Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie, Ve r b i n d u n g s m i tte I zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verbindungsmittel zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von Anspruch 8, Verwendung einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von An- spruch 9 und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von Anspruch 0.
Bekannt sind Vorrichtungen zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie, wobei flächenförmige Verbindungsmittel zur elektrischen Leitung angebracht werden, die beispielsweise standardisiert mittels Stahlblechstanzungen hergestellt werden.
Nachteilig ist es dabei, dass in unterschiedlichen Umgebungen der Energiespeiche- rung und Energieabgabe jeweils verschiedene Anforderungen zu erfüllen wären, wo- bei die elektrische Verbindung jedoch immer gleich zuverlässig vorgenommen werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie mit elektrisch leitend verbundenen Ak- kuelementen bereitzustellen, die einfach und sicher zu handhaben ist und zugleich eine leichte individuelle Anpassung an die Erfordernisse ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie mit elektrisch leitend verbundenen Akkumulatorzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Elektrofahrräder, und/oder Power-Tools und/oder Gartengeräte, umfassend zumindest ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel zur leitenden Verbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen, insbesondere einer Akkumulatorzelle und einem Batteriemanagementsystems und/ oder einer Verbindung von einem ersten Akkumulatorzellpol zu einem zweiten Akkumulatorzellpol, wobei das Verbindungsmittel einen flächigen Körper mit zumindest einer Längsachse aufweist, an Körperenden des Verbindungsmittels jeweils zumin- dest ein Kontaktbereich vorgesehen ist, der jeweils zumindest eine Längsöffnung aufweist und eine im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse ausgebildete Anformung mit einem positiv vorspringenden Bereich aufweist, die zur Verbindung auf die elektrische Kontaktfläche mit dem positiv vorspringenden Bereich aufzulegen ist, wobei das Verbindungsmittel ein Kernmaterial umfassend Kupfer und/oder eine Kup- ferlegierung aufweist und eine Oberflächenbeschichtung umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Kombinationen umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer als Legierung, insbesondere aus Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer. Durch die vorliegende Erfindung wird eine sehr zuverlässige und leitfähige Verbindung von elektrischen Kontaktflächen in einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie bereitgestellt. Durch geeignete positiv geformte Anformungen, insbesondere mit einer breiteren Auflagefläche, wird ein guter Kontakt nach der Befestigung durch Schweißen, insbesondere durch Widerstandsschweißen und/oder Diffusionsschweißen, sichergestellt. Der Leitwert für die Leitung des Stromes wird verbessert und geringere Temperaturen werden beim Stromfluss erreicht. Die Verbindungsmittel können einfach an unterschiedliche Längen und Geometrien angepasst werden und stellen durch die geeignete Material wähl mit Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer als Legierung, insbesondere aus Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer, trotzdem eine sehr gute gleichbleibende elektrische Leitung sicherstellen, wobei die Beschichtung
bereits einfach ab Werk oder auch individuell anschließend auf den Kupferkern aufbringbar ist. Hierdurch lassen sich sicher . und zuverlässig verschiedene Arten von Akkumulatorenpaks zusammenstellen, die eine gleichbleibend gute elektrische Leitung aufweisen. Zum Widerstandsschweißen ist die Längsöffnung vorteilhaft verwendbar, die auch hinsichtlich eventuell auftretender mechanischer Spannungen und deren Abbau mit weiteren Öffnungen auszustatten ist. Bei halbrunden Längsöffnungsformen werden beispielsweise Torsionskräfte über den speziellen Aufbau der Öffnung abgefangen, so dass geringere Spannungen auf die Schweißstelle wirken, wobei die Schwei- ßelektroden vorzugsweise an beiden Seiten der Längsöffnung anzuordnen sind. Die Längsöffnungen können individuell angepasst aufgebaut sein, insbesondere an beiden Endbereichen eines Verbindungsmittels geschlossen oder auch an einem Endbereich offen, es können im Wesentlichen einfache Längsöffnungen sein oder auch mit einer angeformten abgerundeten Endöffnung.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Anformungen an jeweils einer Seite einer Längsöffnung vorgesehen sind, wobei die Anformungen insbesondere einen im Wesentlichen gleichen Abstand zur Längsöffnung aufweisen. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine Anformung eine bogenförmige Geometrie aufweist, wobei eine Bogenöffnung zu einer Längsöffnung hin ausgerichtet ist, wobei die bogenförmige Geometrie der Anformung insbesondere eine Bogenlänge aufweist, die mindestens einem 1 ,1 fachen einer Bogenbreite der bogenförmigen Geometrie entspricht.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Längsöffnung in einem Mittenbereich vorgesehen ist, im Wesentlichen parallel verlaufend zu der Längsachse.
