welche flächige Kontaktierungsabschnitte und wenigstens einen bogenförmigen Abschnitt aufweisen. Hierbei können die Verbindungselemente derart an dem Träger angeordnet sein, dass sich die Kontaktierungsabschnitte oder wenigstens ein Teil der Kontaktierungsabschnitte im Bereich der Aussparungen, und die bogenförmigen Abschnitte der Verbindungselemente im Bereich der Querstreben befinden. Auf diese Weise können die Kontaktierungsabschnitte an einer Seite bzw. Rückseite des Trägers zugänglich sein, und dadurch an die Zellanschlüsse der Batteriezellen angeschlossen werden. Die bogenförmigen Abschnitte können die Querstreben teilweise umschließen und an den Querstreben anliegen. Abgesehen von den Querstreben kann der Träger ferner mehrere sich senkrecht zu den Querstreben erstreckende Stege bzw. Verbindungsstege aufweisen. Auch kann der Träger am Rand mehrere Außenstege aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Träger Befestigungselemente zum Befestigen von Verbindungselementen an dem Träger auf. Auf diese Weise können die Verbindungselemente in zuverlässiger Weise an dem Träger befestigt sein. Die Befestigungselemente können an den vorstehend beschriebenen Stegen des Trägers ausgebildet sein. Die Befestigungselemente können zum Beispiel Rastelemente, Rasthaken, Vorsprünge und/oder Anschlagselemente umfassen.
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Die Kontaktierungsvorrichtung kann abgesehen von dem Träger und den Verbindungselementen weitere Bestandteile umfassen. Beispielsweise kann wenigstens ein flexibles Flachkabel vorgesehen sein, mit welchem Verbindungselemente kontaktiert werden können. Auf diese Weise kann eine Spannungsmessung und -überwachung von Batteriezellen verwirklicht werden. In dem wenigstens einen Flachkabel können zusätzlich Temperatursensoren integriert sein. Auf diese Weise kann eine Temperaturmessung und -überwachung von Batteriezellen verwirklicht werden. Das oder die Flachkabel können mit einem oder mehreren Steckverbindern verbunden sein. Im Hinblick auf die vorgenannte Ausgestaltung kann die Kontaktierungsvorrichtung ohne Flachkabel auf den Batteriezellen angeordnet und nachfolgend mit dem wenigstens einen Flachkabel versehen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung umfassend mehrere Batteriezellen und eine Kontaktierungsvorrichtung vorgeschlagen. Die Batteriezellen sind in Form von mehreren und seitlich nebeneinander angeordneten Zellstapeln angeordnet. Die Kontaktierungsvorrichtung besitzt den oben beschriebenen Aufbau bzw. einen Aufbau gemäß wenigstens einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Die elektrisch leitenden Verbindungselemente der Kontaktierungsvorrichtung sind an Zellanschlüsse der Batteriezellen angeschlossen, so dass die Batteriezellen elektrisch miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können die Batteriezellen der Zellstapel auf einfache, kostengünstige und platzsparende Weise elektrisch miteinander verschaltet sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass oben bereits erläuterte Merkmale und Details in entsprechender Weise für die Anordnung umfassend die mehreren Batteriezellen und die Kontaktierungsvorrichtung in Betracht kommen können.
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Beispielsweise können die mehreren Zellstapel parallel zueinander verlaufen, und können die Batteriezellen der Zellstapeln entlang einer Stapelrichtung gestapelt sein. Ferner können sämtliche Batteriezellen mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet sein, oder kann mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung der Batteriezellen verwirklicht sein.
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Die vorgenannte Anordnung aus mehreren Batteriezellen und der Kontaktierungsvorrichtung kann zum Beispiel in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung von zu zwei Zellstapeln gestapelten Batteriezellen und von Verbindungselementen und eines Trägers einer Kontaktierungsvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Darstellung der Verbindungselemente;
- 3 eine perspektivische Darstellung des Trägers;
- 4 eine perspektivische Darstellung der Kontaktierungsvorrichtung mit dem an dem Träger angeordneten Verbindungselementen;
- 5 bis 10 vergrößerte perspektivische Darstellungen des Trägers mit und ohne Verbindungselemente zur Veranschaulichung einer Befestigung der Verbindungselemente an dem Träger;
- 11 eine perspektivische Darstellung der auf den Batteriezellen angeordneten Kontaktierungsvorrichtung;
- 12 eine weitere perspektivische Darstellung der auf den Batteriezellen angeordneten Kontaktierungsvorrichtung mit einer zusätzlichen Verwendung von Flachkabeln;
- 13 eine Aufsichtsdarstellung der Batteriezellen und der Verbindungselemente der Kontaktierungsvorrichtung;
- 14 bis 16 Aufsichtsdarstellungen von Batteriezellen und Verbindungselementen zur Veranschaulichung weiterer Ausgestaltungen einer Kontaktierungsvorrichtung; und
- 17 bis 19 Ersatzschaltbilder von verschalteten Batteriezellen.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung von Batteriezellen 200 und von Bestandteilen einer zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden der Batteriezellen 200 eingesetzten Kontaktierungsvorrichtung 100. Diese Komponenten 100, 200 können zum Beispiel in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zur Anwendung kommen. Die Kontaktierungsvorrichtung 100 kann auch als Zellkontaktiersystem bezeichnet werden. Um geometrische Gegebenheiten besser zu veranschaulichen, sind in 1 und auch anderen Figuren zusätzlich Achsen x, y, z eines kartesischen Koordinatensystems abgebildet.
