WO2018189338A1 - Kontakt mit einem verbundmaterial - Google Patents

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WO2018189338A1
WO2018189338A1 PCT/EP2018/059465 EP2018059465W WO2018189338A1 WO 2018189338 A1 WO2018189338 A1 WO 2018189338A1 EP 2018059465 W EP2018059465 W EP 2018059465W WO 2018189338 A1 WO2018189338 A1 WO 2018189338A1
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contact
metal
rubber
metal body
composite material
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PCT/EP2018/059465
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French (fr)
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Thomas Krämer
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E-Seven Systems Technology Management Ltd
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Priority to EP18725107.9A priority patent/EP3610523A1/de
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/519—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising printed circuit boards [PCB]
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • 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 contact with a
  • a composite material comprising a resilient polymeric material and a metal material incorporated in the polymeric material
  • Composite material comprising an elastic polymer material and a metal material previously known. So revealed the
  • the disclosed energy storage device is a
  • Energy storage such as a battery cell with a circuit board over several elastic contacts
  • the contacts are made of an elastomer, in which metal particles are introduced.
  • the contacts produce an elastic effect between the energy store and the printed circuit board. This allows an electric
  • the contacts are electrically conductive due to the metal particles introduced therein.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an elastic contact having a very high electrical conductivity.
  • the elastic material within the composite elastic.
  • the elastic material fills gaps, gaps, holes or other imperfections of the metal structure in the composite material. In order to achieve a particularly good elasticity of the contact, that should
  • the composite material has less than 15% by volume. Most preferably, it has less than 10% by volume of metal material.
  • the elastic material is preferably designed so that it can return to its original length due to a change in length of 20% or more due to compression. According to the elastic
  • Material has a modulus of elasticity of less than or equal to 0.5 N / m 2 , preferably less than or equal to 0.1 N / m 2 , and most preferably less than or equal to 0.05 N / m 2 .
  • the contact is designed to carry an electric current of a battery cell
  • the contact can carry a charging and / or discharging current of a battery cell.
  • the current is permanently guided by the contact.
  • the charging or discharging current is in particular a current which is typically in
  • Battery cells for example, a power cell or a power cell
  • a battery of a mobile or stationary energy storage for example, for a home or
  • the contact is designed such that it has a
  • the contact is formed such that it is one of the
  • Battery cell recorded maximum charging current and / or delivered maximum discharge current can also permanently or at least temporarily lead.
  • Heat removal (in particular in the electrically conductive connection plate) of heat generated during operation can be achieved.
  • a mentioned continuous charging current is at least 500 mA, preferably at least 1000 mA.
  • permanent charging currents are 1010 mA, 1020 mA, 1700 mA, 1675 mA or, in particular for power cells, also 2000 mA or
  • a mentioned maximum charging current is at least 1500 mA, preferably at least 2000 mA.
  • Exemplary maximum charging currents are 2000 mA, 3000 mA, 3400 mA, 4000 mA, 5000 mA or 6000 mA.
  • Discharge current at least 500 mA, preferably at least 1000 mA.
  • Examples of permanent discharge currents are 670 mA or 680 mA. For example, one mentioned maximum
  • Discharge current at least 5000 mA, preferably at least 8000 mA.
  • Exemplary maximum discharge currents are 8000 mA, 10000 mA, 13000 mA or especially for power cells also 15000 mA, 30000 mA or 35000 mA.
  • the cross-sectional area of the contact is in particular dimensioned such that a sufficiently low contact resistance or contact resistance and thus a current flow as described and sufficient
  • the diameter of the contact is therefore at least 5 mm, preferably at least 7 mm, more preferably at least 10 mm, more preferably at least 15 mm.
  • the metal body forms a
  • the metal body consists of copper or of silver. Both copper and silver have extremely good electrical and thermal conductivity. However, it does not necessarily have to be silver or copper. So also the use of other metals is possible. According to the invention, a silver alloy, a
  • the elastic material may according to the invention be a natural rubber or a synthetic rubber. Rubbers are materials that have very good elastic properties and good properties
  • Durability that is in particular a long life, have.
  • the rubber may be brought to an elevated temperature at which it is liquid to make the contact.
  • the metal body can now be introduced into the rubber. Subsequently, the rubber hardens and forms in combination with the metal body an electrically and thermally conductive contact.
  • the elastic material is nitrile-butadiene rubber, hydrogenated nitrile rubber, ethylene-propylene-diene rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, perfluoro rubber
  • Chloro rubber a chlorosulfonyl polyethylene rubber, a polyester urethane rubber or a butyl rubber.
  • the listed materials show in terms of their modulus of elasticity, hardness, flammability, resistance to aging and other parameters
  • inventive contact can be selected.
  • the rubbers listed may contain additives to improve their elasticity.
  • the elastic material is electrically conductive. More recently, various polymer materials have been developed that are electrically conductive. A composite material that has both a
  • Metal body as well as electrically conductive elastic material contains, has a particularly large electrical conductivity.
  • the electrically conductive elastic material need not necessarily be a polymer; the use of other elastic, electrically conductive materials is possible according to the invention. According to the invention, the use of elastic materials is possible, which only from a certain limit temperature or above a certain
  • Additives may be added to these materials to improve their elasticity.