Vorteilhaft ist es, wenn an zumindest einem Endbereich der Längsöffnung eine Queröffnung vorgesehen ist, insbesondere in einer zu der Längsöffnung oder von ihr
weg gebogenen Form, wobei insbesondere zumindest eine Längsöffnung von einem Körperende aus verläuft und an dem Körperendende eine Endöffnung aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Verbindungsmittel durch Widerstandsschweißen an die elektrisch leitende Kontaktfläche anbringbar ist, wobei insbesondere beidseitig einer Längsöffnung an Anformungen eine Schweißelektrode vorzusehen ist, wodurch ein Schweißkontakt in einem Kontaktbereich herstellbar ist.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Akkumulatorzellpol vernickeltem Stahl aufweist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel für eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur leitenden Verbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen, insbesondere einer Akkumulatorzelle und einem Batteriemanagement- Systems und/ oder einer Verbindung von einem ersten Akkumulatorzellpol zu einem zweiten Akkumulatorzellpol, wobei das Verbindungsmittel einen flächigen Körper mit zumindest einer Längsachse aufweist, an Körperenden des Verbindungsmittels jeweils zumindest ein Kontaktbereich vorgesehen ist, der jeweils zumindest eine Längsöffnung aufweist und eine im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse aus- gebildete Anformung mit einem positiv vorspringenden Bereich aufweist, die zur Verbindung auf die elektrische Kontaktfläche mit dem positiv vorspringenden Bereich aufzulegen ist, wobei das Verbindungsmittel ein Kernmaterial umfassend Kupfer und/oder eine Kupferlegierung aufweist und eine Oberflächenbeschichtung umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Kombinationen umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer als Legierung, insbesondere aus Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für Akkumulatorenzellen, insbesondere angeordnet in Paks, für Elektrofahrräder und/oder Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie, die mehrfach aufladbar ist, umfassend Akkumulatorzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Elektrofahrräder, die insbesondere mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet sind, nach Anspruch 1 bis 8, wobei durch zumindest ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel eine leitende Verbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen hergestellt wird, insbesondere mittels Widerstandsschweißen, insbesondere zwischen einer Akkumulatorzelle und einem Batteriemanagementsystems und/oder einer Verbindung von einem ersten Akkumulatorzellpol zu einem zweiten Akkumulatorzellpol, wobei das Verbindungsmittel einen flächigen Körper mit zumindest einer Längsachse aufweist, an Körperenden des Verbindungsmittels jeweils zumindest ein Kontaktbereich vorgesehen ist, der jeweils zumindest eine Längsöffnung aufweist und eine im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse ausgebildete Anformung mit einem positiv vorspringenden Bereich aufweist, die zur Verbindung auf die elektrische Kontaktfläche mit dem positiv vorspringenden Bereich aufzulegen ist, wobei das Verbindungsmittel ein Kernmaterial umfassend Kupfer und/oder eine Kupferlegierung aufweist und eine Oberflächenbeschichtung umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Kombinationen umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer als Legierung, insbesondere aus Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer, wobei insbesondere ein Akkumulatorzellpol mit den Anformungen des Verbindungsmittels kontaktiert wird, wobei insbesondere der Akkumulatorzellpol verzinkten Stahl aufweist, wobei beim Widerstandsschweißen die Elektroden in einem rückseitigen Bereich der Anformungen an zwei Seiten einer Längsöffnung kontaktiert werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
Es zeigen:
Fig. 1 a einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 1 b einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 1 c einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 2a einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 2b einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 3a einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 3b einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 3c einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 4a einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 4b einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 4c einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie,
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie und
Fig. 6 eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer
Energie.
