EP4320678A1 - Elektrischer energiespeicher mit lateralem zellkontaktiersystem sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Elektrischer energiespeicher mit lateralem zellkontaktiersystem sowie kraftfahrzeug

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EP4320678A1
EP4320678A1 EP22713601.7A EP22713601A EP4320678A1 EP 4320678 A1 EP4320678 A1 EP 4320678A1 EP 22713601 A EP22713601 A EP 22713601A EP 4320678 A1 EP4320678 A1 EP 4320678A1
Authority
EP
European Patent Office
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cell
housing
energy storage
electrical energy
terminal
Prior art date
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Pending
Application number
EP22713601.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Franke
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M50/559Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • H01M50/56Cup shaped terminals

Definitions

  • the invention relates to an electrical energy storage device having a plurality of energy storage cells, each with a cell housing and two cell terminals.
  • the electrical energy store includes a cell contacting system for interconnecting the energy storage cells, which has a carrier and conductor tracks connected to the carrier and having conductor track sections. The conductor track sections form contact areas for making contact with the cell terminals of the energy storage cells.
  • the invention also relates to a motor vehicle.
  • electrical energy stores which can be used, for example, as traction batteries for electrified motor vehicles, ie electric or hybrid vehicles.
  • Such electrical energy stores usually have a cell assembly made up of a number of energy storage cells and a cell contacting system for interconnecting the energy storage cells.
  • the cell contacting system is usually arranged on one side of the cell assembly, for example on an upper side of the cell assembly, on which cell terminals of the energy storage cells are located.
  • the cell contacting system generally includes cell connectors, which are placed individually in an electrically insulating carrier in the form of sheet metal parts. These sheet metal parts are contacted with cell terminals of the energy storage cells via bonding wires.
  • a disadvantage of such a cell contacting system is the high production cost for producing the bonded connections between the cell connections and the cell terminals.
  • An electrical energy storage device has a plurality of energy storage cells, each with a cell housing and two cell terminals.
  • the electrical energy storage device has a cell contacting system for interconnecting the energy storage cells, which has a carrier and conductor tracks connected to the carrier and having conductor track sections.
  • the conductor track sections form contact areas for making contact with the cell terminals of the energy storage cells.
  • At least some of the cell terminals have terminal areas that are to be contacted laterally.
  • the contact areas are at least partially in the form of lateral pressure contacts which, when making contact, exert a lateral force on the terminal areas to be contacted laterally.
  • the electrical energy store can be a high-voltage energy store, for example, which is used as a rechargeable traction battery or as a traction accumulator for an electrically driven motor vehicle.
  • the electrical energy store has at least one cell assembly, which includes a plurality of energy storage cells.
  • the energy storage cells can be designed, for example, as prismatic energy storage cells or pouch cells.
  • the energy storage cells are preferably in the form of round cells.
  • the energy storage cells have the cell terminals or cell poles, which are arranged on the cell housing of the energy storage cells.
  • the cell housing has in particular a cell housing cover, a cell housing side wall and a cell housing floor. In the case of round cells, the cell housing cover and the cell housing base are circular and the cell housing side wall is hollow-cylindrical. It can be provided that a first cell terminal, for example a positive pole, is arranged on the cell housing cover of the cell housing of the energy storage cells and a second cell terminal, for example a negative pole, is arranged on the cell
  • the electrical energy storage device has the cell contacting system for electrically connecting the energy storage cells according to a predetermined wiring pattern.
  • the cell contacting system has the conductor tracks, which are arranged according to a predetermined conductor pattern or conductor track layout.
  • the conductor tracks have conductor track sections which form the contact areas for making contact with the cell terminals.
  • the contact areas are arranged in recesses of the carrier of the cell contacting system, in which the Energy storage cells are arranged.
  • the contact areas are designed for lateral contacting of the energy storage cells, in that the contact areas are pressed laterally onto the terminal areas of the cell terminals. The connection between the contact areas and the terminal areas is thus made by frictional locking.
  • the terminal areas are in particular oriented in such a way that they extend at least partially along a vertical axis of the energy storage cells.
  • Contacting the energy storage cells at the side has the advantage that an upper side of the cell assembly is not occupied by the cell contacting system and can therefore be arranged on a cooling device for cooling the energy storage cells.
  • the electrical connection between the cell terminals and the contact areas has a low contact resistance due to the contact force provided by the pressure contact.
  • the electrical energy storage device particularly preferably has a storage housing with a housing upper part and a housing lower part, with the housing upper part and the housing lower part being double-walled to form a cooling channel each, and with the housing upper part on the cell housing covers of the cell housing and the housing lower part on the cell housing floors for cooling the energy storage cells the cell housing are arranged.
  • the energy storage cells are thus cooled on both sides in that the upper housing part is thermally coupled to the top of the cell assembly and the lower housing part is thermally coupled to the underside of the cell assembly and waste heat from the energy storage cells can be transported away via the coolant flowing through.
