WO2009080148A2 - Zellverbinder, verfahren zum verbinden zweier pole von zellen von batterien und batterie mit zellverbinder - Google Patents

Zellverbinder, verfahren zum verbinden zweier pole von zellen von batterien und batterie mit zellverbinder Download PDF

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WO2009080148A2
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compensating element
poles
cell
opening
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Jens Meintschel
Dirk Schroeter
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Daimler Ag
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    • 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
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • 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
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    • 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

  • Cell connector method for connecting two poles of cells of batteries and battery with cell connector
  • the invention relates to a cell connector for connecting two poles of cells of at least one battery, in particular a battery hybrid-powered motor vehicles and a method for connecting two poles of cells of a battery by means of a cell connector, in particular for a battery hybrid-powered motor vehicles.
  • the invention also relates to a method for connecting two poles of cells of batteries by means of a cell connector having two openings, in particular for batteries of hybrid-powered motor vehicles and a battery with cell connectors.
  • Batteries are formed by cells whose poles are electrically connected together. For manufacturing reasons, both cells and their poles have different heights or lengths, so that usually the surfaces of poles to be connected do not lie in one plane.
  • batteries of hybrid-powered motor vehicles are formed for improved heat dissipation so that the bottoms of individual cells are each placed on a cooling plate and aligned therewith.
  • cell connectors are known for connecting poles of multiple cells, which are designed as simple cell connector boards with rigid busbars.
  • the disadvantage here is that such cell connectors, in particular for batteries in which the position of the individual poles of the cells to be connected have production-related tolerances, are not suitable, since these cell connectors do not allow a tolerance compensation.
  • cell connectors are known in the art, which are formed as flexible circuit boards, wherein the cell connectors consist of stacked packets of thin copper foils. Such cell connectors allow compensation at least of height tolerances to be connected poles.
  • the known in the prior art method for connecting two poles of cells of batteries by means of said known cell connector holes are made to compensate for positional tolerances before tightening cell connector screws with oversize.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a cell connector of the type mentioned above, a method for connecting two poles of cells of batteries and a battery that allow safe connection of poles in a simple manner and allow a tolerance compensation concerning the position of the poles ,
  • the cell connector concerning the object is achieved by the features specified in claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the method for connecting two poles of cells of batteries relating to the object is achieved by the features specified in claim 9.
  • the object is achieved according to the invention by the features specified in claims 10 and 11.
  • the cell connector according to the invention for connecting two poles of cells of batteries is preferably designed in the form of a sheet. It has two openings, wherein in each case a compensation element between the cell connector and the pole is arranged in the region of each opening.
  • the compensating element and the cell connector as well as compensating element and the corresponding pole are in each case materially connectable.
  • a tolerance compensation allows the situation of the pole in a simple manner; not only to compensate for tolerances in the altitude, hereinafter referred to as compensation in the x-direction, but also as compensation in the other two Spatial coordinates, ie in the plane whose normal is the x-direction, hereinafter referred to as compensation in the y-direction and z-direction.
  • the cell connector according to the invention is particularly suitable for batteries of hybrid-powered motor vehicles, since in such batteries, in which the bottoms of individual cells are each placed on a cooling plate and aligned on this, the poles are arranged tolerances due to manufacturing and therefore always a tolerance compensation is required.
  • the cell connector according to the invention makes it possible in a simple manner to produce a cohesive connection between the compensating element and the cell connector and between the compensating element and the corresponding pole.
  • the cohesive connection can be produced by producing welds. It is particularly advantageous in addition to the possibility of a durable, tolerance compensating contact by welding that contact corrosion can be avoided.
  • the use of the cell connector according to the invention allows a significant cost reduction compared to the use of conventional flexible cell connectors.
  • both each compensating element with the corresponding cell connector and each compensating element with the corresponding pole are each materially connected.
  • the cohesive connection is produced by producing welds.
  • the compensation element is at least partially inserted into an opening. This allows a tolerance compensation in the x-, y- and z-direction in a particularly simple manner.
  • a cohesive connection between the compensating element and the cell connector and between the compensating element and the corresponding pole can be produced in a particularly simple manner.
  • a further embodiment of the invention provides that the compensation element is at least partially in the form of a sleeve, wherein the sleeve is inserted or inserted into the opening.
  • the outer dimensions of the sleeve are smaller than the dimensions of the corresponding opening; through a game between sleeve and opening tolerances in the y and z directions can be compensated.
