WO2013000617A1 - Kontaktelement zum mechanischen, thermischen und elektrischen kontaktieren eines energiespeichers - Google Patents

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Arpad Imre
Niko Dorsch
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Definitions

  • the present invention relates to a contact element for the mechanical, thermal and electrical contacting of at least one energy store.
  • the present invention further relates to an energy storage module comprising the contact element.
  • Traction batteries typically comprise a few to several thousand individual cells connected in parallel or serial branches in such a way that the specification regarding the range, ie the charge capacity of the entire traction battery, and the maximum power, ie the maximum load current per cell, is met.
  • the cells are often mounted in compact modules. Such modules and its
  • Components should meet the requirements for mechanical stability, thermal and electrical contact to ensure a long life of the module and thus the entire traction battery. Disclosure of the invention
  • the subject of the present invention is a contact element for
  • the contact element at least partially bounded a receiving space for receiving the at least one energy storage, wherein the contact element to a force, shape and / or
  • the contact element is at least partially electrically conductive and wherein the contact element is at least partially thermally conductive.
  • mechanical contacting can mean, in particular, mechanical fastening of the at least one energy store to the contact element, which provides the energy store, for example when used in a motor vehicle, with a secure hold and, consequently, high stability.
  • thermal contact may in particular mean bringing the contact element into contact with the contact element
  • Energy storage such that the heat generated by the energy storage during operation is in particular completely dissipated by the thermal contacting of the contact element via the contact element. Furthermore, heat can likewise be supplied from another source, as a result of which the energy store can be cooled or warmed up.
  • electrical contacting can mean, in particular, electrical connection of the energy store to the contact element and thus, in particular, further possible electrical connection to an electrical system, for example a traction battery or a consumer.
  • an electrical system for example a traction battery or a consumer.
  • a parallel or a serial connection of the at least one energy storage device with further energy storage devices is possible.
  • An energy store in the context of the present invention can be any one energy store in the context of the present invention.
  • the at least one energy store comprises or is a single cell of one
  • the contact element limits at least one
  • Recording space for receiving the energy storage at least partially. This can be realized, for example, by only a portion of the contact element, which completely or partially limits the receiving space. Further, a plurality of areas may be provided which each partially limit the receiving space.
  • the contact element is designed for the purpose of mechanical contacting with a positive, positive and / or material-locking connection with at least one subregion of an energy store.
  • the contact element is also at least partially electrically conductive for the purpose of making electrical contact.
  • the contact element is at least partially thermally conductive for the purpose of thermal contacting.
  • one of the abovementioned properties can in each case be assigned to a single, separate region of the contact element, in the event that a plurality of such regions is provided.
  • only one or each of the areas or the entire contact element itself may have all or more of the aforementioned
  • a design for a frictional connection may mean, in particular, that the contact element is at least partially aligned or designed in a suitable manner in order to develop a clamping effect. This can do that
  • contact element partially, for example by a suitable
  • Clamping region extend substantially parallel to at least a portion of an outer wall of the energy storage. This may mean in particular that an exactly parallel alignment or a beveled orientation can be provided. A beveled orientation may be particularly advantageous if no contact to the contact element
  • the degree of chamfering or prestressing is dependent, in particular, on the shape and size of the energy store to be contacted and on the desired clamping force.
  • a design for a cohesive connection may in particular mean that a suitable region of the contact element, for example a side limb thereof, parallel to an outer wall of the
  • Energy storage can run, but not necessarily must be biased to produce a clamping connection. Rather, the mechanical
  • a design for a form-locking connection may mean, in particular, that the contact element has a section which, for example, can engage behind a part of the energy store in order to fix it or to contact it mechanically.
  • the contact element also serves for thermal contacting.
  • the at least one energy storage or a part thereof it may be suitable to heat from the
  • Area of the same and the energy storage has a size which is in a range of> 10%, in particular> 20%, an area of the energy storage, such as a side surface of the energy storage.
  • an area of the energy storage such as a side surface of the energy storage.
  • Such a surface may also be provided by a plurality of regions of the
  • Contact element can be taken, wherein overall a coverage or thermal contact of the energy storage of> 10% or> 30% based on the total outer surface of the at least one energy storage can be advantageous. This can be done in particular by
  • the contact element is at least partially thermally conductive. It is, as stated above, possible that one or more responsible for the thermal contacting areas of the contact element are used only limited for the mechanical contact or act in this regard. In addition to one or more areas of the
  • Contact element with a large dimension as described above, for example, further areas may be provided which take over by their orientation or bias a large part or the entire mechanical contact. These areas can be dimensioned significantly smaller in this case, and only a relatively small part of thermal energy transmitted.
  • the contact element serves an electrical contact. This can, if the contact element is at least partially electrically conductive, already be achieved by a mere contact of the contact element with the
  • Energy storage or, for example, his grounded housing. Furthermore, electrical connections between the contact element and the corresponding pole of the energy store can be formed. Depending on the electrical interconnection, that is to say in particular a serial or parallel interconnection, and cell geometry, the electrical contacting can be effected by additional tabs or contact means of the contact element specially provided for this purpose. The contacting can be ensured, for example, by welding, soldering, pressing, crimping, bonding or other non-positive, positive or cohesive methods, in which case a mechanical contacting can equally take place.
  • the contact element according to the invention thus makes possible a complete mechanical, thermal and electrical at least one-pole or top-side contacting of at least one energy store with only one component or one contact element.
  • This is made possible because the contact element according to the invention provides thermal, mechanical and electrical interfaces, so that an additional or parallel thermal, mechanical and electrical contacting or connection is not necessary. According to the invention it is therefore no longer necessary, at least for a particular complete single-pole or top-side mechanical, thermal and electrical contacting, as in the state
  • the technique is common to provide a plurality of contact elements or components for contacting the energy storage.
  • the material used or the components used have a multiple use, which allows a high integration of the battery components.
  • a further positive aspect of the contact element according to the invention is further that in that the same element, which serves for an electrical contact, also serves for heat dissipation, current-carrying components are cooled. As a result, the cross-section of current conductors can be reduced, which further saves material and thus weight as well as costs.
  • the mechanical contacting according to the invention can be effected in particular by a clamping action of one or a plurality of regions of the contact element, between which the at least one energy store is inserted and clamped, a purely frictional connection between
  • Energy storage and contact element can be formed. Such a compound is easily formed and easily detachable. The assembly effort when attaching an energy storage device to the contact element can therefore be kept low, which saves time and costs in producing, for example, a traction battery. An exchange, for example, of an energy store in the event that it has a defect, is also also easily possible. The recycling of a traction battery is thus further simplified.
  • Contact element on a head portion on which at least one side legs is arranged may mean in particular the provision of at least one leg, which is formed integrally with the head section or which is fastened to the head section.
  • a side limb may be provided which at least partially delimits, for example, a round or rectangular shaped receiving space, depending in each case on the design of the energy store to be contacted.
  • at least two side legs may be provided, which are arranged opposite one another at the head portion. Arranged opposite one another may mean, in particular, that they define a receiving space arranged between them, in which an energy store can be introduced.
  • the head portion may be the same as the at least one side legs a contacting portion of the contact element and thus also serve for mechanical and / or thermal and / or electrical contacting.
  • the head section can serve a mechanical contacting.
  • the at least one side limb can be arranged substantially perpendicular to the head section. In the context of the present invention, this may mean, in particular, that the at least one side limb runs at exactly right angles or else encloses a certain angle in order, for example, to realize a prestress. In this case, the rectangular alignment can be achieved for the case that an energy storage is contacted by the contact element.
  • the at least one side limb may be chamfered. This may be suitable in particular for the case when, for example, the head region of the energy store is not exactly parallel to one another but, for example, extends thickening upward, as a result of which the mechanical contacting can be improved.