  • the listed materials have different properties with regard to their electrical conductivity, their modulus of elasticity, their hardness, their flammability, their aging resistance and other parameters, and may be selected taking into account the intended use of the contact according to the invention.
  • the metal body can in the
  • the two contacting regions are disposed on opposite sides of the contact.
  • the contact can thus be electrically contacted on two opposite sides.
  • the contact is normally elastically deformed such that a distance between the two contacting areas due to the elastic deformation is reduced.
  • the contact has two electrodes, which are referred to below as contact elements and
  • Composite material connected to the composite electrically and thermally conductive. It is also possible according to the invention that a contact element is arranged only on one side of the composite material.
  • the contact elements can according to the invention with the contacting areas of
  • the contact elements may be metal plates.
  • the contact elements provide a well-defined contact resistance to the composite material.
  • the metal body is a metal fleece, a
  • the metal fleece is a metal body consisting of randomly arranged metal fibers and / or other fine fibers
  • Metal structures exists.
  • a metal body which consists of interwoven metal fibers or other fine
  • the metal foam is a metal body having a plurality of cavities.
  • the metal foam has a sponge-like structure. It is also possible that the metal body consists of directionally arranged metal fibers. In contrast to that
  • Metal fleece here are individual metal fibers not arranged in a random manner, but directed. This
  • the material is thus direction-dependent also with regard to its mechanical properties.
  • the material can For example, consist of a plurality of metal fibers which are aligned parallel to each other.
  • the metal foam is elastic and can thus contribute to the elasticity of the composite material.
  • a metal body which is formed as a metal fleece or as a metal mesh, according to particular embodiments may also have elastic properties.
  • the person skilled in the art can produce metal nonwovens, metal meshes and metal bodies of directionally arranged metal fibers by virtue of their knowledge in such a way that they are elastic.
  • the elasticity of the metal nonwovens, metal braids or metal body advantageously results essentially from the
  • the metal body according to the invention may further comprise a
  • Metal body which has a mesh structure or a lattice structure, consists of a plurality of metal wires, which are interconnected at nodes.
  • Metal body from a network structure or from a
  • Grid structure can also be designed so that the metal body in particular due to the elastic
  • the invention also relates to an electrically conductive connection plate having a contact as described.
  • the invention also relates to a battery having at least one battery cell, an electrically conductive
  • the contact is a contact according to the invention as described above.
  • the battery contains
  • connection plate electrically and thermally conductive via a contact according to the invention.
  • the connecting plate is preferably a
  • Connection plate also act on a metal plate.
  • the connecting plate is a copper plate.
  • the elastic material of the composite material has a modulus of elasticity, which is adjusted so that the connecting plate in contacting with the
  • Battery cells is not damaged by a force effect of the battery terminals of the battery cells on the connection plate.
  • the modulus of elasticity is further so
  • connection plates of a battery which are provided with contacts according to the invention, clamped to the contacts and through the contacts between the connecting plates, advantageously also at
  • the contact is applied to the connection plate.
  • the contact may be applied to the connection plate on areas intended to be connected to battery cells Battery to be contacted electrically and thermally conductive.
  • the contact is applied to a printed circuit board of the battery.
  • the contact can be covered by a contact element on the surface facing the circuit board. If a pressure is exerted on the contact element by a battery pole of a battery cell, the contact can deform elastically and a low-resistance contact transition between the
  • Fig. 2 shows the contact of Fig. 1 in a
  • FIG. 3 shows a metal body made of a metal foam
  • Fig. 4 arranged a metal body from directed
  • FIG. 5 shows a metal body made of a metal fleece
  • FIG. 6 shows a metal body with a lattice structure
  • Fig. 9 is a connection plate with a therein
  • Figs. 10 to 15 show the structure different
  • Fig. 1 shows a contact according to the invention 1.
  • the contact elements 3 which are arranged on opposite sides of the composite material 2.
  • the contact elements 3 are made of metal and are thermally and electrically conductively connected to the composite material 2.
  • Composite material 2 has as elastic material 4 a natural rubber. In the elastic material, a metal body, not shown, is embedded. The contact 1 is thus elastic and moreover electrically and thermally conductive.
  • FIG. 2 shows the contact 1 according to the invention from FIG. 1 in a sectional view.
  • Composite material 2 a metal body 5 is embedded, which has a continuous geometric structure.
  • the contiguous geometric structure is in the present case a network structure.
  • An electric current and a thermal current may be conducted along the metal body 5 through the composite material 2.
  • Metal body 5 is located in contacting areas 6 of
  • FIG. 3 shows a metal body 5 made of a metal foam. This is a special embodiment of the metal body 5.
  • the metal foam 5 has a structure with many cavities 7. Such a metal body has particularly good elastic properties.
  • Fig. 4 shows a metal body 5 of directionally arranged metal fibers 8.
  • the directed arranged metal fibers 8 are arranged substantially parallel to each other and abut each other. Its structure retains the metal body 5 by being inserted into the elastic material 4.
  • Fig. 5 shows a metal body 5 made of a metal fleece.
  • the metal fleece has a multiplicity of metal fibers 8, which are not arranged in a directional manner, but abut one another in a loose composite.