  • the height of the sleeve is greater than the thickness of the cell connector, so that tolerances in the x direction can be compensated.
  • a further embodiment of the invention provides that the compensation element has a ring whose outer dimension is greater than the dimension of the opening.
  • the ring on the cell connector in the edge region of the opening for tolerance compensation in the y- and z-direction is displaceable and can be connected in a simple manner, preferably by welding, with the cell connector cohesively.
  • the compensation element is particularly easy to use and without regard to rotations about the x-direction.
  • a first alternative embodiment of this embodiment provides that the ring of the compensating element is arranged on or on the cell-facing surface of the cell connector, wherein the sleeve is inserted into the opening. It is advantageous that during assembly two compensation elements are first placed on the associated cell connector.
  • a second alternative embodiment of this embodiment provides that the ring of the compensating element is arranged on or on the cell-facing surface of the cell connector, wherein the sleeve is inserted into the opening. It is advantageous that during assembly of the cell connector is first placed on two corresponding compensation elements.
  • the inventive method for connecting two poles of cells of batteries provides to use a preferably sheet-shaped cell connector having two openings.
  • a compensation element which is at least partially in the form of a sleeve, inserted into an opening.
  • a clearance between the sleeve and the opening for tolerance compensation in the y- and z-direction is used.
  • Each compensating element is materially connected, in particular by welding, both to the cell connector and to the corresponding pole.
  • the integral connection takes place after insertion of the compensation elements in the openings of the cell connector.
  • the method according to the invention is hybrid-driven, in particular for the production of batteries Motor vehicles are suitable because in the production of such batteries, in which the bottoms of individual cells are each placed on a cooling plate and aligned on this, the position of the poles is tolerated due to manufacturing and therefore always a tolerance compensation is required.
  • the inventive method comprises in a simple manner the production of a material connection between the compensation element and the cell connector and between the compensation element and the corresponding pole.
  • the cohesive connection is produced by producing welds.
  • a battery according to the invention, it comprises at least one cell connector according to the invention.
  • the batteries according to the invention can be produced in a simple manner.
  • floors of individual cells can each be placed on a cooling plate and aligned on this, so that optimal heat dissipation of the cells is ensured
  • the poles of cells of the battery, the layers are production-related tolerance-related, in a simple manner and tolerance balancing each other get connected. Therefore, the batteries according to the invention are inexpensive to produce and particularly suitable for use in hybrid-powered motor vehicles.
  • FIG. 1 is an isometric view of a first embodiment of a cell connector according to the invention
  • FIG. 5 is an exploded isometric view of a second embodiment of a cell connector according to the invention.
  • Fig. 8 is an isometric view of a third embodiment of a cell connector according to the invention in an exploded view
  • Fig. 9 is an associated isometric view
  • Fig. 1 shows two cells 1 for a battery, not shown here.
  • Each cell 1 has two poles 2, wherein a pole 2 of a cell 1 is electrically connected to a pole 2 of the adjacent cell 1 by means of a cell connector 3.
  • the cell connector 3 is made of electrically conductive material, is elongated plate-shaped and has at both ends in each case an opening 3.1, which is formed as a bore.
  • a compensation element 4 is arranged, which is sleeve-shaped.
  • Each compensating element 4 is welded both to the corresponding pole 2 and to the cell connector 3 in the region of the corresponding opening 3.1 and thus connected in a material-locking manner.
  • Fig. 2 the elements shown in Fig. 1 are shown in exploded view.
  • the sleeves 4 have a diameter which is only slightly smaller than the diameter of the corresponding opening 3.1, so that the sleeve-shaped compensating elements 4 are almost accurately inserted into the openings 3.1.
  • the height of the sleeve-shaped compensating elements 4 is greater than the thickness of the cell connector 3, so that height differences between the surfaces of the pole 2 to be connected can be compensated by the fact that the compensating element 4, which is intended for the pole 2 with the underlying surface deeper used in the corresponding opening 3.1 as the second compensating element 4.
  • the described compensation of height tolerances between the poles 2 to be connected is represented by the arrow, which represents the tolerance compensation in the x-direction.
  • Production-related deviations of the position of the poles 2 in the two other main directions extending perpendicularly to the x-direction, namely y-direction and z-direction, can be effected by compensating elements 4 inserted in the openings 3.1 in the y-direction and in the z-direction 2 can be placed on the respective pole 2.
  • the outer diameter of the Compensating elements 4 slightly smaller than the diameter of the corresponding pole 2.
