WO2021214196A1 - Komponententräger für zellverbinder - Google Patents

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WO2021214196A1
WO2021214196A1 PCT/EP2021/060477 EP2021060477W WO2021214196A1 WO 2021214196 A1 WO2021214196 A1 WO 2021214196A1 EP 2021060477 W EP2021060477 W EP 2021060477W WO 2021214196 A1 WO2021214196 A1 WO 2021214196A1
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WO
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cell connector
battery
carrier
section
cell
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Application number
PCT/EP2021/060477
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English (en)
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Inventor
Dietmar STEINDL
Hunziker URS
Rametsteiner Karl
Original Assignee
Pollmann International Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Pollmann International Gmbh filed Critical Pollmann International Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • 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 present invention relates to a system for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module which has a capacity of more than 500 Wh, with cell connectors in particular forming a supporting structure with a carrier element.
  • the invention also relates to the battery module and a method for connecting battery poles of battery cells of a battery module which has a capacity of more than 500 Wh.
  • a large number of individual prismatic battery cells are combined to form a battery pack or battery module.
  • the respective battery poles of the battery cells are connected with conductive cell connectors.
  • the cell connectors can partially have pointed ends and sharp-edged side surfaces.
  • prismatic battery cells which are combined to form a battery module, show these effects in the high performance class (from 500 Wh per battery module).
  • a high electrical potential can be built up between the pole and the cell housing.
  • the interlinked voltage rises in the range of, for example, 400V to 800V compared to ground and, on the other hand, with liquid cooling, the coolant is also ground potential. Isolators are also used here. Depending on where the greater insulation value is (between coolant and aluminum housing or between cell connector and aluminum housing), a large voltage difference develops despite the high-resistance insulation and thus a large potential field. This high potential field favors the negative effects on the cell connectors and sensor cables.
  • connection systems must be flexible enough to accommodate these changes in distance.
  • this flexibility is problematic precisely in production. The more flexible the connection systems are, the slower the automatic production becomes, because when positioning the corresponding connection components it is necessary to wait for the flexible components to settle until the automated connection can be continued.
  • connection systems that are only based on elasticity models of connectors normally allow vibrations in all coordinate directions. Modeling this using automatic software and, if necessary, compensating it is either time-consuming (wait until it has swung out) or cost-intensive (high computing power is required for modeling). There is therefore a search for complexity-reducing mechanisms that enable or simplify automatic production.
  • the cable harnesses commonly used to bring together the sensor lines for cell voltage monitoring represent a system with too many degrees of freedom for simple automatic production / assembly.
  • This object is achieved with a system for connecting battery poles of prismatic battery cells of a battery module, the battery module and a method for connecting battery poles of battery cells of a battery module according to the subjects of the independent claims.
  • a system for connecting battery terminals of individual prismatic battery cells of a battery module which has a capacity of more than 500 Wh is described.
  • the system has a first electrically conductive cell connector, which is designed to attach and electrically connect two spaced apart battery poles, and a second electrically conductive cell connector, which is designed to attach and electrically connect two further spaced apart battery poles.
  • the system has an electrically insulating carrier element, to which the first cell connector and the second cell connector are fastened, in order to provide a supporting structure for the first cell connector and the second cell connector by means of the carrier element, wherein for fastening the first cell connector and the second cell connector of the carrier element, the first cell connector and the second cell connector are exclusively embedded in certain areas in the carrier element, so that surface areas of the first cell connector and of the second cell connector are free of a cover with the carrier element are.
  • a signal line of the system is coupled to at least one of the first and second cell connectors.
  • a battery module which has a capacity of more than 500 Wh.
  • the battery module has a system as described above. Furthermore, the battery module has at least two spaced apart first battery terminals (for example a first battery terminal of a first battery cell and a further first battery terminal of a second battery cell) and at least two spaced apart second battery terminals (for example a second battery terminal of the first battery cell and a further second battery terminal of a further battery cell ), on.
  • the first electrically conductive cell connector is, for example, attached to the spaced apart first battery terminals and electrically connects them.
  • the second electrically conductive cell connector is, for example, attached to the spaced apart second battery poles and electrically connects them.
  • a method for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module which has a capacity of more than 500 Wh is described.
  • a first electrically conductive cell connector is provided which is designed to fasten and electrically connect two spaced apart battery poles (in particular a + pole and a -pole).
  • a second electrically conductive cell connector which is designed to fasten and electrically connect two further spaced apart battery poles, is provided accordingly.
  • the first cell connector and the second cell connector are attached to an electrically insulating carrier element in order to provide a supporting structure for the first cell connector and the second cell connector by means of the carrier element.
  • the first cell connector and the second cell connector are attached to the carrier element by only partially (ie not completely) the first Cell connector and the second cell connector is embedded in the carrier element, so that surface areas of the first cell connector and the second cell connector are free from a cover with the carrier element. Furthermore, according to the method, a signal line is coupled to at least one of the first and second cell connectors (in particular for mechanical fastening of the signal line to the cell connector and / or for electrical signal exchange between the signal line and cell connector).
  • the battery module defines an assembly which combines several prismatic battery cells and provides a mechanical connection for them, and at least enables an electrical series connection or parallel connection of the battery cells by means of the cell connector.
  • the individual battery cells can, for example, be arranged next to one another along one spatial direction or next to one another and / or one above the other (i.e. along two spatial directions) in a battery module.
  • a prismatic battery cell defines an electrical energy storage device with a fixed housing in, for example, a prismatic or cuboid design.
  • the battery cells are, for example, lithium-ion accumulators. Each battery cell has two battery poles, one + pole and one - pole. These two poles can be attached to the same side surface of the battery cell.
  • the cell connectors according to the invention are designed or dimensioned in particular so that they can be used to connect battery cells with a nominal voltage of less than 5.5 V.
  • the adjacent second battery cell accordingly also has two battery poles, one + each
  • a cell connector is used in particular to connect the + pole (or - pole) of a battery cell to the corresponding - pole (or + pole) of the adjacent battery cell.
  • the prismatic battery cells are individual. This means that each battery cell forms a self-contained unit and therefore not a common unit Has components and has no fluidic coupling (for example via the battery fluid) with another battery cell.
  • a cell connector thus represents a high-current-resistant connection between the battery poles of two adjacent prismatic battery cells.
  • the cell connectors must withstand a strong voltage drop when loaded.
  • the cell connectors are made of a robust and highly conductive material, such as a metallic material such as aluminum or copper.
  • the cell connectors also consist of a flat or plate-like material, for example sheet metal. Accordingly, the cell connectors are self-supporting compared to wire-like material.
  • the cell connectors have, for example, corresponding through openings as fastening sections for a respective battery pole.
  • a battery pole can accordingly be fixed in a through opening, for example by means of clamping forces.
  • the carrier material of the carrier element consists of an electrically insulating material, such as, for example, a (in particular injection-mouldable) plastic material.
  • the first cell connector and the second cell connector are attached to the carrier material.
  • the carrier material is firmly connected to the first cell connector and the second cell connector in such a way that a self-supporting unit is created together.
  • This corresponding self-supporting unit can, in particular, facilitate assembly, since simple handling is possible, in particular when connecting the corresponding battery poles.
  • the first cell connector and the second cell connector are partially embedded in the carrier element.
  • the term “embedding” is understood below to mean that a cell connector at least is partially surrounded by the material of the carrier element and is, so to speak, partially immersed in a body of the carrier element, so that the carrier material at least partially encloses the cell connector.
  • the carrier material has, for example, a receiving slot in which a region of the cell connector is present, so that the carrier material encloses two opposing surfaces and the end face of the cell connector connecting the surfaces and is embedded accordingly.
  • a corresponding embedding is preferably implemented in an injection molding process, so that no machining, for example to form the receiving slot in the carrier element, is necessary.
  • the definition of "embedding exclusively in certain areas” means that the cell connectors are not completely embedded in the carrier element and are encased by the carrier element. free from a covering of the carrier material in order to provide electrical contactability. Furthermore, surface areas of the cell connectors remain free of the material of the carrier element, in particular to provide better heat dissipation.
  • the carrier element covers less than 50%, in particular less than 10% and further in particular less than 5% of a surface of a cell connector. Accordingly, the carrier element can cover an opposite surface area.
  • the carrier element can embed a cell connector in such a way that, for example, the carrier element surrounds the cell connector along one side length.
  • the carrier element can run circumferentially around the cell connector, a center of the cell connector, in particular in which the through-opening of the fastening area is provided, being free from embedding or covering with the carrier area.
  • a surface of a cell connector facing away from the battery cell can be covered by the carrier element only less than 50%, in particular less than 10% and further in particular less than 5%, so that a sufficiently stable embedding is created and at the same time sufficient Free space on the surface to enable thermal heat dissipation and, for example, the coupling of a heat sink.
  • the surface facing the battery cell can be more than 20%, in particular more than 50%, in particular completely covered by the carrier element in order to thus provide good potential shielding.
  • a signal line is coupled to the first cell connector or the second cell connector.
  • the signal line is attached to the corresponding cell connector and can also be arranged on the cell connector in an electrically conductive manner. Signals can thus be transmitted via the signal line, either from the cell connector itself or from a sensor additionally arranged there.
  • the signal lines can thus in particular represent sensor lines, which represent connecting lines in the interior of a battery module and are used to monitor measured values. The measured values included, for example, cell voltage and temperature. In the case of certain battery modules, these lines can be used to actively balance the charge / load. Charging and discharging of individual cells can also be made possible.
  • the signal lines in the component carrier can be electrically insulated in such a way that they are suitable for a test voltage of over 400V, in particular over 800 V, in particular over 1600 V.
  • the mean cross section of the sensor lines can be over 0.1 mm A 2 (square millimeters), in particular over 0.5 mm A 2, further in particular over 1.2 mm A 2.
  • the system can in particular include a strain relief for a sensor assembly to which the signal lines are connected.
  • each cell connector connects corresponding battery poles of two different battery cells.
  • the first cell connector can connect a - pole of a first battery cell to a + pole of an adjacent second battery cell.
  • the second cell connector can correspondingly connect a + pole of the first battery cell to a - pole of a third adjacent battery cell.
  • the two electrically conductive cell connectors are connected by the electrically insulating carrier element, so that a robust, rigid and, in particular, self-supporting unit of cell connector and carrier element is provided. In this way, in particular in the case of automated production of large battery modules with a large number of battery cells, easier handling of the cell connectors and, correspondingly, faster and more secure connection of the cell connectors to the battery poles can be provided.
  • the system according to the invention can have a multiplicity of cell connectors, two cell connectors each being mechanically coupled to a corresponding carrier element.
  • a large number of battery terminals can be correctly positioned and possibly connected at the same time in one work step.
  • the system according to the invention brings about a significantly faster and more robust connection of a large number of battery cells.
  • the partial embedding of the cell connectors leads to reduced corona formation.
  • prismatic cells which are combined to form a battery module, show corona formation in the high performance class (from 500 Wh per battery module). Corona formation typically starts in fields of 100 kV / m, and with correspondingly favorable environmental conditions, even in significantly deeper fields. If now two prismatic battery cells are connected with a cell connector, but the surrounding aluminum housing of the battery cells is at ground potential and the cell linkage is at an on-board voltage of 800 V for the corresponding battery pole, corona effects begin (and thus the burn-off of the corresponding conductor at insulation distances of around 8 to 20 mm) .
  • a countermeasure against these effects would be the vicinity of the conductor with an insulator. This can be done, for example, by coating or dip painting. However, since the cell connector or the signal line must still be connected in an electrically conductive manner after manufacture, complete insulation is unsuitable.
  • This problem is solved according to the invention in that a partial embedding of the corresponding conductors or cell connectors already leads to a significant reduction in corona formation.
  • it is therefore proposed to only partially embed the cell connectors in an electrical insulator of the carrier element. If this embedding is not generated by a coating or dipping process, but by an injection molding process, the problem of excessive edge rounding (and thus a reduction in the insulation strength in the edge area) typical of a coating or dipping process can be counteracted. It has been shown that injection molding processes are particularly suitable for embedding punched cell connectors, in particular in order to improve the course of potential fields.
  • the partial encapsulation of the cell connector according to the invention makes it possible to save a material for the carrier element compared to a fully encapsulated cell connector.
  • the weight reduction achieved in this way leads to a high level of shock resistance.
  • the risk of detachment and / or of a Tearing of cold welds at contact zones can be reduced due to the lower mass.
  • the first cell connector, the second cell connector and the carrier element are arranged within a common arrangement plane.
  • the cell connectors and the carrier element are arranged next to one another within the common arrangement plane.
  • the first cell connector and the second cell connector form punched-out flat components.
  • the first cell connector and / or the second cell connector each consist, for example, of a sheet metal, in particular a multilayer sheet. In the case of a punched-out flat component or a sheet metal, the width and length of which are very much greater than their thickness.
  • the first and second cell connectors can for example consist of a sheet made of aluminum or copper.
  • different layers of different materials can form a cell connector. For example, different materials can be used in different layers.
  • the carrier element has a first carrier section which at least partially embeds the first cell connector, and a second carrier section which at least partially embeds the second cell connector.
  • the first carrier section and the second carrier section are connected by means of an electrically insulating connection structure.
  • the connection structure can consist of the same material as the first carrier section or the second carrier section.
  • the first carrier section, the second carrier section and the connection structure can be created in a common injection molding step.
  • the first beam section, the second The carrier section and the connecting structure form a self-supporting unit and can be manufactured robustly.
  • connection structure is designed to be deformable in order to compensate for a change in distance between the first cell connector and the second cell connector.
  • the connection structure can for example be made of an elastically deformable material in order to compensate for a corresponding change in distance between two cell connectors without breaking.
  • the carrier element connects two cell connectors which connect battery poles of a common battery cell to at least one fastening area. Due to thermal expansion or due to aging, battery cells expand or reduce their size. In order not to cause the two cell connectors to become wedged due to a carrier element that is too rigid, the connection structure between two carrier sections can advantageously be designed to be elastically deformable.
  • the connection structure can be designed in such a way that elastic deformation is possible along a predetermined spatial direction.
  • the individual battery cells are arranged next to one another along a first spatial direction (for example the x-axis) and connected accordingly with the cell connectors.
  • a second spatial direction (for example y-axis) which is orthogonal to the first spatial direction describes an extension of the battery cell in the arrangement plane.
  • a third spatial direction (z-axis), which is, for example, parallel to the normal of the arrangement plane and along which the battery poles of a cell connector extend, is in particular orthogonal to the first spatial direction and the second spatial direction.
  • the length changes that are relevant for the contacting of battery cells are particularly important in the x-direction when assembling battery modules.
  • connection structure can be designed in such a way that it is non-destructive or elastically deformable along the first spatial direction (X direction). Because the length changes not only in the x-direction, a rigid movement restriction in the x-direction is not selected, but a system with different elasticity constants (dependent on the direction of the coordinate). This means that in the y- and z-direction the movement compensation with stiffer movement mechanisms than in the x-direction. In the y and z directions, for example, due to the choice of material and design concept, a relatively stiff behavior can be achieved compared to a possibility of deformation in the x direction. A mechanical sliding system can also be proposed in the x direction, which preferably deflects the resulting change forces in this direction.
  • connection structure has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course.
  • the connection structure can be produced, for example, together with the first cell connector and the second cell connector from a common base material, such as a plate-like material or sheet metal, by means of cutting or punching.
  • the course of the connection structure described above runs in particular within the arrangement plane in which the first cell connector and the second cell connector are also arranged.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction.
  • a stiffening element can be releasably fastened for the temporary stiffening of the first carrier section or the second carrier section.
  • the stiffening element results in the cell connectors and the carrier element being stiffened during the assembly of the system on battery poles and thus more robust, so that handling is easier, in particular using automated tools, and leads to less damage to the system during assembly.
  • a reinforcing bar can be fastened to the carrier element along the arrangement plane in order to bring about stiffening. After the system is attached to the battery posts, the reinforcement bar can be removed.
  • a predetermined breaking point can be provided for this purpose between the carrier element on the one hand and the reinforcing beam on the other, so that simple removal by breaking away the reinforcing beam can be provided.
  • the reinforcement element leads in particular to a stiffening of the system in the x-direction.
  • the connection structure that is elastically deformable in the x-direction can be stiffened with respect to a deformation in the x-direction by means of the stiffening element.
  • a stiffening bar can be arranged, for example, between two legs of the course of the connection structure that are opposite in the x-direction, which can be broken away after assembly on the battery terminals, for example.
  • the stiffening element can be designed, for example, as a C-shaped or U-shaped rail and fastened above or below the cell connectors and the carrier element.
  • a releasable mechanical connection can be provided between the stiffening elements and the cell connectors and the carrier element, it also being possible to provide a releasable material connection, for example by means of a releasable adhesive.
  • the first carrier section and / or the second carrier section has at least one receiving groove for receiving the signal line.
  • the carrier element thus has the additional function of stable and protected routing of the signal line.
  • the signal line can be preinstalled in the receiving groove before the system is installed on the battery poles or can be installed subsequently after the system has been installed on the battery poles.
  • the first and / or second carrier section can have a multiplicity of receiving grooves for corresponding signal lines.
  • the system furthermore has a coupling element which is fastened, in particular releasably, between the first carrier section and the second carrier section.
  • the coupling element is arranged with the first carrier section and the second carrier section one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane, so that the first carrier element, the coupling element and the second carrier element are arranged one after the other along the arrangement direction (x-direction).
