WO2015197349A1 - Verbindungselement mit federelementen - Google Patents

Verbindungselement mit federelementen Download PDF

Info

Publication number
WO2015197349A1
WO2015197349A1 PCT/EP2015/062710 EP2015062710W WO2015197349A1 WO 2015197349 A1 WO2015197349 A1 WO 2015197349A1 EP 2015062710 W EP2015062710 W EP 2015062710W WO 2015197349 A1 WO2015197349 A1 WO 2015197349A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connecting element
terminal
battery
connection
connector
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/062710
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Constanze Weber
Silvia Baeck-Egli
Sandro RANK
Erik KRAMS
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2015197349A1 publication Critical patent/WO2015197349A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/516—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by welding, soldering or brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/517—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by fixing means, e.g. screws, rivets or bolts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a connecting element for electrical
  • Battery cell module comprising the connecting element.
  • the invention further relates to a battery with a plurality of battery cells and / or
  • Battery modules each comprising a battery cell, wherein at least two battery cells and / or two battery modules are connected by means of a connecting element.
  • batteries which find a diverse application, for example in
  • Vehicles i. in hybrid, plug-in hybrid and electric vehicles, stationary equipment, e.g. Wind turbines and in mobile electronic devices, such as laptops and communication devices, very high demands are placed on their reliability, service life and performance.
  • stationary equipment e.g. Wind turbines and in mobile electronic devices, such as laptops and communication devices
  • mobile electronic devices such as laptops and communication devices
  • lithium-ion technology is characterized among other things by high energy density and extremely low self-discharge.
  • individual battery cells or battery cells are connected in series or in parallel with each other to form modules.
  • these modules or battery modules can be combined to form larger subunits, the so-called sub-units, with two or more sub-units ultimately being used to build up a complete battery.
  • Battery cells to modules is generally by means of a cell connector, the Interconnection of individual modules by means of a module connector. in the
  • the cell compound is usually a cohesive compound and is e.g. preferably with welded, e.g.
  • an electrically conductive connection of individual modules often takes place in a comparable manner but in particular by a detachable connection, preferably a bolted connector.
  • a detachable connection preferably a bolted connector.
  • Voltage potential differences can lead to a further increase in the contact resistance over the life of the battery. Furthermore, more electrical losses occur, which initiate heat generation, which must be compensated by a greater cooling capacity.
  • a module connector which interconnects individual modules of a battery comprising a plurality of battery cells.
  • the module connector is welded on one side to a first module and on the other side non-positively inserted into a socket of another module.
  • a connecting element for electrically connecting two battery cells or battery modules is proposed.
  • Connecting element comprises a connection area for connection to a Terminal of a battery cell and / or a battery module and a
  • Receptacle for releasably connecting a connector, wherein the
  • a detachable connection of battery cells and / or battery modules is available, which offers a very low contact resistance at the contact surfaces. Furthermore, a universally applicable connection is available, which can be realized cost-effectively due to the reduced number of individual parts. In addition, you can
  • the connecting element according to the invention is designed such that it can be received at a terminal of a battery cell and / or a battery module.
  • the connecting element comprises a connection region, which can be connected to a terminal of a battery cell and / or a battery module in a material, force and / or form-fitting manner.
  • the connecting element comprises a connection region, which can be connected to a terminal of a battery cell and / or a battery module in a material, force and / or form-fitting manner.
  • connection region formed such that it by means of welding, in particular by laser welding, is integrally connectable to a terminal of a first battery cell or a first battery module.
  • the connection region is designed such that the connection element can be fastened to the terminal by means of a latching element and a latching device or a clip connection.
  • locking lugs, latching hooks or attacks on the connecting element may be provided, which engage in correspondingly designed latching devices or overlap these.
  • the locking element can be supplemented by a
  • an adapter can be provided at the terminal, in particular in the case of a terminal with a small cross-sectional area, which can be connected to the terminal, for example by welding, and to which the connecting element according to the invention can be connected in a material, force and / or form-fitting manner.
  • the adapter can be designed as an intermediate plate.
  • the connecting element further comprises a receiving area.
  • Receiving area is formed as a cavity, are provided on the spring elements.
  • the cavity in which a connector, preferably a high current connector, can be received has a rectangular shape.
  • the spring elements are preferably arranged such that two spring elements lie opposite one another.
  • Such a spring element is made of a highly electrically conductive material and biased received on the receiving area.
  • such a spring element is designed as a bending spring, preferably as a leaf spring, with its respective ends being resiliently received in the walls of the receiving region of the connecting element delimiting the cavity.
  • Spring elements as disc springs, cup spring pacts or coil springs in
  • the spring elements provide a spring contact available, so that a current flow between the terminal of the battery cell and / or the battery module and connector via the spring elements or the spring contact takes place.
  • the connecting element may be provided with a protection, the protection being electrically insulating, preferably as a corresponding coating, e.g. is designed as a coating or paint or as a wrapper in order for a person handling the fastener the risk of
  • the surfaces of the spring elements, which are in contact with the received connector provided with a coating, preferably with highly conductive materials, such as metallic coatings.
