EP4139988A1 - Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen - Google Patents

Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen

Info

Publication number
EP4139988A1
EP4139988A1 EP21722125.8A EP21722125A EP4139988A1 EP 4139988 A1 EP4139988 A1 EP 4139988A1 EP 21722125 A EP21722125 A EP 21722125A EP 4139988 A1 EP4139988 A1 EP 4139988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
section
clamping
cell connector
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21722125.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar STEINDL
Urs Hunziker
Karl Rametsteiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pollmann International GmbH
Original Assignee
Pollmann International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pollmann International GmbH filed Critical Pollmann International GmbH
Publication of EP4139988A1 publication Critical patent/EP4139988A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • 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
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/517—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by fixing means, e.g. screws, rivets or bolts
    • 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

  • the present invention relates to a system for connecting battery terminals of individual prismatic battery cells of a battery module, which provides more than 30A, wherein fastening sections of the individual cell connectors can be fastened to battery terminals with a clamp connection.
  • the invention also relates to the battery module and a method for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module.
  • a large number of individual prismatic battery cells are combined to form a battery pack or battery module.
  • the respective battery poles of the battery cells are connected with conductive cell connectors.
  • connection systems must be flexible enough to accommodate these changes in distance.
  • this flexibility is problematic precisely in production.
  • Screw-based contacts for a prismatic accumulator have some disadvantages with regard to the construction height in the Z-direction, material fits and the resulting micro-corrosion.
  • Friction welding (ultrasonic bonding) is technically possible, but contains extremely strong vibrations that are transmitted from the battery terminal into the battery cell. Depending on the type of battery, this can have negative effects on the service life or performance of the battery.
  • a system for connecting battery posts of individual prismatic battery cells of a battery module providing more than 30A has an electrically conductive cell connector with a first fastening section and a second fastening section.
  • the first fastening section has a first through opening for receiving a first battery terminal and the second fastening section has a second through opening for receiving a second battery terminal.
  • the first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane.
  • At least the first fastening section has a clamping section at the through opening with at least one elastically deformable clamping element (e.g. an elastic clamping bracket), which is bent out of the plane of arrangement and protrudes into the first through opening in such a way that when the first battery terminal is introduced, the clamping element for generating a clamping force can be preloaded and a clamping connection can be provided between the first fastening section and at least one side wall of the first battery terminal.
  • at least one elastically deformable clamping element e.g. an elastic clamping bracket
  • a battery module which provides more than 30A.
  • the battery module has the system described above, a first battery terminal and a second battery terminal.
  • the first battery post is clamped in the first through-opening and the second battery post is clamped in the second through-opening.
  • a method is described for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module which provides more than 30A.
  • an electrically conductive cell connector with a first fastening section and a second fastening section is provided, wherein the first fastening section has a first through opening for receiving a first battery terminal and wherein the second fastening section has a second through opening for receiving a second battery terminal.
  • the first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane.
  • At least the first fastening section has a clamping section with at least one elastically deformable clamping element at the through opening, which is bent out of the arrangement plane and protrudes into the first through opening in such a way that when the first battery terminal is introduced, the clamping element can be prestressed to generate a clamping force and a clamping connection between the first fastening section and at least one side wall of the first battery terminal can be provided.
  • the first battery terminal is inserted into the first through opening to produce the clamp connection.
  • the battery module defines an assembly which combines several prismatic battery cells and provides a mechanical connection for them, and at least enables an electrical series connection or parallel connection of the battery cells by means of the cell connector.
  • the individual battery cells can, for example, be arranged next to one another along one spatial direction or next to one another and / or one above the other (i.e. along two spatial directions) in a battery module.
  • a prismatic battery cell defines an electrical energy storage device with a fixed housing in, for example, a prismatic or cuboid design.
  • the battery cells are, for example, lithium-ion accumulators. Every The battery cell has in particular two battery poles, one + pole and one - pole. These two poles can be attached to the same side surface of the battery cell.
  • the cell connectors according to the invention are designed or dimensioned in particular so that they can be used to connect battery cells with a nominal voltage of less than 5.5 V.
  • the adjacent second battery cell accordingly also has two battery poles, one + pole and one - pole.
  • a cell connector is used in particular to connect the + pole (or - pole) of a battery cell to the corresponding - pole (or + pole) of the adjacent battery cell.
  • the prismatic battery cells are individual. This means that each battery cell forms a self-contained unit and therefore does not have any common components and has no fluidic coupling (for example via the battery fluid) with another battery cell.
  • a cell connector thus represents a high-current-resistant connection between the battery poles of two adjacent prismatic battery cells.
  • the cell connectors must withstand a strong voltage drop when loaded.
  • the cell connectors are made of a robust and electrically conductive material, such as a metallic material such as aluminum or copper.
  • the cell connectors also consist of a flat or plate-like material, for example sheet metal. Accordingly, the cell connectors are self-supporting compared to wire-like material.
  • the cell connectors have, for example, corresponding through openings as fastening sections for a respective battery pole.
  • a battery pole can accordingly be fixed in a through opening, for example by means of clamping forces.
  • At least the first fastening section and / or the second fastening section has, at its through opening, a corresponding clamping section which has an elastically deformable clamping element.
  • the clamping element is bent out of the plane of arrangement.
  • the clamping element can be configured on the basis of its dimensions and the choice of material in such a way that the restoring force or clamping force is so great that a displacement of the battery pole in the insertion direction, i.e. H. perpendicular to the arrangement plane. It is therefore not necessary to use additional fastening measures, such as welding or gluing, for example, in order to achieve a fixation of the battery pole in the through-opening.
  • the clamping element can, for example, be fastened to the through opening or be formed integrally with the cell connector.
  • the cell connector can be punched out of sheet metal, for example.
  • the clamping element can be formed integrally in the fastening section in that the clamping element is cut out of the cell connector on at least three edges and is fastened integrally with the cell connector on a bending edge.
  • the clamping element can then be bent out of the plane of arrangement by bending around the bending edge.
  • the clamping element can for example be bent out of the arrangement plane in the direction of a battery cell. Alternatively, the clamping element can be bent out onto an opposite side with respect to the battery cell.
  • a rigid counterpart ie a non-elastically deformable stop, for example, can be formed on a side wall of the battery pole, which is opposite the side wall on which the clamping element rests, so that the clamping element in the fastening pole presses against this stop and thus creates a clamp connection.
  • an opposing further elastically deformable clamping element can be arranged so that the battery pole is clamped between two elastically deformable clamping elements.
  • the free end faces or surface of the battery pole remains free, so that, for example, good thermal dissipation, for example to the environment or to a coupled to the cooling system, is made possible.
  • the curved lateral contacting zones or contact elements are designed in such a way that the heating of the contact resistance at the maximum current strength is kept sufficiently small and this does not lead to any disruptive corrosive phenomena in the transition between the contacts.
  • the top of the cell connector can be provided with an additional coating after contacting, which prevents further corrosion progress in the event of microcracks at the bending points and also compensates for surface unevenness for the thermal coupling.
  • the described clamp connection according to the invention thus allows the production of cell connectors which have only a small voltage drop in the high load range.
  • voltage drops across the cell connectors when the IC is loaded is less than 0.5 V, in particular less than 0.2 V, and in special cases less than 0.1 V.
  • a 10-minute current load capacity of the cell connectors is over 30A, in particular over 50 A, further in particular over 90A, even further in particular over 170 A.
  • the clamp connection according to the invention allows, due to its design, a simple release of cell connectors in the case of service or recycling. Either through the use of relief mechanisms, through mechanical forces or by cutting open the cell connector, the cell connector can be removed again without damaging the battery.
  • the spring forces or the clamping force of the clamping elements in the clamping connection between the cell connector and the battery pole are designed to be greater or significantly greater than the tensile forces on the pole connection resulting from the expansion compensation. This prevents the high-current connections from being loosened and any cold welds being torn open by the expansion behavior of the cell connectors or the battery cells.
  • the clamping element can be configured in such a way that the clamping force is twice as large or more than five times greater than the tensile forces of the expansion compensation of the battery cells.
  • the contact zone between the cell connector and the battery terminal is structured. This increases the point pressure during assembly and, when the cell connector is pushed on, tears up any oxide layers over the battery pole, which promotes the formation of a cold weld.
  • the same effect can also be achieved by a cell connector which has several sheet metal layers, the contacting then being designed in such a way that the sheet metal ends hit the surface of the battery terminal with sharp edges and thus achieve the mentioned contact improvement.
  • At least the first through opening and / or the second through opening has a predominantly round, elliptical or rectangular opening cross-section.
  • the opening cross section of the through opening can be adapted to the shape of the battery terminal.
  • the clamping section is designed to exclusively contact side walls of the first battery terminal.
  • the free surface or end face of a battery pole can be used for further coupling of external systems, for example with a cooling system, or generally for thermal heat dissipation.
  • the clamping element protrudes at least in regions into the through opening and can be preloaded by introducing the first battery terminal.
  • the through opening has a corresponding opening cross section with a central axis which runs perpendicular to the arrangement plane (or parallel to a normal to the arrangement plane).
  • the clamping element is bent out of the arrangement plane in such a way that the clamping element runs in a direction of extent out of the arrangement plane in the direction of the central axis.
  • the clamping element which is spaced from the fastening section of the cell connector and correspondingly spaced from the plane of arrangement, protrudes into the through opening.
  • the clamping element has a bending section and a contact section, the bending section being integrally connected to the first fastening section and has a bend out of the plane of arrangement, wherein the bending section is integrally connected to the contact section.
  • the contact section has a clamping surface which can be coupled in a force-transmitting manner to the side wall of the first battery terminal. The larger the clamping surface, the better the current can be transmitted between the clamping element and the battery terminal. For example, the contact section or its clamping surface can nestle against the battery terminal in order to generate surface contact with the battery terminal.
  • the contact section is designed in such a way that the clamping surface of the contact section in the unstressed state extends from an edge of the through opening, in particular pyramidal or conical, in the direction of the center of the through opening. This supports, accelerates and / or simplifies the positioning (in the sense of self-alignment) in the context of automated assembly.
  • the clamping element has an end section with a free end, the contact section being arranged between the bending section and the end section.
  • the end section extends opposite the clamping surface of the contact section in such a way that the end section is free of contact with the side wall of the first battery terminal when the clamping surface is coupled in a force-transmitting manner to the side wall of the first battery terminal. Since the free end is bent away from the side wall, assembly aids, for example, can more easily grip the clamping element at the free end and move it away in order to provide an assembly aid accordingly.
  • the cell connector has an assembly opening.
  • the end section accordingly has a receiving opening.
  • the mounting opening and the coupling point are such arranged so that a relief spike can be inserted through the assembly opening and can be coupled to the coupling point in such a way that the end section and the contact section for decoupling with the first battery pole can be bent away against the clamping direction.
  • the battery poles of a battery cell may only be exposed to limited mechanical loads so that the battery cell is not damaged.
  • a corresponding assembly aid temporarily reduces the clamping force of the cell connectors so that they can be pushed over the battery poles.
  • the clamping section has at least one further elastically deformable clamping element, which is arranged on the through opening opposite the clamping element and is bent out of the plane of the arrangement so that the first battery pole can be inserted between the clamping element and the further clamping element, around the Provide clamping connection.
  • the further clamping element can be designed in accordance with the clamping element described above.
  • the clamping forces of the clamping elements are configured in such a way that the clamping force on at least two opposite side walls of a battery terminal is approximately the same. This creates a force-neutral and therefore largely distortion-free connection between the cell connector and the battery terminal.
  • the clamping section can furthermore have further elastically deformable clamping elements which are arranged opposite one another at the through opening and are bent out of the plane of arrangement so that the first battery terminal can be pushed between the clamping elements and a force-symmetrical clamping force can be provided around the first battery terminal is.
  • the clamping section can thus generate a clamping force around the battery pole with a multiplicity of circumferential clamping elements, which clamping force acts symmetrically, in particular force symmetrically, around the battery pole.
  • the system has a clamping ring which is arranged around the clamping elements in order to prevent the clamping connection from being released.
  • the clamping ring is in particular releasably braced around the clamping elements and presses them evenly into the center of the through opening and thus against the side walls of an inserted battery terminal.
  • the clamping ring is designed in particular to be elastically deformable in order to better adjust a clamping force effect.
  • the clamping ring can for example consist of an electrically insulating plastic material.
  • the clamping ring can also consist of the same or a different material with respect to the cell connector and, for example, have an iron alloy.
  • the cell connectors can be made of aluminum, for example.
  • the crystal structure of aluminum tends to flow. For this reason, the clamping ring is attached around the clamping contact. This can only act on the corners of the clamps or on their entire length.
  • the choice of a spring material with long-term stability, such as corrosion-proof or corrosion-protected iron material or similar, is particularly advantageous. This also prevents the long-term tearing of the corrosion layer typical of aluminum and the associated oxidation problems.
  • the first fastening section and the second fastening section are connected to one another by means of a conductive connection.
  • the conductive connection can be formed integrally and monolithically with the first and second attachment portions.
  • the cell connector can be produced together with the fastening sections and the conductive connection in a stamping process.
  • the conductive connection has a conductor, in particular a strip-shaped conductor.
  • the strip-shaped conductor runs in particular within the arrangement plane in which the first fastening section and the second fastening section are also arranged.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the conductive connection or in the cell connection.
  • the conductor has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course to compensate for a change in distance between the first fastening section and the second fastening section.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansion or contraction in the x-direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring.
  • the clamping connection is designed such that the elastically deformable clamping element is designed to be more rigid than the conductive connection between the first fastening section and the second fastening section. It can thus be ensured that in the event of a relative movement between the fastening sections, which are not prevented by the conductor due to its deformability, the clamping connection, ie in particular the clamping elements which are more rigid with respect to the conductor, does not come loose.
  • the cell connector is a first cell connector.
  • the system also has a second electrically conductive cell connector, which is designed to fasten and electrically connect two further spaced apart battery poles.
  • the system furthermore has an electrically insulating carrier element, to which the first cell connector and the second cell connector are attached, in order to provide a supporting structure for the first cell connector and the second cell connector by means of the carrier element.
  • the first cell connector and the second cell connector are exclusively embedded in certain areas in the carrier element, so that surface areas of the first cell connector and the second cell connector are free from a cover with the carrier element.
  • the carrier material of the carrier element consists of an electrically insulating material, such as, for example, a (in particular injection-mouldable) plastic material.
  • the first cell connector and the second cell connector are attached to the carrier material.
  • the carrier material is firmly connected to the first cell connector and the second cell connector in such a way that a self-supporting unit is created together.
  • This corresponding self-supporting unit can, in particular, facilitate assembly, since simple handling is possible, in particular when connecting the corresponding battery poles.
  • the first cell connector and the second cell connector are partially embedded in the carrier element.
  • the term “embedding” is understood below to mean that a cell connector is at least partially surrounded by the material of the carrier element and, so to speak, is partially immersed in a body of the carrier element, so that the carrier material at least partially encloses the cell connector
  • the carrier material has, for example, a receiving slot in which a region of the cell connector is present, so that the carrier material encloses two opposing surfaces and the end face of the cell connector connecting the surfaces and is embedded accordingly.
  • a corresponding embedding is preferably implemented in an injection molding process, so that no machining, for example to form the receiving slot in the carrier element, is necessary.
  • the definition of "embedding exclusively in certain areas” means that the cell connectors are not completely embedded in the carrier element and are encased by the carrier element. free from a covering of the carrier material in order to provide electrical contactability. Furthermore, surface areas of the cell connectors remain free of the material of the carrier element, in particular to provide better heat dissipation.
  • the carrier element covers less than 50%, in particular less than 10% and further in particular less than 5% of a surface of a cell connector. Accordingly, the carrier element can cover an opposite surface area.
  • the carrier element can embed a cell connector in such a way that, for example, the carrier element surrounds the cell connector along one side length.
  • the carrier element can run circumferentially around the cell connector, a center of the cell connector, in particular in which the through-opening of the fastening area is provided, being free from embedding or covering with the carrier area.
  • a surface of a cell connector which is directed away from the battery cell can only be less than 50%, in particular less than 10% and more particularly less than 5% be covered by the carrier element, so that a sufficiently stable embedding is created and at the same time a sufficient free area of the surface to allow thermal heat dissipation and, for example, a coupling of a heat sink.
  • the surface facing the battery cell can be more than 10%, in particular more than 50%, in particular completely covered by the carrier element in order to thus provide good potential shielding.
  • the first cell connector, the second cell connector and the carrier element are arranged within the common arrangement plane.
  • the cell connectors and the carrier element are arranged next to one another within the common arrangement plane.
  • the first cell connector and the second cell connector form punched-out flat components.
  • the first cell connector and / or the second cell connector each consist, for example, of a sheet metal, in particular a multilayer sheet. In the case of a punched-out flat component or a sheet metal, the width and length of which are very much greater than their thickness.
  • the first and second cell connectors can for example consist of a sheet made of aluminum or copper.
  • different layers of different materials can form a cell connector. For example, different materials can be used in different layers.
  • the carrier element has a first carrier section which at least partially embeds the first cell connector, and a second carrier section which at least partially embeds the second cell connector.
  • the first carrier section and the second carrier section are connected by means of an electrically insulating connection structure.
  • the connection structure can consist of the same material as the first carrier section or the second carrier section.
  • the first carrier section, the second carrier section and the connection structure can be created in a common injection molding step.
  • the first support section, the second support section and the connecting structure form a self-supporting unit and can be manufactured robustly.