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Bei den Batteriezellen 200 handelt es sich um wiederaufladbare prismatische Batteriezellen 200, welche zwei Zellanschlüsse 201, 202 an einer Seite aufweisen. Über die Zellanschlüsse 201, 202 können die Batteriezellen 200 elektrisch kontaktiert werden. Wie in 1 angedeutet ist, können die Zellanschlüsse 201 positive Anschlüsse bzw. Pluspole, und können die Zellanschlüsse 202 negative Anschlüsse bzw. Minuspole der Batteriezellen 200 sein. Zur besseren Unterscheidung sind die positiven Zellanschlüsse 201 in 1 mit einer zusätzlichen Schraffierung, und die negativen Zellanschlüsse 202 ohne Schraffierung dargestellt. In der entsprechenden Aufsichtsdarstellung von 13 sind die positiven Zellanschlüsse 201 in Form von schwarzen Flächen veranschaulicht.
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Wie in 1 dargestellt ist, dient die Kontaktierungsvorrichtung 100 zum Kontaktieren von vierzig Batteriezellen 200, welche zu zwei nebeneinander angeordneten Zellstapeln 211, 212 aus jeweils zwanzig Batteriezellen 200 gestapelt sind. Die Zellstapel 211, 212 werden im Folgenden auch als erster Zellstapel 211 und zweiter Zellstapel 212 bezeichnet.
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Die Batteriezellen 200 der beiden Zellstapel 211, 212 sind entlang einer gemeinsamen Stapelrichtung (vorliegend x-Richtung) gestapelt, so dass sich die Zellstapel 211, 212 parallel zueinander erstrecken. In jedem der Zellstapel 211, 212 liegen sich die Seiten der Batteriezellen 200 mit dem größten Flächeninhalt jeweils gegenüber. Die Batteriezellen 200 sind ferner derart angeordnet, dass die mit den Zellanschlüssen 201, 202 versehenen Seiten der Batteriezellen 200 und damit die Zellenanschlüsse 201, 202 jeweils in dieselbe Richtung weisen. Auf diese Weise befinden sich die Zellanschlüsse 201, 202 an einer gemeinsamen Seite der Zellstapel 211, 212, und insofern in einer gemeinsamen Ebene. Auch sind die Zellanschlüsse 201, 202 in vier parallelen (vorliegend sich entlang der x-Richtung erstreckenden) Reihen angeordnet.
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Wie weiter unten noch näher erläutert wird, werden die Batteriezellen 200 mit Hilfe der Kontaktierungsvorrichtung 100 derart miteinander verschaltet, dass eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung der Batteriezellen 200 vorliegt. Hierbei sind jeweils fünf Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und sind die Parallelschaltungen aus jeweils fünf Batteriezellen 200 seriell verbunden. Hierzu korrespondierend sind die Batteriezellen 200 in den Zellstapeln 211, 212 derart angeordnet, dass Zellanordnungen aus jeweils fünf bezüglich der Zellanschlüsse 201, 202 übereinstimmend ausgerichteten Batteriezellen 200 vorliegen, bei welchen die Zellanschlüsse 201 und die Zellanschlüsse 202 jeweils in einer gemeinsamen Reihe angeordnet sind, wobei derartige Zellanordnungen in den Stapeln 211, 212 abwechselnd seitenverkehrt ausgerichtet sind (vgl. die 1, 13).
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Die in 1 in einer Explosionsdarstellung und in 4 in einem zusammengesetzten Zustand gezeigte Kontaktierungsvorrichtung 100 weist eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Verbindungselementen 110, 120, 121 zum Kontaktieren der Zellanschlüsse 201, 202 der Batteriezellen 201 und einen rahmenförmigen Träger 150 zum Halten der Verbindungselemente 110, 120, 121 auf. Die Verbindungselemente 110, 120, 120, welche in 2 separat dargestellt sind, sind metallisch und zum Beispiel aus Aluminium ausgebildet, und können mittels Schweißen an die Zellanschlüsse 201, 202 der Batteriezellen 200 angeschlossen werden. Die Verbindungselemente 110, 120, 121 können einlagig verwirklicht sein. Möglich ist auch eine mehrlagige Ausgestaltung, in welcher die Verbindungselemente 110, 120, 121 mehrere, zum Beispiel zwei aufeinanderliegende Metalllagen aus zum Beispiel Aluminium aufweisen können (nicht dargestellt).
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Wie in 2 gezeigt ist, kommen bei der Kontaktierungsvorrichtung 100 sechs Verbindungselemente 120, zwei Verbindungselemente 121 und ein Verbindungselement 110 zum Einsatz. Die Verbindungselemente 120, 121 besitzen eine in der Aufsicht streifenförmige, und sich gemäß der Darstellung in 2 entlang der x-Richtung erstreckende Gestalt (vgl. ergänzend 13). Das Verbindungselement 110, welches im Folgenden auch als Überbrückungselement 110 bezeichnet wird, besitzt eine in der Aufsicht U-förmige Gestalt, und weist einen Basisabschnitt 112 und zwei sich hiervon (vorliegend entlang der x-Richtung) erstreckende und in der Aufsicht streifenförmige Schenkel 111 auf.