  • the coating permanently ensures a low contact and / or contact resistance between the spring elements and the connector under the prevailing conditions, and prevents or minimizes oxidation and contact corrosion.
  • the areas of the connector received therein which are in contact with the at least one spring element are likewise coated.
  • the connector received in the receiving area of the veneering element for example the high-current connector, can be inserted into the receiving area and is fixed in this position by the pretensioned spring elements. In one embodiment, the inserted connector is located at an outside of the receiving area
  • Connector portion fixed by means of additional locking elements to a
  • locking elements may inter alia latching noses, latching hooks, projections, or the like.
  • sensor devices e.g. Temperature and / or current sensors, and / or voltage detecting means for monitoring the battery cell and / or the battery module.
  • At least one battery cell module which comprises at least two battery cells, in particular lithium-ion battery cells, wherein by means of the invention
  • a battery which comprises a plurality of battery cell modules according to the invention.
  • Hybrid vehicle H EV
  • PHEV plug-in hybrid vehicle
  • Electric vehicle proposed.
  • Other uses are in e-bikes, stationary storage systems, e.g. Solar plants, wind turbines.
  • the contact resistance at the contact surfaces is very low and can be even further improved and protected by suitable coatings.
  • connection element according to the invention made available universal detachable connection option can individual
  • Battery cells and / or individual battery modules when needed, for example, for maintenance, easily disassembled.
  • the connecting element according to the invention has the effect that mechanical and thermal interference factors on the contact resistance are permanently reduced and minimized. In particular, mechanical and thermal influences on the contact resistance, such as tolerances, vibrations, thermal expansions, are compensated.
  • connecting element and terminal adapter allows an arrangement of the connecting element regardless of the cross-sectional area of the terminal of the battery cell and / or the battery module.
  • the protection formed as a paint or coating, inter alia, a contact protection, this being an additional
  • the connecting element according to the invention also offers the possibility of devices for battery cell monitoring, for example a
  • FIG. 1 shows a connecting element according to the invention according to a
  • Variant embodiment arranged at a terminal
  • Figure 2 shows a further embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a connecting element 10 which is arranged on a terminal 12 of a battery cell 6.
  • the illustrated terminal 12 protrudes beyond a housing 7 of the battery cell 6.
  • Reference numeral 8 indicates a battery module.
  • the adapter 14 is welded to the terminal 12, indicated by welding zones 16. This cohesive connection can be realized in particular by laser welding, wherein alternatively a non-positive and / or positive connection can be used.
  • the connecting element 10 has in the illustrated in Figure 1
  • connection region 18 is designed to be complementary to the adapter 14 such that the adapter 14 cohesively can be fixed to it, indicated schematically by
  • connection of the connecting element 10 and the connection area 18 with the adapter 14 can for example also take place via a screw connection. If the terminal 12 is dimensioned sufficiently large, the connecting element 10 can directly, without a corresponding
  • the connecting element 10 has a receiving region 22, which is designed as a rectangular cavity 24. At least one spring element 26 is arranged on the receiving region 22 or in the cavity 24 in such a way that it is fixed in the receiving region 22 in a prestressed manner. For example, ends of the spring element 26 are biased into the walls of the receiving region 22 delimiting the cavity 24. In the embodiment variant shown in Fig. 1 is between them
  • prestressed spring elements 26 is fixed and is in an electrically conductive contact with these.
  • the connector 28 is preferably a
  • High-current connector made of an electrically conductive material, for example of a metal or an aluminum and / or copper alloy.
  • the at least one spring element 26 is made of a material with good electrical conductivity and resilience, wherein the connector 28 accommodated between the spring elements 26, in particular a high-current connector, is in resilient contact with the spring elements 26.
  • the spring elements 26, which are arranged opposite in the cavity 24, provide a receptacle for a connector 28, wherein the receptacle may also be in the form of a snap closure, wherein
  • Barb or latching elements or the like may be included.
  • the connecting element 10 is provided with a coating 30 for protection against inadvertent contact by personnel handling the connecting element 10.
  • the coating 30 may be used as a coating, for example in Form of a coating, powdering or foliation, executed, which is an insulation on the connecting element 10.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention
  • This embodiment of the connecting element 10 differs in the connection region 18 in that the connecting element 10 with the
  • Adapter 14 is connected by means of a latching connection 32.
  • the latching connection 32 In particular, the
  • Connection region 18 is provided with a latching device 34, for example as an edge region which overlaps the adapter 14, in which the adapter 14 is accommodated in a form-fitting manner.
  • the latching connection 32 can also be used as a latching element, e.g. be formed as a latching nose and a complementary trained latching. In the case of the illustrated in Figure 2
  • a further spring element 38 is further arranged such that a surface 36 of the adapter 14 is in resilient contact with the further spring element 38 and is fixed by this.