  • connection structure is designed to be deformable in order to compensate for a change in distance between the first cell connector and the second cell connector.
  • the connection structure can for example be made of an elastically deformable material in order to compensate for a corresponding change in distance between two cell connectors without breaking.
  • the carrier element connects two cell connectors which connect battery poles of a common battery cell to at least one fastening area. Due to thermal expansion or due to aging, battery cells expand or reduce their size. In order not to cause the two cell connectors to become wedged due to a carrier element that is too rigid, the connection structure between two carrier sections can advantageously be designed to be elastically deformable.
  • connection structure can be designed in such a way that elastic deformation is possible along a predetermined spatial direction.
  • the individual battery cells are arranged next to one another along a first spatial direction (for example the x-axis) and connected accordingly with the cell connectors.
  • a second spatial direction (for example y-axis) which is orthogonal to the first spatial direction describes an extension of the battery cell in the arrangement plane.
  • a third spatial direction (z-axis), which is, for example, parallel to the normal to the plane of arrangement and along which the battery poles extend from a cell connector, is in particular orthogonal to the first spatial direction and the second spatial direction.
  • connection structure can be designed in such a way that it is non-destructive or elastically deformable along the first spatial direction (X direction). Because the length changes not only taking place in the x-direction, a rigid movement restriction in the x-direction is not selected, but a system with different elasticity constants (dependent on the direction of the coordinate). This means that in the y- and z-direction the movement compensation with stiffer movement mechanisms than in the x-direction.
  • connection structure has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course.
  • the connection structure can be produced, for example, together with the first cell connector and the second cell connector from a common base material, such as a plate-like material or sheet metal, by means of cutting or punching.
  • the course of the connection structure described above runs in particular within the Arrangement level in which the first cell connector and the second cell connector are also arranged.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the connection structure or in the cell connection.
  • At least the first carrier section and / or the second carrier section has at least one receiving groove for receiving a signal line.
  • the signal line can thus be coupled to the first cell connector or the second connector.
  • the signal line is attached to the corresponding cell connector and can also be arranged on the cell connector in an electrically conductive manner. Signals can thus be transmitted via the signal line, either from the cell connector itself or from a sensor additionally arranged there.
  • the signal lines can thus in particular represent sensor lines, which represent connecting lines in the interior of a battery module and are used to monitor measured values. The measured values included, for example, cell voltage and temperature. In the case of certain battery modules, these lines can be used to actively balance the charge / load. Charging and discharging of individual cells can also be made possible.
  • the signal lines in the component carrier can be electrically insulated in such a way that they are suitable for a test voltage of over 400V, in particular over 800 V, in particular over 1600 V.
  • the mean cross section of the sensor lines can be over 0.1 mm A 2 (square millimeters), in particular over 0.5 mm A 2, further in particular over 1.2 mm A 2.
  • the system can in particular include a strain relief for a sensor assembly to which the signal lines are connected.
  • each cell connector connects corresponding battery poles of two different battery cells.
  • the first cell connector can connect a - pole of a first battery cell to a + pole of an adjacent second battery cell.
  • the second cell connector can correspondingly connect a + pole of the first battery cell to a - pole of a third adjacent battery cell.
  • the two electrically conductive cell connectors are connected by the electrically insulating carrier element, so that a robust, rigid and, in particular, self-supporting unit of cell connector and carrier element is provided. In this way, in particular in the case of automated production of large battery modules with a large number of battery cells, easier handling of the cell connectors and, correspondingly, faster and more secure connection of the cell connectors to the battery poles can be provided.
  • the system according to the invention can have a multiplicity of cell connectors, two cell connectors each being mechanically coupled to a corresponding carrier element. Accordingly, a large number of battery poles can be connected simultaneously in one work step. In comparison to a conventional individual attachment of the respective cell connectors to two battery poles, the system according to the invention brings about a significantly faster and more robust connection of a large number of battery cells.
  • the carrier element has the additional function of stable and protected guidance of the signal line.
  • the signal line can be preinstalled in the receiving groove before the system is installed on the battery poles or can be installed subsequently after the system has been installed on the battery poles.
  • the first and / or second carrier section have a plurality of grooves for corresponding signal lines.
  • a particularly high contact pressure can be built up between the clamping elements and the battery terminal later, after assembly, which would lead to mechanical overload or damage to the battery terminal without force relief during assembly.
  • a particularly high clamping force can be generated at the battery pole that this leads to a particularly high level of impact resistance (without detaching the cell connector) of the entire battery module (e.g. in the event of minor accidents).
  • a particularly high level of impact resistance without detaching the cell connector
  • the risk of detachment and / or of cold welds tearing open at contact zones can be reduced due to the lower mass.
  • the system furthermore has a coupling element which is fastened, in particular releasably, between the first carrier section and the second carrier section.
  • the coupling element is arranged with the first carrier section and the second carrier section one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane, so that the first carrier element, the coupling element and the second carrier element are arranged one after the other along the arrangement direction (x-direction).
  • the coupling element couples the first carrier section and the second carrier section, so that a more robust structure of the system is provided.
  • the coupling element consists of an electrically insulating material such as plastic, for example, and can also be produced, for example, by means of an injection molding process.
  • the coupling element has a further receiving groove for receiving the signal line.
  • the coupling element thus has the additional function of stable and protected routing of the signal line or another signal line.
  • the coupling element and the signal line can be preinstalled in the further receiving groove before the system is installed on the battery terminals.
  • the coupling element can be coupled to the carrier sections before the system is installed on the battery posts.
  • the carrier sections can first be attached to the battery terminals.
  • the coupling elements (for example together with the signal lines) can be attached to the carrier sections.
  • the first carrier section, the coupling element and then the second carrier section are present in the x direction and within the arrangement plane.
  • the system when installed, the system can form a load-bearing structure which, on the one hand, carries the signal lines and, on the other hand, the cell connectors.
  • the construction creates a mechanically predetermined movement path for the signal lines. Dodging / deviating from this path, which is specified by the receiving groove, due to the higher forces required for this, is unlikely. This increases the safety of the live signal lines (e.g. sensor and load balancing lines).
  • the cell connectors and the coupling element are joined to one another prior to assembly on the prismatic cells and the signal or sensor lines are connected to the cell connectors. This allows full testing of the system prior to mounting on the battery cells.
  • the carrier element and / or the coupling element can be designed in such a way that a large creepage distance can be formed between the signal lines even for higher voltages and a test voltage of over 400V, preferably over 800V and in special cases over 1600V is sufficient. This allows battery modules according to the invention to be operated using the relevant provisions for energy systems with operating voltages above the electrical protective extra-low voltage of below 50V.
  • contact protection is achieved by increasing the height of the insulators compared to conductors. This can be achieved in particular in that the receiving grooves in the carrier element or the coupling element are deeper than a height or a cross section of a signal line.
  • the cell connectors but also the sensor lines can be punched out of a flat material and then embedded. By creating meanders, loops or bends that lie in the arrangement plane (x-y plane), both expansion compensation and cost-effective production can be achieved.
  • the solution according to the invention only processes small or very small parts of an entire cell connector accordingly, that is, it performs deformations in the Z-plane.
  • the signal lines are implemented with a larger cross section than would be necessary for pure voltage monitoring of the individual cell voltage. This higher cross-section allows a higher current carrying capacity on these lines. As a result, the difference between individual cells can be at least partially compensated for by means of a BMS (battery management system) via these lines (reloading, additional charging, partial charging, etc. of individual cells).
  • BMS battery management system
  • the signal line has an integrated current fuse, in particular a fuse, the signal line being designed in particular with a fuse area with a defined cross-sectional reduction in such a way that the cross-sectional reduction provides the fuse.
  • the cross-section reduction can be produced, for example, by means of a notch (e.g. made during a stamping process), thinning by bending (in the sense of deep-drawing, which reduces the cross-section) or drawing.
  • a notch can be advantageous in terms of keeping to measure.
  • This reduction is placed in a place where overheating does not lead to ignition of the insulation material.
  • This cross-sectional reduction can serve as a fuse in the event of a short circuit in the sensor line. Because the sensor line is in a defined (and safe with respect to the surrounding components) position, overheating of the sensor line can be avoided along its entire length.
  • a securing element can also be used instead of a cross-section reduction. To ensure the thermal integrity of the component carrier and / or to visualize a triggering, this safety mechanism can be in the non-embedded part of the system.
  • the securing element can be designed to be non-reversible so that, in the event of a response, a service activity has to check whether the response of the securing element has led to greater damage.
  • the securing function or the cross-section reduction can in particular lie at least partially in a non-embedded part of the component carrier.
  • the system has a sensor, in particular a temperature sensor, a voltage sensor or a power sensor, which is arranged on the first cell connector or on the second cell connector or is integrated therein.
  • the sensor is coupled to one of the signal lines in order to receive or forward signals.
  • the system thus has an integrated status control of the system itself or of the connected battery cells.
  • the sensor can, for example, be firmly attached to a cell connector.
  • the connection system and the plug-in connection intercepts expansion of the battery cells, for example via sliding components or meandering connection mechanisms, it is possible, for example, to better thermally couple a temperature sensor to a single cell.
  • This allows a more precise, more reliable and long-term stable temperature measurement than with a normal pressure-based (frictional) coupling of the thermocouple to the battery cell.
  • the contacting of this sensor can in turn take place via the inventive concept of the sensor lines.
  • the same mechanism also applies to the coupling of other sensors to a single battery cell, for example with local intelligence (e.g. bus systems for sensor data transmission, active charge / load balancing).
  • the carrier element can also integrate additional electrical sensors (eg heat sensor) and / or electronic components (eg local intelligence or active charging / load balancing).
  • the carrier element and / or the coupling element can have externally applied or integrated cooling lines through which a cooling medium can flow.
  • the cooling lines are connected to an external cooling mechanism.
  • the cooling mechanism can, for example, have the heat sink described below, which is in thermal contact with the cell connectors and, furthermore, in particular in direct contact with the battery terminals.
  • At least one of the first battery terminals has a free terminal surface.
  • the first battery terminal protrudes from a base body of a battery cell, the first battery terminal being arranged in the first through opening in such a way that a first surface of the first cell connector directed towards the base body of the battery cell is closer to the base body than the terminal surface.
  • the first battery terminal is arranged in the first through-opening in such a way that the terminal surface is coplanar with a second surface of the first cell connector opposite the first surface, so that a common coupling surface can be provided.
  • the coupling surface extends and lies, for example, within the arrangement plane.
  • the battery module has a heat sink of a cooling system, which is arranged on the pole surface for thermal coupling.
  • the heat sink rests flat on the coupling surface for thermal coupling.
  • the cooling body can for example have cooling lines through which a cooling medium, for example a liquid fluid, flows.
  • the cooling lines of the cooling body can, for example, be coupled to cooling lines which are integrated in the carrier element and / or the coupling element.
  • the contact clips or the clamping elements which rest on the side walls of the battery poles, can be designed with a very small structural height (in the z direction).
  • the cell connector can be applied to the battery pole in such a way that the free surface of the cell connector facing away from the battery cell lies in the same plane as the pole surface of a battery pole, or the free surface of the cell connector is at least not higher than the battery pole itself or around the battery pole protrudes less than the sheet metal thickness of the cell connector itself.
  • the coolant flow can take place within the arrangement plane (x-y plane) along the pole surface and the cell connector with little or no flow disturbances in the direct vicinity of the battery pole.
  • the clamping element has an extension length parallel to a side wall of the battery pole, which is equal to the pole extension in the z-direction or is smaller than the pole extension of the battery pole in the z-direction by the thickness of the cell connector.
  • the first fastening section is welded to the first battery terminal and / or the second fastening section is welded to the second battery terminal.
  • the clamp connection according to the invention enables, for example, initially in a first assembly step a force-neutral positioning of the cell connectors on the battery cells. In a second step, for example, due to the exact positioning, a robust and precisely positioned welding can be carried out.
  • the clamping element before the first battery terminal is inserted, the clamping element is pretensioned against the clamping force by means of a mounting element.
  • the clamping element is bent in a direction opposite to the central axis of the through-opening and, for example, out of the through-opening by means of the mounting element, before and while the cell connector is plugged onto the battery terminal.
  • the clamping force is, so to speak, reduced by means of the assembly element.
  • the assembly element for reducing the clamping force can have a wedge system, a mandrel / punch system and / or relief pins.
  • the cell connector has an assembly opening through which, for example, a relief mandrel can be inserted and coupled to the end section of the clamping element.
  • the relief mandrel can then be pivoted or displaced in such a way that the end section and thus the entire clamping element is bent out from the center of the through opening in order to reduce the clamping force and enable simple assembly.
  • the mounting element has a stamp which is inserted from an upper side (which is directed away from the battery cell) of the cell connector into the first through opening (in particular in the direction of the battery cell) in order to preload the clamping element (and correspondingly out of the To bend out the center of the through opening).
  • the first battery pole is inserted from the underside (which is closest to the battery cell) of the cell connector into the first through opening until a predetermined position is reached in the first through opening.
  • the stamp is then pulled out of the through opening and the clamping element clamps the side wall of the first battery terminal.
  • the signal lines can be prefabricated in a self-supporting unit on the carrier element and the coupling elements (and also for attachment to the cell connector) and, if necessary, tested.
  • the conductive connection between the corresponding fastening sections of a cell connector and the connection structure between the carrier sections can create tension and pressure relief systems for assembly and for operational (for example due to aging) expansion. Expansion compensation can also be provided for the different elasticities between the clamping elements and, for example, the conductive connection between the fastening sections.
  • punched cell connectors with minimal edge bends in the area of the battery terminal have a number of advantages.
  • the minimal edge bends allow, on the one hand, the compensation of the mechanical scattering of the mass of the battery pole and, on the other hand, allow a suitable contact pressure to be built up.
  • the contact pressure should be high enough to achieve low contact resistance over the long term (eg through micro-welds) and, on the other hand, sufficiently low in terms of elasticity of the conductor material relationship side Clamping elements so that the system remains within the permanent elasticity of the components involved.
  • the area of flow limit of the linear expansion area and transition to plastic deformation
  • the cell connectors are plugged onto the battery pole, whereby the insertion forces may well require mechanical support or mechanical aids for force reduction (i.e. assembly elements) can be used for this purpose.
  • the battery poles are laterally contacted by means of the clamping elements, so that a force symmetry of the contacting forces arises, which avoids mechanical loading (in the sense of spring contact in the Z direction) on the battery pole or the area around the cell connector.
  • a corresponding mechanical inhibition can be added from the outer housing or the cooling system (not shown).
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a system for connecting battery poles of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a system for connecting battery poles of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a system for connecting battery poles to a stiffening element according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of coupling elements with signal lines according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a mechanical plug connection according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a system for connecting a plurality of battery cells of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • 7 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a cell connector with an insulation element according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a carrier tape for coupling elements according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a fastening of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of an assembly aid with a relief mandrel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of an assembly aid with a stamp according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting battery poles 101, 102 of a battery module 100 according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 illustrates in a step representation the embedding of the cell connector 110 of the system 100 from FIG. 1.
  • the system 100 has a first electrically conductive cell connector 110, which is designed to attach and electrically connect two spaced apart battery poles 101, 102, and a second electrically conductive cell connector 120, which is designed to attach and electrically connect two further spaced apart battery poles 101, 102 is on.
  • the system 100 has an electrically insulating carrier element 130, to which the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are fastened in order to provide a supporting structure for the first cell connector 110 and the second cell connector 120 by means of the carrier element 130, wherein the The first cell connector 110 and the second cell connector 120 on the carrier element 130, the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are exclusively embedded in certain areas in the carrier element 130, so that surface areas of the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are free of a cover with the carrier element 130 are.
  • a signal line 105 is coupled to at least one of the first and second cell connectors 120.
  • the electrically conductive cell connector 110 is formed with a first fastening section 111 and a second fastening section 112, the first fastening section having a first through opening for receiving the first battery terminal 101 and the second fastening section having a second through opening for receiving the second battery terminal 102.
  • the first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane 201 (see FIG.
  • the battery module 150 defines an assembly which combines a plurality of prismatic battery cells 151, and an electrical series connection or parallel connection of the battery cells 151 is achieved at least by means of the cell connectors 110, 120.
  • the individual battery cells 151 are arranged next to one another, for example, along a spatial direction (x-axis).
  • Each battery cell 151 has, in particular, two battery poles 101, 102, each with a + pole 102 and a - pole 101.
  • the adjacent second battery cell 151 accordingly likewise has two battery poles 101, 102.
  • the cell connectors 110, 120 are used to connect the + pole (or - pole) 101, 102 of a battery cell 151 to the corresponding - pole (or + pole) 101, 102 of the adjacent battery cell 151.
  • the carrier material of the carrier element 130 consists of an electrically insulating material, such as, for example, a (in particular injection-mouldable) plastic material.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are fastened to the carrier material 130.
  • the carrier material is firmly connected to the first cell connector 110 and the second cell connector 120 in such a way that a self-supporting unit is created together.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are partially embedded in an embedded region 104 in the carrier element 130.
  • the term “embedding” is understood below to mean that the cell connectors 110, 120 are at least partially surrounded by the material of the carrier element 130, so that the carrier material at least partially encloses the cell connector 110, 120.
  • the carrier material 130 has, for example, a Receiving slot, in which a region of the cell connector 110, 120 is present, so that the carrier material encloses two opposing surfaces 206, 207 and the end face of the cell connector 110, 120 connecting the surfaces and is embedded accordingly.
  • a corresponding embedding is preferably implemented in an injection molding process.
