WO2012007428A1 - Zellverbinder - Google Patents

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WO2012007428A1
WO2012007428A1 PCT/EP2011/061768 EP2011061768W WO2012007428A1 WO 2012007428 A1 WO2012007428 A1 WO 2012007428A1 EP 2011061768 W EP2011061768 W EP 2011061768W WO 2012007428 A1 WO2012007428 A1 WO 2012007428A1
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cell
cell connector
electrochemical
base body
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PCT/EP2011/061768
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Armin Diez
Jan Groshert
Mark Laderer
Christoph Tamegger
Matthias Müller
Wolfgang Fritz
Michael Kohnle
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Bayerische Motoren Werke AG
ElringKlinger AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
ElringKlinger AG
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    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cell connector for electrically connecting a first cell terminal of a first electrochemical cell and a second cell terminal of a second electrochemical cell of an electrochemical device.
  • Such electrochemical devices can be designed, in particular, as electric accumulators, for example as lithium-ion accumulators.
  • the voltage difference between the two cell terminals (poles) of a single battery cell is about 3.6V.
  • many such accumulator cells for example, about 100 must be electrically connected in series.
  • the accumulator cells or generally electrochemical cells can be combined into modules, each of which contains a plurality of such electrochemical cells, wherein the installation direction of juxtaposed cells alternates, so that positive and negative cell terminals are adjacent to each other.
  • the present invention has for its object to provide a simple and reliable determination of the temperature in the range of at least one of the cell connector electrically interconnected cell terminals by means of a cell connector of the type mentioned.
  • a cell connector having the features of the preamble of claim 1 in that the cell connector comprises a base body and a temperature sensor fixed to the base body.
  • the temperature sensor By fixing the temperature sensor or temperature sensor to the main body of the cell connector, the temperature sensor is very close to the location whose temperature is relevant, namely very close to the
  • the temperature sensor is preferably arranged adjacent to a cell terminal, which forms a negative pole of the relevant electrochemical cell. By placing the temperature sensor at the relevant point, the temperature of interest can be determined with a small tolerance window.
  • the difference between the temperature measured by the temperature sensor and the actually interesting temperature of the electrochemical cell is very low.
  • temperature changes due to the short distance between the temperature sensor and the adjacent cell terminal of the electrochemical cell can be detected even after very short response times.
  • the base body comprises a temperature sensor receptacle, in which the temperature sensor is at least partially, preferably substantially completely recorded.
  • the temperature sensor Due to the temperature sensor receptacle, the temperature sensor is secured by positive engagement, at least in one or more directions, against movement relative to the main body of the cell connector.
  • the temperature sensor receptacle surrounds the temperature sensor over at least half, preferably over at least approximately 75%, of the circumference of the temperature sensor.
  • the temperature sensor receptacle extends with respect to a central longitudinal axis of the temperature sensor over a circumferential angle of at least approximately 180 °, preferably approximately 270 °, around the temperature sensor. It is particularly favorable if the temperature sensor receptacle is formed essentially annularly closed.
  • the fixation of the temperature sensor by means of the temperature sensor recording can be done by forming a part of the body of the cell connector, so that this fixation is achieved by means of already required components and no additional parts are needed.
  • the temperature sensor receptacle comprises a, preferably substantially trough-shaped, pocket for receiving the temperature sensor and a tab for retaining the temperature sensor in the pocket.
  • the temperature sensor may then be inserted into the pocket while the tab is in an open position, and then the temperature sensor receptacle may be closed by moving the tab from the open position to a closed position.
  • the cell connector has a stop which limits the path of the tab in the closed position, when closing the temperature sensor recording, and thereby prevents damage to the temperature sensor.
  • the pocket and the tab are integrally formed with each other.
  • the pocket and the tab are formed integrally with a contact region of the cell connector to which the cell connector (preferably cohesively) with a
  • the contact region of the cell connector is formed in multiple layers, the pocket and the tab are preferably integrally connected to one of the layers of the contact region of the cell connector.
  • the pocket is integrally formed with a first layer of the base body and the tab is integrally formed with a second layer of the base body.
  • the base body except the first and the second layer may include any number of other layers.
  • the tab is connected to the pocket and / or to a part of the basic body of the cell connector, in particular to a contact area of the cell connector, through a web is.
  • This web is preferably narrower than the pocket and / or narrower than the tab formed, so that the web is easier to deform than the bag or the tab.
  • the web is delimited on at least one side by a recess which reduces the extension of the web.
  • the temperature sensor is fixed by gluing with an adhesive to the temperature sensor receptacle.
  • an adhesive preferably has a high thermal conductivity in order to allow a good heat transfer between the temperature sensor recording and the temperature sensor with low contact resistance.
  • Suitable thermally conductive adhesives are, for example, a two-component epoxy resin, an elastomer or a conductive plastic.
  • a pad (Päd) is arranged, which adheres to the temperature sensor and / or which clamps the temperature sensor in the temperature sensor recording.
  • Such a support may in particular be formed elastically and / or plastically deformable.
  • the temperature sensor is at least partially, preferably substantially completely, arranged in a temperature sensor housing, which is fixed to the main body of the cell connector.
  • the main body of the cell connector has a projection on which the temperature sensor housing is fixed.
  • the temperature sensor housing is firmly bonded to the main body of the cell connector.
  • the temperature sensor housing is fixed by welding, in particular by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding or friction stir welding, by soldering and / or by gluing to the base body.
  • the greatest extent of the temperature sensor housing is smaller than the largest extension of the main body of the cell connector in a transverse direction of the cell connector, which is perpendicular to a plane, which in the assembled state of the cell connector, the longitudinal axes of the two electrochemical cells contains. This ensures that the distance of the temperature sensor from the relevant point of the cell connector or of the electrochemical cells whose temperature is to be determined, is not too large and thus the response time of the temperature sensor is kept low.
  • the temperature sensor is preferably arranged on an end region of the main body of the cell connector or adjacent to an end region of the main body of the cell connector.
  • the temperature sensor is preferably located closer to the cell terminal of negative polarity than to the cell terminal of positive polarity.
  • the temperature sensor is preferably designed as a negative temperature coefficient (NTC) element, as a positive temperature coefficient (PTC) element, as another thermocouple or as a Peltier element.
  • NTC negative temperature coefficient
  • PTC positive temperature coefficient
  • the main body of the cell connector preferably comprises aluminum, copper, tin, zinc, iron, gold, silver and / or an alloy of one of the abovementioned metals ,
  • the main body or the relevant position of the base body may comprise a different metal, a different metallic alloy, an electrically conductive plastic material and / or an electrically conductive carbon material.
  • the cell connector according to the invention with temperature sensor is particularly suitable for use in an electrochemical device comprising at least a first electrochemical cell with a first cell terminal, a second electrochemical cell with a second cell terminal and a cell connector according to the invention electrically connecting the first cell terminal and the second cell terminal ,
  • Such an electrochemical device can in particular be designed as an electrical accumulator, for example as a lithium-ion accumulator.
  • such an electrochemical device comprises an evaluation circuit to which the temperature sensor of the cell connector is connected via at least one electrical connection line.
  • the electrochemical device according to the invention is designed as an accumulator, it is particularly suitable as a heavy-duty energy source, for example for the propulsion of motor vehicles.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a cell connector and in each case a part of the two electrochemical cells, which are connected to one another by means of the cell connector, wherein the cell connector comprises a base body and a temperature sensor fixed to the base body;
  • FIG. 2 is a schematic side view of the cell connector of FIG. 1 without the electrochemical cells interconnected by the cell connector;
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the cell connector of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. a perspective view of a contact region of the cell connector of FIGS. 1 to 3 with a temperature sensor receptacle arranged thereon, with the viewing direction pointing to a side of the temperature sensor receptacle facing away from the contact region;
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of the contact region from FIG. 4 with the temperature sensor receptacle arranged thereon, with the viewing direction pointing to the side of the temperature sensor receptacle facing the contact region;
  • a perspective view of a contact region of a second embodiment of a cell connector with a temperature sensor receptacle disposed thereon wherein the cell connector comprises a two-layer base body and the temperature sensor receptacle comprises a arranged on a first layer of the base body pocket and arranged on a second layer of the base flap, with the line of sight on a side facing away from the contact area of the temperature sensor receptacle; a perspective view of the contact area with the temperature sensor receptacle of FIG. 6, with the viewing direction on the side facing the contact area of the temperature sensor; a schematic plan view from above of the contact area with temperature sensor recording of FIGS. 6 and 7; a schematic side view of the contact area with temperature sensor recording of Figures 6 to 8. a perspective view of a contact region of a third embodiment of a cell connector with a temperature sensor disposed in a housing, wherein the housing is fixed to a projection of the main body of the cell connector;
  • FIG. 11 is a schematic plan view from above of the contact area with temperature sensor housing of FIG. 10; and FIG. 12 shows a schematic side view of the contact region with temperature sensor housing from FIGS. 10 and 11.
  • an electrochemical device 100 as a whole includes a plurality of electrochemical modules (not shown) each including a plurality of, for example, eight, electrochemical cells 102 each received in a receptacle of a receiving device (not shown) of the module.
  • Such a receiving device may in particular be designed as a heat sink, which is in thermally conductive contact with the electrochemical cells accommodated therein, in order to dissipate heat from the electrochemical cells 102 during the operation of the electrochemical device 100.
  • the electrochemical cells 102 are arranged and aligned in the surrounding receiving device such that the axial directions 104 of the electrochemical cells 102, which run parallel to the central longitudinal axes 106 of the electrochemical cells 102, are aligned substantially parallel to one another.
  • Each of the electrochemical cells 102 extends from a front cell terminal 108 in the respective axial direction 104 to a rear cell terminal (not shown), each cell terminal forming one positive pole or one negative pole of the electrochemical cell 102, respectively.
  • the central longitudinal axes 106 of the electrochemical cells 102 are at the same time central longitudinal axes of the cell terminals 108 of the respective electrochemical cells 102.
  • adjacent electrochemical cells 102 are each aligned such that the cell terminals of two adjacent cells 102a, 102b located on the same side of the module have mutually opposite polarity.