  • the at least one side leg can also be aligned, for example, at an angle of 45 ° in the receiving space in the event that an energy store is contacted.
  • the contact element has at least one heat transfer means, in particular a tempering channel, for discharging or supplying heat from or to the contact element.
  • a heat transfer medium for removing or supplying heat may comprise any element which serves the purpose of dissipating heat supplied by the contact element to the at least one energy store or supplying it with heat. This involves both a direct dissipation of heat, such as also an indirect, for example via other elements or components.
  • a tempering such as a cooling channel
  • Temperierkanal or be in the tempering channel located temperature control. For this it is advantageous that the
  • Temperierkanal has a low thermal insulation quality to transfer heat well. Suitable tempering channels may therefore be formed of metal, in which case suitable electrical insulation may be provided at the necessary locations to prevent a short circuit. Furthermore, plastics, in particular with ceramic
  • one or a plurality of fastening means may be provided on the contact element in order to fasten a tempering channel to the outer of the contact element.
  • the at least one heat transfer means can furthermore be advantageous for the at least one heat transfer means to have a temperature control channel arranged in the interior of the contact element.
  • the heat absorbed by the contact element can be dissipated directly from its interior or supplied to the interior.
  • the number and size of the Temperierkanäle is in turn particularly dependent on the necessary to be generated cooling effect or heating effect.
  • an electrically non-conductive coolant is suitably suitable.
  • organic oils or else deionized water can be used.
  • the contact element has a latching element for fastening the at least one
  • the mechanical contact can be further improved. So the mechanical contact is not only For example, caused by a clamping effect, but can also be reinforced by the latching connection or caused exclusively by this. In this embodiment, a particularly stable mechanical contacting is thus possible.
  • An advantage of a locking connection is further that such a mechanical fixation is an easily detachable connection, whereby a mechanical contact, such as for replacing an energy storage device, is easily solvable.
  • the invention further relates to an energy storage module with at least one energy store and with a contact element according to the invention, to which the at least one energy store is mechanically, thermally and electrically contacted, further comprising a bottom element to the bottom side
  • the energy storage module thus comprises at least one energy store, but is preferably equipped with a plurality of energy stores.
  • the energy storage module according to the invention may have a unit of four battery cells or accumulator cells, which may be connected approximately in parallel.
  • the bottom element can serve in particular for contacting the at least one energy store at the bottom.
  • a bottom-side contacting can in particular be a mechanical
  • Contact such as stabilizing the energy storage or the energy storage module, as well as an electrical
  • contacted pole of the energy storage is meant.
  • the contact element according to the invention may furthermore preferably be designed for the mechanical, thermal and electrical contacting of the at least one or preferably all of a plurality of energy stores.
  • the contact element for example in cuboid energy stores, preferably have a continuous head portion and for each of the energy storage, for example, at least one side legs, which is configured as described above.
  • Heat transfer means for removing heat can for each of
  • Energy storage be provided or arranged so that it Heat, which receives the contact element of the one or more energy storage, collects wholly or gives to this.
  • the energy storage module according to the invention has in particular the advantages discussed with respect to the contact element.
  • the contact element according to the invention By providing the contact element according to the invention, the energy store or the energy storage can be contacted by the contact element mechanically, thermally and electrically.
  • the assembly effort as well as the disassembly effort can be significantly reduced, which saves time and money and simplifies maintenance.
  • weight and cost can be saved by reducing components.
  • Energy storage module is disposed between the at least one energy storage and the contact element, a heat transfer medium.
  • Heat transfer medium is expediently a per se not electrically conductive heat transfer medium, such as a
  • Energy storage module is the at least one energy storage a lithium-ion battery.
  • Such energy storage has a number of advantages, since it is usually thermally stable and has no memory effect.
  • a lithium-ion battery is characterized by a comparatively high energy density.
  • Vibration damping element is arranged.
  • Vibration damping element can improve the stability of the energy storage module on the one hand.
  • these are not arranged directly adjacent to each other in a plurality of energy storage, but it is rather a gap between the energy storage provided to
  • At least one vibration damping element is provided between the energy stores in this embodiment.
  • the at least one vibration damping element is preferably elastic and electrically non-conductive.
  • one or a plurality of rubber buffers or elastomeric films may be used, or a suitable foam may be introduced between the energy storage devices.
  • plastic components can be placed between the energy storage devices to dampen vibrations.
  • An energy storage module according to this embodiment is therefore particularly stable and durable.
  • the at least one vibration damping element should be configured in such a way that it is stable even at high temperatures, thus also withstanding potential thermal runaway of the energy store.
  • the present invention further relates to an energy storage device comprising at least two energy storage modules according to the invention.
  • an energy storage device according to the invention two or more energy storage modules can be connected in parallel or in series to the
  • Energy storage arrangement has in particular with respect to the contact element according to the invention and with reference to the
  • Energy storage module mentioned advantages, namely in particular a simple assembly and disassembly, a reduction of the required components and a concomitant reduction in costs.
  • Energy storage arrangement is between the at least two
  • Energy storage modules arranged an electrical insulation. Thereby, an electrical contact between the individual modules or arranged in the modules energy storage can be prevented.
  • the modules can still be installed very close to each other, which saves installation space. This is especially true in mobile applications, such as in Vehicles, such as motor vehicles, advantage.
  • Insulation should be designed in such a way that it can be used even at high temperatures
  • Temperatures is stable, so can withstand a potential thermal run through the energy storage.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a schematic sketch of an embodiment of a
  • inventive energy storage module obliquely from above;
  • Fig. 3 is a schematic diagram of the embodiment of the
  • FIG. 1 shows an embodiment of a contact element 10 according to the invention.
  • the contact element 10 serves for the mechanical, thermal and electrical contacting of at least one not shown in FIG.
  • FIGS. 2 and 3 Contact element 10 or the contacting of the energy store 12 by the contact element 10 is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the contact element 10 according to the invention may be formed, for example, in one piece or in several pieces. Particularly preferably, the contact element 10 is integrally formed from a metal, such as a metal sheet, for example made of copper. It may be stamped or folded into a suitable shape.
  • a metal such as a metal sheet, for example made of copper. It may be stamped or folded into a suitable shape.
  • the contact element 10 according to FIG. 1 is designed to receive or contact at least one energy store 12. It limits at least one receiving space 20 for receiving the at least one energy store 12 at least partially. For example, in the case of an energy storage device 12 having a round cross section, only a portion of the Be provided contact element, which forms a circular receiving space 20. According to Figure 1, the contact element 10 is not
  • the contact element 10 limits four receiving spaces 20 at least partially.
  • the contact element 10 is designed to form a positive, positive and / or material-locking connection with at least one subarea of the energy store 12.
  • the contact element 10 is further at least partially electrically conductive and moreover at least partially thermally conductive.
  • the contact element may have a head portion 14, the upper abutment of an energy storage device 12 or a plurality of
  • Energy storage 12 can serve.
  • the head section 14 is designed to accommodate four energy stores 12. In addition to that
  • the contact element 10 may have one or more other areas, for example, at least one or two side legs 16. These may be arranged opposite to each other on the head portion 14.
  • the at least two side legs 16, for example, can serve a non-positive, cohesive and / or positive fixation of the energy store 12, that is to say its mechanical contacting.
  • at least two oppositely disposed side legs 16 may be present, so that between the
  • Energy storage 12 is formed, two side legs 16 may be provided for each of the energy storage 12 preferably. That's it
  • Side legs 16 share.
  • an electrical insulator may be arranged between the energy stores 12 in order to prevent a short circuit.
  • the side legs 16 may be in a training to a
  • the orientation and shape of the side legs 16 can preferably be selected as a function of the shape of the energy store or stores 12 in order, for example, to achieve a sufficient adhesion and thus the desired mechanical contacting.