  • the contact areas on the cell connector 110, 120, in particular in the corresponding through openings, into which the battery terminals 101, 102 can be inserted, remain free from covering the carrier material of the carrier element 130 in order to provide electrical contactability.
  • Carrier sections 131, 132 of the carrier element 130 are formed, for example, with a U-shaped section in which the cell connectors 110, 120 are embedded. Thus, only a small surface area, for example between 10% and 30% of a total area of a cell connector 110, 120, is covered and embedded with the carrier element 130.
  • a signal line 105 is coupled to the first cell connector 110 or the second cell connector 120.
  • the signal line 105 is attached to the corresponding cell connector 110, 120 and can furthermore be arranged in an electrically conductive manner on the cell connector 110, 120.
  • the first cell connector 110, the second cell connector 120 and the carrier element 130 are arranged within the common arrangement plane 201.
  • the cell connectors 110, 120 and the carrier element 130 are arranged next to one another within the common arrangement plane 201.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 form punched-out flat components.
  • the first carrier section 131 and the second carrier section 132 are connected by means of an electrically insulating connection structure 103.
  • the first carrier section 131, the second carrier section 132 and the connecting structure 103 form a self-supporting unit.
  • connection structure 103 is designed to be deformable to compensate for a change in distance (in particular along the x-axis) between the first cell connector 110 and the second cell connector 120.
  • the connecting structure 103 consists of an elastically deformable material in order to compensate for a corresponding change in distance between two cell connectors 110, 120 without breaking.
  • the connection structure 103 can be designed in such a way that elastic deformation is possible along a predetermined spatial direction.
  • the individual battery cells 151 are arranged next to one another along a first spatial direction (for example the x-axis) and are correspondingly connected to the cell connectors 110, 120.
  • a second spatial direction orthogonal to the first spatial direction (for example y-axis) describes an extension of the battery cell in the arrangement plane 201.
  • a third spatial direction (z-axis), which is, for example, parallel to the normal of the arrangement plane 201 and along which the battery poles 101 extend , 102 extending from a cell connector 110, 120 is in particular orthogonal to the first spatial direction (x-axis) and the second spatial direction (y-axis).
  • connection structure 103 has a loop-shaped, curved or undulating, in particular meander-shaped, course.
  • the course of the connection structure 103 runs in particular within the arrangement plane 201, in which the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are also arranged.
  • the course is like this designed that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. Expansions or contractions in the x direction can thus be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the connection structure 103 or in the cell connectors 110, 120.
  • a stiffening element 109 can be releasably attached.
  • the stiffening element 109 results in the cell connectors 110, 120 and the carrier element 130 being stiffened during the assembly of the system 100 on battery poles 101, 102 and thus more robust, so that handling is easier, in particular using automated tools, and less damage to the system 100 during assembly.
  • a reinforcing beam 109 can be fastened to the carrier element 130 along the arrangement plane 201 in order to bring about a stiffening.
  • the reinforcement bar 109 can be removed.
  • a predetermined breaking point can be provided for this purpose between the carrier element 130 on the one hand and the reinforcing bar 109 on the other hand, so that simple removal by breaking away the reinforcing bar 109 can be provided.
  • the reinforcement element 109 leads in particular to a stiffening of the system in the x-direction.
  • the first carrier section 131 and / or the second carrier section 132 have a plurality of receiving grooves 202 for receiving signal lines 105.
  • the carrier element 130 thus receives the additional function for the stable and protected guidance of the signal line 105.
  • the signal line 105 has a meandering course with a U-shaped section, the carrier element 130 being a Has strain relief structure 113.
  • the strain relief structure 113 is designed such that the strain relief structure 113 engages in the U-shaped section in order to fix the signal line 105.
  • the strain relief structure 113 forms, for example, a projection from the carrier element 130 along a first direction (for example y-direction) which engages in the U-shaped section of the signal line 105.
  • the U-shaped section can be pressed against the projection, so that the projection brings about a strain relief.
  • the system 100 also has a coupling element 140 which is fastened, in particular releasably, between the first carrier section 131 and the second carrier section 132.
  • the coupling element 140 is arranged with the first carrier section 131 and the second carrier section 131 one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane 201, so that the first carrier element 130, the coupling element 140 and the second carrier element 130 one after the other along the arrangement direction (x-direction) are arranged.
  • the coupling element 140 couples, for example, the first carrier section 131 and the second carrier section 132 of a carrier element 130 or a first carrier section 131 of a first carrier element 130 with a second carrier section 132 of a second carrier element 130, so that a more robust structure of the system 100 is provided.
  • the coupling element 140 has a further receiving groove (for example an open groove or a closed groove designed as a bore) for receiving the signal line 105.
  • a further receiving groove for example an open groove or a closed groove designed as a bore
  • the coupling element 140 also has, for example, an electrical connector device 141 for coupling a signal component, in particular a further signal line.
  • the electrical plug device 141 is designed in particular as a plug socket.
  • the first fastening section 111 and the second fastening section 112 are connected to one another by means of a conductive connection 106.
  • the conductive connection 106 may be formed integrally and monolithically with the first and second attachment portions 111, 112.
  • the cell connector 110, 120 together with the fastening sections 111, 112 and the conductive connection 106 can be produced in a stamping process.
  • the conductive connection 106 is designed as a strip-shaped conductor.
  • the strip-shaped conductor runs in particular within the arrangement plane 202 in which the first fastening section 111 and the second fastening section 112 are also arranged.
  • the course is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. Expansions or contractions in the x direction can thus be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the conductive connection 106 or in the cell connectors 110, 120.
  • the conductor 106 has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course.
  • At least the first fastening section 111 and the second fastening section 112 have, at their rectangular through openings, the corresponding clamping section 160, which in the exemplary embodiment has four elastically deformable clamping elements 161 lying opposite one another.
  • the clamping elements 161 are bent out of the arrangement plane 201.
  • the clamping elements 161 can be configured due to their dimensioning and the choice of material in such a way that the restoring force or clamping force is so great that a displacement of the battery terminal 101, 102 in the insertion direction (in the z-direction), ie perpendicular to the arrangement plane 201, is prevented.
  • the clamping forces of the clamping elements 161 are configured in such a way that the clamping force on at least two opposite side walls 203 of a battery terminal 101, 102 is approximately the same. This creates a force-neutral and therefore largely distortion-free connection between cell connector 110, 120 and battery terminal 101, 102.
  • the clamping section can have further elastically deformable clamping elements 161, which are arranged opposite one another at the through opening and are bent out of the arrangement plane 201 so that the battery terminal 101, 102 can be inserted between the clamping elements 161 and a force-symmetrical clamping force around the battery terminal 101, 102 can be provided.
  • the system 100 has a sensor 107, in particular a temperature sensor, a voltage sensor or a power sensor, which is arranged on the first cell connector 110 or on the second cell connector 120 or is integrated therein.
  • the sensor 107 is in particular coupled to one of the signal lines 105 in order to receive or forward signals.
  • the battery terminal 101, 102 has a free terminal surface 204.
  • the first battery terminal 101 protrudes, for example, from a base body 205 of a battery cell 151, the first battery terminal 101 being arranged in the first through opening such that a first surface 206 of the first cell connector 110 directed towards the base body 205 of the battery cell 151 is closer to the base body 205 than the pole surface 204.
  • the first battery terminal 101 is arranged in the first through-opening in such a way that the terminal surface 204 is coplanar with a second surface 207 of the first cell connector 110, which is opposite the first surface 206, so that a common coupling surface can be provided.
  • the coupling surface extends and lies, for example, within the arrangement plane 201.
  • a homogeneous coupling surface is thus formed on which external components, such as the heat sink 208, can be arranged in a simple manner, so that a large surface contact between the pole surface 204 and the cell connector 110 on the one hand and the external component on the other hand.
  • the heat sink 208 lies in particular flat on the coupling surface for thermal coupling.
  • the cooling body 208 can, for example, have cooling lines 209 through which a cooling medium, for example a liquid fluid, flows.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting battery poles 101, 102 to a stiffening element 109 before they are attached to corresponding battery poles 101, 102.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of coupling elements 140 with signal lines 105 according to an exemplary embodiment.
  • the signal lines 105 are arranged in corresponding grooves in the coupling elements 140.
  • sensors 107 are arranged at one end of corresponding signal lines 105.
  • the arrangement in FIG. 4 can, for example, be prefabricated and rolled up on a corresponding carrier tape 901 (see FIG. 9).
  • the cell connectors 110, 120 can be produced together with the carrier element 130.
  • the cell connectors 110, 120 are punched and then embedded with the carrier element 130 as part of an injection molding process.
  • the stiffening element 109 can also be arranged on the carrier element 130 in the injection molding process.
  • the arrangement shown in FIG. 4 consisting of the coupling elements 140 together with the signal lines 105 and sensors 107 can be attached to the carrier elements 130 according to the arrangement from FIG. 3.
  • the system 100 produced in this way is reinforced with the stiffening element 109 and can thus be fastened in a robust manner to a multiplicity of battery poles 101, 102 of battery cells 151 of a battery module 150 in one method step.
  • the coupling element 140 has a mechanical plug connection with a carrier element 131, 132, the mechanical plug connection being formed with at least one guide rail 502 and a complementary sliding element 501 that can be plugged into the guide rail 502.
  • the guide rail 502 and the complementary sliding element 501 extend in particular along a sliding direction, for example the x-axis, along which expansion compensations are desired.
  • the coupling element 140 is thus mounted in a sliding manner with the carrier sections 131, 132 along a plug-in direction.
  • a corresponding carrier section 131, 132 can, for example, have a multiplicity of sliding elements 501 protruding in the x direction and, between the sliding elements 501, corresponding grooves which function as guide rails 502.
  • the coupling element 140 has corresponding complementary grooves and protruding sliding elements 501, so that a corresponding plug-in coupling is implemented between the coupling elements 140 and the carrier sections 131, 132.
  • the mechanical plug connection is further configured in such a way that the mechanical plug connection has one degree of freedom along a direction (e.g. along the z-axis) perpendicular to the arrangement plane 201 and has no degree of freedom along a direction opposite to the direction (e.g. along the z-axis).
  • This can be implemented, for example, in that the guide rails 502 have an open U-profile, so that the corresponding sliding elements 501 can be removed from the guide rails 502 through the open side of the U-profile.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting a plurality of battery cells 151 of a battery module 150 according to an exemplary embodiment. It becomes clear that a multiplicity of battery cells 151, which are arranged in particular along an arrangement direction (for example x-axis), can be provided. Furthermore, battery cells 151 connected in parallel can also be arranged, for example.
  • the system 100 can furthermore have a first system contact 601 and a second system contact 602 at edge regions which the corresponding battery power of the battery module 150 can be drawn.
  • FIG. 6 two rows of cell connectors 110, 120 are shown in FIG. 6.
  • these can also be reinforced by means of electrically insulating frame elements 603, 604 in order to form a robust support or assembly frame.
  • the frame elements 603 are fastened, for example, to the carrier sections 131 in order to create a stiffening frame structure with two opposing rows of cell connectors 110, 120.
  • further frame elements 604 can be arranged, which are fastened to the connection structures 103 of the opposing cell connectors 110, 120.
  • the frame elements 603, 604 can be produced together with the carrier elements 130 in a common injection molding process.
  • the frame elements 603, 604 can be produced from the same material as the carrier elements 130.
  • the frame elements 603, 604 can be produced from a different material than the carrier elements 130.
  • a robust and self-supporting frame structure is thus formed with which two or more rows of battery poles 101, 102 can be electrically and mechanically coupled to the cell connectors 110, 120 in one assembly step.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector 110 to a battery pole 101 according to an exemplary embodiment.
  • the clamping elements 161 each have a bending section 162 and a contact section 163, the bending section 162 being integrally connected to the first fastening section and having a bend out of the arrangement plane 201.
  • the Bending portion 162 is integrally connected to the contact portion 163.
  • the contact section 163 has a clamping surface which can be coupled in a force-transmitting manner to the side wall 203 of the first battery terminal 101. The larger the clamping surface, the better current can be transmitted between the clamping element 161 and the battery terminal 101.
  • the contact section 163 is designed such that the clamping surface of the contact section 163 in the unstressed state extends from an edge of the through opening, in particular pyramidal or conical, in the direction of the center of the through opening.
  • the clamping element 161 has an end section 164 with a free end, the contact section 163 being arranged between the bending section 162 and the end section 164.
  • the end section 164 extends opposite the clamping surface of the contact section 163 in such a way that the end section 164 is free of contact with the side wall 203 of the first battery terminal 101 when the clamping surface is coupled in a force-transmitting manner to the side wall 203 of the first battery terminal 101.
  • assembly aids can more easily grip the clamping element 161 at the free end and move it away in order to provide an assembly aid accordingly.
  • a clamping ring 165 can be arranged around the clamping elements 161 in order to prevent the clamping connection from being released.
  • the clamping ring 165 is braced, in particular, releasably around the clamping elements 161 and presses them uniformly into the center of the through opening and thus against side walls 203 of an inserted battery terminal 101.
  • the insulation element 801 consists in particular of an electrically insulating material such as plastic. Furthermore, the insulation element 801 be integrally and monolithically coupled to the coupling element 140 or the carrier element 130.
  • the insulation element 801 is arranged in particular on the conductive connection 106 of a cell connector 110. In particular, the insulation element 801 is arranged between the cell connector 110 and the base body 205 of a battery cell 105 with a sufficiently large distance 802.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a rollable carrier tape 901 for coupling elements 140 according to an exemplary embodiment.
  • a multiplicity of coupling elements 140 (or also carrier elements 130) can be detached, in particular by means of an adhesive connection, to which carrier tape 901 is temporarily attached.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector 110 to a battery pole 101, 102 according to an exemplary embodiment.
  • the clamping elements 161 are bent outwards.
  • the cell connector 110 has the first surface 206, for example.
  • the clamping elements 161 are bent in the direction of a second surface 207 of the cell connector 110, which is opposite the first surface 206.
  • the cell connector 110 can be arranged closer to the battery cell 151.
  • the clamping elements 161 form a sufficient clamping surface with the corresponding side walls 203 of the battery terminals 101, 102.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of an assembly aid with a relief mandrel 1103 according to an exemplary embodiment.
  • the cell connector 110 has a mounting opening 1101.
  • the end section 164 accordingly has a receiving opening 1102.
  • the assembly opening 1101 and the coupling point or receiving opening 1102 are arranged in such a way that the relief mandrel 1103 passes through the assembly opening 1101 can be plugged in and can be coupled to the coupling point in such a way that the end section 164 and the contact section 163 can be bent away against the clamping direction for decoupling with the first battery terminal 110.
  • the clamping element 161 is bent in a direction opposite to the central axis of the through opening and, for example, out of the through opening by means of the relief mandrel 1103, before and while the cell connector 110 is plugged onto the battery terminal 101.
  • the clamping force is, so to speak, reduced by means of the assembly element or relief mandrel 1103.
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of an assembly aid with a stamp 1201 according to an exemplary embodiment.
  • the stamp 1201 is inserted from an upper side 207 (which is directed away from the battery cell 151) of the cell connector 110 into the first through opening (in particular in the direction of the battery cell 151) in order to preload the clamping element 161 (and correspondingly out of the center of the through opening to bend).
  • the first battery pole 101 is inserted into the first through-opening from the underside 206 (which is closest to the battery cell 151) of the cell connector 110 until a predetermined position is reached in the first through-opening.
  • the stamp 1201 is then pulled out of the through opening and the clamping element 161 clamps the side wall 203 of the first battery terminal 101.
  • connection structure 205 base body
  • strain relief structure 120 second cell connector 501 sliding element

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder (110) ist mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112) ausgebildet, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, weiches aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und zumindest einer Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) bereitsteilbar ist.

Description

Steckbare hochstromfähige Polkontaktierung für Batteriezellen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehrals 30A bereitstellt, wobei Befestigungsabschnitte der einzelnen Zellverbinder mit einer Klemmverbindung an Batteriepolen befestigbar sind. Ferner betrifft die Erfindung das Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls.
Hintergrund der Erfindung
Bei hochleistungsfähigen Batteriemodulen, insbesondere bei Antriebsbatterien, werden eine Vielzahl von einzelnen prismatischen Batteriezellen zu einem Batteriepack bzw. Batteriemodul zusammengeschlossen. Die jeweiligen Batteriepole der Batteriezellen werden dabei mit leitfähigen Zellverbindern verbunden.
Zur Verbindung von Batteriezellen mittels eines Zellverbinders für Batterien mit Belastungen über 30A werden verschiedene Befestigungsmethoden eingesetzt. Diese basieren auf Kontaktierungsverfahren mittels Schraubtechnik, vibrationsinduziertem Ultraschallschweißen oder thermischem (insbesondere Laser-) Schweißen. Die üblichen Verfahren zur hochstromfähigen Kontaktierung von Zellpol und Zellverbinder sind entweder eine Belastung für die Zelle (Wärme oder Vibration) oder stellen einen erhöhten Fertigungs- oder Materialaufwand dar (Materialkosten Schraube, Positionierungsrobotik für Schraubenschlüssel, Zeit für Verschraubung, usw.). Dabei können die Zellverbinder teilweise spitzige Enden und scharfkantige Seitenflächen aufweisen. Die zunehmende hohe Spannung, zu welcher Batterien gerade im Automotive- und Hausspeicherbereich seriell verkettet werden, führt zu einem Potentialfeld, welches in der Lage ist, negative Effekte (z.B. Dendritenwachstum, Koronaabbrand, Hillockbildung, usw.) auf die betroffenen Leiterbahnen zu haben. Gerade prismatische Batteriezellen, welche zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind, zeigen in der hohen Leistungsklasse (ab 500 Wh pro Batteriemodul) diese Effekte. In der Größenordnung ab 500 Wh, welche immer häufiger in einem Alugehäuse zur besseren Temperaturableitung eingebaut sind, können ein hohes elektrisches Potential zwischen Pol und Zellgehäuse aufbauen. Einerseits steigt die verkettete Spannung in den Bereich von z.B. 400V bis 800V gegenüber Masse und andererseits ist bei Flüssigkühlung das Kühlmittel auch Massepotential. Dabei werden auch Isolatoren verwendet. Je nachdem, an welcher Stelle der größere Isolationswert liegt (zwischen Kühlmittel und Alugehäuse oder zwischen Zellverbinder und Alugehäuse) entwickelt sich trotz der hochohmigen Isolation ein großer Spannungsunterschied und dadurch ein großes Potentialfeld. Dieses hohe Potentialfeld begünstigt die negativen Effekte auf die Zellverbinder und Sensorleitungen.