  • the front cell terminal 108a of the electrochemical cell 102a forms a negative pole of the electrochemical cell 102a concerned, while the front cell terminal 108b of the electrochemical cell 102b adjacent to the connecting direction 110 of the electrochemical cell 102a forms a positive pole forms electrochemical cell 102b.
  • the electrochemical device 100 can in particular be designed as an accumulator, in particular as a lithium-ion accumulator, for example of the type LiFeP0 4 .
  • the electrochemical cells 102 of the electrochemical modules can accordingly be designed as accumulator cells, in particular as lithium-ion accumulator cells, for example of the LiFePO 4 type.
  • Each electrochemical module further comprises a plurality of cell connectors 112, by means of which the cell terminals 108 of adjacent electrochemical cells 102 of different polarity are electrically connected to each other in order in this way to electrically connect all the electrochemical cells 102 of an electrochemical module in series.
  • each cell connector 112 connects a first cell terminal 108a of negative polarity to a second cell terminal 108b of positive polarity of an adjacent electrochemical cell 102.
  • the rear cell terminals of adjacent electrochemical cells of a module are interconnected by cell connectors (not shown).
  • Each of the cell connectors 112 which in each case electrically connect a first cell terminal 108a and a second cell terminal 108b, comprises a base body 114 having a first contact region 116 which, in the mounted state of the cell connector 112, has a (for example negative) first cell terminal 108a electrochemical cell 102, and a second contact region 118, which in the assembled state of the cell connector 112 is connected to a (for example, positive) second cell terminal 108b of another electrochemical cell 102b.
  • the main body 114 of the cell connector 112 is preferably made as a stamped and bent part.
  • the main body 114 of the cell connector 112 may in particular be formed from aluminum, copper, tin, zinc, iron, gold or silver or from an alloy of one or more of the abovementioned metals.
  • main body 114 of the cell connector 112 may be formed of another metal or another metallic alloy.
  • main body 114 of the cell connector 112 may also be formed from a conductive plastic material and / or from a conductive carbon material.
  • the first contact region 116 and the second contact region 118 of the cell connector 112 are preferably connected in a materially bonded manner to the respective associated cell terminal 108a or 108b.
  • Such a cohesive connection can be produced in particular by welding, in particular laser welding, or by soldering.
  • the cell terminals 108a and 108b are formed, to facilitate the production of a material connection with the cell connector 112 it may be provided that at the respective contact region 116, 118 of the cell connector 112 and / or at the respective cell terminal 108a and 108b one or more coatings, in particular of a metallic material, are arranged.
  • one or more intermediate elements between the respective contact region 116, 118 of the cell connector 112 on the one hand and the respective associated cell terminal 108a or 108b are arranged on the other hand.
  • the first contact region 116 of the cell connector 112 may have an, for example substantially circular, passage opening 120 and the second contact region 118 of the main body 114 may be provided with an, for example, likewise substantially circular, through-opening 122 (see FIG. 3).
  • connection direction 110 lies in a plane 123, which contains the longitudinal axes 106 of the electrochemical cells 102a and 102b.
  • the relative positions between the interconnected cell terminals 108a, 108b may vary along the axial direction 104 of the interconnected electrochemical cells 102.
  • the cell connector 112 comprises a resilient and / or plastically deformable compensation region 124 which is disposed between the first contact region 116 and the second contact region 118 of the cell connector 112 and connects the two contact areas 116 and 118 with each other.
  • the main body 114 of the cell connector 112 is provided with such a compensation area 124.
  • the deformable compensation region 124 has a wave structure, the wave structure comprising one or more, for example four, waves with a cell 102 parallel to the axial direction 104 of the cell 102 to be connected by the cell connector 112 and substantially perpendicular to the contact surfaces, with which the cell connector 112 in the assembled state at the first cell terminal 108a and the second cell terminal 108b is applied, amplitude encompassed.
  • These waves have a plurality, for example four, transversely, preferably substantially perpendicular, to the axial direction 104 of the electrochemical cells 102 and transversely, preferably substantially perpendicular, to a longitudinal direction 126 of the cell connector 112 and substantially parallel to a transverse direction 128 of the cell connector 112, which perpendicular to the longitudinal direction 126 of the cell connector 112 and perpendicular to the axial direction 104 of the electrochemical cells 102, extending wave peaks 130 and a plurality, between the wave crests 130 arranged and transversely, preferably substantially perpendicular, to the axial direction 104 of the electrochemical cells 102 and transversely, preferably in Substantially perpendicular, to the longitudinal direction 126 of the cell connector 112 and substantially parallel to the transverse direction 128 of the cell connector 112 extending troughs 132 on.
  • the wave crests 130 project upwards in a contact direction 134 of the cell connector 112 which is perpendicular to the contact surfaces of the cell connector 112 and which coincides with the axial direction 104 of the electrochemical cells 102 in the assembled state of the cell connector 112, whereas the wave troughs 132 are downwards in the contact direction 134 (to the cells to be connected 102 out) project.
  • the corrugated structure of the deformable compensation region 124 of the cell connector 112 ensures that the compensation region 124 is elastically and / or plastically deformable in a simple manner such that the second contact region 118 can be deformed relative to the first contact region 116 both in the Axialraum 104 of the electrochemical cells 102 and in the longitudinal direction 126 of the cell connector 112 can be moved to compensate for the differences described above in the relative positions of the cells to be connected by the cell binder 112 cell terminals 108a and 108b. As a result, the occurrence of excessive mechanical
  • the cell connector 112 In order to determine the respective operating temperature of the cell connector 112 (and thus the temperature of the interconnected by means of the cell connector 112 electrochemical cells 102) as accurately as possible, the cell connector 112 is further provided with a temperature sensor 136 which on the main body 114 of the cell connector 112 in heat-conducting Way is set.
  • the temperature sensor can be designed, for example, as an NTC element ("negative temperature coefficient", thermistor), PTC element ("positive temperature coefficient", PTC element), thermocouple, Peltier element or as another temperature measuring element.
  • NTC element negative temperature coefficient
  • PTC element positive temperature coefficient
  • thermocouple thermocouple
  • Peltier element thermocouple
  • the temperature sensor 136 is connected via one or more electrical connection lines 138 to an evaluation circuit 140 of the electrochemical device 100 shown purely schematically as a block in FIG.
  • a voltage can be applied to the temperature sensor 136 via the electrical connection lines 138 in order to measure a temperature-dependent electrical resistance of the temperature sensor 136.
  • a temperature-dependent generated by the temperature sensor 136 electrical voltage to the evaluation circuit 140 are transmitted.
  • the evaluation circuit 140 determines based on an electrical property of the temperature sensor 136, which varies depending on the temperature, the current temperature of the temperature sensor 136th
  • the temperature sensor 136 is received in a temperature sensing receptacle 142 which substantially surrounds the temperature sensor 136 in an annular manner and thus intimate contact with good heat transfer between the temperature sensing receptacle 142 and the temperature sensor 136 ensures and further prevents the temperature sensor 136 by positive engagement with the temperature sensing receptacle 142 against movement relative to the temperature sensing receptacle 142 and relative to the base body 114 of the cell connector 112 in a radial direction of the temperature sensor 136.
  • the temperature sensing receptacle 142 includes a pocket 144 for receiving the temperature probe 136 and a tab 146 for retaining the temperature probe 136 in the pocket 144.
  • the temperature sensor receptacle 142 comprises a stop 148, which is formed, for example, as a dome-shaped elevation 150, which protrudes from an edge region of the first contact region 116 upwards (that is, toward the side facing away from the electrochemical cells 102).
  • the tab 146 of the temperature sensing receptacle 142 rests against the top of the stop 148 so that the tab 146 can not be moved further down and the temperature sensor 136 is protected from damage by the tab 146 in this manner.
  • the stop 148 is preferably formed integrally with the main body 114 of the cell connector 112.
  • the stop 148 may be formed, for example, by a forming process of the material of the first contact region 116 of the base body 114, in particular by a stamping or deep-drawing process.
  • the tab 146 and the pocket 144 are integrally connected together in this embodiment via a web 152.
  • the web 152 is in the transverse direction 128 of the cell connector 112, which corresponds to the longitudinal direction 154 of the temperature sensor 136 in this embodiment, bounded on both sides by a respective recess 156, so that the extension of the web 152 in the transverse direction 128 of the cell connector 112 and in the longitudinal direction 154 of the temperature sensor 136 is less than the extension of the tab 146 and the expansion of the pocket 144 in the same direction.
  • the web 152 is more easily deformable than the tab 146 and the pocket 144th
  • the tab 146 is formed, for example, as a substantially rectangular plate.
  • the pocket 144 is substantially trough-shaped, with its cross-section taken in the longitudinal direction 126 of the cell connector 112 being substantially U-shaped.
  • the edge 152 of the pocket 144 opposite the web 152 merges along a bending line 157 into the first contact region 116 of the base body 114, so that the pocket 144 and thus also the tab 146 are connected in one piece to the main body 114.
  • the space remaining within the temperature sensor receptacle 142 outside the temperature sensor 136 is at least partially, preferably substantially completely, occupied by an adhesive layer 158 which at least partially surrounds the temperature sensor 136 along a circumference and with the pocket 144 and / or the tab 146 of the temperature sensor receptacle 142 materially connects.
  • the temperature sensor 136 can be pulled out of the temperature sensor receptacle 142 in its longitudinal direction 154.
  • a large heat transfer surface and a low heat transfer resistance between the temperature sensor receptacle 142 on the one hand and the temperature sensor 136 on the other hand is achieved by the adhesive layer 158.
  • the adhesive layer 158 is formed of a thermally conductive adhesive.
  • thermally conductive adhesive for example, a two-component epoxy resin, an elastomer, a conductive plastic or other adhesive and good thermal conductivity material may be used.
  • a suitable thermally conductive adhesive is in particular the medium-viscosity, two-component epoxy adhesive, referred to as Hysol ® 9497 by the firm of Henkel AG & Co. KGaA, Henkel 67,
  • the main body 114 of the cell connector 112 is cut out of a raw material, for example of a sheet-like starting material, including a preform for the pocket 144 and the tab 146, for example punched out or cut out (for example by means of a laser).