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Sämtliche Verbindungselemente 110, 120, 121 weisen mehrere ebenflächige Kontaktierungsabschnitte 130 und mehrere bogenförmige Abschnitte 133 auf. Die flächigen Kontaktierungsabschnitte 130 der Verbindungselemente 110, 120, 121, welche zum Kontaktieren von jeweils einem Zellanschluss 201 bzw. 202 der Batteriezellen 200 vorgesehen sind, erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Ebene (vorliegend x-y-Ebene). Die bogenförmigen Abschnitte 133 befinden sich jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktierungsabschnitten 130. Die bogenförmigen Abschnitte 133 sind in Form von gekrümmten und gegenüber den Kontaktierungsabschnitten 130 (vorliegend entlang der z-Richtung) hervorstehenden Auswölbungen der Verbindungselemente 110, 120, 121 ausgebildet. Im Querschnitt besitzen die bogenförmigen Abschnitte 133 eine halbkreisförmige bzw. im Wesentlichen halbkreisförmige Gestalt. Die bogenförmigen Abschnitte 133 dienen zum Erzielen eines Toleranzausgleichs in der x-, y- und z-Richtung. Hierbei werden Verformungen und Bewegungen ausgeglichen, welche bei einem Ausdehnen und Zusammenziehen der Batteriezellen 200 beim Laden und Entladen derselben auftreten können.
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Die Verbindungselemente 120 weisen zehn flächige Kontaktierungsabschnitte 130 und neun bogenförmige Abschnitte 133 auf. Die bogenförmigen Abschnitte 133 eines Verbindungselements 120 verlaufen parallel zueinander (vorliegend entlang der y-Richtung), und senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungselements 120.
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Das U-förmige Überbrückungselement 110 weist ebenfalls zehn Kontaktierungsabschnitte 130 und neun bogenförmige Abschnitte 133 auf. Hiervon sind jeweils vier Kontaktierungsabschnitte 130 Bestandteile der Schenkel 111, und umfasst der Basisabschnitt zwei Kontaktierungsabschnitte 130. Im Bereich des Basisabschnitts 112 befindet sich ein (vorliegend entlang der x-Richtung verlaufender) bogenförmiger Abschnitt 133, welcher senkrecht ausgerichtet ist zu den übrigen und sich jeweils in die gleiche Richtung (vorliegend y-Richtung) erstreckenden bzw. parallel verlaufenden bogenförmigen Abschnitten 133 des Überbrückungselements 110. Die am Übergang zwischen dem Basisabschnitt 112 und den Schenkeln 111 vorhandenen bogenförmigen Abschnitte 133 können den Schenkeln 111 als auch dem Basisabschnitt 112 zugerechnet werden. Der Basisabschnitt 112 bzw. dessen Kontaktierungsabschnitte 130 können, wie in 2 gezeigt ist, seitliche Einschnitte im Bereich des Randes aufweisen und dadurch eine von einem Rechteck abweichende Aufsichtsform besitzen. Die Aufsichtsdarstellung von 13 weicht hiervon ab, indem der Basisabschnitt 112 und dessen Kontaktierungsabschnitte 130 rechteckförmig dargestellt sind.
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Die zwei anderen Verbindungselemente 121 weisen fünf flächige Kontaktierungsabschnitte 130 und vier bogenförmige Abschnitte 133 auf. Auch hierbei verlaufen die Abschnitte 133 parallel zueinander (vorliegend entlang der y-Richtung) und senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungselements 121. Darüber hinaus weisen die Verbindungselemente 121 an einem Ende eine stufenförmige Gestalt mit einem versetzt zu den Kontaktierungsabschnitten 130 angeordneten und sich parallel zu den Kontaktierungsabschnitten 130 erstreckenden Endabschnitt 122 auf. Die Endabschnitte 122 sind jeweils über einen sich senkrecht zu den Kontaktierungsabschnitten 130 (vorliegend entlang der z-Richtung) erstreckenden Teilabschnitt mit einem Kontaktierungsabschnitt 130 verbunden. Bei der zusammengebauten Kontaktierungsvorrichtung 100 ragen die Verbindungselemente 121 mit deren Endabschnitten 122 seitlich gegenüber dem Träger 150 hervor (vgl. 4). Die Verbindungselemente 121 werden zum externen Kontaktieren der Kontaktierungsvorrichtung 100 genutzt. Hierbei dienen die Endabschnitte 122 der Verbindungselemente 121 als Stromabgriffe. Die Verbindungselemente 121 können ferner, wie in 2 gezeigt ist, seitliche Einschnitte im Bereich der stufenförmigen Enden aufweisen und dadurch eine von einem Rechteck abweichende Aufsichtsform besitzen. Die Aufsichtsdarstellung von 13 weicht hiervon ab, indem die Verbindungselemente 121 rechteckförmig dargestellt sind.
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In 2 (und auch 1) sind die Verbindungselemente 110, 120, 121 in einer geometrischen Anordnung dargestellt, wie sie bei der zusammengebauten Kontaktierungsvorrichtung 100 und im montierten Zustand der Kontaktierungsvorrichtung 100 an den Batteriezellen 200 vorhanden ist (vgl. die 4, 11). Es liegt eine erste Gruppe 171 aus drei Verbindungselementen 120 und einem Verbindungselement 121 vor, welche dem ersten Zellstapel 211 zugeordnet ist, und welche zum Kontaktieren der Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211 dient. In entsprechender Weise liegt eine zweite Gruppe 172 aus drei Verbindungselementen 120 und einem Verbindungselement 121 vor, welche dem zweiten Zellstapel 212 zugeordnet und zum Kontaktieren von dessen Batteriezellen 200 vorgesehen ist. Das Überbrückungselement 110 dient zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 von beiden Zellstapeln 211, 212.