  • the coupling element couples, for example, the first carrier section and the second carrier section of a carrier element or a first carrier section of a first carrier element with a second carrier section of a second carrier element, so that a more robust structure of the system is provided.
  • the coupling element consists of an electrically insulating material such as plastic, for example, and can also be produced, for example, by means of an injection molding process.
  • the coupling element has a further receiving groove for receiving the signal line.
  • the coupling element thus has the additional function of stable and protected routing of the signal line or another signal line.
  • the coupling element and the signal line can be preinstalled in the further receiving groove before the system is installed on the battery terminals.
  • the coupling element can be coupled to the carrier sections before the system is installed on the battery posts.
  • the carrier sections can first be attached to the battery terminals. Subsequently, the coupling elements (for example together with the signal lines) can be attached to the carrier sections.
  • the first carrier section, the coupling element and then the second carrier section are present in the x direction and within the arrangement plane.
  • the system can form a load-bearing structure which, on the one hand, carries the signal lines and, on the other hand, the cell connectors.
  • the construction creates a mechanically predetermined movement path for the signal lines. Dodging / deviating from this path, which is specified by the receiving groove, due to the higher forces required for this, is unlikely. This increases the safety of the live signal lines (e.g. sensor and load balancing lines).
  • the cell connectors and the coupling element are joined to one another prior to assembly on the prismatic cells and the signal or sensor lines are connected to the cell connectors. This allows full testing of the system prior to mounting on the battery cells.
  • the carrier element and / or the coupling element can be designed in such a way that a large creepage distance can be formed between the signal lines even for higher voltages and a test voltage of over 400V, preferably over 800V and in special cases over 1600V is sufficient. This allows battery modules according to the invention to be operated using the relevant provisions for energy systems with operating voltages above the electrical protective extra-low voltage of below 50V.
  • contact protection is achieved by increasing the height of the insulators compared to conductors. This can be achieved in particular in that the receiving grooves in the carrier element or the coupling element are deeper than a height or a cross section of a signal line.
  • the cell connectors but also the sensor lines can be punched out of a flat material and then embedded. By creating meanders, loops or bends that lie in the arrangement plane (x-y plane), both expansion compensation and cost-effective production can be achieved.
  • the solution according to the invention only processes small or very small parts of an entire cell connector accordingly, that is, it performs deformations in the z-plane.
  • the signal lines are implemented with a larger cross section than would be necessary for pure voltage monitoring of the individual cell voltage. This higher cross-section allows a higher current carrying capacity on these lines. As a result, the difference between individual cells can be at least partially compensated for by means of a BMS (battery management system) via these lines (reloading, additional charging, partial charging, etc. of individual cells).
  • BMS battery management system
  • the signal line has an integrated current fuse, in particular a fuse, the signal line being designed in particular with a fuse area with a defined cross-sectional reduction in such a way that the cross-sectional reduction provides the fuse.
  • the cross-section reduction can be produced, for example, by means of a notch, a thinning by bending (in the sense of deep-drawing, whereby the cross-section decreases) or a drawing.
  • a notch can be advantageous in terms of keeping to measure.
  • This reduction is placed in a place where overheating does not lead to ignition of the insulation material.
  • This cross-sectional reduction can serve as a fuse in the event of a short circuit in the sensor line. Because the sensor line is in a defined (and safe with respect to the surrounding components) position, overheating of the sensor line can be avoided along its entire length.
  • a securing element can also be used instead of a cross-section reduction. To ensure the thermal integrity of the component carrier and / or to visualize a trip, this safety mechanism can be built into the non-embedded part of the system. In an exemplary embodiment that can Fuse element should not be reversible, so that in the event of a response it must be checked by a service activity whether the activation of the fuse element has led to greater damage.
  • the securing function or the cross-section reduction can in particular lie at least partially in a non-embedded part of the component carrier.
  • the coupling element has an electrical connector device for coupling a signal component, in particular a further signal line.
  • the electrical plug device is designed in particular as a plug socket in which a corresponding electrical plug can be mechanically fastened.
  • signals can be transmitted between sensors and external control devices.
  • the coupling element has a mechanical plug connection with at least the first support section or the second support section, the mechanical plug connection being formed with at least one guide rail and a complementary sliding element that can be plugged into the guide rail.
  • the guide rail and the complementary sliding element (for example a sliding pin) extend in particular along a sliding direction, for example the x-axis, along which expansion compensations are desired.
  • the mechanical plug connection is designed in such a way that the coupling element with at least the first carrier section or the second carrier section is slidably supported along a plug-in direction.
  • a corresponding carrier section can, for example, have a multiplicity of sliding elements protruding in the x direction and corresponding grooves between the sliding elements which function as guide rails.
  • the coupling element has corresponding complementary grooves and outstanding sliding elements, so that a corresponding plug-in coupling is implemented between the coupling element and the carrier sections.
  • the mechanical plug connection is configured in such a way that a plug direction of the plug connection is parallel to the arrangement direction.
  • the mechanical plug connection is further configured in such a way that the mechanical plug connection has one degree of freedom along a first direction (e.g. along the z-axis) perpendicular to the plane of arrangement and along a second direction opposite to the first direction (e.g. along the z - axis) has no degree of freedom.
  • a first direction e.g. along the z-axis
  • a second direction opposite to the first direction e.g. along the z - axis
  • This can be implemented, for example, in that the guide rails have an open U-profile, so that the corresponding sliding elements can be removed from the guide rails through the open side of the U-profile.
  • the guide rails can have a closed O-profile and be designed accordingly as a bore. This means that there is only one degree of freedom along the insertion direction (for example the x-axis).
  • a cover element can be provided which can be placed on the carrier element and / or the coupling element in order to thus cover the open receiving grooves for the signal lines.
  • the cover element can, for example, mechanically by means of a clip connection or by means of be attached to a material connection. This provides additional protection against accidental contact.
  • the degrees of freedom for such movements are also reduced to a preferred direction (x direction).
  • a rigid movement restriction in the x-direction is not selected, but a system with different elasticity constants (dependent on the direction of the coordinate).
  • movement compensation with more rigid movement mechanisms is made possible in the y and z directions, but is not preferred.
  • a sliding system is proposed in the x-direction, which preferably deflects the resulting change forces in this direction.
  • the first cell connector has a first fastening section and a second fastening section.
  • the first fastening section is designed for fastening and electrically connecting a first battery terminal, in particular a first battery cell
  • the second fastening section is designed for fastening and electrically connecting a second battery terminal, particularly a second battery cell.
  • the second cell connector can have a corresponding first and second fastening section.
  • first fastening section and the second fastening section are connected to one another by means of a conductive connection.
  • the conductive connection can be formed integrally and monolithically with the first and second attachment portions.
  • the cell connector can be used in a stamping process can be made together with the fastening sections and the conductive connection.
  • the conductive connection has a conductor, in particular a strip-shaped conductor.
  • the strip-shaped conductor runs in particular within the arrangement plane in which the first fastening section and the second fastening section are also arranged.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the connection structure or in the cell connectors.
  • the conductor has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course to compensate for a change in distance between the first fastening section and the second fastening section.
  • the course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the conductive connection or in the cell connectors.
  • the system also has an electrically insulating insulation element, which is arranged in particular in the area of the conductive connection on at least the first cell connector in order to provide electrical insulation between the first cell connector and one of the battery cells.
  • the outer shells of battery cells are made of conductive material (e.g. aluminum). With the ever-increasing on-board voltage (over 200V or even over 600V) and the possibility of liquid cooling directly on With the partial encapsulation according to the invention, additional insulation between the cell connector and the edge of the battery cell can be implemented on the outside of the cell.
  • the cell connector is mounted deep, ie close to the battery cell, very good insulation from the conductive battery housing can be produced, which corresponds to the requirements of the standard.
  • the standard-compliant air distance of approx. 2 mm, in particular approx. 4 mm or more, can also be achieved in the same injection molding step.
  • the cell connector is insulated from the outside of the battery cell, this insulation producing a dielectric strength of over 200 V (in particular 600V) and / or a conductor distance of over 2mm, in particular over 4mm between the cell connector and the outside of the battery cell.
  • the insulation element can be coupled integrally and monolithically to the coupling element or the carrier element.
  • the insulation element can be produced by injection molding, in particular together with the carrier element.
  • the first fastening section and the second fastening section each have a through opening for receiving one of the battery poles, the corresponding fastening section at the corresponding through opening having a clamping section with at least one elastically deformable clamping element, which is bent out of the arrangement plane and into which first through opening protrudes in such a way that when the first battery terminal is introduced, the clamping element can be prestressed to generate a clamping force and a clamping connection can be provided between the first fastening section and at least one side wall of the first battery terminal.
  • the cell connectors have, for example, corresponding through openings as fastening sections for a respective battery pole. A battery pole can accordingly be fixed in a through opening, for example by means of clamping forces.
  • At least the first fastening section and / or the second fastening section have, at their through openings, a corresponding clamping section which has an elastically deformable clamping element.
  • the clamping element is bent out of the plane of arrangement.
  • the clamping element can be configured on the basis of its dimensions and the choice of material in such a way that the restoring force or clamping force is so great that a displacement of the battery pole in the insertion direction, i.e. H. perpendicular to the arrangement plane. It is therefore not necessary to use additional fastening measures, such as welding or gluing, for example, in order to achieve a fixation of the battery pole in the through-opening.
  • the clamping element can, for example, be fastened to the through opening or be formed integrally with the cell connector.
  • the cell connector can be punched out of sheet metal, for example.
  • the clamping element can be formed integrally in the fastening section in that the clamping element is cut out of the cell connector on at least three edges and is fastened integrally with the cell connector on a bending edge.
  • the clamping element can then be bent out of the plane of arrangement by bending around the bending edge.
  • the clamping element can for example be bent out of the arrangement plane in the direction of a battery cell. Alternatively, the clamping element can be bent out onto an opposite side with respect to the battery cell.
  • a rigid counterpart ie a non-elastically deformable stop, for example, can be formed on a side wall of the battery pole, which is opposite the side wall on which the clamping element rests, so that the clamping element in the fastening pole presses against this stop and thus creates a clamping connection.
  • an opposing further elastically deformable clamping element can be arranged so that the battery pole is clamped between two elastically deformable clamping elements.
  • the curved lateral contacting zones or contact elements are designed in such a way that the heating of the contact resistance at the maximum current strength is kept sufficiently small and this does not lead to any disruptive corrosive phenomena in the transition between the contacts.
  • the top of the cell connector can be provided with an additional coating after contacting, which prevents further corrosion progress in the event of microcracks at the bending points and also compensates for surface unevenness for the thermal coupling.
  • the described clamp connection according to the invention thus allows the production of cell connectors which have only a small voltage drop in the high load range.
  • voltage drops across the cell connectors when the IC is loaded is less than 0.5 V, in particular less than 0.2 V, and in special cases less than 0.1 V.
  • a 10 The minute current load capacity of the cell connectors is over 30A, in particular over 50 A, further in particular over 90A, even further in particular over 170 A.
  • the clamp connection according to the invention allows, due to its design, a simple release of cell connectors in the case of service or recycling. Either through the use of relief mechanisms, through mechanical forces or by cutting open the cell connector, the cell connector can be removed again without damaging the battery.
  • the spring forces or the clamping force of the clamping elements in the clamping connection between the cell connector and the battery pole are designed to be greater or significantly greater than the tensile forces on the pole connection resulting from the expansion compensation. This prevents the high-current connections from being loosened and any cold welds being torn open by the expansion behavior of the cell connectors or the battery cells.
  • the clamping element can be configured in such a way that the clamping force is twice or more than five times greater than the tensile forces of the expansion compensation of the battery cells.
  • the contact zone between the cell connector and the battery terminal is structured. This increases the point pressure during assembly and, when the cell connector is pushed on, tears up any oxide layers over the battery pole, which promotes the formation of a cold weld.
  • the same effect can also be achieved by a cell connector which has several sheet metal layers, the contacting then being designed such that the sheet metal ends are sharp-edged on the surface of the Battery poles hit and so achieve the mentioned contact improvement.
  • the clamping connection is designed such that the elastically deformable clamping element is designed to be more rigid than the conductive connection between the first fastening section and the second fastening section. It can thus be ensured that in the event of a relative movement between the fastening sections, which are not prevented by the conductor due to its deformability, the clamping connection, i. H. in particular the clamping elements, which are designed to be more rigid with respect to the conductor, do not come loose.
  • the system has a sensor, in particular a temperature sensor, a voltage sensor or a power sensor, which is arranged on the first cell connector or on the second cell connector or is integrated therein.
  • the sensor is coupled to one of the signal lines in order to receive or forward signals.
  • the system thus has an integrated status control of the system itself or of the connected battery cells.
  • the sensor can, for example, be firmly attached to a cell connector.
  • the connection system and the plug-in connection intercepts expansion of the battery cells, for example via sliding components or meandering connection mechanisms, it is possible, for example, to better thermally couple a temperature sensor to a single cell.
  • This allows a more precise, more reliable and long-term stable temperature measurement than with a normal pressure-based (frictional) coupling of the thermocouple to the battery cell.
  • the contacting of this sensor can in turn take place via the inventive concept of the sensor lines.
  • the same mechanism also applies to the coupling of other sensors to a single battery cell, for example with local intelligence (e.g. bus systems for sensor data transmission, active charging / load balancing).
  • the carrier element can also integrate additional electrical sensors (e.g. heat sensor) and / or electronic components (e.g. local intelligence or active charging / load balancing).
  • additional electrical sensors e.g. heat sensor
  • electronic components e.g. local intelligence or active charging / load balancing
  • the signal line has a U-shaped section, the carrier element having a strain relief structure.
  • the strain relief structure is designed in such a way that the strain relief structure engages in the U-shaped section in order to fix the signal line.
  • the strain relief structure forms, for example, a projection from the carrier element along a first direction which engages in the U-shaped section of the signal line.
  • the U-shaped section can be pressed against the projection, so that the projection has a supporting effect and brings about strain relief.
  • the strain relief structure is in particular formed integrally with the carrier element and is produced together with the carrier element, for example, in one production step, in particular by means of injection molding.
  • the signal line can be mounted or inserted into the strain relief structure, for example.
  • a clamping connection can be provided between the projection of the strain relief structure and the U-shaped section, for example by clipping the U-shaped section of the signal line onto the projection.
  • the carrier element and / or the coupling element can have externally applied or integrated cooling lines through which a cooling medium can flow.
  • the cooling lines are connected to an external cooling mechanism.
  • the cooling mechanism can, for example, have the heat sink described below, which is in thermal contact with the cell connectors and, furthermore, in particular in direct contact with the battery terminals.
  • At least one of the first battery terminals has a free terminal surface.
  • the first battery terminal protrudes from a base body of a battery cell, the first battery terminal being arranged in the first through opening in such a way that a first surface of the first cell connector directed towards the base body of the battery cell is closer to the base body than the terminal surface.
  • the first battery terminal is arranged in the first through-opening in such a way that the terminal surface is coplanar with a second surface of the first cell connector opposite the first surface, so that a common coupling surface can be provided.
  • the coupling surface extends and lies, for example, within the arrangement plane.
  • a homogeneous coupling surface is thus formed on which external components, such as the heat sink described below, can be arranged in a simple manner, so that a large surface contact is provided between the pole surface and the cell connector on the one hand and the external component on the other.
  • the battery module has a heat sink of a cooling system, which is arranged on the pole surface for thermal coupling.
  • the heat sink rests flat on the coupling surface for thermal coupling.
  • the heat sink can, for example, have cooling lines which are connected to a Cooling medium, for example a liquid fluid, flows through.
  • the cooling lines of the cooling body can, for example, be coupled to cooling lines which are integrated in the carrier element and / or the coupling element.
  • the first fastening section is welded to the first battery terminal and / or the second fastening section is welded to the second battery terminal.
  • the clamp connection according to the invention enables, for example, initially in a first assembly step a force-neutral positioning of the cell connectors on the battery cells. In a second step, for example, due to the exact positioning, a robust and precisely positioned welding can be carried out.
  • an arrangement for producing a system described above has a flexible, in particular rollable, carrier tape and a multiplicity of coupling elements (or carrier elements) which are detachably fastened to the carrier tape, in particular by means of an adhesive connection.
  • the coupling elements are designed such that a coupling element with the first carrier section and the second carrier section can be arranged one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane, so that the first carrier element, the coupling element and the second carrier element are arranged one after the other along the arrangement direction.
  • the arrangement is designed as a tape, for example, and thus forms an intermediate product.
  • Tape in the sense of 'reeled production' means that one of the component carriers, i.e. the carrier element and / or the coupling element, is either temporarily attached to a transport or carrier tape or is already manufactured as a continuous product, then with the other component carrier (i.e. the carrier element and / or the coupling element) is assembled and wound onto a drum. This allows efficient automatic production in the subsequent step of application to the battery cells.
  • the cell connectors are embedded in the carrier element in certain areas by overmolding a material of the carrier element, in particular by means of an injection molding process.
  • the cell connectors are positioned with respect to one another and then cast or overmolded with a material of the carrier element. After the material of the carrier element has solidified, a robust load-bearing structure is thus formed.
  • the carrier element and / or the coupling element can be manufactured using additive manufacturing processes, for example using 3D printing.
  • a slot can be milled or cut into the carrier element accordingly, with the corresponding cell connector being able to be fastened in the slot. The fastening is ensured, for example, by a clamping effect or additionally by a material connection.
