EP3948974A1 - Wabenartige energiespeicherzellenaufnahme, akkupack und verfahren zur herstellung eines akkupacks - Google Patents

Wabenartige energiespeicherzellenaufnahme, akkupack und verfahren zur herstellung eines akkupacks

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EP3948974A1
EP3948974A1 EP20717122.4A EP20717122A EP3948974A1 EP 3948974 A1 EP3948974 A1 EP 3948974A1 EP 20717122 A EP20717122 A EP 20717122A EP 3948974 A1 EP3948974 A1 EP 3948974A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy storage
contact
plate
storage cells
battery pack
Prior art date
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Pending
Application number
EP20717122.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Brenner
Manuel GRAUER
Nikica SERIC
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Huber Automotive AG
Original Assignee
Stoba E Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Stoba E Systems GmbH filed Critical Stoba E Systems GmbH
Publication of EP3948974A1 publication Critical patent/EP3948974A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
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    • H01M50/516—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by welding, soldering or brazing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Honeycomb-like energy storage cell receptacle Honeycomb-like energy storage cell receptacle. Battery pack and
  • the invention relates to an energy storage cell receptacle for fixing and / or contacting a multiplicity of energy storage cells, a battery pack with an energy storage cell receptacle, and a method for producing a battery pack.
  • Battery packs are already known from the prior art.
  • DE 20 2014 008 335 U1 discloses a battery pack for an electric vehicle, a battery module being arranged on a base plate, which is made up of identical basic battery modules that can be connected to form larger sub-units, in particular a battery sub-module, with A layer of flame-retardant mate rial is provided between the base plate and the battery module and on the other side of the battery module.
  • holders have been offered in various designs as a plug-in system, which offer a high degree of flexibility.
  • mastering the tolerance chains that occur is very difficult here and the contacting in connection with a moderate fixability of the “+” and “-” sides is to be rated as poor.
  • an energy storage cell receptacle for fixing and / or contacting a plurality of energy storage cells is formed with two receptacle devices, between which the energy storage cells are held, the energy storage cells each having positive and negative poles Have contact elements, the receiving devices each having / have at least one carrier plate / cell holder / support structure and at least one contact plate, both the carrier plate / cell holder and the contact plate having / have a honeycomb structure for receiving the plurality of energy storage cells.
  • the invention offers a mounting and contacting of battery cells in a highly flexible way and in a sustainable way with a completely different solution for connecting the holding and contact elements on the “+” and “-” side.
  • the arrangement which corresponds to an arrangement of energy storage cells modeled on the honeycomb, has the advantage of efficient use of installation space. In spite of this, such an arrangement offers enough space between the individual energy storage cells for cooling the cells by means of a fluid, for example.
  • this generic device has the advantage that the definition of the cell arrangement can be produced inexpensively.
  • the carrier plate has interconnected external hexagonally shaped partial receptacles, each partial receptacle having such an inner contour that is dimensioned for non-positive and / or positive holding of an energy storage cell.
  • At least one or more partial receptacles is / are connected on the outside with at least one or more similar partial receptacles - here, a wall of a partial receptacle is brought into contact with a wall of an adjacent partial receptacle. This ensures a space-efficient structure.
  • the partial receptacle has at least one axial position limiter for the energy storage cell, which is oriented so that it comes into contact with the end face of the energy storage cell or adjacent to the end face of the in the state in which the energy storage cell is inserted into the carrier plate Energy storage cell is arranged.
  • each axial position limiter has a hook-like, tab-like or boomerang-like shape.
  • each axial position limiter has two legs, which are preferably of equal length and project inward into the partial receptacle, which are connected to a further leg that is parallel to a side edge of the hexagon.
  • the contact sheet has a plurality of frames which are hexagonal on the inside and outside and which are connected in one piece / integrally with one another or are fastened to one another consisting of separate structures. It is preferred here if the formed frames of the contact plate correspond in shape and size to the partial receptacles of the carrier plate.
  • a contact web is designed as a web-like connec tion between two opposite corners of the hexagonally shaped frame mens. This has the advantage, among other things, that the contact web serves, on the one hand, as electrical contact with the energy storage cell and, on the other hand, that the contact web formed in this way gives the hexagonally shaped frame stability.
  • the axial position limiters of a partial receptacle converge and define a spacing area between them which is exactly covered or filled by a contact web of a hexagonally shaped frame of the axial contact plate. In other words, this means that the width of the con tact web corresponds to less than 1/5 of the length of an unwound axial position limiter.
  • the thickness of the contact web measured in the axial direction corresponds, preferably exactly, to the thickness of the axial position limiter measured in the axial direction.
  • the carrier plate is provided as a support body for receiving the plurality of energy storage cells and is designed in plate form, preferably by plastic injection molding or compression molding.
  • the carrier plate is preferably made of plastic, on the one hand to have no conductive properties and, on the other hand, to provide an adequate support function in combination with the honeycomb structure and the associated support geometry.
  • the contact sheet is provided for making electrical contact with the plurality of energy storage cells and is designed in the form of a plate, preferably by stamping or by forming.
  • a contact plate is produced to match the carrier plate, also as a plate, for example in a stamping / or forming process.
  • the at least one contact plate is clamped in a form-fitting manner or non-positively connected to the at least one carrier plate.