  • Insides of the housing parts can be coated with an insulating layer, so that the housing parts can be arranged in contact with the cell housing of the energy storage cells.
  • the conductor tracks are formed by a stamping comb, which is joined to an insulating material forming the carrier.
  • the conductor track pattern or conductor track layout is created according to the predetermined, desired interconnection of the energy storage cells, so that the contact areas can be electrically connected to individual cell terminals of the energy storage cells and to one another via conductor track sections in the form of connection areas.
  • the cell contacting system can be manufactured in several, alternating structuring and original form process steps.
  • a conductor material for example in the form of sheet metal, is provided.
  • recesses in particular by punching, are cut out of this conductor material in order to To form a punching comb or leadframe.
  • the recesses are selected in such a way that the remaining conductor material areas are mechanically but also electrically connected, so that the conductor material is still present in one piece. These remaining conductor material areas form the first part of the conductor track pattern.
  • the structured conductor material is now integrated into the carrier.
  • the structured conductor material is connected to the insulation material in a second step by joining through archetypes.
  • the insulating material is a stabilizing, electrically insulating material, such as a plastic.
  • the solid support with a geometrically defined shape is produced from the shapeless insulation material.
  • the insulation material is, for example, plasticized, formed and cured.
  • the structured conductor material is embedded in the insulation material and is thus mechanically connected to the insulation material.
  • Such a connection technique in the form of joining by reshaping can be, for example, encapsulation and/or encapsulation of the structured conductor material with the insulating material.
  • the recesses in the structured conductor material are covered with the insulating material at least in regions.
  • the remaining conductor material areas can be mechanically connected to one another by the insulating material.
  • the insulating material can be attached to the structured conductor material on both sides.
  • surface profiles or height profiles for the carrier can be formed during the primary shaping of the insulation material.
  • the surface profiles can be different on the bottom and the top of the conductor material.
  • This surface profile includes, for example, access openings, via which the energy storage cells can be contacted when arranging the cell contacting system on the cell assembly with those conductor track sections that form the contact areas.
  • the access openings are used for further structuring of the conductor material in a third step.
  • the surface profile can also include receptacles for the energy storage cells.
  • this third step further openings are cut out of the conductor material via the access openings.
  • those areas that could not be separated out in the first step are cut out for designing or completing the conductor track pattern, since otherwise a multi-piece conductor track layout consisting of individual parts would have existed, but which would form an undesirable electrical connection between conductor material areas.
  • the circuit pattern can be completed. But it could also be that, yes further second and third steps can be carried out depending on the complexity of the conductor track pattern.
  • the cell housings each have at least one notch in which the associated contact area is arranged and which form the terminal area of the respective cell terminal to be contacted on the side.
  • These indentations or grooves can extend, for example, over the entire circumference or only part of the circumference of the cell housing.
  • a notch can extend in the circumferential direction over the hollow-cylindrical side wall and form the terminal area of the second cell terminal.
  • the contact areas can be arranged in the indentations in order to establish the connection between the terminal areas and the contact areas in addition to the force fit via form fit.
  • the contact areas can have a fold designed as an envelope, which is formed by folding an edge area of the conductor track sections, with the fold being pressed laterally onto the respective terminal area.
  • This fold designed as an envelope or doubling, forms a spring-type pressure contact.
  • the folds can be formed by bending the structured metal sheet or conductor material.
  • the cell housing covers each have an upwardly projecting bulge, with a side surface of the bulge forming the terminal area of the first cell terminal to be contacted laterally.
  • the cell housing is thus extended upwards along the vertical vertical axis by the bulge, so that the first cell terminal is easily accessible for lateral contacting.
  • the bulge can, for example, be in the form of a truncated cone or a cylinder.
  • the side faces of the bulges have threads and the carrier has counter-threads corresponding to the threads for fixing the energy storage cells to the carrier.
  • the energy storage cells can thus be attached to the carrier by screwing the cell housing into the mounts of the carrier.
  • the terminal area of the first cell terminal that is to be contacted at the side faces upwards as at least one area that is connected to the cell housing cover protruding first press-in pin
  • the terminal area of the second cell terminal to be contacted at the side is in the form of at least one second press-in pin connected to the cell housing side wall and protruding upwards
  • the associated contact areas are in the form of contact holes in the conductor tracks, into which the press-in pins are pressed.
  • the invention also includes a motor vehicle with at least one electrical energy store according to the invention.
  • the motor vehicle is in particular an electrified motor vehicle and has the electrical energy store as a traction battery.
  • the frame of the electrical energy store is connected to a body of the motor vehicle, forming a support structure.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical energy store
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a first embodiment of an electrical energy store
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a second embodiment of an electrical energy store
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a third embodiment of an electrical energy store in a first plane
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of the third embodiment of the electrical energy store in a second plane.
  • the electrical energy store EES can be used, for example, as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle and can be designed as a high-voltage energy store.
  • the lower housing part 2a and the upper housing part 2b can be double-walled and each contain a cooling channel 3 for a flowing cooling fluid.
