WO2016091575A1 - Optimierter zelldeckel und strombügel für prismatische zellen - Google Patents

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Thomas HÖFLER
Michael Kreitz
Peter Lamp
Robert Lustig
Arno Perner
Sebastian Scharner
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a cell cover with current bungs for prismatic cells according to the preamble of the independent claim.
  • An energy storage cell has an electrochemically active part, in which the energy is directly storable, so-called cell stack or cell coil, and a passive part.
  • the passive part of the energy storage include, among other things, the housing device and electrical conductors for supplying and removing electrical charge to the active part.
  • the increase in the power density of an energy storage cell can be achieved in particular by improving the Cell chemistry or by reducing the space requirement of the passive part can be achieved.
  • an energy storage cell in which current lugs are connected in a positive connection with the cell cover.
  • the cell lid on a curved surface, in which the current bar can be used at its upper end.
  • a cell cover is adapted to receive at least one, but preferably two, current lugs and electrical connections in order to enable electrical contacting of the electrochemical storage cell.
  • a current bail means a device which electrically contacts a prismatic energy storage cell and conducts current from or to this cell.
  • such an energy storage cell is designed as a stackable, folding or so-called jellyroll cell and has a, compared to a substantially cylindrical memory cell, cuboid plan.
  • Such parallelepipedic cells may also be referred to as pouch or coffeebag cells in particular.
  • Cube-shaped cells of this type include, in particular, cells of this geometric shape with metal, plastic housing or with a housing made of at least these two materials, so-called hybrid housings.
  • cell stacks and cell coils are used equivalently, in particular the type of layering of the Anodes / cathodes, in particular (layered, stacked or wound) for the invention of minor importance.
  • the current bar is preferably connectable to an electrical connection, wherein the electrical connection for contacting the memory cell is set up to the outside and in particular is designed as a so-called pole of the memory cell. It is to be understood by the inside with respect to the cell stack (anode-cathode layering). This cell stack can be accommodated in a casing or a casing and the environment surrounding this casing or casing is to be understood as "outside”.
  • the cell lid on a cover plate with a bottom and a top. At least one, but preferably two of the electrical connections are arranged on the upper side of the cover plate. On the underside of the cover plate in particular one, but preferably two of the current bail is arranged.
  • This cover plate has a Strom enclosuresausEnglishung.
  • the current bar is connectable through this Strom enclosuresausströmung with an electrical conductor or an electrically conductive portion with the electrical connection to the top of the cover plate.
  • the cover plate has, for connection, in particular for the mechanical connection, to the current strap to a connection region.
  • the Strom slaughter in the connection recess can be positively connected to the cover plate.
  • an interlocking connection of the power strip to the cover plate also means an indirect connection.
  • an indirect connection is a connection via an intermediate or adapter piece, so that the cover plate is at least partially not directly contacted by the current bail.
  • the cover plate in particular in the section which lies opposite the connection region on the underside, has an at least substantially flat or flat upper side.
  • the opposite region is to be understood that at least the region which is directly opposite to the underside.
  • the distance between the underside of the cover plate, at least in the region which directly surrounds the connection region to the plane within the connection region, which is arranged for direct or indirect contacting of the current strip less than twice, preferably less than 1, 5-fold and preferably less than 1 times the wall thickness of the cover plate in the connection region.
  • the cover plate in the context of the invention is to be understood as a thin-walled elongated component.
  • the cover plate is designed as a particular thin-walled sheet metal component.
  • the cover plate as a component of aluminum or a steel material or consists of such a material.
  • the fact that the cover plate has a flat top / surface in the height direction the space requirement is reduced in this height direction.
  • a prismatic cell is to be understood as meaning, in particular, a lithium-based energy storage cell, in particular a lithium-ion energy storage cell.
  • This memory cell is preferably characterized by its design. With regard to the design, a distinction is made at least essentially cylindrical rolled memory cells and prismatic folded, layered memory cells and so-called jellyroll cells.
  • the invention preferably relates to essentially cuboidal or prismatic memory cells,
  • the positive and negative poles of the energy storage cell for discharging or receiving the electrical power to the outside of the energy storage cell are to be understood as the electrical connections.
  • the current bail is to be understood as meaning a device which, on the one hand, electrically contacts the prismatic cell and, on the other hand, discharges or picks up the electrical charge from the electrical connections.
  • a current bar on at least one, but preferably two conductor arms. Further preferably, these conductor arms are arranged for making electrical contact with the prismatic cell.
  • the current bar in the direction of the cover plate on a contact cover surface.
  • the current bar has a U-shaped cross section, in which the conductor arms represent the legs of the US and the Cover surface portion connects the two conductor arms together, especially during assembly, the current bar can rotate relative to the cover plate. This is prevented by the positive connection of the invention between the power strip and cover plate.
  • the current bar is made of an aluminum material or has at least aluminum as one component.
  • a second Stromombüge! as a constituent of copper or consists of copper.
  • the use of copper and aluminum for the current bail has proved to be advantageous, since on the one hand they have good electrical conductivity and, on the other hand, good deformability.
  • the current bar is indirectly or indirectly connectable to the cover plate.
  • an indirect or indirect connection of the power strip to the cover plate is to be understood as meaning that the power strip contacts an adapter plate on the one hand and the adapter plate, on the other hand, contacts the cover plate.
  • the adapter plate as an ingredient on an insulating material, or consists of such an electrically insulating material.
  • the power line from the current bar to the electrical connection by the electrical conductor which extends through the Strom manufacturedaus fundamentalung.
  • the electrical conductor can be cohesively bond both with the current strap as well as with the electrical connection.
  • the electrical conductor is formed integrally with the electrical connection. In particular, by the definition of an electrical line via this electrical conductor between the current bail and the electrical connection creepage currents between the cover plate and the current bar can be prevented in an advantageous manner.