  • Battery cells 6 are connected to each other to the battery module 8.
  • battery cells 6 and / or battery modules 8 connected in this manner are used in hybrid vehicles (HEV), plug-in hybrid vehicles or electric vehicles (EV), as well as in e-bikes and stationary energy storage systems, such as solar systems and wind turbines.
  • HEV hybrid vehicles
  • EV electric vehicles
  • e-bikes stationary energy storage systems, such as solar systems and wind turbines.
  • the connecting element 10 can be manufactured as an injection-molded component from an electrically insulating material or from an extruded or drawn profile, wherein the spring elements 26 can be injected or introduced subsequently.
  • the spring elements 26 and possibly 38 for example, be encapsulated with a plastic and as semi-finished with the connecting element 10, as a sheet metal part or extruded metal, connected, in particular by gluing, snapping, clipping, etc ..
  • the spring elements 26, possibly 38 and the connecting element 10 but can also be complete with a
  • Plastic are injected so that no further connection methods are necessary.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement (10) zum elektrischen Verbinden von Batteriezellen (6) und/oder Batteriemodulen (8), wobei das Verbindungselement (10) einen Anschlussbereich (18) zur Verbindung mit einem Terminal (12) und einen Aufnahmebereich (22) zur lösbaren Verbindung eines Verbinders (28) aufweist, wobei mindestens ein Federelement (26) vorgesehen ist zwecks Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit dem Terminal (12).

Description

Beschreibung
Titel
Verbindungselement mit Federelementen Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement zum elektrischen
Verbinden von Batteriezellen oder Batteriemodulen sowie ein
Batteriezellenmodul, welches das Verbindungselement umfasst. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie mit mehreren Batteriezellen und/oder
Batteriemodulen, die jeweils eine Batteriezelle umfassen, wobei mindestens zwei Batteriezellen und/oder zwei Batteriemodule mittels eines Verbindungselements verbunden sind. An Batterien, welche eine vielfältige Anwendung finden, beispielsweise in
Fahrzeugen, d.h. in Hybrid-, Plug-in-Hybrid- und Elektrofahrzeugen, stationären Anlagen, z.B. Windkraftan lagen und in mobilen Elektronikgeräten, wie in Laptops und Kommunikationsgeräten, werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt. Insbesondere geeignet ist die Lithium-Ionen-Technologie, welche sich unter anderem durch hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung auszeichnet.
Um das Spannungsniveau oder die Stromstärke von Lithium-Ionen- Akkumulatoren bzw. wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen, werden einzelne Akkumulator- bzw. Batteriezellen in Reihe oder parallel miteinander zu Modulen verbunden. Diese Module bzw. Batteriemodule wiederum können zu größeren Untereinheiten zusammengefasst werden, den sogenannten Sub-Units, wobei aus zwei oder mehreren Sub-Units letztendlich eine komplette Batterie aufgebaut wird. Die Verschaltung der einzelnen
Batteriezellen zu Modulen erfolgt im Allgemeinen mittels eines Zellverbinders, die Verschaltung von einzelnen Modulen mittels eines Modulverbinders. Im
Folgenden werden die Zell- bzw. Modulverbinder allgemein als Verbinder oder Verbindungselement bezeichnet. Die Zellverbindung ist dabei in der Regel eine stoffschlüssige Verbindung und wird z.B. bevorzugt mit geschweißten, z.B.
mittels Laser-, Ultraschall-, und/oder Reibschweißen und ähnliches oder genieteten Verbindern hergestellt.
Auch eine elektrisch leitfähige Verbindung von einzelnen Modulen erfolgt oftmals in vergleichbarer Weise aber insbesondere durch eine lösbare Verbindung, vorzugsweise einen angeschraubten Verbinder. Allerdings kommt es aufgrund der großen Anzahl von Einzelteilen zu einem relativ hohen
Übergangswiderstand. Bedingt durch Korrosion, insbesondere Oxidation, oder nachlassende Kontaktkraft und aufgrund von elektrochemischen
Spannungspotenzial-Unterschieden kann es über die Lebensdauer der Batterie zu einer weiteren Erhöhung des Übergangswiderstands kommen. Ferner treten vermehrt elektrische Verluste auf, welche eine Wärmeentwicklung initiieren, die durch eine stärkere Kühlleistung ausgeglichen werden muss.
Aus DE 10 2009 058 953 AI ist ein Modulverbinder bekannt, welcher einzelne Module einer Batterie, umfassend mehrere Batteriezellen, miteinander verbindet.
Der Modulverbinder ist einseitig an einem ersten Modul angeschweißt und an der anderen Seite kraftschlüssig in eine Buchse eines weiteren Moduls einsteckbar.