  • the cooling channels 3 can be connected to an external cooling circuit via connections.
  • a cell assembly 4 made up of a large number of energy storage cells 5 is arranged in the storage housing 1 between the lower housing part 2a and the upper housing part 2b.
  • the electrical energy store EES also has a cell contacting system 6 for contacting the energy storage cells 5 .
  • the energy storage cells 5 have a cell housing 7 with a cell housing base 7a, a cell housing side wall 7b and a cell housing cover 7c.
  • the energy storage cells 5 are in the form of round cells here, so that the cell housing 7 is in the form of a cylinder.
  • the energy storage cells 5 have cell terminals 8a, 8b.
  • a first cell terminal 8a is formed here on the cell housing cover 7c and a second cell terminal 8b is formed here on the cell housing side wall 7b.
  • the cell housing side wall 7b here overlaps the cell housing cover 7c in some areas, but is electrically insulated from the cell housing cover 7c by an insulating layer 9 .
  • the cell contacting system 6 has a carrier 10 which carries conductor tracks 11 for interconnecting the energy storage cells 5 .
  • the carrier 10 forms a frame for holding the energy storage cells.
  • receptacles for the energy storage cells 5 can be provided in the frame, which can be designed as cylindrical cavities in the case of round cells.
  • the cell housing 7 can be fixed or glued to the frame and upper housing part 2b and have degassing openings 12. According to FIG. 2, the degassing openings 12 are formed in the cell housing covers 7c. According to FIG. 3, the degassing openings 12 are formed in the cell housing bottoms 7a.
  • the associated housing part 2a, 2b has the degassing openings 12 associated openings or bursting elements 13.
  • the conductor tracks 11 have conductor track sections which form contact areas 14a, 14b for the cell terminals 8a, 8b. These contact areas 14a, 14b extend at least partially laterally and thus lie in an x-y plane.
  • the cell terminals 8a, 8b have at least partially laterally contactable terminal areas 15 which extend in the vertical direction (along the z-direction).
  • the contact areas 14a, 14b form pressure contacts which contact the lateral terminal areas 15 by exerting a laterally directed force.
  • the second contact area 14b and the second cell terminal 8b are flat, so that the second contact area 14b exerts a vertically directed force on the second cell terminal 8b.
  • the second contact region 14b and the second cell terminal 8b can be connected metallurgically, for example.
  • the cell housing cover 7c also has a bulge 16 protruding upwards, with the terminal area 15 of the first cell terminal 8a being formed by a side face 17 of the bulge 16 .
  • the cell housing 7 can also have indentations 18 which form the terminal areas 15 to be contacted laterally and in which the contact areas 14a, 14b are arranged.
  • the cell housing side wall 7b has the notch 18, and according to FIG.
  • the contact areas 14a, 14b have a fold 19 designed as an envelope, which forms the spring contact-like pressure contact.
  • the side surface 17 of the bulge 16 can also have a thread 20 for fixing the energy storage cells 5 to the carrier 10 .
  • the housing parts 2a, 2b By making lateral contact with the cell terminals 8a, 8b, the housing parts 2a, 2b can be arranged on the cell housings 7 on both sides. Since both the housing parts 2a, 2b and the cell housing 7 can be made of metal, the housing parts 2a, 2b have an insulating layer 21 on an inside. The energy storage cells 5 can thus be cooled on both sides by means of the cooling channels 3 of the housing parts 2a, 2b.
  • the terminal areas 15 of the first cell terminal 8a to be contacted at the side are the first Press-in pins 22a are formed, which extend in the vertical direction z.
  • the terminal areas 15 of the second cell terminal 8b to be contacted laterally are designed as second press-in pins 22b, which extend in the vertical direction z.
  • the contact areas 14a, 14b are designed as contact holes 23a, 23b into which the press-in pins 22 are pressed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (EES) aufweisend: - eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (5) mit jeweils einem Zellgehäuse (7) und jeweils zwei Zellterminals (8a, 8b), - ein Zellkontaktiersystem (6) zum Verschalten der Energiespeicherzellen (5), welches einen Träger (10) und mit dem Träger verbundene Leiterbahnen (11) mit Leiterbahnabschnitten, welche Kontaktbereiche (14a, 14b) zum Kontaktieren mit den Zellterminals (8a, 8b) der Energiespeicherzellen (5) ausbilden, aufweist, wobei die Zellterminals (8a, 8b) zumindest teilweise seitlich zu kontaktierende Terminalbereiche (15) aufweisen, und die Kontaktbereiche (14a. 14b) zumindest teilweise als laterale Druckkontakte ausgebildet sind, welche beim Kontaktieren eine laterale Kraft auf die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche (15) ausüben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.