  • this is at least partially thermally conductive.
  • this area can serve to derive the heat absorbed by the contact element 10 by air or liquid cooling or direct evaporation.
  • the region of the contact element which serves for thermal contacting can have a size which corresponds to> 10% or even> 20%, for example, of a side surface of the energy store 12. Altogether it can be advantageous if> 10% or even> 30% of the total surface of the
  • Energy storage are contacted or covered by one or more areas of the contact element.
  • the contact element 10 may include at least one heat transfer means for removing heat from the contact element 10 or for supplying
  • Fixing means 22 is provided for fastening a tempering 24, which is arranged on the outside of the contact element 10.
  • a tempering 24 which is arranged on the outside of the contact element 10.
  • Temperierkanal be arranged in the interior of the contact element 10.
  • a particularly effective cooling or heating of the contact element 10 can be achieved by a tempering channel 24.
  • the one or more tempering channels 24 may, for example, in or on the head portion 14 or in or on the side legs 16 and in principle, for example as
  • Meander be formed.
  • areas of the contact element formed for example, as side legs 16, further or alternatively further areas of the contact element 10, for example likewise designed as side legs 18, can be provided
  • the side legs 18 can serve in addition to a low thermal contact, in particular a mechanical and / or electrical contact. In conjunction with the head element 14 and the side legs 16, they can define the receiving space 20 for the energy store or stores 12 and can likewise be aligned as a function of the shape of the energy store 12 in order to generate a frictional connection.
  • an embodiment of the contact element 10 such as in particular the side legs 16, 18 may be formed into a positive or cohesive connection.
  • a cohesive connection for example, an adhesive connection may be provided. In this case, however, an adhesive should be used, which withstands the temperatures generated by the one or more energy stores 12 and he should also have a
  • Heat transfer to the contact element 10 can not be prevented.
  • a side leg 16, 18 run along the entire length of the energy storage device 12 and have a portion which engages behind the bottom region of the energy store 12.
  • the contact element 10, for example, on a side legs 16, 18, a locking element for attaching the at least one energy storage 12 have.
  • Figure 2 shows a schematic view of an embodiment of a
  • Inventive energy storage module 26 with at least one
  • Energy storage 12 which comprises at least one contact element 10 according to FIG. Accordingly, the energy storage module 26 has four energy stores 12, for example lithium-ion cells or lithium-ion accumulators, which are thermally, by the contact element 10,
  • Inventive energy storage modules 26 may find application in a variety of mobile and stationary applications. For example, one is
  • the energy accumulators 12 may have a ground terminal, which can be contacted to the housing of the energy accumulator 12 by contact with the contact element 10 or an electrically conductive region thereof, such as a side limb 16, 18.
  • a ground terminal which can be contacted to the housing of the energy accumulator 12 by contact with the contact element 10 or an electrically conductive region thereof, such as a side limb 16, 18.
  • Energy storage 12 and the contact element 10 is a weld or
  • the energy storage module 26 may further include a bottom member 28, in particular for the bottom-side contacting the at least one
  • Energy storage 12 is formed. By attaching the or
  • Energy storage module 26 have greater rigidity. This can be seen in particular in FIG.
  • the bottom element 28 preferably has openings 32 in order to electrically contact the further pole of the energy store 12.
  • the ground pole will be the (+) pole of the energy store 12
  • the (-) pole can be contacted at the bottom of the energy store 12 and is shown as a terminal 34.
  • Figure 2 turn four
  • Energy storage 12 contacted with one port 34.
  • between at least two energy stores 12 further at least one not shown
  • the top of the energy storage 12 can be electrically isolated by a suitable insulation 30, for example a plastic film.
  • a heat transfer medium may be arranged to improve the thermal contact.
  • a plurality of energy storage modules 26, in particular at least two, may further be connected to an energy storage arrangement and suitably connected in parallel or in series, for example to form a traction battery for a vehicle. Everybody can do that
  • Energy storage module 26 as well as each energy storage 12 by an electrical insulator 36, 38 such as an insulating plate or
  • Insulating foil be at least partially surrounded to prevent electrical jumps or short circuits.
  • the electrical insulator 36 may be in its size to the dimension of the energy storage 12 and the
  • Energy storage module 26 to be adapted or assume its dimensions. Furthermore, the insulator 38 can, for example, only partially surround or frame an energy storage module. Consequently, between the at least two energy storage modules 26, an electrical insulation 36, 38 may be arranged.

Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Kontaktelement (10) zum mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Energiespeichers (12). Um Bauteile zu sparen und damit eine kostengünstige Kontaktierung des Energiespeichers (12) zu ermöglichen, begrenzt das Kontaktelement (10) wenigstens einen Aufnahmeraum (20) zum Aufnehmen des wenigstens einen Energiespeichers (12) zumindest teilweise. Das Kontaktelement (10) ist dabei zu einer kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich des Energiespeichers (12) ausgebildet, wobei das Kontaktelement (10) zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist und wobei das Kontaktelement (10) wenigstens teilweise thermisch leitfähig ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Energiespeichermodul (26) mit wenigstens einem Energiespeicher (12) und mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement (10). Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Energiespeicheranordnung, die wenigstens zwei erfindungsgemäße Energiespeichermodule (26) umfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Kontaktelement zum mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren eines Energiespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktelement zum mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Energiespeichers. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein das Kontaktelement umfassendes Energiespeichermodul.
Stand der Technik
Zur Reduktion der Emission, wie etwa der lokalen Emission von Kraftfahrzeugen, werden derzeit verstärkt hybridelektrische oder rein elektrische Antriebskonzepte entwickelt. Der Betrieb von elektrischen Maschinen im Motor- und
Generatorbetrieb setzt einen elektrischen Energiespeicher im Fahrzeug voraus. Die relativ hohen Stückkosten einer sogenannten Traktionsbatterie in einem Fahrzeug machen eine Lebensdauer der Energiespeicher beziehungsweise der Zellen im Bereich der Fahrzeuglebensdauer wünschenswert.
Typischerweise umfassen Traktionsbatterien einige wenige bis hin zu mehreren tausend Einzelzellen, die in parallelen oder seriellen Ästen derart verschaltet sind, dass die Spezifikation bezüglich Reichweite, also der Ladungskapazität der gesamten Traktionsbatterie, und der maximalen Leistung, also dem maximalen Laststrom pro Zelle, erfüllt wird. In praktischen Ausführungen werden die Zellen oftmals in kompakten Modulen montiert. Derartige Module sowie dessen
Komponenten sollten die Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilität, Thermik und elektrischer Kontaktierung erfüllen, um eine lange Lebensdauer des Moduls und damit der gesamten Traktionsbatterie zu gewährleisten. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kontaktelement zum
mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Energiespeichers, wobei das Kontaktelement wenigstens einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des wenigstens einen Energiespeichers zumindest teilweise begrenzt, wobei das Kontaktelement zu einer kraft-, form- und/oder
stoffschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich des
Energiespeichers ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist und wobei das Kontaktelement wenigstens teilweise thermisch leitfähig ist.
Ein mechanisches Kontaktieren kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten ein mechanisches Befestigen des wenigstens einen Energiespeichers an dem Kontaktelement, was dem Energiespeicher, beispielsweise bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug, einen sicheren Halt und damit einhergehend eine hohe Stabilität gewährt.
Ein thermisches Kontaktieren kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten ein in Kontakt Bringen des Kontaktelements mit dem
Energiespeicher derart, dass die von dem Energiespeicher während des Betriebs erzeugte Wärme insbesondere vollständig durch das thermische Kontaktieren des Kontaktelements über das Kontaktelement abführbar ist. Ferner kann gleichermaßen Wärme aus einer anderen Quelle zuführbar sein, wodurch der Energiespeicher gekühlt beziehungsweise aufgewärmt werden kann.