  • the carrier element has a first carrier section which at least partially embeds the first cell connector, and a second carrier section which at least partially embeds the second cell connector.
  • the first carrier section and the second carrier section are connected by means of an electrically insulating connection structure.
  • the first carrier section or the second carrier section has at least one receiving groove for receiving the signal line.
  • the fastening of the signal line in the receiving groove and in particular the contacting of the signal line with one of the first or second cell connectors is carried out before the first cell connector and / or the second cell connector is mounted on one of the battery poles.
  • a finished and robust structure can be formed which is easy to handle.
  • comprehensive system tests of the system can be carried out prior to installation on the battery terminal.
  • At least partial embedding so that the adhesion of the cell connector carrier element (i.e. conductor-insulator) is supported by mechanical clamping mechanisms in addition to the adhesive adhesion.
  • the cell connector carrier element i.e. conductor-insulator
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a system for connecting battery poles of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a system for connecting battery poles of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a system for connecting battery poles to a stiffening element according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of coupling elements with signal lines according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a mechanical plug connection according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a system for connecting a plurality of battery cells of a battery module according to an exemplary embodiment.
  • 7 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a cell connector with an insulation element according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a carrier tape for coupling elements according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a fastening of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting battery poles 101, 102 of a battery module 100 according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 illustrates in a step representation the embedding of the cell connector 110 of the system 100 from FIG. 1.
  • the system 100 has a first electrically conductive cell connector 110, which is designed to attach and electrically connect two spaced apart battery poles 101, 102, and a second electrically conductive cell connector 120, which is designed to attach and electrically connect two further spaced apart battery poles 101, 102 is on.
  • the system 100 has an electrically insulating carrier element 130 on which the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are attached in order to provide a supporting structure for the first cell connector 110 and the second cell connector 120 by means of the carrier element 130, wherein for attaching the first cell connector 110 and the second cell connector 120 to the Carrier element 130, the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are embedded in the carrier element 130 exclusively with an embedded area 104, so that surface areas of the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are free of a cover with the carrier element 130.
  • a signal line 105 is coupled to at least one of the first and second cell connectors 120.
  • the electrically conductive cell connector 110 is formed with a first fastening section 111 and a second fastening section 112, the first fastening section having a first through opening for receiving the first battery terminal 101 and the second fastening section having a second through opening for receiving the second battery terminal 102.
  • the first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane 201 (see FIG.
  • the battery module 150 defines an assembly which combines a plurality of prismatic battery cells 151, and at least by means of the cell connectors 110, 120 an electrical series connection or parallel connection of the battery cells 151 is achieved.
  • the individual battery cells 151 are arranged next to one another, for example, along a spatial direction (x-axis).
  • Each battery cell 151 has, in particular, two battery poles 101, 102, each with a + pole 102 and a - pole 101.
  • the adjacent second battery cell 151 accordingly likewise has two battery poles 101, 102.
  • the cell connectors 110, 120 are used to connect the + pole (or - pole) 101, 102 of a battery cell 151 to the corresponding - pole (or + pole) 101, 102 of the adjacent battery cell 151.
  • the carrier material of the carrier element 130 consists of an electrically insulating material, such as, for example, a (in particular injection-mouldable) plastic material.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are fastened to the carrier material 130.
  • the carrier material is firmly connected to the first cell connector 110 and the second cell connector 120 in such a way that a self-supporting unit is created together.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are partially embedded in an embedded region 104 in the carrier element 130.
  • the term “embedding” is understood below to mean that the cell connectors 110, 120 are at least partially surrounded by the material of the carrier element 130, so that the carrier material at least partially encloses the cell connector 110, 120.
  • the carrier material 130 has, for example, a receiving slot in which a region of the cell connector 110, 120 is present, so that the carrier material encloses two opposing surfaces 206, 207 and the end face of the cell connector 110, 120 connecting the surfaces and is embedded accordingly .
  • a corresponding embedding is preferably implemented in an injection molding process.
  • the contact areas on the cell connector 110, 120, in particular in the corresponding through openings, into which the battery terminals 101, 102 can be inserted remain free from covering the carrier material of the carrier element 130 in order to provide electrical contactability.
  • Carrier sections 131, 132 of the carrier element 130 are formed, for example, with a U-shaped section or embedded region 104 in which the cell connectors 110, 120 are embedded. Thus, only a small surface area, for example between 10% and 30% of a total area of a cell connector 110, 120, is covered and embedded with the carrier element 130.
  • a signal line 105 is coupled to the first cell connector 110 or the second cell connector 120.
  • the signal line 105 is attached to the corresponding cell connector 110, 120 and can furthermore be arranged in an electrically conductive manner on the cell connector 110, 120.
  • the first cell connector 110, the second cell connector 120 and the carrier element 130 are arranged within the common arrangement plane 201.
  • the cell connectors 110, 120 and the carrier element 130 are arranged next to one another within the common arrangement plane 201.
  • the first cell connector 110 and the second cell connector 120 form punched-out flat components.
  • the first carrier section 131 and the second carrier section 132 are connected by means of an electrically insulating connection structure 103.
  • the first carrier section 131, the second carrier section 132 and the connecting structure 103 form a self-supporting unit.
  • the connection structure 103 is designed to be deformable to compensate for a change in distance (in particular along the x-axis) between the first cell connector 110 and the second cell connector 120.
  • the connecting structure 103 consists of an elastically deformable material in order to compensate for a corresponding change in distance between two cell connectors 110, 120 without breaking.
  • the connection structure 103 can be designed in such a way that elastic deformation is possible along a predetermined spatial direction.
  • the individual battery cells 151 are arranged next to one another along a first spatial direction (for example the x-axis) and are correspondingly connected to the cell connectors 110, 120.
  • a second spatial direction orthogonal to the first spatial direction (for example y-axis) describes an extension of the battery cell in the arrangement plane 201.
  • a third spatial direction (z-axis), which is, for example, parallel to the normal of the arrangement plane 201 and along which the battery poles 101 extend , 102 extending from a cell connector 110, 120 is in particular orthogonal to the first spatial direction (x-axis) and the second spatial direction (y-axis).
  • connection structure 103 has a loop-shaped, curved or undulating, in particular meander-shaped, course.
  • the course of the connection structure 103 runs in particular within the arrangement plane 201, in which the first cell connector 110 and the second cell connector 120 are also arranged.
  • the course is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. Expansions or contractions in the x direction can thus be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the connection structure 102 or in the cell connectors 110, 120.
  • a stiffening element 109 can be releasably attached.
  • the stiffening element 109 results in the cell connectors 110, 120 and the carrier element 130 being stiffened during the assembly of the system 100 on battery poles 101, 102 and thus more robust, so that handling is easier, in particular using automated tools, and less damage to the system 100 during assembly.
  • a reinforcing beam 109 can be fastened to the carrier element 130 along the arrangement plane 201 in order to bring about a stiffening.
  • the reinforcement bar 109 can be removed.
  • a predetermined breaking point can be provided for this purpose between the carrier element 130 on the one hand and the reinforcing bar 109 on the other hand, so that simple removal by breaking away the reinforcing bar 109 can be provided.
  • the reinforcement element 109 leads in particular to a stiffening of the system in the x-direction.
  • the first carrier section 131 and / or the second carrier section 132 have a plurality of receiving grooves 202 for receiving signal lines 105.
  • the carrier element 130 thus receives the additional function for the stable and protected guidance of the signal line 105.
  • the signal line 105 has a meandering course with a U-shaped section, the carrier element 130 having a strain relief structure 113.
  • the strain relief structure 113 is designed such that the strain relief structure 113 engages in the U-shaped section in order to fix the signal line 105.
  • the strain relief structure 113 forms, for example, a projection from the carrier element 130 along a first direction (for example y-direction) which engages in the U-shaped section of the signal line 105.
  • a first direction for example y-direction
  • the U-shaped section can be pressed against the projection, so that the projection brings about a strain relief.
  • the system 100 also has a coupling element 140 which is fastened, in particular releasably, between the first carrier section 131 and the second carrier section 132.
  • the coupling element 140 is arranged with the first carrier section 131 and the second carrier section 131 one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane 201, so that the first carrier element 130, the coupling element 140 and the second carrier element 130 one after the other along the arrangement direction (x-direction) are arranged.
  • the coupling element 140 couples, for example, the first carrier section 131 and the second carrier section 132 of a carrier element 130 or a first carrier section 131 of a first carrier element 130 with a second carrier section 132 of a second carrier element 130, so that a more robust structure of the system 100 is provided.
  • the coupling element 140 has a further receiving groove (for example an open groove or a closed groove designed as a bore) for receiving the signal line 105.
  • a further receiving groove for example an open groove or a closed groove designed as a bore
  • the coupling element 140 also has, for example, an electrical connector device 141 for coupling a signal component, in particular a further signal line.
  • the electrical plug device 141 is designed in particular as a plug socket.
  • the first fastening section 111 and the second fastening section 112 are connected to one another by means of a conductive connection 106.
  • the conductive connection 106 may be formed integrally and monolithically with the first and second attachment portions 111, 112.
  • the cell connectors 110, 120 together with the fastening sections 111, 112 and the conductive connection 106 are produced in a stamping process.
  • the conductive connection 106 is designed as a strip-shaped conductor.
  • the strip-shaped conductor runs in particular within the arrangement plane 201, in which the first fastening section 111 and the second fastening section 112 are also arranged.
  • the course is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. Expansions or contractions in the x direction can thus be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the conductive connection 106 or in the cell connectors 110, 120.
  • the conductor 106 has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course.
  • At least the first fastening section 111 and the second fastening section 112 have, at their rectangular through openings, the corresponding clamping section 160, which in the exemplary embodiment has four elastically deformable clamping elements 161 lying opposite one another. As can be seen in FIG. 2, the clamping elements 161 are bent out of the arrangement plane 201.
  • the clamping elements 161 can be configured due to their dimensioning and the choice of material in such a way that the restoring force or clamping force is so great that a displacement of the battery terminal 101, 102 in the insertion direction (in the z-direction), ie perpendicular to the arrangement plane 201, is prevented.
  • the clamping forces of the clamping elements 161 are configured in such a way that the clamping force on at least two opposite side walls 203 of a battery terminal 101, 102 is approximately the same. This creates a force-neutral and therefore largely distortion-free connection between cell connector 110, 120 and battery terminal 101, 102.
  • the clamping section can have further elastically deformable clamping elements 161, which are arranged opposite one another at the through opening and are bent out of the arrangement plane 201 so that the battery terminal 101, 102 can be inserted between the clamping elements 161 and a force-symmetrical clamping force around the battery terminal 101, 102 can be provided.
  • the system 100 has a sensor 107, in particular a temperature sensor, a voltage sensor or a power sensor, which is arranged on the first cell connector 110 or on the second cell connector 120 or is integrated therein.
  • the sensor 107 is coupled in particular to one of the signal lines 105 in order to receive or forward signals.
  • the battery terminal 101, 102 has a free terminal surface 204.
  • the first battery terminal 101 protrudes, for example, from a base body 205 of a battery cell 151, the first battery terminal 101 being arranged in the first through opening in such a way that one for Base body 205 of the battery cell 151 directed first surface 206 of the first cell connector 110 is closer to the base body 205 than the pole surface 204.
  • the first battery terminal 101 is arranged in the first through-opening in such a way that the terminal surface 204 is coplanar with a second surface 207 of the first cell connector 110, which is opposite the first surface 206, so that a common coupling surface can be provided.
  • the coupling surface extends and lies, for example, within the arrangement plane 201.
  • a homogeneous coupling surface is thus formed on which external components, such as the heat sink 208, can be arranged in a simple manner, so that a large surface contact between the pole surface 204 and the cell connector 110 on the one hand and the external component on the other hand.
  • the heat sink 208 lies in particular flat on the coupling surface for thermal coupling.
  • the cooling body 208 can, for example, have cooling lines 209 through which a cooling medium, for example a liquid fluid, flows.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting battery poles 101, 102 to a stiffening element 109 before they are attached to corresponding battery poles 101, 102.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of coupling elements 140 with signal lines 105 according to an exemplary embodiment.
  • the signal lines 105 are arranged in corresponding grooves in the coupling elements 140.
  • sensors 107 are arranged at one end of corresponding signal lines 105.
  • the arrangement in FIG. 4 can, for example, be prefabricated and rolled up on a corresponding carrier tape 901 (see FIG. 9).
  • the cell connectors 110, 120 for example, can be produced together with the carrier element 130.
  • the cell connectors 110, 120 are punched and then embedded with the carrier element 130 as part of an injection molding process.
  • the stiffening element 109 can also be arranged on the carrier element 130 in the injection molding process.
  • the arrangement shown in FIG. 4 consisting of the coupling elements 140 together with the signal lines 105 and sensors 107 can be attached to the carrier elements 130 according to the arrangement from FIG. 3.
  • the system 100 produced in this way is reinforced with the stiffening element 109 and can thus be fastened in a robust manner to a multiplicity of battery poles 101, 102 of battery cells 151 of a battery module 150 in one method step.
  • the coupling element 140 has a mechanical plug connection with a carrier element 131, 132, the mechanical plug connection being formed with at least one guide rail 502 and a complementary sliding element 501 that can be plugged into the guide rail 502.
  • the guide rail 502 and the complementary sliding element 501 extend in particular along a sliding direction, for example the x-axis, along which expansion compensations are desired.
  • the coupling element 140 is thus mounted in a sliding manner with the carrier sections 131, 132 along a plug-in direction.
  • a corresponding carrier section 131, 132 can, for example, have a multiplicity of sliding elements 501 protruding in the x direction and Corresponding grooves between the sliding elements 501, which act as guide rails 502.
  • the coupling element 140 has corresponding complementary grooves and protruding sliding elements 501, so that a corresponding plug-in coupling is implemented between the coupling elements 140 and the carrier sections 131, 132.
  • the mechanical plug connection is further configured in such a way that the mechanical plug connection has one degree of freedom along a direction (e.g. along the z-axis) perpendicular to the arrangement plane 201 and has no degree of freedom along a direction opposite to the direction (e.g. along the z-axis).
  • This can be implemented, for example, in that the guide rails 502 have an open U-profile, so that the corresponding sliding elements 501 can be removed from the guide rails 502 through the open side of the U-profile.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a system 100 for connecting a plurality of battery cells 151 of a battery module 150 according to an exemplary embodiment. It becomes clear that a multiplicity of battery cells 151, which are arranged in particular along an arrangement direction (for example x-axis), can be provided. Furthermore, battery cells 151 connected in parallel can also be arranged, for example.
  • the system 100 can furthermore have a first system contact 601 and a second system contact 602 at the edge regions, from which the corresponding battery power of the battery module 150 can be drawn.
  • FIG. 6 two rows of cell connectors 110, 120 are shown in FIG. 6.
  • these can also be reinforced by means of electrically insulating frame elements 603, 604 in order to form a robust support or assembly frame.
  • the Frame elements 603 are fastened, for example, to the carrier sections 131 in order to create a stiffening frame structure with two opposite rows of cell connectors 110, 120.
  • further frame elements 604 can be arranged, which are fastened to the connection structures 103 of the opposing cell connectors 110, 120.
  • the frame elements 603, 604 can be produced together with the carrier elements 130 in a common injection molding process.
  • the frame elements 603, 604 can be produced from the same material as the carrier elements 130.
  • the frame elements 603, 604 can be produced from a different material than the carrier elements 130.
  • a robust and self-supporting frame structure is thus formed with which two or more rows of battery poles 101, 102 can be electrically and mechanically coupled to the cell connectors 110, 120 in one assembly step.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector 110 to a battery pole 101 according to an exemplary embodiment.
  • the clamping elements 161 each have a bending section 162 and a contact section 163, the bending section 162 being integrally connected to the first fastening section 111 and having a bend out of the arrangement plane 201.
  • the bending portion 162 is integrally connected to the contact portion 163.
  • the contact section 163 has a clamping surface which can be coupled in a force-transmitting manner to the side wall 203 of the first battery terminal 101. The larger the clamping surface, the better current can be transmitted between the clamping element 161 and the battery terminal 101.
  • the contact section 163 is designed such that the clamping surface of the contact section 163 in the unstressed state extends from an edge of the through opening, in particular pyramidal or conical, in the direction of the center of the through opening.
  • the clamping element 161 has an end section 164 with a free end, the contact section 163 being arranged between the bending section 162 and the end section 164.
  • the end section 164 extends opposite the clamping surface of the contact section 163 in such a way that the end section 164 is free of contact with the side wall 203 of the first battery terminal 101 when the clamping surface is coupled in a force-transmitting manner to the side wall 203 of the first battery terminal 101.
  • assembly aids can more easily grip the clamping element 161 at the free end and move it away in order to provide an assembly aid accordingly.
  • a clamping ring 165 can be arranged around the clamping elements 161 in order to prevent the clamping connection from being released.
  • the clamping ring 165 is braced, in particular, releasably around the clamping elements 161 and presses them uniformly into the center of the through opening and thus against side walls 203 of an inserted battery terminal 101.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a cell connector 110 with an insulation element 801 according to an exemplary embodiment.
  • the insulation element 801 consists in particular of an electrically insulating material such as plastic. Furthermore, the insulation element 801 can be coupled integrally and monolithically to the coupling element 140 or the carrier element 130.