  • the metal fleece shown is elastic and can thus contribute to the elasticity of the
  • Fig. 6 shows a metal body 5 with a lattice structure. Individual metal wires 9 of the lattice structure are in
  • Lattice structure has elastic properties.
  • Fig. 7 shows a metal body 5 made of a metal mesh.
  • the metal fibers 8 of the metal mesh are interwoven, which means that they run under and over one another in an orderly manner.
  • the battery 11 has a plurality of battery cells 12, which are electrically and thermally connected to one another via a plurality of connection plates 13 are conductively connected. At the shown
  • Connecting plates 13 are copper plates. Each battery cell 12 has at opposite ends
  • the battery terminals 14 of the battery cells 12 are via inventive contacts 1 with the
  • Connecting plates 13 connected electrically and thermally conductive. By the connecting plates 13 tension members 15 are passed, whereby the individual elements of
  • Fig. 9 shows a connecting plate 13 with a contact 1 applied thereto.
  • the connecting plate 13 is, for example, a composite plate.
  • Connection plate 13 has a non-electrically conductive layer 16. On an electrically conductive layer 18, the contact 1 is arranged.
  • the contact 1 comprises the composite material 2 according to the invention.
  • the contact 1 further comprises two oppositely arranged contact elements 3.
  • the composite material 2 is electrically and thermally conductively connected to the conductive layer 18 of the connection plate 13 via the contact elements 3 facing the connection plate.
  • Fig. 10 shows the structure of a metal structure 19 having a sponge-like structure.
  • FIG. 11 shows a structure of a metal element 20 made of a foamed metal.
  • FIG. 12 shows the structure of a metal fiber element 21 made of metal fibers 8.
  • FIG. 13 shows the structure of a metal mesh 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontakt (1) mit einem Verbundmaterial (2) enthaltend ein elastisches Material (4) und ein Metallmaterial, das in das elastische Material eingebracht ist, zum Führen eines elektrischen Stromes einer Batteriezelle, wobei das Metallmaterial einen Metallkörper (5) mit einer zusammenhängenden geometrischen Struktur bildet, der sich durch das Verbundmaterial (2) erstreckt, sodass ein elektrischer und ein thermischer Strom über den Metallkörper (5) durch das Verbundmaterial (2) geleitet werden können. Die Erfindung betrifft zudem eine elektrisch leitfähige Verbindungsplatte und eine Batterie.

Description

Kontakt mit einem Verbundmaterial
Die Erfindung betrifft einen Kontakt mit einem
Verbundmaterial enthaltend ein elastisches Polymermaterial und ein Metallmaterial, das in das Polymermaterial
eingebracht ist, zum Führen eines elektrischen Stromes einer Batteriezelle.
Aus dem Stand der Technik sind Kontakte aus einem
Verbundmaterial enthaltend ein elastisches Polymermaterial und ein Metallmaterial vorbekannt. So offenbart die
Druckschrift WO 2014/016393 AI eine
Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug, die mit
entsprechend ausgebildeten Kontakten ausgestattet ist. Bei der offenbarten Energiespeichervorrichtung wird ein
Energiespeicher wie beispielsweise eine Batteriezelle mit einer Leiterplatte über mehrere elastische Kontakte
verbunden. Die Kontakte bestehen aus einem Elastomer, in das Metallpartikel eingebracht sind. Die Kontakte stellen eine elastische Wirkung zwischen dem Energiespeicher und der Leiterplatte her. Dies erlaubt eine elektrische
Kontaktierung zwischen Batteriezelle und Leiterplatte.
Außerdem sind die Kontakte aufgrund der darin eingebrachten Metallpartikel elektrisch leitfähig.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich in einem solchen Verbundmaterial keine oder nur wenige vollständig hochleitfähige Bahnen ausbilden, wenn gängige
Betriebsspannungen an den Kontakten anliegen. Im Ergebnis stellt sich ein erwünschter niedriger elektrischer Widerstand zwischen Leiterplatte und Energiespeicher nicht ein. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen elastischen Kontakt bereitzustellen, der eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kontakt der eingangs beschriebenen Gattung, wobei erfindungsgemäß das
Metallmaterial einen Metallkörper mit einer
zusammenhängenden geometrischen Struktur bildet, der sich durch das Verbundmaterial erstreckt, sodass ein elektrischer und ein thermischer Strom über den Metallkörper durch das Verbundmaterial geleitet werden können. Da der Metallkörper eine zusammenhängende geometrische Struktur aufweist, liegen in dem Verbundmaterial hochleitfähige Bahnen zur Führung eines elektrischen Stroms vor. Darüber hinaus kann über den Metallkörper auch ein thermischer Strom geführt werden, denn Metalle weisen eine außerordentlich gute Wärmeleitfähigkeit auf. Der thermische Strom kann erfindungsgemäß gleichwohl durch das Polymermaterial geführt werden. Der Kontakt ist aufgrund des eingesetzten elastischen
Materials innerhalb des Verbundmaterials elastisch. Dabei füllt das elastische Material Zwischenräume, Lücken, Löcher oder sonstige Fehlstellen der sich in dem Verbundmaterial befindlichen Metallstruktur auf. Um eine besonders gute Elastizität des Kontakts zu erreichen, sollte das
Verbundmaterial weniger als 20 Vol.-% Metallmaterial
aufweisen. Bevorzugt weist das Verbundmaterial weniger als 15 Vol.-% auf. Ganz besonders bevorzugt weist es weniger als 10 Vol.-% Metallmaterial auf. Das elastische Material ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es aufgrund einer Längenveränderung von 20 % oder mehr infolge einer Kompression wieder seine ursprüngliche Länge annehmen kann. Erfindungsgemäß sollte das elastische
Material einen Elastizitätsmodul von kleiner gleich 0,5 N/m2, bevorzugt kleiner gleich 0,1 N/m2, und ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 0,05 N/m2 aufweisen.