  • a raw material for example of a sheet-like starting material, including a preform for the pocket 144 and the tab 146, for example punched out or cut out (for example by means of a laser).
  • the stop 148 and the compensation area 124 are introduced by suitable forming processes, in particular embossing or deep drawing operations.
  • the trough-shaped pocket 144 is formed by a forming process, such as a stamping or deep drawing process, from the pocket preform.
  • the web 152 and the tab 146 are initially in extension of the free leg of the trough-shaped pocket 144 facing away from the first contact region 116, so that the temperature sensor receptacle 142 is open at the top.
  • the tab 146 is moved downward in alignment with the web 152 from an orientation parallel to the contact direction 134 of the cell connector 112 in an orientation perpendicular to the contact direction 134 to close the temperature sensing receptacle 142 upward until the underside of the tab 146 abuts against the stop 148 stops, thereby preventing a continuation of the movement of the tab 146 and the temperature sensor 136 is protected from damage.
  • a second embodiment of a cell connector 112 illustrated in FIGS. 6 to 9 for electrically connecting a first cell terminal 108a of a first electrochemical cell 102a and a second cell terminal 108b of a second electrochemical cell 102b differs from the one described above, in FIGS. 1-5 illustrated embodiment, characterized in that the base body 114 of the cell connector 112 in the second embodiment is not single-layered, but multi-layered, in particular two-ply formed.
  • the base body 114 comprises in particular a first layer 160 facing the cell terminals 108a and 108b facing each other in the assembled state of the cell connector 112 and a second one arranged on the side of the first layer 160 remote from the cell terminals 108a, 108b in the assembled state of the cell connector 112 Location 162.
  • the first layer 160 and the second layer 162 are, except in the region of the temperature sensor receptacle 142, which will be described in more detail below, formed substantially congruent to each other.
  • the first layer 160 and the second layer 162 are preferably laminated together to be handled as a unit.
  • the lamination of the first layer 160 and the second layer 162 can be produced, for example, by the fact that the first layer 160 and the second layer 162, in particular along their circumference, are welded together, in particular laser-welded.
  • a temperature sensor receptacle 142 is provided, in which the temperature sensor 136 is received.
  • the temperature sensing receptacle 142 comprises a pocket 144, which is preferably integrally connected to the first layer 160, and a tab 146, which is integrally connected via a web 164 with the second layer 162 of the main body 114.
  • the web 164 is bounded laterally in the transverse direction 128 of the cell connector 112 by two recesses 166, so that the extension of the web 164 in the transverse direction 128 of the cell connector 112 is smaller than the extension of the tab 146 in the same direction. This ensures that the web 164 is easier to deform than the tab 146, so that the temperature sensor receptacle 142 during assembly of the cell connector 112 particularly easily by deforming the web 164th
  • the tab 146 is in the mounted state of the cell connector 112 with its underside on a free, extending in the contact direction 134 of the cell connector 112 leg 170 of the pocket 144, so that in this embodiment, this free leg 170 of the pocket 144th serves as a stop 148, which limits the deformation path of the tab 146 and thereby prevents damage to the temperature sensor 136 in the temperature sensor receptacle 142 when closing the temperature sensing receptacle 142.
  • the bag 144 is formed in this embodiment, as in the first embodiment, substantially trough-shaped.
  • the pocket 144 has a substantially U-shaped cross-section taken in the longitudinal direction 126 of the cell connector 112, but in this embodiment the free leg 170 of the pocket 144 has a greater extent in the contact direction 134 than the opposite leg 172 of the pocket 144, via which the pocket 144 is integrally connected to the first contact region 116 of the first layer 160 of the base body 114. Also in this embodiment, the gap between the temperature sensor receptacle 142, which is formed by the pocket 144 and the tab 146, on the one hand and the periphery of the temperature sensor 136 on the other hand at least partially filled by an adhesive layer 158 of a thermally conductive adhesive.
  • the procedure is, for example, as follows:
  • the first layer 160 and the second layer 162 of the main body 114 are cut out of a suitable starting material, in particular of a metallic sheet material, for example punched out or cut out (for example by means of a laser).
  • a pocket preform is deformed by a forming operation, in particular by a stamping or deep drawing operation, so that the trough-shaped pocket 144 is formed.
  • a tab preform is deformed such that the substantially plate-shaped tab 146 extends approximately parallel to the contact direction 134 of the cell connector 112 away from the main plane (perpendicular to the contact direction 134) of the second layer 162.
  • first layer 160 and the second layer 162 are placed on each other so that their outer contours, except in the region of the temperature sensing receptacle 142, substantially aligned with each other, and laminated together, for example by welding along its circumference.
  • the adhesive from which the adhesive layer 158 is to be formed is introduced into the trough-shaped pocket 144.
  • the temperature sensor 136 is inserted into the pocket 144, and the temperature sensing receptacle 142 is closed at the top by the tab 146 from its initial position parallel to the contact direction 134 in the in Figs. 6 to 9 illustrated closed position, perpendicular to the contact direction 134, is brought, with appropriate deformation of the web 164th
  • the number of layers of the main body 114 is not limited to two; In particular, between the first layer 160 and the second layer 162 any number of further layers of the base body 114 may be arranged.
  • the second embodiment shown in FIGS. 6 to 9 of a cell connector 112 with temperature sensor 136 is identical in construction, function and method of manufacture to that shown in FIGS. 1 to 5 illustrated first embodiment, the above description of which reference is made.
  • FIGS. 10 to 12 illustrated third embodiment of a cell connector 112 with attached temperature sensor 136 differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 in that the temperature sensor receptacle 142 is formed in the third embodiment is not integral with the main body 114 of the cell connector 112, but instead is formed by a temperature sensor housing 174, in which the temperature sensor 136 is at least partially disposed and which in turn is fixed to the main body 114 of the cell connector 112, preferably cohesively.
  • the temperature sensor housing 174 for example, is substantially cuboidal and may include a bottom wall 176, an inner side wall 178 facing the main body, an outer side wall 180 facing away from the main body 114, and a ceiling wall 182 facing the bottom wall 176.
  • the temperature sensor housing 174 is preferably designed to be open.
  • the temperature sensor housing 174 can be formed, for example, from a strip of a starting material, for example a metallic sheet material, by multiple folding on bending lines 184. An edge 186 of the temperature sensor housing 174 forms no
  • Temperature sensor housing 174 are integrally connected to each other, but a common edge line along which the free edges of two adjacent walls of the temperature sensor housing 174 abut each other.
  • This "open" edge 186 may in principle be arranged between any two walls of the temperature sensor housing 174, for example between the ceiling wall 182 and the outer side wall 180.
  • the temperature sensor housing 174 may further include an extension 188, by means of which the temperature sensor housing 174 is fixed to the main body 114 of the cell connector 112.
  • such an extension 188 may comprise a washer or annular portion 190 resting against the base body 114 and a connecting portion 194 connecting the annular portion 190 to the base body 192 of the temperature sensor housing 174.
  • the base body 192 of the temperature sensor housing 174 comprises the walls 176, 178, 180 and 182 of the temperature sensor housing 174 surrounding the temperature sensor 136.
  • the extension 188 may in particular be formed integrally with the base body 192, in particular with its bottom wall 176.
  • the base body 114 has a projection 196 which protrudes from the first contact region 116, for example in the longitudinal direction 126 of the cell connector 112.
  • the projection 196 may include, for example, a semicircular portion 198.
  • the extension 188 of the temperature sensor housing 174 is preferably connected in a material-locking manner to the projection 196 of the main body 114 of the cell connector 112.
  • This cohesive connection can be produced for example by welding, in particular laser welding, ultrasonic welding, resistance welding and / or friction stir welding, by soldering and / or by adhesive bonding.
  • the gap between the temperature sensor receptacle 142 which here is designed as the temperature sensor housing 174, on the one hand and the circumference of the temperature sensor 136 on the other hand to be at least partially covered by an adhesive layer 158 made of a thermally conductive adhesive is filled.
  • an adhesive layer 158 made of a thermally conductive adhesive is filled.
  • the base body 114 is cut out of a suitable starting material, for example of a metallic sheet material, with the desired outer contour (including the projection 196), for example stamped out or cut out (in particular by means of a laser).
  • a temperature sensor housing preform is cut out, which encompasses the extension 188 and a strip for the later formation of the base body 192 of the temperature sensor housing 174.
  • the same materials are considered, which have been mentioned above as materials for the main body 114 of the cell connector 112, ie in particular the metals aluminum, copper, tin, zinc, iron, gold and / or silver, alloys of these above metals, other metals or alloys of other metals, conductive plastic materials and / or conductive carbon materials.
  • a trough-shaped preliminary receptacle for the temperature sensor 136 for example, from the bottom wall 176, the inner side wall 178 and the outer side wall 180 is first formed by suitable forming operations, this provisional recording is still open at its top, for example in that the ceiling wall 182 has not yet been folded, but extends, for example, parallel to the inner side wall 178.
  • This temperature sensor housing 174 is connected to the extension 188, in particular at its annular portion 190, materially connected to the base body 114, in particular with its projection 196.
  • This cohesive connection can be produced for example by welding, in particular by laser welding, ultrasonic welding, resistance welding and / or friction stir welding, by soldering and / or by gluing.
  • FIGS. 10 to 12 the third embodiment of a cell connector 112 with temperature sensor 136 shown in FIGS. 10 to 12 is identical in construction, function and method of manufacture to that shown in FIGS. 1-5 illustrated first embodiment and with the illustrated in Figs. 6 to 9 second embodiment, to the above description in this respect reference is made.
  • the base body 114 may be designed in principle in multiple layers.

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Abstract

Um eine einfache und zuverlässige Ermittlung der Temperatur im Bereich mindestens eines der durch einen Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verbundenen Zellterminals zu ermöglichen, wird ein Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung vorgeschlagen, der einen Grundkörper und einen an dem Grundkörper festgelegten Temperaturfühler umfasst.

Description

Zellverbinder
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung.