  • the cover plate has a section in which the connection region is arranged Wall thickness T on.
  • the connecting recess for receiving the current strip in the cover plate has a depth t.
  • the depth t is smaller than the wall thickness T.
  • the connection recess is formed as a pocket in the cover plate.
  • a pocket is to be understood as a recess which does not completely break through the cover plate.
  • a connecting recess can be introduced by a forming process in the cover plate. In particular, by a non-continuous connection recess, the strength and rigidity of the cover plate is only slightly influenced and the current bar is securely received on the cover plate.
  • the cover plate has a wall thickness T in the section in which the connection region is arranged.
  • the recess for receiving the current loop has a depth t.
  • this depth t is equal to the wall thickness T.
  • the connection recess extends completely through the cover plate.
  • the connection recess is designed as a breakthrough in the cover plate.
  • the connecting recess extends from the underside to the top of the cover plate, in particular by a connecting recess which completely breaks through the cover plate, a particularly secure holding of the current bail on the cover plate is possible.
  • the flow baffle has an electrically insulating coating in the section in which it contacts the cover plate or the adapter plate.
  • this electrically insulating coating is materially connectable to the current bar.
  • such an electrically insulating coating is to be understood as a coating with a plastic, in particular a plastic granulate or as a type of coating.
  • At least one of the electrical connections can be connected to the current strap. Further preferably, this electrical connection is electrically insulated from the cover plate. Further preferably, an insulating material is arranged between the electrical connection and the cover plate for this electrical insulation. Further preferably, the electrical connection and the current bar are integrally connected to one another. Further preferably, the electrical connection to an electrical conductor, which extends through the current recess of the cover plate and this electrical conductor is preferably cohesively connectable to the electrical connection or preferably integrally formed therewith. Further preferably, a plurality of the electrical connections to the cover plate are electrically insulated. In particular, by the electrical insulation of the electrical connections to the cover plate leakage currents between the electrical connections and the cover plate can be prevented or the cover plate can be kept free of electrical voltages.
  • At least one of the current bumps as a constituent comprises copper or a copper alloy or consists of these materials
  • the electrical connection which can be connected to this current barb comprises or consists of aluminum or an aluminum alloy as a constituent.
  • the current bar and the electrical connection are cohesively, or positively connected to one another.
  • a cohesive connection is designed as a welded or soldered connection.
  • the electrical connection and the power strip to the respective requirements to adapt well.
  • an Alu / Alu or Cu / Cu connection a particularly secure connection of current bar with electrical connection is possible.
  • the current strap has a contact cover surface, which is set up to mechanically contact the cover plate or the adapter plate.
  • the current bar has at least one conductor arm, which is set up to electrically contact the electrochemical storage cell.
  • the conductor arm preferably contacts the electrochemical storage cell within a conductor section.
  • the current bail extends in particular, starting from the contact cover surface, at an angle of at least approximately 90 °, or orthogonal to this top surface.
  • the current bar has at least two conductor arms, which in particular form a U-shaped cross section with the contact surface.
  • a distance K between an end of the conductor section facing the contact surface and the contact cover surface is in particular> 1 times the wall thickness L of the current bend in the region of the contact cover surface.
  • the distance K > 2 times L, preferably> 3 times L and more preferably> 4 times L.
  • the distance K ⁇ 15 times L, preferably ⁇ 12 times L, preferably ⁇ 10 times L and particularly preferably ⁇ 8 times L. It has been found that too small a distance K can lead to problems in the contacting of the electrochemical storage cell by the conductor arm, a large distance K on the other hand leads to an increased space requirement.
  • the choice of the distance K from the described range leads to a good contact of the electrochemical storage cell by the conductor arm on the one hand and to a small space requirement on the other.
  • the cover plate has a plurality of connection recesses.
  • the cover plate has two or more Kirsausström für Meltensungen on.
  • the connecting recesses of the StromzhouausEnglishung are symmetrically spaced or arranged symmetrically to this.
  • the connecting recesses are arranged in an edge region of the contact surface between the flow baffle and the cover plate or between the cover plate and the adapter plate.
  • connection recesses are arranged asymmetrically.
  • asymmetrical arrangement or design of of tantasphide a one-to-one assignment of the current loop ⁇ Plus / Minus Pol) is made possible to the cover plate.
  • the adapter plate has an adapter recess for receiving the current strap. Further preferably, the adapter plate opposite the side, which has the adapter recess, elevations or extensions, which are adapted to engage in the connecting recess on the cover plate.
  • the adapter recess has a T-shaped configuration.
  • the adapter recess is to be understood as a recess which extends completely through the adapter plate, preferably the adapter recess is to be understood as a recess which does not extend completely through the adapter plate.
  • a T-shaped configuration of the adapter recess on the one hand, a secure fixation of the power rail relative to the adapter plate allows and on the other hand a clear assignment of the power strip to the adapter plate.
  • connection recesses extends as far as the Edge of the cover plate.
  • connection recesses are to be understood as open-edged recesses.
  • open-edge connecting recess extends from within the cover plate to the edge of this.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the cell lid according to the invention
  • FIG 3 shows a perspective view of a cell lid according to the invention.
  • Fig. 1 shows an exploded view of a cell lid according to the invention.
  • the base plate 6 has an upper side 6e and a lower side 6d.
  • the electrical connections 2, 4 are arranged on the upper side 6e. These electrical connections 2, 4 each have electrical conductors 2a, 4a.
  • the electrical conductors 2a, 4a are guided through the current-carrying recess 6a and 6b through the cover plate 6.
  • the current bands 1, 3 are arranged.
  • the current lugs 1, 3 do not contact the cover plate 6 directly, but in each case via an adapter plate 5a, 5b.
  • the adapter plates 5a, 5b each form a positive connection with the cover plate 6.
  • the adapter plates 5a, 5b engage in the connection recesses 6c.