  • the sectional view shown in Fig. 3 illustrates in particular the mentioned for the description of Figure 1 cohesive connection.
  • the cell connector 3 is integrally connected by welds 5 with the two sleeve-shaped compensating elements 4; the two compensating elements 4 are also connected by welds 5 with the respective corresponding pole 2 cohesively.
  • the sleeve-shaped compensation elements 4 each have a bottom, which is connected by welds 5 to the pole 2. It is also possible to form the sleeve-shaped compensating elements 4 without bottom, so that welds between the compensating element 4 and the corresponding pole 2 in the immediate inner throat region between the wall of the compensating element 4 and the surface of the pole 2 can be set.
  • FIGS. 4 shows a plurality of individual cells 1 to be electrically connected, wherein six cells 1 are already connected to one another electrically by means of cell connector 3 and compensating element 4 according to the description of FIGS.
  • Fig. 5 and Fig. 6 show a second embodiment of the invention;
  • the compensation element 4 in addition to the sleeve-shaped region a ring 4.1.
  • the outer diameter of the ring 4.1 is larger than the diameter of the corresponding opening 3.1.
  • the outer diameter of the sleeve-shaped part of the compensating element 4 is smaller than the diameter of the corresponding opening 3.1, that results between the sleeve-shaped part of the compensating element 4 and the corresponding opening 3.1 a game that can be used to compensate for tolerances in the y- and z-direction ,
  • the inner diameter of the compensating element 4 is slightly larger than the diameter of the corresponding pole 2.
  • the compensating element 4 with the ring on the side facing the cell on the pole plugged so that a tolerance compensation in the x direction can be done by the two compensation elements the poles 2 to be connected are each set independently of the position of the respective pole 2 in each case at the same altitude.
  • 7 shows in particular the cohesive connection of the second embodiment of the cell connector according to the invention according to FIGS. 5 and 6.
  • the cohesive connection between the poles 2 to be connected is ensured by welds between each pole 2 and the respectively corresponding compensation element 4 and by welds between the cell connector 3 and the compensating elements 4.
  • the welds 5 between compensating element 4 and pole 2 are made in the throat area of the inner surfaces of the wall of the sleeve-shaped part of the compensating element 4 on the one hand and the surface of the corresponding pole 2.
  • the said fillet welds can be produced in a particularly simple manner.
  • the cell connector 3 is connected by welds 5 with the compensating element 4, in the overlapping region between the cell connector 3 and collar 4.1 of the compensating element 4th
  • Figs. 8 and 9 show a second embodiment of the invention;
  • the compensation element 4 in addition to the sleeve-shaped region a ring 4.1.
  • the outer diameter of the ring 4.1 is larger than the diameter of the corresponding opening 3.1.
  • the outer diameter of the sleeve-shaped part of the compensating element 4 is smaller than the diameter of the corresponding opening 3.1, that results between the sleeve-shaped part of the compensating element 4 and the corresponding opening 3.1 a game that is used to compensate for tolerances in the y- and z-direction.
  • the inner diameter of the compensating element 4 is slightly larger than the diameter of the corresponding pole 2.
  • the compensating element 4 with the ring on the side facing away from the cell on the pole plugged so that a tolerance compensation in the x direction can be done by the two compensation elements the poles 2 to be connected are each set independently of the position of the respective pole 2 in each case at the same altitude.
  • Fig. 10 shows in particular the cohesive connection of the second embodiment of the cell connector according to the invention according to the figures 8 and 9.
  • the cohesive connection between the poles 2 to be connected is ensured by welds between each pole 2 and the respective corresponding compensation element 4 and by welds between the cell connector 3 and the compensating elements 4.
  • the welds 5 between compensating element 4 and pole 2 are made in the throat area of the inner surfaces of the wall of the sleeve-shaped part of the compensating element 4 on the one hand and the surface of the corresponding pole 2.
  • the mentioned fillet welds can be produced in a particularly simple manner.