Ein elektrisches Kontaktieren kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten ein elektrisches Anschließen des Energiespeichers an das Kontaktelement und damit insbesondere weiterhin ein mögliches elektrisches Verbinden mit einem elektrischen System beispielsweise einer Traktionsbatterie beziehungsweise eines Verbrauchers. Dabei ist beispielsweise eine parallele oder eine serielle Verschaltung des wenigstens einen Energiespeichers mit weiteren Energiespeichern möglich. Ein Energiespeicher im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jegliches
Element sein, welches Energie, insbesondere elektrische Energie, speichern und einem Verbraucher zur Verfügung stellen kann. Besonders bevorzugt umfasst oder ist der wenigstens eine Energiespeicher eine Einzelzelle einer
Traktionsbatterie beziehungsweise eine Einzelzelle eines Akkumulators. Erfindungsgemäß begrenzt das Kontaktelement wenigstens einen
Aufnahmeraum zur Aufnahme des Energiespeichers zumindest teilweise. Dies kann beispielsweise durch nur einen Bereich des Kontaktelements realisiert werden, weicher den Aufnahmeraum vollständig oder teilweise begrenzt. Ferner kann eine Mehrzahl an Bereichen vorgesehen sein, welche den Aufnahmeraum jeweils teilweise begrenzen.
Dabei ist das Kontaktelement zwecks einer mechanischen Kontaktierung zu einer kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich eines Energiespeichers ausgebildet. Das Kontaktelement ist ferner zwecks einer elektrischen Kontaktierung zumindest teilweise elektrisch leitfähig.
Ferner ist das Kontaktelement zwecks einer thermischen Kontaktierung wenigstens teilweise thermisch leitfähig. Jeweils eine der obengenannten Eigenschaften kann dabei jeweils einem einzelnen separaten Bereich des Kontaktelements zukommen, für den Fall, dass eine Mehrzahl an derartigen Bereichen vorgesehen ist. Alternativ kann nur ein oder jeder der Bereiche oder das ganze Kontaktelement selbst alle oder mehrere der vorgenannten
Eigenschaften aufweisen. Für den Fall, dass nur ein Bereich für die
vorgenannten Aufgaben vorgesehen ist, weist dieser jede der vorgenannten Eigenschaften auf.
Eine Ausbildung zu einer kraftschlüssigen Verbindung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass das Kontaktelement zumindest teilweise in geeigneter Weise ausgerichtet beziehungsweise ausgestaltet ist, um eine Klemmwirkung zu entfalten. Dazu kann das
Kontaktelement beispielsweise teilweise, etwa durch einen geeigneten
Klemmbereich, im Wesentlichen parallel zu zumindest einem Teilbereich einer Außenwandung des Energiespeichers verlaufen. Das kann insbesondere bedeuten, dass eine exakt parallele Ausrichtung oder eine abgeschrägte Ausrichtung vorgesehen sein kann. Eine abgeschrägte Ausrichtung kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn an dem Kontaktelement kein
Energiespeicher befestigt, also kontaktiert ist, da in diesem Fall eine Vorspannung insbesondere in den Aufnahmeraum vorteilhaft sein kann. Dabei ist das Maß der Abschrägung beziehungsweise Vorspannung insbesondere abhängig von der Form und Größe des zu kontaktierenden Energiespeichers sowie von der gewünschten Klemmkraft.
Eine Ausbildung zu einer stoffschlüssigen Verbindung kann insbesondere bedeuten, dass ein geeigneter Bereich des Kontaktelements, beispielsweise ein Seitenschenkel desselben, parallel zu einer Außenwandung des
Energiespeichers verlaufen kann, jedoch nicht zwingend vorgespannt sein muss, um eine Klemmverbindung zu erzeugen. Vielmehr kann die mechanische
Kontaktierung beispielsweise durch einen geeigneten Klebstoff erfolgen, der die beiden Bauteile aufgrund ihrer Ausrichtung zusammenhalten kann und der auf dem Kontaktelement angeordnet sein kann. Eine Ausbildung zu einer formschlüssigen Verbindung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass das Kontaktelement einen Abschnitt aufweist, der beispielsweise einen Teil des Energiespeichers hintergreifen kann, um diesen so zu befestigen beziehungsweise mechanisch zu kontaktieren.
Das Kontaktelement dient ferner der thermischen Kontaktierung. Insbesondere durch einen direkten Kontakt mit dem wenigstens einen Energiespeicher oder einem Teil desselben kann es dazu geeignet sein, Wärme von dem
Energiespeicher aufzunehmen und weiter abzuführen. Dazu kann es von Vorteil sein, wenn eine Kontaktfläche zwischen dem Kontaktelement oder einem
Bereich desselben und dem Energiespeicher eine Größe aufweist, die in einem Bereich von > 10%, insbesondere > 20%, einer Fläche des Energiespeichers, wie etwa einer Seitenfläche des Energiespeichers, beträgt. Dadurch ist eine besonders große Kontaktfläche vorhanden, was neben einem guten Kraftschluss zusätzlich eine besonders vorteilhafte Wärmeübertragung gewährleisten kann.
Eine derartige Fläche kann ferner von einer Mehrzahl an Bereichen des
Kontaktelements eingenommen werden, wobei insgesamt eine Überdeckung beziehungsweise thermische Kontaktierung des Energiespeichers von > 10% beziehungsweise > 30% bezogen auf die Gesamtaußenfläche des wenigstens einen Energiespeichers vorteilhaft sein kann. Dafür kann es insbesondere von
Vorteil sein, wenn das Kontaktelement zumindest teilweise thermisch leitfähig ist. Es ist dabei, wie oben ausgeführt, möglich, dass ein oder mehrere für die thermische Kontaktierung zuständigen Bereiche des Kontaktelements nur begrenzt für die mechanische Kontaktierung eingesetzt werden beziehungsweise diesbezüglich wirken. Zusätzlich zu einem oder mehreren Bereichen des
Kontaktelements mit großer Dimension, wie oben beschrieben, können beispielsweise weitere Bereiche vorgesehen sein, die durch ihre Ausrichtung beziehungsweise Vorspannung einen Großteil oder die gesamte mechanische Kontaktierung übernehmen. Diese Bereiche können in diesem Fall deutlich kleiner dimensioniert sein, und nur einen vergleichsweise geringen Teil an thermischer Energie übertragen.
Darüber hinaus dient das Kontaktelement einer elektrischen Kontaktierung. Diese kann, wenn das Kontaktelement zumindest teilweise elektrisch leitend ist, bereits erzielt werden durch einen bloßen Kontakt des Kontaktelements mit dem
Energiespeicher oder beispielsweise seinem auf Masse gelegten Gehäuse. Ferner können elektrische Verbindungen zwischen dem Kontaktelement und dem entsprechenden Pol des Energiespeichers ausgebildet werden. Je nach elektrischer Verschaltung, also insbesondere einer seriellen oder parallelen Verschaltung, und Zellgeometrie kann die elektrische Kontaktierung durch zusätzliche Laschen beziehungsweise eigens dafür vorgesehene Kontaktmittel des Kontaktelements erfolgen. Die Kontaktierung kann beispielsweise durch Schweißen, Löten, Pressen, Crimpen, Bonden oder sonstige kraft-, form-, oder stoffschlüssige Verfahren gewährleistet werden, wobei in diesem Fall gleichermaßen eine mechanische Kontaktierung erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Kontaktelement ermöglicht somit eine vollständige mechanische, thermische und elektrische zumindest einpolige beziehungsweise obenseitige Kontaktierung wenigstens eines Energiespeichers mit nur einem Bauteil beziehungsweise einem Kontaktelement. Dies wird ermöglicht, da das erfindungsgemäße Kontaktelement thermische, mechanische und elektrische Schnittstellen bereitstellt, so dass eine zusätzliche beziehungsweise parallele thermische, mechanische und elektrische Kontaktierung beziehungsweise Anbindung nicht notwendig ist. Erfindungsgemäß ist es daher zumindest für eine insbesondere vollständige einpolige beziehungsweise obenseitige mechanische, thermische und elektrische Kontaktierung nicht mehr notwendig, wie im Stand der Technik üblich, eine Mehrzahl an Kontaktelementen beziehungsweise Bauteilen für eine Kontaktierung des Energiespeichers bereitzustellen.