  • the current bar 1 consists of an aluminum-based alloy.
  • the current bar 3 has as a constituent copper, or consists thereof.
  • the conductor arms 1 a, 1 b, 3 a, 3 b extend, starting from the respective top surfaces 1 c, 3 c, in the orthogonal direction. On the insides of the conductor arms, these contact surfaces 1d, 3d for the electrical contacting of the electrochemical storage cell (not shown).
  • the opposing conductor arms 1a, 3a also contact surfaces, which, however, are not visible in the illustration shown.
  • the conductor arms In the area of the top surface 1c, 3c, the conductor arms have a wall thickness L.
  • the area for contacting the electrochemical storage cell on the conductor arms extends in each case up to its end surface 1e, 3e. Between the top surface 1c, 3c and the respective end 1e, 3e, the distance K is set.
  • the electrical connections are each surrounded by an electrically insulating sheath 7a, 7b. In this case, this jacket 7a, 7b also passes through the current-carrying recess 6a, 6b.
  • Fig. 2 is a perspective view of the connecting portion between the cover plate 6 and the adapter plate 5a is shown. Analogously, the statements also apply to the connection region between the cover plate 6 and the adapter plate 5b.
  • the adapter plate 6 has two connecting recesses 6c.
  • the connection recesses 6c are spaced from the current-carrying recess 6a and arranged symmetrically to the latter.
  • the connecting recesses 6 c are arranged as open-edged recesses in the cover plate 6.
  • the adapter plate 5a has a T-shaped recess 5a.1 for receiving a power strip 1 (not shown).
  • the adapter plate 5a On the opposite side to the recess 5a.1 for receiving a current bail, the adapter plate 5a on elevations 5a.2. In this case, the elevations 5a.2 are arranged for the positive connection with the recesses 6c.
  • the recesses 6c in the cover plate 6 have a depth t.
  • the cover plate 6 has in the area in which it is connectable to the current bar and thus also to the adapter plate 5a, a wall thickness T on.
  • the connecting recess 6c is not enough completely through the cover plate 6.
  • the adapter plate 5a is arranged on the underside of the cover plate 6d.
  • the top of the cover plate 6e has a planar course, at least in the connection region with the adapter plate.
  • FIG. 3 an assembled cell lid is shown in a perspective view.
  • the cell lid has a cover plate 6 with an upper side 6e and a lower side 6d.
  • the cover plate 6 in the region of the electrical connections 2, 4 on a flat course of the top 6e.
  • the current bars 1, 3 each have two conductor arms 1 a, 1 b, 3 a, 3 b.
  • the current bar 1, which consists of an aluminum alloy, is electrically conductively connected to the cover plate 6 in the electrical connection region 10.
  • the current bar 1 via the adapter plate 5a is positively connected to the cover plate 6.
  • the current bar 3 is connected to the cover plate 6 via the adapter plate 5b.
  • the electrical connections 2, 4 are arranged on the upper side 6e of the cover plate 6. In region 11, the current bar 3 has no electrically conductive connection to the cover plate 6.

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Abstract

Zelldeckel für eine prismatische Zelle, insbesondere eine lithium-basierte Zelle mit einer Deckplatte (6) mit einer Unterseite (6d), einer Oberseite (6e) und wenigstens einer Stromführausnehmung (6a, 6b), zwei elektrischen Anschlüssen (2, 4), welche an der Oberseite (6e) angeordnet sind, einem ersten und einem zweiten Strombügel (1,3), welche mit der Deckplatte (6) in jeweils einem Verbindungsbereich, welcher an der Unterseite (6d) angeordnet ist, verbindbar sind, wobei in der Stromführausnehmung (6a, 6b) ein elektrischer Leiter (2a, 4a) angeordnet ist, mit welchem der elektrische Anschluss (2, 4) und der Strombügel (1, 3) kontaktierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (6) in wenigstens einem der Verbindungsbereiche eine von der Stromführausnehmung (6a, 6b) beabstandete Verbindungsausnehmung (6c) aufweist, dass wenigstens einer der Strombügel (1, 3) in der Verbindungsausnehmung (6c) formschlüssig mit der Deckplatte (6) verbindbar ist, dass die Deckplatte (6), insbesondere in dem Abschnitt, in welchem der Verbindungsbereich an der Unterseite angeordnet ist, eine wenigstens im Wesentlichen ebene Oberseite (6e) aufweist.

Description

Optimierter Zelldeckel und Strombügel für prismatische Zellen
Die Erfindung betrifft einen Zelldeckel mit Strombügel für prismatische Zellen gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift US 2012 148 909 A bekannt
Nachfolgend wird die Erfindung in Zusammenhang mit einer elektrochemischen Energiespeicherzelle für eine mobile Anwendung, insbesondere als Energiespeichereinrichtung für einen Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.
An die Speicherdichte von energiespeicher Zellen für mobile Anwendungen werden hohe Anforderungen gestellt, da die Speicherdichte und damit das Gewicht des Energiespeichers großen Einfluss auf die Verwendbarkeit derartiger Energiespeicher hat. Eine energiespeicher Zelle weist einen elektrochemisch aktiven Teil auf, in welchem die Energie unmittelbar speicherbar ist, sogenannter Zellstapel oder Zellwickel, und einen passiven Teil. Zum passiven Teil des Energiespeichers zählen unter anderem die Gehäuseeinrichtung sowie elektrischer Leiter zum Zu- und Abführen elektrischer Ladung zum aktiven Teil. Die Steigerung der Leistungsdichte einer energiespeicher Zelle kann insbesondere durch die Verbesserung der Zellchemie oder durch eine Verringerung des Bauraumbedarfs des passiven Teils erreicht werden.