  • the cell connector 3 is connected by welds 5 with the compensating element 4, in the overlapping region between the cell connector 3 and collar 4.1 of the compensating element 4th

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zellverbinder (3) zum Verbinden zweier Pole (2) von Zellen (1) von Batterien, insbesondere für Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge, der zwei Öffnungen (3.1) aufweist, wobei im Bereich jeder Öffnung (3.1 ) jeweils ein Ausgleichselement (4) zwischen Zellverbinder (3) und Pol (2) angeordnet ist, wobei Ausgleichselement (4) und Zellverbinder (3) sowie Ausgleichselement (4) und Pol (2) jeweils stoffschlüssig verbindbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Verbinden zweier Pole (2) von Zellen (1 ) von Batterien mittels eines Zellverbinders (3), der zwei Öffnungen (3.1 ) aufweist, insbesondere für Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge, wobei jeweils ein Ausgleichselement (4), das zumindest teilweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, in eine Öffnung (3.1 ) eingesetzt wird und wobei jedes Ausgleichselement (4) sowohl mit dem Zellverbinder (3) als auch mit dem korrespondierenden Pol (2) stoffschlüssig verbunden wird.

Description

Zellverbinder, Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien und Batterie mit Zellverbinder
Die Erfindung betrifft einen Zellverbinder zum Verbinden zweier Pole von Zellen mindestens einer Batterie, insbesondere einer Batterie hybridgetriebener Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen einer Batterie mittels eines Zellverbinders, insbesondere für eine Batterie hybridgetriebener Kraftfahrzeuge. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien mittels eines Zellverbinders, der zwei Öffnungen aufweist, insbesondere für Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge und eine Batterie mit Zellverbindern.
Batterien, insbesondere zur Verwendung für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, werden durch Zellen gebildet, deren Pole elektrisch miteinander verbunden werden. Fertigungsbedingt weisen sowohl Zellen als auch deren Pole unterschiedliche Höhen oder Längen auf, so dass üblicherweise die Oberflächen von zu verbindenden Polen nicht in einer Ebene liegen. Insbesondere Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge werden zur verbesserten Wärmeabfuhr so gebildet, dass die Böden einzelner Zellen jeweils auf einer Kühlplatte aufgestellt und auf dieser ausgerichtet werden. Zudem ist auch die Lage von Polen bei vergossenem Zellverbund fertigungsbedingt toieranzbehaftet.
Im Stand der Technik sind zum Verbinden von Polen mehrerer Zellen Zellverbinder bekannt, die als einfache Zellverbinderplatinen mit starren Stromschienen ausgebildet sind. Nachteilig ist dabei, dass derartige Zellverbinder insbesondere für Batterien, bei denen die Lage von zu verbindenden Polen einzelner Zellen fertigungsbedingte Toleranzen aufweisen, nicht geeignet sind, da diese Zellverbinder einen Toleranzausgleich nicht ermöglichen. Außerdem sind im Stand der Technik Zellverbinder bekannt, die als flexible Platinen ausgebildet sind, wobei die Zellverbinder aus gestapelten Paketen von dünnen Kupferfolien bestehen. Derartige Zellverbinder erlauben einen Ausgleich zumindest von Höhentoleranzen zu verbindender Pole. Bei dem im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien mittels des genannten, bekannten Zellverbinders werden zum Ausgleich von Lagetoleranzen vor dem Anziehen von Zellverbinderschrauben Bohrungen mit Übermaß vorgenommen.
Nachteilig sind bei den genannten Zellverbindern und bei den bekannten Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien der zum Einbau von Zellverbindern erforderliche hohe Aufwand und die sich daraus ergebenden hohen Kosten. Außerdem ist nachteilig, dass eine aus Sicherheitsgründen wünschenswerte stoffschlüssige Verbindung zwischen zu verbindenden Polen nicht auf einfache Weise möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zellverbinder der eingangs genannten Art, ein Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien sowie eine Batterie anzugeben, die ein sicheres Verbinden von Polen auf einfache Weise erlauben und die einen Toleranzausgleich die Lage der Pole betreffend erlauben.
Den Zellverbinder betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale. Die Batterie betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die in den Ansprüchen 10 und 11 angegebenen Merkmale.
Der erfindungsgemäße Zellverbinder zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien ist vorzugsweise in Form eines Bleches ausgebildet. Er weist zwei Öffnungen auf, wobei im Bereich jeder Öffnung jeweils ein Ausgleichselement zwischen Zellverbinder und Pol angeordnet ist. Das Ausgleichselement und der Zellverbinder sowie Ausgleichselement und der korrespondierende Pol sind jeweils stoffschlüssig verbindbar. Durch die Anordnung eines Ausgleichselementes in einer Öffnung des Zellverbinders wird auf einfache Weise ein Toleranzausgleich die Lage des Pols betreffend ermöglicht; und zwar nicht nur als Ausgleich von Toleranzen in der Höhenlage, im Folgenden als Ausgleich in x-Richtung bezeichnet, sondern auch als Ausgleich in den beiden weiteren Raumkoordinaten, also in der Ebene, deren Normale die x-Richtung ist, im Folgenden als Ausgleich in y-Richtung und z-Richtung bezeichnet.