Auf diese Weise kann die Anzahl der Komponenten beispielsweise einer Traktionsbatterie deutlich gesenkt werden, was beispielsweise das
Systemgewicht reduziert. Ferner weisen erfindungsgemäß das eingesetzte Material beziehungsweise die eingesetzten Komponenten einen Mehrfachnutzen auf, was eine Hochintegration der Batteriekomponenten erlaubt. Ein weiterer positiver Aspekt des erfindungsgemäßen Kontaktelements liegt ferner darin, dass dadurch, dass das gleiche Element, das einer elektrischen Kontaktierung dient, auch einer Wärmeableitung dient, stromführende Bauteile gekühlt werden. Dadurch kann etwa der Querschnitt von Stromableitern reduziert werden, was weiterhin Material und damit Gewicht gleichermaßen wie Kosten spart.
Da die mechanische Kontaktierung erfindungsgemäß insbesondere durch eine Klemmwirkung eines oder einer Mehrzahl an Bereichen des Kontaktelements erfolgen kann, zwischen denen der wenigstens eine Energiespeicher eingefügt und eingeklemmt wird, ist eine rein kraftschlüssige Verbindung zwischen
Energiespeicher und Kontaktelement ausbildbar. Eine derartige Verbindung ist dabei leicht ausbildbar und leicht wieder lösbar. Der Montageaufwand beim Befestigen eines Energiespeichers an dem Kontaktelement kann daher gering gehalten werden, was Zeit und Kosten beim Herstellen beispielsweise einer Traktionsbatterie spart. Ein Austausch beispielsweise eines Energiespeichers für den Fall, dass dieser einen Defekt aufweist, ist ferner ebenfalls leicht möglich. Das Recycling einer Traktionsbatterie ist damit zusätzlich vereinfacht.
Im Rahmen einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das
Kontaktelement einen Kopfabschnitt auf, an dem wenigstens ein Seitenschenkel angeordnet ist. Dies kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere das Vorsehen wenigstens eines Schenkels bedeuten, der einstückig mit dem Kopfabschnitt ausgebildet ist, oder der an dem Kopfabschnitt befestigt ist. Dabei kann beispielsweise ein Seitenschenkel vorgesehen sein, der etwa einen runden oder rechteckig geformten Aufnahmeraum zumindest teilweise begrenzt, jeweils in Abhängigkeit der Ausgestaltung des zu kontaktierenden Energiespeichers. Insbesondere können jedoch wenigstens zwei Seitenschenkel vorgesehen sein, welche zueinander gegenüberliegend an dem Kopfabschnitt angeordnet sind. Gegenüberliegend angeordnet kann dabei insbesondere bedeuten, dass sie einen zwischen sich angeordneten Aufnahmeraum definieren, in welchen ein Energiespeicher einbringbar ist. Der Kopfabschnitt kann dabei gleichermaßen wie der wenigstens eine Seitenschenkel ein kontaktierender Bereich des Kontaktelements sein und somit ebenfalls zum mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Kontaktieren dienen. Insbesondere kann der Kopfabschnitt einem mechanischen Kontaktieren dienen.
Weiterhin kann der wenigstens eine Seitenschenkel im Wesentlichen senkrecht zu dem Kopfabschnitt angeordnet sein. Dies kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass der wenigstens eine Seitenschenkel exakt rechtwinklig verläuft oder aber einen bestimmten Winkel einschließt, um beispielsweise eine Vorspannung zu realisieren. In diesem Fall kann die rechtwinklige Ausrichtung erreicht werden für den Fall, dass ein Energiespeicher von dem Kontaktelement kontaktiert wird.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass der wenigstens eine Seitenschenkel abgeschrägt verläuft. Dies kann insbesondere für den Fall geeignet sein, wenn etwa der Kopfbereich des Energiespeichers nicht exakt parallel zueinander, sondern beispielsweise sich nach oben verdickend verläuft, wodurch die mechanische Kontaktierung verbessert werden kann. In diesem Fall kann der wenigstens eine Seitenschenkel auch beispielsweise in einem Winkel von 45° in den Aufnahmeraum ausgerichtet sein für den Fall, dass ein Energiespeicher kontaktiert ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Kontaktelement wenigstens ein Wärmeübertragungsmittel, insbesondere einen Temperierkanal, zum Abführen oder Zuführen von Wärme von oder zu dem Kontaktelement auf. Ein Wärmeübertragungsmittel zum Abführen oder Zuführen von Wärme kann im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliches Element umfassen, welches dem Zweck dient, von dem Kontaktelement aufgenommene Wärme des wenigstens einen Energiespeichers abzuführen oder diesem Wärme zuzuführen. Dabei ist sowohl ein direktes Abführen von Wärme umfasst, wie auch ein indirektes, beispielsweise über weitere Elemente beziehungsweise Komponenten.
Insbesondere durch einen Temperierkanal, wie einen Kühlkanal
beziehungsweise Heizkanal, kann auf einfache Weise die von dem
Kontaktelement aufgenommene Wärme des Energiespeichers an den
Temperierkanal beziehungsweise an in dem Temperierkanal sich befindendes Temperiermittel abgegeben werden. Dazu ist es vorteilhaft, dass der
Temperierkanal eine geringe thermische Isolierungsgüte aufweist, um Wärme gut übertragen zu können. Geeignete Temperierkanäle können daher aus Metall ausgebildet sein, wobei in diesem Fall eine geeignete elektrische Isolierung an den notwendigen Stellen vorgesehen sein kann, um einen Kurzschluss zu verhindern. Weiterhin sind Kunststoffe, insbesondere mit keramischen
Füllstoffen, von Vorteil, da diese elektrisch isolierend und thermisch gut wärmeleitend sein können. Die exakte Ausgestaltung und Dimensionierung ist dabei insbesondere zu wählen in Abhängigkeit der notwendigen zu erzeugenden Temperierwirkung.