Solche elektrochemische Vorrichtungen können insbesondere als elektrische Akkumulatoren, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgebildet sein.
Bei einem Lithium-Ionen-Akkumulator beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Zellterminals (Polen) einer einzelnen Akkumulatorzelle ungefähr 3,6 V. Um einen für viele Anwendungen, beispielsweise in der Automobil-Antriebstechnik, benötigtes höheres Spannungsniveau von beispielsweise ungefähr 360 V zu erhalten, müssen viele solcher Akkumulatorzellen (beispielsweise ungefähr 100) elektrisch in Reihe geschaltet werden.
Die Akkumulatorzellen oder allgemein elektrochemischen Zellen können dabei zu Modulen zusammengefasst werden, welche jeweils mehrere solcher elektrochemischer Zellen enthalten, wobei die Einbaurichtung nebeneinander angeordneter Zellen alterniert, so dass positive und negative Zellterminals abwechselnd nebeneinander liegen.
Diese einander benachbarten Zellterminals entgegengesetzter Polarität werden für die Reihenschaltung der Zellen mittels jeweils eines Zellverbinders direkt miteinander verbunden. Ferner ist es bei einer elektrochemischen Vorrichtung, insbesondere bei einem elektrischen Akkumulator, zur Betriebssteuerung und zur Gewährleistung der Betriebssicherheit erforderlich, die Temperatur der elektrochemischen Zellen zu überwachen.
Hierzu ist es bekannt, ein Temperaturmesselement in Kontakt mit dem Mantel der elektrochemischen Zelle zu bringen, deren Temperatur ermittelt werden soll. Ferner ist es bekannt, die Temperatur indirekt über ein metallisches, temperaturübertragendes Bauteil auf einer Leiterplatte mittels eines NTC-Ele- ments in SMD-Technik abzufragen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines Zellverbinders der eingangs genannten Art eine einfache und zuverlässige Ermittlung der Temperatur im Bereich mindestens eines der durch den Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verbundenen Zellterminals zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Zellverbinder mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zellverbinder einen Grundkörper und einen an dem Grundkörper festgelegten Temperaturfühler umfasst.
Durch die Festlegung des Temperaturfühlers oder Temperatursensors an dem Grundkörper des Zellverbinders befindet sich der Temperaturfühler sehr nahe an dem Ort, dessen Temperatur relevant ist, nämlich sehr nahe an den
Zellterminals der durch den Zellverbinder miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen.
Vorzugsweise ist der Temperaturfühler benachbart zu einem Zellterminal angeordnet, welches einen negativen Pol der betreffenden elektrochemischen Zelle bildet. Durch die Platzierung des Temperaturfühlers an relevanter Stelle kann die interessierende Temperatur mit einem geringen Toleranzfenster ermittelt werden.
Die Differenz zwischen der vom Temperaturfühler gemessenen Temperatur und der tatsächlich interessierenden Temperatur der elektrochemischen Zelle ist sehr gering .
Ferner können Temperaturveränderungen aufgrund der geringen Entfernung zwischen dem Temperaturfühler und dem benachbarten Zellterminal der elektrochemischen Zelle schon nach sehr kurzen Ansprechzeiten festgestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine Temperaturfühleraufnahme umfasst, in welcher der Temperaturfühler zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, aufgenommen ist.
Durch die Temperaturfühleraufnahme ist der Temperaturfühler durch Form- schluss zumindest in einer oder mehreren Richtungen gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundkörper des Zellverbinders gesichert.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperaturfühleraufnahme den Temperaturfühler über mindestens die Hälfte, vorzugsweise über mindestens ungefähr 75 %, des Umfangs des Temperaturfühlers umgibt.
Günstig ist es, wenn sich die Temperaturfühleraufnahme in Bezug auf eine mittige Längsachse des Temperaturfühlers über einen Umfangswinkel von mindestens ungefähr 180°, vorzugsweise von ungefähr 270°, um den Temperaturfühler herum erstreckt. Besonders günstig ist es, wenn die Temperaturfühleraufnahme im Wesentlichen ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
Die Fixierung des Temperaturfühlers mittels der Temperaturfühleraufnahme kann durch Umformung eines Teils des Grundkörpers des Zellverbinders erfolgen, so dass diese Fixierung mittels ohnehin benötigter Bauteile erzielt wird und keine zusätzlichen Teile benötigt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperaturfühleraufnahme eine, vorzugsweise im Wesentlichen wannenförmig ausgebildete, Tasche zum Aufnehmen des Temperaturfühlers und eine Lasche zum Zurückhalten des Temperaturfühlers in der Tasche umfasst.
Der Temperaturfühler kann dann in die Tasche eingebracht werden, während sich die Lasche in einer Offenstellung befindet, und anschließend kann die Temperaturfühleraufnahme durch Bewegen der Lasche von der Offenstellung in eine Schließstellung geschlossen werden.
Dabei ist es günstig, wenn der Zellverbinder einen Anschlag aufweist, welcher den Weg der Lasche in die Schließstellung, beim Schließen der Temperaturfühleraufnahme, begrenzt und hierdurch eine Beschädigung des Temperaturfühlers verhindert.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tasche und die Lasche einstückig miteinander ausgebildet sind.
Ferner ist hierbei vorzugsweise vorgesehen, dass die Tasche und die Lasche einstückig mit einem Kontaktbereich des Zellverbinders ausgebildet sind, an welchem der Zellverbinder (vorzugsweise stoffschlüssig) mit einem
Zellterminal einer elektrochemischen Zelle verbunden ist. Wenn der Kontaktbereich des Zellverbinders mehrlagig ausgebildet ist, so sind die Tasche und die Lasche vorzugsweise einstückig mit einer der Lagen des Kontaktbereichs des Zellverbinders verbunden.
Bei einer alternativen besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tasche einstückig mit einer ersten Lage des Grundkörpers und die Lasche einstückig mit einer zweiten Lage des Grundkörpers ausgebildet ist.
Hierbei kann der Grundkörper außer der ersten und der zweiten Lage noch beliebig viele weitere Lagen umfassen.
Um die Lasche leicht von der Offenstellung in die Schließstellung bewegen zu können, ist es in jedem Falle von Vorteil, wenn die Lasche mit der Tasche und/oder mit einem Teil des Grundkörpers des Zellverbinders, insbesondere mit einem Kontaktbereich des Zellverbinders, durch einen Steg verbunden ist.
Dieser Steg ist vorzugsweise schmaler als die Tasche und/oder schmaler als die Lasche ausgebildet, so dass der Steg leichter verformbar ist als die Tasche bzw. die Lasche.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Steg auf mindestens einer Seite durch eine Ausnehmung begrenzt ist, welche die Ausdehnung des Stegs vermindert.
Durch den Formschluss des Temperaturfühlers mit der Temperaturfühleraufnahme wird ein Freirütteln des Temperaturfühlers im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung verhindert.
Um den Temperaturfühler zusätzlich an der Temperaturfühleraufnahme zu fixieren, ist es von Vorteil, wenn der Temperaturfühler durch Verklebung mittels eines Klebers an der Temperaturfühleraufnahme festgelegt ist. Ein solcher Kleber weist vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um einen guten Wärmeübergang zwischen der Temperaturfühleraufnahme und dem Temperaturfühler mit geringem Übergangswiderstand zu ermöglichen .
Geeignete wärmeleitfähige Kleber sind beispielsweise ein Zwei-Kompenenten- Epoxidharz, ein Elastomer oder ein leitfähiger Kunststoff.
Alternativ oder ergänzend zur Verklebung des Temperaturfühlers mittels eines Klebers kann auch vorgesehen sein, dass außer dem Temperaturfühler in der Temperaturfühleraufnahme eine Auflage (Päd) angeordnet ist, an welcher der Temperaturfühler anhaftet und/oder welche den Temperaturfühler in der Temperaturfühleraufnahme festklemmt.
Eine solche Auflage kann insbesondere elastisch und/oder plastisch verformbar ausgebildet sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Temperaturfühler zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, in einem Temperaturfühlergehäuse angeordnet ist, das an dem Grundkörper des Zellverbinders festgelegt ist.
Um das Festlegen des Temperaturfühlergehäuses an dem Grundkörper des Zellverbinders zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Zellverbinders einen Vorsprung aufweist, an dem das Temperaturfühlergehäuse festgelegt ist.
Vorzugsweise ist das Temperaturfühlergehäuse stoffschlüssig an dem Grundkörper des Zellverbinders festgelegt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Temperaturfühlergehäuse durch Schweißung, insbesondere durch Laserschweißung, Ultraschallschweißung, Widerstandsschweißung oder Reibrührschweißung, durch Lötung und/oder durch Klebung an dem Grundkörper festgelegt ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die größte Ausdehnung des Temperaturfühlergehäuses kleiner ist als die größte Ausdehnung des Grundkörpers des Zellverbinders in einer Querrichtung des Zellverbinders, die senkrecht zu einer Ebene verläuft, welche im montierten Zustand des Zellverbinders die Längsachsen der beiden elektrochemischen Zellen enthält. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Abstand des Temperaturfühlers von der relevanten Stelle des Zellverbinders bzw. von den elektrochemischen Zellen, deren Temperatur ermittelt werden soll, nicht zu groß wird und somit die Ansprechzeit des Temperaturfühlers gering gehalten wird.
Der Temperaturfühler ist vorzugsweise an einem Endbereich des Grundkörpers des Zellverbinders oder benachbart zu einem Endbereich des Grundkörpers des Zellverbinders angeordnet.
Wenn durch den Zellverbinder zwei Zellterminals unterschiedlicher elektrischer Polarität miteinander verbunden sind, so ist der Temperaturfühler vorzugsweise näher an dem Zellterminal negativer Polarität angeordnet als an dem Zellterminal positiver Polarität.
Der Temperaturfühler ist vorzugsweise als ein NTC-Element ("Negative Tem- perature Coefficient"; Heißleiter), als ein PTC-Element ("Positive Temperature Coefficient"; Kaltleiter), als ein anderes Thermoelement oder als ein Peltier- element ausgebildet. Der Grundkörper des Zellverbinders (oder, bei einem mehrlagigen Grundkörper, die Lage bzw. die Lagen mit denen die Temperaturfühleraufnahme verbunden ist) umfasst vorzugsweise Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Gold, Silber und/oder eine Legierung eines der vorstehend genannten Metalle.