Zudem muss berücksichtigt werden, dass Batterien eine Volumenveränderung sowohl bei Temperaturänderungen als auch Ladezustandsabhängig erleben. Gerade bei Alterung von Batteriezellen dehnen diese sich aus. Dies bedeutet, dass die Verbindungssysteme genügend flexibel sein müssen, um diese Distanzänderungen abzufangen. Diese Flexibilität ist jedoch genau bei der Fertigung problematisch.
Bei hochstromfähigen Zellverbindern (insbesondere für Zellverbinder, welche eine 10 minütige Strombelastbarkeit über 30A oder 50 A, insbesondere über 90A oder 170 A aufweisen) können Schwierigkeiten bei einer schraub-, vibrations- und erhitzungsfreien Kontaktierung zwischen Zellverbinder und Batteriepol auftreten. Der Zellpol sollte mechanisch nur wenig belastet werden. Der Batteriepol eignet sich nicht für eine mechanisch hohe Druckbelastung in z-Richtung, d. h. auf einem Batteriepol in Richtung Grundkörper einer Batteriezelle. Ferner wachsen mit zunehmender Stromtragfähigkeit die thermischen Probleme nichtlinear an. Mit zunehmender Strombelastung wirken sich hohe Kontaktwiderstände schwerwiegender aus (lokale Ersitzungen, wodurch sich Oxydschichten bei Kalt-/Warm-Wechsel bilden können).
Schraubbasierende Kontaktierungen für einen prismatischen Akkumulator haben einige Nachteile betreffend Aufbauhöhe in Z-Richtung, Materialpassungen und dadurch erfolgenden Mikrokorrosion.
Eine Reibschweissung (Ultraschallbonding) ist technisch möglich, beinhaltet aber ausserordentlich starke Vibrationen, welche vom Batteriepol in die Batteriezelle hinein übertragen werden. Dies kann je nach Batterietyp negative Auswirkungen auf die Lebensdauer oder Performance der Batterie haben.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schonendes und fertigungstechnisch einfaches Verbindungsystem zwischen Zellverbinder und Batteriepolen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem System zum Verbinden von Batteriepolen von prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, dem Batteriemodul sowie einem Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, beschrieben. Das System weist einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt weist eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols auf und der zweite Befestigungsabschnitt weist eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols auf. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (z.B. einem elastischer Klemmbügel) auf, welches aus der Anordnungsebene herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols das Klemmelement zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und zumindest einer Seitenwand des ersten Batteriepols bereitstellbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriemodul beschrieben, welches mehr als 30A bereitstellt. Das Batteriemodul weist das oben beschriebene System, einen ersten Batteriepol und einen zweiten Batteriepol auf. Der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung eingeklemmt und der zweite Batteriepol ist in der zweiten Durchgangsöffnung eingeklemmt. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren beschrieben zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Gemäß dem Verfahren wird ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt bereitgestellt, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet. Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement auf, welches aus der Anordnungsebene herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols das Klemmelement zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und zumindest einer Seitenwand des ersten Batteriepols bereitstellbar ist. Gemäß dem Verfahren wird der erste Batteriepol in die erste Durchgangsöffnung zum Herstellen der Klemmverbindung eingesteckt.
Das Batteriemodul definiert eine Baugruppe, welche mehrere prismatische Batteriezellen zusammenfasst und für diese eine mechanische Verbindung bereitstellt, sowie zumindest mittels der Zellverbinder eine elektrische Serienschaltung oder Parallelschaltung der Batteriezellen ermöglicht. Die einzelnen Batteriezellen können beispielsweise nebeneinander entlang einer Raumrichtung oder nebeneinander und/oder übereinander (d. h. entlang zweier Raumrichtungen) in einem Batteriemodul angeordnet werden.
Eine prismatische Batteriezelle definiert einen elektrischen Energiespeicher mit festem Gehäuse in zum Beispiel prismatischer bzw. quaderförmiger Bauart.
Die Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionen Akkumulatoren. Jede Batteriezelle weist insbesondere zwei Batteriepole, jeweils einen + Pol und eine - Pol, auf. Diese beiden Pole können auf derselben Seitenfläche der Batteriezelle angebracht sein. Die erfindungsgemäßen Zellverbinder sind insbesondere ausgelegt bzw. dimensioniert, um zum Verbinden von Batteriezellen mit einer Nominalspannung von unter 5.5 V einsetzbar zu sein. Die benachbarte zweite Batteriezelle weist entsprechend ebenfalls zwei Batteriepole, jeweils einen + Pol und einen - Pol, auf. Ein Zellverbinder wird insbesondere eingesetzt, um den + Pol (bzw. - Pol) einer Batteriezelle mit dem entsprechenden - Pol (bzw. + Pol) der benachbarten Batteriezelle zu verbinden. Die prismatischen Batteriezellen sind einzelständig. Dies bedeutet, dass jede Batteriezelle für sich eine abgeschlossene Einheit ausbildet und somit keine gemeinsamen Komponenten aufweist und keine fluidische Kopplung (z.B. über die Batterieflüssigkeit) mit einer anderen Batteriezelle aufweist.
Ein Zellverbinder stellt somit eine hochstromfeste Verbindung zwischen den Batteriepolen zweier benachbarter prismatischer Batteriezellen dar. Insbesondere bei starker Beanspruchung des Batteriemoduls müssen die Zellverbinder einen starken Spannungsabfall bei Belastung widerstehen. Die Zellverbinder bestehen dadurch aus einem robusten und gut elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem metallischen Material, wie Aluminium oder Kupfer. Die Zellverbinder bestehen ferner aus einem flächigen bzw. plattenähnlichen Material, zum Beispiel aus Metallblech. Entsprechend sind die Zellverbinder selbsttragend im Vergleich zu drahtähnlichem Material.
Die Zellverbinder weisen beispielsweise entsprechende Durchgangsöffnungen als Befestigungsabschnitte für einen jeweiligen Batteriepol auf. In einer Durchgangsöffnung kann entsprechend ein Batteriepol fixiert werden, beispielsweise mittels Klemmkräften. Zumindest der erste Befestigungsabschnitt und/oder der zweite Befestigungsabschnitt weist an seiner Durchgangsöffnung einen entsprechenden Klemmabschnitt auf, welcher ein elastisch verformbares Klemmelement aufweist. Das Klemmelement ist insbesondere aus der Anordnungsebene herausgebogen.
Das Klemmelement kann aufgrund seiner Dimensionierung und der Materialauswahl derart konfiguriert werden, dass die Rückstellkraft bzw. Klemmkraft derart groß ist, dass ein Verschieben des Batteriepols in Einsteckrichtung, d. h. senkrecht zur Anordnungsebene, unterbunden wird. Somit ist es nicht notwendig, zusätzliche Befestigungsvorkehrungen, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben, anzuwenden, um eine Fixierung des Batteriepols in der Durchgangsöffnung zu erzielen.
Das Klemmelement kann beispielsweise an die Durchgangsöffnung befestigt werden oder integral mit dem Zellverbinder ausgebildet sein. Der Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt werden. Entsprechend kann das Klemmelement in dem Befestigungsabschnitt derart integral ausgebildet werden, indem das Klemmelement an zumindest drei Kanten von dem Zellverbinder herausgeschnitten wird und an einer Biegekante mit dem Zellverbinder integral befestigt ist. Anschließend kann das Klemmelement aus der Anordnungsebene durch Biegung um die Biegekante herausgebogen werden. Das Klemmelement kann beispielsweise in Richtung einer Batteriezelle aus der Anordnungsebene herausgebogen werden. Alternativ kann das Klemmelement auf eine gegenüberliegende Seite bezüglich der Batteriezelle herausgebogen werden.
An einer Seitenwand des Batteriepols, welche der Seitenwand, an welcher das Klemmelement anliegt, gegenüberliegt, kann beispielsweise ein rigides Gegenstück, d. h. ein nicht elastisch verformbarer Anschlag ausgebildet sein, sodass das Klemmelement im Befestigungspol gegen diesen Anschlag drückt und somit eine Klemmverbindung erzeugt. Alternativ kann, wie weiter unten im Detail beschrieben, ein gegenüberliegendes weiteres elastisch verformbares Klemmelement angeordnet werden, sodass der Batteriepol zwischen zwei elastisch verformbaren Klemmelementen eingeklemmt wird.
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements an der Seitenwand des Batteriepols bleibt insbesondere die freien Stirnflächen bzw. Oberfläche des Batteriepols frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an ein angekoppelt des Kühlsystems, ermöglicht wird.
Die gebogenen seitlichen Kontaktierungszonen bzw. Kontaktelemente sind derart gestaltet, dass die Erhitzung der Übergangswiderstand bei der maximalen Stromstärke genügend klein gehalten wird und dies zu keinen störenden korrosiven Erscheinungen im Übergang zwischen den Kontakten führt. Optional kann die Oberseite des Zellverbinders nach der Kontaktierung mit einem zusätzlichen Coating versehen werden, welches bei Mikrorissen an den Biegestellen ein weiteres Fortschreiten der Korrosion verhindert und auch Oberflächenunebenheiten für die thermische Ankoppelung ausgleicht.
Die beschriebene erfindungsgemäße Klemmverbindung erlaubt somit die Herstellung von Zellverbindern, welche einen nur kleinen Spannungsabfall im hohen Belastungsbereich haben. So werden bei geeigneter Materialwahl und entsprechend sorgfältiger Konstruktion Spannungsabfälle über den Zellverbindern bei einer Belastung von IC von weniger als 0.5 V, insbesondere weniger als 0.2 V, und in besonderen Fällen weniger als 0.1 V erreicht. Eine 10 minütige Strombelastbarkeit der Zellverbinder liegt bei über 30A, insbesondere über 50 A, weiter insbesondere über 90A, noch weiter insbesondere über 170 A. Nebst den bereits erwähnten Vorteilen erlaubt die erfindungsgemäße Klemmverbindung konstruktionsbedingt ein einfaches Lösen von Zellverbindern im Service- oder Recyclingfall. Entweder durch die Verwendung von Entlastungsmechanismen, durch mechanische Kräfte oder durch Aufschneiden des Zellverbinders lässt sich der Zellverbinder ohne schädigende Belastung der Batterie wieder entfernen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden die Federkräfte bzw. die Klemmkraft der Klemmelemente bei der Klemmverbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol grösser oder deutlich grösser konzipiert, als die durch die Dehnkompensation entstehenden Zugkräfte auf die Polverbindung. Dadurch wird verhindert, dass die Hochstromverbindungen gelöst und allfällige Kaltverschweißungen durch das Dehnungsverhalten der Zellverbinder bzw. der Batteriezellen aufgerissen werden. Das Klemmelement kann dabei derart konfiguriert werden, dass die Klemmkraft doppelt so groß oder mehr als das fünffache größer ist als Zugkräfte der Dehnungskompensation der Batteriezellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Kontaktzone zwischen Zellverbinder und Batteriepol strukturiert. Dies erhöht den punktuellen Druck während der Montage und reißt bei einem Aufschiebeprozess des Zellverbinders über dem Batteriepol allfällige Oxydschichten auf, wodurch die Bildung einer Kaltverschweißung begünstigt wird. Derselbe Effekt kann auch durch einen Zellverbinder erreicht werden, welcher mehrere Blechlagen aufweist, wobei dann die Kontaktierung derart ausgestaltet ist, dass die Blechenden scharfkantig auf die Oberfläche des Batteriepols auftreffen und so die erwähnte Kontaktierungsverbesserung erreichen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest die erste Durchgangsöffnung und oder die zweite Durchgangsöffnung einen vorwiegend runden, elliptischen oder rechteckigen Öffnungsquerschnitt auf. Insbesondere kann der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung an die Form des Batteriepols angepasst sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Klemmabschnitt ausgebildet, ausschließlich Seitenwände des ersten Batteriepols zu kontaktieren. Entsprechend kann die freie Oberfläche bzw. Stirnfläche eines Batteriepols zur weiteren Kopplung externer Systeme, zum Beispiel mit einem Kühlsystem, oder allgemein zur thermischen Wärmeableitung eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ragt das Klemmelement zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnung hinein und mittels Einbringens des ersten Batteriepols vorspannbar. Die Durchgangsöffnung weist in der Anordnungsebene einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt mit einer Mittelachse, die senkrecht zu Anordnungsebene (bzw. parallel zu einer Normalen der Anordnungsebene) verläuft, auf. Das Klemmelement ist derart aus der Anordnungsebene herausgebogen, dass in einer Erstreckungsrichtung aus der Anordnungsebene heraus das Klemmelement in Richtung Mittelachse verläuft. Mit anderen Worten ragt das Klemmelement, welches von dem Befestigungsabschnitt des Zellverbinders und entsprechend von der Anordnungsebene beabstandet ist, in die Durchgangsöffnung hinein. Dies führt dazu, dass bei einem Einstecken eines Batteriepols in die Durchgangsöffnung, das Klemmelement nach außen, d. h. weg von der Mittelachse, gebogen wird, sodass aufgrund der Elastizität des Klemmelements eine Rückstellkraft erzeugt wird. Diese Rückstellkraft wirkt als Klemmkraft gegen die Seitenwand des Batteriepols.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Biegeabschnitt und einen Kontaktabschnitt auf, wobei der Biegeabschnitt mit dem ersten Befestigungsabschnitt integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene aufweist, wobei der Biegeabschnitt mit dem Kontaktabschnitt integral verbunden ist. Der Kontaktabschnitt weist eine Klemmfläche auf, welche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend koppelbar ist. Je größer die Klemmfläche, desto besser kann Strom zwischen dem Klemmelement und dem Batteriepol übertragen werden. Beispielsweise kann sich der Kontaktabschnitt bzw. seine Klemmfläche an dem Batteriepol anschmiegen, um einen Flächenkontakt mit dem Batteriepol zu generieren.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Kontaktabschnitt derart ausgebildet, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft. Dadurch wird die Positionierung (im Sinne einer selbst-Ausrichtung) im Rahmen der automatisierten Montage unterstützt, beschleunigt und/oder vereinfacht.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Endabschnitt mit einem freien Ende auf, wobei der Kontaktabschnitt zwischen dem Biegeabschnitt und dem Endabschnitt angeordnet ist. Der Endabschnitt verläuft gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts derart, dass der Endabschnitt kontaktfrei zu der Seitenwand des ersten Batteriepols ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend gekoppelt ist. Da das freie Ende von der Seitenwand weggebogen ist, können beispielsweise Montagehilfsmittel einfacher das Klemmelement an dem freien Ende greifen und wegbewegen, um entsprechend eine Montagehilfe zu geben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf. Der Endabschnitt weist entsprechend eine Aufnahmeöffnung auf. Die Montageöffnung und die Kopplungsstelle sind derart angeordnet, dass ein Entlastungsdorn durch die Montageöffnung steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt und der Kontaktabschnitt zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar sind.
Die Batteriepole einer Batteriezelle dürfen nur beschränkten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, damit die Batteriezelle nicht beschädigt wird. Eine entsprechende Montagehilfe reduziert die Klemmkraft der Zellverbinder temporär, so dass diese über die Batteriepole geschoben werden können.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Klemmabschnitt zumindest ein weiteres elastisch verformbares Klemmelement auf, welches an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zu dem Klemmelement angeordnet ist und aus der Anordnungsebene herausgebogen ist, so dass der erste Batteriepol zwischen das Klemmelement und das weitere Klemmelement einschiebbar ist, um die Klemmverbindung bereitzustellen. Das weitere Klemmelement kann entsprechend dem oben beschriebenen Klemmelement ausgebildet sein.
Die Klemmkräfte der Klemmelemente werden dabei derart konfiguriert, dass die Klemmkraft an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenwänden eines Batteriepols ungefähr gleich ist. So entsteht eine kräfteneutrale und dadurch weitgehend verzugslose Verbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol.
Entsprechend kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Klemmabschnitt ferner weitere elastisch verformbare Klemmelemente aufweisen, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene herausgebogen sind, so dass der erste Batteriepol zwischen die Klemmelemente einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den ersten Batteriepol bereitstellbar ist. Somit kann der Klemmabschnitt mit einer Vielzahl von umlaufenden Klemmelementen eine Klemmkraft um den Batteriepol erzeugen, welche symmetrisch, insbesondere Kraftsymmetrisch um den Batteriepol herum wirkt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Spannring auf, welcher um die Klemmelemente angeordnet ist, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern. Der Spannring ist insbesondere lösbar um die Klemmelemente verspannt und drückt diese gleichmäßig in die Mitte der Durchgangsöffnung und somit gegen Seitenwände eines eingeschobenen Batteriepols. Der Spannring ist insbesondere elastisch verformbar ausgebildet, um eine Klemm kraftwirkung besser einzustellen. Der Spannring kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen. Ferner kann der Spannring ebenfalls aus demselben oder aus einem unterschiedlichen Material bezüglich des Zellverbinders bestehen und beispielsweise eine Eisenlegierung aufweisen.