Aus der US 2012 148 909 A ist eine Energiespeicherzelle bekannt, bei welcher Strombügel in einer formschlüssigen Verbindung mit dem Zelldecket verbunden sind. Dazu weist der Zelldeckel eine gewölbte Oberfläche auf, in welche der Strombügel an seinem oberen Ende einsetzbar ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Zelldeckel mit Strombügel für eine prismatische Zelle zur Verfügung zu Stellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Zelldeckel ist dazu eingerichtet, wenigstens einen, vorzugsweise aber zwei Strombügel und elektrische Anschlüsse aufzunehmen um eine elektrische Kontaktierung der elektrochemischen Speicherzelle zu ermöglichen. Dabei ist unter einem Strombügel im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche eine prismatische Energiespeicherzelle elektrisch kontaktiert und Strom von oder zu dieser Zelle leitet. Insbesondere ist eine derartige Energiespeicherzelle als Stapel-, Falt- oder sogenannte Jellyroll-Zelle ausgebildet und weist einen, gegenüber einer im Wesentlichen zylinderförmigen Speicherzelle, quaderförmigen Grundriss auf. Derartige quaderförmige Zellen können insbesondere auch als Pouch- oder Coffeebag- Zellen bezeichnet werden. Zu derartigen quaderförmigen Zellen zählen insbesondere auch Zellen dieser geometrischen Form mit Metall-, Kunststoffgehäuse oder mit einem Gehäuse aus wenigstens diesen beiden Materialien, sogenannten Hybridgehäusen.
Im Zusammenhang mit dieser Erfindung werden die Begriffe Zellstapel und Zellwickel äquivalent verwendet da, insbesondere die Art der Schichtung der Anoden/Katoden, insbesondere (geschichtet, gestapelt oder gewickel) für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist.
Der Strombügel ist vorzugsweise mit einem elektrischen Anschluss verbindbar, wobei der elektrische Anschluss zur Kontaktierung der Speicherzelle nach außen eingerichtet ist und insbesondere als sogenannter Pol der Speicherzelle ausgebildet ist. Dabei ist unter innen in Bezug auf den Zellstapel (Anoden-Katoden-Schichtung) zu verstehen. Dieser Zellstapel ist in einer Ummantelung oder einem Gehäuse aufnehmbar und die dieses Gehäuse oder diese Ummantelung umgebende Umwelt ist als„Außen" zu verstehen.
Weiter weist der Zelldeckel eine Deckplatte mit einer Unter- und einer Oberseite auf. Auf der Oberseite der Deckplatte ist wenigstens einer, vorzugsweise aber zwei der elektrischen Anschlüsse angeordnet. An der Unterseite der Deckplatte ist insbesondere einer, vorzugsweise aber zwei der Strombügel angeordnet.
Diese Deckplatte weist eine Stromführungsausnehmung auf. Der Strombügel ist durch diese Stromführungsausnehmung hindurch mit einem elektrischen Leiter oder einem elektrisch leitenden Abschnitt mit dem elektrischen Anschluss an der Oberseite der Deckplatte verbindbar.
Die Deckplatte weist zur Verbindung, insbesondere zur mechanischen Verbindung, mit dem Strombügel einen Verbindungsbereich auf. In diesem Verbindungsbereich ist die Stromführausnehmung angeordnet. Die Stromführausnehmung erstreckt sich von der Unterseite bis zur Oberseite der Deckplatte. Erfindungsgemäß weist die Deckplatte neben der Stromführausnehmung wenigstens eine Verbindungsausnehmung auf. Vorzugsweise ist diese Verbindungsausnehmung beabstandet zur Stromführausnehmung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist wenigstens einer der Strombügel in der Verbindungsausnehmung formschlüssig mit der Deckplatte verbindbar.
Dabei ist unter einer derartigen formschlüssigen Verbindung des Strombügels mit der Deckplatte auch eine mittelbare Verbindung zu verstehen. Vorzugsweise ist eine mittelbare Verbindung eine Verbindung über ein Zwischen- oder Adapterstück, so dass die Deckplatte wenigstens abschnittsweise nicht unmittelbar durch den Strombügel kontaktierbar ist.
Weiter vorzugsweise weist die Deckplatte, insbesondere in dem Abschnitt, welcher dem Verbindungsbereich an der Unterseite gegenüber liegt, eine wenigstens im Wesentlichen ebene oder flache Oberseite auf. Vorzugsweise ist unter dem gegenüberliegenden Bereich zu verstehen, dass wenigstens der Bereich welcher der Unterseite unmittelbar gegenüberliegt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Unterseite der Deckplatte, wenigstens im Bereich welcher den Verbindungsbereich unmittelbar umgibt zu der Ebene innerhalb des Verbindungsbereichs, welche zur unmittelbaren oder mittelbaren Kontaktierung des Strombügels eingerichtet ist, geringer als die doppelte, vorzugsweise geringer als die 1 ,5-fache und bevorzugt geringer als die 1 -fache Wanddicke der Deckplatte im Verbindungsbereich.
Vorzugsweise ist die Deckplatte im Sinne der Erfindung als ein dünnwandiges langgestrecktes Bauteil zu verstehen. Vorzugsweise ist die Deckplatte als ein insbesondere dünnwandiges Blechbauteil ausgeführt. Weiter vorzugsweise weist die Deckplatte als einen Bestandteil Aluminium oder einen Stahlwerkstoff auf oder besteht aus einem derartigen Werkstoff. Insbesondere dadurch, dass die Deckplatte eine ebene Oberseite/-fläche in Höhenrichtung aufweist, wird der Bauraumbedarf in dieser Höhenrichtung verringert.