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Gemäß 2 wird deutlich, dass die Verbindungselemente 120, 121 der beiden Gruppen 171, 172 in zueinander parallel verlaufenden (und sich vorliegend entlang der x-Richtung erstreckenden) Reihen angeordnet sind. Die beiden äußeren Reihen umfassen jeweils zwei Verbindungselemente 120, und die beiden inneren Reihen jeweils ein Verbindungselement 120 und ein Verbindungselement 121. Das Überbrückungselement 110 ist ebenfalls im Bereich der inneren Reihen angeordnet, und zwar derart, dass sich jeder der Schenkel 111 in einer der inneren Reihen befindet. Diese Ausprägung ist abgestimmt auf die Anordnung der Batteriezellen 200 und von deren Zellanschlüssen 201, 202.
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In 2 ist des Weiteren eine mögliche Ausgestaltung der Verbindungselemente 110, 120, 121 mit Aussparungen 135 im Bereich der Kontaktierungsabschnitte 130 dargestellt. Hierdurch ist es möglich, im montierten Zustand der Kontaktierungsvorrichtung 100 an den Batteriezellen 200 die Zellanschlüsse 201, 202 über die Aussparungen 135 direkt zu kontaktieren und Testmessungen durchzuführen (nicht dargestellt).
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3 zeigt eine separate perspektivische Darstellung des zum Halten der Verbindungselemente 110, 120, 121 verwendeten Trägers 150. Der rahmenförmige Träger 150, welcher aus einem isolierenden Kunststoffmaterial ausgebildet sein kann, besitzt eine sich entlang einer Ebene (vorliegend x-y-Ebene) erstreckende Gestalt. Eine solche sich entlang einer Ebene (x-y-Ebene) erstreckende Gestalt liegt in entsprechender Weise bei der zusammengesetzten Kontaktierungsvorrichtung 100 vor (vgl. 4). Wie in 3 gezeigt ist, weist der Träger 150 eine Vielzahl an rechteckförmigen Aussparungen 158 auf. Dadurch besitzt der Träger 150 eine Gitterform.
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Der Träger 150 weist drei zueinander parallel (vorliegend entlang der x-Richtung) verlaufende Stege 151, 152 auf, d.h. einen zentralen Steg 151 und seitlich hiervon jeweils einen weiteren Steg 152. Im montierten Zustand der Kontaktierungsvorrichtung 100 an den Batteriezellen 200 befindet sich der Steg 151 im Bereich der Mitte der beiden Zellstapel 211, 212, und sind die beiden anderen Stege 152 jeweils im Bereich der Mitten der Batteriezellen 200 von einem der Zellstapel 211, 212 vorhanden (vgl. 11). Die zwei Stege 152 weisen Öffnungen 153 auf, welche auf nicht dargestellte und zur Druckentlastung dienende Überdruckventile der Batteriezellen 200 abgestimmt sind.
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Der Träger 150 umfasst ferner sich von den Stegen 151, 152 senkrecht (vorliegend entlang der y-Richtung) erstreckende Querstreben 155, sowie sich außen am Rand des Trägers 150 befindende, mit den Querstreben 155 und den Stegen 151, 152 verbundene und in unterschiedliche Richtungen (vorliegend x- und y-Richtung) verlaufende Außenstege 156. Hierbei sind die Aussparungen 158 des Trägers 150 durch die Stege 151, 152, die Querstreben 155 und die Außenstege 156 begrenzt.
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Anhand von 3 wird weiter deutlich, dass der Träger 150 eine im Wesentlichen rechteckförmige und durch die Außenstege 156 gebildete Außenkontur aufweist. Die Kontur des Trägers 150 weicht etwas von einer rechteckigen Form ab, indem der Träger 150 an einer Seite eine Ausnehmung 159 aufweist. Dieser Bereich dient zum Aufnehmen des Basisabschnitts 112 des Überbrückungselements 110 (vgl. 4).
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Im montierten Zustand der Verbindungselemente 110, 120, 121 an dem Träger 150 befinden sich die flächigen Kontaktierungsabschnitte 130 der Verbindungselemente 110, 120, 121, abgesehen von den zwei Kontaktierungsabschnitten 130 des Basisabschnitts 112 des Überbrückungselements 110, im Bereich von jeweils einer der Aussparungen 158 des Trägers 150, wie anhand von 4 deutlich wird. Der Basisabschnitt 112 des Überbrückungselements 112 und damit dessen Kontaktierungsabschnitte 130 befinden sich, wie oben angedeutet wurde, im Bereich der Ausnehmung 159 des Trägers 150 (vgl. die 3, 4). Auf diese Weise können die Kontaktierungsabschnitte 130 der Verbindungselemente 110, 120, 121 an der Rückseite der Kontaktierungsvorrichtung 130 zugänglich sein, und bei deren Montage an die Zellanschlüsse 201, 202 der Batteriezellen 200 angeschlossen werden.