Der erfindungsgemäße Zellverbinder ist insbesondere für Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge geeignet, da bei derartigen Batterien, bei denen die Böden einzelner Zellen jeweils auf einer Kühlplatte aufgestellt und auf dieser ausgerichtet werden, die Pole fertigungsbedingt toleranzbehaftet angeordnet sind und daher stets ein Toleranzausgleich erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Zellverbinder ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Ausgleichselement und dem Zellverbinder sowie zwischen dem Ausgleichselement und dem korrespondierenden Pol. Vorzugsweise kann die stoffschlüssige Verbindung durch Herstellen von Schweißnähten hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist neben der Möglichkeit, eine dauerhaltbare, Toleranz ausgleichende Kontaktierung durch Verschweißen, dass Kontaktkorrosion vermieden werden kann. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Zellverbinders ermöglicht gegenüber der Verwendung herkömmlicher flexibler Zellverbinder eine deutliche Kostenreduzierung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellverbinders ist sowohl jedes Ausgleichselement mit dem korrespondierenden Zellverbinder als auch jedes Ausgleichselement mit dem korrespondierenden Pol jeweils stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist die stoffschlüssige Verbindung durch Herstellen von Schweißnähten hergestellt. Dadurch ist auf einfache Weise ein dauerhaft sicherer elektrischer Kontakt zwischen verbundenen Polen sicher gestellt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Ausgleichselement zumindest teilweise in eine Öffnung einschiebbar. Dadurch gelingt ein Toleranzausgleich in x-, y- und z-Richtung auf besonders einfache Weise. Zudem ist bei dieser Ausgestaltung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ausgleichselement und dem Zellverbinder sowie zwischen dem Ausgleichselement und dem korrespondierenden Pol auf besonders einfache Weise herstellbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ausgleichselement zumindest teilweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse in die Öffnung einschiebbar oder eingeschoben ist. Dazu sind die Außenabmessungen der Hülse kleiner als die Abmessungen der korrespondierenden Öffnung; durch ein Spiel zwischen Hülse und Öffnung können Toleranzen in y- und z-Richtung ausgeglichen werden. Vorzugsweise ist dabei die Höhe der Hülse größer als die Dicke des Zellverbinders, so dass Toleranzen in x-Richtung ausgeglichen werden können.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ausgleichselement einen Kranz aufweist, dessen Außenabmessung größer ist als die Abmessung der Öffnung. Dadurch ist der Kranz auf dem Zellverbinder im Randbereich der Öffnung zum Toleranzausgleich in y- und z-Richtung verschiebbar und kann auf einfache Weise, vorzugsweise durch Schweißen, mit dem Zellverbinder stoffschlüssig verbunden werden. Vorzugsweise sind nicht nur die Hülse, sondern auch Kranz und Öffnung kreisförmig ausgebildet; dadurch ist das Ausgleichselement besonders einfach und ohne Rücksicht auf Verdrehungen um die x-Richtung einsetzbar.
Eine erste alternative Ausgestaltung dieser Ausführungsform sieht vor, dass der Kranz des Ausgleichselements auf oder an der zellabgewandten Oberfläche des Zellverbinders angeordnet ist, wobei die Hülse in die Öffnung eingeschoben ist. Vorteilhaft ist dabei, dass bei der Montage zwei Ausgleichselemente zunächst auf den zugehörigen Zellverbinder auflegbar sind.