Aus dem Stand der Technik , beispielsweise DE 100 38 650 AI, US 4, 778, 408, EP 1 439 610 A2 und WO 97/36344, sind Verbinder mit Federelementen bekannt, welche entweder einfach und kostengünstig gestaltet sind, aber einen hohen Montageaufwand bedingen, oder solche, welche aufwändig konstruktiv gestaltet sind aber einen vergleichsweise einfache und schnelle Befestigung erlauben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verbindungselement zum elektrischen Verbinden von zwei Batteriezellen oder Batteriemodulen vorgeschlagen. Das
Verbindungselement umfasst einen Anschlussbereich zur Verbindung mit einem Terminal einer Batteriezelle und/oder eines Batteriemoduls und einen
Aufnahmebereich zur lösbaren Verbindung eines Verbinders, wobei zur
Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit dem Terminal mindestens ein Federelement vorgesehen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement steht eine lösbare Verbindung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen zur Verfügung, welche einen sehr niedrigen Übergangswiderstand an den Kontaktflächen bietet. Ferner steht eine universell einsetzbare Verbindung zur Verfügung, welche aufgrund reduzierter Anzahl der Einzelteile kostengünstig realisierbar ist. Darüber hinaus können
Positionierungsfehler ausgeglichen werden.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement ist derart gestaltet, dass dieses an einem Terminal einer Batteriezelle und/oder eines Batteriemoduls aufgenommen werden kann. Das Verbindungselement umfasst einen Anschlussbereich, welcher mit einem Terminal einer Batteriezelle und/oder eines Batteriemoduls stoff-, kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist. Insbesondere ist der
Anschlussbereich derart ausgebildet, dass dieser mittels Schweißen, insbesondere mittels Laserschweißen, stoffschlüssig mit einem Terminal einer ersten Batteriezelle oder eines ersten Batteriemoduls verbindbar ist. In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Anschlussbereich derart gestaltet, dass das Verbindungselement mittels eines Rastelements und einer Rasteinrichtung, bzw. einer Clip-Verbindung an dem Terminal befestigbar ist. Beispielsweise können Rastnasen, Rasthaken oder Übergriffe an dem Verbindungselement vorgesehen sein, welche in entsprechend gestaltete Rasteinrichtungen einrasten bzw. diese übergreifen. Ferner kann das Rastelement ergänzt werden durch ein
Federelement, welches in einer entsprechend ausgebildeten Aussparung am Verbindungselement derart aufgenommen ist, dass das Terminal zusätzlich zur vorgesehenen Clip-Verbindung fixiert wird.
Darüber hinaus kann an dem Terminal, insbesondere im Falle eines Terminals mit einer kleinen Querschnittsfläche, ein Adapter vorgesehen sein, welcher mit dem Terminal beispielsweise mittels Schweißen verbindbar ist und an dem das erfindungsgemäße Verbindungselement stoff-, kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist. Der Adapter kann als Zwischenplatte ausgebildet werden. Das Verbindungselement umfasst ferner einen Aufnahmebereich. Der
Aufnahmebereich ist als Hohlraum ausgebildet, an dem Federelemente vorgesehen sind. Insbesondere weist der Hohlraum, in welchem ein Verbinder, vorzugsweise ein Hochstromverbinder, aufgenommen werden kann, eine rechteckige Form auf. Die Federelemente sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sich zwei Federelemente gegenüberliegen. Ein derartiges Federelement ist aus einem elektrisch gut leitfähigen Material gefertigt und vorgespannt an dem Aufnahmebereich aufgenommen. Insbesondere ist ein derartiges Federelement als Biegefeder, vorzugsweise als Blattfeder, ausgebildet, wobei seine jeweiligen Enden federnd in die den Hohlraum begrenzende Wände des Aufnahmebereichs des Verbindungselements aufgenommen sind. Des Weiteren können die
Federelemente als Tellerfedern, Tellerfederpakte oder Spiralfedern in
unterschiedlichen Anordnungen ausgebildet sein. Die Federelemente stellen einen Federkontakt zur Verfügung, so dass ein Stromfluss zwischen Terminal der Batteriezelle und/oder des Batteriemoduls und Verbinder über die Federelemente bzw. den Federkontakt erfolgt.
Das Verbindungselement kann mit einem Schutz versehen sein, wobei der Schutz elektrisch isolierend, vorzugsweise als entsprechende Beschichtung, z.B. als Überzug bzw. Lackierung oder als Umhüllung ausgeführt ist, um für ein mit dem Verbindungselement hantierendes Personal die Gefahr eines
Stromschlages auszuschließen und einen Berührungsschutz darzustellen. Ferner wird die Kurzschlussgefahr minimiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind die Oberflächen der Federelemente, welche in Kontakt zu dem aufgenommenen Verbinder stehen, mit einer Beschichtung versehen, vorzugsweise mit gut leitenden Materialien, beispielsweise metallischen Beschichtungen. Die Beschichtung gewährleistet dauerhaft bei den herrschenden Bedingungen einen geringen Kontakt- und/oder Übergangswiderstand zwischen Federelementen und Verbinder, sowie werden Oxidation und eine Kontaktkorrosion verhindert bzw. minimiert. Vorzugsweise sind die mit dem mindestens einen Federelement in Kontakt stehenden Bereiche des darin aufgenommenen Verbinders ebenfalls beschichtet. Der in den Aufnahmebereich des Verblndungselements aufgenommene Verbinder, z.B. der Hochstromverbinder, kann in den Aufnahmebereich eingesteckt werden und wird in dieser Position durch die vorgespannten Federelemente fixiert. In einer Ausführungsvariante wird der eingesteckte Verbinder an einem außerhalb des Aufnahmebereichs befindlichen
Verbinderabschnitt mittels zusätzlicher Rastelemente fixiert, um ein
unbeabsichtigtes Herausrutschen des eingesteckten Verbinders aus dem Aufnahmebereich zu verhindern. Diese Rastelemente können unter anderem Rastnasen, Rasthaken, Vorsprünge, oder dergleichen sein.