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Im montierten Zustand der Verbindungselemente 110, 120, 121 an dem Träger 150, wie er in 4 dargestellt ist, befinden sich ferner die bogenförmigen Abschnitte 133 der Verbindungselemente 110, 120, 121 im Bereich der Querstreben 155 des Trägers 150. Hierbei sind die Querstreben 155 teilweise von den bogenförmigen Abschnitten 133 umschlossen, und liegen die bogenförmigen Abschnitte 133 an den Querstreben 155 an. Auch stehen die zwei Verbindungselemente 121, wie oben beschrieben wurde, seitlich gegenüber dem Träger 150 hervor. In der vorliegenden Ausgestaltung gilt dies ebenfalls für das Überbrückungselement 110, welches mit dem Basisabschnitt 112 seitlich gegenüber dem Träger 150 hervorsteht.
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Der Träger 150 der Kontaktierungsvorrichtung 100 weist darüber hinaus Befestigungselemente 161, 165, 167, 168 zum Fixieren der Verbindungselemente 110, 120, 121 an dem Träger 150 auf. Zur besseren Veranschaulichung zeigen die 5 bis 7 vergrößerte Darstellungen des Trägers 150 im Bereich von einer in den Figuren linken Seite des Trägers 150. 7 zeigt ferner einen Zustand mit montierten Verbindungselementen 120, 121. Der Träger 150 weist an den Stegen 152 ausgebildete Rastelemente 161 und an dem Steg 151 und an den sich entlang der x-Richtung erstreckenden Außenstegen 156 ausgebildete Vorsprünge 165 auf. Hierbei liegt ein Teil der Vorsprünge 165 den Rastelementen 161 gegenüber. Insbesondere anhand von 6 wird deutlich, dass die Vorsprünge 165 in Form von an zwei Stellen mit den Stegen 151, 156 verbundenen und sich seitlich hiervon erstreckenden streifenförmigen Strukturelementen verwirklicht sind. Die Rastelemente 161 weisen einen balkenförmigen und mit zwei hervorstehenden Rastnasen 164 versehenen Abschnitt 163 und zwei gekrümmt ausgebildete federnde Abschnitte 162 auf. Über die federnden Abschnitte 162 ist der balkenförmige Abschnitt 163 seitlich an dem jeweils zugehörigen Steg 152 befestigt.
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Bei der nicht gezeigten Montage der Verbindungselemente 120, 121 an dem Träger 150 werden die Verbindungselemente 120, 121 in einer verkippten Stellung an dem Träger 150 angeordnet, und werden Randseiten der Verbindungselemente 120, 121 unterhalb der Vorsprünge 165 positioniert. Hiervon ausgehend werden die Verbindungselemente in die in 7 gezeigte Montageposition geschwenkt. Dies erfolgt unter einem Biegen der Rastelemente 161 in Richtung des jeweiligen Stegs 152, bis die Verbindungselemente 120, 121 an den Rastnasen 164 vorbei bewegt wurden und die Rastelemente 161 wieder eine aufgebogene (re) Stellung einnehmen können. In diesem Zustand können die Rastelemente 161 bzw. deren Abschnitte 162 mit einer Federkraft an die Verbindungselemente 120, 121 angedrückt sein. Ferner befinden sich beidseitig der Verbindungselemente 120, 121 die Rastnasen 164 der Rastelemente 161, die Vorsprünge 165 und die Querstreben 155 des Trägers 150. Auf diese Weise sind die Verbindungselemente 120, 121 sicher an dem Träger 150 fixiert.
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Die 8 bis 10 zeigen vergrößerte Darstellungen des Trägers 150 im Bereich von einer in den Figuren rechten Seite des Trägers 150. 10 zeigt ferner einen Zustand mit montierten Verbindungselementen 120 und dem montierten Überbrückungselement 110. Mit Bezug auf die Verbindungselemente 120 und den in den Figuren rechten Schenkel 111 des Überbrückungselements 110 besitzt der Träger 150 die oben beschriebene Ausgestaltung mit den Rastelementen 161 und den Vorsprüngen 165. Im Hinblick auf den linken Schenkel 111 des Überbrückungselements 110 weist der Träger 150 an einem der Stege 152 ausgebildete und sich seitlich hiervon erstreckenden Vorsprünge 167, und an dem Steg 151 ausgebildete, sich seitlich hiervon erstreckende und als mechanischer Anschlag dienende Rastelemente 168 auf. Die Vorsprünge 167 besitzen eine L-förmige Gestalt.
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Bei der nicht gezeigten Montage des Überbrückungselements 110 an dem Träger 150 wird das Überbrückungselement 110 in einer verkippten Stellung an dem Träger 150 angeordnet, und zwar derart, dass die Randseite des rechten Schenkels 111 unterhalb der Rastelemente 161 bzw. der Rastnasen 164 der Rastelemente 161 positioniert wird. Ferner werden die Rastelemente 161 mit Hilfe des rechten Schenkels 111 des Überbrückungselements 110 in Richtung des zugehörigen Stegs 152 gebogen, und wird das Überbrückungselement 110 in eine 10 entsprechende und nicht mehr bezüglich des Trägers 150 verkippte Stellung geschwenkt. Dabei werden die Rastelemente 168 mit Hilfe des linken Schenkels 111 des Überbrückungselements 110 nach unten verdrängt. Durch ein nachfolgendes Auseinanderbiegen der Rastelemente 161 wird das Überbrückungselement 110 unter die Vorsprünge 165, 167 geschoben, und springen die Rastelemente 168 wieder in ihre vor dem Verdrängen vorliegende Ausgangsposition, so dass der in 10 gezeigte montierte Zustand des Überbrückungselements 110 an dem Träger 150 vorliegt. In diesem Zustand können die Rastelemente 161 mit einer Federkraft an dem rechten Schenkel 111 des Überbrückungselements 110 angedrückt sein. Ferner befinden sich beidseitig des Überbrückungselements 110 die Rastnasen 164 der Rastelemente 161, die Vorsprünge 165, 167, die Rastelemente 168 und die Querstreben 155 des Trägers 150, wodurch das Überbrückungselement 110 sicher an dem Träger 150 befestigt ist.