Dabei kann an dem Kontaktelement beispielsweise ein oder eine Vielzahl an Befestigungsmitteln vorgesehen sein, um einen Temperierkanal an dem äußeren des Kontaktelements zu befestigen. Alternativ oder zusätzlich kann es weiterhin vorteilhaft sein, dass das wenigstens eine Wärmeübertragungsmittel einen in dem Inneren des Kontaktelements angeordneten Temperierkanal aufweist. In dieser Ausführungsform kann die von dem Kontaktelement aufgenommene Wärme direkt aus dessen Inneren abgeführt werden oder dem Inneren zugeführt werden. Die Anzahl und Größe der Temperierkanäle ist wiederum insbesondere abhängig von der notwendigen zu erzeugenden Kühlwirkung oder Heizwirkung. Als Kühl- beziehungsweise Heizmittel, welches den Temperierkanal
durchströmen kann, ist zweckmäßigerweise ein elektrisch nicht leitfähiges Kühlmittel geeignet. Beispielhaft können organische Öle oder auch entionisiertes Wasser verwendet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Kontaktelement ein Rastelement zum Befestigen des wenigstens einen
Energiespeichers auf. Auf diese Weise kann die mechanische Kontaktierung weiter verbessert werden. So wird die mechanische Kontaktierung nicht nur beispielsweise durch einen Klemmeffekt hervorgerufen, sondern kann ferner durch die Rastverbindung verstärkt oder ausschließlich durch diese bewirkt werden. In dieser Ausführungsform ist somit eine besonders stabile mechanische Kontaktierung möglich. Vorteilhaft an einer Rastverbindung ist ferner, dass eine derartige mechanische Fixierung eine leicht lösbare Verbindung darstellt, wodurch eine mechanische Kontaktierung, etwa zum Austauschen eines Energiespeichers, leicht lösbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Energiespeichermodul mit zumindest einem Energiespeicher und mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement, an dem der wenigstens eine Energiespeicher mechanisch, thermisch und elektrisch kontaktiert ist, ferner umfassend ein Bodenelement zum bodenseitigen
Kontaktieren des wenigstens einen Energiespeichers. Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul umfasst somit wenigstens einen Energiespeicher, ist jedoch bevorzugt mit einer Mehrzahl an Energiespeichern ausgestattet.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Energiespeichermodul eine Einheit von vier Batteriezellen beziehungsweise Akkumulatorzellen aufweisen, die etwa parallel geschaltet sein können. Das Bodenelement kann insbesondere zum bodenseitigen Kontaktieren des wenigstens einen Energiespeichers dienen. Ein bodenseitiges Kontaktieren kann dabei insbesondere ein mechanisches
Kontaktieren, wie etwa ein Stabilisieren des oder der Energiespeicher beziehungsweise des Energiespeichermoduls, wie auch ein elektrisches
Kontaktieren des oder der Energiespeicher bedeuten. Dabei ist dem Fachmann verständlich, dass das bodenseitige elektrische Kontaktieren insbesondere das Kontaktieren des Gegenpols bezüglich des mit dem Kontaktelement
kontaktierten Pols des Energiespeichers gemeint ist.
Dabei kann ferner vorzugsweise das erfindungsgemäße Kontaktelement zum mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren des wenigstens einen oder bevorzugt sämtlicher einer Mehrzahl von Energiespeichern ausgebildet sein. Dazu kann das Kontaktelement, beispielsweise bei quaderförmigen Energiespeichern, vorzugsweise einen durchgehenden Kopfabschnitt und für jeden der Energiespeicher beispielsweise wenigstens einen Seitenschenkel aufweisen, der ausgestaltet ist, wie oben beschrieben. Das
Wärmeübertragungsmittel zum Abführen von Wärme kann dabei für jeden der
Energiespeicher vorgesehen sein oder derart angeordnet sein, dass es die Wärme, welche das Kontaktelement von dem oder den Energiespeichern aufnimmt, gesamtheitlich aufnimmt oder an dieses abgibt.
Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul weist insbesondere die mit Bezug auf das Kontaktelement diskutierten Vorteile auf. Durch das Vorsehen des erfindungsgemäßen Kontaktelements kann der Energiespeicher oder können die Energiespeicher durch das Kontaktelement mechanisch, thermisch und elektrisch kontaktiert werden. Dadurch kann der Montageaufwand wie auch der Demontageaufwand erheblich reduziert werden, was Zeit und Kosten spart und die Instandhaltung vereinfacht. Darüber hinaus können durch eine Reduzierung der Bauteile Gewicht und Kosten eingespart werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Energiespeichermoduls ist zwischen dem wenigstens einem Energiespeicher und dem Kontaktelement ein Wärmeübertragungsmedium angeordnet. Das
Wärmeübertragungsmedium ist dabei zweckmäßigerweise ein an sich nicht elektrisch leitfähiges Wärmeübertragungsmedium, wie etwa ein
Wärmeübertragungsgel. Dadurch kann die thermische Anbindung des
Energiespeichers an das Kontaktelement noch weiter verbessert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Energiespeichermoduls ist der wenigstens eine Energiespeicher ein Lithium- Ionen-Akkumulator. Ein derartiger Energiespeicher weist eine Vielzahl von Vorteilen auf, da dieser meist thermisch stabil ist und keinen Memory-Effekt aufweist. Darüber hinaus zeichnet sich ein Lithium-Ionen-Akkumulator durch eine vergleichsweise hohe Energiedichte aus.
Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn wenigstens zwei Energiespeicher vorgesehen sind, zwischen denen wenigstens ein
Schwingungsdämpfungselement angeordnet ist. Ein
Schwingungsdämpfungselement kann dabei zum einen die Stabilität des Energiespeichermoduls verbessern. Denn vorzugsweise sind bei einer Mehrzahl von Energiespeichern diese nicht direkt aneinander angeordnet, sondern es ist vielmehr ein Spalt zwischen den Energiespeichern vorgesehen, um
beispielsweise einen elektrischen Kontakt der elektrisch leitenden
Energiespeichergehäuse zu verhindern und ferner eine Kühlung zu ermöglichen. Bei Erschütterungen jedoch, wie sie beispielsweise bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls in einem Fahrzeug vorkommen können, kann die Stabilität des Moduls nach einer längeren Verwendungszeit beeinträchtigt werden. Um dies zu verhindern, ist in dieser Ausführungsform wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement zwischen den Energiespeichern vorgesehen. Das wenigstens eine Schwingungsdämpfungselement ist dabei vorzugsweise elastisch und elektrisch nicht leitend. Beispielsweise kann ein oder eine Vielzahl von Gummipuffern oder Elastomerfolien Verwendung finden, oder ein geeigneter Schaum kann zwischen die Energiespeicher eingebracht werden. Ferner können Kunststoffbauteile zwischen den Energiespeichern angeordnet werden, um Schwingungen zu dämpfen. Ein Energiespeichermodul gemäß dieser Ausführungsform ist somit besonders stabil und langlebig. Das wenigstens eine Schwingungsdämpfungselement sollte dabei derart ausgestaltet sein, dass es auch bei hohen Temperaturen stabil ist, also auch einem potentiellen thermischen Durchgehen des Energiespeichers standhält.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens zwei erfindungsgemäße Energiespeichermodule. Bei einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung können zwei oder mehrere Energiespeichermodule parallel oder in Reihe geschaltet werden, um die
Anforderungen der Energiespeicheranordnung mit Bezug auf maximale
Ladungskapazität der gesamten Anordnung, wie etwa einer Traktionsbatterie, und der maximalen Leistung, zu erfüllen. Eine erfindungsgemäße
Energiespeicheranordnung weist insbesondere die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kontaktelement und die mit Bezug auf das
Energiespeichermodul genannten Vorteile auf, nämlich insbesondere eine einfache Montage und Demontage, eine Reduzierung der benötigten Bauteile und eine damit einhergehende Reduzierung der Kosten. Im Rahmen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Energiespeicheranordnung ist zwischen den wenigstens zwei
Energiespeichermodulen eine elektrische Isolierung angeordnet. Dadurch kann ein elektrischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen beziehungsweise den in den Modulen angeordneten Energiespeichern verhindert werden. Dabei können die Module trotzdem sehr eng aneinander verbaut werden, was Bauraum einspart. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen, wie etwa in Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, von Vorteil. Die elektrische
Isolierung sollte dabei derart ausgestaltet sein, dass sie auch bei hohen
Temperaturen stabil ist, also auch einem potentiellen thermischen Durchgehen des Energiespeichers standhält.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Skizze einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 2 eine schematische Skizze einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls von schräg oben;
Fig. 3 eine schematische Skizze der Ausführungsform des
Energiespeichermoduls aus Figur 2 von schräg unten.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktelements 10. Das Kontaktelement 10 dient dem mechanischen, thermischen und elektrischen Kontaktieren wenigstens eines in Figur 1 nicht gezeigten
Energiespeichers 12. Die Anordnung des Energiespeichers 12 in dem
Kontaktelement 10 beziehungsweise das Kontaktieren des Energiespeichers 12 durch das Kontaktelement 10 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt.