  • a sewing / bandaging process in the present application is to be understood as a process in which the at least one contact plate is connected to the at least one carrier plate in such a way that it resembles sewing or bandaging generally known from the textile sector.
  • this process describes the joining of materials, of the same or different types, by a seam, which has the advantage that seam connections are considered to be very stable and resilient.
  • the composite of the at least one contact sheet with the at least one carrier plate is designed to adapt the shape and size along the honeycomb-like structure, preferably flexibly, to a shape and size corresponding to a purpose.
  • the geometric configuration of the body can be optimized for a later, flexible shaping of energy storage cell bundles by shearing and / or sawing. Accordingly, the contact elements / energy storage cell poles and the contact sheet can be contacted with one another.
  • the positive-pole contact elements of the plurality of energy storage cells by joining, in particular welding, or a process based on the sewing / taping process of a stator or rotor winding head, with a first contact sheet and the negative-pole contact elements of the plurality on energy storage cells by joining, in particular welding, or a process based on the sewing / taping process of a stator or rotor winding head, connected to a second contact sheet.
  • the “+” and “-” sides of the individual energy storage cells to be accommodated can be connected either by joining, such as welding, of the pole / contact element and the contact sheet, or by a process similar to sewing.
  • the first contact plate is arranged opposite the second contact plate.
  • the invention also relates to a battery pack or an “InED battery pack” with an energy storage cell receptacle according to one of the above aspects, where the first and second contact plate each have the upper and lower outside of a battery pack made up of two receiving devices and a plurality arranged in between Forms energy storage cells.
  • the battery pack is constructed in the following order of a first contact plate on the underside, a first carrier plate, a plurality of energy storage cells, then a second carrier plate and then a second contact plate on the top.
  • a central hole is arranged in the center of a contact web, which is dimensioned such that a contact element of one of the plurality of energy storage cells engages, preferably positively and / or non-positively, when the battery pack is completed.
  • the half thickness of the energy storage cell receptacle measured in the axial direction is less than a third of the thickness or height of an energy storage cell measured in the axial direction.
  • the hexagonal lattice structure made of preferably reinforced plastic is used to hold or fix a plurality of cylindrical energy storage cells, in particular 18650 or 21700, and the associated, geometrically similar / identical, electrically conductive contact plate as a common connection of the energy storage cells with the respective to the pulse or negative pole.
  • the modular, interlinkable concept thus allows a high degree of flexibility of the outer geometric contour or the border of the energy storage cell or the cell holder or the cell unit.
  • an arrangement that is protected against polarity reversal results from an identically aligned grouping of the energy storage cells.
  • the invention also relates to a method for producing a battery pack according to the above aspects with regard to the battery pack, at least one carrier plate being injection-molded, preferably plastic injection-molded or compression-molded, at least one contact plate being punched or reshaped and both the carrier plate as well as the contact plate is formed by a honeycomb-like structure for receiving the plurality of energy storage cells.
  • the present invention thus offers a high degree of flexibility in the shaping of the later energy storage cell bundles with, at the same time, very good control of the tolerances in all spatial directions.
  • the optimized geometry also offers the option of standardizing the basic components. This has the advantage of lower costs in the value chain.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a recording device of an energy storage cell recording
  • Fig. 3 is a schematic representation of a frame of the contact plate for Kontak benefits a contact element of an energy storage cell
  • Fig. 4 is a schematic representation of a carrier plate of one of the recording devices
  • Fig. 5 is a schematic representation of a contact plate of one of the recording devices, and 6 shows a schematic representation of a battery pack.
  • a motor vehicle energy storage cell receptacle 1 for fixing and / or contacting a plurality of energy storage cells 2 has two receptacle devices 3.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of such a receptacle device 3 of an energy storage cell receptacle 1 according to the present disclosure.
  • Such a receiving device 3 each has a carrier plate 4 and a contact plate 5.
  • both the carrier plate 4 and the contact plate 5 have a honeycomb-like structure for receiving the large number of energy storage cells 2.
  • FIG. 1 it can be seen that the contact plate 5 is attached to the carrier plate 4. Furthermore, the structure / shape and size of the contact plate 5 is adapted to the structure / shape and size of the carrier plate 4.
  • a partial receptacle 6 of the support plate 4 is formed with two Axialpositi onsbrimern 7.
  • the thickness in the axial direction of the contact plate 5 is approximately 1/10 of the thickness of the carrier plate 4.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a partial receptacle 6 of the carrier plate 4 according to the present disclosure.
  • Each of the hexagonal partial receptacles 6 has six side edges, which are referred to below as walls 8.
  • the outer sides of the walls 8 are designed to be lined up to who the so as to form a flat carrier plate 4.
  • a defined number of partial receptacles 6 in combination with a number of frames 9 lying on the partial receptacles 6 defined in accordance with the number of partial receptacles 6 are brought into contact with one another and thus form one of the two receptacle devices 3.
  • each of the axial position limiters 7 has a first and a second leg 11, which are preferably of the same length / size and preferably begin at a corner point of the hexagonal partial receptacle 6, and at a predetermined, preferably the same angle, into the interior the respective partial receptacle 6 protrude.
  • the first and second legs 11 are connected on the egg NEN side via the wall 10 of the partial receptacle 6 and with a third leg 12 aligned parallel to the corresponding wall 10.