Die Zellverbinder können beispielsweise aus Aluminium gefertigt werden. Die Kristallstruktur des Aluminiums neigt zum Fließen. Aus diesem Grund wird um den Klemmkontakt herum der Spannring angebracht. Dieser kann nur auf die Ecken der Klemmen wirken oder auch auf deren ganzen Länge. Besonders vorteilhaft ist die Wahl eines langzeitstabilen Federmaterials wie korrosionssicheres oder korrosionsgeschütztes Eisenmaterial oder ähnlich. Dadurch wird zusätzlich das langfristige Aufreißen der aluminiumtypischen Korrosionsschicht und der damit verbundenen Oxydationsprobleme verhindert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt mittels einer leitfähigen Verbindung miteinander verbunden. Die leitfähige Verbindung kann integral und monolithisch mit dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere kann in einem Stanzprozess der Zellverbinder zusammen mit den Befestigungsabschnitten und der leitfähigen Verbindung hergestellt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die leitfähige Verbindung einen, insbesondere bandförmigen, Leiter auf. Der bandförmige Leiter verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x- Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der leitfähigen Verbindung bzw. in der Zellverbindung kommt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Leiter zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten kommt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Klemmverbindung derart ausgebildet, dass das elastisch verformbare Klemmelement steifer ausgebildet ist als die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einer relativen Bewegung zwischen den Befestigungsabschnitten, welche von dem Leiter aufgrund seiner Verformbarkeit nicht unterbunden werden, die Klemmverbindung, d. h. insbesondere die in Bezug auf den Leiter steifer ausgebildeten Klemmelemente, sich nicht löst. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Zellverbinder ein erster Zellverbinder. Das System weist ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder auf, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist.
Das System weist ferner ein elektrisch isolierendes Trägerelement auf, an welchem der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt sind, um mittels des Trägerelements eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder und den zweiten Zellverbinder bereitzustellen. Zur Befestigung des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders an dem Trägerelement der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausschließliche bereichsweise in das Trägerelement eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement sind.
Das Trägermaterial des Trägerelements besteht aus einem elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise einem (insbesondere spritzgussfähigem) Kunststoffmaterial. An dem Trägermaterial ist der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt. Das Trägermaterial ist derart fest mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verbunden, dass zusammen eine selbsttragende Einheit geschaffen wird. Diese entsprechende selbsttragende Einheit kann insbesondere die Montage erleichtern, da ein einfaches Handling insbesondere bei der Verbindung der entsprechenden Batteriepole möglich ist.
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder teilweise in das Trägerelement eingebettet. Unter dem Begriff „Einbetten" wird im Folgenden verstanden, dass ein Zellverbinder zumindest teilweise von dem Material des Trägerelements umgeben ist und sozusagen in einen Körper des Trägerelements teilweise eingetaucht ist, sodass das Trägermaterial den Zellverbinder zumindest teilweise umschließt. Mit anderen Worten weist das Trägermaterial beispielsweise einen Aufnahmeschlitz auf, in welchem ein Bereich des Zellverbinders vorliegt, sodass das Trägermaterial zwei gegenüberliegende Oberflächen und die die Oberflächen verbindende Stirnseite des Zellverbinders umschließt und entsprechend eingebettet. Bevorzugt wird eine entsprechende Einbettung in einem Spritzgussverfahren umgesetzt, sodass keine spanende Fertigung, zum Beispiel zur Bildung des Aufnahmeschlitzes in dem Trägerelement, notwendig ist.
Unter der Definition des „ausschließlich bereichsweise Einbetten" wird verstanden, dass die Zellverbinder nicht vollständig in das Trägerelement eingebettet sind und von dem Trägerelement eingehüllt sind. Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder die Kontaktbereiche insbesondere in den entsprechenden Durchgangsöffnungen, in welchen die Batteriepole eingesteckt werden können, frei von einer Überdeckung des Trägermaterials, um eine elektrische Kontaktfähigkeit bereitzustellen. Ferner bleiben Oberflächenbereiche der Zellverbinder frei von dem Material des Trägerelements, um insbesondere eine bessere Wärmeabfuhr bereitzustellen. Beispielsweise überdeckt das Trägerelement weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % einer Oberfläche eines Zellverbinders. Entsprechend kann das Trägerelement einen gegenüberliegenden Oberflächenbereich abdecken.
Das Trägerelement kann einen Zellverbinder derart einbetten, dass beispielsweise entlang einer Seitenlänge das Trägerelement den Zellverbinder umgibt. Beispielsweise kann das Trägerelement umlaufend um den Zellverbinder verlaufen, wobei ein Zentrum des Zellverbinders, insbesondere in welchen die Durchgangsöffnung des Befestigungsbereichs vorgesehen ist, frei von einer Einbettung bzw. Abdeckung mit dem Trägerbereich ist.
Insbesondere kann eine Oberfläche eines Zellverbinders, welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist, nur weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % von dem Trägerelement abgedeckt sein, sodass eine ausreichend stabile Einbettung geschaffen wird und gleichzeitig eine ausreichende Freifläche der Oberfläche, um eine thermische Wärmeabfuhr und beispielsweise eine Ankopplung eines Kühlkörpers zu ermöglichen. Gleichzeitig kann die Oberfläche, welche zu der Batteriezelle hingerichtet ist, mehr als 10 %, insbesondere mehr als 50 %, insbesondere vollständig von dem Trägerelement abgedeckt sein, um somit ein gutes Potentialshielding bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist der erste Zellverbinder, der zweite Zellverbinder und das Trägerelement innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder und das Trägerelement nebeneinander innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform bilden der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausgestanzte Flachkomponenten aus. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bestehen der erste Zellverbinder und/oder der zweite Zellverbinder jeweils beispielsweise aus einem, insbesondere mehrlagigen, Blech. Bei einer ausgestanzten Flachkomponente bzw. einem Blech ist dessen Breite und Länge sehr viel größer als dessen Dicke sind. Der erste und zweite Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech bestehend aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Ferner können verschiedene Lagen unterschiedlicher Materialien einen Zellverbinder bilden. So können beispielsweise in verschiedenen Lagen unterschiedliche Materialien eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Trägerelement einen ersten Trägerabschnitt, welcher den ersten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt auf, welcher den zweiten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet. Der erste Trägerabschnitt und der zweite Trägerabschnitt sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur verbunden. Die Verbindungstruktur kann aus demselben Material wie der erste Trägerabschnitt oder der zweite Trägerabschnitt bestehen. Insbesondere kann in einem gemeinsamen Spritzgussschritt der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungstruktur geschaffen werden. Der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungsstruktur bilden eine selbsttragende Einheit und können robust hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Verbindungsstruktur zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verformbar ausgebildet. Die Verbindungsstruktur kann beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt werden, um eine entsprechende Abstandsänderung zwischen zwei Zellverbindern auszugleichen, ohne zu brechen. Typischerweise verbindet das Trägerelement zwei Zellverbinder, welche mit zumindest einem Befestigungsbereich Batteriepole einer gemeinsamen Batteriezelle verbinden. Aufgrund von thermischer Ausdehnung oder aufgrund von Alterung dehnen sich Batteriezellen aus oder reduzieren ihre Ausdehnung. Um kein Verkeilen der beiden Zellverbinder aufgrund eines zu steifen Trägerelements zu verursachen, kann in vorteilhafter Art und Weise die Verbindungsstruktur zwischen zwei Trägerabschnitten elastisch verformbar ausgebildet werden.
Dabei kann die Verbindungsstruktur derart ausgebildet werden, dass entlang einer vorbestimmten Raumrichtung eine elastische Verformung möglich ist. Entlang einer ersten Raumrichtung (zum Beispiel x-Achse) werden die einzelnen Batteriezellen nebeneinander angeordnet und entsprechend mit den Zellverbindern verbunden. Eine zur ersten Raumrichtung orthogonale zweite Raumrichtung (zum Beispiel y-Achse) beschreibt eine Erstreckung der Batteriezelle in der Anordnungsebene. Eine dritte Raumrichtung (z-Achse), welche beispielsweise parallel zu der Normalen der Anordnungsebene ist und entlang welcher sich die Batteriepole von einem Zellverbinder erstrecken, steht insbesondere orthogonal zu der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung.
Die für die Kontaktierung von Batteriezellen relevanten Längenänderungen, welche auf der Problematik der in der Problemstellung erwähnten Volumenänderung von Akkus basieren, sind bei der Assemblierung von Batteriemodulen vor allem in x-Richtung von Bedeutung. Entsprechend kann die Verbindungstruktur derart ausgebildet werden, dass diese entlang der ersten Raumrichtung (X-Richtung) zerstörungsfrei bzw. elastisch verformbar ist. Wegen der nicht nur in x-Richtung erfolgenden Längenänderungen wird dabei nicht eine rigide Bewegungsbeschränkung in x-Richtung gewählt, sondern ein System mit unterschiedlichen Elastizitätskonstanten (Koordinatenrichtungsabhängig). Dies bedeutet, dass in y- und z-Richtung die Bewegungskompensation mit steiferen Bewegungsmechanismen als entlang der x- Richtung. In y- und z- Richtung kann beispielsweise auf Grund von Materialwahl und Designkonzept ein relativ steifes Verhalten realisiert werden im Vergleich zu einer Verformungsmöglichkeit in x-Richtung. In x-Richtung kann ebenfalls ein mechanisches gleitendes System vorgeschlagen werden, welches die entstehenden Veränderungskräfte bevorzugt in diese Richtung umlenkt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Verbindungsstruktur einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Die Verbindungsstrukur kann beispielsweise zusammen mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder aus einem gemeinsamen Grundmaterial, wie z.B. einem plattenähnlichen Material bzw. einem Blech, mittels Schneidens oder Stanzens hergestellt werden. Der oben beschriebene Verlauf der Verbindungsstruktur verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x- Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechendem defekten in der Verbindungsstruktur bzw. in den Zellverbindung kommt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest der erste Trägerabschnitt und/oder der zweite Trägerabschnitt zumindest eine Aufnahmenut zum Aufnehmen einer Signalleitung auf.
Die Signalleitung kann somit an den ersten Zellverbinder oder dem zweiten Verbinder gekoppelt werden. Die Signalleitung ist dabei an dem entsprechenden Zellverbinder befestigt und kann ferner elektrisch leitend an den Zellverbinder angeordnet sein. Somit können Signale, entweder von dem Zellverbinder selbst oder von einem dort zusätzlich angeordneten Sensor, über die Signalleitung übertragen werden. Die Signalleitungen können somit insbesondere Sensorleitungen darstellen, welche Verbindungsleitungen im Inneren eines Batteriemoduls darstellen und zur Überwachung von Messwerten eingesetzt werden. Zu den Messwerten gehörten beispielsweise Zellenspannung und Temperatur. Bei bestimmten Batteriemodulen kann über diese Leitungen eine aktive Lade-/Lastbalancierung erfolgen. Auch das Laden und Entladen von einzelnen Zellen kann ermöglicht werden.
Die Signalleitungen im Komponententräger können derart elektrisch isoliert sein, dass sie für eine Prüfspannung von über 400V, insbesondere über 800 V, insbesondere über 1600 V, geeignet sind. Der mittlere Querschnitt der Sensorleitungen kann über 0,1 mmA2 (Quadratmillimeter), insbesondere über 0,5 mmA2, weiter insbesondere über 1,2 mmA2 liegen. Das System kann insbesondere eine Zugentlastung für eine Sensorbaugruppe, an welcher die Signalleitungen angeschlossen sind, beinhalten.
Insbesondere verbindet jeder Zellverbinder entsprechende Batteriepole von zwei unterschiedlichen Batteriezellen. So kann der erste Zellverbinder einen - Pol einer ersten Batteriezelle mit einem + Pol einer benachbarten zweiten Batteriezelle verbinden. Der zweite Zellverbinder kann entsprechend einen + Pol der ersten Batteriezelle mit einem - Pol einer dritten benachbarten Batteriezelle verbinden. Die beiden elektrisch leitfähigen Zellverbinder werden durch das elektrisch isolierende Trägerelement verbunden, sodass eine robuste, steife und insbesondere selbsttragende Einheit aus Zellverbinder und Trägerelement bereitgestellt wird. Somit kann insbesondere bei einer automatisierten Herstellung großer Batteriemodule mit einer Vielzahl von Batteriezellen eine einfachere Handhabung der Zellverbinder und entsprechend eine schnellere und sicherere Verbindung der Zellverbinder mit den Batteriepolen bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße System kann diesbezüglich eine Vielzahl von Zellverbinder aufweisen, wobei jeweils zwei Zellverbinder mit einem entsprechenden Trägerelement mechanisch gekoppelt sind. Entsprechend kann in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von Batteriepolen gleichzeitig verbunden werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen einzelnen Anbringung der jeweiligen Zellverbinder an zwei Batteriepolen, bewirkt das erfindungsgemäße System eine deutlich schnellere und robustere Verbindung einer Vielzahl von Batteriezellen.
Mit der Ausbildung der Aufnahmenut in dem Trägerelement erhält das Trägerelement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung. Insbesondere kann die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die Aufnahmenut vorinstalliert werden oder nachträglich nach der Montage des Systems an den Batteriepolen. Insbesondere kann der erste und/oder zweite Trägerabschnitt eine Vielzahl von Aufnahmenuten für entsprechende Signalleitungen aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße mechanische Entlastung der Klemmelemente während der Montage kann später, nach der Montage, ein besonders hoher Kontaktdruck zwischen den Klemmelementen und dem Batteriepol aufgebaut werden, welcher ohne kraftmäßige Entlastung während der Montage zu einer mechanischen Überlastung bzw. Schädigung des Batteriepols führen würde. Somit kann eine derart hohe Klemmkraft am Batteriepol erzeugt werden, dass dies zu einer besonders hohen Stoßfestigkeit (ohne Ablösung des Zellverbinders) des gesamten Batteriemoduls (z.B. bei kleineren Unfällen) führt. Insbesondere bei kurzen Stößen, welche zu kurzen Beschleunigungen der Zellverbinder von über 2 G bzw. über 4 G bis über 9 G führen können, kann das Risiko von Ablösungen und oder von einem Aufreißen von Kaltverschweißungen an Kontaktzonen aufgrund der geringeren Masse reduziert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System fernerein Kopplungselement auf, welches zwischen dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt, insbesondere lösbar, befestigt ist. Das Kopplungselement ist mit dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene, angeordnet, sodass entlang der Anordnungsrichtung (x-Richtung) das erste Trägerelement, das Kopplungselement und das zweite Trägerelement nacheinander angeordnet sind. Das Kopplungselement koppelt dabei den ersten Trägerabschnitt und den zweiten Trägerabschnitt, sodass eine robustere Struktur des Systems bereitgestellt wird. Das Kopplungselement besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, und kann beispielsweise ebenfalls mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Kopplungselement eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung auf. Somit erhält das Kopplungselement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung oder einer weiteren Signalleitung. Insbesondere kann das Kopplungselement und die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die weitere Aufnahmenut vorinstalliert werden. Beispielsweise kann das Kopplungselement an die Trägerabschnitte gekoppelt werden, bevor das System an den Batteriepolen installiert wird. Alternativ können zunächst die Trägerabschnitte an den Batteriepolen befestigt werden. Im Anschluss daran können die Kopplungselemente (beispielsweise zusammen mit den Signalleitungen) an den Trägerabschnitten befestigt werden. Nach der Montage der Kopplungsabschnitte liegen somit in x-Richtung und innerhalb der Anordnungsebene der erste Trägerabschnitt, das Kopplungselement und anschließend der zweite Trägerabschnitt vor. Somit kann das System im installierten Zustand eine tragende Struktur bilden, welche einerseits die Signalleitungen und andererseits die Zellverbinder trägt.
Damit wird durch die Konstruktion ein mechanisch vorgegebener Bewegungsweg für die Signalleitungen erzeugt. Ein Ausweichen/Abweichen von diesem Weg, der durch die Aufnahmenut vorgegeben wird, aufgrund der dafür benötigten höheren Kräfte ist unwahrscheinlich. Dies erhöht die Sicherheit der Spannungsführenden Signalleitungen (zum Beispiel Sensor- und Lastausgleichsleitungen).
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Zellverbinder und das Kopplungselement vor der Montage auf die prismatischen Zellen miteinander zusammengefügt und die Signal- bzw. Sensorleitungen an die Zellverbinder angeschlossen. Dies erlaubt vollständige Tests des Systems vor der Montage auf die Batteriezellen. Das Trägerelement und/oder das Kopplungselement kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform derart ausgestaltet werden, dass zwischen den Signalleitungen auch für höhere Spannungen eine große Kriechstrecke gebildet werden kann und einer Prüfspannung von über 400V, bevorzugt über 800V und in besonderen Fällen über 1600V genügt. Dies erlaubt den Betrieb von erfindungsgemäßen Batteriemodulen unter der Anwendung der relevanten Bestimmungen für Energiesysteme mit Betriebsspannungen über der elektrischen Schutzkleinspannung von unter 50V.