Eine zweite alternative Ausgestaltung dieser Ausführungsform sieht vor, dass der Kranz des Ausgleichselements auf oder an der zeilzugewandten Oberfläche des Zellverbinders angeordnet ist, wobei die Hülse in die Öffnung eingeschoben ist. Vorteilhaft ist dabei, dass bei der Montage der Zellverbinder zunächst auf zwei korrespondierende Ausgleichselemente auflegbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden zweier Pole von Zellen von Batterien sieht vor, einen vorzugsweise blechförmigen Zellverbinder zu verwenden, der zwei Öffnungen aufweist. Dabei wird jeweils ein Ausgleichselement, das zumindest teilweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, in eine Öffnung eingesetzt. Vorzugsweise wird ein Spiel zwischen Hülse und Öffnung zum Toleranzausgleich in y- und z-Richtung genutzt. Jedes Ausgleichselement wird sowohl mit dem Zellverbinder als auch mit dem korrespondierenden Pol stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißen verbunden. Vorzugsweise erfolgt das stoffschlüssige Verbinden nach dem Einsetzen der Ausgleichselemente in die Öffnungen des Zellverbinders. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Batterien hybridgetriebener Kraftfahrzeuge geeignet, da bei der Herstellung derartiger Batterien, bei denen die Böden einzelner Zellen jeweils auf einer Kühlplatte aufgestellt und auf dieser ausgerichtet werden, die Lage der Pole fertigungsbedingt toleranzbehaftet angeordnet ist und daher stets ein Toleranzausgleich erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst auf einfache Weise die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Ausgleichselement und dem Zellverbinder sowie zwischen dem Ausgleichselement und dem korrespondierenden Pol. Vorzugsweise wird die stoffschlüssige Verbindung durch Herstellen von Schweißnähten hergestellt.
Gemäß einer ersten Alternative für eine erfindungsgemäße Batterie umfasst diese wenigstens einen erfindungsgemäßen Zellverbinder.
Gemäß einer zweiten Alternative für eine erfindungsgemäße Batterie wurde diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Vorteilhaft ist, dass die erfindungsgemäßen Batterien auf einfache Weise herstellbar sind. Insbesondere können einerseits Böden einzelner Zellen jeweils auf einer Kühlplatte aufgestellt und auf dieser ausgerichtet werden, so dass eine optimale Wärmeableitung der Zellen sicher gestellt ist, andererseits sind die Pole von Zellen der Batterie, deren Lagen fertigungsbedingt toleranzbehaftet sind, auf einfache Weise und Toleranz ausgleichend miteinander verbunden werden. Daher sind die erfindungsgemäßen Batterien kostengünstig herstellbar und besonders geeignet zum Einsatz in hybridgetriebenen Kraftfahrzeugen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellverbinders,
Fig. 2 eine zugehörige Explosionsdarstellung,
Fig. 3 eine zugehörige Schnittdarstellung,
Fig. 4 eine zugehörige weitere isometrische Ansicht,
Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellverbinders als Explosionsdarstellung, Fig. 6 eine zugehörige isometrische Ansicht, Fig. 7 eine zugehörige Schnittdarstellung,
Fig. 8 eine isometrische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellverbinders als Explosionsdarstellung, Fig. 9 eine zugehörige isometrische Ansicht und
Fig. 10 eine zugehörige Schnittdarstellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt zwei Zellen 1 für eine hier nicht dargestellte Batterie. Jede Zelle 1 weist zwei Pole 2 auf, wobei ein Pol 2 einer Zelle 1 mit einem Pol 2 der benachbarten Zelle 1 mittels eines Zellverbinders 3 elektrisch verbunden ist. Der Zellverbinder 3 besteht aus elektrisch leitendem Material, ist langgestreckt blechförmig ausgebildet und weist an beiden Enden jeweils eine Öffnung 3.1 auf, die als Bohrung ausgebildet ist. In jeder Öffnung 3.1 ist ein Ausgleichselement 4 angeordnet, das hülsenförmig ausgebildet ist. Jedes Ausgleichselement 4 ist sowohl mit dem korrespondierenden Pol 2 als auch mit dem Zellverbinder 3 im Bereich der korrespondierenden Öffnung 3.1 verschweißt und damit stoffschlüssig verbunden.
In Fig. 2 sind die in Fig. 1 dargestellten Elemente in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Hülsen 4 weisen einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der korrespondierenden Öffnung 3.1 , so dass die hülsenförmigen Ausgleichselemente 4 in die Öffnungen 3.1 nahezu passgenau einsetzbar sind. Die Höhe der hülsenförmigen Ausgleichselemente 4 ist größer als die Dicke des Zellverbinders 3, so dass Höhendifferenzen zwischen den Oberflächen der zu verbindenden Pole 2 dadurch ausgeglichen werden können, dass das Ausgleichselement 4, das für den Pol 2 mit der tiefer liegenden Oberfläche bestimmt ist, tiefer in die korrespondierende Öffnung 3.1 eingesetzt wird als das zweite Ausgleichselement 4. Der beschriebene Ausgleich von Höhentoleranzen zwischen den zu verbindenden Polen 2 ist durch den vertikal dargestellten Pfeil dargestellt, der den Toleranzausgleich in x-Richtung repräsentiert. Fertigungsbedingte Abweichungen der Lage der Pole 2 in den beiden jeweils zur x- Richtung senkrecht verlaufenden weiteren Hauptrichtungen, nämlich y-Richtung und z- Richtung, kann dadurch erfolgen, dass in die Öffnungen 3.1 eingesteckte Ausgleichselemente 4 in y-Richtung und in z-Richtung auf dem jeweiligen Pol 2 beliebig aufsetzbar sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Außendurchmesser der Ausgleichselemente 4 geringfügig kleiner als die Durchmesser der korrespondierenden Pole 2.