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11 zeigt eine perspektivische Darstellung der an den in Form der zwei Zellstapel 211, 212 gestapelten Batteriezellen 200 montierten Kontaktierungsvorrichtung 100. Zu diesem Zweck werden die flächigen Kontaktierungsabschnitte 130 der Verbindungselemente 110, 120, 121 mittels Schweißen an den Zellanschlüssen 201, 202 der Batteriezellen 200 angeschlossen. Anhand der schematischen Aufsichtsdarstellung von 13, in welcher die Batteriezellen 200 und die hieran angeschlossenen Verbindungselemente 110, 120, 121 gezeigt sind, wird die oben beschriebene Anordnung der Batteriezellen 200 deutlich, d.h. dass Zellanordnungen aus jeweils fünf bezüglich der Zellanschlüsse 201, 202 übereinstimmend ausgerichteten Batteriezellen 200 vorliegen und derartige Zellanordnungen in den Stapeln 211, 212 abwechselnd seitenverkehrt orientiert sind.
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Die Verbindungselemente 120, welche mit den zehn Kontaktierungsabschnitten 130 an zehn Batteriezellen 200 von jeweils einem der Zellstapel 211, 212 angeschlossen sind, kontaktieren fünf positive Zellanschlüsse 201 und fünf negative Zellanschlüsse 202. Das Überbrückungselement 110, welches mit den zehn Kontaktierungsabschnitten 130 an jeweils fünf Batteriezellen 200 der beiden Zellstapel 211, 212 angeschlossen ist, kontaktiert fünf positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211 und fünf negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212. Die zwei Verbindungselemente 121 sind mit den fünf Kontaktierungsabschnitten 130 an fünf Batteriezellen 200 von jeweils einem der Zellstapel 211, 212 angeschlossen. Das der ersten Gruppe 171 zugehörige Verbindungselement 121 kontaktiert fünf negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211, und das Verbindungselement 121 der zweiten Gruppe 172 kontaktiert fünf positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212. Von sämtlichen Batteriezellen 200 der beiden Zellstapel 211, 212 sind hierdurch jeweils fünf Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und sind die Parallelschaltungen aus jeweils fünf Batteriezellen 200 in Reihe geschaltet. Diese kombinierte Reihen- und Parallelschaltung ist ergänzend in dem Ersatzschaltbild von 17 abgebildet.
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Die Kontaktierungsvorrichtung 100 kann abgesehen von dem Träger 150 und den Verbindungselementen 110, 120, 121 mit weiteren Bestandteilen versehen werden, um zum Beispiel eine Spannungs- und/oder Temperaturüberwachung von Batteriezellen 200 durchzuführen. Zu diesem Zweck können zum Beispiel, wie in der perspektivischen Darstellung von 12 gezeigt ist, flexible Flachkabel 181 zum Einsatz kommen. Die Flachkabel 181 weisen Leiter auf, welche im montierten Zustand der Flachkabel 181 an Verbindungselemente 110, 120, 121 der Kontaktierungsvorrichtung 100 angeschlossen sind. Ferner können die Flachkabel 181 integrierte Temperatursensoren aufweisen (jeweils nicht dargestellt). Die Flachkabel 181 sind des Weiteren mit Steckverbindern 182 verbunden, über welche eine elektrische Verbindung mit den Leitern der Flachkabel 181 und mit den Temperatursensoren hergestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine Erfassung der Spannung und der Temperatur von Batteriezellen 200 durchzuführen.
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Im Hinblick auf die in den 11 und 12 jeweils gezeigte Anordnung umfassend die Batteriezellen 200 und die Kontaktierungsvorrichtung 100, welche auch als Batteriemodul bezeichnet werden kann, können darüber hinaus weitere Bestandteile zum Einsatz kommen. Es ist zum Beispiel möglich, die zu den Zellstapeln 211, 212 gestapelten Batteriezellen 200 mit Komponenten wie beispielsweise Druckplatten, Spanneinrichtungen und dergleichen rahmenförmig zu umgeben, um die Batteriezellen 200 mechanisch zusammenzuhalten (nicht dargestellt).