  • the outer contour of the partial receptacle 6 has a hexagonal shape and the inner contour of the partial receptacle 6 has a shape / geometry corresponding to the shape / geometry of the energy storage cell 2 to be accommodated.
  • cylindrical energy storage cells 2, preferably batteries or rechargeable batteries, are received and the inner contour of the partial receptacle 6 is thus preferably circular.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a frame 9 of the contact sheet 5 for contacting a contact element of an energy storage cell 2 according to the present disclosure.
  • the contact web 8 extends from a corner point of the hexagonal frame 9 to a corner point opposite this.
  • the contact web 8 of a frame 9 is dimensioned to be maximally wide enough that it makes up / occupies 1/3 of the entire width of the frame 9.
  • Each frame 9 has a central hole 13 in the center.
  • the central hole 13 is provided in the contact web 8 and serves to accommodate a contact element of a corresponding energy storage cell 2.
  • Such a contact element (not shown) is on the front of an energy storage cell 2, once as a positive pole and one time as a negative pole.
  • the central hole 13 is used to arrange the corresponding energy storage cells 2 in a determined manner.
  • the contact web 8 is aligned parallel to the two side frame edges 14 not in contact with it.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a carrier plate 4 of one of the receiving devices 3 according to the present disclosure.
  • the carrier plate 4 has mitei nander connected on the outside hexagonally shaped partial receptacles 6 (as shown in Fig. 2).
  • At least one or more partial mount (s) 6 is / are on the outside with at least one or more similar partial mount (s) 6 connected.
  • the axial position limiters 7 are aligned in the same direction in each partial receptacle 6.
  • all third legs 12 of the cohesive lowing partial receptacles 6 are arranged / aligned parallel to one another.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a contact plate 5 of one of the receiving devices 3 according to the present disclosure.
  • the contact plate 5 has interconnected inside and outside hexagonally shaped frames 9 (as shown in Fig. 3).
  • the arrangement of the frame 9 corresponds to the arrangement of the partial receptacles 6.
  • the contact webs 8 of all connected frames 9 are aligned parallel to one another.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a battery pack 15 according to the present disclosure.
  • the battery pack 15 has an upper side which is formed by a contact plate 5.
  • the first contact sheet 5 rests on or is fixed to a first carrier plate 4.
  • the partial receptacles 6 of the first carrier plate 4 accommodate the energy storage cells 2.
  • the position of the energy storage cells 2 is determined by the Generalaufnah men 6 and limited in the axial direction by the axial position limiter 7.
  • the contact elements / poles (not shown) of the energy storage cells 2 engage in the respective central hole 13 in the respective contact web 8 of the contact plate 5 on the upper side and are electrically connected to it.
  • the underside of the battery pack 15 has a contact plate 5, which is brought into contact with the carrier plate 4 and the carrier plate 4 in turn receives the other side of the energy storage cells 2.
  • the carrier plate 4 receives the other side of the energy storage cells 2.
  • the individual energy storage cells 2 are connected to one another exclusively via the contact plate 5 and the carrier plate 4. Air slots are provided between the energy storage cells 2 in the region of the energy storage cells 2, which is located between the two receiving devices 3. In this way, cooling in the form of an air flow of the energy storage cells 2 can be provided, or overheating can be avoided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1) zur Fixierung und/oder Kontaktierung von einer Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) mit zwei Aufnahmevorrichtungen (3), zwischen denen die Energiespeicherzellen (2) gehalten sind, wobei die Energiespeicherzellen (2) jeweils plus- und minuspolige Kontaktelemente aufweisen, wobei die Aufnahmevorrichtungen (3) jeweils zumindest eine Trägerplatte (4) und zumindest ein Kontaktblech (5) aufweisen, wobei sowohl die Trägerplatte(4) als auch das Kontaktblech (5) eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) besitzen. Ferner betrifft die Erfindung einen Akkupack (15) mit einer Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1) und ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks (15).

Description

Wabenartige Energiespeicherzellenaufnahme. Akkupack und
Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks
Die Erfindung betrifft eine Energiespeicherzellenaufnahme zur Fixierung und/ oder Kontaktierung von einer Vielzahl an Energiespeicherzellen, einen Akkupack mit einer Energiespeicherzellenaufnahme und ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Akkupacks bekannt. Zum Beispiel offenbart die DE 20 2014 008 335 U1 einen Akkupack für ein Elektrofahrzeug, wobei auf einer Grundplatte ein Akkumodul angeordnet ist, das aus identischen Basis-Akkumodulen aufgebaut ist, die zu größeren Untereinheiten, insbesondere einem Akku-Submodul, verbunden werden können, wobei zwischen der Grundplatte und dem Akkumodul und auf der anderen Seite des Akkumoduls eine Schicht aus flammenhemmendem Mate rial vorgesehen ist.
Bisher wurden Halter auf einer starren, meist in formgebendem Verfahren hergestell ten Gitterstruktur, welche in ihrer kleinsten Einheit keine Flexibilität zulässt, realisiert. Diese Varianten werden zumeist form- oder kraftschlüssig mit dem Kontaktblech ver bunden wobei nachfolgend die„+“- und die„-“-Seite in einem Gehäuse fixiert werden. Diese Lösungen bieten eine gute Beherrschbarkeit der Toleranzen, sind jedoch stark in ihrer Flexibilität eingeschränkt.