Die in Fig. 3 gezeigte Schnittdarstellung verdeutlicht insbesondere die zur Beschreibung zu Figur 1 erwähnte stoffschlüssige Verbindung. Der Zellverbinder 3 ist durch Schweißnähte 5 mit den beiden hülsenförmigen Ausgleichselementen 4 stoffschlüssig verbunden; die beiden Ausgleichselemente 4 sind ebenfalls durch Schweißnähte 5 mit dem jeweils korrespondierenden Pol 2 stoffschlüssig verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die hülsenförmigen Ausgleichselemente 4 jeweils einen Boden auf, der durch Schweißnähte 5 mit dem Pol 2 verbunden ist. Es ist auch möglich, die hülsenförmigen Ausgleichselemente 4 ohne Boden auszubilden, so dass Schweißnähte zwischen dem Ausgleichselement 4 und dem korrespondierenden Pol 2 im unmittelbaren inneren Kehlbereich zwischen der Wandung des Ausgleichselements 4 und der Oberfläche des Pols 2 gesetzt werden können.
Fig. 4 zeigt eine Vielzahl von elektrisch zu verbindenden einzelnen Zellen 1 , wobei sechs Zellen 1 bereits elektrisch mittels Zellverbinder 3 und Ausgleichselement 4 gemäß der Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 miteinander verbunden sind.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung; bei der dargestellten Ausführungsform weist das Ausgleichselement 4 neben dem hülsenförmigen Bereich einen Kranz 4.1 auf. Der Außendurchmesser des Kranzes 4.1 ist größer als der Durchmesser der korrespondierenden Öffnung 3.1. Der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils des Ausgleichselements 4 ist derart kleiner als der Durchmesser der korrespondierenden Öffnung 3.1 , dass sich zwischen dem hülsenförmigen Teil des Ausgleichselements 4 und der korrespondierenden Öffnung 3.1 ein Spiel ergibt, das zum Toleranzausgleich in y- und z-Richtung genutzt werden kann. Der Innendurchmesser des Ausgleichselements 4 ist geringfügig größer als der Durchmesser des korrespondierenden Pols 2. Dadurch ist das Ausgleichselement 4 mit dem Kranz auf der zeilzugewandten Seite auf den Pol derart aufsteckbar, dass ein Toleranzausgleich in x- Richtung dadurch erfolgen kann, dass die beiden Ausgleichselemente 4 der zu verbindenden Pole 2 jeweils unabhängig von der Lage des jeweiligen Pols 2 in jeweils der gleichen Höhenlage gesetzt werden. Fig. 7 zeigt insbesondere die stoffschlüssige Verbindung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellverbinders gemäß der Figuren 5 und 6. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen den zu verbindenden Polen 2 ist gewährleistet durch Schweißnähte zwischen jedem Pol 2 und dem jeweils korrespondierenden Ausgleichselement 4 sowie durch Schweißnähte zwischen dem Zellverbinder 3 und den Ausgleichselementen 4. Die Schweißnähte 5 zwischen Ausgleichselement 4 und Pol 2 sind im Kehlbereich der Innenflächen der Wandung des hülsenförmigen Teils des Ausgleichselements 4 einerseits und der Oberfläche des korrespondierenden Pols 2 hergestellt. Die genannten Kehlnähte sind auf besonders einfache Weise herstellbar. Der Zellverbinder 3 ist durch Schweißnähte 5 mit dem Ausgleichselement 4 verbunden, und zwar im Überlappungsbereich zwischen Zellverbinder 3 und Kranz 4.1 des Ausgleichselements 4.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung; bei der dargestellten Ausführungsform weist das Ausgleichselement 4 neben dem hülsenförmigen Bereich einen Kranz 4.1 auf. Der Außendurchmesser des Kranzes 4.1 ist größer als der Durchmesser der korrespondierenden Öffnung 3.1. Der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils des Ausgleichselements 4 ist derart kleiner als der Durchmesser der korrespondierenden Öffnung 3.1 , dass sich zwischen dem hülsenförmigen Teil des Ausgleichselements 4 und der korrespondierenden Öffnung 3.1 ein Spiel ergibt, das zum Toleranzausgleich in y- und z-Richtung genutzt wird. Der Innendurchmesser des Ausgleichselements 4 ist geringfügig größer als der Durchmesser des korrespondierenden Pols 2. Dadurch ist das Ausgleichselement 4 mit dem Kranz auf der zellabgewandten Seite auf den Pol derart aufsteckbar, dass ein Toleranzausgleich in x- Richtung dadurch erfolgen kann, dass die beiden Ausgleichselemente 4 der zu verbindenden Pole 2 jeweils unabhängig von der Lage des jeweiligen Pols 2 in jeweils der gleichen Höhenlage gesetzt werden.