In einer weiteren Untervariante wird durch die Überhöhung von Isolatoren gegenüber Leitern ein Berührungsschutz erreicht. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem die Aufnahmenuten in dem Trägerelement oder dem Kopplungselement tiefer sind als eine Höhe bzw. ein Querschnitt einer Signalleitung.
Die Zellverbinder aber auch die Sensorleitungen können aus einem Flachmaterial ausgestanzt und nachher eingebettet werden. Durch Kreieren von Mäandern, Schlaufen oder Biegungen, welche in der Anordnungsebene (x- y-Ebene) liegen, kann sowohl eine Dehnungskompensation als auch eine kostengünstige Produktion erreicht werden.
Das Herstellen von Zellverbindern aus gestanzten Blechen bringt eine fertigungstechnisch gute Ausgangslage mit sich, denn das Stanzen ist ein bewährter, günstiger, stabiler und großmengenfähiger Prozess. Auf der technischen Seite weisen gestanzte Bleche eine hohe Genauigkeit auf.
Sonstige Biege- oder Prägeprozesse reduzieren diese Genauigkeiten, weshalb die erfindungsgemäße Lösung nur kleine oder sehr kleine Teile eines ganzen Zellverbinders entsprechend bearbeitet, d.h. Verformungen in der Z-Ebene vornimmt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden die Signalleitungen mit einem größeren Querschnitt realisiert, als das für die reine Spannungsüberwachung der Einzelzellenspannung notwendig wäre. Dieser höhere Querschnitt erlaubt eine höhere Stromtragfähigkeit auf diesen Leitungen. Dadurch kann mittels eines BMS (Batterie-Management-System) über diese Leitungen der Unterschied zwischen Einzelzellen zumindest teilweise ausgeglichen werden (Umladung, Ergänzungsladung, Teilladung, usw. von Einzelzellen).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Signalleitung eine integrierte Stromsicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, auf, wobei die Signalleitung insbesondere mit einem Sicherungsbereich mit einer definierten Querschnittsreduktion derart ausgebildet ist, dass die Querschnittsreduktion die Schmelzsicherung bereitstellt.
Die Querschnittreduktion kann beispielsweise mittels einer Einkerbung (z.B. während eines Stanzprozesses gemacht), einer Verdünnung durch Biegen (im Sinne von Tiefziehen, wodurch der Querschnitt sinkt) oder einem Ziehen hergestellt werden. Eine Einkerbung kann vorteilhaft im Sinne von Masshaltung sein.
Diese Reduktion wird an einem Ort platziert, an welchem eine Überhitzung nicht zu einer Entzündung des Isolationsmaterials führt. Diese Querschnittsreduktion kann im Kurzschlussfall der Sensorleitung als Schmelzsicherung dienen. Dadurch, dass damit die Sensorleitung an einer definierten (und in Bezug auf die umliegenden Komponenten sicheren) Lage ist, kann ein Überhitzen der Sensorleitung auf ihrer ganzen Länge vermieden werden. Alternativ kann anstelle einer Querschnittsreduktion auch ein Sicherungselement Verwendung finden. Zur Sicherstellung der thermischen Integrität des Komponententrägers und/oder zur Visualisierung einer Auslösung kann dieser Sicherheitsmechanismus im nicht eingebetteten Teil des Systems eingebaut sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Sicherungselement nicht reversibel ausgebildet sein, damit im Ansprechensfall durch eine Servicetätigkeit überprüft werden muss, ob das Ansprechen des Sicherungselements zu einem größeren Schaden geführt hat.
Die Sicherungsfunktion bzw. die Querschnittreduktion kann insbesondere zumindest teilweise in einem nicht eingebetteten Teil des Komponententrägers liegen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor auf, welcher auf dem ersten Zellverbinder oder auf dem zweiten Zellverbinder angeordnet ist bzw. in diesem integriert ist. Der Sensor ist insbesondere an eine der Signalleitungen gekoppelt, um Signale zu empfangen oder weiterzugeben. Somit weist das System eine integrierte Zustandskontrolle des Systems selbst oder der angeschlossenen Batteriezellen auf.
Der Sensor kann beispielsweise fest auf einem Zellverbinder befestigt werden. Insbesondere, da das Verbindungssystem und die Steckverbindung zum Beispiel über Gleitkomponenten oder mäandrierte Verbindungsmechanismen eine Ausdehnung der Batteriezellen abfängt ist es möglich zum Beispiel einen Temperatursensor thermisch besser mit einer Einzelzelle zu koppeln. Dies erlaubt eine präzisere, zuverlässigere und langzeitstabile Temperaturmessung als bei einer normalen druckbasierenden (reibenden) Ankoppelung des Thermoelementes an die Batteriezelle. Die Kontaktierung dieses Sensors kann wiederum über das erfindungsgemäße Konzept der Sensorleitungen erfolgen. Derselbe Mechanismus gilt auch für die Ankoppelung von anderen Sensoren an eine einzelne Batteriezelle, beispielsweise auch mit lokaler Intelligenz (z.B. Bussysteme zur Sensordatenübertragung, aktives Lade-/Lastbalancing). Das Trägerelement kann ebenfalls zusätzliche elektrische Sensoren (z.B. Wärmesensor) und/oder elektronische Komponenten (z.B. lokale Intelligenz oder aktive Lade-/Lastbalancierung) integrieren.
Ferner kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform das Trägerelement und/oder das Kopplungselement extern aufgebrachte oder integrierte Kühlleitungen, durch welche ein Kühlmedium durchströmen kann, aufweisen. Beispielsweise sind die Kühlleitungen an einen externen Kühlmechanismus verbunden. Der Kühlmechanismus kann beispielsweise den unten beschriebenen Kühlkörper aufweisen, welcher in thermischen Kontakt mit den Zellverbindern und ferner insbesondere in direktem Kontakt mit den Batteriepolen ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Batteriemoduls weist zumindest einer der ersten Batteriepole eine freie Poloberfläche auf. Der erste Batteriepol ragt von einem Grundkörper einer Batteriezelle hervor, wobei der erste Batteriepol in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper der Batteriezelle gerichtete erste Oberfläche des ersten Zellverbinders näher an dem Grundkörper vorliegt als die Poloberfläche. Insbesondere der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet, dass die Poloberfläche koplanar mit einer, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des ersten Zellverbinders ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitstellbar ist. Die Koppelfläche erstreckt sich und liegt beispielsweise innerhalb der Anordnungsebene. Somit wird eine homogene Koppelfläche gebildet, an welcher in einfacher Art und Weise externe Komponenten, wie beispielsweise der unten beschriebene Kühlkörper, angeordnet werden können, sodass ein großer Flächenkontakt zwischen der Poloberfläche und dem Zellverbinder einerseits und der externen Komponente andererseits bereitgestellt wird. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Batteriemodul einen Kühlkörper eines Kühlsystems auf, welcher auf der Poloberfläche zur thermischen Kopplung angeordnet ist. Der Kühlkörper liegt insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung auf. Der Kühlkörper kann beispielsweise Kühlleitungen aufweisen, welche mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem flüssigen Fluids, durchströmt wird. Die Kühlleitungen des Kühlkörpers können beispielsweise mit Kühlleitungen, welche in dem Trägerelement und/oder dem Kopplungselemente integriert sind, gekoppelt werden.
Die Kontaktbügel bzw. die Klemmelemente, welche an den Seitenwänden der Batteriepole anliegen, können mit einer sehr kleinen Aufbauhöhe (in z- Richtung) ausgebildet werden. Dadurch kann der Zellverbinder derart auf den Batteriepol aufgebracht werden, dass die von der Batteriezelle fort gerichtete freie Oberfläche des Zellverbinders in derselben Ebene liegt wie die Poloberfläche eines Batteriepols, oder das freie Oberfläche des Zellverbinders zumindest nicht höher als der Batteriepol selbst ist oder den Batteriepol um weniger als die Blechdicke des Zellerverbinders selbst überragt. Dadurch kann der Kühlmittelfluss innerhalb der Anordnungsebene (x-y- Ebene) entlang der Poloberfläche und dem Zellverbinder hinweg mit kaum oder ohne Strömungsstörungen in direkter Nähe des Batteriepols erfolgen. Das Klemmelement weist insbesondere eine Erstreckungslänge parallel zu einer Seitenwand des Batteriepols auf, welche gleich der Polerstreckung in z- Richtung oder um die Dicke des Zellverbinders kleiner als die Polerstreckung des Batteriepols in z-Richtung.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste Befestigungsabschnitt an den ersten Batteriepol und/oder der zweite Befestigungsabschnitt an den zweiten Batteriepol angeschweißt. Dadurch können beispielsweise gegenüber einer ausschließlichen Klemmverbindung höhere Ströme übertragen werden. Die erfindungsgemäße Klemmverbindung ermöglicht beispielsweise zunächst in einem ersten Montageschritt eine kraftneutrale Positionierung der Zellverbinder an den Batteriezellen. Somit kann in einem zweiten Schritt beispielsweise aufgrund der exakten Positionierung eine robuste und positionsgenaue Schweißung durchgeführt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Einstecken des ersten Batteriepols das Klemmelement mittels eines Montageelements entgegen der Klemmkraft vorgespannt.
Das Klemmelement wird dabei insbesondere mittels des Montageelements in eine Richtung entgegen der Mittelachse der Durchgangsöffnung und beispielsweise aus der Durchgangsöffnung herausgebogen bevor und während der Zellverbinder auf den Batteriepol aufgesteckt wird. Während der Montage wird sozusagen die Klemmkraft mittels des Montageelements reduziert. Das Montageelement zur Klemmkraftreduktion kann ein Keilsystem, ein Dorn/Stempelsystem und/oder durch Entlastungsstifte aufweisen.
Wie in einer beispielhaften Ausführungsform oben erläutert, weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf, durch welche beispielsweise ein Entlastungsdorn hindurch gesteckt werden kann und mit dem Endabschnitt des Klemmelements gekoppelt werden kann. Der Entlastungsdorn kann im Anschluss derart geschwenkt bzw. verschoben werden, dass der Endabschnitt und somit das gesamte Klemmelement vom Zentrum der Durchgangsöffnung heraus gebogen wird, um die Klemmkraft zu reduzieren und eine einfache Montage zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Montageelement einen Stempel auf, welcher von einer Oberseite (welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung (insbesondere in Richtung der Batteriezelle) eingesteckt wird, um das Klemmelement vorzuspannen (und entsprechend aus dem Zentrum der Durchgangsöffnung heraus zu biegen). Der erste Batteriepol wird von der Unterseite (welche der Batteriezelle am nächsten liegt) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist. Anschließend wird der Stempel aus der Durchgangsöffnung herausgezogen und das Klemmelement klemmt die Seitenwand des ersten Batteriepols ein.
Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen System eine einfachere und schnellere Montage von Zellverbindern auf entsprechende Batteriezellen ermöglicht werden. Die Signalleitungen (Sensorleitungen) können an den Trägerelement und den Kopplungselemente (und ebenfalls zur Befestigung an dem Zellverbindern) vor Montage auf den Batteriezelle in einer selbsttragenden Einheit vorgefertigt und gegebenenfalls getestet werden. Insbesondere kann durch die leitfähige Verbindung zwischen den entsprechenden Befestigungsabschnitten eines Zellverbinders und die Verbindungstruktur zwischen den Trägerabschnitten Spannung und Druckentlastungssysteme für die Montage und für die betriebsbedingten (zum Beispiel aufgrund von Alterung) Ausdehnung geschaffen werden. Auch die unterschiedlichen Elastizitäten zwischen den Klemmelementen und beispielsweise der leitfähigen Verbindung zwischen den Befestigungsabschnitten kann eine Dehnungskompensation bereitgestellt werden.
Ferner hat sich herausgestellt, dass gestanzte Zellverbinder mit minimalen Randbiegungen im Bereich der Batteriepol eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringen. Die minimalen Randbiegungen erlauben einerseits die Kompensation der mechanischen Streuung der Masse der Batteriepol und erlauben andererseits einen passenden Kontaktdruck aufzubauen. Der Kontaktdruck soll ausreichend hoch sein, um langzeitig niedrige Kontaktübergangswiderstände zu erzielen (z.B. durch Mikroverschweissungen) und andererseits genügend klein betreffend Elastizität des Leitermaterials Beziehung Seite Klemmelements, so dass damit das System innerhalb der Dauerelastizität der beteiligten Komponenten bleibt. Insbesondere beim Leitermaterial Aluminium kann der Bereich des Fliessens (Grenze des linearen Dehnbereiches und Übergang in plastische Verformung) vermieden werden.
Die Zellverbinder werden auf den Batteriepol aufgesteckt, wobei die Steckkräfte durchaus eine maschinelle Unterstützung erfordern können oder dazu mechanische Hilfsmittel zur Kraftreduktion (d. h. Montageelemente) eingesetzt werden können werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Batteriepole seitlich mittels der Klemmelemente kontaktiert, so dass eine Kraftsymmetrie der Kontaktierungskräfte entsteht, welche eine mechanische Belastung (im Sinne einer Federkontaktierung in Z-Richtung) auf den Batteriepol oder die Umgebung des Zellverbinders vermeidet. Damit allfällige vibrationsbedingte Trennungen der Polverbinder verhindert werden, kann vom äußeren Gehäuse oder vom Kühlsystem eine entsprechende mechanische Hemmung hinzugefügt werden (nicht skizziert).
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen mit einem Versteifungselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Kopplungselementen mit Signalleitungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer mechanischen Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Zellverbinders mit einem Isolationselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Trägerbands für Kopplungselemente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Entlastungsdorn gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Stempel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführunqsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden von Batteriepolen 101, 102 eines Batteriemoduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Fig.2 verdeutlicht in einer Schrittdarstellung die Einbettung des Zellverbinders 110 des Systems 100 aus Fig. 1. Das System 100 weist einen ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinder 110, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen 101, 102 ausgebildet ist, und einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder 120, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen 101, 102 ausgebildet ist, auf. Ferner weist das System 100 ein elektrisch isolierendes Trägerelement 130 auf, an welchem der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 befestigt sind, um mittels des Trägerelements 130 eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder 110 und den zweiten Zellverbinder 120 bereitzustellen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders 110 und des zweiten Zellverbinders 120 an dem Trägerelement 130 der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 ausschließlich bereichsweise in das Trägerelement 130 eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders 110 und des zweiten Zellverbinders 120 frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement 130 sind. Eine Signalleitung 105 ist zumindest mit einem der ersten und zweiten Zellverbinder 120 gekoppelt.
Der elektrisch leitfähige Zellverbinder 110 ist mit einem ersten Befestigungsabschnitt 111 und einem zweiten Befestigungsabschnitt 112 ausgebildet, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des ersten Batteriepols 101 aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des zweiten Batteriepols 102 aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene 201 (siehe Fig. 2) angeordnet, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt 160 mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement 161 aufweist, welches aus der Anordnungsebene 201 (in Richtung Batteriezelle 151) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols 101 das Klemmelement 161 zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 111 und zumindest einer Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 bereitstellbar ist.
Das Batteriemodul 150 definiert eine Baugruppe, welche mehrere prismatische Batteriezellen 151 zusammenfasst, sowie zumindest mittels der Zellverbinder 110, 120 eine elektrische Serienschaltung oder Parallelschaltung der Batteriezellen 151 erreicht wird. Die einzelnen Batteriezellen 151 sind z.B. entlang einer Raumrichtung (x-Achse) nebeneinander angeordnet. Jede Batteriezelle 151 weist insbesondere zwei Batteriepole 101, 102, jeweils einen + Pol 102 und einen - Pol 101, auf. Die benachbarte zweite Batteriezelle 151 weist entsprechend ebenfalls zwei Batteriepole 101, 102 auf. Die Zellverbinder 110, 120 werden eingesetzt, um den + Pol (bzw. - Pol) 101, 102 einer Batteriezelle 151 mit dem entsprechenden - Pol (bzw. + Pol) 101, 102 der benachbarten Batteriezelle 151 zu verbinden.
Das Trägermaterial des Trägerelements 130 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise einem (insbesondere spritzgussfähigem) Kunststoffmaterial. An dem Trägermaterial 130 ist der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 befestigt. Das Trägermaterial ist derart fest mit dem ersten Zellverbinder 110 und dem zweiten Zellverbinder 120 verbunden, dass zusammen eine selbsttragende Einheit geschaffen wird.
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 teilweise in einem eingebetteten Bereich 104 in das Trägerelement 130 eingebettet. Unter dem Begriff „Einbetten" wird im Folgenden verstanden, dass die Zellverbinder 110, 120 zumindest teilweise von dem Material des Trägerelements 130 umgeben sind, sodass das Trägermaterial den Zellverbinder 110, 120 zumindest teilweise umschließt.
Wie in Fig. 2 dargestellt weist das Trägermaterial 130 beispielsweise einen Aufnahmeschlitz auf, in welchem ein Bereich des Zellverbinders 110, 120 vorliegt, sodass das Trägermaterial zwei gegenüberliegende Oberflächen 206, 207 und die die Oberflächen verbindende Stirnseite des Zellverbinders 110, 120 umschließt und entsprechend eingebettet. Bevorzugt wird eine entsprechende Einbettung in einem Spritzgussverfahren umgesetzt.
Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder 110, 120 die Kontaktbereiche insbesondere in den entsprechenden Durchgangsöffnungen, in welchen die Batteriepole 101, 102 eingesteckt werden können, frei von einer Überdeckung des Trägermaterials des Trägerelements 130, um eine elektrische Kontaktfähigkeit bereitzustellen.