  • the insulation element 801 is arranged in particular on the conductive connection 106 of a cell connector 110. In particular, the insulation element 801 is arranged between the cell connector 110 and the base body 205 of a battery cell 105 with a sufficiently large distance 802. 9 shows a schematic illustration of a rollable carrier tape 901 for coupling elements 140 according to an exemplary embodiment.
  • a multiplicity of coupling elements 140 (or also carrier elements 130) can be detached, in particular by means of an adhesive connection, to which carrier tape 901 is temporarily attached.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of an attachment of a cell connector 110 to a battery pole 101, 102 according to an exemplary embodiment.
  • the clamping elements 161 are bent outwards.
  • the cell connector 110 has, for example, the first surface 206, which is directed in the direction of the battery cell 151.
  • the clamping elements 161 are bent in the direction of a second surface 207 of the cell connector 110, which is opposite the first surface 206.
  • the cell connector 110 can be arranged closer to the battery cell 151.
  • the clamping elements 161 form a sufficient clamping surface with the corresponding side walls 203 of the battery terminals 101, 102.
  • connection structure 205 base body
  • strain relief structure 120 second cell connector 501 sliding element

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen (151) eines Batteriemoduls (150), welches insbesondere eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist. Das System (100) weist einen ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen (101, 102) ausgebildet ist, und einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (120), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist, auf. Ferner weist das System (100) ein elektrisch isolierendes Trägerelement (130) auf, an welchem der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) befestigt sind, um mittels des Trägerelements (130) eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder (110) und den zweiten Zellverbinder (120) bereitzustellen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) an dem Trägerelement (130) der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausschließlich bereichsweise in das Trägerelement (130) eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement (130) sind. Eine Signalleitung (105) ist zumindest an einem der ersten und zweiten Zellverbinder (120) gekoppelt.

Description

Komponententräger für Zellverbinder
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, wobei insbesondere Zellverbinder mit einem Trägerelement eine tragende Struktur bilden. Ferner betrifft die Erfindung das Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei hochleistungsfähigen Batteriemodulen, insbesondere bei Antriebsbatterien, werden eine Vielzahl von einzelnen prismatischen Batteriezellen zu einem Batteriepack bzw. Batteriemodul zusammengeschlossen. Die jeweiligen Batteriepole der Batteriezellen werden dabei mit leitfähigen Zellverbindern verbunden.
Dabei können die Zellverbinder teilweise spitzige Enden und scharfkantige Seitenflächen aufweisen. Die zunehmende hohe Spannung, zu welcher Batterien gerade im Automotive- und Hausspeicherbereich seriell verkettet werden, führt zu einem Potentialfeld, welches in der Lage ist, negative Effekte (z.B. Dendritenwachstum, Koronaabbrand, Hillockbildung, usw.) auf die betroffenen Leiterbahnen zu haben. Gerade prismatische Batteriezellen, welche zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind, zeigen in der hohen Leistungsklasse (ab 500 Wh pro Batteriemodul) diese Effekte. Bei Batteriemodulen in der Größenordnung ab 500 Wh, welche immer häufiger in einem Alugehäuse zur besseren Temperaturableitung eingebaut sind, kann ein hohes elektrisches Potential zwischen Pol und Zellgehäuse aufgebaut werden. Einerseits steigt die verkettete Spannung in den Bereich von z.B. 400V bis 800V gegenüber Masse und andererseits ist bei Flüssigkühlung das Kühlmittel auch Massepotential. Dabei werden auch Isolatoren verwendet. Je nachdem, an welcher Stelle der größere Isolationswert liegt (zwischen Kühlmittel und Alugehäuse oder zwischen Zellverbinder und Alugehäuse) entwickelt sich trotz der hochohmigen Isolation ein großer Spannungsunterschied und dadurch ein großes Potentialfeld. Dieses hohe Potentialfeld begünstigt die negativen Effekte auf die Zellverbinder und Sensorleitungen.
Zudem muss berücksichtigt werden, dass Batterien eine Volumenveränderung sowohl bei Temperaturänderungen als auch Ladezustandsabhängig erleben. Gerade bei Alterung von Batteriezellen dehnen diese sich aus. Dies bedeutet, dass die Verbindungssysteme genügend flexibel sein müssen, um diese Distanzänderungen abzufangen. Diese Flexibilität ist jedoch genau bei der Fertigung problematisch. Je flexibler die Verbindungssysteme sind, desto langsamer wird die automatische Fertigung, weil beim Positionieren der entsprechenden Verbindungskomponenten das Einschwingen der flexiblen Komponenten abgewartet werden muss, bis die automatisierten Verbindungsherstellungen fortgesetzt werden können. Insbesondere Verbindungssysteme, welche nur auf Elastizitätsmodellen von Verbindern basieren, erlauben normalerweise Schwingungen in allen Koordinatenrichtungen. Dies mittels einer Automatiksoftware zu modellieren und allenfalls zu kompensieren ist entweder zeitaufwändig (warten bis Ausgeschwungen) oder kostenintensiv (hohe Rechenleistung zur Modellierung notwendig). Es wird deshalb nach komplexitätsreduzierenden Mechanismen gesucht, welche eine automatische Fertigung ermöglichen oder vereinfachen.
Insbesondere die üblicherweise verwendeten Kabelbäume zur Zusammenführung der Sensorleitungen für die Zellenspannungsüberwachung stellen ein System mit zu vielen Freiheitsgraden für eine einfache automatische Fertigung / Montage dar.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Batteriezellen eines Batteriemoduls einfach und effizient zu verbinden.
Diese Aufgabe wird mit einem System zum Verbinden von Batteriepolen von prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, dem Batteriemodul sowie einem Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, beschrieben. Das System weist einen ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinder, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist, und einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist, auf. Ferner weist das System ein elektrisch isolierendes Trägerelement auf, an welchem der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt sind, um mittels des Trägerelements eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder und den zweiten Zellverbinder bereitzustellen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders an dem Trägerelement der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausschließlich bereichsweise in das Trägerelement eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement sind. Eine Signalleitung des Systems ist mit zumindest einem der ersten und zweiten Zellverbinder gekoppelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird entsprechend ein Batteriemodul, welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, beschrieben. Das Batteriemodul weist ein oben beschriebenes System auf. Ferner weist das Batteriemodul zumindest zwei beabstandete erste Batteriepole (zum Beispiel einen ersten Batteriepol einer ersten Batteriezelle und einen weiteren ersten Batteriepol einer zweiten Batteriezelle) und zumindest zwei beabstandete zweite Batteriepole (zum Beispiel einen zweiten Batteriepol der ersten Batteriezelle und einen weiteren zweiten Batteriepol einer weiteren Batteriezelle), auf. Der erste elektrisch leitfähige Zellverbinder ist z.B. mit den beabstandeten ersten Batteriepolen befestigt und verbindet diese elektrisch. Der zweite elektrisch leitfähige Zellverbinder ist z.B. mit den beabstandeten zweiten Batteriepolen befestigt und verbindet diese elektrisch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird ein erster elektrisch leitfähiger Zellverbinder bereitgestellt, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen (insbesondere einem + Pol und einem -Pol) ausgebildet ist. Ferner wird entsprechend ein zweiter elektrisch leitfähiger Zellverbinder, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist, bereitgestellt. Der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder werden an ein elektrisch isolierendes Trägerelement befestigt, um mittels des Trägerelements eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder und den zweiten Zellverbinder bereitzustellen. Der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder werden mit dem Trägerelement befestigt, indem ausschließlich teilweise (d.h. nicht vollständig) der ersten Zellverbinder und der zweite Zellverbinder in das Trägerelement eingebettet wird, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement sind. Ferner wird gemäß dem Verfahren eine Signalleitung an zumindest einem der ersten und zweiten Zellverbinder gekoppelt (insbesondere zur mechanischen Befestigung der Signalleitung an dem Zellverbinder und/oder zum elektrischen Signalaustausch zwischen Signalleitung und Zellverbinder).
Das Batteriemodul definiert eine Baugruppe, welche mehrere prismatische Batteriezellen zusammenfasst und für diese eine mechanische Verbindung bereitstellt, sowie zumindest mittels der Zellverbinder eine elektrische Serienschaltung oder Parallelschaltung der Batteriezellen ermöglicht. Die einzelnen Batteriezellen können beispielsweise nebeneinander entlang einer Raumrichtung oder nebeneinander und/oder übereinander (d. h. entlang zweier Raumrichtungen) in einem Batteriemodul angeordnet werden.
Eine prismatische Batteriezelle definiert einen elektrischen Energiespeicher mit festem Gehäuse in zum Beispiel prismatischer bzw. quaderförmiger Bauart.
Die Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionen Akkumulatoren. Jede Batteriezelle weist zwei Batteriepole, jeweils einen + Pol und eine - Pol, auf. Diese beiden Pole können auf derselben Seitenfläche der Batteriezelle angebracht sein. Die erfindungsgemäßen Zellverbinder sind insbesondere ausgelegt bzw. dimensioniert, um zum Verbinden von Batteriezellen mit einer Nominalspannung von unter 5.5 V einsetzbar zu sein. Die benachbarte zweite Batteriezelle weist entsprechend ebenfalls zwei Batteriepole, jeweils einen +
Pol und einen - Pol, auf. Ein Zellverbinder wird insbesondere eingesetzt, um den + Pol (bzw. - Pol) einer Batteriezelle mit dem entsprechenden - Pol (bzw. + Pol) der benachbarten Batteriezelle zu verbinden. Die prismatischen Batteriezellen sind einzelständig. Dies bedeutet, dass jede Batteriezelle für sich eine abgeschlossene Einheit ausbildet und somit keine gemeinsamen Komponenten aufweist und keine fluidische Kopplung (z.B. über die Batterieflüssigkeit) mit einer anderen Batteriezelle aufweist.
Ein Zellverbinder stellt somit eine hochstromfeste Verbindung zwischen den Batteriepolen zweier benachbarter prismatischer Batteriezellen dar. Insbesondere bei starker Beanspruchung des Batteriemoduls müssen die Zellverbinder einen starken Spannungsabfall bei Belastung widerstehen. Die Zellverbinder bestehen dadurch aus einem robusten und gut leitfähigen Material, wie beispielsweise einem metallischen Material, wie Aluminium oder Kupfer. Die Zellverbinder bestehen ferner aus einem flächigen bzw. plattenähnlichen Material, zum Beispiel aus Metallblech. Entsprechend sind die Zellverbinder selbsttragend im Vergleich zu drahtähnlichem Material.
Die Zellverbinder weisen beispielsweise entsprechende Durchgangsöffnungen als Befestigungsabschnitte für einen jeweiligen Batteriepol auf. In einer Durchgangsöffnung kann entsprechend ein Batteriepol fixiert werden, beispielsweise mittels Klemmkräften.
Das Trägermaterial des Trägerelements besteht aus einem elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise einem (insbesondere spritzgussfähigem) Kunststoffmaterial. An dem Trägermaterial ist der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt. Das Trägermaterial ist derart fest mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verbunden, dass zusammen eine selbsttragende Einheit geschaffen wird. Diese entsprechende selbsttragende Einheit kann insbesondere die Montage erleichtern, da ein einfaches Handling insbesondere bei der Verbindung der entsprechenden Batteriepole möglich ist.
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder teilweise in das Trägerelement eingebettet. Unter dem Begriff „Einbetten" wird im Folgenden verstanden, dass ein Zellverbinder zumindest teilweise von dem Material des Trägerelements umgeben ist und sozusagen in einen Körper des Trägerelements teilweise eingetaucht ist, sodass das Trägermaterial den Zellverbinder zumindest teilweise umschließt. Mit anderen Worten weist das Trägermaterial beispielsweise einen Aufnahmeschlitz auf, in welchem ein Bereich des Zellverbinders vorliegt, sodass das Trägermaterial zwei gegenüberliegende Oberflächen und die die Oberflächen verbindende Stirnseite des Zellverbinders umschließt und entsprechend eingebettet. Bevorzugt wird eine entsprechende Einbettung in einem Spritzgussverfahren umgesetzt, sodass keine spanende Fertigung, zum Beispiel zur Bildung des Aufnahmeschlitzes in dem Trägerelement, notwendig ist.
Unter der Definition des „ausschließlich bereichsweise Einbetten" wird verstanden, dass die Zellverbinder nicht vollständig in das Trägerelement eingebettet sind und von dem Trägerelement eingehüllt sind. Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder die Kontaktbereiche insbesondere in den entsprechenden Durchgangsöffnungen, in welchen die Batteriepole eingesteckt werden können, frei von einer Überdeckung des Trägermaterials, um eine elektrische Kontaktfähigkeit bereitzustellen. Ferner bleiben Oberflächenbereiche der Zellverbinder frei von dem Material des Trägerelements, um insbesondere eine bessere Wärmeabfuhr bereitzustellen. Beispielsweise überdeckt das Trägerelement weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % einer Oberfläche eines Zellverbinders. Entsprechend kann das Trägerelement einen gegenüberliegenden Oberflächenbereich abdecken.
Das Trägerelement kann einen Zellverbinder derart einbetten, dass beispielsweise entlang einer Seitenlänge das Trägerelement den Zellverbinder umgibt. Beispielsweise kann das Trägerelement umlaufend um den Zellverbinder verlaufen, wobei ein Zentrum des Zellverbinders, insbesondere in welchen die Durchgangsöffnung des Befestigungsbereichs vorgesehen ist, frei von einer Einbettung bzw. Abdeckung mit dem Trägerbereich ist. Insbesondere kann eine Oberfläche eines Zellverbinders, welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist, nur weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % von dem Trägerelement abgedeckt sein, sodass eine ausreichend stabile Einbettung geschaffen wird und gleichzeitig eine ausreichende Freifläche der Oberfläche, um eine thermische Wärmeabfuhr und beispielsweise eine Ankopplung eines Kühlkörpers zu ermöglichen. Gleichzeitig kann die Oberfläche, welche zu der Batteriezelle hingerichtet ist, mehr als 20 %, insbesondere mehr als 50 %, insbesondere vollständig von dem Trägerelement abgedeckt sein, um somit ein gutes Potentialshielding bereitzustellen.
Zudem wird eine Signalleitung an den ersten Zellverbinder oder den zweiten Zellverbinder gekoppelt. Die Signalleitung ist dabei an dem entsprechenden Zellverbinder befestigt und kann ferner elektrisch leitend an den Zellverbinder angeordnet sein. Somit können Signale, entweder von dem Zellverbinder selbst oder von einem dort zusätzlich angeordneten Sensor, über die Signalleitung übertragen werden. Die Signalleitungen können somit insbesondere Sensorleitungen darstellen, welche Verbindungsleitungen im Inneren eines Batteriemoduls darstellen und zur Überwachung von Messwerten eingesetzt werden. Zu den Messwerten gehörten beispielsweise Zellenspannung und Temperatur. Bei bestimmten Batteriemodulen kann über diese Leitungen eine aktive Lade-/Lastbalancierung erfolgen. Auch das Laden und Entladen von einzelnen Zellen kann ermöglicht werden.
Die Signalleitungen im Komponententräger können derart elektrisch isoliert sein, dass sie für eine Prüfspannung von über 400V, insbesondere über 800 V, insbesondere über 1600 V, geeignet sind. Der mittlere Querschnitt der Sensorleitungen kann über 0,1 mmA2 (Quadratmillimeter), insbesondere über 0,5 mmA2, weiter insbesondere über 1,2 mmA2 liegen. Das System kann insbesondere eine Zugentlastung für eine Sensorbaugruppe, an welcher die Signalleitungen angeschlossen sind, beinhalten.
Insbesondere verbindet jeder Zellverbinder entsprechende Batteriepole von zwei unterschiedlichen Batteriezellen. So kann der erste Zellverbinder einen - Pol einer ersten Batteriezelle mit einem + Pol einer benachbarten zweiten Batteriezelle verbinden. Der zweite Zellverbinder kann entsprechend einen + Pol der ersten Batteriezelle mit einem - Pol einer dritten benachbarten Batteriezelle verbinden. Die beiden elektrisch leitfähigen Zellverbinder werden durch das elektrisch isolierende Trägerelement verbunden, sodass eine robuste, steife und insbesondere selbsttragende Einheit aus Zellverbinder und Trägerelement bereitgestellt wird. Somit kann insbesondere bei einer automatisierten Herstellung großer Batteriemodule mit einer Vielzahl von Batteriezellen eine einfachere Handhabung der Zellverbinder und entsprechend eine schnellere und sicherere Verbindung der Zellverbinder mit den Batteriepolen bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße System kann diesbezüglich eine Vielzahl von Zellverbindern aufweisen, wobei jeweils zwei Zellverbinder mit einem entsprechenden Trägerelement mechanisch gekoppelt sind. Entsprechend kann in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von Batteriepolen gleichzeitig richtig positioniert und allenfalls verbunden werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen einzelnen Anbringung der jeweiligen Zellverbinder an zwei Batteriepolen, bewirkt das erfindungsgemäße System eine deutlich schnellere und robustere Verbindung einer Vielzahl von Batteriezellen.