Des Weiteren werden bisher Halter in verschiedensten Ausführungen als Stecksystem angeboten, welche eine hohe Flexibilität bieten. Jedoch ist hier die Beherrschung der auftretenden Toleranzketten sehr schwierig und die Kontaktierung in Verbindung mit einer mäßigen Fixierbarkeit von„+“- und„-“-Seite eher als schlecht zu bewerten.
Zusammenfassend ist es bei den Ausführungen gemäß dem Stand der Technik nach teilig, dass zum einen die Flexibilität, insbesondere die äußere Konturflexibilität, nicht gegeben ist und zum anderen die Kontaktierung und Halterung der Akkuzellen mit ei ner mäßigen Fixierbarkeit realisiert ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Energiespeicherzellenaufnahme bereitzustel len, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik behebt oder zumindest vermin dert. Demnach soll eine flexible Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche gleichzeitig eine sichere Halterung und Kontaktierung von Akkuzellen ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ge löst, dass eine Energiespeicherzellenaufnahme zur Fixierung und/ oder Kontaktierung von einer Vielzahl an Energiespeicherzellen mit zwei Aufnahmevorrichtungen ausge bildet ist, zwischen denen die Energiespeicherzellen gehalten sind, wobei die Ener giespeicherzellen jeweils plus- und minuspolige Kontaktelemente aufweisen, wobei die Aufnahmevorrichtungen jeweils zumindest eine Trägerplatte/ Zellhalter/ Tragstruk tur und zumindest ein Kontaktblech besitzen/haben, wobei sowohl die Trägerplatte/ Zellhalter als auch das Kontaktblech eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen aufweisen/besitzen.
Auf diese Weise bietet die Erfindung eine Halterung und Kontaktierung von Akku- Zellen auf hochflexible Weise und auf nachhaltige Art mit einer völlig andersartigen Lösung zur Verbindung der Halte- und Kontaktelemente von„+“ und„-“-Seite. Die An ordnung, welche einer, der Bienenwabe nachempfundenen Anordnung von Energie speicherzellen entspricht, hat den Vorteil einer effizienten Bauraumausnutzung. Trotz dem bietet solch eine Anordnung genug Platz zwischen den einzelnen Energiespei cherzellen für beispielsweise eine Kühlung der Zellen mittels eines Fluids.
Des Weiteren hat diese gattungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass die Definition der Zellanordnung kostengünstig hergestellt werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer den nachfolgend näher erläutert. So ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn die Trägerplatte miteinander verbundene außenseitige hexagonal ausgeformte Teilaufnahmen besitzt, wobei jede Teilaufnahme eine solche Innenkontur aufweist, die zum kraft- und/oder formschlüssigen Halten ei ner Energiespeicherzelle bemessen ist. In anderen Worten bedeutet das, dass die einzeln ausgeformten sechseckigen Teilaufnahmen nebeneinander angeordnet sind, und auf diese Weise eine, vorzugsweise geschlossene, flächige Trägerplatte mit einer wabenförmigen Struktur ausbilden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eine oder mehrere Teilaufnahme(n) auf der Außenseite mit wenigstens einer oder mehreren gleichartigen Teilaufnahme(n) ver bunden ist/sind- Hierbei ist eine Wandung einer Teilaufnahme mit einer Wandung ei ner benachbarten Teilaufnahme in Anlage gebracht. Dadurch ist ein bauraumeffizien ter Aufbau gewährleistet.
Es ist bevorzugt, wenn die Teilaufnahme zumindest einen Axialpositionsbegrenzer für die Energiespeicherzelle besitzt, der so ausgerichtet ist, dass er in dem Zustand, in dem die Energiespeicherzelle in die Trägerplatte eingesetzt ist, auf der Stirnseite der Energiespeicherzelle in Anlage kommt oder benachbart zu der Stirnseite der Energie speicherzelle angeordnet ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zwei sich gegenüberliegende Axialpositionsbe grenzer über eine Energiespeicherzelle greifen, wenn diese Energiespeicherzelle in nerhalb der Wandung einer Teilaufnahme angeordnet ist. In anderen Worten bedeutet das, dass die Axialpositionsbegrenzer die Position der aufzunehmenden Batterie in axialer Richtung definieren.
Es ist daher zweckmäßig, wenn jeder Axialpositionsbegrenzer eine hakenartige, la schenartige oder bumerangähnliche Form besitzt. In anderen Worten bedeutet das, dass jeder Axialpositionsbegrenzer zwei vorzugsweise gleich lang ausgebildete, nach Innen in die Teilaufnahme ragende Schenkel aufweist, welche mit einem weiteren Schenkel verbunden sind, der parallel zu einer Seitenkante des Sechsecks ist. Ein weiterer Vorteil entsteht, wenn das Kontaktblech mehrere innen- und außenseitig hexagonal ausgebildete Rahmen besitzt, die einteilig/integral miteinander verbunden sind oder aneinander aus separaten Strukturen bestehend, befestigt sind. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die ausgebildeten Rahmen des Kontaktblechs in Form und Größe den Teilaufnahmen der Trägerplatte entsprechen.
Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn ein Kontaktsteg als eine stegartige Verbin dung zwischen zwei gegenüberliegenden Ecke des hexagonal ausgeformten Rah mens ausgebildet ist. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass der Kontaktsteg zum einen als elektrische Kontaktierung mit der Energiespeicherzelle dient und zum ande ren, dass der derart ausgebildete Kontaktsteg dem hexagonal ausgeformten Rahmen Stabilität verleiht.
Es ist bevorzugt, wenn die Axialpositionsbegrenzer einer Teilaufnahme aufeinander zulaufen und einen Abstandsbereich zwischen diesen definieren, der exakt von einem Kontaktsteg eines hexagonal ausgeformten Rahmens des axialen Kontaktblechs ab gedeckt oder ausgefüllt ist. In anderen Worten bedeutet das, dass die Breite des Kon taktstegs weniger als 1/5 der Länge eines abgewickelten Axialpositionsbegrenzers entspricht.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die in Axialrichtung gemessene Dicke des Kon taktstegs der in Axialrichtung gemessenen Dicke der Axialpositionsbegrenzer, vor zugsweise exakt, entspricht. Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn alle Kontaktstege parallel zueinander ausgebildet sind.
Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Trägerplatte als Stützkörper zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen vorgesehen ist und in Plattenform, vorzugswei se durch Kunststoffspritzgießen oder durch Formpressen, ausgebildet ist. In anderen Worten bedeutet das, dass auf Basis dieser wabenartigen Struktur eine Stützgeomet rie entwickelt ist, welche in Plattenform, beispielsweise durch Kunststoffspritzgießen oder durch Formpressen, hergestellt ist. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Trägerplat te vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist, um zum einen keine leitfähigen Eigen schaften aufzuweisen und zum anderen in Kombination mit der wabenartigen Struktur und der damit verbunden Stützgeometrie eine ausreichende Stützfunktion zur Verfü gung zu stellen.
Es ist bevorzugt, wenn das Kontaktblech zur elektrischen Kontaktierung der Vielzahl an Energiespeicherzellen vorgesehen ist und in Plattenform, vorzugsweise durch Stanzen oder durch Umformen, ausgebildet ist. In anderen Worten ausgedrückt, wird passend zu der Trägerplatte ein Kontaktblech, ebenfalls als Platte, beispielsweise in einem Stanz-/ oder Umformprozess, hergestellt.
Es ist zweckmäßig, wenn das zumindest eine Kontaktblech mit der zumindest einen Trägerplatte formschlüssig verspannt oder kraftschlüssig verbunden ist. In anderen Worten bedeutet das, dass das eine Kontaktblech und die Trägerplatte je nach Anfor derung des späteren Einsatz-/Verwendungszwecks formschlüssig verspannt oder al ternativ in einem, dem Näh-/ Bandagierprozess eines Stator- oder Rotor-Wickelkopfs, nachempfundenen Verfahren kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Unter einem Näh-/ Bandagierprozess in der vorliegenden Anmeldung ist ein Prozess zu verstehen, bei welchem das zumindest eine Kontaktblech mit der zumindest einen Trägerplatte derart verbunden wird, dass es einem allgemein aus dem Textilbereich bekannten Nähen beziehungsweise Bandagieren ähnelt. Somit wird durch diesen Prozess das Verbinden von Stoffen, gleicher oder unterschiedlicher Art, durch eine Naht beschrieben, welche den Vorteil mit sich bringen, dass Nahtverbindungen als sehr stabil und belastbar gelten.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Verbund aus dem zumindest einen Kon taktblech mit der zumindest einen Trägerplatte dazu ausgebildet ist, die Form und Größe entlang der wabenartigen Struktur, vorzugsweise flexibel, an eine einem Ver wendungszweck entsprechende Form und Größe anzupassen. In anderen Worten heißt das, dass der Verbund aus der Trägerplatte/Stützkörperplatte und Kontaktblech nun wiederum nach dem Zusammenfügen, durch einen Scher- oder Sägeprozess ent lang der Wabenstruktur sehr flexibel in eine, dem späteren Einsatzzweck dienende Form gebracht wird. In anderen Worten, kann die geometrische Ausgestaltung der Körper auf eine spätere, flexible Formgebung von Energiespeicherzellen-Bündel durch Scheren und/oder Sägen optimiert werden. Dementsprechend können die Kon taktelemente/Energiespeicherzellenpole und das Kontaktblech miteinander kontaktiert werden.
Es ist ferner bevorzugt, wenn die pluspoligen Kontaktelemente der Vielzahl an Ener giespeicherzellen durch Fügen, insbesondere Schweißen, oder einem, dem Näh-/ Bandagier-prozess eines Stator- oder Rotor-Wickelkopfs nachempfundenen Prozess, mit einem ersten Kontaktblech und die minuspoligen Kontaktelemente der Vielzahl an Energiespeicherzellen durch Fügen, insbesondere Schweißen, oder einem, dem Näh- / Bandagier-prozess eines Stator- oder Rotor-Wickelkopfs nachempfundenen Pro zess, mit einem zweiten Kontaktblech verbunden sind. In anderen Worten ausge drückt, können die„+“- und„-“-Seite der einzelnen aufzunehmenden Energiespeicher zellen entweder durch Fügen, wie beispielsweise Schweißen, von Pol/Kontaktelement und Kontaktblech oder durch einen dem Nähen ähnlichen Prozess verbunden werden.