Trägerabschnitte 131, 132 des Trägerelements 130 sind dabei beispielsweise mit einem U-förmigen Abschnitt ausgebildet, in welchem die Zellverbinder 110, 120 eingebettet sind. Somit wird nur ein geringer Oberflächenbereich, beispielsweise zwischen 10 % und 30 % einer Gesamtfläche eines Zellverbinders 110, 120, mit dem Trägerelement 130 abgedeckt und eingebettet.
Zudem wird eine Signalleitung 105 an den ersten Zellverbinder 110 oder den zweiten Zellverbinder 120 gekoppelt. Die Signalleitung 105 ist dabei an dem entsprechenden Zellverbinder 110, 120 befestigt und kann ferner elektrisch leitend an den Zellverbinder 110, 120 angeordnet sein.
Der erste Zellverbinder 110, der zweite Zellverbinder 120 und das Trägerelement 130 sind innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene 201 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder 110, 120 und das Trägerelement 130 nebeneinander innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene 201 angeordnet. Der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 bilden ausgestanzte Flachkomponenten aus.
Der erste Trägerabschnitt 131 und der zweite Trägerabschnitt 132 sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur 103 verbunden. Der erste Trägerabschnitt 131, der zweite Trägerabschnitt 132 und die Verbindungsstruktur 103 bilden eine selbsttragende Einheit.
Die Verbindungsstruktur 103 ist zum Ausgleich einer Abstandsänderung (insbesondere entlang der x-Achse) zwischen dem ersten Zellverbinder 110 und dem zweiten Zellverbinder 120 verformbar ausgebildet. Die Verbindungsstruktur 103 besteht aus einem elastisch verformbaren Material, um eine entsprechende Abstandsänderung zwischen zwei Zellverbindern 110, 120 auszugleichen, ohne zu brechen. Dabei kann die Verbindungsstruktur 103 derart ausgebildet werden, dass entlang einer vorbestimmten Raumrichtung eine elastische Verformung möglich ist. Entlang einer ersten Raumrichtung (zum Beispiel x-Achse) werden die einzelnen Batteriezellen 151 nebeneinander angeordnet und entsprechend mit den Zellverbindern 110, 120 verbunden.
Eine zur ersten Raumrichtung orthogonale zweite Raumrichtung (zum Beispiel y-Achse) beschreibt eine Erstreckung der Batteriezelle in der Anordnungsebene 201. Eine dritte Raumrichtung (z-Achse), welche beispielsweise parallel zu der Normalen der Anordnungsebene 201 ist und entlang welcher sich die Batteriepole 101, 102 von einem Zellverbinder 110, 120 erstrecken, steht insbesondere orthogonal zu der ersten Raumrichtung (x- Achse) und der zweiten Raumrichtung (y-Achse).
Die Verbindungsstruktur 103 weist einen schleifenförmigen, kurvenförmigen bzw. wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Der Verlauf der Verbindungsstruktur 103 verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene 201, in welcher ebenfalls der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 angeordnet sind. Der Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x- Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der Verbindungsstruktur 103 bzw. in den Zellverbindern 110, 120 kommt.
Zur temporären Versteifung des ersten Trägerabschnitts 131 oder des zweiten Trägerabschnitts 132 ist ein Versteifungselement 109 lösbar befestigbar. Das Versteifungselement 109 führt dazu, dass während der Montage des Systems 100 an Batteriepolen 101, 102 die Zellverbinder 110, 120 und das Trägerelement 130 versteift und somit robuster sind, sodass die Handhabung insbesondere mittels automatisierter Werkzeuge einfacher ist und zu weniger Schäden an dem System 100 während der Montage führt.
Beispielsweise kann entlang der Anordnungsebene 201 ein Verstärkungsbalken 109 an dem Trägerelement 130 befestigt werden, um eine Versteifung herbeizuführen. Nachdem das System 100 an den Batteriepolen 101, 102 befestigt ist, kann der Verstärkungsbalken 109 entfernt werden. Insbesondere kann hierzu eine Sollbruchstelle zwischen dem Trägerelement 130 einerseits und dem Verstärkungsbalken 109 andererseits vorgesehen werden, sodass ein einfaches Entfernen mittels Wegbrechens des Verstärkungsbalkens 109 vorgesehen werden kann. Das Verstärkungselement 109 führt insbesondere zu einer Versteifung des Systems in x-Richtung.
Der erste Trägerabschnitt 131 und/oder der zweite Trägerabschnitt 132 weisen mehrere Aufnahmenuten 202 zum Aufnehmen von Signalleitungen 105 auf. Somit erhält das Trägerelement 130 die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung 105.
Ferner weist die Signalleitung 105 einen mäanderförmigen Verlauf mit einem U-förmigen Abschnitt auf, wobei das Trägerelement 130 eine Zugentlastungsstruktur 113 aufweist. Die Zugentlastungsstruktur 113 ist derart ausgebildet, dass die Zugentlastungsstruktur 113 in den U-förmigen Abschnitt eingreift, um die Signalleitung 105 zu fixieren. Die Zugentlastungsstruktur 113 bildet beispielsweise einen Vorsprung aus dem Trägerelement 130 entlang einer ersten Richtung (zum Beispiel y-Richtung) aus, welcher in den U-förmigen Abschnitt der Signalleitung 105 eingreift.
Somit kann beispielsweise bei einer Zugkraft senkrecht zu der ersten Richtung (zum Beispiel in x-Richtung) der U-förmige Abschnitt gegen den Vorsprung gedrückt werden, sodass der Vorsprung eine Zugentlastung bewirkt.
Das System 100 weist ferner ein Kopplungselement 140 auf, welches zwischen dem ersten Trägerabschnitt 131 und dem zweiten Trägerabschnitt 132, insbesondere lösbar, befestigt ist. Das Kopplungselement 140 ist mit dem ersten Trägerabschnitt 131 und dem zweiten Trägerabschnitt 131 entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene 201, angeordnet, sodass entlang der Anordnungsrichtung (x-Richtung) das erste Trägerelement 130, das Kopplungselement 140 und das zweite Trägerelement 130 nacheinander angeordnet sind. Das Kopplungselement 140 koppelt dabei z.B. den ersten Trägerabschnitt 131 und den zweiten Trägerabschnitt 132 eines Trägerelements 130 oder einen ersten Trägerabschnitt 131 eines ersten Trägerelements 130 mit einem zweiten Trägerabschnitt 132 eines zweiten Trägerelements 130, sodass eine robustere Struktur des Systems 100 bereitgestellt wird.
Das Kopplungselement 140 weist eine weitere Aufnahmenut (zum Beispiel eine offene Nut oder eine als Bohrung ausgebildete geschlossene Nut) zum Aufnehmen der Signalleitung 105 auf.
Das Kopplungselement 140 weist ferner beispielsweise eine elektrische Steckervorrichtung 141 auf zum Koppeln einer Signalkomponente, insbesondere einer weiteren Signalleitung. Die elektrische Steckervorrichtung 141 ist insbesondere als Steckerbuchse ausgebildet.
Der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 sind mittels einer leitfähigen Verbindung 106 miteinander verbunden. Die leitfähigen Verbindung 106 kann integral und monolithisch mit dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 111, 112 ausgebildet sein. Insbesondere kann in einem Stanzprozess der Zellverbinder 110, 120 zusammen mit den Befestigungsabschnitten 111, 112 und der leitfähigen Verbindung 106 hergestellt werden.
Die leitfähige Verbindung 106 ist als bandförmiger Leiter ausgebildet. Der bandförmige Leiter verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene 202, in welcher ebenfalls der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 angeordnet sind. Der Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z- Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der leitfähigen Verbindung 106 bzw. in den Zellverbindern 110, 120 kommt. Der Leiter 106 weist zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 111 und dem zweiten Befestigungsabschnitt 112 einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 weisen an ihren rechteckigen Durchgangsöffnungen den entsprechenden Klemmabschnitt 160 auf, welcher in der beispielhaften Ausführungsform vier gegenüberliegende elastisch verformbare Klemmelemente 161 aufweist. Wie in Fig. 2 zu erkennen, sind die Klemmelemente 161 aus der Anordnungsebene 201 herausgebogen. Die Klemmelemente 161 können aufgrund ihrer Dimensionierung und der Materialauswahl derart konfiguriert werden, dass die Rückstellkraft bzw. Klemmkraft derart groß ist, dass ein Verschieben des Batteriepols 101, 102 in Einsteckrichtung (in z-Richtung), d. h. senkrecht zu Anordnungsebene 201, unterbunden wird.
Die Klemmkräfte der Klemmelemente 161 werden dabei derart konfiguriert, dass die Klemmkraft an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 203 eines Batteriepols 101, 102 ungefähr gleich ist. So entsteht eine kräfteneutrale und dadurch weitgehend verzugslose Verbindung zwischen Zellverbinder 110, 120 und Batteriepol 101, 102.
Entsprechend kann der Klemmabschnitt weitere elastisch verformbare Klemmelemente 161 aufweisen, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene 201 herausgebogen sind, so dass der Batteriepol 101, 102 zwischen die Klemmelemente 161 einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den Batteriepol 101, 102 bereitstellbar ist.
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements 161 an der Seitenwand 203 des Batteriepols 101, 102 bleibt insbesondere die freie Stirnfläche bzw. Poloberfläche 204 des Batteriepols 101, 102 frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an einen angekoppelten Kühlkörper 208 eines Kühlsystems, ermöglicht wird.
Ferner weist das System 100 einen Sensor 107, insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor auf, welcher auf dem ersten Zellverbinder 110 oder auf dem zweiten Zellverbinder 120 angeordnet ist bzw. in diesem integriert ist. Der Sensor 107 ist insbesondere an eine der Signalleitungen 105 gekoppelt, um Signale zu empfangen oder weiterzugeben.
Wie in Fig. 2 verdeutlicht wird, weist der Batteriepol 101, 102 eine freie Poloberfläche 204 auf. Der erste Batteriepol 101 ragt z.B. von einem Grundkörper 205 einer Batteriezelle 151 hervor, wobei der erste Batteriepol 101 in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper 205 der Batteriezelle 151 gerichtete erste Oberfläche 206 des ersten Zellverbinders 110 näher an dem Grundkörper 205 vorliegt als die Poloberfläche 204.
Insbesondere der erste Batteriepol 101 ist in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet, dass die Poloberfläche 204 koplanar mit einer, der ersten Oberfläche 206 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 207 des ersten Zellverbinders 110 ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitstellbar ist. Die Koppelfläche erstreckt sich und liegt beispielsweise innerhalb der Anordnungsebene 201. Somit wird eine homogene Koppelfläche gebildet, an welcher in einfacher Art und Weise externe Komponenten, wie beispielsweise der Kühlkörper 208, angeordnet werden können, sodass ein großer Flächenkontakt zwischen der Poloberfläche 204 und dem Zellverbinder 110 einerseits und der externen Komponente andererseits bereitgestellt wird.
Der Kühlkörper 208 liegt insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung auf. Der Kühlkörper 208 kann beispielsweise Kühlleitungen 209 aufweisen, welche mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem flüssigen Fluid, durchströmt wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden von Batteriepolen 101, 102 mit einem Versteifungselement 109 vor dem Befestigen an entsprechenden Batteriepolen 101, 102. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung von Kopplungselementen 140 mit Signalleitungen 105 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Signalleitungen 105 sind dabei in entsprechenden Aufnahmenuten der Kopplungselemente 140 angeordnet. Ferner sind Sensoren 107 an einem Ende von entsprechenden Signalleitungen 105 angeordnet. Die Anordnung in Fig. 4 kann beispielsweise vorgefertigt werden und auf einem entsprechenden Trägerband 901 (siehe Fig. 9) aufgerollt werden.
Parallel zur Herstellung der in Fig. 4 dargestellten Anordnung können beispielsweise die Zellverbinder 110, 120 zusammen mit dem Trägerelement 130 hergestellt werden. Zunächst werden dabei beispielsweise die Zellverbinder 110, 120 gestanzt und anschließend mit dem Trägerelement 130 im Rahmen eines Spritzgussverfahrens eingebettet. Zugleich kann im Spritzgussverfahren ebenfalls das Versteifungselement 109 an dem Trägerelement 130 angeordnet werden.
Vor Montage an einem Batteriemodul 150 können die in Fig. 4 dargestellten Anordnung bestehend aus den Kopplungselementen 140 zusammen mit den Signalleitungen 105 und Sensoren 107 an die Trägerelemente 130 gemäß der Anordnung aus Fig. 3 befestigt werden. Das so hergestellte System 100 ist mit dem Versteifungselement 109 verstärkt und kann somit in robuster Art und Weise auf eine Vielzahl von Batteriepolen 101, 102 von Batteriezellen 151 eines Batteriemoduls 150 in einem Verfahrensschritt befestigt werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Kopplungselement 140 weist mit einem Trägerelement 131, 132 eine mechanische Steckverbindung auf, wobei die mechanische Steckverbindung mit zumindest einer Führungsschiene 502 und einem komplementären, in die Führungsschiene 502 steckbaren Gleitelement 501 ausgebildet ist. Die Führungsschiene 502 und das komplementäre Gleitelement 501 (zum Beispiel ein Gleitstift) erstrecken sich insbesondere entlang einer Gleitrichtung, beispielsweise der x-Achse, entlang welcher Ausdehnungskompensationen gewünscht sind. Das Kopplungselement 140 ist mit den Trägerabschnitten 131, 132 entlang einer Steckrichtung somit gleitend gelagert.
Ein entsprechender Trägerabschnitt 131, 132 kann beispielsweise eine Vielzahl von in x-Richtung hervorragenden Gleitelementen 501 aufweisen und zwischen den Gleitelementen 501 entsprechende Nuten, welche als Führungsschienen 502 fungieren. Das Kopplungselement 140 weist entsprechende komplementäre Nuten und hervorragende Gleitelemente 501 auf, sodass eine entsprechende Steckkopplung zwischen den Kopplungselementen 140 und den Trägerabschnitten 131, 132 umgesetzt wird.
Die mechanische Steckverbindung ist ferner derart konfiguriert, dass entlang einer Richtung (z.B. entlang der z-Achse) senkrecht zur Anordnungsebene 201 die mechanische Steckverbindung einen Freiheitsgrad aufweist und entlang einer der Richtung entgegengerichteten Richtung (z.B. entlang der z-Achse) keinen Freiheitsgrad aufweist. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem die Führungsschienen 502 ein offenes U-Profil aufweisen, sodass durch die offene Seite des U-Profils die entsprechenden Gleitelemente 501 aus den Führungsschienen 502 entnommen werden können.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden einer Vielzahl von Batteriezellen 151 eines Batteriemoduls 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Es wird deutlich, dass eine Vielzahl von Batteriezellen 151, welche insbesondere entlang einer Anordnungsrichtung (zum Beispiel x- Achse) angeordnet sind, vorgesehen werden können. Ferner können beispielsweise auch parallel geschaltete Batteriezellen 151 angeordnet werden. Das System 100 kann ferner an Randbereichen einen ersten Systemkontakt 601 und einen zweiten System kontakte 602 aufweisen, an welchen die entsprechende Batterieleistung des Batteriemoduls 150 entnommen werden kann.
In Fig. 6 werden insbesondere zwei Reihen von Zellverbinder 110, 120 gezeigt. Diese können in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zudem mittels elektrisch isolierender Rahmenelemente 603, 604 verstärkt werden, um einen robusten Träger- bzw. Montagerahmen zu bilden. Die Rahmenelenente 603 sind beispielsweise an den Trägerabschnitten 131 befestigt, um eine versteifende Rahmenstruktur mit beiden gegenüberliegenden Reihen von Zellverbindern 110, 120 zu schaffen. Ferner können alternativ oder zusätzlich weitere Rahmenelemente 604 angeordnet werden, welche an den Verbindungsstrukturen 103 der gegenüberliegenden Zellverbinder 110, 120 befestigt sind. Die Rahmenelemente 603, 604 können in einem gemeinsamen Spritzgussverfahren zusammen mit den Trägerelementen 130 hergestellt werden. Entsprechend können die Rahmenelemente 603, 604 aus demselben Material wie die Trägerelemente 130 hergestellt werden. Alternativ können die Rahmenelemente 603, 604 aus einem unterschiedlichen Material wie die Trägerelemente 130 hergestellt werden.
Somit wird eine robuste und selbstragende Rahmenstruktur gebildet, mit welcher zwei oder mehr Reihen von Batteriepolen 101, 102 in einem Montageschritt mit den Zellverbindern 110, 120 elektrisch und mechanisch gekoppelt werden können.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders 110 an einen Batteriepol 101 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Klemmelemente 161 weisen jeweils einen Biegeabschnitt 162 und einen Kontaktabschnitt 163 auf, wobei der Biegeabschnitt 162 mit dem ersten Befestigungsabschnitt integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene 201 aufweist. Der Biegeabschnitt 162 ist mit dem Kontaktabschnitt 163 integral verbunden. Der Kontaktabschnitt 163 weist eine Klemmfläche auf, welche mit der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 kraftübertragend koppelbar ist. Je größer die Klemmfläche, desto besser kann Strom zwischen dem Klemmelement 161 und dem Batteriepol 101 übertragen werden.
Der Kontaktabschnitt 163 ist derart ausgebildet, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts 163 im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft. Das Klemmelement 161 weist einen Endabschnitt 164 mit einem freien Ende auf, wobei der Kontaktabschnitt 163 zwischen dem Biegeabschnitt 162 und dem Endabschnitt 164 angeordnet ist. Der Endabschnitt 164 verläuft gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts 163 derart, dass der Endabschnitt 164 kontaktfrei zu der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 kraftübertragend gekoppelt ist.