Ferner kann der Grundkörper bzw. die betreffende Lage des Grundkörpers ein anderes Metall, einen andere metallische Legierung, ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial und/oder ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial umfassen.
Der erfindungsgemäße Zellverbinder mit Temperaturfühler eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, welche mindestens eine erste elektrochemische Zelle mit einem ersten Zellterminal, eine zweite elektrochemische Zelle mit einem zweiten Zellterminal und einen das erste Zellterminal und das zweite Zellterminal elektrisch leitend miteinander verbindenden erfindungsgemäßen Zellverbinder umfasst.
Eine solche elektrochemische Vorrichtung kann insbesondere als elektrischer Akkumulator, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst eine solche elektrochemische Vorrichtung eine Auswertungsschaltung, an welche der Temperaturfühler des Zellverbinders über mindestens eine elektrische Verbindungsleitung angeschlossen ist.
Wenn die erfindungsgemäße elektrochemische Vorrichtung als ein Akkumulator ausgebildet ist, eignet sie sich insbesondere als hochbelastbare Energiequelle, beispielsweise für den Antrieb von Kraftfahrzeugen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Zellverbinders und jeweils eines Teils der beiden elektrochemischen Zellen, die mittels des Zellverbinders miteinander verbunden sind, wobei der Zellverbinder einen Grundkörper und einen an dem Grundkörper festgelegten Temperaturfühler umfasst;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus Fig . 1 ohne die durch den Zellverbinder miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf den Zellverbinder aus den Fig. 1 und 2; eine perspektivische Darstellung eines Kontaktbereichs des Zellverbinders aus den Fig . 1 bis 3 mit einer daran angeordneten Temperaturfühleraufnahme, mit der Blickrichtung auf eine dem Kontaktbereich abgewandte Seite der Temperaturfühleraufnahme;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Kontaktbereichs aus Fig. 4 mit der daran angeordneten Temperaturfühleraufnahme, mit der Blickrichtung auf die den Kontaktbereich zugewandte Seite der Temperaturfühleraufnahme;
eine perspektivische Darstellung eines Kontaktbereichs einer zweiten Ausführungsform eines Zellverbinders mit einer daran angeordneten Temperaturfühleraufnahme, wobei der Zellverbinder einen zweilagigen Grundkörper aufweist und die Temperaturfühleraufnahme eine an einer ersten Lage des Grundkörpers angeordnete Tasche und eine an einer zweiten Lage des Grundkörpers angeordnete Lasche umfasst, mit der Blickrichtung auf eine dem Kontaktbereich abgewandte Seite der Temperaturfühleraufnahme; eine perspektivische Darstellung des Kontaktbereichs mit der Temperaturfühleraufnahme aus Fig . 6, mit der Blickrichtung auf die dem Kontaktbereich zugewandte Seite der Temperaturfühler aufnähme; eine schematische Draufsicht von oben auf den Kontaktbereich mit Temperaturfühleraufnahme aus den Fig . 6 und 7; eine schematische Seitenansicht des Kontaktbereichs mit Temperaturfühleraufnahme aus den Fig. 6 bis 8; eine perspektivische Darstellung eines Kontaktbereichs einer dritten Ausführungsform eines Zellverbinders mit einem in einem Gehäuse angeordneten Temperaturfühler, wobei das Gehäuse an einem Vorsprung des Grundkörpers des Zellverbinders festgelegt ist;
Fig. 11 eine schematische Draufsicht von oben auf den Kontaktbereich mit Temperaturfühlergehäuse aus Fig . 10; und Fig. 12 eine schematische Seitenansicht des Kontaktbereichs mit Temperaturfühlergehäuse aus den Fig . 10 und 11.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst beispielsweise mehrere (nicht dargestellte) elektrochemische Module, von denen jedes mehrere, beispielsweise jeweils acht, elektrochemische Zellen 102 umfasst, welche jeweils in einer Aufnahme einer (nicht dargestellten) Aufnahmevorrichtung des Moduls aufgenommen sind.
Eine solche Aufnahmevorrichtung kann insbesondere als ein Kühlkörper ausgebildet sein, der mit den darin aufgenommen elektrochemischen Zellen in wärmeleitendem Kontakt steht, um während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 Wärme von den elektrochemischen Zellen 102 abzuführen.
Die elektrochemischen Zellen 102 sind in der sie umgebenden Aufnahmevorrichtung so angeordnet und ausgerichtet, dass die Axialrichtungen 104 der elektrochemischen Zellen 102, welche parallel zu den mittigen Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102 verlaufen, im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Jede der elektrochemischen Zellen 102 erstreckt sich dabei von einem vorderen Zellterminal 108 in der jeweiligen Axialrichtung 104 bis zu einem (nicht dargestellten) hinteren Zellterminal, wobei jedes Zellterminal jeweils einen positiven Pol oder einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 102 bildet.
Die mittigen Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102 sind dabei zugleich mittige Längsachsen der Zellterminals 108 der jeweiligen elektrochemischen Zellen 102. In einem Modul sind einander benachbarte elektrochemische Zellen 102 jeweils so ausgerichtet, dass die auf derselben Seite des Moduls angeordneten Zellterminals zweier benachbarter Zellen 102a, 102b einander entgegengesetzte Polarität aufweisen.
So bildet beispielsweise in der in Fig. 1 dargestellten Zellanordnung das vordere Zellterminal 108a der elektrochemischen Zelle 102a einen negativen Pol der betreffenden elektrochemischen Zelle 102a, während das vordere Zellterminal 108b der in einer Verbindungsrichtung 110 der elektrochemischen Zelle 102a benachbarten elektrochemischen Zelle 102b einen positiven Pol der elektrochemischen Zelle 102b bildet.
Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann insbesondere als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beispielsweise des Typs LiFeP04, ausgebildet sein.
Die elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Module können entsprechend als Akkumulatorzellen, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumu- latorzellen, beispielsweise vom Typ LiFeP04, ausgebildet sein.
Jedes elektrochemische Modul umfasst ferner mehrere Zellverbinder 112, mittels welcher die Zellterminals 108 einander benachbarter elektrochemischer Zellen 102 mit unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um auf diese Weise alle elektrochemischen Zellen 102 eines elektrochemischen Moduls elektrisch in Reihe zu schalten.
Dabei verbindet jeder Zellverbinder 112 ein erstes Zellterminal 108a negativer Polarität mit einem zweiten Zellterminal 108b positiver Polarität einer benachbarten elektrochemischen Zelle 102. Um alle elektrochemischen Zellen 102 eines Moduls elektrisch in Reihe zu schalten, sind außer den vorderen Zellterminals 108 einander benachbarter elektrochemischer Zellen auch die hinteren Zellterminals einander benachbarter elektrochemischer Zellen eines Moduls durch (nicht dargestellte) Zellverbinder miteinander verbunden.
Jeder der Zellverbinder 112, welche jeweils ein erstes Zellterminal 108a und ein zweites Zellterminal 108b elektrisch leitend miteinander verbinden, um- fasst einen Grundkörper 114 mit einem ersten Kontaktbereich 116, der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 mit einem (beispielsweise negativen) ersten Zellterminal 108a einer elektrochemischen Zelle 102 verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich 118, der im montieren Zustand des Zellverbinders 112 mit einem (beispielsweise positiven) zweiten Zellterminal 108b einer anderen elektrochemischen Zelle 102b verbunden ist.
Der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 ist vorzugsweise als ein Stanzbiegeteil hergestellt.
Der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 kann insbesondere aus Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Gold oder Silber oder aus einer Legierung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Metalle gebildet sein.
Ferner kann der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 auch aus einem anderen Metall oder aus einer anderen metallischen Legierung gebildet sein.
Außerdem kann der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 auch aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial und/oder aus einem leitfähigen Kohlenstoffmaterial gebildet sein.
Der erste Kontaktbereich 116 und der zweite Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 sind vorzugsweise stoffschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 108a bzw. 108b verbunden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Verschweißung, insbesondere Laserverschweißung, oder durch Verlötung hergestellt werden.
Je nach dem Material, aus welchem die Zellterminals 108a und 108b gebildet sind, kann zur Erleichterung der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Zellverbinder 112 vorgesehen sein, dass an dem jeweiligen Kontaktbereich 116, 118 des Zellverbinders 112 und/oder an dem jeweiligen Zellterminal 108a bzw. 108b eine oder mehrer Beschichtungen, insbesondere aus einem metallischen Material, angeordnet sind.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Erleichterung der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Zellverbinder 112 und den Zellterminals 108a, 108b eines oder mehrere (nicht dargestellte) Zwischenelemente zwischen dem jeweiligen Kontaktbereich 116, 118 des Zellverbinders 112 einerseits und dem jeweils zugeordneten Zellterminal 108a bzw. 108b andererseits angeordnet sind.
Um auch nach dem stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 112 mit den Zellterminals 108a und 108b einen direkten Zugang, beispielsweise für Messzwecke, zu den Zellterminals 108a und 108b zu ermöglichen, kann der erste Kontaktbereich 116 des Zellverbinders 112 mit einer, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmigen, Durchtrittsöffnung 120 und der zweite Kontaktbereich 118 des Grundkörpers 114 mit einer, beispielsweise ebenfalls im Wesentlichen kreisförmigen, Durchtrittsöffnung 122 versehen sein (siehe Fig . 3).
Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann es aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und/oder aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Zellverbinder 112 einerseits und der Aufnahmevorrichtung für die elektrochemischen Zellen 102 andererseits zu einer Differenz zwischen einer Längsdehnung der Zellverbinder 112 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen 106 der durch die Zellverbinder 112 miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b andererseits kommen. Durch eine Temperaturänderung werden die Relativpositionen der durch einen Zellverbinder 112 miteinander verbunden Zellterminals 108a, 108b in der senkrecht zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 ausgerichteten Verbindungsrichtung 110 verändert.