Ferner führt das teilweise Einbetten der Zellverbinder zu einer reduzierten Koronabildung. Insbesondere prismatische Zellen, welche zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind, zeigen in der hohen Leistungsklasse (ab 500 Wh pro Batteriemodul) Koronabildung. Koronabildung setzt typischerweise bei Feldern von 100kV/m ein, bei entsprechend günstigen Umfeldbedingungen schon bei deutlich tieferen Feldern. Wenn nun zwei prismatische Batteriezellen mit einem Zellverbinder verbunden werden, das umgebende Alugehäuse der Batteriezellen aber auf Massepotential liegt und die Zellverkettung auf einer Bordspannung von 800 V für den entsprechenden Batteriepol liegt, beginnen Koronaeffekte (und damit der Abbrand des entsprechenden Leiters bereits bei Isolationsdistanzen von ungefähr 8 bis 20 mm).
Eine Gegenmaßnahme gegen diese Effekte wäre die Umgebung des Leiters mit einem Isolator. Das kann zum Beispiel durch Coating oder Tauchlackieren geschehen. Da aber der Zellverbinder oder die Signalleitung nach der Herstellung noch elektrisch leitend verbunden sein müssen, ist eine vollständige Isolation ungeeignet.
Diese Problematik wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine teilweise Einbettung der entsprechenden Leiter bzw. Zellverbinder bereits zu einer deutlichen Reduktion der Koronabildung führt. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die Zellverbinder nur teilweise in einen elektrischen Isolator des Trägerelements einzubetten. Wenn diese Einbettung nicht durch ein Coating oder Tauchverfahren, sondern durch ein Spritzgussverfahren generiert wird, kann der bei einem Coating oder Tauchverfahren typischen Problematik der zu starken Kantenverrundung (und dadurch Reduktion der Isolierstärke im Kantenbereich) entgegengewirkt werden. Es hat sich gezeigt, dass Spritzgussverfahren in besonderem Masse dazu geeignet sind, gestanzte Zellverbinder einzubetten, insbesondere, um den Verlauf von Potentialfeldern zu verbessern.
Ferner kann durch das erfindungsgemäße Teilumspritzen der Zellverbinder gegenüber einem vollumspritzten Zellverbinder ein Material des Trägerelements eingespart werden. Die dadurch erreichte Gewichtsreduktion führt zu einer hohen Stoßfestigkeit. Insbesondere bei kurzen Stößen, welche zu kurzen Beschleunigungen der Zellverbinder von über 2 G bzw. über 4 G bis über 9 G führen können, kann das Risiko von Ablösungen und oder von einem Aufreißen von Kaltverschweißungen an Kontaktzonen aufgrund der geringeren Masse reduziert werden.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist der erste Zellverbinder, der zweite Zellverbinder und das Trägerelement innerhalb einer gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder und das Trägerelement nebeneinander innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform bilden der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausgestanzte Flachkomponenten aus. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bestehen der erste Zellverbinder und/oder der zweite Zellverbinder jeweils beispielsweise aus einem, insbesondere mehrlagigen, Blech. Bei einer ausgestanzten Flachkomponente bzw. einem Blech ist dessen Breite und Länge sehr viel größer als dessen Dicke sind. Der erste und zweite Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech bestehend aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Ferner können verschiedene Lagen unterschiedlicher Materialien einen Zellverbinder bilden. So können beispielsweise in verschiedenen Lagen unterschiedliche Materialien eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Trägerelement einen ersten Trägerabschnitt, welcher den ersten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt auf, welcher den zweiten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet. Der erste Trägerabschnitt und der zweite Trägerabschnitt sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur verbunden. Die Verbindungstruktur kann aus demselben Material wie der erste Trägerabschnitt oder der zweite Trägerabschnitt bestehen. Insbesondere kann in einem gemeinsamen Spritzgussschritt der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungstruktur geschaffen werden. Der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungsstruktur bilden eine selbsttragende Einheit und können robust hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Verbindungsstruktur zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verformbar ausgebildet. Die Verbindungsstruktur kann beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt werden, um eine entsprechende Abstandsänderung zwischen zwei Zellverbindern auszugleichen, ohne zu brechen. Typischerweise verbindet das Trägerelement zwei Zellverbinder, welche mit zumindest einem Befestigungsbereich Batteriepole einer gemeinsamen Batteriezelle verbinden. Aufgrund von thermischer Ausdehnung oder aufgrund von Alterung dehnen sich Batteriezellen aus oder reduzieren ihre Ausdehnung. Um kein Verkeilen der beiden Zellverbinder aufgrund eines zu steifen Trägerelements zu verursachen, kann in vorteilhafter Art und Weise die Verbindungsstruktur zwischen zwei Trägerabschnitten elastisch verformbar ausgebildet werden.
Dabei kann die Verbindungsstruktur derart ausgebildet werden, dass entlang einer vorbestimmten Raumrichtung eine elastische Verformung möglich ist. Entlang einer ersten Raumrichtung (zum Beispiel x-Achse) werden die einzelnen Batteriezellen nebeneinander angeordnet und entsprechend mit den Zellverbindern verbunden. Eine zur ersten Raumrichtung orthogonale zweite Raumrichtung (zum Beispiel y-Achse) beschreibt eine Erstreckung der Batteriezelle in der Anordnungsebene. Eine dritte Raumrichtung (z-Achse), welche beispielsweise parallel zu der Normalen der Anordnungsebene ist und entlang welcher sich die Batteriepole von einem Zellverbinder erstrecken, steht insbesondere orthogonal zu der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung. Die für die Kontaktierung von Batteriezellen relevanten Längenänderungen sind bei der Assemblierung von Batteriemodulen vor allem in x-Richtung von Bedeutung. Entsprechend kann die Verbindungstruktur derart ausgebildet werden, dass diese entlang der ersten Raumrichtung (X-Richtung) zerstörungsfrei bzw. elastisch verformbar ist. Wegen der nicht nur in x- Richtung erfolgenden Längenäderungen wird dabei nicht eine rigide Bewegungsbeschränkung in x-Richtung gewählt, sondern ein System mit unterschiedlichen Elastizitätskonstanten (Koordinatenrichtungsabhängig). Dies bedeutet, dass in y- und z-Richtung die Bewegungskompensation mit steiferen Bewegungsmechanismen als entlang der x- Richtung. In y- und z- Richtung kann beispielsweise auf Grund von Materialwahl und Designkonzept ein relativ steifes Verhalten realisiert werden im Vergleich zu einer Verformungsmöglichkeit in x-Richtung. In x-Richtung kann ebenfalls ein mechanisches gleitendes System vorgeschlagen werden, welches die entstehenden Veränderungskräfte bevorzugt in diese Richtung umlenkt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Verbindungsstruktur einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Die Verbindungsstrukur kann beispielsweise zusammen mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder aus einem gemeinsamen Grundmaterial, wie z.B. einem plattenähnlichen Material bzw. einem Blech, mittels Schneidens oder Stanzens hergestellt werden. Der oben beschriebene Verlauf der Verbindungsstruktur verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x- Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der Verbindungsstruktur bzw. in den Zellverbindern kommt. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zur temporären Versteifung des ersten Trägerabschnitts oder des zweiten Trägerabschnitts ein Versteifungselement lösbar befestigbar. Das Versteifungselement führt dazu, dass während der Montage des Systems an Batteriepolen die Zellverbinder und das Trägerelement versteift und somit robuster sind, sodass die Handhabung insbesondere mittels automatisierter Werkzeuge einfacher ist und zu weniger Schäden an dem System während der Montage führt.
Beispielsweise kann entlang der Anordnungsebene ein Verstärkungsbalken an dem Trägerelement befestigt werden, um eine Versteifung herbeizuführen. Nachdem das System an den Batteriepolen befestigt ist, kann der Verstärkungsbalken entfernt werden. Insbesondere kann hierzu eine Sollbruchstelle zwischen dem Trägerelement einerseits und dem Verstärkungsbalken andererseits vorgesehen werden, sodass ein einfaches Entfernen mittels Wegbrechens des Verstärkungsbalkens vorgesehen werden kann.
Das Verstärkungselement führt insbesondere zu einer Versteifung des Systems in x-Richtung. Hierzu kann beispielsweise die in x-Richtung elastisch verformbare Verbindungsstruktur gegenüber einer Verformung in x-Richtung mittels des Versteifungselements versteift werden. Weist die Verbindungstruktur beispielsweise einen wellenförmig bzw. mäanderförmigen Verlauf auf, so kann beispielsweise zwischen zwei in x-Richtung gegenüberliegenden Schenkeln des Verlaufs der Verbindungstruktur ein Versteifungsbalken angeordnet werden, welche beispielsweise nach der Montage an den Batteriepolen weggebrochen werden kann.
Neben dem wegbrechbaren Steg bzw. Balken kann das Versteifungselement beispielsweise als C- förmige oder U- förmige Schiene ausgebildet werden und über oder unter die Zellverbinder und dem Trägerelement befestigt werden. Zur Befestigung kann eine lösbare mechanische Verbindung zwischen den Versteifungselementen und den Zellverbindern und dem Trägerelement bereitgestellt werden, wobei auch eine lösbare stoffliche Verbindung, beispielsweise mittels eines lösbaren Klebers, vorgesehen werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest der erste Trägerabschnitt und/oder der zweite Trägerabschnitt zumindest eine Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung auf. Somit erhält das Trägerelement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung. Insbesondere kann die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die Aufnahmenut vorinstalliert werden oder nachträglich nach der Montage des Systems an den Batteriepolen. Insbesondere kann der erste und/oder zweite Trägerabschnitt eine Vielzahl von Aufnahmenuten für entsprechende Signalleitungen aufweisen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System fernerein Kopplungselement auf, welches zwischen dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt, insbesondere lösbar, befestigt ist. Das Kopplungselement ist mit dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene, angeordnet, sodass entlang der Anordnungsrichtung (x-Richtung) das erste Trägerelement, das Kopplungselement und das zweite Trägerelement nacheinander angeordnet sind. Das Kopplungselement koppelt dabei z.B. den ersten Trägerabschnitt und den zweiten Trägerabschnitt eines Trägerelements oder einen ersten Trägerabschnitt eines ersten Trägerelements mit einem zweiten Trägerabschnitt eines zweiten Trägerelements, sodass eine robustere Struktur des Systems bereitgestellt wird. Das Kopplungselement besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, und kann beispielsweise ebenfalls mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Kopplungselement eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung auf. Somit erhält das Kopplungselement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung oder einer weiteren Signalleitung. Insbesondere kann das Kopplungselement und die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die weitere Aufnahmenut vorinstalliert werden. Beispielsweise kann das Kopplungselement an die Trägerabschnitte gekoppelt werden, bevor das System an den Batteriepolen installiert wird. Alternativ können zunächst die Trägerabschnitte an den Batteriepolen befestigt werden. Im Anschluss daran können die Kopplungselemente (beispielsweise zusammen mit den Signalleitungen) an den Trägerabschnitten befestigt werden. Nach der Montage der Kopplungsabschnitte liegen somit in x-Richtung und innerhalb der Anordnungsebene der erste Trägerabschnitt, das Kopplungselement und anschließend der zweite Trägerabschnitt vor. Somit kann das System im installierten Zustand eine tragende Struktur bilden, welche einerseits die Signalleitungen und andererseits die Zellverbinder trägt.
Damit wird durch die Konstruktion ein mechanisch vorgegebener Bewegungsweg für die Signalleitungen erzeugt. Ein Ausweichen/Abweichen von diesem Weg, der durch die Aufnahmenut vorgegeben wird, aufgrund der dafür benötigten höheren Kräfte ist unwahrscheinlich. Dies erhöht die Sicherheit der Spannungsführenden Signalleitungen (zum Beispiel Sensor- und Lastausgleichsleitungen).
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Zellverbinder und das Kopplungselement vor der Montage auf die prismatischen Zellen miteinander zusammengefügt und die Signal- bzw. Sensorleitungen an die Zellverbinder angeschlossen. Dies erlaubt vollständige Tests des Systems vor der Montage auf die Batteriezellen. Das Trägerelement und/oder das Kopplungselement kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform derart ausgestaltet werden, dass zwischen den Signalleitungen auch für höhere Spannungen eine große Kriechstrecke gebildet werden kann und einer Prüfspannung von über 400V, bevorzugt über 800V und in besonderen Fällen über 1600V genügt. Dies erlaubt den Betrieb von erfindungsgemäßen Batteriemodulen unter der Anwendung der relevanten Bestimmungen für Energiesysteme mit Betriebsspannungen über der elektrischen Schutzkleinspannung von unter 50V.
In einer weiteren Untervariante wird durch die Überhöhung von Isolatoren gegenüber Leitern ein Berührungsschutz erreicht. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem die Aufnahmenuten in dem Trägerelement oder dem Kopplungselement tiefer sind als eine Höhe bzw. ein Querschnitt einer Signalleitung.
Die Zellverbinder aber auch die Sensorleitungen können aus einem Flachmaterial ausgestanzt und nachher eingebettet werden. Durch Kreieren von Mäandern, Schlaufen oder Biegungen, welche in der Anordnungsebene (x- y-Ebene) liegen, kann sowohl eine Dehnungskompensation als auch eine kostengünstige Produktion erreicht werden.
Das Herstellen von Zellverbindern aus gestanzten Blechen bringt eine fertigungstechnisch gute Ausgangslage mit sich, denn das Stanzen ist ein bewährter, günstiger, stabiler und großmengenfähiger Prozess. Auf der technischen Seite weisen gestanzte Bleche eine hohe Genauigkeit auf.
Sonstige Biege- oder Prägeprozesse reduzieren diese Genauigkeiten, weshalb die erfindungsgemäße Lösung nur kleine oder sehr kleine Teile eines ganzen Zellverbinders entsprechend bearbeitet, d.h. Verformungen in der z-Ebene vornimmt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden die Signalleitungen mit einem größeren Querschnitt realisiert, als das für die reine Spannungsüberwachung der Einzelzellenspannung notwendig wäre. Dieser höhere Querschnitt erlaubt eine höhere Stromtragfähigkeit auf diesen Leitungen. Dadurch kann mittels eines BMS (Batterie-Management-System) über diese Leitungen der Unterschied zwischen Einzelzellen zumindest teilweise ausgeglichen werden (Umladung, Ergänzungsladung, Teilladung, usw. von Einzelzellen).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Signalleitung eine integrierte Stromsicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, auf, wobei die Signalleitung insbesondere mit einem Sicherungsbereich mit einer definierten Querschnittsreduktion derart ausgebildet ist, dass die Querschnittsreduktion die Schmelzsicherung bereitstellt.
Die Querschnittreduktion kann beispielsweise mittels einer Einkerbung, einer Verdünnung durch Biegen (im Sinne von Tiefziehen, wodurch der Querschnitt sinkt) oder einem Ziehen hergestellt werden. Eine Einkerbung kann vorteilhaft im Sinne von Masshaltung sein.
Diese Reduktion wird an einem Ort platziert, an welchem eine Überhitzung nicht zu einer Entzündung des Isolationsmaterials führt. Diese Querschnittsreduktion kann im Kurzschlussfall der Sensorleitung als Schmelzsicherung dienen. Dadurch, dass damit die Sensorleitung an einer definierten (und in Bezug auf die umliegenden Komponenten sicheren) Lage ist, kann ein Überhitzen der Sensorleitung auf ihrer ganzen Länge vermieden werden. Alternativ kann anstelle einer Querschnittsreduktion auch ein Sicherungselement Verwendung finden. Zur Sicherstellung der thermischen Integrität des Komponententrägers und/oder zur Visualisierung einer Auslösung kann dieser Sicherheitsmechanismus im nicht eingebetteten Teil des Systems eingebaut sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Sicherungselement nicht reversibel ausgebildet sein, damit im Ansprechensfall durch eine Servicetätigkeit überprüft werden muss, ob das Ansprechen des Sicherungselements zu einem größeren Schaden geführt hat.
Die Sicherungsfunktion bzw. die Querschnittreduktion kann insbesondere zumindest teilweise in einem nicht eingebetteten Teil des Komponententrägers liegen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Kopplungselement eine elektrische Steckervorrichtung auf zum Koppeln einer Signalkomponente, insbesondere einer weiteren Signalleitung. Die elektrische Steckervorrichtung ist insbesondere als Steckerbuchse ausgebildet, in welcher ein entsprechender elektrischer Stecker mechanisch befestigt werden kann. Somit können beispielsweise Signale zwischen Sensoren und externen Steuervorrichtungen übertragen werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Kopplungselement mit zumindest dem ersten Trägerabschnitt oder dem zweiten Trägerabschnitt eine mechanische Steckverbindung auf, wobei die mechanische Steckverbindung mit zumindest einer Führungsschiene und einem komplementären, in die Führungsschiene steckbaren Gleitelement ausgebildet ist. Die Führungsschiene und das komplementäre Gleitelement (zum Beispiel ein Gleitstift) erstrecken sich insbesondere entlang einer Gleitrichtung, beispielsweise der x-Achse, entlang welcher Ausdehnungskompensationen gewünscht sind.