An dem Verbindungselement können darüber hinaus weitere Einrichtungen untergebracht werden, beispielsweise Sensoreinrichtungen, z.B. Temperatur- und/oder Stromsensoren, und/oder Spannungserfassungseinrichtungen zum Überwachen der Batteriezelle und/oder des Batteriemoduls.
Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Batteriezellenmodul zur Verfügung gestellt, welches wenigstens zwei Batteriezellen, insbesondere Lithium- lonen- Batteriezellen umfasst, wobei mittels des erfindungsgemäßen
Verbindungselements die Terminals der Batteriezellen bzw. der Batteriemodule elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Es wird weiterhin eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche mehrere erfindungsgemäße Batteriezellenmodule umfasst.
Ferner wird eine Verwendung des Verbindungselements in einem
Hybridfahrzeug (H EV), einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) oder einem
Elektrofahrzeug (EV) vorgeschlagen. Weitere Verwendungen sind in E-Bikes, stationären Speichersystemen, z.B. Solaranlagen, Windkraftanlagen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eines Verbindungselements zur Verbindung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen ermöglicht ein einfaches Verbinden der Einzelteile ohne den Einsatz von speziellen
Werkzeugen und ohne spezielle Montage- und Überwachungstechnik. So sind mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement sowohl Verbindungen einzelner Batteriezellen miteinander als auch Verbindungen einzelner
Batteriemodule untereinander realisierbar. Aufgrund des niedrigen
Bauteilumfangs und eine entsprechend einfache Handhabung und Montage lässt sich eine Batteriezellen- und/oder Batteriemodulverbindung kostengünstig realisieren. Ferner ist vorteilhaft, dass an den benötigten Bauraum geringe Anforderungen gestellt sind.
Der Übergangswiderstand an den Kontaktflächen ist sehr gering und kann insbesondere durch geeignete Beschichtungen noch weiter verbessert und geschützt werden.
Durch die mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement zur Verfügung gestellte universelle lösbare Verbindungsmöglichkeit können einzelne
Batteriezellen und/oder einzelne Batteriemodule bei Bedarf, beispielsweise für Wartungsarbeiten, einfach demontiert werden.
Ferner können mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement
Verschiebungen und/oder Positionierungsfehler ausgeglichen werden. Das erfindungsgemäße Verbindungselement bewirkt, dass mechanische und thermische Störfaktoren auf den Kontaktwiderstand dauerhaft reduziert und minimiert werden. Insbesondere werden mechanische und thermische Einflüsse auf den Kontaktwiderstand, wie Toleranzen, Vibrationen, Wärmeausdehnungen, kompensiert. Das Gesamtsystem der Batteriezellen- und/oder
Batteriemodulverbindung wird unempfindlicher und somit robuster gegen von Außen wirkenden mechanischen und thermischen Belastungen.
Ein gegebenenfalls zwischen Verbindungselement und Terminal angeordneter Adapter erlaubt eine Anordnung des Verbindungselements unabhängig von der Querschnittsfläche des Terminals der Batteriezelle und/oder des Batteriemoduls.
Ferner stellt der Schutz, ausgebildet als Lackierung oder Umhüllung, unter anderem einen Berührungsschutz dar, wobei dies eine zusätzliche
Schutzmaßnahme für das Wartungs- bzw. Reparaturpersonal gegen
Stromschläge darstellt. Folglich werden sowohl Kurzschlüsse vermieden als auch Gefahren für Mensch und Umwelt reduziert. Das erfindungsgemäße Verbindungselement bietet ferner die Möglichkeit, Einrichtungen zur Batteriezellenüberwachung, beispielsweise eine
entsprechende Sensorik, auf einfache Weise zu integrieren, wobei der benötigte Bau räum äußerst gering ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement gemäß einer
Ausführungsvariante, angeordnet an einem Terminal;
Figur 2 eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Verbindungselements.