Die Verbindungsrichtung 110 liegt in einer Ebene 123, welche die Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102a und 102b enthält.
Ferner kann es aufgrund unterschiedlicher Längsdehnungen der miteinander durch einen Zellverbinder 112 verbundenen elektrochemischen Zellen 102 zu einer Veränderung der Relativpositionen zwischen den miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b längs der Axialrichtung 104 der miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen 102 kommen.
Um solche Differenzen zwischen einer Längsdehnung des Zellverbinders 112 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen 106 der durch den Zellverbinder 112 miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b andererseits und/oder solche Differenzen zwischen einer Längsdehnung einer ersten elektrochemischen Zelle 102a und einer zweiten elektrochemischen Zelle 102b, die durch den Zellverbinder 112 miteinander verbunden sind, kompensieren zu können, kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder 112 einen elastischen und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 124 umfasst, welcher zwischen dem ersten Kontaktbereich 116 und dem zweiten Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 angeordnet ist und die beiden Kontaktbereiche 116 und 118 miteinander verbindet.
Vorzugweise ist der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 mit einem solchen Kompensationsbereich 124 versehen. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 weist der verformbare Kompensationsbereich 124 eine Wellenstruktur auf, wobei die Wellenstruktur eine oder mehrere, beispielsweise vier, Wellen mit einer parallel zur Axialrichtung 104 der durch den Zellverbinder 112 zu verbindenden Zellen 102 und im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktflächen, mit denen der Zellverbinder 112 im montierten Zustand am ersten Zellterminal 108a bzw. am zweiten Zellterminal 108b anliegt, gerichteten Amplitude um- fasst. Diese Wellen weisen mehrere, beispielsweise vier, quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zu einer Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 und im Wesentlichen parallel zu einer Querrichtung 128 des Zellverbinders 112, welche senkrecht zur Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 und senkrecht zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 ausgerichtet ist, verlaufende Wellenberge 130 und mehrere, zwischen den Wellenbergen 130 angeordnete und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 und quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 und im Wesentlichen parallel zur Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 verlaufende Wellentäler 132 auf.
Die Wellenberge 130 stehen in einer zu den Kontaktflächen des Zellverbinders 112 senkrechten Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112, die im montierten Zustand des Zellverbinders 112 mit der Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 übereinstimmt, nach oben vor, während die Wellentäler 132 in der Kontaktrichtung 134 nach unten (zu den zu verbindenden Zellen 102 hin) vorstehen.
Durch die gewellte Struktur des verformbaren Kompensationsbereichs 124 des Zellverbinders 112 wird erreicht, dass der Kompensationsbereich 124 in einfacher Weise derart elastisch und/oder plastisch verformbar ist, dass der zweite Kontaktbereich 118 relativ zu dem ersten Kontaktbereich 116 sowohl in der Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 als auch in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 verschoben werden kann, um die vorstehend beschriebenen Differenzen in den Relativpositionen der durch den Zell- vebinder 112 miteinander zu verbindenen Zellterminals 108a und 108b auszugleichen. Hierdurch kann das Auftreten übermäßiger mechanischer
Spannungen an den Verbindungsstellen zwischen dem Zellverbinder 112 einerseits und dem ersten Zellterminal 108a sowie dem zweiten Zellterminal 108b andererseits vermieden werden.
Um die jeweilige Betriebstemperatur des Zellverbinders 112 (und damit die Temperatur der mittels des Zellverbinders 112 miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen 102) möglichst genau ermitteln zu können, ist der Zellverbinder 112 ferner mit einem Temperaturfühler 136 versehen, der an dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 in wärmeleitender Weise festgelegt ist.
Der Temperaturfühler kann beispielsweise als ein NTC-Element ("Negative Temperature Coefficient", Heißleiter), PTC-Element ("Positive Temperature Coefficient", Kaltleiter), Thermoelement, Peltierelement oder als ein sonstiges Temperaturmesselement ausgebildet sein.
Der Temperaturfühler 136 ist über ein oder mehrere elektrische Verbindungsleitungen 138 an eine in Figur 3 rein schematisch als Block dargestellte Auswertungsschaltung 140 der elektrochemischen Vorrichtung 100 angeschlossen .
Über die elektrischen Verbindungsleitungen 138 kann beispielsweise eine Spannung an den Temperaturfühler 136 angelegt werden, um einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand des Temperaturfühlers 136 zu messen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch mittels der elektrischen Verbindungsleitung 138 eine von dem Temperaturfühler 136 temperaturabhängig erzeugte elektrische Spannung an die Auswertungsschaltung 140 übermittelt werden.
In jedem Falle ermittelt die Auswertungsschaltung 140 anhand einer elektrischen Eigenschaft des Temperaturfühlers 136, welche sich temperaturabhängig verändert, die jeweils aktuelle Temperatur des Temperaturfühlers 136.
Wie am Besten aus den Fig. 2, 4 und 5 zu ersehen ist, ist der Temperaturfühler 136 in einer Temperaturfühleraufnahme 142 aufgenommen, welche den Temperaturfühler 136 im Wesentlichen ringförmig umgibt und damit einen innigen Kontakt mit gutem Wärmeübergang zwischen der Temperaturfühleraufnahme 142 und dem Temperaturfühler 136 sicherstellt und ferner den Temperaturfühler 136 durch Formschluss mit der Temperaturfühleraufnahme 142 gegen eine Bewegung relativ zu der Temperaturfühleraufnahme 142 und relativ zu dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 in einer Radialrichtung des Temperaturfühlers 136 verhindert.
Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 umfasst die Temperaturfühleraufnahme 142 eine Tasche 144 zum Aufnehmen des Temperaturfühlers 136 und eine Lasche 146 zum Zurückhalten des Temperaturfühlers 136 in der Tasche 144.
Ferner umfasst die Temperaturfühleraufnahme 142 einen Anschlag 148, der beispielsweise als eine kuppeiförmige Erhebung 150 ausgebildet ist, die von einem Randbereich des ersten Kontaktbereichs 116 aus nach oben (das heißt zu der den elektrochemischen Zellen 102 abgewandten Seite hin) vorsteht. Die Lasche 146 der Temperaturfühleraufnahme 142 liegt an der Oberseite des Anschlags 148 auf, so dass die Lasche 146 nicht weiter nach unten bewegt werden kann und der Temperaturfühler 136 auf diese Weise vor einer Beschädigung durch die Lasche 146 geschützt ist.
Der Anschlag 148 ist vorzugsweise einstückig mit dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 ausgebildet.
Der Anschlag 148 kann beispielsweise durch einen Umformvorgang aus dem Material des ersten Kontaktbereichs 116 des Grundkörpers 114 ausgebildet sein, insbesondere durch einen Präge- oder Tiefziehvorgang.
Die Lasche 146 und die Tasche 144 sind bei dieser Ausführungsform über einen Steg 152 einstückig miteinander verbunden.
Der Steg 152 ist in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112, welche bei dieser Ausführungsform der Längsrichtung 154 des Temperaturfühlers 136 entspricht, zu beiden Seiten durch jeweils eine Ausnehmung 156 begrenzt, so dass die Ausdehnung des Steges 152 in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 bzw. in der Längsrichtung 154 des Temperaturfühlers 136 geringer ist als die Ausdehnung der Lasche 146 und die Ausdehnung der Tasche 144 in derselben Richtung.
Hierdurch ist der Steg 152 leichter verformbar als die Lasche 146 und die Tasche 144.
Die Lasche 146 ist beispielsweise als eine im Wesentlichen rechteckige Platte ausgebildet.
Die Tasche 144 ist beispielsweise im Wesentlichen wannenförmig ausgebildet, wobei ihr in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 genommener Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ist. Der dem Steg 152 gegenüberliegende Rand der Tasche 144 geht längs einer Biegelinie 157 in den ersten Kontaktbereich 116 des Grundkörpers 114 über, so dass die Tasche 144 und damit auch die Lasche 146 einstückig mit dem Grundkörper 114 verbunden ist.
Der innerhalb der Temperaturfühleraufnahme 142 außerhalb des Temperaturfühlers 136 verbleibende Raum wird zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, von einer Kleberschicht 158 eingenommen, welche den Temperaturfühler 136 längs eines Umfangs zumindest teilweise umgibt und mit der Tasche 144 und/oder mit der Lasche 146 der Temperaturfühleraufnahme 142 stoffschlüssig verbindet.
Durch die Kleberschicht 158 und die damit hergestellte stoffschlüssige Verbindung wird zum einen verhindert, dass der Temperaturfühler 136 in seiner Längsrichtung 154 aus der Temperaturfühleraufnahme 142 herausgezogen werden kann.
Zum anderen wird durch die Kleberschicht 158 eine große Wärmeübergangsfläche und ein niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen der Temperaturfühleraufnahme 142 einerseits und dem Temperaturfühler 136 andererseits erzielt.
Die Kleberschicht 158 ist aus einem wärmeleitfähigen Kleber gebildet.
Als wärmeleitfähiger Kleber kann beispielsweise ein Zwei-Kompenenten-Epo- xidharz, ein Elastomer, ein leitfähiger Kunststoff oder ein anderes klebefähiges und gute Wärmleitfähigkeit aufweisendes Material verwendet werden.
Ein geeigneter wärmeleitfähiger Kleber ist insbesondere der mittelviskose, zweikomponentige Epoxidharzklebstoff, der unter der Bezeichnung Hysol® 9497 von der Firma Henkel AG & Co. KGaA, Henkelstraße 67,
40191 Düsseldorf, Deutschland, vertrieben wird. Hinsichtlich der chemischen und physikalischen Eigenschaften und der Arbeitsschritte zur Verarbeitung dieses Klebers wird auf das technische Datenblatt zum Kleber Hysol® 9497 vom Februar 2008 Bezug genommen, und das genannte Datenblatt wird diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
Zur Herstellung der Temperaturfühleraufnahme 142 und Festlegung des Temperaturfühlers 136 an dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 wird wie folgt vorgegangen :
Zunächst wird der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 aus einem Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einem blechförmigen Ausgangsmaterial, einschließlich einer Vorform für die Tasche 144 und der Lasche 146 herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt oder (zum Beispiel mittels eines Lasers) herausgeschnitten.