Darunter, dass der Kontakt zum Führen eines elektrischen Stromes einer Batteriezelle ausgebildet ist, wird verstanden, dass der Kontakt einen Lade- und/oder Entladestrom einer Batteriezelle führen kann. Der Strom wird dabei dauerhaft durch den Kontakt geführt. Der Lade- bzw. Entladestrom ist dabei insbesondere ein Strom der typischerweise in
Batteriezellen (beispielsweise eine Energiezelle oder eine Leistungszelle) einer Batterie eines mobilen oder stationären Energiespeichers, beispielsweise für einen Heim- oder
Industriespeicher oder für ein Kraftfahrzeug, das mit elektrischer Energie angetrieben wird, auftritt.
So ist der Kontakt derart ausgebildet, dass es einen
(empfohlenen) von der Batteriezelle dauerhaft aufgenommenen Ladestrom und/oder dauerhaft abgegebenen Entladestrom
dauerhaft ohne Beschädigung führen kann. Beispielsweise ist der Kontakt derart ausgebildet, dass es einen von der
Batteriezelle aufgenommenen maximalen Ladestrom und/oder abgegebenen maximalen Entladestrom ebenfalls dauerhaft oder zumindest kurzzeitig führen kann.
Der Kontakt ist dabei durch die spezifischen elektrischen Eigenschaften des verwendeten Materials insbesondere in
Kombination mit der verwendeten Geometrie (insbesondere der Querschnittsgeometrie) hierzu ausgebildet und geeignet. Insbesondere wird ein hierzu ausreichend geringer Übergangswiderstand bzw. Kontaktwiderstand erreicht. Dabei kann durch den Kontakt gleichzeitig ein ausreichender
Wärmeabtransport (insbesondere in die elektrisch leitfähige Verbindungsplatte) von im Betrieb entstehender Wärme erreicht werden .
Beispielsweise beträgt ein erwähnter dauerhafter Ladestrom zumindest 500 mA, bevorzugt zumindest 1000 mA. Beispielhafte dauerhafte Ladeströme sind 1010 mA, 1020 mA, 1700 mA, 1675 mA oder insbesondere bei Leistungszellen auch 2000 mA oder
3000 mA. Beispielsweise beträgt ein erwähnter maximaler Ladestrom zumindest 1500 mA, bevorzugt zumindest 2000 mA. Beispielhafte maximale Ladeströme sind 2000 mA, 3000 mA, 3400 mA, 4000 mA, 5000 mA oder 6000 mA. Beispielsweise beträgt ein erwähnter dauerhafter
Entladestrom zumindest 500 mA, bevorzugt zumindest 1000 mA. Beispiele für dauerhafte Entladeströme sind 670 mA oder 680 mA. Beispielsweise beträgt ein erwähnter maximaler
Entladestrom zumindest 5000 mA, bevorzugt zumindest 8000 mA. Beispielhafte maximale Entladeströme sind 8000 mA, 10000 mA, 13000 mA oder insbesondere bei Leistungszellen auch 15000 mA, 30000 mA oder 35000 mA.
Wie ausgeführt, ist die Querschnittsfläche des Kontakts insbesondere derart bemessen, dass ein ausreichend geringer Übergangswiderstand bzw. Kontaktwiderstand und damit eine wie beschriebene Stromführung und ein ausreichender
Wärmeabtransport (hinsichtlich des jeweils verwendeten Materials) erreicht wird. Beispielsweise beträgt die
Querschnittsfläche des Kontaktes (sofern vorgesehen
insbesondere im Bereich zumindest eines der Kontaktierungsbereiche oder eines der Kontaktelemente) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgängig
zumindest 15 mm2, vorzugsweise zumindest 35 mm2, weiter bevorzugt zumindest 75 mm2 und weiter bevorzugt zumindest 175 mm2. Im Falle einer im Wesentlichen runden
Querschnittsgeometrie des Kontaktes beträgt der Durchmesser des Kontaktes daher zumindest 5 mm, vorzugsweise zumindest 7 mm, weiter vorzugsweise zumindest 10 mm, weiter vorzugsweise zumindest 15 mm.
Vorzugsweise bildet der Metallkörper einen
unterbrechungsfreien elektrischen Leiter. Es ist vorteilhaft, wenn der Metallkörper aus Kupfer oder aus Silber besteht. Sowohl Kupfer als auch Silber weisen eine außerordentlich gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Es muss aber nicht notwendigerweise Silber oder Kupfer zum Einsatz kommen. So ist auch die Verwendung anderer Metalle möglich. Erfindungsgemäß kann eine Silberlegierung, eine
Kupferlegierung oder eine sonstige Metalllegierung
Verwendung finden.