Ausführungsvarianten
Aus der Darstellung Figur 1 geht ein Verbindungselement 10 hervor, welches an einem Terminal 12 einer Batteriezelle 6 angeordnet ist. Der dargestellte Terminal 12 steht über ein Gehäuse 7 der Batteriezelle 6 hervor. Mit Bezugszeichen 8 wird ein Batteriemodul angedeutet. An dem Terminal 12 ist ein als Zwischenplatte ausgebildeter Adapter 14 angeordnet. In Figur 1 ist dargestellt, dass der Adapter 14 mit dem Terminal 12 verschweißt ist, angedeutet durch Schweißzonen 16. Diese stoffschlüssige Verbindung lässt sich insbesondere durch Laserschweißen realisieren, wobei alternativ auch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung Anwendung finden kann.
Das Verbindungselement 10 weist in der in Figur 1 dargestellten
Ausführungsvariante einen Anschlussbereich 18 auf. Der Anschlussbereich 18 ist komplementär zum Adapter 14 derart ausgebildet, dass der Adapter 14 stoffschlüssig daran fixiert werden kann, schematisch angedeutet durch
Schweißbereiche 20. Die Verbindung des Verbindungselements 10 bzw. des Anschlussbereichs 18 mit dem Adapter 14 kann beispielsweise auch über eine Schraubverbindung erfolgen. Ist der Terminal 12 ausreichend groß dimensioniert, so kann das Verbindungselement 10 direkt, ohne eine entsprechende
Zwischenplatte 14, mit dem Terminal 12 beispielsweise stoffschlüssig verbunden werden.
Das Verbindungselement 10 weist einen Aufnahmebereich 22 auf, welcher als ein rechteckiger Hohlraum 24 ausgebildet ist. An dem Aufnahmebereich 22 bzw. in dem Hohlraum 24 ist mindestens ein Federelement 26 derart angeordnet, das dieses vorgespannt in dem Aufnahmebereich 22 fixiert ist, beispielsweise sind Enden des Federelements 26 mit Vorspannung in die den Hohlraum 24 begrenzenden Wände des Aufnahmebereichs 22 eingespannt. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante ist zwischen sich gegenüberliegenden
Federelementen 26 ein Verbinder 28 eingesteckt, welcher durch die
vorgespannten Federelemente 26 fixiert wird und mit diesen in einem elektrisch leitenden Kontakt steht. Der Verbinder 28 ist vorzugsweise ein
Hochstromverbinder aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Blech oder einer Aluminium- und/oder Kupferlegierung. Das mindestens eine Federelement 26 ist aus einem elektrisch gut leitfähigen und federnden Material gefertigt, wobei der zwischen den Federelementen 26 aufgenommene Verbinder 28, insbesondere ein Hochstromverbinder, in federnden Kontakt mit den Federelementen 26 steht. Mittels des in Federkontakt stehenden Verbinders 28 kann der Strom der Batteriezelle 6 und/oder des Batteriemoduls 8 ohne wesentliche Verluste fließen.
Die Federelemente 26, welche gegenüberliegend in dem Hohlraum 24 angeordnet sind, stellen eine Aufnahme für einen Verbinder 28 bereit, wobei die Aufnahme auch in Form eines Schnappverschlusses ausgebildet sein, wobei
Widerhaken oder Rastelemente oder vergleichbares umfasst sein können.
Das Verbindungselement 10 ist mit einem Überzug 30 versehen zum Schutz vor einer unbeabsichtigten Berührung durch mit dem Verbindungselement 10 hantierendes Personal. Der Überzug 30 kann als Beschichtung, beispielsweise in Form einer Lackierung, Bepulverung oder Folierung, ausgeführt sein, welche eine Isolierung auf dem Verbindungselement 10 darstellt.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Verbindungselements 10 dargestellt.
Hierbei werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Diese Ausführungsvariante des Verbindungselements 10 unterscheidet sich im Anschlussbereich 18 dadurch, dass das Verbindungselement 10 mit dem
Adapter 14 mittels einer Rastverbindung 32 verbunden wird. Insbesondere ist der
Anschlussbereich 18 mit einer Rasteinrichtung 34 versehen, beispielsweise als einen den Adapter 14 übergreifenden Randbereich, in welchen der Adapter 14 formschlüssig aufgenommen ist. Die Rastverbindung 32 kann aber auch als Rastelement, z.B. als Rastnase und eine dazu komplementär ausgebildete Verrastung ausgebildet sein. Im Falle des in Figur 2 dargestellten
Verbindungselements 10, welches mittels einer Art Clip-Verbindung an dem Adapter 14 aufgenommen ist, ist ferner ein weiteres Federelement 38 derart angeordnet, dass eine Fläche 36 des Adapters 14 in federnden Kontakt mit dem weiteren Federelement 38 steht und durch dieses fixiert wird. Bei einer ausreichenden Dimensionierung des Terminals 12 und einer entsprechenden
Befestigungsgeometrie kann das Verbindungselement 10 direkt ohne den Einsatz des Adapters 14 mit dem Terminal 12 form- und/oder kraftschlüssig verbunden sein. Mittels des erfindungsgemäßen Verbindungselements 10 können einzelne
Batteriezellen 6 miteinander zu dem Batteriemodul 8 verbunden werden.