Dafür ist es zweckmäßig, wenn das erste Kontaktblech dem zweiten Kontaktblech ge genüberliegend angeordnet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Akkupack bzw. ein„InED-Akkupack“ mit einer Energiespeicherzellenaufnahme gemäß einem der vorstehenden Aspekte, wo bei das erste und zweite Kontaktblech jeweils die obere bzw. untere Außenseite eines Akkupacks aus zwei Aufnahmevorrichtungen und einer dazwischen angeordneten Vielzahl an Energiespeicherzellen ausbildet. Dies bedeutet also, dass der Akkupack in der folgenden Reihenfolge eines ersten unterseitigen Kontaktblechs, einer ersten Trä gerplatte, einer Vielzahl an Energiespeicherzellen, dann einer zweiten Trägerplatte und danach einem zweiten oberseitigen Kontaktblech aufgebaut ist. Vorteilhaft ist, wenn ein Zentralloch im Zentrum eines Kontaktstegs angeordnet ist, das so bemessen ist, dass ein Kontaktelement einer der Vielzahl an Energiespeicher zellen zum Herstellen eines elektrischen Kontakts, vorzugsweise form- und/oder kraft schlüssig, eingreift, wenn der Akkupack vervollständigt ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Energiespeicherzellen durch das Eingreifen der Kontaktelemente/Pole einer jeden Energiespeicherzelle einer durch die jeweiligen Zentrallöcher vorbestimm ten Position entsprechen und dementsprechend fixierbar sind.
Es ist bevorzugt, wenn die in Axialrichtung gemessene halbe Dicke der Energiespei cherzellenaufnahme weniger als ein Drittel der in Axialrichtung gemessenen Dicke bzw. Höhe einer Energiespeicherzelle aufweist.
Zusammenfassend dient die hexagonal ausgebildete Gitterstruktur aus vorzugsweise verstärktem Kunststoff zur kraft- und formschlüssigen Aufnahme bzw. zum Fixieren einer Mehrzahl von zylindrischen Energiespeicherzellen, insbesondere 18650 oder 21700, und zugehörigem, geometrisch ähnlichen/identischen, elektrisch leitfähigen Kontaktblech als gemeinsamer Anschluss der Energiespeicherzellen mit dem jeweili gen Puls- bzw. Minuspol.
Das modulare, untereinander verknüpfbare Konzept erlaubt somit eine hohe Flexibili tät der äußeren geometrischen Kontur bzw. der Umrandung der Energiespeicherzel lenaufnahme bzw. des Zellhalters oder der Zelleinheit. Neben einer einfachen und kostengünstigen Fertigung durch die weitgehend vereinheitlichte Grundform für Trä gerplatte und Kontaktblech ergibt sich durch eine gleich ausgerichtete Gruppierung der Energiespeicherzellen eine verpolungssichere Anordnung.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks gemäß den vorstehenden Aspekten bezüglich des Akkupacks, wobei zumindest eine Trägerplatte spritzgegossen, vorzugsweise kunststoffspritzgegossen, oder formgepresst wird, zu mindest ein Kontaktblech gestanzt oder umgeformt wird und sowohl die Trägerplatte als auch das Kontaktblech durch eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen ausgebildet wird.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch solch eine Geometrieoptimierung und Ver fahrensanpassung die Möglichkeit zur Steigerung der Nachhaltigkeit der Bauteile und der Baugruppe der Energiespeicherzellenaufnahme mit entsprechender Pol- /Kontaktelementkontaktierung besteht.
Somit bietet die vorliegende Erfindung eine hohe Flexibilität der Formgebung der spä teren Energiespeicherzellenbündel bei gleichzeitiger sehr guter Beherrschung der To leranzen in alle Raumrichtungen. Des Weiteren besteht durch die optimierte Geomet rie die Möglichkeit zur Standardisierung der Grundkomponenten. Dies hat den Vorteil von einem geringeren Kostenaufwand in der Wertschöpfungskette.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung einer Energiespei cherzellenaufnahme,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Teilaufnahme der Trägerplatte,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Rahmens des Kontaktblechs zur Kontak tierung eines Kontaktelements einer Energiespeicherzelle,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Trägerplatte einer der Aufnahmeeinrich tungen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kontaktblechs einer der Aufnahmeeinrich tungen, und Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Akkupacks.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme 1 zur Fixierung und/oder Kontaktierung von einer Vielzahl an Energiespeicherzellen 2 hat zwei Aufnahmevorrichtungen 3. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer solchen Aufnahmevorrichtung 3 einer Ener giespeicherzellenaufnahme 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Solch ei ne Aufnahmevorrichtung 3 hat jeweils eine Trägerplatte 4 und ein Kontaktblech 5. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, besitzt sowohl die Trägerplatte 4 als auch das Kontaktblech 5 eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen 2.
In Fig. 1 ist zu erkennen, dass das Kontaktblech 5 auf der Trägerplatte 4 angebracht ist. Des Weiteren ist die Struktur/Form und Größe des Kontaktblechs 5 an die Struk tur/Form und Größe der Trägerplatte 4 angepasst. Wie nachfolgend in Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben, ist eine Teilaufnahme 6 der Trägerplatte 4 mit zwei Axialpositi onsbegrenzern 7 ausgebildet. Zwischen diesen Axialpositionsbegrenzern 7 einer Teil aufnahme 6 liegt ein Kontaktsteg 8 eines hexagonal ausgeformten Rahmens 9 des Kontaktblechs 5, wie in Bezug auf Fig. 3 näher beschrieben.