Fig. 1 a zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie mit elektrisch leitend verbundenen Akkumulatorzellen, wobei die Akkumulatorzellen nicht dargestellt sind, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Elektrofahrräder, und/oder Power- Tools und/oder Gartengeräte, umfassend zumindest ein elektrisch leitendes Verbin-
dungsmittel 3 zur leitenden Verbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen 4, insbesondere einer Akkumulatorzelle 2 und einem Batteriemanagementsystems und/ oder einer Verbindung von einem ersten Akkumulatorzellpol 22 zu einem zweiten Akkumulatorzellpol 22, wobei das Verbindungsmittel 3 einen flächigen Körper 5 mit zumindest einer Längsachse 6 aufweist, an Körperenden 7 des Verbindungsmittels 3 jeweils zumindest ein Kontaktbereich 8 vorgesehen ist, der jeweils zumindest eine Längsöffnung 9 aufweist und eine im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 6 ausgebildete Anformung 10 mit einem positiv vorspringenden Bereich 1 1 aufweist, wie in Fig. 1 b gezeigt, die zur Verbindung auf die elektrische Kontaktfläche 4 mit dem positiv vorspringenden Bereich 1 aufzulegen ist. Beispielhaft ist das Verbindungs- mittel 3 durch Widerstandsschweißen an die elektrisch leitende Kontaktfläche 4 anbringbar, wobei insbesondere beidseitig einer Längsöffnung an Anformungen eine Schweißelektrode vorzusehen ist, wodurch ein Schweißkontakt in einem Kontaktbereich herstellbar ist. J größer eine kontaktierende Fläche der Schweißelektrode, desto größer sind die übertragenen Ströme. Mit einer halbmondförmigen Geometrie er- reicht man eine weiter verbesserte Kontaktfläche, mehrere Anformungen nebeneina- der führen zu einer gleichmäßigeren Stromverteilungr und eine guten Prozesssicherheit.
Beispielhaft ist an zumindest einem Endbereich 18 der Längsöffnung 9 eine Queröff- nung 9 vorgesehen, insbesondere in einer zu der Längsöffnung oder von ihr weg gebogenen Form, wobei insbesondere zumindest eine Längsöffnung 9 von einem Körperende 7 aus verläuft und an dem Körperendende 7 eine Endöffnung 20 aufweist. In Fig. 1 c wird ein Querschnitt eines Verbindungsmittels 3 gezeigt, das ein Kernmaterial 23 aufweist, umfassend beispielhaft Kupfer und/oder eine Kupferlegierung aufweist und eine Oberflächenbeschichtung 24 beispielhaft umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Kombinationen umfassend Zinn und/oder Zink und/oder Kupfer als Legierung.
Beispielhaft ist in Fig. 2a ein Verbindungsmittel 3 gezeigt, das zumindest zwei Anformungen 10 aufweist an jeweils einer Seite 12 einer Längsöffnung 9 aufweist, wobei die Anformungen 10 insbesondere einen im Wesentlichen gleichen Abstand 13 zur Längsöffnung 9 aufweisen. Beispielhaft kann eine weitere Längsöffnung in einem Mittenbereich 17 vorgesehen sein, im Wesentlichen parallel verlaufend zu der Längsachse 6, beispielhaft in den Fig. 3a-3c. Bespielhaft weist zumindest die Anformung 10 in Fig. 3a eine bogenförmige Geometrie auf, wobei eine Bogenöffnung 14 zu einer Längsöffnung 9 hin ausgerichtet ist, wobei die bogenförmige Geometrie der Anformung 10 insbesondere eine Bogenlänge 15 aufweist, die mindestens einem 1 ,1 fachen einer Bogenbreite 16 der bogenförmigen Geometrie entspricht, wobei dies auch beispielhaft den Anformungen in Fig. 1 a, 2b, 3a, 4a, 4b, 5 entsprechend beispielhaft zugeordnet werden kann. Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Speichern und/oder Bereitstellen elektrischer Energie mit Akkumulatorzellen 2, die über beispielhafte Verbindungsmittel 3 elektrisch leitend verbunden sind. Die Verbindungsmittel 3 weisen Anformungen 10 auf sowie einen Körper 5, wobei über Kontaktflächen 4 der Akkumulatorzellen 2 ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
Vorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen Akkumulatorzelle
Verbindungsmittel
Kontaktfläche
Körper
Längsachse
Körperende
Kontaktbereich
Längsöffnung
Anformung
vorspringender Bereich
Seite
Abstand
Bogenöffnung
Bogenlänge
Bogenbreite
Mittenbereich
Endbereich
Queröffnung
Endöffnung
Akkumulatorzellpol
Kernmaterial
Oberflächenbeschichtung