Das erfindungsgemäße Kontaktelement 10 kann beispielsweise einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Kontaktelement 10 einstückig aus einem Metall, wie etwa einem Metallblech, beispielsweise aus Kupfer, ausgebildet. Es kann in eine geeignete Form gestanzt beziehungsweise gefalzt sein.
Das Kontaktelement 10 gemäß Figur 1 ist ausgebildet, um wenigstens einen Energiespeicher 12 aufzunehmen beziehungsweise zu kontaktieren. Es begrenzt wenigstens einen Aufnahmeraum 20 zum Aufnehmen des wenigstens einen Energiespeichers 12 zumindest teilweise. Für den Fall eines Energiespeichers 12 mit rundem Querschnitt beispielsweise kann nur ein Bereich des Kontaktelements vorgesehen sein, welcher einen kreisförmigen Aufnahmeraum 20 ausbildet. Gemäß Figur 1 ist das Kontaktelement 10 jedoch nicht
beschränkend zum Kontaktieren von vier Energiespeichern 12 ausgebildet, die weiterhin quaderförmig ausgestaltet sind. Folglich begrenzt das Kontaktelement 10 gemäß Figur 1 vier Aufnahmeräume 20 zumindest teilweise.
Das Kontaktelement 10 ist dabei zu einer kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich des Energiespeichers 12 ausgebildet. Das Kontaktelement 10 ist ferner zumindest teilweise elektrisch leitfähig und darüber hinaus wenigstens teilweise thermisch leitfähig.
Gemäß Figur 1 kann das Kontaktelement einen Kopfabschnitt 14 aufweisen, der zur oberen Anlage eines Energiespeichers 12 oder einer Mehrzahl an
Energiespeichern 12 dienen kann. Gemäß Figur 1 ist der Kopfabschnitt 14 zur Anlage von vier Energiespeichern 12 ausgebildet. Zusätzlich zu dem
Kopfabschnitt 14 kann das Kontaktelement 10 einen oder mehrere weitere Bereiche aufweisen, beispielsweise wenigstens einen oder zwei Seitenschenkel 16. Diese können zueinander gegenüberliegend an dem Kopfabschnitt 14 angeordnet sein. Die beispielsweise wenigstens zwei Seitenschenkel 16 können einer kraftschlüssigen, stoffschlüssigen und/oder formschlüssigen Fixierung des Energiespeichers 12, also seiner mechanischen Kontaktierung, dienen. Dabei können für jeden Energiespeicher 12 wenigstens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenschenkel 16 vorhanden sein, so dass zwischen den
Seitenschenkeln 16 der wenigstens eine Energiespeicher 12 einbringbar ist. Da gemäß Figur 1 das Kontaktelement 10 zur Kontaktierung von vier
Energiespeichern 12 ausgebildet ist, können für jeden der Energiespeicher 12 vorzugsweise zwei Seitenschenkel 16 vorgesehen sein. Dabei ist es
grundsätzlich möglich, dass zwei Energiespeicher 12 direkt aneinander angeordnet werden derart, dass sie den zwischen sich befindlichen
Seitenschenkel 16 teilen. In diesem Fall kann zwischen den Energiespeichern 12 ein elektrischer Isolator angeordnet sein, um einen Kurzschluss zu verhindern. Es ist jedoch bevorzugt, dass, wie in Figur 1 gezeigt, für jeden Energiespeicher 12 wenigstens zwei Seitenschenkel 16 vorgesehen sind. Die Seitenschenkel 16 können dabei bei einer Ausbildung zu einer
kraftschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich eines Energiespeichers 12 rechtwinklig mit Bezug auf den Kopfabschnitt 14
ausgerichtet sein. Sie können jedoch auch durch eine Abweichung von der rechtwinkligen Form vorgespannt sein, indem sie nach innen, also aufeinander zu, gebeugt und in den Aufnahmebereich 20 gerichtet sind. Grundsätzlich kann die Ausrichtung und Form der Seitenschenkel 16 vorzugsweise in Abhängigkeit der Form des oder der Energiespeicher 12 gewählt werden, um beispielsweise einen ausreichenden Kraftschluss und damit die gewünschte mechanische Kontaktierung zu erzielen. Für den Fall, dass die Seitenschenkel 16 oder wenigstens ein Seitenschenkel 16 neben einer mechanischen Kontaktierung einer thermischen Kontaktierung dient, ist dieser zumindest teilweise thermisch leitfähig. Dabei kann dieser Bereich dazu dienen, die von dem Kontaktelement 10 aufgenommene Wärme durch Luft- oder Flüssigkeitskühlung oder Direktverdampfung abzuleiten. Dazu ist neben einer zumindest partiellen thermischen Leitfähigkeit eine große Kontaktfläche zwischen
Seitenschenkel 16, und dem Energiespeicher 12 hilfreich. Beispielsweise kann der Bereich des Kontaktelements, welcher einer thermischen Kontaktierung dient, eine Größe aufweisen, die > 10% oder sogar > 20% beispielsweise einer Seitenfläche des Energiespeichers 12 entspricht. Insgesamt kann es vorteilhaft sein, wenn > 10% oder sogar > 30% der gesamten Oberfläche des
Energiespeichers durch einen oder mehrere Bereiche des Kontaktelements kontaktiert beziehungsweise bedeckt sind.
Weiterhin kann das Kontaktelement 10 wenigstens ein Wärmeübertragungsmittel zum Abführen von Wärme von dem Kontaktelement 10 oder zum Zuführen von
Wärme zu dem Kontaktelement 10 aufweisen. Gemäß Figur 1 ist ein
Befestigungsmittel 22 zum Befestigen eines Temperierkanals 24 vorgesehen, der außenseitig auf dem Kontaktelement 10 angeordnet ist. So kann auf einfache Weise beispielsweise die von dem Kontaktelement 10 aufgenommene Wärme abgeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise ein
Temperierkanal im Inneren des Kontaktelements 10 angeordnet sein. Allgemein kann durch einen Temperierkanal 24 eine besonders effektive Kühlung oder Heizung des Kontaktelements 10 erzielt werden. Der oder die Temperierkanäle 24 können beispielsweise in oder auf dem Kopfabschnitt 14 oder auch in oder auf den Seitenschenkeln 16 verlaufen und grundsätzlich beispielsweise als
Mäander ausgebildet sein. Neben den beispielsweise als Seitenschenkel 16 ausgebildeten Bereichen des Kontaktelements können ferner oder alternativ weitere, beispielsweise ebenfalls als Seitenschenkel 18 ausgebildete Bereiche des Kontaktelements 10
vorgesehen sein. Diese können kleiner dimensioniert sein, als die
Seitenschenkel 16. Die Seitenschenkel 18 können neben einer geringen thermischen Kontaktierung insbesondere einer mechanischen und/oder elektrischen Kontaktierung dienen. Sie können im Zusammenspiel mit dem Kopfelement 14 und den Seitenschenkeln 16 den Aufnahmeraum 20 für den oder die Energiespeicher 12 definieren und dabei ebenfalls in Abhängigkeit der Form des Energiespeichers 12 ausgerichtet sein, um einen Kraftschluss zu erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausbildung des Kontaktelements 10 wie insbesondere der Seitenschenkel 16, 18 zu einer form- oder stoffschlüssigen Verbindung ausgebildet sein. Für eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise eine Klebeverbindung vorgesehen sein. Dabei sollte jedoch ein Klebstoff verwendet werden, welcher den von dem oder den Energiespeichern 12 erzeugten Temperaturen standhält und er sollte ferner eine
Wärmeübertragung erlauben oder nur partiell aufgebracht sein, um eine
Wärmeübertragung zu dem Kontaktelement 10 nicht zu verhindern. Alternativ oder Zusätzlich kann eine formschlüssige Verbindung vorliegen. Dazu kann beispielsweise ein Seitenschenkel 16, 18 entlang der gesamten Länge des Energiespeichers 12 verlaufen und einen Abschnitt aufweisen, welcher den Bodenbereich des Energiespeichers 12 hintergreift. Als weitere Möglichkeit zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung kann das Kontaktelement 10, beispielsweise an einem Seitenschenkel 16, 18, ein Rastelement zum Befestigen des wenigstens einen Energiespeichers 12 aufweisen.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls 26 mit wenigstens einem
Energiespeicher 12, das wenigstens ein Kontaktelement 10 gemäß Figur 1 umfasst. Demgemäß weist das Energiespeichermodul 26 vier Energiespeicher 12, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen beziehungsweise Lithium-Ionen- Akkumulatoren, auf, welche durch das Kontaktelement 10 thermisch,
mechanisch und elektrisch kontaktiert sind. Da das Kontaktelement 10 dem in Figur 1 Beschriebenen entspricht, wird dieses hier nicht im Detail erklärt. Es wird diesbezüglich auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen.