Da das freie Ende von der Seitenwand 203 weggebogen ist, können beispielsweise Montagehilfsmittel einfacher das Klemmelement 161 an dem freien Ende greifen und wegbewegen, um entsprechend eine Montagehilfe zu geben.
Ferner kann ein Spannring 165 um die Klemmelemente 161 angeordnet werden, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern. Der Spannring 165 ist insbesondere lösbar um die Klemmelemente 161 verspannt und drückt diese gleichmäßig in die Mitte der Durchgangsöffnung und somit gegen Seitenwände 203 eines eingeschobenen Batteriepols 101.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Zellverbinders 110 mit einem Isolationselement 801 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Isolationselement 801 besteht insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff. Ferner kann das Isolationselement 801 integral und monolithisch an das Kopplungselement 140 oder das Trägerelement 130 gekoppelt sein. Das Isolationselement 801 ist insbesondere an der leitfähigen Verbindung 106 eines Zellverbinders 110 angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement 801 zwischen dem Zellverbinder 110 und dem Grundkörper 205 einer Batteriezelle 105 mit einem ausreichend großen Abstand 802 angeordnet.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines aufrollbaren Trägerbands 901 für Kopplungselemente 140 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Eine Vielzahl von Kopplungselementen 140 (oder auch Trägerelementen 130) sind lösbar, insbesondere mittels einer Klebeverbindung, an dem Trägerband 901 temporär befestigt sind.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders 110 an einen Batteriepol 101, 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Klemmelemente 161 nach außen gebogen. Der Zellverbinder 110 weist beispielsweise die erste Oberfläche 206 auf. Die Klemmelemente 161 sind in Richtung einer zweiten Oberfläche 207 des Zellverbinders 110 gebogen, welche der ersten Oberfläche 206 gegenüberliegt. Entsprechend kann beispielsweise der Zellverbinders 110 näher an der Batteriezelle 151 angeordnet werden. Gleichzeitig bilden die Klemmelemente 161 eine ausreichende Klemmfläche mit den entsprechenden Seitenwänden 203 der Batteriepole 101, 102 aus.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Entlastungsdorn 1103 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Der Zellverbinder 110 weist eine Montageöffnung 1101 auf. Der Endabschnitt 164 weist entsprechend eine Aufnahmeöffnung 1102 auf. Die Montageöffnung 1101 und die Kopplungsstelle bzw. Aufnahmeöffnung 1102 sind derart angeordnet, dass der Entlastungsdorn 1103 durch die Montageöffnung 1101 steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt 164 und der Kontaktabschnitt 163 zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol 110 entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar ist. Das Klemmelement 161 wird dabei insbesondere mittels des Entlastungsdorns 1103 in eine Richtung entgegen der Mittelachse der Durchgangsöffnung und beispielsweise aus der Durchgangsöffnung herausgebogen bevor und während der Zellverbinder 110 auf den Batteriepol 101 aufgesteckt wird. Während der Montage wird sozusagen die Klemmkraft mittels des Montageelements bzw. Entlastungsdorns 1103 reduziert.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Stempel 1201 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der Stempel 1201 wird von einer Oberseite 207 (welche von der Batteriezelle 151 weg gerichtet ist) des Zellverbinders 110 in die erste Durchgangsöffnung (insbesondere in Richtung der Batteriezelle 151) eingesteckt, um das Klemmelement 161 vorzuspannen (und entsprechend aus dem Zentrum der Durchgangsöffnung heraus zu biegen). Der erste Batteriepol 101 wird von der Unterseite 206 (welche der Batteriezelle 151 am nächsten liegt) des Zellverbinders 110 in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist. Anschließend wird der Stempel 1201 aus der Durchgangsöffnung herausgezogen und das Klemmelement 161 klemmt die Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 ein.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Bezuaszeichenliste:
100 System 163 Kontaktabschnitt
101 Batteriepol 164 Endabschnitt
102 Batteriepol 165 Spannring
103 Verbindungsstruktur
104 eingebetteter Bereich 201 Anordnungsebene
105 Signalleitung 202 Aufnahmenut
106 leitfähige Verbindung 203 Seitenwand
107 Sensor 204 Poloberfläche
108 weitere Verbindungsstruktur 205 Grundkörper
109 Versteifungselement 206 erste Oberfläche
110 erster Zellverbinder 207 zweite Oberfläche
111 erster Befestigungsabschnitt 208 Kühlkörper
112 zweiter Befestigungsabschnitt 209 Kühlkanal
113 Zugentlastungsstruktur 120 zweiter Zellverbinder 501 Gleitelement
502 Führungsschiene
130 Trägerelement 601 erster System kontakt
131 erster Trägerabschnitt 602 zweiter Systemkontakt
132 zweiter Trägerabschnitt 801 Isolationselement
140 Kopplungselement 802 Abstand
141 Steckervorrichtung Grundkörper/Isolationselement
150 Batteriemodul 901 aufrollbares Trägerband
151 Batteriezelle
160 Klemmabschnitt 1101 Montageöffnung
161 Klemmelement 1102 Aufnahmeöffnung
162 Biegeabschnitt 1103 Entlastungsdorn
1201 Stempel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, das System (100) aufweisend einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110) mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112), wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet sind, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Kiemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, welches aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und zumindest einer Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) bereitstellbar ist.
2. System (100) gemäß Anspruch 1, wobei zumindest die erste Durchgangsöffnung einen vorwiegend runden, elliptischen oder rechteckigen Öffnungsquerschnitt aufweist.
3. System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Klemmabschnitt (160) ausgebildet ist, ausschließlich Seitenwände des ersten Batteriepols (101) zu kontaktieren.
4, System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kiemmelement (161) zumindest bereichsweise in die
Durchgangsöffnung hineinragt und mittels Einbringens des ersten Batteriepols (101) vorspannbar ist,
5. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kiemmelement (161) einen Biegeabschnitt (162) und einen Kontaktabschnitt (163) aufweist, wobei der Biegeabschnitt (162) mit dem ersten Befestigungsabschnitt (111) integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene (201) aufweist, wobei der Biegeabschnitt (162) mit dem Kontaktabschnitt (163) integral verbunden ist, wobei der Kontaktabschnitt (163) eine Klemmfläche aufweist, welche mit der Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) kraftübertragend koppelbar ist,
6. System (100) gemäß Anspruch 5, wobei der Kontaktabschnitt (163) derart ausgebildet ist, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts (163) im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft.
7. System (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Kiemmelement (161) einen Endabschnitt (164) mit einem freien Ende aufweist, wobei der Kontaktabschnitt (163) zwischen dem Biegeabschnitt (162) und dem Endabschnitt (164) angeordnet ist, wobei der Endabschnitt (164) gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts (163) derart verläuft, dass der Endabschnitt (164) kontaktfrei zu der Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) kraftübertragend gekoppelt ist.
8. System (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Zellverbinder (110) eine Montageöffnung (1101) aufweist, wobei der Endabschnitt (164) eine Aufnahmeöffnung (1102) aufweist, wobei die Montageöffnung (1101) und eine Koppiungssteile derart angeordnet sind, dass ein Entlastungsdorn (1103) durch die Montageöffnung (1101) steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt (164) und der Kontaktabschnitt (163) zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar ist.
9. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kiemmabschnitt (160) zumindest ein weiteres elastisch verformbares Klemmelement (161) aufweist, welches an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zu dem Klemmelement (161) angeordnet ist und aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist, so dass der erste Batteriepol (101) zwischen das Klemmelement (161) und das weitere Klemmelement (161) einschiebbar ist, um die Klemmverbindung bereitzustellen.
10. System (100) gemäß Anspruch 9, wobei der Klemmabschnitt (160) ferner weitere elastisch verformbare Klemmelemente (161) aufweist, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen sind, so dass der erste Batteriepol (101) zwischen die Klemmelemente (161) einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den ersten Batteriepol (101) bereitstellbar ist.
11. System (100) gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend einen Spannring (165), welcher um die Klemmeiemente (161) angeordnet ist, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern.
12. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt mittels einer leitfähigen Verbindung (106) miteinander verbunden sind.
13. System (100) gemäß Anspruch 12, wobei die leitfähige Verbindung (106) einen, insbesondere bandförmigen, Leiter aufweist.
14. System (100) gemäß Anspruch 13, wobei der Leiter zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und dem zweiten Befestigungsabschnitt (112) einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf aufweist.
15. System (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Klemmverbindung derart ausgebildet ist, dass das elastisch verformbare Klemmelement (161) steifer ausgebildet ist als die leitfähige Verbindung (106) zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und dem zweiten Befestigungsabschnitt (112).
16. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Zellverbinder (110) ein erster Zellverbinder (110) ist und das System (100) ferner aufweist einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (120), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepoien (101, 102) ausgebildet ist, und ein elektrisch isolierendes Trägerelement (130), an welchem der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) befestigt sind, um mittels des Trägerelements (130) eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder (110) und den zweiten Zellverbinder (120) bereitzusteilen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zeliverbinders (120) an dem Trägerelement (130) der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausschließlich bereichsweise in das Trägerelement (130) eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement (130) sind.
17. System (100) gemäß Anspruch 16, wobei der erste Zellverbinder (110), der zweite Zellverbinder (120) und das Trägerelement (130) innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene (201) angeordnet sind.
18. System (100) gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausgestanzte Flachkomponenten ausbilden.
19. System (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Trägerelement (130) einen ersten Trägerabschnitt (131) aufweist, welcher den ersten Zellverbinder (110) zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt (132) aufweist, welcher den zweiten Zellverbinder (120) zumindest teilweise einbettet, wobei der erste Trägerabschnitt (131) und der zweite Trägerabschnitt (132) mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur (103) verbunden sind.
20. System (100) gemäß Anspruch 19, wobei die Verbindungsstruktur (103) zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder (110) und dem zweiten Zellverbinder (120) verformbar ausgebildet ist.
21. System (100) gemäß Anspruch 20, wobei die Verbindungsstruktur (103) einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf aufweist.
22. System (100) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei zumindest der erste Trägerabschnitt (131) oder der zweite Trägerabschnitt (132) zumindest eine Aufnahmenut (202) zum Aufnehmen einer Signalleitung (105) aufweist.
23. System (100) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, ferner aufweisend ein Kopplungselement (140), welches zwischen dem ersten
Trägerabschnitt (131) und dem zweiten Trägerabschnitt (132), insbesondere lösbar, befestigt ist, wobei das Kopplungselement (140) mit dem ersten Trägerabschnitt (131) und dem zweiten Trägerabschnitt (132) entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene (201), angeordnet sind, sodass entlang der Anordnungsrichtung das erste Trägerelement (130), das Kopplungselement (140) und das zweite Trägerelement (130) nacheinander angeordnet sind.
24. System (100) gemäß Anspruch 23, wobei das Kopplungselement (140) eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen einer Signalleitung (105) aufweist.
25. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, ferner aufweisend einen Sensor (107), insbesondere einen Temperatursensor, einen
Spannungssensor oder einen Leistungssensor, welcher auf dem Zellverbinder (110) angeordnet ist.
26. Batteriemodul, weiches mehr als 30A bereitstellt, wobei das Batteriemodul aufweist ein System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, einen ersten Batteriepol (101), einen zweiten Batteriepol (102), wobei der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung eingeklemmt ist und der zweite Batteriepol (102) in der zweiten Durchgangsöffnung eingeklemmt ist.
27. Batteriemodul nach Anspruch 26, wobei zumindest der erste Batteriepol (101) eine freie Poloberfläche (204) aufweist und der erste Batteriepol (101) von einem Grundkörper (205) einer Batteriezelle hervorragt, wobei der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper (205) der Batteriezelle gerichtete erste Oberfläche (206) des ersten Zellverbinders (110) näher an dem Grundkörper (205) vorliegt als die Poloberfläche (204), wobei insbesondere der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass die Poloberfläche (204) koplanar mit einer, der ersten Oberfläche (206) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (207) des ersten Zellverbinders (110) ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitsteilbar ist.
28. Batteriemodul gemäß Anspruch 27, ferner aufweisend ein Kühlkörper (208) eines Kühlsystems, welcher auf der Poloberfläche (204) zur thermischen Kopplung angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (208) insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung aufliegt.
29. Batteriemodul gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei der erste Befestigungsabschnitt (111) an den ersten Batteriepol (101) und/oder der zweite Befestigungsabschnitt (112) an den zweiten Batteriepol (112) angeschweißt ist.
30. Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, das Verfahren aufweisend
Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110) mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112), wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet sind, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, welches aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und zumindest einer Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) bereitstellbar ist,
Einstecken des ersten Batteriepols (101) in die erste Durchgangsöffnung zum Herstellen der Klemmverbindung.
31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei vor dem Einstecken des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) mittels eines Montageelements entgegen der Klemmkraft vorgespannt wird.
32. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei das Montageelement ein Stempel (1201) ist, welcher von einer Oberseite des Zellverbinders (110) in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt wird, um das Klemmelement (161) vorzuspannen, wobei der erste Batteriepol (101) von der Unterseite des Zellverbinders (110) in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt wird, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist, und wobei anschließend der Stempel (1201) aus der Durchgangsöffnung herausgezogen wird und das Klemmelement (161) die Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) einklemmt.
EP21722125.8A 2020-04-23 2021-04-22 Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen Pending EP4139988A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020111100.2A DE102020111100A1 (de) 2020-04-23 2020-04-23 Steckbare hochstromfähige Polkontaktierung für Batteriezellen
PCT/EP2021/060485 WO2021214199A1 (de) 2020-04-23 2021-04-22 Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4139988A1 true EP4139988A1 (de) 2023-03-01

Family

ID=75728793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21722125.8A Pending EP4139988A1 (de) 2020-04-23 2021-04-22 Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4139988A1 (de)
DE (1) DE102020111100A1 (de)
WO (1) WO2021214199A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022125074B3 (de) 2022-09-29 2023-12-14 Lisa Dräxlmaier GmbH Kontaktelement zum elektrisch leitfähigen kontaktieren eines batteriezellengehäuses

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10160871A1 (de) 2001-12-12 2003-07-10 Bosch Gmbh Robert Elektrisches Kontaktelement
JP5595830B2 (ja) * 2009-08-26 2014-09-24 株式会社東芝 電池、組電池及び組電池の製造方法
DE102010019935A1 (de) 2010-05-08 2011-11-10 Volkswagen Ag Kontaktelement
JP2012059658A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk バスバー
JP2012084318A (ja) 2010-10-08 2012-04-26 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk バスバーモジュール
JP2012252811A (ja) * 2011-05-31 2012-12-20 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置、電源装置を備える車両、バスバー
WO2015099066A1 (ja) 2013-12-25 2015-07-02 矢崎総業株式会社 電池配線モジュール
JP6150905B2 (ja) * 2013-12-25 2017-06-21 矢崎総業株式会社 電池配線モジュールの製造方法
DE102016223464A1 (de) 2016-11-25 2018-05-30 Robert Bosch Gmbh Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung von elektrischen Speichereinheiten

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021214199A1 (de) 2021-10-28
DE102020111100A1 (de) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3804002B1 (de) Anordnung für zellen zur speicherung elektrischer energie mit federkontaktelement
EP2639857B1 (de) Verbindungssystem für eine Energiespeichereinrichtung und Energiespeichereinrichtung mit dem Verbindungssystem
EP2130416B1 (de) Leiterplattenschutz für eine batterie
EP2569811B1 (de) Energiespeichermodul aus mehreren prismatischen speicherzellen und verfahren zur herstellung eines energiespeichermoduls
DE102007063187B3 (de) Batterie mit einer Kühlplatte und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
EP2731168A1 (de) Einrichtung zum elektrischen Zusammenschalten von Zellen eines Batteriepack mittels Zellverbindern und Batteriepack mit solchen Zellverbindern
DE102013220044B4 (de) Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems
DE102008059970A1 (de) Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie
DE102016000843A1 (de) Kontaktierungssystem für Energiespeicherzellen und Energiespeicher
DE112012006185B4 (de) Batteriesatz
DE102013020860A1 (de) Zellblock für eine Batterie
WO2021214199A1 (de) Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen
EP2735039B1 (de) Zellkontaktieranordnung für einen energiespeicher
DE102019205953A1 (de) Temperaturmessvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher
DE102019106065A1 (de) Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren hierfür
EP4139987A1 (de) Komponententräger für zellverbinder
DE102015217790B4 (de) Anordnung zur Kühlung von Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges
DE102010013031A1 (de) Batterie mit einem Zellenstapel von Batterieeinzelzellen
DE102017220505B4 (de) Anschlusselement zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem Kontaktelement einer elektrischen Speicherzelle, insbesondere einer Kontaktfahne einer Pouch-Zelle, sowie elektrisches Speicherzellenmodul
EP4084202A1 (de) Batteriezellenverbindungseinrichtung, batteriemodul, batterievorrichtung mit wenigstens zwei batteriemodulen und verfahren zum herstellen einer batterievorrichtung
DE202021004059U1 (de) Fahrzeugbatterie und Zellverbindungssystem dafür
DE102013202574B4 (de) Speichermodul
DE102021112889A1 (de) Zellverbinder für ein Batteriemodul, Batteriemodul mit Zellverbinder
EP3916898B1 (de) Zellverbindereinheit
DE102012000735A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von elektrischen Leitern

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220919

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)