Aus dem Stand der Technik sind Zelldeckel bekannt, welche im Verbindungsbereich zwischen Deckplatte und Strombügel eine dreidimensionale Umformung der Deckplatte aufweisen, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Strombügel und der Deckplatte herzustellen. Erfindungsgemäß wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Strombügel und der Deckplatte durch eine Verbindungsausnehmung erreicht, ohne dass dazu die Deckplatte dreidimensional umgeformt wird, insbesondere dadurch ist eine verbesserte Energiespeicherzelle erreichbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer prismatischen Zelle insbesondere eine lithiumbasierte Energiespeicherzelle, insbesondere eine Lithium-Ionen- Energiespeicherzelle, zu verstehen. Diese Speicherzelle ist vorzugsweise durch ihre Bauform gekennzeichnet. Bezüglich der Bauform unterscheidet man wenigstens im Wesentlichen zylinderförmige gerollte Speicherzellen und prismatische gefaltete, geschichtete Speicherzellen und sogenannte Jellyroll- Zellen. Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf im Wesentlichen quaderförmige oder prismatische Speicherzellen,
Im Sinne der Erfindung sind unter den elektrischen Anschlüssen der Plus- und der Minuspol der Energiespeicherzelle zum Abgeben oder Aufnehmen der elektrischen Leistung nach außerhalb der Energiespeicherzelle zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Strombügel eine Einrichtung zu verstehen, welche einerseits die prismatische Zelle elektrisch kontaktiert und andererseits die elektrische Ladung zu den elektrischen Anschlüssen abgibt oder von diesen aufnimmt. Weiter vorzugsweise weist ein derartiger Strombügel wenigstens einen, vorzugsweise aber zwei Leiterarme auf. Weiter vorzugsweise sind diese Leiterarme zur elektrischen Kontaktierung der prismatischen Zelle eingerichtet. Weiter vorzugsweise weist der Strombügel in Richtung zur Deckplatte eine Kontaktdeckfläche auf. Vorzugsweise weist der Strombügel einen U-förmigen Querschnitt auf, bei welchem die Leiterarme die Schenkel des Us darstellen und der Deckflächenabschnitt die beiden Leiterarme miteinander verbindet, insbesondere bei der Montage kann sich der Strombügel gegenüber der Deckplatte verdrehen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Formschlussverbindung zwischen Strombügel und Deckplatte verhindert.
Vorzugsweise besteht der Strombügel aus einem Aluminiumwerkstoff oder weist wenigstens Aluminium als einen Bestandteil auf. Weiter vorzugsweise weist ein zweiter Strombüge! als einen Bestandteil Kupfer auf oder besteht aus Kupfer. Die Verwendung von Kupfer und Aluminium für die Strombügel hat sich als vorteilhaft erwiesen, da diese einerseits eine gute elektrische Leitfähigkeit und anderseits eine gute Verformbarkeit aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strombügel mittelbar oder indirekt mit der Deckplatte verbindbar. Im Sinne der Erfindung ist unter einer mittelbaren oder indirekten Verbindung des Strombügels mit der Deckplatte zu verstehen, dass der Strombügel einerseits eine Adapterplatte kontaktiert und die Adapterplatte andererseits die Deckplatte kontaktiert. Vorzugsweise weist die Adapterplatte als einen Bestandteil einen isolierenden Werkstoff auf, oder besteht aus einem solchen elektrisch isolierenden Werkstoff. Vorzugsweise geschieht die Stromleitung vom Strombügel zum elektrischen Anschluss durch den elektrischen Leiter, welcher durch die Stromführausnehmung reicht. Dabei kann der elektrische Leiter sowohl mit dem Strombügel wie auch mit dem elektrischen Anschluss stoffschlüssig verbind bar sein. Weiter vorzugsweise ist der elektrische Leiter einstückig mit dem elektrischen Anschluss ausgebildet. Insbesondere durch die Definition einer elektrischen Leitung über diesen elektrischen Leiter zwischen dem Strombügel und dem elektrischen Anschluss können in vorteilhafter Weise Kriechströme zwischen der Deckplatte und dem Strombügel verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Deckplatte in einem Abschnitt, in welchem der Verbindungsbereich angeordnet ist, eine Wanddicke T auf. Die Verbindungsausnehmung zur Aufnahme des Strombügels in der Deckplatte weist eine Tiefe t auf. Vorzugsweise ist die Tiefe t kleiner als die Wanddicke T. Vorzugsweise ist die Verbindungsausnehmung als eine Tasche in der Deckplatte ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist unter einer Tasche eine Ausnehmung zu verstehen, welche die Deckplatte nicht vollständig durchbricht. Weiter vorzugsweise kann eine Verbindungsausnehmung durch einen Umformvorgang in die Deckplatte eingebracht werden. Insbesondere durch eine nicht durchgehende Verbindungsausnehmung wird die Festigkeit und Steifigkeit der Deckplatte nur geringfügig beeinflusst und der Strombügel ist sicher an der Deckplatte aufnehmbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Deckplatte in dem Abschnitt, in dem der Verbindungsbereich angeordnet ist, eine Wanddicke T auf. Die Ausnehmung zur Aufnahme des Strombügels weist eine Tiefe t auf. Vorzugsweise ist diese Tiefe t gleich groß wie die Wanddicke T. Insbesondere dadurch, dass die Tiefe t und die Wanddicke T gleich groß sind, erstreckt sich die Verbindungsausnehmung vollständig durch die Deckplatte. Vorzugsweise ist die Verbindungsausnehmung als ein Durchbruch in der Deckplatte ausgeführt. Weiter vorzugsweise erstreckt sich die Verbindungsausnehmung von der Unterseite bis zur Oberseite der Deckplatte, insbesondere durch eine Verbindungsausnehmung, welche die Deckplatte vollständig durchbricht, ist ein besonders sicheres Halten des Strombügels an der Deckplatte ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strombügel in dem Abschnitt, in welchem dieser