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Anhand der folgenden Figuren werden weitere Ausgestaltungen beschrieben, welche für eine zum Kontaktieren und elektrischen Verbinden von Batteriezellen 200 eingesetzte Kontaktierungsvorrichtung 100 in Betracht kommen können. Übereinstimmende Merkmale und Details sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten werden im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
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Eine mögliche Abwandlung besteht zum Beispiel darin, eine andere kombinierte Reihen- und Parallelschaltung von Batteriezellen 200 vorzusehen. Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigt 14 eine schematische Aufsichtsdarstellung von vierzig und zu zwei parallel verlaufenden Zellstapeln 211, 212 gestapelten Batteriezellen 200 und von Verbindungselementen 115, 124, 125 einer zum Kontaktieren der Batteriezellen 200 eingesetzten Kontaktierungsvorrichtung 100. Es sind jeweils zwei Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und die Parallelschaltungen aus jeweils zwei Batteriezellen 200 sind seriell verbunden. Hierzu korrespondierend sind die Batteriezellen 200 in den Zellstapeln 211, 212 derart angeordnet, dass Zellanordnungen aus jeweils zwei bezüglich der Zellanschlüsse 201, 202 übereinstimmend ausgerichteten Batteriezellen 200 vorliegen und derartige Zellanordnungen in den Stapeln 211, 212 abwechselnd seitenverkehrt orientiert sind.
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Wie in 14 gezeigt ist, umfasst die Kontaktierungsvorrichtung 100 achtzehn Verbindungselemente 124 mit vier flächigen Kontaktierungsabschnitten 130 und drei bogenförmigen Abschnitten 133, ein U-förmiges Überbrückungselement 115 mit einem Basisabschnitt 112, zwei Schenkeln 111, vier Kontaktierungsabschnitten 130 und drei bogenförmigen Abschnitten 133, und zwei Verbindungselemente 125 mit zwei Kontaktierungsabschnitten 130, einem bogenförmigen Abschnitt 133 und einem Endabschnitt 122. Die Verbindungselemente 125 werden (wie die zuvor beschriebenen Verbindungselemente 121) zum externen Kontaktieren der Kontaktierungsvorrichtung 100 genutzt. Die Verbindungselemente 124, 125 besitzen eine in der Aufsicht streifenförmige (und sich vorliegend entlang der x-Richtung erstreckende) Gestalt. Ferner liegen eine erste Gruppe 171 und eine zweite Gruppe 172 aus jeweils neun Verbindungselementen 124 und einem Verbindungselement 125 vor, welche zum Kontaktieren der Batteriezellen 200 von jeweils einem der zwei Zellstapel 211, 212 vorgesehen sind. Das Überbrückungselement 115 dient zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 von beiden Zellstapeln 211, 212. Ein nicht dargestellter Träger 150 der Kontaktierungsvorrichtung 100 kann eine rahmen- und gitterförmige Gestalt besitzen, und entsprechend der obigen Beschreibung ausgestaltet sein.
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Die Verbindungselemente 124 kontaktieren zwei positive und zwei negative Zellanschlüsse 201, 202 von Batteriezellen 200. Das Überbrückungselement 115 kontaktiert zwei positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211 und zwei negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212. Das Verbindungselement 125 der ersten Gruppe 171 kontaktiert zwei negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211, und das Verbindungselement 125 der zweiten Gruppe 172 kontaktiert zwei positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212. Hierdurch sind von sämtlichen Batteriezellen 200 der beiden Zellstapel 211, 212 jeweils zwei Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und sind die Parallelschaltungen aus jeweils zwei Batteriezellen 200 in Reihe geschaltet. Die kombinierte Reihen- und Parallelschaltung ist ergänzend in dem Ersatzschaltbild von 18 abgebildet.
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Eine weitere Variante ist eine reine Reihenschaltung von Batteriezellen 200. Zur Veranschaulichung zeigt 15 eine schematische Aufsichtsdarstellung von vierzig und zu zwei parallel verlaufenden Zellstapeln 211, 212 gestapelten Batteriezellen 200 und von Verbindungselementen 117, 126, 127 einer zum Kontaktieren der Batteriezellen 200 eingesetzten Kontaktierungsvorrichtung 100. Die Batteriezellen 200 sind in den Zellstapeln 211, 212 abwechselnd seitenverkehrt bezüglich der Zellanschlüsse 201, 202 ausgerichtet. Die Kontaktierungsvorrichtung 100 umfasst achtunddreißig Verbindungselemente 126 mit zwei Kontaktierungsabschnitten 130 und einem bogenförmigen Abschnitt 133, ein rechteckförmiges Überbrückungselement 117 mit zwei Kontaktierungsabschnitten 130 und einem bogenförmigen Abschnitt 133, und zwei zur externen Kontaktierung genutzte Verbindungselemente 127 mit einem Kontaktierungsabschnitt 130 und einem Endabschnitt 122. Ferner liegen eine erste Gruppe 171 und eine zweite Gruppe 172 aus jeweils neunzehn Verbindungselementen 126 und einem Verbindungselement 127 vor, welche zum Kontaktieren der Batteriezellen 200 von jeweils einem der zwei Zellstapel 211, 212 vorgesehen sind. Das Überbrückungselement 117 dient zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 von beiden Zellstapeln 211, 212. Ein nicht dargestellter Träger 150 der Kontaktierungsvorrichtung 100 kann eine rahmen- und gitterförmige Gestalt besitzen, und entsprechend der obigen Beschreibung ausgestaltet sein.