Description

Elektrischer Energiespeicher mit lateralem Zellkontaktiersystem sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher aufweisend eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen mit jeweils einem Zellgehäuse und jeweils zwei Zellterminals. Außerdem umfasst der elektrische Energiespeicher ein Zellkontaktiersystem zum Verschalten der Energiespeicherzellen, welches einen Träger und mit dem Träger verbundene Leiterbahnen mit Leiterbahnabschnitten aufweist. Die Leiterbahnabschnitte bilden Kontaktbereiche zum Kontaktieren mit den Zellterminals der Energiespeicherzellen aus. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Energiespeicher, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche elektrischen Energiespeicher weisen üblicherweise einen Zellverbund aus mehreren Energiespeicherzellen sowie ein Zellkontaktiersystem zum Verschalten der Energiespeicherzellen auf. Das Zellkontaktiersystem ist üblicherweise an einer Seite des Zellverbunds, beispielsweise an einer Oberseite des Zellverbunds angeordnet, an welcher sich Zellterminals der Energiespeicherzellen befinden. Das Zellkontaktiersystem umfasst in der Regel Zellverbinder, welche in Form von Blechteilen einzeln in einen elektrisch isolierenden Träger eingelegt werden. Diese Blechteile werden über Bonddrähte mit Zellterminals der Energiespeicherzellen kontaktiert. Nachteilig an einem solchen Zellkontaktiersystem ist der hohe Fertigungsaufwand für die Herstellung der Bondverbindungen zwischen den Zellverbinden und den Zellterminals.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Lösung bereitzustellen, wie Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichers kontaktiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßer elektrischer Energiespeicher weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen mit jeweils einem Zellgehäuse und jeweils zwei Zellterminals auf. Außerdem weist der elektrische Energiespeicher ein Zellkontaktiersystem zum Verschalten der Energiespeicherzellen auf, welches einen Träger und mit dem Träger verbundene Leiterbahnen mit Leiterbahnabschnitten aufweist. Die Leiterbahnabschnitte bilden Kontaktbereiche zum Kontaktieren mit den Zellterminals der Energiespeicherzellen aus. Die Zellterminals weisen zumindest teilweise seitlich zu kontaktierende Terminalbereiche auf. Die Kontaktbereiche sind zumindest teilweise als laterale Druckkontakte ausgebildet, welche beim Kontaktieren eine laterale Kraft auf die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche ausüben.
Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise ein Hochvoltenergiespeicher sein, welcher als wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. als Traktionsakkumulator für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet wird. Der elektrische Energiespeicher weist zumindest einen Zellverbund auf, welcher mehrere Energiespeicherzellen umfasst. Die Energiespeicherzellen können beispielsweise als prismatische Energiespeicherzellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Energiespeicherzellen als Rundzellen ausgebildet. Die Energiespeicherzellen weisen die Zellterminals bzw. Zellpole auf, welche an dem Zellgehäuse der Energiespeicherzellen angeordnet sind. Das Zellgehäuse weist insbesondere einen Zellgehäusedeckel, eine Zellgehäuseseitenwand und einen Zellgehäuseboden auf. Im Falle der Rundzellen sind der Zellgehäusedeckel und der Zellgehäuseboden kreisförmig und die Zellgehäuseseitenwand hohlzylinderförmig ausgebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erstes Zellterminal, beispielsweise ein Pluspol, an dem Zellgehäusedeckel des Zellgehäuses der Energiespeicherzellen angeordnet ist und ein zweites Zellterminal, beispielsweise ein Minuspol, an der Zellgehäuseseitenwand des Zellgehäuses angeordnet ist.
Außerdem weist der elektrische Energiespeicher das Zellkontaktiersystem zum elektrischen Verbinden der Energiespeicherzellen nach einem vorbestimmten Verschaltungsmuster auf. Das Zellkontaktiersystem weist die Leiterbahnen auf, welche nach einem vorbestimmten Leiterbahnbild bzw. Leiterbahnlayout angeordnet sind. Die Leiterbahnen weisen Leiterbahnabschnitte auf, welche die Kontaktbereiche zum Kontaktieren mit den Zellterminals ausbilden. Die Kontaktbereiche sind dabei in Aussparungen des Trägers des Zellkontaktiersystems angeordnet, in welchen auch die Energiespeicherzellen angeordnet sind. Die Kontaktbereiche sind dabei zum seitlichen Kontaktieren der Energiespeicherzellen ausgebildet, indem die Kontaktbereiche lateral an die Terminalbereiche der Zellterminals angepresst sind. Die Verbindung zwischen den Kontaktbereichen und den Terminalbereichen wird somit durch Kraftschluss hergestellt. Die Terminalbereiche sind dabei insbesondere derart orientiert, dass sie sich zumindest teilweise entlang einer vertikalen Achse der Energiespeicherzellen erstrecken.
Das seitliche Kontaktieren der Energiespeicherzellen weist den Vorteil auf, dass eine Oberseite des Zellverbunds nicht durch das Zellkontaktiersystem belegt ist und somit an einer Kühleinrichtung zum Kühlen der Energiespeicherzellen angeordnet werden kann. Außerdem weist die elektrische Verbindung zwischen den Zellterminals und den Kontaktbereichen aufgrund der durch den Druckkontakt bereitgestellten Kontaktkraft einen geringen Kontaktwiderstand auf.