Fig. 10 zeigt insbesondere die stoffschlüssige Verbindung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellverbinders gemäß der Figuren 8 und 9. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen den zu verbindenden Polen 2 ist gewährleistet durch Schweißnähte zwischen jedem Pol 2 und dem jeweils korrespondierenden Ausgleichselement 4 sowie durch Schweißnähte zwischen dem Zellverbinder 3 und den Ausgleichselementen 4. Die Schweißnähte 5 zwischen Ausgleichselement 4 und Pol 2 sind im Kehlbereich der Innenflächen der Wandung des hülsenförmigen Teils des Ausgleichselements 4 einerseits und der Oberfläche des korrespondierenden Pols 2 hergestellt. Die genannten Kehlnähte sind auf besonders einfache Weise herstellbar. Der Zellverbinder 3 ist durch Schweißnähte 5 mit dem Ausgleichselement 4 verbunden, und zwar im Überlappungsbereich zwischen Zellverbinder 3 und Kranz 4.1 des Ausgleichselements 4.

Claims

Patentansprüche
1. Zellverbinder (3) zum Verbinden zweier Pole (2) von Zellen (1) einer Batterie, insbesondere einer Batterie für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch zwei Öffnungen (3.1), wobei im Bereich jeder Öffnung (3.1) jeweils ein Ausgleichselement (4) zwischen Zellverbinder (3) und Pol (2) angeordnet ist, wobei Ausgleichselement (4) und Zellverbinder (3) sowie Ausgleichselement (4) und Pol (2) jeweils stoffschlüssig verbindbar sind.
2. Zellverbinder (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgleichselement (4) stoffschlüssig mit dem korrespondierenden Zellverbinder (3) verbunden ist und dass jedes Ausgleichselement (4) stoffschlüssig mit dem korrespondierenden Pol (2) verbunden ist.
3. Zellverbinder (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) zumindest teilweise in eine Öffnung (3.1) einschiebbar ist.
4. Zellverbinder (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) zumindest teilweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, wobei die Hülse in die Öffnung (3.1) einschiebbar oder eingeschoben ist.
5. Zellverbinder (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) einen Kranz (4.1) aufweist, dessen Außenabmessung größer ist als die Abmessung der Öffnung (3.1).
6. Zellverbinder (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
Kranz (4.1) und Öffnung (3.1) kreisförmig ausgebildet sind.
7. Zellverbinder (3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (4.1) des Ausgleichselements (4) auf oder an der zellabgewandten Oberfläche des Zellverbinders (3) angeordnet ist, wobei die Hülse in die Öffnung (3.1) eingeschoben ist.
8. Zellverbinder (3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (4.1) des Ausgleichselements (4) auf oder an der zeilzugewandten Oberfläche des Zellverbinders (3) angeordnet ist, wobei die Hülse in die Öffnung (3.1) eingeschoben ist.
9. Verfahren zum Verbinden zweier Pole (2) von Zellen (1) einer Batterie mittels eines Zellverbinders (3), der zwei Öffnungen (3.1) aufweist, insbesondere für eine Batterie hybridgetriebener Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Ausgleichselement (4), das zumindest teilweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, in eine Öffnung (3.1) eingesetzt wird und dass jedes Ausgleichselement (4) sowohl mit dem Zellverbinder (3) als auch mit dem korrespondierenden Pol (2) stoffschlüssig verbunden wird.
10. Batterie, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem Zellverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9.
11. Batterie, insbesondere für hybridgetriebene Kraftfahrzeuge, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9, insbesondere mit einem Zellverbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
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