die Deckplatte oder die Adapterplatte kontaktiert, eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Vorzugsweise ist diese elektrisch isolierende Beschichtung stoffschlüssig mit dem Strombügel verbindbar. Weiter vorzugsweise ist eine derartige elektrisch isolierende Beschichtung als eine Beschichtung mit einem Kunststoff, insbesondere einem Kunststoffgranulat oder als eine Art Lackierung zu verstehen. Insbesondere durch eine elektrisch isolierende Beschickung in dem Kontaktbereich zwischen dem Strombügel und der Deckplatte bzw. zwischen dem Strombügel und der Adapterplatte, kann eine verbesserte elektrische Isolierung zwischen Strombügel und Deckplatte erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer der elektrischen Anschlüsse mit dem Strombügel verbindbar. Weiter vorzugsweise ist dieser elektrische Anschluss gegenüber der Deckplatte elektrisch isoliert. Weiter vorzugsweise ist für diese elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Anschluss und der Deckplatte ein Isoliermaterial angeordnet. Weiter vorzugsweise sind der elektrische Anschluss und der Strombügel stoffschlüssig miteinander verbindbar. Weiter vorzugsweise weist der elektrische Anschluss einen elektrischen Leiter auf, welcher sich durch die Stromausnehmung der Deckplatte erstreckt und dieser elektrische Leiter ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem elektrischen Anschluss verbindbar oder bevorzugt einstückig mit diesem ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind mehrere der elektrischen Anschlüsse gegenüber der Deckplatte elektrisch isoliert. Insbesondere durch die elektrische Isolation der elektrischen Anschlüsse gegenüber der Deckplatte sind Kriechströme zwischen den elektrischen Anschlüssen und der Deckplatte verhinderbar bzw. kann die Deckplatte frei von elektrischen Spannungen gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist · wenigstens einer der Strombügel als einen Bestandteil Kupfer oder eine Kupferlegierung auf oder besteht aus diesen Werkstoffen und der mit diesem Strombügel verbind bare elektrische Anschluss weist als einen Bestandteil Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf oder besteht daraus. Vorzugsweise sind der Strombügel und der elektrische Anschluss stoffschlüssig, oder formschlüssig miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist eine stoffschlüssige Verbindung als eine Schweiß- oder Lötverbindung ausgeführt. Insbesondere durch die Verwendung eines Kupfer/Aluminium-Materialmixes ist es ermöglicht, den elektrischen Anschluss und den Strombügel an die jeweiligen Anforderungen gut anzupassen. Insbesondere durch eine Alu/Alu beziehungsweise Cu/Cu Verbindung ist ein besonders sicheres Verbinden von Strombügel mit elektrischem Anschluss ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Strombügel eine Kontaktdeckfläche auf, welche dazu eingerichtet ist, die Deckplatte oder die Adapterplatte mechanisch zu kontaktieren. Weiter weist der Strombügel wenigstens einen Leiterarm auf, welcher dazu eingerichtet ist, die elektrochemische Speicherzelle elektrisch zu kontaktieren. Dabei kontaktiert der Leiterarm die elektrochemische Speicherzelle vorzugsweise innerhalb eines Leiterabschnitts. Der Strombügel erstreckt sich insbesondere, ausgehend von der Kontaktdeckfläche, in einem Winkel von wenigstens nahezu 90°, bzw. orthogonal zu dieser Deckfläche.
Weiter vorzugsweise weist der Strombügel wenigstens zwei Leiterarme auf, welche mit der Kontaktfläche insbesondere einen U-förmigen Querschnitt ausbilden. Ein Abstand K zwischen einem der Kontaktfläche zugewandten Ende des Leiterabschnitts und der Kontaktdeckfläche ist insbesondere > 1- mal der Wanddicke L des Strombügels im Bereich der Kontaktdeckfläche. Vorzugsweise ist der Abstand K > 2-mal L, bevorzugt > 3-mal L und besonders bevorzugt > 4-mal L. Weiter ist der Abstand K < 15-mal L, vorzugsweise < 12-mal L, bevorzugt < 10-mal L und besonders bevorzugt < 8-mal L. Es hat sich gezeigt, dass ein zu geringer Abstand K zu Problemen bei der Kontaktierung der elektrochemischen Speicherzelle durch den Leiterarm führen kann, ein großer Abstand K andererseits führt zu einem erhöhten Bauraumbedarf. Insbesondere die Wahl des Abstandes K aus dem beschriebenen Bereich führt zu einer guten Kontaktierung der elektrochemischen Speicherzelle durch den Leiterarm einerseits und zu einem geringen Bauraumbedarf andererseits.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Deckplatte mehrere Verbindungsausnehmungen auf. Vorzugsweise weist die Deckplatte zwei oder mehr Verbindungsausnehmungen auf. Weiter vorzugsweise sind die Verbindungsausnehmungen von der Stromführausnehmung symmetrisch beabstandet oder symmetrisch zu dieser angeordnet. Vorzugsweise sind die Verbindungsausnehmungen in einem Randbereich der Kontaktfläche zwischen dem Strombügel und der Deckplatte bzw. zwischen der Deckplatte und der Adapterplatte angeordnet. Insbesondere durch eine symmetrische Ausgestaltung von zwei oder mehr Verbindungsausnehmungen ist eine besonders einfache Montage des Strombügels ermöglicht.
Weiter vorzugsweise sind die Verbindungsausnehmungen unsymmetrisch angeordnet. Insbesondere durch eine unsymmetrische Anordnung bzw. Ausgestaltung der Verbindungsausnehmungen ist eine eineindeutige Zuordnung des Strombügels {Plus/Minus Pol) zur Deckplatte ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Adapterplatte eine Adapterausnehmung zur Aufnahme des Strombügels auf. Weiter vorzugsweise weist die Adapterplatte gegenüberliegend der Seite, welche die Adapterausnehmung aufweist, Erhebungen oder Fortsätze auf, welche dazu eingerichtet sind, in die Verbindungsausnehmung auf der Deckplatte einzugreifen.