Besonders bevorzugt weist der elektrische Energiespeicher ein Speichergehäuse mit einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil auf, wobei das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil doppelwandig zur Ausbildung jeweils eines Kühlkanals ausgebildet sind, und wobei zum Kühlen der Energiespeicherzellen das Gehäuseoberteil an den Zellgehäusedeckeln der Zellgehäuse und das Gehäuseunterteil an den Zellgehäuseböden der Zellgehäuse angeordnet sind. Die Energiespeicherzellen werden somit beidseitig gekühlt, indem das Gehäuseoberteil thermisch mit der Oberseite des Zellverbunds und das Gehäuseunterteil thermisch mit der Unterseite des Zellverbunds gekoppelt werden und eine Abwärme der Energiespeicherzellen über das durchströmende Kühlmittel abtransportieren können. Innenseiten der Gehäuseteile können mit einer Isolationsschicht beschichtet sein, sodass die Gehäuseteile anliegend an dem Zellgehäuse der Energiespeicherzellen angeordnet werden können.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterbahnen durch einen Stanzkamm ausgebildet, welcher mit einem den Träger ausbildenden Isolationsmaterial gefügt ist. Das Leiterbahnbild bzw. Leiterbahnlayout wird entsprechend der vorbestimmten, gewünschten Verschaltung der Energiespeicherzellen erstellt, sodass die Kontaktbereiche selektiv mit einzelnen Zellterminals der Energiespeicherzellen und über Leiterbahnabschnitte in Form von Verbindungsbereichen untereinander elektrisch verbunden werden können. Das Zellkontaktiersystem kann dabei in mehreren, abwechselnden Strukturier- und Urform prozessschritten gefertigt werden. Zunächst wird ein Leitermaterial, beispielsweise in Form von einem Blech, bereitgestellt. Aus diesem Leitermaterial werden in einem ersten Schritt Aussparungen, insbesondere durch Stanzen, herausgetrennt, um den Stanzkamm bzw. Leadframe auszubilden. Die Aussparungen werden dabei so gewählt, dass verbleibende Leitermaterialbereiche mechanisch, jedoch auch elektrisch verbunden sind, sodass das Leitermaterial nach wie vor einstückig vorliegt. Diese verbleibenden Leitermaterialbereiche bilden den ersten Teil des Leiterbahnbildes aus.
Das strukturierte Leitermaterial wird nun in den Träger integriert. Dazu wird das strukturierte Leitermaterial in einem zweiten Schritt mittels Fügen durch Urformen mit dem Isolationsmaterial verbunden. Das Isolationsmaterial ist ein stabilisierendes, elektrisch isolierendes Material, beispielsweise ein Kunststoff. Beim Urformen wird aus dem formlosen Isolationsmaterial der feste Träger mit einer geometrisch definierten Form hergestellt. Dazu wird das Isolationsmaterial beispielsweise plastifiziert, geformt und ausgehärtet. Während des Urformens wird das strukturierte Leitermaterial dabei in das Isolationsmaterial eingebettet und so mit dem Isolationsmaterial mechanisch verbunden. Eine solche Verbindungstechnik in Form von Fügen durch Umformen kann beispielsweise Umspritzen und/oder Vergießen des strukturierten Leitermaterials mit dem Isolationsmaterial sein. Beim Urformen werden dabei insbesondere die Aussparungen des strukturierten Leitermaterials zumindest bereichsweise mit dem Isolationsmaterial bedeckt. Durch das Isolationsmaterial können die verbleibenden Leitermaterialbereiche mechanisch miteinander verbunden werden. Das Isolationsmaterial kann dabei beidseitig auf dem strukturierten Leitermaterial angebracht werden. Außerdem können Oberflächenprofile bzw. Höhenprofile für den Träger beim Urformen des Isolationsmaterials gebildet werden. Die Oberflächenprofile können dabei an der Unterseite und der Oberseite des Leitermaterials unterschiedlich sein. Dieses Oberflächenprofil umfasst beispielsweise Zugangsöffnungen, über welche die Energiespeicherzellen beim Anordnen des Zellkontaktiersystems am Zellverbund mit denjenigen Leiterbahnabschnitten kontaktiert werden können, welche die Kontaktbereiche ausbilden. Außerdem dienen die Zugangsöffnungen zum weiteren Strukturieren des Leitermaterials in einem dritten Schritt. Das Oberflächenprofil kann außerdem Aufnahmen für die Energiespeicherzellen umfassen.