In den Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 werden durch geeignete Umformvorgänge, insbesondere Präge- oder Tiefziehvorgänge, der Anschlag 148 und der Kompensationsbereich 124 eingebracht.
Anschließend wird durch einen Umformvorgang, beispielsweise einen Prägeoder Tiefziehvorgang, aus der Taschen-Vorform die wannenförmig ausgebildete Tasche 144 gebildet.
Dabei liegen der Steg 152 und die Lasche 146 zunächst in Verlängerung des dem ersten Kontaktbereich 116 abgewandten freien Schenkels der wannen- förmigen Tasche 144, so dass die Temperaturfühleraufnahme 142 nach oben hin offen ist.
In die wannenförmige Tasche 144 wird nunmehr der leitfähige Kleber eingebracht, aus dem später die Kleberschicht 158 gebildet wird. Dann wird der Temperaturfühler 136 in die Tasche 144 eingelegt.
Darauf wird die Lasche 146 unter Verformung des Stegs 152 von einer Ausrichtung parallel zur Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 in eine Ausrichtung senkrecht zur Kontaktrichtung 134 nach unten bewegt, um die Temperaturfühleraufnahme 142 nach oben hin zu schließen, bis die Unterseite der Lasche 146 an dem Anschlag 148 anschlägt, wodurch eine Fortsetzung der Bewegung der Lasche 146 unterbunden und der Temperaturfühler 136 vor einer Beschädigung geschützt wird.
Nach Aushärtung des Klebers zur Bildung der Kleberschicht 158 ist die Festlegung des Temperaturfühlers 136 an dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 abgeschlossen.
Die vorstehend beschriebenen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Grundkörpers 114 und der Temperaturfühleraufnahme 142 sowie zur Festlegung des Temperaturfühlers 136 an dem Grundkörper 114 können auch in jeder beliebigen anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, zwei oder mehr dieser Verfahrensschritte jeweils gleichzeitig miteinander auszuführen.
Eine in den Fig. 6 bis 9 dargestellte zweite Ausführungsform eines Zellverbinders 112 zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals 108a einer ersten elektrochemischen Zelle 102a und eines zweiten Zellterminals 108b einer zweiten elektrochemischen Zelle 102b unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen, in den Fig . 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 bei der zweiten Ausführungsform nicht einlagig, sondern mehrlagig, insbesondere zweilagig, ausgebildet ist. Der Grundkörper 114 umfasst bei dieser Ausführungsform insbesondere eine im montierten Zustand des Zellverbinders 112 den miteinander zu verbindenden Zellterminals 108a und 108b zugewandte erste Lage 160 und eine auf der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 den Zellterminals 108a, 108b abgewandten Seite der ersten Lage 160 angeordnete zweite Lage 162.
Die erste Lage 160 und die zweite Lage 162 sind, außer im Bereich der Temperaturfühleraufnahme 142, welcher im folgenden noch näher beschrieben werden wird, im Wesentlichen kongruent zueinander ausgebildet.
Die erste Lage 160 und die zweite Lage 162 sind vorzugsweise miteinander laminiert, um als eine Einheit gehandhabt werden zu können.
Die Lamination der ersten Lage 160 und der zweiten Lage 162 kann beispielsweise dadurch erzeugt sein, dass die erste Lage 160 und die zweite Lage 162, insbesondere längs ihres Umfangs, miteinander verschweißt, insbesondere laserverschweißt, sind.
Auch bei dieser Ausführungsform eines Zellverbinders 112 ist eine Temperaturfühleraufnahme 142 vorgesehen, in welcher der Temperaturfühler 136 aufgenommen ist.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Temperaturfühleraufnahme 142 eine Tasche 144, die vorzugsweise einstückig mit der ersten Lage 160 verbunden ist, und eine Lasche 146, die über einen Steg 164 einstückig mit der zweiten Lage 162 des Grundkörpers 114 verbunden ist.
Der Steg 164 ist in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 seitlich durch zwei Ausnehmungen 166 begrenzt, so dass die Ausdehnung des Stegs 164 in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 kleiner ist als die Ausdehnung der Lasche 146 in derselben Richtung. Hierdurch wird erreicht, dass der Steg 164 leichter verformbar ist als die Lasche 146, so dass die Temperaturfühleraufnahme 142 bei der Montage des Zellverbinders 112 besonders leicht durch Verformen des Stegs 164
geschlossen werden kann.
An den Steg 164 schließt sich, auf der der Lasche 146 gegenüberliegenden Seite, ein Anschlussabschnitt 168 an, der längs einer Biegelinie 170 in die zweite Lage 162 des Grundkörpers 114 des Zellverbinders 112 übergeht (siehe insbesondere Fig. 7).
Wie am Besten aus der Seitenansicht von Fig . 9 zu ersehen ist, liegt die Lasche 146 im montierten Zustand des Zellverbinders 112 mit ihrer Unterseite an einem freien, sich in der Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 erstreckenden Schenkel 170 der Tasche 144 auf, so dass bei dieser Ausführungsform dieser freie Schenkel 170 der Tasche 144 als Anschlag 148 dient, welcher den Verformungsweg der Lasche 146 begrenzt und dadurch eine Beschädigung des Temperaturfühlers 136 in der Temperaturfühleraufnahme 142 beim Schließen der Temperaturfühleraufnahme 142 verhindert.
Die Tasche 144 ist bei dieser Ausführungsform, wie bei der ersten Ausführungsform, im Wesentlichen wannenförmig ausgebildet.
Die Tasche 144 weist einen - in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 genommenen - im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wobei jedoch bei dieser Ausführungsform der freie Schenkel 170 der Tasche 144 eine größere Ausdehnung in der Kontaktrichtung 134 aufweist als der gegenüberliegende Schenkel 172 der Tasche 144, über welchen die Tasche 144 einstückig mit dem ersten Kontaktbereich 116 der ersten Lage 160 des Grundkörpers 114 verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen der Temperaturfühleraufnahme 142, welche durch die Tasche 144 und die Lasche 146 gebildet ist, einerseits und dem Umfang des Temperaturfühlers 136 andererseits durch eine Kleberschicht 158 aus einem wärmeleitfähigen Kleber zumindest teilweise ausgefüllt.
Bei der Herstellung der zweiten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 mit daran festgelegtem Temperaturfühler 136 wird beispielsweise wie folgt vorgegangen :
Die erste Lage 160 und die zweite Lage 162 des Grundkörpers 114 werden aus einem geeigneten Ausgangsmaterial, insbesondere aus einem metallischen Blechmaterial, herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt oder (zum Beispiel mittels eines Lasers) herausgeschnitten.
An der ersten Lage 160 wird eine Taschen-Vorform durch einen Umformvorgang, insbesondere durch einen Präge- oder Tiefziehvorgang, so verformt, dass die wannenförmige Tasche 144 gebildet wird.
An der zweiten Lage 162 wird eine Laschen-Vorform so verformt, dass sich die im Wesentlichen plattenförmige Lasche 146 ungefähr parallel zu der Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 von der (zur Kontaktrichtung 134 senkrechten) Hauptebene der zweiten Lage 162 weg erstreckt.
Anschließend werden die erste Lage 160 und die zweite Lage 162 so aufeinander gelegt, dass ihre Außenkonturen, außer im Bereich der Temperaturfühleraufnahme 142, im Wesentlichen miteinander fluchten, und miteinander laminiert, beispielsweise durch Verschweißung längs ihres Umfangs.
Anschließend wird der Kleber, aus welchem die Kleberschicht 158 gebildet werden soll, in die wannenförmige Tasche 144 eingebracht. Dann wird der Temperaturfühler 136 in die Tasche 144 eingelegt, und die Temperaturfühleraufnahme 142 wird nach oben hin verschlossen, indem die Lasche 146 aus ihrer Ausgangsstellung parallel zur Kontaktrichtung 134 in die in den Fig . 6 bis 9 dargestellte Schließstellung, senkrecht zur Kontaktrichtung 134, gebracht wird, unter entsprechender Verformung des Stegs 164.
Dabei verhindert das Anschlagen der Lasche 146 an dem als Anschlag 148 dienenden freien Schenkel 170 der Tasche 144, dass der Temperaturfühler 136 beim Schließen der Temperaturfühleraufnahme 142 beschädigt wird .
Nach Aushärten der Kleberschicht 158 ist die Herstellung des Zellverbinders 112 mit dem daran festgelegten Temperaturfühler 136 abgeschlossen.
Auch bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren ist die Reihenfolge der genannten Verfahrensschritte grundsätzlich beliebig .
Ferner ist es möglich, zwei oder mehr dieser Verfahrensschritte gleichzeitig miteinander durchzuführen.
Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Lagen des Grundkörpers 114 nicht auf zwei beschränkt; insbesondere können zwischen der ersten Lage 160 und der zweiten Lage 162 beliebig viele weitere Lagen des Grundkörpers 114 angeordnet sein.
Ferner ist es möglich, auf der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 den Zellterminals 108a, 108b zugewandten Seite der ersten Lage 160 und/oder auf der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 den Zellterminals 108a, 108b abgewandten Seite der zweiten Lage 162 jeweils ein oder mehrere zusätzliche Lagen des Grundkörpers 114 anzuordnen. Im Übrigen stimmt die in den Fig. 6 bis 9 dargestellte zweite Ausführungsform eines Zellverbinders 112 mit Temperaturfühler 136 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig . 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig . 10 bis 12 dargestellte dritte Ausführungsform eines Zellverbinders 112 mit daran festgelegtem Temperaturfühler 136 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Temperaturfühleraufnahme 142 bei der dritten Ausführungsform nicht einstückig mit dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 ausgebildet ist, sondern stattdessen durch ein Temperaturfühlergehäuse 174 gebildet ist, in welchem der Temperaturfühler 136 zumindest teilweise angeordnet ist und welches seinerseits an dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112, vorzugsweise stoffschlüssig, festgelegt ist.