Entsprechend ist gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform die mechanische Steckverbindung derart ausgebildet, dass das Kopplungselement mit zumindest dem ersten Trägerabschnitt oder dem zweiten Trägerabschnitt entlang einer Steckrichtung gleitend gelagert sind. Ein entsprechender Trägerabschnitt kann beispielsweise eine Vielzahl von in x- Richtung hervorragenden Gleitelementen aufweisen und zwischen den Gleitelementen entsprechende Nuten, welche als Führungsschienen fungieren. Das Kopplungselement weist entsprechende komplementäre Nuten und hervorragende Gleitelemente auf, sodass eine entsprechende Steckkopplung zwischen dem Kopplungselement und den Trägerabschnitten umgesetzt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die mechanische Steckverbindung derart konfiguriert, dass eine Steckrichtung der Steckverbindung parallel zur Anordnungsrichtung ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die mechanische Steckverbindung ferner derart konfiguriert, dass entlang einer ersten Richtung (z.B. entlang der z-Achse) senkrecht zu der Anordnungsebene die mechanische Steckverbindung einen Freiheitsgrad aufweist und entlang einer der ersten Richtung entgegengerichteten zweiten Richtung (z.B. entlang der z- Achse) keinen Freiheitsgrad aufweist. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem die Führungsschienen ein offenes U-Profil aufweisen, sodass durch die offene Seite des U-Profils die entsprechenden Gleitelemente aus den Führungsschienen entnommen werden können.
Alternativ können die Führungsschienen ein geschlossenes O-Profil aufweisen und entsprechend als Bohrung ausgebildet sein. Somit besteht ausschließlich ein Freiheitsgrad entlang der Steckrichtung (zum Beispiel der x-Achse).
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Abdeckungselement vorgesehen werden, welches auf das Trägerelement und/oder das Kopplungselement aufgelegt werden kann, um somit die offenen Aufnahmenuten für die Signalleitungen abzudecken. Das Abdeckungselement kann beispielsweise mechanisch mittels einer Clipverbindung oder mittels einer stofflichen Verbindung befestigt werden. Somit wird ein zusätzlicher Berührungsschutz erreicht.
Mittels der Steckverbindung werden zusätzlich die Freiheitsgrade für solche Bewegungen auf eine Vorzugsrichtung (x-Richtung) reduziert. Wegen der nicht nur in x-Richtung erfolgenden Längenänderungen wird dabei nicht eine rigide Bewegungsbeschränkung in x-Richtung gewählt, sondern ein System mit unterschiedlichen Elastizitätskonstanten (Koordinatenrichtungsabhängig). Dies bedeutet, dass in y- und z-Richtung die Bewegungskompensation mit steiferen Bewegungsmechanismen zwar ermöglicht wird aber nicht bevorzugt wird. In der praktischen Umsetzung bedeutet dies, dass in y- und z- Richtung auf Grund von Materialwahl und Designkonzept ein relativ steifes Verhalten realisiert wird. In x-Richtung wird jedoch ein gleitendes System vorgeschlagen, welches die entstehenden Veränderungskräfte bevorzugt in diese Richtung umlenkt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest der erste Zellverbinder einen ersten Befestigungsabschnitt und einen zweiten Befestigungsabschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt ist zum Befestigen und elektrischen Verbinden eines ersten Batteriepols insbesondere einer ersten Batteriezelle, ausgebildet, und der zweite Befestigungsabschnitt ist zum Befestigen und elektrischen Verbinden eines zweiten Batteriepols, insbesondere einer zweiten Batteriezelle, ausgebildet. Entsprechend kann der zweite Zellverbinder einen entsprechenden ersten und zweiten Befestigungsabschnitt aufweisen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt mittels einer leitfähigen Verbindung miteinander verbunden. Die leitfähige Verbindung kann integral und monolithisch mit dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere kann in einem Stanzprozess der Zellverbinder zusammen mit den Befestigungsabschnitten und der leitfähigen Verbindung hergestellt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die leitfähige Verbindung einen, insbesondere bandförmigen, Leiter auf. Der bandförmige Leiter verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x- Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der Verbindungsstruktur bzw. in den Zellverbindern kommt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Leiter zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der leitenden Verbindung bzw. in den Zellverbindern kommt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System ferner ein elektrisch isolierendes Isolationselement auf, welches insbesondere im Bereich der leitenden Verbindung an zumindest dem ersten Zellverbinder angeordnet ist, um eine elektrische Isolation zwischen dem ersten Zellverbinder und einer der Batteriezellen bereitzustellen. Bei prismatischen Batterien bestehen auch Außenhüllen von Batteriezellen aus leitendem Material (z.B. Alu). Mit der immer höher werdenden Bordspannung (über 200V oder gar über 600V) und der Möglichkeit von Flüssigkühlungen direkt an Zellaußenseite lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Teilumspritzen eine zusätzliche Isolation zwischen Zellverbinder und dem Rand der Batteriezelle realisieren. Insbesondere wenn der Zellverbinder tief, d.h. nahe an der Batteriezelle montiert wird, kann so eine sehr gute Isolation zum leitenden Batteriegehäuse hergestellt werden, welches den normgemäßen Anforderungen entspricht. Auch lässt sich so die normgerechte Luftdistanz von ca. 2 mm, insbesondere ca. 4mm oder mehr im selben Spritgussschritt erreichen.
Der Zellverbinder wird mit anderen Worten zur Batteriezellenaußenseite hin isoliert, wobei diese Isolation eine Spannungsfestigkeit von über 200 V (insbesondere 600V) und/oder eine Leiterdistanz von über 2mm, insbesondere über 4mm zwischen Zellverbinder und Batteriezellenaußenseite herstellt. Ferner kann das Isolationselement integral und monolithisch an das Kopplungselement oder das Trägerelement gekoppelt sein. Das Isolationselement kann im Spritzgussverfahren, insbesondere zusammen mit dem Trägerelement, hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt jeweils eine Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines der Batteriepole auf, wobei der entsprechende Befestigungsabschnitt an der entsprechenden Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement aufweist, welches aus der Anordnungsebene herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols das Klemmelement zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und zumindest einer Seitenwand des ersten Batteriepols bereitstellbar ist. Die Zellverbinder weisen beispielsweise entsprechende Durchgangsöffnungen als Befestigungsabschnitte für einen jeweiligen Batteriepol auf. In einer Durchgangsöffnung kann entsprechend ein Batteriepol fixiert werden, beispielsweise mittels Klemmkräften.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt und/oder der zweite Befestigungsabschnitt weisen an ihren Durchgangsöffnungen einen entsprechenden Klemmabschnitt auf, welcher ein elastisch verformbares Klemmelement aufweist. Das Klemmelement ist insbesondere aus der Anordnungsebene herausgebogen.
Das Klemmelement kann aufgrund seiner Dimensionierung und der Materialauswahl derart konfiguriert werden, dass die Rückstellkraft bzw. Klemmkraft derart groß ist, dass ein Verschieben des Batteriepols in Einsteckrichtung, d. h. senkrecht zu Anordnungsebene, unterbunden wird. Somit ist es nicht notwendig, zusätzliche Befestigungsvorkehrungen, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben, anzuwenden, um eine Fixierung des Batteriepols in der Durchgangsöffnung zu erzielen.
Das Klemmelement kann beispielsweise an die Durchgangsöffnung befestigt werden oder integral mit dem Zellverbinder ausgebildet sein. Der Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt werden. Entsprechend kann das Klemmelement in dem Befestigungsabschnitt derart integral ausgebildet werden, indem das Klemmelement an zumindest drei Kanten von dem Zellverbinder herausgeschnitten wird und an einer Biegekante mit dem Zellverbinder integral befestigt ist. Anschließend kann das Klemmelement aus der Anordnungsebene durch Biegung um die Biegekante herausgebogen werden. Das Klemmelement kann beispielsweise in Richtung einer Batteriezelle aus der Anordnungsebene herausgebogen werden. Alternativ kann das Klemmelement auf eine gegenüberliegende Seite bezüglich der Batteriezelle herausgebogen werden. An einer Seitenwand des Batteriepols, welche der Seitenwand, an welcher das Klemmelement anliegt, gegenüberliegt, kann beispielsweise ein rigides Gegenstück, d. h. ein nicht elastisch verformbarer Anschlag ausgebildet sein, sodass das Klemmelement im Befestigungspol gegen diesen Anschlag drückt und somit eine Klemmverbindung erzeugt. Alternativ kann, wie weiter unten im Detail beschrieben, ein gegenüberliegendes weiteres elastisch verformbares Klemmelement angeordnet werden, sodass der Batteriepol zwischen zwei elastisch verformbaren Klemmelementen eingeklemmt wird.
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements an der Seitenwand des Batteriepols bleibt insbesondere die freie Stirnfläche bzw. Oberfläche des Batteriepols frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an ein angekoppeltes Kühlsystem, ermöglicht wird.
Die gebogenen seitlichen Kontaktierungszonen bzw. Kontaktelemente sind derart gestaltet, dass die Erhitzung der Übergangswiderstand bei der maximalen Stromstärke genügend klein gehalten wird und dies zu keinen störenden korrosiven Erscheinungen im Übergang zwischen den Kontakten führt. Optional kann die Oberseite des Zellverbinders nach der Kontaktierung mit einem zusätzlichen Coating versehen werden, welches bei Mikrorissen an den Biegestellen ein weiteres Fortschreiten der Korrosion verhindert und auch Oberflächenunebenheiten für die thermische Ankoppelung ausgleicht.
Die beschriebene erfindungsgemäße Klemmverbindung erlaubt somit die Herstellung von Zellverbindern, welche einen nur kleinen Spannungsabfall im hohen Belastungsbereich haben. So werden bei geeigneter Materialwahl und entsprechend sorgfältiger Konstruktion Spannungsabfälle über den Zellverbindern bei einer Belastung von IC von weniger als 0.5 V, insbesondere weniger als 0.2 V, und in besonderen Fällen weniger als 0.1 V erreicht. Eine 10 minütige Strombelastbarkeit der Zellverbinder liegt bei über 30A, insbesondere über 50 A, weiter insbesondere über 90A, noch weiter insbesondere über 170 A.
Nebst den bereits erwähnten Vorteilen erlaubt die erfindungsgemäße Klemmverbindung konstruktionsbedingt ein einfaches Lösen von Zellverbindern im Service- oder Recyclingfall. Entweder durch die Verwendung von Entlastungsmechanismen, durch mechanische Kräfte oder durch Aufschneiden des Zellverbinders lässt sich der Zellverbinder ohne schädigende Belastung der Batterie wieder entfernen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden die Federkräfte bzw. die Klemmkraft der Klemmelemente bei der Klemmverbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol grösser oder deutlich grösser konzipiert, als die durch die Dehnkompensation entstehenden Zugkräfte auf die Polverbindung. Dadurch wird verhindert, dass die Hochstromverbindungen gelöst und allfällige Kaltverschweißungen durch das Dehnungsverhalten der Zellverbinder bzw. der Batteriezellen aufgerissen werden. Das Klemmelement kann dabei derart konfiguriert werden, dass die Klemmkraft doppelt oder mehr als das fünffache größer ist als Zugkräfte der Dehnungskompensation der Batteriezellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Kontaktzone zwischen Zellverbinder und Batteriepol strukturiert. Dies erhöht den punktuellen Druck während der Montage und reißt bei einem Aufschiebeprozess des Zellverbinders über dem Batteriepol allfällige Oxydschichten auf, wodurch die Bildung einer Kaltverschweißung begünstigt wird. Derselbe Effekt kann auch durch einen Zellverbinder erreicht werden, welcher mehrere Blechlagen aufweist, wobei dann die Kontaktierung derart ausgestaltet ist, dass die Blechenden scharfkantig auf die Oberfläche des Batteriepols auftreffen und so die erwähnte Kontaktierungsverbesserung erreichen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Klemmverbindung derart ausgebildet, dass das elastisch verformbare Klemmelement steifer ausgebildet ist als die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einer relativen Bewegung zwischen den Befestigungsabschnitten, welche von dem Leiter aufgrund seiner Verformbarkeit nicht unterbunden werden, die Klemmverbindung, d. h. insbesondere die in Bezug auf den Leiter steifer ausgebildeten Klemmelemente, sich nicht löst.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor auf, welcher auf dem ersten Zellverbinder oder auf dem zweiten Zellverbinder angeordnet ist bzw. in diesem integriert ist. Der Sensor ist insbesondere an eine der Signalleitungen gekoppelt, um Signale zu empfangen oder weiterzugeben. Somit weist das System eine integrierte Zustandskontrolle des Systems selbst oder der angeschlossenen Batteriezellen auf.
Der Sensor kann beispielsweise fest auf einem Zellverbinder befestigt werden. Insbesondere, da das Verbindungssystem und die Steckverbindung zum Beispiel über Gleitkomponenten oder mäandrierte Verbindungsmechanismen eine Ausdehnung der Batteriezellen abfängt ist es möglich zum Beispiel einen Temperatursensor thermisch besser mit einer Einzelzelle zu koppeln. Dies erlaubt eine präzisere, zuverlässigere und langzeitstabile Temperaturmessung als bei einer normalen druckbasierenden (reibenden) Ankoppelung des Thermoelementes an die Batteriezelle. Die Kontaktierung dieses Sensors kann wiederum über das erfindungsgemäße Konzept der Sensorleitungen erfolgen. Derselbe Mechanismus gilt auch für die Ankoppelung von anderen Sensoren an eine einzelne Batteriezelle, beispielsweise auch mit lokaler Intelligenz (z.B. Bussysteme zur Sensordatenübertragung, aktives Lade/Lastbalancing).
Das Trägerelement kann ebenfalls zusätzliche elektrische Sensoren (z.B. Wärmesensor) und/oder elektronische Komponenten (z.B. lokale Intelligenz oder aktive Lade-/Lastbalancierung) integrieren.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Signalleitung einen U-förmigen Abschnitt auf, wobei das Trägerelement eine Zugentlastungsstruktur aufweist. Die Zugentlastungsstruktur ist derart ausgebildet, dass die Zugentlastungsstruktur in den U-förmigen Abschnitt eingreift, um die Signalleitung zu fixieren. Die Zugentlastungsstruktur bildet beispielsweise einen Vorsprung aus dem Trägerelement entlang einer ersten Richtung aus, welcher in den U-förmigen Abschnitt der Signalleitung eingreift. Somit kann beispielsweise bei einer Zugkraft senkrecht zu der ersten Richtung der U-förmige Abschnitt gegen den Vorsprung gedrückt werden, sodass der Vorsprung unterstützend wirkt und eine Zugentlastung bewirkt.
Die Zugentlastungsstruktur ist insbesondere integral mit dem Trägerelement ausgebildet und wird beispielsweise in einem Herstellschritt, insbesondere mittels Spritzgießens, zusammen mit dem Trägerelement hergestellt.
Die Signalleitung kann beispielsweise in die Zugentlastungsstruktur montiert bzw. eingelegt werden. Insbesondere kann eine Klemmverbindung zwischen dem Vorsprung der Zugentlastungsstruktur und dem U-förmigen Abschnitt vorgesehen werden, indem beispielsweise der U-förmige Abschnitt der Signalleitung auf den Vorsprung eingeklippt wird. Ferner kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform das Trägerelement und/oder das Kopplungselement extern aufgebrachte oder integrierte Kühlleitungen, durch welche ein Kühlmedium durchfließen kann, aufweisen. Beispielsweise sind die Kühlleitungen an einen externen Kühlmechanismus verbunden. Der Kühlmechanismus kann beispielsweise den unten beschriebenen Kühlkörper aufweisen, welcher in thermischen Kontakt mit den Zellverbindern und ferner insbesondere in direktem Kontakt mit den Batteriepolen ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Batteriemoduls weist zumindest einer der ersten Batteriepole eine freie Poloberfläche auf. Der erste Batteriepol ragt von einem Grundkörper einer Batteriezelle hervor, wobei der erste Batteriepol in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper der Batteriezelle gerichtete erste Oberfläche des ersten Zellverbinders näher an dem Grundkörper vorliegt als die Poloberfläche. Insbesondere der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet, dass die Poloberfläche koplanar mit einer, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des ersten Zellverbinders ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitstellbar ist. Die Koppelfläche erstreckt sich und liegt beispielsweise innerhalb der Anordnungsebene. Somit wird eine homogene Koppelfläche gebildet, an welcher in einfacher Art und Weise externe Komponenten, wie beispielsweise der unten beschriebene Kühlkörper, angeordnet werden können, sodass ein großer Flächenkontakt zwischen der Poloberfläche und dem Zellverbinder einerseits und der externen Komponente andererseits bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Batteriemodul einen Kühlkörper eines Kühlsystems auf, welcher auf der Poloberfläche zur thermischen Kopplung angeordnet ist. Der Kühlkörper liegt insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung auf. Der Kühlkörper kann beispielsweise Kühlleitungen aufweisen, welche mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem flüssigen Fluid, durchströmt wird. Die Kühlleitungen des Kühlkörpers können beispielsweise mit Kühlleitungen, welche in dem Trägerelement und/oder dem Kopplungselemente integriert sind, gekoppelt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste Befestigungsabschnitt an den ersten Batteriepol und/oder der zweite Befestigungsabschnitt an den zweiten Batteriepol angeschweißt. Dadurch können beispielsweise gegenüber einer ausschließlichen Klemmverbindung höhere Ströme übertragen werden. Die erfindungsgemäße Klemmverbindung ermöglicht beispielsweise zunächst in einem ersten Montageschritt eine kraftneutrale Positionierung der Zellverbinder an den Batteriezellen. Somit kann in einem zweiten Schritt beispielsweise aufgrund der exakten Positionierung eine robuste und positionsgenaue Schweißung durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Anordnung zur Herstellung eines oben beschriebenen Systems bereitgestellt. Die Anordnung weist ein flexibles, insbesondere aufrollbares Trägerband und eine Vielzahl von Kopplungselementen (oder Trägerelementen) auf, welche lösbar, insbesondere mittels einer Klebeverbindung, an dem Trägerband temporär befestigt sind. Die Kopplungselemente sind derart ausgebildet, dass entsprechend ein Kopplungselement mit dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene, anordbar sind, sodass entlang der Anordnungsrichtung das erste Trägerelement, das Kopplungselement und das zweite Trägerelement nacheinander angeordnet sind. Mit der Anordnung kann eine zügige Herstellung der Kopplungselemente zwischen den Trägerabschnitten bereitgestellt werden, indem die Kopplungselemente in einem definierten Abstand bereits auf dem aufgerollten Trägerband angeordnet sind. Die Anordnung ist beispielsweise als Tape ausgebildet und bildet somit ein Zwischenprodukt aus. Tape im Sinne einer ,reeled production' bedeutet, dass einer der Komponententräger, d. h. das Trägerelement und/oder das Kopplungselement, entweder auf einem Transport- oder Trägerband temporär befestigt ist oder bereits als Endlosprodukt hergestellt wird, dann mit dem anderen Komponententräger (d. h. dem Trägerelement und/oder dem Kopplungselement) assembliert und auf eine Trommel aufgewickelt wird. Dies erlaubt eine effiziente automatische Fertigung im nachgelagerten Schritt der Aufbringung auf die Batteriezellen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das bereichsweise Einbetten der Zellverbinder in das Trägerelement mittels Umspritzung eines Materials des Trägerelements, insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens, durchgeführt. Beispielsweise werden die Zellverbinder zueinander positioniert und im Anschluss mit einem Material des Trägerelements umgossen bzw. umspritzt. Nach Verfestigung des Materials des Trägerelements wird somit eine robuste tragende Struktur gebildet.