Bei dem elastischen Material kann es sich erfindungsgemäß um einen Naturkautschuk oder um einen synthetischen Kautschuk handeln. Bei Kautschuken handelt es sich um Materialien, die sehr gute elastische Eigenschaften und eine gute
Haltbarkeit, das heißt insbesondere eine hohe Lebensdauer, aufweisen. Der Kautschuk kann zur Herstellung des Kontakts auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, bei der er flüssig ist. Der Metallkörper kann nun in den Kautschuk eingebracht werden. Anschließend härtet der Kautschuk aus und bildet im Verbund mit dem Metallkörper einen elektrisch und thermisch leitfähigen Kontakt. Vorzugsweise ist das elastische Material ein Nitril- Butadien-Kautschuk, ein hydrierter Nitril-Kautschuk, ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, ein Silikon-Kautschuk, ein Fluor-Silikon-Kautschuk, ein Perfluor-Kautschuk, ein
Chlorkautschuk, ein Chlorsulfonyl-Polyethylen-Kautschuk, ein Polyester-Urethan-Kautschuk oder ein Butyl-Kautschuk ist. Die aufgeführten Materialien weisen im Hinblick auf ihren Elastizitätsmodul, ihre Härte, ihre Entflammbarkeit, ihre Alterungsbeständigkeit und weitere Parameter
unterschiedliche Eigenschaften auf und können unter
Berücksichtigung des Verwendungszwecks des
erfindungsgemäßen Kontakts ausgewählt werden. Den
aufgeführten Kautschuken können Additive beigefügt sein, um ihre Elastizität zu verbessern. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das elastische Material elektrisch leitfähig. In jüngerer Zeit wurden diverse Polymermaterialien entwickelt, die elektrisch leitfähig sind. Ein Verbundmaterial, das sowohl einen
Metallkörper als auch elektrisch leitfähiges elastisches Material enthält, weist eine besonders große elektrische Leitfähig auf. Der Einsatz eines solchen elastischen
Materials sollte deshalb angestrebt werden. Es muss sich bei dem elektrisch leitfähigen elastischen Material nicht notwendigerweise um ein Polymer handeln; auch der Einsatz anderer elastischer, elektrisch leitfähiger Materialien ist erfindungsgemäß möglich. Erfindungsgemäß ist auch der Einsatz von elastischen Materialien möglich, die erst ab einer gewissen Grenztemperatur oder ab einer gewissen
Durchbruchspannung elektrisch leitfähig werden. Erfindungsgemäß kann das elastische Material aus dotiertem Polyacetylen, aus Polypyrrol, aus Polyanilin, aus Polythiophen oder aus Poly-3, 4-ethylendioxythiophen
ausgebildet sein. Diesen Materialien können Additive hinzugefügt sein, um ihre Elastizität zu verbessern. Die aufgeführten Materialien weisen im Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit, ihren Elastizitätsmodul, ihre Härte, ihre Entflammbarkeit, ihre Alterungsbeständigkeit und weitere Parameter unterschiedliche Eigenschaften auf und können unter der Berücksichtigung des Verwendungszwecks des erfindungsgemäßen Kontakts ausgewählt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Metallstruktur an Oberflächen des elastischen Materials in zumindest zwei
Kontaktierungsbereichen freiliegt. Wenn der Metallkörper in Kontaktierungsbereichen freiliegt, kann ein Strom über einen ersten Kontaktierungsbereich des Kontakts unmittelbar in den Metallkörper geleitet werden, ohne dass er das elastische Material durchdringen muss. Der Strom wird über den
Metallkörper durch den Kontakt geleitet und kann im Bereich eines zweiten Kontaktierungsbereichs aus dem Kontakt herausgeführt werden. Der Metallkörper kann in den
Kontaktierungsbereichen jeweils an mehreren Stellen
freiliegen. Gemäß möglichen Ausführungsformen der Erfindung können Abschnitte des Metallkörpers in den
Kontaktierungsbereichen aus dem Metallkörper hervortreten. Vorzugsweise sind die zwei Kontaktierungsbereiche an gegenüberliegenden Seiten des Kontakts angeordnet. Der Kontakt kann folglich an zwei gegenüberliegenden Seiten elektrisch kontaktiert werden. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung wird der Kontakt normalerweise solchermaßen elastisch verformt, dass ein Abstand zwischen den zwei Kontaktierungsbereichen aufgrund der elastischen Verformung verringert wird. Bevorzugt weist der Kontakt zwei Elektroden auf, die im Folgenden als Kontaktelemente bezeichnet werden und
insbesondere Kontaktierungsflachen sein können. Die
Kontaktelemente sind an gegenüberliegenden Seiten des
Verbundmaterials mit dem Verbundmaterial elektrisch und thermisch leitfähig verbunden. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass ein Kontaktelement nur an einer Seite des Verbundmaterials angeordnet ist. Die Kontaktelemente können erfindungsgemäß mit den Kontaktierungsbereichen des
Verbundmaterials elektrisch und thermisch leitfähig
verbunden sein. Bei den Kontaktelementen kann es sich um Metallplättchen handeln. Die Kontaktelemente stellen einen wohldefinierten Kontaktwiderstand zu dem Verbundmaterial bereit . Bevorzugt ist der Metallkörper ein Metallvlies, ein
Metallgeflecht, oder ein Metallschaum. Bei dem Metallvlies handelt es sich um einen Metallkörper, der aus ungeordnet angeordneten Metallfasern und/oder sonstigen feinen
Metallstrukturen besteht. Bei dem Metallgeflecht handelt es sich um einen Metallkörper, der aus miteinander verwobenen Metallfasern beziehungsweise sonstigen feinen
Metallstrukturen besteht. Bei dem Metallschaum handelt es sich um einen Metallkörper, der eine Vielzahl von Hohlräumen aufweist. Der Metallschaum hat eine schwammartige Struktur. Es ist ferner möglich, dass der Metallkörper aus gerichtet angeordneten Metallfasern besteht. Im Gegensatz zu dem
Metallvlies sind hierbei einzelne Metallfasern nicht in zufälliger Weise, sondern gerichtet angeordnet. Dieses
Material ist somit auch im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften richtungsabhängig. Das Material kann beispielsweise aus einer Vielzahl von Metallfasern bestehen, die parallel zueinander ausgerichtet sind.