Vorzugsweise weist die Adapterausnehmung eine T-förmige Gestalt auf. Vorzugsweise ist die Adapterausnehmung als eine Ausnehmung zu verstehen, welche vollständig durch die Adapterplatte reicht, bevorzugt ist die Adapterausnehmung als eine Ausnehmung zu verstehen, welche nicht vollständig durch die Adapterplatte reicht. Insbesondere durch eine T-förmige Ausgestaltung der Adapterausnehmung ist einerseits eine sichere Fixierung des Strombügels gegenüber der Adapterplatte ermöglicht und andererseits eine eindeutige Zuordnung des Strombügels zur Adapterplatte.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich wenigstens eine der Verbindungsausnehmungen, vorzugsweise mehrere oder alle, bis an den Rand der Deckplatte. Insbesondere sind derartige Verbindungsausnehmungen als randoffene Ausnehmungen zu verstehen. Vorzugsweise erstreckt sich eine derartige randoffene Verbindungsausnehmung damit von innerhalb der Deckplatte bis an den Rand dieser.
Weitere Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgend, teilweise schematisierten, Figuren dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 : eine perspektivische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Zelldeckels,
Fig. 2: eine Detailansicht einer Deckplatte mit einer Adapterplatte,
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zelldeckels.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Zelldeckels. Die Grundplatte 6 weist eine Oberseite 6e und eine Unterseite 6d auf. Die elektrischen Anschlüsse 2, 4 sind an der Oberseite 6e angeordnet. Diese elektrischen Anschlüsse 2, 4 weisen jeweils elektrische Leiter 2a, 4a auf. Die elektrischen Leiter 2a, 4a sind durch die Stromführausnehmung 6a und 6b durch die Deckplatte 6 geführt. An der Unterseite der Deckplatte 6d sind die Strombügel 1 , 3 angeordnet.
Die Strombügel 1 , 3 kontaktieren die Deckplatte 6 nicht unmittelbar, sondern jeweils über eine Adapterplatte 5a, 5b. Die Adapterplatten 5a, 5b bilden jeweils eine formschlüssige Verbindung mit der Deckplatte 6 aus. Dazu greifen die Adapterplatten 5a, 5b in die Verbindungsausnehmungen 6c ein. Der Strombügel 1 besteht aus einer Aluminiumbasislegierung. Der Strombügel 3 weist als einen Bestandteil Kupfer auf, bzw. besteht daraus. Die Leiterarme 1 a, 1 b, 3a, 3b erstrecken sich, ausgehend von den jeweiligen Deckflächen 1c, 3c, in orthogonaler Richtung. An den Innenseiten der Leiterarme weisen diese Kontaktflächen 1d, 3d zur elektrischen Kontaktierung der elektrochemischen Speicherzelle (nicht dargestellt) auf. Dabei weisen die gegenüberliegenden Leiterarme 1a, 3a ebenfalls Kontaktflächen auf, welche aber in der gezeigten Darstellung nicht sichtbar sind. Im Bereich der Deckfläche 1c, 3c weisen die Leiterarme eine Wanddicke L auf. Der Bereich zur Kontaktierung der elektrochemischen Speicherzelle an den Leiterarmen reicht jeweils, bis zu seinem der Deckfläche zugewandten Ende 1e, 3e. Zwischen der Deckfläche 1c, 3c und dem jeweiligen Ende 1e, 3e stellt sich der Abstand K ein. Die elektrischen Anschlüsse sind jeweils von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 7a, 7b umgeben. Dabei erreicht diese Ummantelung 7a, 7b auch durch die Stromführausnehmung 6a, 6b hindurch.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Verbindungsbereichs zwischen der Deckplatte 6 und der Adapterplatte 5a dargestellt. Sinngemäß gelten die Ausführungen ebenfalls für den Verbindungsbereich zwischen der Deckplatte 6 und der Adapterplatte 5b. Die Adapterplatte 6 weist zwei Verbindungsausnehmungen 6c auf. Die Verbindungsausnehmungen 6c sind von der Stromführausnehmung 6a beabstandet und symmetrisch zu dieser angeordnet. Die Verbindungsausnehmungen 6c sind als randoffene Ausnehmungen in der Deckplatte 6 angeordnet. Die Adapterplatte 5a weist eine T-förmige Ausnehmung 5a.1 zur Aufnahme eines Strombügels 1 (nicht dargestellt) auf.
Auf der gegenüberliegenden Seite zu der Ausnehmung 5a.1 zur Aufnahme eines Strombügels, weist die Adapterplatte 5a Erhebungen 5a.2 auf. Dabei sind die Erhebungen 5a.2 zur formschlüssigen Verbindung mit den Ausnehmungen 6c eingerichtet. Die Ausnehmungen 6c in der Deckplatte 6 weisen eine Tiefe t auf. Die Deckplatte 6 weist im Bereich, in welchem diese mit dem Strombügel und somit auch mit der Adapterplatte 5a verbindbar ist, eine Wand dicke T auf. Die Verbindungsausnehmung 6c reicht nicht vollständig durch die Deckplatte 6. Die Adapterplatte 5a ist an der Unterseite der Deckplatte 6d angeordnet. Die Oberseite der Deckplatte 6e weist einen ebenen Verlauf auf, wenigstens im Verbindungsbereich mit der Adapterplatte.