Das Temperaturfühlergehäuse 174 ist beispielsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und kann eine Bodenwand 176, eine dem Grundkörper zugewandte innere Seitenwand 178, eine dem Grundkörper 114 abgewandte äußere Seitenwand 180 und eine der Bodenwand 176 gegenüberliegende Deckenwand 182 umfassen.
Auf den übrigen Gehäuseseiten, das heißt - in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 gesehen - nach vorne und nach hinten, ist das Temperaturfühlergehäuse 174 vorzugsweise offen ausgebildet.
Das Temperaturfühlergehäuse 174 kann beispielsweise aus einem Streifen eines Ausgangsmaterials, beispielsweise eines metallischen Blechmaterials, durch mehrfaches Abkanten an Abkantlinien 184 gebildet werden. Eine Kante 186 des Temperaturfühlergehäuses 174 bildet dabei keine
Abkantlinie, an welcher aneinander angrenzende Wände des
Temperaturfühlergehäuses 174 einstückig miteinander verbunden sind, sondern eine gemeinsame Randlinie, längs welcher die freien Ränder zwei einander benachbarter Wände des Temperaturfühlergehäuses 174 aneinander anliegen.
Diese "offene" Kante 186 kann grundsätzlich zwischen zwei beliebigen Wänden des Temperaturfühlergehäuses 174 angeordnet sein, beispielsweise zwischen der Deckenwand 182 und der äußeren Seitenwand 180.
Das Temperaturfühlergehäuse 174 kann ferner einen Fortsatz 188 umfassen, mittels welchem das Temperaturfühlergehäuse 174 an dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 festlegbar ist.
Wie am Besten aus Fig . 11 zu ersehen, kann ein solcher Fortsatz 188 einen am Grundkörper 114 anliegenden Scheiben- oder ringförmigen Abschnitt 190 und einen den ringförmigen Abschnitt 190 mit dem Grundkörper 192 des Temperaturfühlergehäuses 174 verbindenden Verbindungsabschnitt 194 umfassen.
Der Grundkörper 192 des Temperaturfühlergehäuses 174 umfasst dabei die den Temperaturfühler 136 umgebenden Wände 176, 178, 180 und 182 des Temperaturfühlergehäuses 174.
Der Fortsatz 188 kann insbesondere einstückig mit dem Grundkörper 192 ausgebildet sein, insbesondere mit dessen Bodenwand 176.
Um eine Festlegung des Fortsatzes 188 an dem Grundkörper 114 zu ermöglichen, weist der Grundkörper 114 beispielsweise einen Vorsprung 196 auf, welcher von dem ersten Kontaktbereich 116 aus, beispielsweise in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112, vorspringt. Der Vorsprung 196 kann beispielsweise einen halbkreisförmigen Abschnitt 198 umfassen.
Der Fortsatz 188 des Temperaturfühlergehäuses 174 ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Vorsprung 196 des Grundkörpers 114 des Zellverbinders 112 verbunden.
Diese stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere Laserschweißung, Ultraschallschweißung, Widerstandsschwei- ßung und/oder Reibrührschweißung, durch Verlötung und/oder durch Verklebung hergestellt sein.
Durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Temperaturfühlergehäuse 174 und dem Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 wird ein guter Wärmeübergang mit geringem Wärmewiderstand zwischen dem Grundkörper 114 einerseits und dem im Temperaturfühlergehäuse 174 aufgenommenen Temperaturfühler 136 andererseits erzielt, so dass die mittels des Temperaturfühlers 136 von der Auswertungsschaltung 140 ermittelte Temperatur möglichst genau mit der Temperatur im ersten Kontaktbereich 116 des Zellverbinders 112 übereinstimmt.
Wie bei den ersten beiden Ausführungsformen kann auch bei der dritten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Zwischenraum zwischen der Temperaturfühleraufnahme 142, welche hier als das Temperaturfühlergehäuse 174 ausgebildet ist, einerseits und dem Umfang des Temperaturfühlers 136 andererseits mit einer Kleberschicht 158 aus einem wärmeleitfähigen Kleber zumindest teilweise gefüllt ist. Hierdurch wird ein guter Wärmeübergang zwischen dem Grundkörper 192 des Temperaturfühlergehäuses 174 und dem Temperaturfühler 136 erzielt. Zur Herstellung der dritten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 mit daran festgelegtem Temperaturfühler 136 wird wie folgt vorgegangen :
Der Grundkörper 114 wird aus einem geeigneten Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einem metallischen Blechmaterial, mit der gewünschten Außenkontur (einschließlich des Vorsprungs 196) herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt oder (insbesondere mittels eines Lasers) herausgeschnitten.
Aus einem geeigneten Ausgangsmaterial wird eine Temperaturfühlergehäuse- Vorform herausgetrennt, welche den Fortsatz 188 und einen Streifen zur späteren Bildung des Grundkörpers 192 des Temperaturfühlergehäuses 174 um- fasst.
Als Material für das Temperaturfühlergehäuse 174 kommen dieselben Materialien in Betracht, die vorstehend als Materialien für den Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 genannt worden sind, also insbesondere die Metalle Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Gold und/oder Silber, Legierungen dieser vorstehend genannten Metalle, andere Metalle oder Legierungen anderer Metalle, leitfähige Kunststoffmaterialien und/oder leitfähige Kohlenstoffmaterialien.
An der Temperaturfühlergehäuse-Vorform wird zunächst durch geeignete Umformvorgänge eine wannenförmige vorläufige Aufnahme für den Temperaturfühler 136, beispielsweise aus der Bodenwand 176, der inneren Seitenwand 178 und der äußeren Seitenwand 180, gebildet, wobei diese vorläufige Aufnahme zunächst an ihrer Oberseite noch offen ist, beispielsweise dadurch, dass die Deckenwand 182 noch nicht abgekantet worden ist, sondern sich beispielsweise parallel zur inneren Seitenwand 178 erstreckt.
In diese wannenförmige Aufnahme wird der Kleber eingebracht, aus welchem die Kleberschicht 158 gebildet werden soll. Anschließend wird der Temperaturfühler 136 in die Aufnahme eingebracht, und die Aufnahme wird durch Abkanten der Deckenwand 182 geschlossen, so dass das in den Fig. 10 bis 12 dargestellte Temperaturfühlergehäuse 174 entsteht.
Dieses Temperaturfühlergehäuse 174 wird an dem Fortsatz 188, insbesondere an dessen ringförmigem Abschnitt 190, stoffschlüssig mit dem Grundkörper 114, insbesondere mit dessen Vorsprung 196, verbunden.
Diese stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißen, insbesondere durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und/oder Reibrührschweißen, durch Verlöten und/oder durch Verkleben, hergestellt werden.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte zur Herstellung des Zellverbinders 112 mit daran festgelegtem Temperaturfühler 136 können hinsichtlich ihrer Reihenfolge grundsätzlich beliebig verändert werden.
Ferner ist es möglich, zwei oder mehr dieser Verfahrensschritte gleichzeitig miteinander auszuführen.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 10 bis 12 dargestellte dritte Ausführungsform eines Zellverbinders 112 mit Temperaturfühler 136 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig . 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform und mit der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Insbesondere kann auch bei der dritten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 der Grundkörper 114 grundsätzlich mehrlagig ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals (108a) einer ersten elektrochemischen Zelle (102a) und eines zweiten Zellterminals (108b) einer zweiten elektrochemischen Zelle (102b) einer elektrochemischen Vorrichtung (100), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Zellverbinder (112) einen Grundkörper (114) und einen an dem Grundkörper (114) festgelegten Temperaturfühler (136) umfasst.
Zellverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (114) eine Temperaturfühleraufnahme (142) umfasst, in welcher der Temperaturfühler (136) zumindest teilweise aufgenommen ist.
Zellverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühleraufnahme (142) den Temperaturfühler (136) über mindestens die Hälfte des Umfangs des Temperaturfühlers (136) umgibt.
Zellverbinder nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühleraufnahme (142) eine Tasche (144) zum Aufnehmen des Temperaturfühlers (136) und eine Lasche (146) zum Zurückhalten des Temperaturfühlers (136) in der Tasche (144) umfasst.
Zellverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (144) und die Lasche (146) einstückig miteinander ausgebildet sind.
6. Zellverbinder nach Anspruch 4, durch gekennzeichnet, dass die Tasche (144) einstückig mit einer ersten Lage (160) des Grundkörpers (114) und die Lasche (146) einstückig mit einer zweiten Lage (162) des
Grundkörpers (114) ausgebildet ist.
7. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (146) mit der Tasche (144) und/oder mit einem Teil des Grundkörpers (114) des Zellverbinders (112) durch einen Steg (152; 164) verbunden ist.
8. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (136) durch Verklebung mittels eines Klebers an der Temperaturfühleraufnahme (142) festgelegt ist.
9. Zellverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
10. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (136) zumindest teilweise in einem Temperaturfühlergehäuse (174) angeordnet ist, das an dem Grundkörper (114) des Zellverbinders (112) festgelegt ist.
11. Zellverbinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Grundkörper (114) des Zellverbinders (112) einen Vorsprung (196) aufweist, an dem das Temperaturfühlergehäuse (174) festgelegt ist.
12. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturfühlergehäuse (174) stoffschlüssig an dem Grundkörper (114) festgelegt ist.
13. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Ausdehnung des Temperaturfühlergehäuses (174) kleiner ist als die größte Ausdehnung des Grundkörpers (114) des Zellverbinders (112) in einer Querrichtung (128) des Zellverbinders (112), die senkrecht zu einer Ebene verläuft, welche im montierten Zustand des Zellverbinders (112) die Längsachsen (106) der beiden elektrochemischen Zellen (102a, 102b) enthält.
14. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (136) ein NTC-Element, ein PTC-Ele- ment, ein Thermoelement oder ein Peltierelement ist.
15. Elektrochemische Vorrichtung, umfasst mindestens eine erste
elektrochemische Zelle (102a) mit einem ersten Zellterminal (108a), eine zweite elektrochemische Zelle (102b) mit einem zweiten Zellterminal (108b) und einen das erste Zellterminal (108a) und das zweite Zellterminal (108b) elektrisch leitend miteinander verbindenden Zellverbinder (112) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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