In diesem dritten Schritt werden weitere Aussparungen über die Zugangsöffnungen aus dem Leitermaterial herausgetrennt. Insbesondere werden diejenigen Bereiche zum Ausgestalten bzw. Fertigstellen des Leiterbahnbilds herausgetrennt, welche im ersten Schritt nicht herausgetrennt werden konnten, da sonst ein mehrstückiges, aus Einzelteilen bestehendes Leiterbahnlayout Vorgelegen hätte, welche jedoch eine unerwünschte elektrische Verbindung zwischen Leitermaterialbereichen ausbilden würden. Nach dem dritten Schritt kann das Leiterbahnbild vollendet sein. Es kann aber auch sein, dass, ja nach Komplexität des Leiterbahnbildes weitere zweite und dritte Schritte durchgeführt werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Zellgehäuse jeweils zumindest eine Einkerbung aufweisen, in welcher der zugehörige Kontaktbereich angeordnet ist und welche den seitlich zu kontaktierenden Terminalbereich des jeweiligen Zellterminals ausbilden. Diese Einkerbungen bzw. Nuten können sich beispielsweise über einen gesamten Umfang oder nur einen Teil des Umfangs der Zellgehäuse erstrecken. Beispielsweise kann sich eine Einkerbung in Umfangsrichtung über die hohlzylinderförmige Seitenwand erstrecken und den Terminalbereich des zweiten Zellterminals auszubilden. Die Kontaktbereiche können in den Einkerbungen angeordnet werden, um die Verbindung zwischen den Terminalbereichen und den Kontaktbereichen zusätzlich zum Kraftschluss über Formschluss herzustellen.
Beispielsweise können die Kontaktbereiche einen als Umschlag ausgebildeten Falz aufweisen, welcher durch Abkanten eines Randbereiches der Leiterbahnabschnitte ausgebildet ist, wobei der Falz lateral an den jeweiligen Terminalbereich angepresst ist. Dieser als Umschlag bzw. Doppelung ausgebildete Falz bildet einen federkontaktartigen Druckkontakt aus. Beispielsweise können die Falze durch Abkanten des strukturierten Bleches bzw. Leitermaterials ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Zellgehäusedeckel jeweils eine nach oben ragende Ausbuchtung auf, wobei eine Seitenfläche der Ausbuchtung den seitlich zu kontaktierenden Terminalbereich des ersten Zellterminals ausbildet. Das Zellgehäuse ist somit durch die Ausbuchtung nach oben hin entlang der vertikalen Hochachse verlängert, sodass das erste Zellterminal für die seitliche Kontaktierung gut zugänglich ist. Die Ausbuchtung kann beispielsweise kegel stumpfförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Seitenflächen der Ausbuchtungen Gewinde aufweisen und der Träger zu den Gewinden korrespondierende Gegengewinde zum Fixieren der Energiespeicherzellen an dem Träger aufweist. Die Energiespeicherzellen können somit an dem Träger befestigt werden, indem die Zellgehäuse in die Aufnahmen des Trägers hineingeschraubt werden.
In einer Ausführungsform ist der seitlich zu kontaktierende Terminalbereich des ersten Zellterminals als zumindest ein mit dem Zellgehäusedeckel verbundener, nach oben ragender erster Einpresspin ausgebildet, der seitlich zu kontaktierende Terminalbereich des zweiten Zellterminals ist als zumindest ein mit der Zellgehäuseseitenwand verbundener, nach oben ragender zweiter Einpresspin ausgebildet ist und die zugehörigen Kontaktbereiche sind als Kontaktlöcher in den Leiterbahnen ausgebildet, in welche die Einpresspins eingepresst sind. Eine solche Kontaktierung mittels Einpresspins und Kontaktlöcher weist hohe Kontaktkräfte auf, wodurch ein Kontaktwiderstand verringert wird und eine Leitfähigkeit erhöht wird.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug und weist den elektrischen Energiespeicher als Traktionsbatterie auf. Insbesondere ist der Rahmen des elektrischen Energiespeichers unter Ausbildung einer Tragstruktur mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers; Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers in einer ersten Ebene; und
Fig.5 eine schematische Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform des elektrischen Energiespeichers in einer zweiten Ebene.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen elektrischen Energiespeicher EES, welcher ein Speichergehäuse 1 mit einem ersten Gehäuseteil 2a in Form von einem Gehäuseunterteil und einem zweiten Gehäuseteil 2b in Form von einem Gehäuseoberteil aufweist. Der elektrische Energiespeicher EES kann beispielsweise als Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet werden und als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet sein. Das Gehäuseunterteil 2a und das Gehäuseoberteil 2b können doppelwandig ausgebildet sein und jeweils einen Kühlkanal 3 für ein strömendes Kühlfluid enthalten. Die Kühlkanäle 3 können über Anschlüsse mit einem äußeren Kühlkreislauf verbunden werden kann. In dem Speichergehäuse 1 zwischen dem Gehäuseunterteil 2a und dem Gehäuseoberteil 2b ist ein Zellverbund 4 aus einer Vielzahl von Energiespeicherzellen 5 angeordnet. Der elektrische Energiespeicher EES weist außerdem ein Zellkontaktiersystem 6 zum Kontaktieren der Energiespeicherzellen 5 auf.