Insbesondere finden derart miteinander verbundene Batteriezellen 6 und/oder Batteriemodule 8 Verwendung in Hybridfahrzeugen (HEV), Plug-in- Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen (EV), sowie in E-Bikes und stationären Energiespeichersystemen, wie Solaranlagen und Windkraftanlagen.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement 10 kann als ein Spritzgussbauteil aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem extrudierten oder gezogenem Profil gefertigt werden, wobei die Federelemente 26 eingespritzt werden können oder nachträglich eingebracht werden. Hierbei ist es möglich, dass die Federelemente 26 und evtl. 38 beispielsweise mit einem Kunststoff umspritzt werden und als Halbzeug mit dem Verbindungselement 10, als Blechteil oder Strangpressteil aus Metall gefertigt, verbunden werden, insbesondere durch Kleben, Rasten, Klipsen etc.. Die Federelemente 26, evtl. 38 und das Verbindungselement 10 können aber auch komplett mit einem
Kunststoff umspritzt werden, so dass keine weiteren Verbindungsverfahren notwendig sind.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die
Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Verbindungselement (10) zum elektrischen Verbinden von Batteriezellen (6) und/oder Batteriemodulen (8), wobei das Verbindungselement (10) einen Anschlussbereich (18) zur Verbindung mit einem Terminal (12) und einen Aufnahmebereich (22) zur lösbaren Verbindung eines Verbinders (28) aufweist, wobei mindestens ein Federelement (26) vorgesehen ist zwecks Herstellung einer elektrisch leitfähigen
Verbindung mit dem Terminal (12).
2. Verbindungselement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Terminal (12) ein Adapter (14) angeordnet ist, welcher mit dem Anschlussbereich (18) verbindbar ist.
3. Verbindungselement (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (18) derart ausgebildet ist, dass dieser mit dem Terminal (12) stoffschlüssig verbindbar ist.
4. Verbindungselement (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (18) mit dem Terminal (12) formschlüssig verbindbar ist, wobei neben einer Rastverbindung (32) ein weiteres Federelement (38) zur Fixierung des Terminals (12) vorgesehen ist.
5. Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (26) vorgespannt in dem als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmebereich (22) derart angeordnet ist, dass zwischen zwei gegenüberliegenden Federelementen (26) der Verbinder (28) einsteckbar ist und in federnden Kontakt mit dem mindestens einen Federelement (26) steht. Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (26) aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist.
Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (28) und das mit diesen in Kontakt stehende mindestens eine Federelement (26) zumindest teilweise mit einer Beschichtung zur Reduzierung von Übergangswiderständen versehen ist.
Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) zumindest teilweise mit einem Überzug (30) versehen ist, welcher eine Isolierung bildet.
Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verbinder (28) Rastelemente vorgesehen sind, welche ein Herausrutschen des eingesteckten Verbinders (28) aus dem Aufnahmebereich (22) verhindern.
Verbindungselement (10) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass daran Sensoreinrichtungen, z.B. Temperatur- und/oder Stromsensoren, und/oder
Spannungserfassungseinrichtungen zum Überwachen der Batteriezelle (6) und/oder des Batteriemoduls (8) integriert sind.
Batteriemodul (8) mit wenigstens zwei Batteriezellen (6), insbesondere wenigstens zwei Lithium- Ionen- Batteriezellen, mit
Verbindungselementen (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit denen Terminals (12) der Batteriezellen (6) elektrisch miteinander verbunden sind.
12. Batteriepack, umfassend mehrere Batteriemodule (8) gemäß Anspruch 11.
13. Verwendung des Verbindungselements (10) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 10 in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-in- Hybridfahrzeug (PH EV) in einem Elektrofahrzeug (EV), in E-Bikes, in stationären Solar- und/oder Windkraftanlagen.