Wie in Fig. 1 angedeutet ist, beträgt die Dicke in Axialrichtung des Kontaktblechs 5 etwa 1/10 der Dicke der Trägerplatte 4.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Teilaufnahme 6 der Trägerplatte 4 ge mäß der vorliegenden Offenbarung. Jede der sechseckigen Teilaufnahmen 6 weist sechs Seitenkanten auf, welche nachfolgend als Wandungen 8 bezeichnet werden. Die Außenseiten der Wandungen 8 sind dazu ausgebildet, aneinandergereiht zu wer den, um so eine flächige Trägerplatte 4 zu bilden.
Eine definierte Anzahl von Teilaufnahmen 6 in Kombination mit einer entsprechend der Anzahl von Teilaufnahmen 6 definierten Anzahl von auf den Teilaufnahmen 6 lie genden Rahmen 9 sind miteinander in Anlage gebracht und bilden so eine der zwei Aufnahmevorrichtungen 3.
An zwei einander gegenüberliegenden Wandungen 10 ist jeweils ein Axialpositions begrenzer 7 angebracht. Der Axialpositionsbegrenzer 7 ist laschenartig ausgebildet. Geometrisch betrachtet, hat jeder der Axialpositionsbegrenzer 7 einen ersten und ei nen zweiten Schenkel 1 1 , welche vorzugsweise gleich lang/groß ausgebildet sind und vorzugsweise in einem Eckpunkt der sechseckigen Teilaufnahme 6 beginnen, und die in einem vorbestimmten, vorzugsweise gleichen Winkel, in das Innere der jeweiligen Teilaufnahme 6 hineinragen. Der erste und der zweite Schenkel 1 1 werden auf der ei nen Seite über die Wandung 10 der Teilaufnahme 6 und mit einem zu der entspre chenden Wandung 10 parallel ausgerichteten dritten Schenkel 12 verbunden.
Des Weiteren ist gemäß Fig. 2 vorgesehen, dass lediglich die Außenkontur der Teil aufnahme 6 eine sechseckige Form aufweist und die Innenkontur der Teilaufnahme 6 eine Form/Geometrie entsprechend der Form/Geometrie der aufzunehmenden Ener giespeicherzelle 2 hat. Vorzugsweise werden zylinderförmige Energiespeicherzellen 2, vorzugsweise Batterien bzw. Akkus, aufgenommen und die Innenkontur der Teil aufnahme 6 ist somit vorzugsweise kreisförmig ausgebildet.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Rahmens 9 des Kontaktblechs 5 zur Kontaktierung eines Kontaktelements einer Energiespeicherzelle 2 gemäß der vorlie genden Offenbarung. Der Kontaktsteg 8 erstreckt sich von einem Eckpunkt des sechseckigen Rahmens 9 zu einem diesem gegenüberliegenden Eckpunkt. Vorzugs weise ist der Kontaktsteg 8 eines Rahmens 9 maximal so breit bemessen, dass dieser 1/3 der gesamten Breite des Rahmens 9 ausmacht/einnimmt. Jeder Rahmen 9 hat im Zentrum ein Zentralloch 13. Das Zentralloch 13 ist in dem Kontaktsteg 8 vorgesehen und dient zur Aufnahme eines Kontaktelements einer ent sprechenden Energiespeicherzelle 2. Ein solches Kontaktelement (nicht dargestellt) ist jeweils an der Stirnseite einer Energiespeicherzelle 2, einmal als Pluspol und ein mal als Minuspol, ausgebildet. Zu dem dient das Zentralloch 13 dazu, die entspre chenden Energiespeicherzellen 2 positionsbestimmt anzuordnen. Der Kontaktsteg 8 ist parallel zu den beiden nicht mit diesem in Kontakt stehenden Seitenrahmenkanten 14 ausgerichtet.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Trägerplatte 4 einer der Aufnahmeein richtungen 3 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Trägerplatte 4 besitzt mitei nander verbundene außenseitig hexagonal ausgeformte Teilaufnahmen 6 (wie in Fig. 2 dargestellt). Wenigstens eine oder mehrere Teilaufnahme(n) 6 ist/sind auf der Au ßenseite mit wenigstens einer oder mehrerer gleichartiger Teilaufnahme(n) 6 verbun den. Die Axialpositionsbegrenzer 7 sind gemäß Fig. 4 in jeder Teilaufnahme 6 in die gleiche Richtung ausgerichtet. Somit sind alle dritten Schenkel 12 der zusammenhän genden Teilaufnahmen 6 parallel zueinander angeordnet/ausgerichtet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kontaktblechs 5 einer der Aufnah meeinrichtungen 3 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Kontaktblech 5 besitzt miteinander verbundene innen- und außenseitig hexagonal ausgeformte Rahmen 9 (wie in Fig. 3 dargestellt). Die Anordnung der Rahmen 9 entspricht der Anordnung der Teilaufnahmen 6. Die Kontaktstege 8 aller zusammenhängender Rahmen 9 sind pa rallel zueinander ausgerichtet.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Akkupacks 15 gemäß der vorliegen den Offenbarung. Der Akkupack 15 hat eine Oberseite, welche durch ein Kontaktblech 5 gebildet wird. Das erste Kontaktblech 5 liegt auf bzw. ist fixiert an einer ersten Trä gerplatte 4. Die Teilaufnahmen 6 der ersten Trägerplatte 4 nehmen die Energiespei cherzellen 2 auf. Die Position der Energiespeicherzellen 2 wird durch die Teilaufnah men 6 bestimmt und in axialer Richtung durch die Axialpositionsbegrenzer 7 begrenzt. Die Kontaktelemente/Pole (nicht dargestellt) der Energiespeicherzellen 2 greifen in das jeweilige Zentralloch 13 in dem jeweiligen Kontaktsteg 8 des oberseitigen Kon taktblechs 5 ein und werden mit diesem elektrisch verbunden.