Alternativ kann das Trägerelement und/oder das Kopplungselement mit additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels 3D Druck hergestellt werden. Ferner alternativ kann beispielsweise in das Trägerelement entsprechend ein Schlitz eingefräst oder eingeschnitten werden, wobei in dem Schlitz der entsprechende Zellverbinder befestigt werden kann. Die Befestigung wird beispielsweise durch eine Klemmwirkung oder zusätzlich durch eine stoffliche Verbindung sichergestellt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens weist das Trägerelement einen ersten Trägerabschnitt auf, welcher den ersten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt auf, welcher den zweiten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet. Der erste Trägerabschnitt und der zweite Trägerabschnitt sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur verbunden. Der erste Trägerabschnitt oder der zweite Trägerabschnitt weist zumindest eine Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung auf.
Gemäß dem Verfahren wird das Befestigen der Signalleitung in der Aufnahmenut und insbesondere das Kontaktieren der Signalleitung mit einem der ersten oder zweiten Zellverbinder vor einer Montage des ersten Zellverbinders und/oder des zweiten Zellverbinders an einem der Batteriepole durchgeführt. Somit kann bereits vor der Montage des Systems auf den Batteriepolen eine fertige und robuste Struktur gebildet werden, welche einfach handhabbar ist. Ferner können umfassende Systemtests des Systems vor der Montage auf dem Batteriepol durchgeführt werden.
Zusammenfassend kann mit der vorliegenden Erfindung, in welcher die Zellverbinder ausschließlich bereichsweise in einem Trägerelement (beispielsweise im Spritzgussverfahren) eingebettet sind, die folgenden Anforderungen realisiert werden:
Freiliegende Zellverbinder in der Zone der Befestigungsbereiche der Anschlusspole
Zusätzliche Isolation zur Batteriezelle hin
Zumindest teilweise Einbettung damit die Haftung Zellverbinder trägerelement (d.h. Leiter-Isolator) nebst der klebenden Haftung auch durch mechanische Klemmmechanismen unterstützt wird.
Offenlassen der Zellverbinder in Richtung , Batterie abgewandt', damit dort eine gute Wärmeableitung erfolgen kann
Potentialshielding in Richtung möglicher Zonen hoher Feldstärken durch das Trägerelement, welches in solchen Zonen lediglich am Leiter anhaften (oder gar nur aufliegen und die Potentialspitzen brechen) muss, die mechanische Langzeitanbindung kann durch die Zone erfolgen, in welcher der Leiter vom Isolator eingebettet (und damit sicher mechanisch verankert) ist.
Umhüllen von scharfkantigen Stanzkanten der Zellverbinder durch das Trägerelement.
Um Kosten einzusparen können konventionelle Kabelbäume durch gestanzte Leitersysteme bzw. Zellverbinder ersetzt werden. Insbesondere wenn diese gestanzten Leitersysteme bzw. Zellverbinder ohne zusätzliche Biegeprozesse belastet sind (außer allenfalls für die Kontaktierung der Sensorleitungen in einem sehr kleinen Bereich), entsteht durch die inhärente Materialspannung (eines ursprünglich flachen Bleches), ein in verschiedene Koordinatenrichtungen stabiles System für die automatische Fertigung. Diese Einzelelemente bzw. Zellverbinder lassen sich dann in einem nächsten Schritt in isolierende Kunststoffe, d.h. mit dem Trägerelement, einbetten, was die konventionellen Isolierungen von bekannten Kabelbäumen überflüssig macht und zusätzlich (z.B. durch geeignete Positionierhilfen im Zellenverbinder oder im Trägerelement) eine automatisierte Fertigung ermöglichen oder zumindest unterstützen. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere das Umspritzen dieser gestanzten Leiter bzw. Zellverbinder ein geeigneter Prozess ist, welcher sich auch problemlos mittels Kunststoffspritzgussmaschinen in hohen Volumina automatisch fertigen lässt.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden.
Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen mit einem Versteifungselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Kopplungselementen mit Signalleitungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer mechanischen Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Zellverbinders mit einem Isolationselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Trägerbands für Kopplungselemente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführunqsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden von Batteriepolen 101, 102 eines Batteriemoduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Fig.2 verdeutlicht in einer Schrittdarstellung die Einbettung des Zellverbinders 110 des Systems 100 aus Fig. 1.
Das System 100 weist einen ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinder 110, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen 101, 102 ausgebildet ist, und einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder 120, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen 101, 102 ausgebildet ist, auf. Ferner weist das System 100 ein elektrisch isolierendes Trägerelement 130 auf, an welchem der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 befestigt sind, um mittels des Trägerelements 130 eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder 110 und den zweiten Zellverbinder 120 bereitzustellen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders 110 und des zweiten Zellverbinders 120 an dem Trägerelement 130 der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 ausschließlich mit einem eingebetteten Bereich 104 in das Trägerelement 130 eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders 110 und des zweiten Zellverbinders 120 frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement 130 sind. Eine Signalleitung 105 ist zumindest mit einem der ersten und zweiten Zellverbinder 120 gekoppelt.
Der elektrisch leitfähige Zellverbinder 110 ist mit einem ersten Befestigungsabschnitt 111 und einem zweiten Befestigungsabschnitt 112 ausgebildet, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des ersten Batteriepols 101 aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen des zweiten Batteriepols 102 aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene 201 (siehe Fig. 2) angeordnet, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt 160 mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement 161 aufweist, welches aus der Anordnungsebene 201 (in Richtung Batteriezelle 151) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols 101 das Klemmelement 161 zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 111 und zumindest einer Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 bereitstellbar ist.
Das Batteriemodul 150 definiert eine Baugruppe, welche mehrere prismatische Batteriezellen 151 zusammenfasst, sowie zumindest mittels der Zellverbinder 110, 120 eine elektrische Serienschaltung oder Parallelschaltung der Batteriezellen 151 erreicht wird. Die einzelnen Batteriezellen 151 sind z.B. entlang einer Raumrichtung (x-Achse) nebeneinander angeordnet. Jede Batteriezelle 151 weist insbesondere zwei Batteriepole 101, 102, jeweils einen + Pol 102 und einen - Pol 101, auf. Die benachbarte zweite Batteriezelle 151 weist entsprechend ebenfalls zwei Batteriepole 101, 102 auf. Die Zellverbinder 110, 120 werden eingesetzt, um den + Pol (bzw. - Pol) 101, 102 einer Batteriezelle 151 mit dem entsprechenden - Pol (bzw. + Pol) 101, 102 der benachbarten Batteriezelle 151 zu verbinden.
Das Trägermaterial des Trägerelements 130 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise einem (insbesondere spritzgussfähigem) Kunststoffmaterial. An dem Trägermaterial 130 ist der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 befestigt. Das Trägermaterial ist derart fest mit dem ersten Zellverbinder 110 und dem zweiten Zellverbinder 120 verbunden, dass zusammen eine selbsttragende Einheit geschaffen wird.
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 teilweise in einem eingebetteten Bereich 104 in das Trägerelement 130 eingebettet. Unter dem Begriff „Ein betten" wird im Folgenden verstanden, dass die Zellverbinder 110, 120 zumindest teilweise von dem Material des Trägerelements 130 umgeben sind, sodass das Trägermaterial den Zellverbinder 110, 120 zumindest teilweise umschließt.
Wie in Fig. 2 dargestellt weist das Trägermaterial 130 beispielsweise einen Aufnahmeschlitz auf, in welchem ein Bereich des Zellverbinders 110, 120 vorliegt, sodass das Trägermaterial zwei gegenüberliegende Oberflächen 206, 207 und die die Oberflächen verbindende Stirnseite des Zellverbinders 110, 120 umschließt und entsprechend eingebettet. Bevorzugt wird eine entsprechende Einbettung in einem Spritzgussverfahren umgesetzt. Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder 110, 120 die Kontaktbereiche insbesondere in den entsprechenden Durchgangsöffnungen, in welchen die Batteriepole 101, 102 eingesteckt werden können, frei von einer Überdeckung des Trägermaterials des Trägerelements 130, um eine elektrische Kontaktfähigkeit bereitzustellen.
Trägerabschnitte 131, 132 des Trägerelements 130 sind dabei beispielsweise mit einem U-förmigen Abschnitt bzw. eingebetteten Bereich 104 ausgebildet, in welchem die Zellverbinder 110, 120 eingebettet sind. Somit wird nur ein geringer Oberflächenbereich, beispielsweise zwischen 10 % und 30 % einer Gesamtfläche eines Zellverbinders 110, 120, mit dem Trägerelement 130 abgedeckt und eingebettet.
Zudem wird eine Signalleitung 105 an den ersten Zellverbinder 110 oder den zweiten Zellverbinder 120 gekoppelt. Die Signalleitung 105 ist dabei an dem entsprechenden Zellverbinder 110, 120 befestigt und kann ferner elektrisch leitend an den Zellverbinder 110, 120 angeordnet sein.
Der erste Zellverbinder 110, der zweite Zellverbinder 120 und das Trägerelement 130 sind innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene 201 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder 110, 120 und das Trägerelement 130 nebeneinander innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene 201 angeordnet.
Der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 bilden ausgestanzte Flachkomponenten aus.
Der erste Trägerabschnitt 131 und der zweite Trägerabschnitt 132 sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur 103 verbunden. Der erste Trägerabschnitt 131, der zweite Trägerabschnitt 132 und die Verbindungsstruktur 103 bilden eine selbsttragende Einheit. Die Verbindungsstruktur 103 ist zum Ausgleich einer Abstandsänderung (insbesondere entlang der x-Achse) zwischen dem ersten Zellverbinder 110 und dem zweiten Zellverbinder 120 verformbar ausgebildet. Die Verbindungsstruktur 103 besteht aus einem elastisch verformbaren Material, um eine entsprechende Abstandsänderung zwischen zwei Zellverbindern 110, 120 auszugleichen, ohne zu brechen. Dabei kann die Verbindungsstruktur 103 derart ausgebildet werden, dass entlang einer vorbestimmten Raumrichtung eine elastische Verformung möglich ist. Entlang einer ersten Raumrichtung (zum Beispiel x-Achse) werden die einzelnen Batteriezellen 151 nebeneinander angeordnet und entsprechend mit den Zellverbindern 110, 120 verbunden.
Eine zur ersten Raumrichtung orthogonale zweite Raumrichtung (zum Beispiel y-Achse) beschreibt eine Erstreckung der Batteriezelle in der Anordnungsebene 201. Eine dritte Raumrichtung (z-Achse), welche beispielsweise parallel zu der Normalen der Anordnungsebene 201 ist und entlang welcher sich die Batteriepole 101, 102 von einem Zellverbinder 110, 120 erstrecken, steht insbesondere orthogonal zu der ersten Raumrichtung (x- Achse) und der zweiten Raumrichtung (y-Achse).
Die Verbindungsstruktur 103 weist einen schleifenförmigen, kurvenförmigen bzw. wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Der Verlauf der Verbindungsstruktur 103 verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene 201, in welcher ebenfalls der erste Zellverbinder 110 und der zweite Zellverbinder 120 angeordnet sind. Der Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x- Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der Verbindungsstruktur 102 bzw. in den Zellverbindern 110, 120 kommt. Zur temporären Versteifung des ersten Trägerabschnitts 131 oder des zweiten Trägerabschnitts 132 ist ein Versteifungselement 109 lösbar befestigbar. Das Versteifungselement 109 führt dazu, dass während der Montage des Systems 100 an Batteriepolen 101, 102 die Zellverbinder 110, 120 und das Trägerelement 130 versteift und somit robuster sind, sodass die Handhabung insbesondere mittels automatisierter Werkzeuge einfacher ist und zu weniger Schäden an dem System 100 während der Montage führt.
Beispielsweise kann entlang der Anordnungsebene 201 ein Verstärkungsbalken 109 an dem Trägerelement 130 befestigt werden, um eine Versteifung herbeizuführen. Nachdem das System 100 an den Batteriepolen 101, 102 befestigt ist, kann der Verstärkungsbalken 109 entfernt werden. Insbesondere kann hierzu eine Sollbruchstelle zwischen dem Trägerelement 130 einerseits und dem Verstärkungsbalken 109 andererseits vorgesehen werden, sodass ein einfaches Entfernen mittels Wegbrechens des Verstärkungsbalkens 109 vorgesehen werden kann. Das Verstärkungselement 109 führt insbesondere zu einer Versteifung des Systems in x-Richtung.
Der erste Trägerabschnitt 131 und/oder der zweite Trägerabschnitt 132 weisen mehrere Aufnahmenuten 202 zum Aufnehmen von Signalleitungen 105 auf. Somit erhält das Trägerelement 130 die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung 105.
Ferner weist die Signalleitung 105 einen mäanderförmigen Verlauf mit einem U-förmigen Abschnitt auf, wobei das Trägerelement 130 eine Zugentlastungsstruktur 113 aufweist. Die Zugentlastungsstruktur 113 ist derart ausgebildet, dass die Zugentlastungsstruktur 113 in den U-förmigen Abschnitt eingreift, um die Signalleitung 105 zu fixieren. Die Zugentlastungsstruktur 113 bildet beispielsweise einen Vorsprung aus dem Trägerelement 130 entlang einer ersten Richtung (zum Beispiel y-Richtung) aus, welcher in den U-förmigen Abschnitt der Signalleitung 105 eingreift. Somit kann beispielsweise bei einer Zugkraft senkrecht zu der ersten Richtung (zum Beispiel in x-Richtung) der U-förmige Abschnitt gegen den Vorsprung gedrückt werden, sodass der Vorsprung eine Zugentlastung bewirkt.
Das System 100 weist ferner ein Kopplungselement 140 auf, welches zwischen dem ersten Trägerabschnitt 131 und dem zweiten Trägerabschnitt 132, insbesondere lösbar, befestigt ist. Das Kopplungselement 140 ist mit dem ersten Trägerabschnitt 131 und dem zweiten Trägerabschnitt 131 entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene 201, angeordnet, sodass entlang der Anordnungsrichtung (x-Richtung) das erste Trägerelement 130, das Kopplungselement 140 und das zweite Trägerelement 130 nacheinander angeordnet sind. Das Kopplungselement 140 koppelt dabei z.B. den ersten Trägerabschnitt 131 und den zweiten Trägerabschnitt 132 eines Trägerelements 130 oder einen ersten Trägerabschnitt 131 eines ersten Trägerelements 130 mit einem zweiten Trägerabschnitt 132 eines zweiten Trägerelement 130, sodass eine robustere Struktur des Systems 100 bereitgestellt wird.
Das Kopplungselement 140 weist eine weitere Aufnahmenut (zum Beispiel eine offene Nut oder eine als Bohrung ausgebildete geschlossene Nut) zum Aufnehmen der Signalleitung 105 auf.
Das Kopplungselement 140 weist ferner beispielsweise eine elektrische Steckervorrichtung 141 auf zum Koppeln einer Signalkomponente, insbesondere einer weiteren Signalleitung. Die elektrische Steckervorrichtung 141 ist insbesondere als Steckerbuchse ausgebildet.
Der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 sind mittels einer leitfähigen Verbindung 106 miteinander verbunden. Die leitfähigen Verbindung 106 kann integral und monolithisch mit dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 111, 112 ausgebildet sein. Insbesondere kann in einem Stanzprozess der Zellverbinder 110, 120 zusammen mit den Befestigungsabschnitten 111, 112 und der leitfähigen Verbindung 106 hergestellt werden.