Erfindungsgemäße Energiespeichermodule 26 können Anwendung finden in einer Vielzahl von mobilen und stationären Anwendungen. Beispielsweise ist ein
Einsatz in einem rein elektrisch betriebenen Fahrzeug oder einem hybridelektrischen Fahrzeug vorteilhaft.
Die Energiespeicher 12 können, wie oben beschrieben, durch eine
kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit dem
Kontaktelement 10, wie etwa mit den Seitenschenkeln 16, 18 des
Kontaktelements 10 verbunden sein.
Die Energiespeicher 12 können einen Massepol aufweisen, der durch einen Kontakt mit dem Kontaktelement 10 beziehungsweise einem elektrisch leitfähigen Bereich desselben, wie etwa eines Seitenschenkels 16, 18, mit dem Gehäuse des Energiespeichers 12 kontaktierbar ist. Dadurch kann durch ein Kontaktieren insbesondere der Seitenschenkel 16, 18 ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 10 und dem Massepol des Energiespeichers 12 ausgebildet werden. Dabei kann vorzugsweise zwischen dem wenigstens einen
Energiespeicher 12 und dem Kontaktelement 10 eine Schweißung oder
Ähnliches vorgesehen sein, um eine genau definierte elektrische Kontaktierung zu erreichen. Das Energiespeichermodul 26 kann ferner ein Bodenelement 28 umfassen, das insbesondere zum bodenseitigen Kontaktieren des wenigstens einen
Energiespeichers 12 ausgebildet ist. Durch ein Befestigen des oder der
Energiespeicher 12 an dem Bodenelement 28 kann das gesamte
Energiespeichermodul 26 eine größere Steifigkeit besitzen. Dies ist insbesondere in Figur 3 zu erkennen. Das Bodenelement 28 weist vorzugsweise Öffnungen 32 auf, um den weiteren Pol des Energiespeichers 12 elektrisch zu kontaktieren. Im Regelfall wird der Massepol der (+)-Pol des Energiespeichers 12 sein, wohingegen der (-)-Pol am Boden des Energiespeichers 12 kontaktierbar ist und als Anschluss 34 dargestellt ist. Gemäß Figur 2 werden wiederum vier
Energiespeicher 12 mit je einem Anschluss 34 kontaktiert. Um die Stabilität des Energiespeichermoduls 26 zu erhöhen, kann zwischen zwei Energiespeichern 12 ferner wenigstens ein nicht gezeigtes
Schwingungsdämpfungselement angeordnet sein. Dieses beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi ausgebildete Element kann die Position der
Energiespeicher 12 stabilisieren und das gesamte Energiespeichermodul 26 langlebiger gestalten. Darüber hinaus kann die Oberseite der Energiespeicher 12 durch eine geeignete Isolierung 30, beispielsweise eine Kunststofffolie, elektrisch isoliert werden.
Ferner kann zwischen dem wenigstens einen Energiespeicher 12 und dem Kontaktelement 10 ein Wärmeübertragungsmedium angeordnet sein, um den thermischen Kontakt zu verbessern.
Eine Mehrzahl an Energiespeichermodulen 26, wie insbesondere wenigstens zwei, kann ferner zu einer Energiespeicheranordnung verbunden und in geeigneter Weise parallel oder seriell verschaltet werden, um beispielsweise eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug zu bilden. Dabei kann jedes
Energiespeichermodul 26 gleichermaßen wie jeder Energiespeicher 12 von einem elektrischen Isolator 36, 38 wie etwa einer Isolationsplatte oder
Isolationsfolie zumindest teilweise umgeben sein, um elektrische Übersprünge oder Kurzschlüsse zu verhindern. Der elektrische Isolator 36 kann dabei in seiner Größe an die Dimension der Energiespeicher 12 beziehungsweise des
Energiespeichermoduls 26 angepasst sein beziehungsweise seine Ausmaße annehmen. Ferner kann der Isolator 38 beispielsweise ein Energiespeichermodul nur teilweise umgeben beziehungsweise umrahmen. Folglich kann zwischen den wenigstens zwei Energiespeichermodulen 26 eine elektrische Isolierung 36, 38 angeordnet sein.

Claims

Ansprüche
1 . Kontaktelement zum mechanischen, thermischen und elektrischen
Kontaktieren wenigstens eines Energiespeichers (12), wobei das
Kontaktelement (10) wenigstens einen Aufnahmeraum (20) zum Aufnehmen des wenigstens einen Energiespeichers (12) zumindest teilweise begrenzt, wobei das Kontaktelement (10) zu einer kraft-, form- und/oder
stoffschlüssigen Verbindung mit zumindest einem Teilbereich des
Energiespeichers (12) ausgebildet ist, wobei das Kontaktelement (10) zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist und wobei das Kontaktelement (10) wenigstens teilweise thermisch leitfähig ist.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1 , wobei das Kontaktelement (10) einen Kopfabschnitt (14) aufweist, an dem wenigstens ein Seitenschenkel (16, 18) angeordnet ist.
3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktelement (10) wenigstens ein Wärmeübertragungsmittel, insbesondere einen
Temperierkanal (24), zum Abführen oder Zuführen von Wärme von oder zu dem Kontaktelement (10) aufweist.
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Kontaktelement (10) ein Rastelement zum Befestigen des wenigstens einen Energiespeichers (12) aufweist.
5. Energiespeichermodul mit zumindest einem Energiespeicher (12) und mit einem Kontaktelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, an dem der wenigstens eine Energiespeicher (12) mechanisch, thermisch und elektrisch kontaktiert ist, ferner umfassend ein Bodenelement (28) zum bodenseitigen Kontaktieren des wenigstens einen Energiespeichers (12).
6. Energiespeichermodul nach Anspruch 5, wobei zwischen dem wenigstens einen Energiespeicher (12) und dem Kontaktelement (10) ein
Wärmeübertragungsmedium angeordnet ist.
7. Energiespeichermodul nach Anspruch 5 oder 6, wobei der wenigstens eine Energiespeicher (12) ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist.
8. Energiespeichermodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei wenigstens zwei Energiespeicher (12) vorgesehen sind, zwischen denen wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement angeordnet ist.
9. Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens zwei
Energiespeichermodule (26) nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 9, wobei zwischen den
wenigstens zwei Energiespeichermodulen (26) eine elektrische Isolierung (36, 38) angeordnet ist.
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