Die Energiespeicherzellen 5 weisen, wie in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt, ein Zellgehäuse 7 mit einem Zellgehäuseboden 7a, einer Zellgehäuseseitenwand 7b sowie einem Zellgehäusedeckel 7c auf. Die Energiespeicherzellen 5 sind hier als Rundzellen ausgebildet, sodass die Zellgehäuse 7 zylindrisch ausgebildet sind. Die Energiespeicherzellen 5 weisen Zellterminals 8a, 8b auf. Ein erstes Zellterminal 8a ist hier an dem Zellgehäusedeckel 7c ausgebildet und ein zweites Zellterminal 8b ist hier an der Zellgehäuseseitenwand 7b ausgebildet. Die Zellgehäuseseitenwand 7b ist hier bereichsweise überlappend mit dem Zellgehäusedeckel 7c angeordnet, jedoch über eine Isolationsschicht 9 elektrisch von dem Zellgehäusedeckel 7c isoliert.
Das Zellkontaktiersystem 6 weist einen Träger 10 auf, welcher Leiterbahnen 11 zum Verschalten der Energiespeicherzellen 5 trägt. Außerdem bildet der Träger 10 einen Rahmen zum Halten der Energiespeicherzellen aus. Dazu können in dem Rahmen Aufnahmen für die Energiespeicherzellen 5 vorgesehen sein, welche im Falle von Rundzellen als zylinderförmige Hohlräume ausgebildet sein können. Die Zellgehäuse 7 können mit dem Rahmen und Gehäuseoberteil 2b fixiert bzw. verklebt sein und Entgasungsöffnungen 12 aufweisen. Gemäß Fig. 2 sind die Entgasungsöffnungen 12 in den Zellgehäusedeckeln 7c ausgebildet. Gemäß Fig. 3 sind die Entgasungsöffnungen 12 in den Zellgehäuseböden 7a ausgebildet. Das zugehörige Gehäuseteil 2a, 2b weist den Entgasungsöffnungen 12 zugeordnete Öffnungen bzw. Berstelemente 13 auf.
Die Leiterbahnen 11 weisen Leiterbahnabschnitte auf, welche Kontaktbereiche 14a, 14b für die Zellterminals 8a, 8b ausbilden. Diese Kontaktbereiche 14a, 14b erstrecken sich zumindest teilweise lateral und liegen damit in einer x-y-Ebene. Die Zellterminals 8a, 8b weisen zumindest teilweise seitlich zu kontaktierende Terminalbereiche 15 auf, welche sich in vertikaler Richtung (entlang der z-Richtung) erstrecken. Die Kontaktbereiche 14a, 14b bilden Druckkontakte aus, welche die seitlichen Terminalbereiche 15 durch ausüben einer lateral gerichteten Kraft kontaktieren. Nur gemäß Fig. 3 sind der zweite Kontaktbereich 14b und das zweite Zellterminal 8b eben ausgebildet, sodass der zweite Kontaktbereich 14b eine vertikal gerichtete Kraft auf das zweite Zellterminal 8b ausübt. Hier können der zweite Kontaktbereich 14b und das zweite Zellterminal 8b beispielsweise metallurgisch verbunden werden.
Gemäß Fig. 2 und Fig. 3 weist der Zellgehäusedeckel 7c außerdem eine nach oben ragende Ausbuchtung 16 auf, wobei der Terminalbereich 15 des ersten Zellterminals 8a durch eine Seitenfläche 17 der Ausbuchtung 16 ausgebildet ist. Das Zellgehäuse 7 kann außerdem Einkerbungen 18 aufweisen, welche die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche 15 ausbilden und in welchen die Kontaktbereiche 14a, 14b angeordnet sind. Gemäß Fig. 2 weist die Zellgehäuseseitenwand 7b die Einkerbung 18 auf und gemäß Fig. 3 weist die Ausbuchtung 16 die Einkerbung 18 auf. Die Kontaktbereiche 14a, 14b weisen einen als Umschlag ausgebildeten Falz 19 auf, welcher den federkontaktartigen Druckkontakt ausbildet. Die Seitenfläche 17 der Ausbuchtung 16 kann außerdem ein Gewinde 20 zum Fixieren der Energiespeicherzellen 5 an dem Träger 10 aufweisen. Durch das seitliche Kontaktieren der Zellterminals 8a, 8b können die Gehäuseteile 2a, 2b beidseitig an den Zellgehäusen 7 angeordnet werden. Da sowohl die Gehäuseteile 2a, 2b als auch die Zellgehäuse 7 metallisch ausgebildet sein können, weisen die Gehäuseteile 2a, 2b an einer Innenseite eine Isolationsschicht 21 auf. Mittels der Kühlkanäle 3 der Gehäuseteile 2a, 2b können die Energiespeicherzellen 5 somit beidseitig gekühlt werden.