Eine entsprechende Anordnung ist auf der Unterseite des Akkupacks 15 vorgesehen. Demnach hat die Unterseite des Akkupacks 15 ein Kontaktblech 5, welches in Anlage mit der Trägerplatte 4 gebracht wird und die Trägerplatte 4 nimmt wiederum die ande re Seite der Energiespeicherzellen 2 auf. Somit haben entweder alle Energiespeicher zellen 2 deren„-“-Seite auf der Unterseite des Akkupacks 15 und deren„+“-Seite auf der Oberseite des Akkupacks 15 oder entsprechend andersherum.
Gemäß Fig. 6 sind die einzelnen Energiespeicherzellen 2 ausschließlich über das Kontaktblech 5 und die Trägerplatte 4 miteinander verbunden. Zwischen den Energie speicherzellen 2 in dem Bereich der Energiespeicherzellen 2, welcher sich zwischen den beiden Aufnahmevorrichtungen 3 befindet, sind Luftschlitze vorgesehen. Auf die se Weise kann eine Kühlung in Form eines Luftstroms der Energiespeicherzellen 2 vorgesehen sein, oder eine Überhitzung vermieden werden.
Bezuqszeichenliste Energiespeicherzellenaufnahme
Energiespeicherzellen
Aufnahmevorrichtung
Trägerplatte
Kontaktblech
Teilaufnahme
Axialpositionsbegrenzer
Kontaktsteg
Rahmen
Wandung
Erster und zweiter Schenkel
Dritter Schenkel
Zentralloch
Seitenrahmenkante
Akkupack

Claims

Patentansprüche
1 . Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) zur Fixierung und/oder Kontaktierung von einer Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) mit zwei Aufnahmevorrichtungen (3), zwi schen denen die Energiespeicherzellen (2) gehalten sind, wobei die Energiespeicher zellen (2) jeweils plus- und minuspolige Kontaktelemente aufweisen, wobei die Auf nahmevorrichtungen (3) jeweils zumindest eine Trägerplatte (4) und zumindest ein Kontaktblech (5) aufweisen, wobei sowohl die Trägerplatte (4) als auch das Kontakt blech (5) eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzel len (2) besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) miteinander verbundene außenseitige hexagonal ausgeformte Teilaufnahmen (6) besitzt und das Kontaktblech (5) miteinander verbundene innen- und außenseitig hexagonal ausgebil dete Rahmen (9) besitzt.
2. Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) als Stützkörper zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) vorgesehen ist und in Plattenform ausgebildet ist.
3. Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (5) zur Kontaktierung der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) vorgesehen ist und in Plattenform ausgebildet ist.
4. Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein Kontaktblech (5) mit der zumindest einen Trägerplatte (4) formschlüssig verspannt oder kraftschlüssig verbun den ist.
5. Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) gemäß einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pluspoligen Kontaktelemente der Viel zahl an Energiespeicherzellen (2) durch Fügen oder einem näh-ähnlichen Prozess mit einem ersten Kontaktblech (5) und die minuspoligen Kontaktelemente der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) durch Fügen oder einem näh-ähnlichen Prozess mit einem zweiten Kontaktblech (5) verbunden sind.
6. Kfz- Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktblech (5) dem zweiten Kontaktblech (5) gegenüber liegend angeordnet ist.
7. Akkupack (15) mit einer Kfz-Energiespeicherzellenaufnahme (1 ) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Kontakt blech (5) jeweils die obere bzw. untere Außenseite des Akkupacks (15) mit zwei Auf nahmevorrichtungen (3) und einer dazwischen angeordneten Vielzahl an Energiespei cherzellen (2) ausbilden.
8. Akkupack (15) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentralloch (13) im Zentrum eines Kontaktstegs (8) angeordnet ist, das so bemessen ist, dass ein Kontaktelement einer der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) zum Herstellen eines elektrischen Kontakts eingreift, wenn der Akkupack (15) vervollständigt ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks (15) gemäß dem Anspruch 7 oder 8, wobei zumindest eine Trägerplatte (4) spritzgegossen oder formgepresst wird, zumin dest ein Kontaktblech (5) gestanzt oder umgeformt wird und sowohl die Trägerplatte (4) als auch das Kontaktblech (5) durch eine wabenartige Struktur zur Aufnahme der Vielzahl an Energiespeicherzellen (2) ausgebildet wird.
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