Der Metallschaum ist elastisch und kann somit zur Elastizität des Verbundmaterials beitragen. Ein Metallkörper, der als ein Metallvlies oder als ein Metallgeflecht ausgebildet ist, kann gemäß besonderen Ausführungsformen ebenfalls elastische Eigenschaften aufweisen. Der Fachmann kann Metallvliese, Metallgeflechte und Metallkörper aus gerichtet angeordneten Metallfasern aufgrund seiner Kenntnisse auf eine solche Weise herstellen, dass diese elastisch sind. Die Elastizität der Metallvliese, Metallgeflechte bzw. Metallkörper resultiert dabei vorteilhafterweise im Wesentlichen aus der
geometrischen Anordnung der einzelnen Metallfasern
zueinander . Der Metallkörper kann erfindungsgemäß ferner eine
Netzstruktur oder eine Gitterstruktur aufweisen. Ein
Metallkörper, der eine Netzstruktur oder eine Gitterstruktur aufweist, besteht aus einer Vielzahl von Metalldrähten, die an Knotenpunkten miteinander verbunden sind. Ein
Metallkörper aus einer Netzstruktur oder aus einer
Gitterstruktur kann ebenfalls so ausgestaltet werden, dass der Metallkörper insbesondere aufgrund der elastischen
Eigenschaften der einzelnen Metalldrähte elastisch
verformbar ist und somit zur Elastizität des
Verbundmaterials beiträgt.
Die Erfindung betrifft zudem eine elektrisch leitfähige Verbindungsplatte, welche einen wie beschriebenen Kontakt aufweist . Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, einer elektrisch leitfähigen
Verbindungsplatte und einem Kontakt zur Verbindung eines Batteriepols der Batteriezelle mit der Leiterplatte. Bei dem Kontakt handelt es sich um einen erfindungsgemäßen Kontakt wie vorangehend beschrieben. Die Batterie enthält
vorzugsweise eine Vielzahl von Batteriezellen, die mit einer Verbindungsplatte elektrisch und thermisch leitfähig über einen erfindungsgemäßen Kontakt verbunden sind. Bei der Verbindungsplatte handelt es sich vorzugsweise um eine
Leiterplatte. Erfindungsgemäß kann es sich bei der
Verbindungsplatte jedoch auch um eine Metallplatte handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Verbindungsplatte um eine Kupferplatte.
Bevorzugt weist das elastische Material des Verbundmaterials einen Elastizitätsmodul auf, der so eingestellt ist, dass die Verbindungsplatte bei der Kontaktierung mit den
Batteriezellen durch eine Kraftwirkung der Batteriepole der Batteriezellen auf die Verbindungsplatte nicht beschädigt wird. Bevorzugt ist der Elastizitätsmodul ferner so
eingestellt, dass eine Batteriezelle zwischen zwei
voneinander beabstandeten Verbindungsplatten einer Batterie, die mit erfindungsgemäßen Kontakten versehen sind, an den Kontakten eingeklemmt und durch die Kontakte zwischen den Verbindungsplatten, vorteilhafterweise auch bei
beispielsweise durch Vibrationen der Batterie auf die
Batteriezellen wirkenden Kräften, gehalten werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kontakt auf der Verbindungsplatte aufgebracht. Der Kontakt kann auf der Verbindungsplatte auf Bereichen aufgebracht sein, die dazu vorgesehen sind, mit Batteriezellen der Batterie elektrisch und thermisch leitfähig kontaktiert zu werden .
Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass der Kontakt auf eine Leiterplatte der Batterie aufgebracht ist. Der Kontakt kann dabei an der der Leiterplatte zugewandten Oberfläche durch ein Kontaktelement bedeckt sein. Wird ein Druck auf das Kontaktelement durch einen Batteriepol einer Batteriezelle ausgeübt, kann sich der Kontakt elastisch verformen und einen niederohmigen Kontaktübergang zwischen der
Batteriezelle und der Leiterplatte gewährleisten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kontakt,
Fig. 2 den Kontakt aus Fig. 1 in einer
Schnittansicht,
Fig. 3 einen Metallkörper aus einem Metallschaum,
Fig. 4 einen Metallkörper aus gerichtet angeordneten
Metallfasern,
Fig. 5 einen Metallkörper aus einem Metallvlies, Fig. 6 einen Metallkörper mit einer Gitterstruktur,
Fig. 7 einen Metallkörper aus einem Metallgeflecht,
Fig. 8 eine erfindungsgemäße Batterie, Fig. 9 eine Verbindungsplatte mit einem darin
integrierten Kontakt und
Fig. 10 bis 15 zeigen die Struktur unterschiedlicher
Ausgangsmaterialien aus Metall für einen
Metallkörper .
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kontakt 1. Der
Kontakt weist ein Verbundmaterial 2 auf sowie zwei
Kontaktelemente 3, die an gegenüberliegenden Seiten des Verbundmaterials 2 angeordnet sind. Die Kontaktelemente 3 bestehen aus Metall und sind thermisch und elektrisch leitfähig mit dem Verbundmaterial 2 verbunden. Das
Verbundmaterial 2 weist als elastisches Material 4 einen Naturkautschuk auf. In das elastische Material ist ein nicht gezeigter Metallkörper eingelassen. Der Kontakt 1 ist somit elastisch und darüber hinaus elektrisch und thermisch leitfähig.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Kontakt 1 aus Fig. 1 in einer Schnittansicht. In das elastische Material 4 des
Verbundmaterials 2 ist ein Metallkörper 5 eingelassen, der eine zusammenhängende geometrische Struktur aufweist. Bei der zusammenhängenden geometrischen Struktur handelt es sich vorliegend um eine Netzstruktur. Ein elektrischer Strom und ein thermischer Strom können entlang des Metallkörpers 5 durch das Verbundmaterial 2 geleitet werden. Der
Metallkörper 5 liegt in Kontaktierungsbereichen 6 des
Verbundmaterials 2 frei und ist unmittelbar mit den
Kontaktelementen 3 elektrisch und thermisch leitfähig verbunden . Fig. 3 zeigt einen Metallkörper 5 aus einem Metallschaum. Hierbei handelt es sich um eine besondere Ausführungsform des Metallkörpers 5. Der Metallschaum 5 weist eine Struktur mit vielen Hohlräumen 7 auf. Ein solcher Metallkörper weist besonders gute elastische Eigenschaften auf.
Fig. 4 zeigt einen Metallkörper 5 aus gerichtet angeordneten Metallfasern 8. Die gerichtet angeordneten Metallfasern 8 sind zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet und liegen aneinander an. Seine Struktur behält der Metallkörper 5 dadurch, dass er in das elastische Material 4 eingebracht wird .
Fig. 5 zeigt einen Metallkörper 5 aus einem Metallvlies. Das Metallvlies weist eine Vielzahl von Metallfasern 8 auf, die nicht gerichtet angeordnet sind, sondern in einem lockeren Verbund aneinander anliegen. Das gezeigte Metallvlies ist elastisch und kann somit zur Elastizität des
Verbundmaterials beitragen.
Fig. 6 zeigt einen Metallkörper 5 mit einer Gitterstruktur. Einzelne Metalldrähte 9 der Gitterstruktur sind in
Knotenpunkten 10 miteinander verbunden. Die gezeigte
Gitterstruktur weist elastische Eigenschaften auf.
Fig. 7 zeigt einen Metallkörper 5 aus einem Metallgeflecht. Die Metallfasern 8 des Metallgeflechts sind miteinander verwoben, was bedeutet, dass diese unter- und übereinander in einer geordneten Weise verlaufen.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Batterie 11. Die Batterie 11 weist mehrere Batteriezellen 12 auf, die über mehrere Verbindungsplatten 13 miteinander elektrisch und thermisch leitfähig verbunden sind. Bei den gezeigten
Verbindungsplatten 13 handelt es sich um Kupferplatten. Jede Batteriezelle 12 weist an gegenüberliegenden Enden
Batteriepole 14 auf. Die Batteriepole 14 der Batteriezellen 12 sind über erfindungsgemäße Kontakte 1 mit den
Verbindungsplatten 13 elektrisch und thermisch leitfähig verbunden. Durch die Verbindungsplatten 13 sind Zugelemente 15 hindurchgeführt, wodurch die einzelnen Elemente der
Batterie 11 miteinander verpresst werden. Durch die Kontakte 1 wird sichergestellt, dass es durch das Verpressen zu keiner Beschädigung der Batteriezellen 12 oder der
Verbindungsplatten 13 kommt, und dass jeweils ein
wohldefinierter Kontaktwiderstand zwischen den Batteriepolen 14 und den Verbindungsplatten 13 gegeben ist. Fig. 9 zeigt eine Verbindungsplatte 13 mit einem darauf aufgebrachten Kontakt 1. Bei der Verbindungsplatte 13 handelt es sich beispielsweise um eine Verbundplatte. Die
Verbindungsplatte 13 weist eine nicht elektrisch leitfähige Schicht 16 auf. Auf einer elektrisch leitfähigen Schicht 18 ist der Kontakt 1 angeordnet. Der Kontakt 1 umfasst das erfindungsgemäße Verbundmaterial 2. Der Kontakt 1 umfasst ferner zwei gegenüberliegend angeordnete Kontaktelemente 3. Das Verbundmaterial 2 ist über das der Verbindungsplatte zugewandte Kontaktelemente 3 mit der leitfähigen Schicht 18 der Verbindungsplatte 13 elektrisch und thermisch leitfähig verbunden .