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Die Verbindungselemente 126 kontaktieren einen positiven und einen negativen Zellanschluss 201, 202 von Batteriezellen 200. Das Überbrückungselement 117 kontaktiert einen positiven Zellanschluss 201 einer Batteriezelle 200 des ersten Zellstapels 211 und einen negativen Zellanschluss 202 einer Batteriezelle 200 des zweiten Zellstapels 212. Das Verbindungselement 127 der ersten Gruppe 171 kontaktiert einen negativen Zellanschluss 202 einer Batteriezelle 200 des ersten Zellstapels 211, und das Verbindungselement 127 der zweiten Gruppe 172 kontaktiert einen positiven Zellanschluss 201 einer Batteriezelle 200 des zweiten Zellstapels 212. Sämtliche Batteriezellen 200 der beiden Zellstapel 211, 212 sind hierbei seriell verbunden.
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Weitere Abwandlungen bestehen darin, andere Anzahlen von zu kontaktierenden Batteriezellen 200 und/oder andere Anzahlen von Zellstapeln vorzusehen. Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigt 16 eine schematische Aufsichtsdarstellung von dreißig Batteriezellen 200, welche zu drei parallel verlaufenden Zellstapeln 211, 212, 213 von jeweils zehn Batteriezellen 200 gestapelt sind. Des Weiteren sind, vergleichbar zu 14, jeweils zwei Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und sind die Parallelschaltungen aus jeweils zwei Batteriezellen 200 in Reihe geschaltet. Hierzu korrespondierend sind die Batteriezellen 200 in den Zellstapeln 211, 212, 213 derart angeordnet, dass Zellanordnungen aus jeweils zwei bezüglich der Zellanschlüsse 201, 202 übereinstimmend ausgerichteten Batteriezellen 200 vorliegen und derartige Zellanordnungen in den Stapeln 211, 212, 213 abwechselnd seitenverkehrt orientiert sind.
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Wie in 16 gezeigt ist, umfasst die Kontaktierungsvorrichtung 100 zwölf Verbindungselemente 124, zwei U-förmige Überbrückungselemente 115 und zwei zur externen Kontaktierung genutzte Verbindungselemente 125. Ferner liegen eine erste Gruppe 171 aus vier Verbindungselementen 124 und einem Verbindungselement 125 zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211, eine zweite Gruppe 172 aus vier Verbindungselementen 124 zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212, und eine dritte Gruppe 173 aus vier Verbindungselementen 124 und einem Verbindungselement 125 zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 des dritten Zellstapels 213 vor. Das in 16 links angeordnete Überbrückungselement 115 dient zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 des ersten und zweiten Zellstapels 211, 212, und das rechts angeordnete Überbrückungselement 115 dient zum Kontaktieren von Batteriezellen 200 des zweiten und dritten Zellstapels 212, 213. Ein nicht dargestellter Träger 150 der Kontaktierungsvorrichtung 100 kann eine rahmen- und gitterförmige Gestalt besitzen, und entsprechend der obigen Beschreibung ausgestaltet sein.
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Die Verbindungselemente 124 kontaktieren zwei positive und zwei negative Zellanschlüsse 201, 202 von Batteriezellen 200. Das Verbindungselement 125 der ersten Gruppe 171 kontaktiert zwei positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211, und das Verbindungselement 125 der dritten Gruppe 173 kontaktiert zwei negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des dritten Zellstapels 213. Das in 16 links angeordnete Überbrückungselement 115 kontaktiert zwei negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des ersten Zellstapels 211 und zwei positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212. Das rechts angeordnete Überbrückungselement 115 kontaktiert zwei negative Zellanschlüsse 202 von Batteriezellen 200 des zweiten Zellstapels 212 und zwei positive Zellanschlüsse 201 von Batteriezellen 200 des dritten Zellstapels 213. Hierdurch sind von sämtlichen Batteriezellen 200 der drei Zellstapel 211, 212, 213 jeweils zwei Batteriezellen 200 parallel geschaltet, und sind die Parallelschaltungen aus jeweils zwei Batteriezellen 200 seriell verbunden. Die kombinierte Reihen- und Parallelschaltung ist ergänzend in dem Ersatzschaltbild von 19 abgebildet.
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Neben den vorstehend beschriebenen und in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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Beispielsweise kann ein zum Halten von Verbindungselementen eingesetzter Träger mit anderen als den oben beschrieben Rast- und Befestigungselementen verwirklicht sein.
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Ferner können andere kombinierte Reihen- und Parallelschaltungen von Batteriezellen, sowie andere Anzahlen von Komponenten wie Batteriezellen, Zellstapeln, Verbindungselementen usw. vorgesehen sein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kontaktierungsvorrichtung
- 110
- Überbrückungselement
- 111
- Schenkel
- 112
- Basisabschnitt
- 115, 117
- Überbrückungselement
- 120, 121
- Verbindungselement
- 122
- Endabschnitt
- 124, 125
- Verbindungselement
- 126, 127
- Verbindungselement
- 130
- Kontaktierungsabschnitt
- 133
- bogenförmiger Abschnitt
- 135
- Aussparung
- 150
- Träger
- 151, 152
- Steg
- 153
- Öffnung
- 155
- Querstrebe
- 156
- Außensteg
- 158
- Aussparung
- 159
- Ausnehmung
- 161
- Rastelement
- 162, 163
- Abschnitt
- 164
- Rastnase
- 165, 167
- Vorsprung
- 168
- Rastelement
- 171, 172
- Gruppe
- 173
- Gruppe
- 181
- Flachkabel
- 182
- Steckverbinder
- 200
- Batteriezelle
- 201, 201
- Zellanschluss
- 211, 212
- Zellstapel
- 213
- Zellstapel
- x, y, z
- Richtung