PCT/EP2015/062710 2014-06-26 2015-06-08 Verbindungselement mit federelementen WO2015197349A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014212271.6 2014-06-26
DE102014212271.6A DE102014212271A1 (de) 2014-06-26 2014-06-26 Verbindungselement mit Federelementen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015197349A1 true WO2015197349A1 (de) 2015-12-30

Family

ID=53366031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/062710 WO2015197349A1 (de) 2014-06-26 2015-06-08 Verbindungselement mit federelementen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102014212271A1 (de)
WO (1) WO2015197349A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017205774A1 (de) 2017-04-05 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul mit Hochstromfederkontakt

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778408A (en) 1985-02-04 1988-10-18 Morrison Charles A Battery terminal connector
WO1997036344A1 (en) 1996-03-26 1997-10-02 The Whitaker Corporation Automotive battery terminal
DE10038650A1 (de) 2000-08-08 2002-02-21 Harting Automotive Gmbh & Co Batterieklemme
EP1439610A2 (de) 2003-01-20 2004-07-21 Tyco Electronics AMP GmbH Steckverbinder zum Kontaktieren eines Pols einer Batterie
DE102009058953A1 (de) 2009-12-18 2011-06-22 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg Akkumulator-Modul
EP2390945A1 (de) * 2010-05-24 2011-11-30 SB LiMotive Co., Ltd. Batteriemodul
JP2012038558A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 電池の接続構造および電池モジュール
WO2012171071A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Ev Engineering Limited Adaptor interface
WO2014014203A1 (ko) * 2012-07-18 2014-01-23 에스케이이노베이션 주식회사 전지팩
EP2698846A1 (de) * 2011-07-06 2014-02-19 AutoNetworks Technologies, Ltd. Batterieverkabelungsmodul

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222371B1 (ko) * 2010-11-12 2013-01-16 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지의 단자, 이차 전지의 단자 조립 방법, 이차 전지 모듈 및 그 조립 방법
CN107516726A (zh) * 2012-08-01 2017-12-26 株式会社东芝 电池连接器及具备该电池连接器的二次电池装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778408A (en) 1985-02-04 1988-10-18 Morrison Charles A Battery terminal connector
WO1997036344A1 (en) 1996-03-26 1997-10-02 The Whitaker Corporation Automotive battery terminal
DE10038650A1 (de) 2000-08-08 2002-02-21 Harting Automotive Gmbh & Co Batterieklemme
EP1439610A2 (de) 2003-01-20 2004-07-21 Tyco Electronics AMP GmbH Steckverbinder zum Kontaktieren eines Pols einer Batterie
DE102009058953A1 (de) 2009-12-18 2011-06-22 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co Kg Akkumulator-Modul
EP2390945A1 (de) * 2010-05-24 2011-11-30 SB LiMotive Co., Ltd. Batteriemodul
JP2012038558A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 電池の接続構造および電池モジュール
WO2012171071A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Ev Engineering Limited Adaptor interface
EP2698846A1 (de) * 2011-07-06 2014-02-19 AutoNetworks Technologies, Ltd. Batterieverkabelungsmodul
WO2014014203A1 (ko) * 2012-07-18 2014-01-23 에스케이이노베이션 주식회사 전지팩
US20150155533A1 (en) * 2012-07-18 2015-06-04 Sk Innovation Co., Ltd. Battery Pack

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014212271A1 (de) 2015-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012215205A1 (de) Zellenverbinder, Batteriezellenmodul, Batterie, Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls und Kraftfahrzeug
EP2382678B1 (de) Batteriemodul mit isolierendem schichtelement
DE102012213673A1 (de) Batteriemodul sowie Batterie und Kraftfahrzeug umfassend ein solches
WO2008106946A2 (de) Energiespeicherzelle mit wärmeleitplatte
DE102012221751A1 (de) Batteriemodul mit Batteriemodulabdeckung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls
DE102014204245A1 (de) Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von galvanischen Zellen, Batteriezelle für eine solche Energiespeichereinheit und Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle
EP3235049B1 (de) Batterie mit kühlplatte als montageplatte
DE102008010828A1 (de) Batterie mit mehreren Einzelzellen
DE102008010824A1 (de) Batterie mit mehreren Einzelzellen
DE102007063269A1 (de) Batteriemodul mit mehreren Einzelzellen
DE102011089949A1 (de) Batteriemodul mit Schrumpfschlauch
EP2791994B1 (de) Batteriemodul mit einem ein elektrisch leitendes fluid enthaltenden zellverbinder
DE102016221492A1 (de) Zellrahmen zur Aufnahme von Pouch-Zellen
DE102015016599A1 (de) Wärmeleitanordnung und elektrische Batterie
DE102012215058A1 (de) Batteriezelle, Batterie und Kraftfahrzeug
WO2015197349A1 (de) Verbindungselement mit federelementen
DE102015007615A1 (de) Verbindungselement zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen, Zellblock und elektrische Batterie
WO2015124223A1 (de) Akkumulatoranordnung
DE102014214337A1 (de) Batteriezelle
EP2909873A1 (de) Energiespeicherzelle und energiespeichermodul
DE102012207770A1 (de) Batterie, Batteriezelle für eine solche Batterie sowie die Batterie umfassendes Kraftfahrzeug
DE102012204591A1 (de) Verbindungseinrichtung zum Verbinden von elektrischen Bauelementen eines elektrischen Energiespeichers, elektrischer Energiespeicher und Verfahren zum Verbinden von elektrischen Bauelementen eines elektrischen Energiespeichers
DE102012211008A1 (de) Batterie mit mechanisch miteinander verbundenen Batteriezellen
DE102012221682A1 (de) Batteriemodul mit verlustarmer Zellverbindung zwischen Batteriezellen
DE102008059946B4 (de) Einzellzelle einer Batterie, Batterie mit einer Mehrzahl der Einzelzellen und Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für die Einzelzelle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15727656

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15727656

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1