In der Ausführungsform des elektrischen Energiespeichers EES gemäß Fig. 4 sind die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche 15 des ersten Zellterminals 8a als erste Einpresspins 22a ausgebildet, welche sind in Hochrichtung z erstrecken. Die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche 15 des zweiten Zellterminals 8b sind als zweite Einpresspins 22b ausgebildet, welche sind in Hochrichtung z erstrecken. Die Kontaktbereiche 14a, 14b sind als Kontaktlöcher 23a, 23b ausgebildet, in welche die Einpresspins 22 eingepresst sind. Dabei sind, wie in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 5, welche einen Schnitt entlang der Schnittlinie A zeigt, mehrere erste Einpresspins 22a mit dem Zellgehäusedeckel 7c und mehrere zweite Einpresspins 22b mit der Zellgehäuseseitenwand 7b verbunden und die zugehörigen Kontaktbereiche 14a, 14b weisen mehrere Kontaktlöcher 23a, 23b auf.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Energiespeicher (EES) aufweisend:
- eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (5) mit jeweils einem Zellgehäuse (7) und jeweils zwei Zellterminals (8a, 8b),
- ein Zellkontaktiersystem (6) zum Verschalten der Energiespeicherzellen (5), welches einen Träger (10) und mit dem Träger verbundene Leiterbahnen (11) mit Leiterbahnabschnitten, welche Kontaktbereiche (14a, 14b) zum Kontaktieren mit den Zellterminals (8a, 8b) der Energiespeicherzellen (5) ausbilden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellterminals (8a, 8b) zumindest teilweise seitlich zu kontaktierende Terminalbereiche (15) aufweisen, und die Kontaktbereiche (14a. 14b) zumindest teilweise als laterale Druckkontakte ausgebildet sind, welche beim Kontaktieren eine laterale Kraft auf die seitlich zu kontaktierenden Terminalbereiche (15) ausüben.
2. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellen (5) als Rundzellen ausgebildet sind.
3. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (11) durch einen Stanzkamm ausgebildet sind, welcher mit einem den Träger (10) ausbildenden Isolationsmaterial gefügt ist.
4. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Zellterminal (8a) an einem Zellgehäusedeckel (7c) des Zellgehäuses (7) der Energiespeicherzellen (5) angeordnet ist und ein zweites Zellterminal (8b) an einer Zellgehäuseseitenwand (7b) des Zellgehäuses (7) angeordnet ist.
5. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellgehäuse (7) jeweils zumindest eine Einkerbung (18) aufweisen, in welcher der zugehörige Kontaktbereich (14a, 14b) der Leiterbahnen (11) angeordnet ist und welche den seitlich zu kontaktierenden Terminalbereich (15) des jeweiligen Zellterminals (8a, 8b) ausbilden.
6. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellgehäusedeckel (7c) jeweils eine nach oben ragende Ausbuchtung (16) aufweisen, wobei eine Seitenfläche (17) der Ausbuchtung (16) den seitlich zu kontaktierenden Terminalbereich (15) des ersten Zellterminals (8a) ausbildet.
7. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (17) der Ausbuchtungen (18) Gewinde (20) aufweisen und der Träger (10) zu den Gewinden (20) korrespondierende Gegengewinde zum Fixieren der Energiespeicherzellen (5) an dem Träger (10) aufweist.
8. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (14a, 14b) einen als Umschlag ausgebildeten Falz (19) aufweisen, welcher durch Abkanten eines Randbereiches der Leiterbahnabschnitte ausgebildet ist, wobei der Falz (19) lateral an den seitlich zu kontaktierenden Terminalbereich (15) des jeweiligen Zellterminals (8a, 8b) angepresst ist.
9. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der seitlich zu kontaktierende Terminalbereich (15) des ersten Zellterminals (8a) als zumindest ein mit dem Zellgehäusedeckel (7c) verbundener, nach oben ragender erster Einpresspin (22a) ausgebildet ist, der seitlich zu kontaktierende Terminalbereich (15) des zweiten Zellterminals (8b) als zumindest ein mit der Zellgehäuseseitenwand (7b) verbundener, nach oben ragender zweiter Einpresspin (22b) ausgebildet ist und die zugehörigen Kontaktbereiche (14a, 14b) als Kontaktlöcher (23a, 23b) in den Leiterbahnen (11) ausgebildet sind, in welche die Einpresspins (22a, 22b) eingepresst sind.
10. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (EES) ein Speichergehäuse (1) mit einem Gehäuseoberteil (2b) und einem Gehäuseunterteil (2a) aufweist, wobei das Gehäuseoberteil (2b) und das Gehäuseunterteil (2a) doppelwandig zur Ausbildung jeweils eines Kühlkanals (3) ausgebildet sind, und wobei zum Kühlen der Energiespeicherzellen (5) das Gehäuseoberteil (2b) an Zellgehäusedeckeln (7c) der Zellgehäuse (7) und das Gehäuseunterteil (2a) an Zellgehäuseböden (7a) der Zellgehäuse (7) angeordnet sind.
11. Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher (EES) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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