Fig. 10 zeigt die Struktur einer Metallstruktur 19 mit einem schwammartigen Aufbau.
Fig. 11 zeigt eine Struktur eines Metallelements 20 aus einem aufgeschäumten Metall. Fig. 12 zeigt die Struktur eines Metallfaserelements 21 aus Metallfasern 8.
Fig. 13 zeigt die Struktur eines Metallgewebes 22.
Fig. 14 zeigt die Struktur eines Metallgeflechts 23.
Fig. 15 zeigt die Struktur eines Metallgitters 24.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1. Kontakt
2. Verbundmater ial
3. Kontaktelernent
4. Elastisches Material
5. Metallkörper
6. Kontaktierungsbereich
7. Hohlraum
8. Metallfaser
9. Metalldraht
10. Knotenpunkt
11. Batterie
12. Batteriezelle
13. Verbindungsplatte
14. Batteriepol
15. Zugelemente
16. nicht leitfähige Schicht
18. leitfähige Schicht
19. Metallstruktur
20. Metallelement
21. Metallfaserelernent
22. Metallgewebe
23. Metallgeflecht
24. Metallgitter

Claims

Patentansprüche
Kontakt (1) mit einem Verbundmaterial (2) enthaltend ein elastisches Material (4) und ein Metallmaterial, das in das elastische Material eingebracht ist, zum Führen eines elektrischen Stromes einer Batteriezelle dadurch
gekennzeichnet, dass das Metallmaterial einen Metallkörper (5) mit einer zusammenhängenden geometrischen Struktur bildet, der sich durch das Verbundmaterial (2) erstreckt, sodass ein elektrischer und ein thermischer Strom über den Metallkörper (5) durch das Verbundmaterial (2) geleitet werden können.
Kontakt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper einen unterbrechungsfreien elektrischen Leiter bildet.
Kontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (5) aus einer Metalllegierung, beispielsweise einer Kupfer- oder Silberlegierung besteht.
Kontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (4) ein Naturkautschuk oder ein synthetischer Kautschuk ist.
Kontakt (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (4) ein Nitril-Butadien-Kautschuk, ein hydrierter Nitril-Kautschuk, ein Ethylen-Propylen- Dien-Kautschuk, ein Silikon-Kautschuk, ein Fluor-Silikon- Kautschuk, ein Perfluor-Kautschuk, ein Chlorkautschuk, ein Chlorsulfonyl-Polyethylen-Kautschuk, ein Polyester- Urethan-Kautschuk oder ein Butyl-Kautschuk ist.
Kontakt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (4)
elektrisch leitfähig ist.
Kontakt (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (4) aus dotiertem Polyacetylen, aus Polypyrrol, aus Polyanilin, aus Polythiophen oder aus Poly-3, 4-ethylendioxythiophen ausgebildet ist.
Kontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (5) an
Oberflächen des elastischen Materials (4) in zumindest zwe Kontaktierungsbereichen (6) freiliegt.
Kontakt (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zwei Kontaktierungsbereiche (6) an
gegenüberliegenden Seiten des Kontakts (1) befinden.
Kontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (1) zwei
Kontaktelemente (3) aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten des Verbundmaterials (2) mit dem Verbundmaterial (2) elektrisch und thermisch leitfähig verbunden sind.
Kontakt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (5) ein Metallvlies, ein Metallgeflecht, oder ein Metallschaum ist .
12. Kontakt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (5) aus gerichtet angeordneten Metallfasern (8) besteht.
13. Kontakt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Metallkörper (5) eine
Netzstruktur oder eine Gitterstruktur aufweist.
Kontakt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt Strom von zumindest
1000 mA, vorzugswiese zumindest 5000 mA, weiter
vorzugsweise zumindest 8000 mA, insbesondere dauerhaft, führen kann.
15. Kontakt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kontaktes zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgängig zumindest 15 mm2, vorzugsweise zumindest 35 mm2, weiter bevorzugt zumindest 75 mm2 beträgt.
Elektrisch leitfähige Verbindungsplatte (13), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige
Verbindungsplatte (13) einen Kontakt (1) nach einem de Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
Batterie (11) mit mindestens einer Batteriezelle (12), einer elektrisch leitfähigen Verbindungsplatte (13) und einem Kontakt (1) zur Verbindung eines Batteriepols (14) der Batteriezelle (12) mit der Verbindungsplatte (13) , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (1) als ein Kontakt (1) nach den Ansprüchen 1 bis 15 ausgebildet ist.
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