In Fig. 3 ist ein zusammengebauter Zelldeckel in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Zelldeckel weist eine Deckplatte 6 mit einer Oberseite 6e und einer Unterseite 6d auf. Dabei weist die Deckplatte 6 im Bereich der elektrischen Anschlüsse 2, 4 einen ebenen Verlauf der Oberseite 6e auf. Die Strombügel 1, 3 weisen jeweils zwei Leiterarme 1 a, 1 b, 3a, 3b auf. Der Strombügel 1 , welcher aus einer Aluminiumlegierung besteht, ist im elektrischen Verbindungsbereäch 10 elektrisch leitend mit der Deckplatte 6 verbunden. Weiter ist der Strombügel 1 über die Adapterplatte 5a formschlüssig mit der Deckplatte 6 verbunden. Der Strombügel 3 ist über die Adapterplatte 5b mit der Deckplatte 6 verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 2, 4 sind an der Oberseite 6e der Deckplatte 6 angeordnet. Im Bereich 11 weist der Strombügel 3 keine elektrisch leitende Verbindung zur Deckplatte 6 auf.

Claims

Patentansprüche
1. Zelldeckel für eine prismatische Zelle, insbesondere eine lithiumbasierte Zelle mit
einer Deckplatte (6) mit einer Unterseite (6d), einer Oberseite (6e) und wenigstens einer Stromführausnehmung (6a, 6b),
zwei elektrischen Anschlüssen (2, 4), welche an der Oberseite (6e) angeordnet sind,
einem ersten und einem zweiten Strombügel (1 ,3), welche mit der
Deckplatte (6) in jeweils einem Verbindungsbereich, welcher an der
Unterseite (6d) angeordnet ist, verbindbar sind,
wobei in der Stromführausnehmung (6a, 6b) ein elektrischer Leiter
(2a, 4a) angeordnet ist, mit welchem der elektrische Anschluss (2, 4) und der Strombügel (1, 3) kontaktierbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Deckplatte (6) in wenigstens einem der Verbindungsbereiche eine von der Stromführausnehmung (6a, 6b) beabstandete
Verbindungsausnehmung (6c) aufweist,
dass wenigstens einer der Strombügel (1 , 3) in der
Verbindungsausnehmung (6c) formschlüssig mit der Deckplatte (6) verbindbar ist,
dass die Deckplatte (6), insbesondere in dem Abschnitt, in welchem der Verbindungsbereich an der Unterseite angeordnet ist, eine wenigstens im Wesentlichen ebene Oberseite (6e) aufweist.
2. Zelldeckel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der Strombügel (1 ,3) mit einer Adapterplatte (5a, 5b) verbindbar ist,
dass die Deckplatte (6) mit der Adapterplatte (5a, 5b) im
Verbindungsbereich formschlüssig verbindbar ist.
3. Zelldeckel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (6) in dem Abschnitt in dem der Verbindungsbereich angeordnet ist, eine Wanddicke T aufweist,
dass die Verbindungsausnehmung (6c) zur Aufnahme des
Strombügels (1 , 3) oder der Adapterplatte (5a, 5b) eine Tiefe t aufweist und,
dass t kleiner ist als T.
4. Zelldeckel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Deckplatte in dem Abschnitt in dem der Verbindungsbereich angeordnet ist eine Wanddicke T aufweist,
dass die Verbindungsausnehmung (6c) zur Aufnahme des
Strombügels (1, 3) oder der Adapterplatte (5a, 5b) eine Tiefe t aufweist und
dass t gleich groß ist wie T.
5. Zelldeckel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens einer der Strombügel (1, 3) in dem Abschnitt in, welchem dieser die Deckplatte kontaktiert (1c, 3c) eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist.
6. Zelldeckel gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der elektrischen Anschlüsse (2, 4) mit dem Strombügel (1 , 3) verbindbar ist,
dass der elektrische Anschluss (2, 4) gegenüber der Deckplatte elektrisch isoliert ist,
dass der Anschluss (2, 4) und der Strombügel (1 , 3) stoffschlüssig miteinander verbind bar sind.
7. Zelldeckel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Strombügel (1 , 3) als einen Bestandteil Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist oder daraus besteht und dass der mit diesem Strombügel (1 , 3) verbindbare elektrische Anschluss als einen Bestandteil Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist oder daraus besteht.
Zelldeckel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Strombügel (1 , 3) eine Kontaktdeckelfläche (1c, 3c) aufweist, mit welcher die Deckplatte (6) oder die Adapterplatte (5a, 5b) mechanisch kontaktierbar ist und
wenigstens einen Leiterarm (1 a, 1b, 3a, 3b), welcher sich ausgehend von der Kontaktdeckelfläche (1c) in orthogonaler Richtung zu dieser erstreckt,
dass der Strombügel (1 , 3) im Bereich der Kontaktdeckelfläche (1 c) eine Wanddicke L aufweist,
dass der Leiterarm (1 a, 1 b, 3a, 3b) in einem Leiterabschnitt zur elektrischen Kontaktierung der prismatischen Zelle eingerichtet ist, dass der Abstand K zwischen dem der Kontaktdeckfläche
zugewandten Ende (1e, 3e) des Leiterabschnitts und der
Kontaktdeckelfläche (1 c, 3c) größer/gleich 1 mal L ist, vorzugsweise größer als 2 mal L, bevorzugt größer als 3 mal L und besonders bevorzugt größer als 4 mal L und
weiter ist der Abstand K kleiner als 15 mal L, vorzugsweise kleiner als 12 mal L, bevorzugt kleiner als 10 mal L und besonders bevorzugt kleiner als 8 mal L.
Zelldeckel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Deckplatte (6) mehrere Verbindungsausnehmungen (6c) aufweist, vorzugsweise zwei oder mehr.
10. Zelldeckel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Adapterplatte (5a, 5b) eine Adapterausnehmung (5a.1) zur Aufnahme des Strombügels (1, 3) aufweist, dass die
Adapterausnehmung (5a.1) eine T-förmige Gestalt aufweist
11. Zelldeckel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Verbindungsausnehmungen (6c) sich bis an den Rand der Deckplatte (6) erstreckt, insbesondere eine randoffene Ausnehmung ist.
12. Elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit wenigstens einem, Zelldeckel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Akkumulator mit einer Vielzahl derartiger Zelldeckel.
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