Die leitfähige Verbindung 106 ist als bandförmiger Leiter ausgebildet. Der bandförmige Leiter verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene 201, in welcher ebenfalls der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 angeordnet sind. Der Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z- Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der leitfähigen Verbindung 106 bzw. in den Zellverbindern 110, 120 kommt. Der Leiter 106 weist zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 111 und dem zweiten Befestigungsabschnitt 112 einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt 111 und der zweite Befestigungsabschnitt 112 weisen an ihren rechteckigen Durchgangsöffnungen den entsprechenden Klemmabschnitt 160 auf, welcher in der beispielhaften Ausführungsform vier gegenüberliegende elastisch verformbare Klemmelemente 161 aufweist. Wie in Fig. 2 zu erkennen, sind die Klemmelemente 161 aus der Anordnungsebene 201 herausgebogen.
Die Klemmelemente 161 können aufgrund ihrer Dimensionierung und der Materialauswahl derart konfiguriert werden, dass die Rückstellkraft bzw. Klemmkraft derart groß ist, dass ein Verschieben des Batteriepols 101, 102 in Einsteckrichtung (in z-Richtung), d. h. senkrecht zu Anordnungsebene 201, unterbunden wird. Die Klemmkräfte der Klemmelemente 161 werden dabei derart konfiguriert, dass die Klemmkraft an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 203 eines Batteriepols 101, 102 ungefähr gleich ist. So entsteht eine kräfteneutrale und dadurch weitgehend verzugslose Verbindung zwischen Zellverbinder 110, 120 und Batteriepol 101, 102.
Entsprechend kann der Klemmabschnitt weitere elastisch verformbare Klemmelemente 161 aufweisen, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene 201 herausgebogen sind, so dass der Batteriepol 101, 102 zwischen die Klemmelemente 161 einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den Batteriepol 101, 102 bereitstellbar ist.
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements 161 an der Seitenwand 203 des Batteriepols 101, 102 bleibt insbesondere die freie Stirnfläche bzw. Poloberfläche 204 des Batteriepols 101, 102 frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an einen angekoppelten Kühlkörper 208 eines Kühlsystems, ermöglicht wird.
Ferner weist das System 100 einen Sensor 107, insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor auf, welcher auf dem ersten Zellverbinder 110 oder auf dem zweiten Zellverbinder 120 angeordnet ist bzw. in diesem integriert ist. Der Sensor 107 ist insbesondere an eine der Signalleitungen 105 gekoppelt, um Signale zu empfangen oder weiterzugeben.
Wie in Fig. 2 verdeutlicht wird, weist der Batteriepol 101, 102 eine freie Poloberfläche 204 auf. Der erste Batteriepol 101 ragt z.B. von einem Grundkörper 205 einer Batteriezelle 151 hervor, wobei der erste Batteriepol 101 in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper 205 der Batteriezelle 151 gerichtete erste Oberfläche 206 des ersten Zellverbinders 110 näher an dem Grundkörper 205 vorliegt als die Poloberfläche 204.
Insbesondere der erste Batteriepol 101 ist in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet, dass die Poloberfläche 204 koplanar mit einer, der ersten Oberfläche 206 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 207 des ersten Zellverbinders 110 ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitstellbar ist. Die Koppelfläche erstreckt sich und liegt beispielsweise innerhalb der Anordnungsebene 201. Somit wird eine homogene Koppelfläche gebildet, an welcher in einfacher Art und Weise externe Komponenten, wie beispielsweise der Kühlkörper 208, angeordnet werden können, sodass ein großer Flächenkontakt zwischen der Poloberfläche 204 und dem Zellverbinder 110 einerseits und der externen Komponente andererseits bereitgestellt wird.
Der Kühlkörper 208 liegt insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung auf. Der Kühlkörper 208 kann beispielsweise Kühlleitungen 209 aufweisen, welche mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem flüssigen Fluid, durchströmt wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden von Batteriepolen 101, 102 mit einem Versteifungselement 109 vor dem Befestigen an entsprechenden BatteriepolenlOl, 102.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung von Kopplungselementen 140 mit Signalleitungen 105 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Signalleitungen 105 sind dabei in entsprechenden Aufnahmenuten der Kopplungselemente 140 angeordnet. Ferner sind Sensoren 107 an einem Ende von entsprechenden Signalleitungen 105 angeordnet. Die Anordnung in Fig. 4 kann beispielsweise vorgefertigt werden und auf einem entsprechenden Trägerband 901 (siehe Fig. 9) aufgerollt werden. Parallel zur Herstellung der in Fig. 4 dargestellten Anordnung können beispielsweise die Zellverbinder 110, 120 zusammen mit dem Trägerelement 130 hergestellt werden. Zunächst werden dabei beispielsweise die Zellverbinder 110, 120 gestanzt und anschließend mit dem Trägerelement 130 im Rahmen eines Spritzgussverfahrens eingebettet. Zugleich kann im Spritzgussverfahren ebenfalls das Versteifungselement 109 an dem Trägerelement 130 angeordnet werden.
Vor Montage an einem Batteriemodul 150 können die in Fig. 4 dargestellte Anordnung bestehend aus den Kopplungselementen 140 zusammen mit den Signalleitungen 105 und Sensoren 107 an die Trägerelemente 130 gemäß der Anordnung aus Fig. 3 befestigt werden. Das so hergestellte System 100 ist mit dem Versteifungselement 109 verstärkt und kann somit in robuster Art und Weise auf eine Vielzahl von Batteriepolen 101, 102 von Batteriezellen 151 eines Batteriemoduls 150 in einem Verfahrensschritt befestigt werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Kopplungselement 140 weist mit einem Trägerelement 131, 132 eine mechanische Steckverbindung auf, wobei die mechanische Steckverbindung mit zumindest einer Führungsschiene 502 und einem komplementären, in die Führungsschiene 502 steckbaren Gleitelement 501 ausgebildet ist. Die Führungsschiene 502 und das komplementäre Gleitelement 501 (zum Beispiel ein Gleitstift) erstrecken sich insbesondere entlang einer Gleitrichtung, beispielsweise der x-Achse, entlang welcher Ausdehnungskompensationen gewünscht sind. Das Kopplungselement 140 ist mit den Trägerabschnitten 131, 132 entlang einer Steckrichtung somit gleitend gelagert.
Ein entsprechender Trägerabschnitt 131, 132 kann beispielsweise eine Vielzahl von in x-Richtung hervorragenden Gleitelementen 501 aufweisen und zwischen den Gleitelementen 501 entsprechende Nuten, welche als Führungsschienen 502 fungieren. Das Kopplungselement 140 weist entsprechende komplementäre Nuten und hervorragende Gleitelemente 501 auf, sodass eine entsprechende Steckkopplung zwischen den Kopplungselementen 140 und den Trägerabschnitten 131, 132 umgesetzt wird.
Die mechanische Steckverbindung ist ferner derart konfiguriert, dass entlang einer Richtung (z.B. entlang der z-Achse) senkrecht zur Anordnungsebene 201 die mechanische Steckverbindung einen Freiheitsgrad aufweist und entlang einer der Richtung entgegengerichteten Richtung (z.B. entlang der z-Achse) keinen Freiheitsgrad aufweist. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem die Führungsschienen 502 ein offenes U-Profil aufweisen, sodass durch die offene Seite des U-Profils die entsprechenden Gleitelemente 501 aus den Führungsschienen 502 entnommen werden können.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 zum Verbinden einer Vielzahl von Batteriezellen 151 eines Batteriemoduls 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Es wird deutlich, dass eine Vielzahl von Batteriezellen 151, welche insbesondere entlang einer Anordnungsrichtung (zum Beispiel x- Achse) angeordnet sind, vorgesehen werden können. Ferner können beispielsweise auch parallel geschaltete Batteriezellen 151 angeordnet werden. Das System 100 kann ferner an Randbereichen einen ersten Systemkontakt 601 und einen zweiten Systemkontakt 602 aufweisen, an welchen die entsprechende Batterieleistung des Batteriemoduls 150 entnommen werden kann.
In Fig. 6 werden insbesondere zwei Reihen von Zellverbinder 110, 120 gezeigt. Diese können in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zudem mittels elektrisch isolierender Rahmenelemente 603, 604 verstärkt werden, um einen robusten Träger- bzw. Montagerahmen zu bilden. Die Rahmenelenente 603 sind beispielsweise an den Trägerabschnitten 131 befestigt, um eine versteifende Rahmenstruktur mit beiden gegenüberliegenden Reihen von Zellverbindern 110, 120 zu schaffen. Ferner können alternativ oder zusätzlich weitere Rahmenelemente 604 angeordnet werden, welche an den Verbindungsstrukturen 103 der gegenüberliegenden Zellverbinder 110, 120 befestigt sind. Die Rahmenelemente 603, 604 können in einem gemeinsamen Spritzgussverfahren zusammen mit den Trägerelementen 130 hergestellt werden. Entsprechend können die Rahmenelemente 603, 604 aus demselben Material wie die Trägerelemente 130 hergestellt werden. Alternativ können die Rahmenelemente 603, 604 aus einem unterschiedlichen Material wie die Trägerelemente 130 hergestellt werden.
Somit wird eine robuste und selbstragende Rahmenstruktur gebildet, mit welcher zwei oder mehr Reihen von Batteriepolen 101, 102 in einem Montageschritt mit den Zellverbindern 110, 120 elektrisch und mechanisch gekoppelt werden können.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders 110 an einen Batteriepol 101 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Klemmelemente 161 weisen jeweils einen Biegeabschnitt 162 und einen Kontaktabschnitt 163 auf, wobei der Biegeabschnitt 162 mit dem ersten Befestigungsabschnitt 111 integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene 201 aufweist. Der Biegeabschnitt 162 ist mit dem Kontaktabschnitt 163 integral verbunden. Der Kontaktabschnitt 163 weist eine Klemmfläche auf, welche mit der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 kraftübertragend koppelbar ist. Je größer die Klemmfläche, desto besser kann Strom zwischen dem Klemmelement 161 und dem Batteriepol 101 übertragen werden. Der Kontaktabschnitt 163 ist derart ausgebildet, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts 163 im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft. Das Klemmelement 161 weist einen Endabschnitt 164 mit einem freien Ende auf, wobei der Kontaktabschnitt 163 zwischen dem Biegeabschnitt 162 und dem Endabschnitt 164 angeordnet ist. Der Endabschnitt 164 verläuft gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts 163 derart, dass der Endabschnitt 164 kontaktfrei zu der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 kraftübertragend gekoppelt ist.
Da das freie Ende von der Seitenwand 203 weggebogen ist, können beispielsweise Montagehilfsmittel einfacher das Klemmelement 161 an dem freien Ende greifen und wegbewegen, um entsprechend eine Montagehilfe zu geben.
Ferner kann ein Spannring 165 um die Klemmelemente 161 angeordnet werden, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern. Der Spannring 165 ist insbesondere lösbar um die Klemmelemente 161 verspannt und drückt diese gleichmäßig in die Mitte der Durchgangsöffnung und somit gegen Seitenwände 203 eines eingeschobenen Batteriepols 101.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Zellverbinders 110 mit einem Isolationselement 801 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Isolationselement 801 besteht insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff. Ferner kann das Isolationselement 801 integral und monolithisch an das Kopplungselement 140 oder das Trägerelement 130 gekoppelt sein. Das Isolationselement 801 ist insbesondere an der leitfähigen Verbindung 106 eines Zellverbinders 110 angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement 801 zwischen dem Zellverbinder 110 und dem Grundkörper 205 einer Batteriezelle 105 mit einem ausreichend großen Abstand 802 angeordnet. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines aufrollbaren Trägerbands 901 für Kopplungselemente 140 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Eine Vielzahl von Kopplungselementen 140 (oder auch Trägerelementen 130) sind lösbar, insbesondere mittels einer Klebeverbindung, an dem Trägerband 901 temporär befestigt sind.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders 110 an einen Batteriepol 101, 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Klemmelemente 161 nach außen gebogen. Der Zellverbinder 110 weist beispielsweise die erste Oberfläche 206 auf, welche in Richtung der Batteriezelle 151 gerichtet ist. Die Klemmelemente 161 sind in Richtung einer zweiten Oberfläche 207 des Zellverbinders 110 gebogen, welche der ersten Oberfläche 206 gegenüberliegt. Entsprechend kann beispielsweise der Zellverbinder 110 näher an der Batteriezelle 151 angeordnet werden. Gleichzeitig bilden die Klemmelemente 161 eine ausreichende Klemmfläche mit den entsprechenden Seitenwänden 203 der Batteriepole 101, 102 aus.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Bezuaszeichenliste:
100 System 163 Kontaktabschnitt
101 Batteriepol 164 Endabschnitt
102 Batteriepol 165 Spannring
103 Verbindungsstruktur
104 eingebetteter Bereich 201 Anordnungsebene
105 Signalleitung 202 Aufnahmenut
106 leitfähige Verbindung 203 Seitenwand
107 Sensor 204 Poloberfläche
108 weitere Verbindungsstruktur 205 Grundkörper
109 Versteifungselement 206 erste Oberfläche
110 erster Zellverbinder 207 zweite Oberfläche
111 erster Befestigungsabschnitt 208 Kühlkörper
112 zweiter Befestigungsabschnitt 209 Kühlkanal
113 Zugentlastungsstruktur 120 zweiter Zellverbinder 501 Gleitelement
502 Führungsschiene
130 Trägerelement 601 erster System kontakt
131 erster Trägerabschnitt 602 zweiter Systemkontakt
132 zweiter Trägerabschnitt 603 Rahmenelement
604 weiteres Rahmenelement
140 Kopplungselement 801 Isolationselement
141 Steckervorrichtung 802 Abstand
Grundkörper/Isolationselement
150 Batteriemodul
151 Batteriezelle 901 aufrollbares Trägerband
160 Klemmabschnitt
161 Klemmelement
162 Biegeabschnitt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen (151) eines Batteriemoduls (150), welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, das System (100) aufweisend einen ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110), welcher zum
Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen (101, 102) ausgebildet ist, einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (120), welcher zum
Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist, ein elektrisch isolierendes Trägerelement (130), an weichem der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) befestigt sind, um mittels des Trägerelements (130) eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder (110) und den zweiten Zellverbinder (120) bereitzustellen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) an dem Trägerelement (130) der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausschließlich bereichsweise in das Trägerelement (130) eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement (130) sind, und zumindest eine Signalleitung (105), welche an zumindest einem der ersten und zweiten Zellverbinder (110, 120) gekoppelt ist.
2. System (100) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Zellverbinder (110), der zweite Zellverbinder (120) und das Trägerelement (130) innerhalb einer gemeinsamen Anordnungsebene (201) angeordnet sind.
3. System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausgestanzte Flachkomponenten ausbilden.
4. System (100) gemäß Anspruch 3, wobei der erste Zeilverbinder (110) und/oder der zweite Zellverbinder (120) aus einem, insbesondere mehrlagigen, Blech bestehen.
5. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Trägerelement (130) einen ersten Trägerabschnitt (131) aufweist, welcher den ersten Zellverbinder (110) zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt (132) aufweist, welcher den zweiten Zellverbinder (120) zumindest teilweise einbettet, wobei der erste Trägerabschnitt (131) und der zweite Trägerabschnitt (132) mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur (103) verbunden sind.
6. System (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Verbindungsstruktur (103) zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder (110) und dem zweiten Zellverbinder (120) verformbar ausgebildet ist.
7. System (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Verbindungsstruktur (103) einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf aufweist.
8. System (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zur temporären Versteifung des ersten Trägerabschnitts (131) oder des zweiten Trägerabschnitts (132) ein Versteifungselement (109) lösbar befestigbar ist.
9. System (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei zumindest der erste Trägerabschnitt (131) oder der zweite Trägerabschnitt (132) zumindest eine Aufnahmenut (202) zum Aufnehmen der
Signalleitung (105) aufweist,
10. System (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, ferner aufweisend ein Koppiungselement (140), welches zwischen dem ersten
Trägerabschnitt (131) und dem zweiten Trägerabschnitt (132), insbesondere lösbar, befestigt ist, wobei das Kopplungselement (140) mit dem ersten Trägerabschnitt (131) und dem zweiten Trägerabschnitt (132) entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene (201), angeordnet sind, sodass entlang der Anordnungsrichtung das erste Trägerelement (130), das Kopplungselement (140) und das zweite Trägerelement (130) nacheinander angeordnet sind.
11. System (100) gemäß Anspruch 10, wobei das Kopplungselement (140) eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung (105) aufweist.
12. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Signalleitung (105) eine integrierte Stromsicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, aufweist, wobei die Signalleitung (105) insbesondere mit einem Sicherungsbereich mit einer definierten Querschnittsreduktion derart ausgebildet ist, dass die Querschnittsreduktion die Schmelzsicherung bereitstellt.
13. System (100) gemäß Anspruch 10, wobei das Kopplungselement (140) eine elektrische Steckervorrichtung (141) aufweist zum Koppeln einer Signalkomponente, insbesondere einer weiteren Signalleitung (105).
14. System (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Kopplungselement (140) mit zumindest dem erste Trägerabschnitt
(131) oder dem zweite Trägerabschnitt (132) eine mechanische Steckverbindung aufweist, wobei die mechanische Steckverbindung mit zumindest einer Führungsschiene (502) und einem komplementären, in die Führungsschiene steckbaren Gleitelement (501) ausgebildet ist.
15. System (100) gemäß Anspruch 14, wobei die mechanische Steckverbindung derart ausgebildet ist, dass das Kopplungselement (140) mit zumindest dem ersten Trägerabschnitt (131) oder dem zweiten Trägerabschnitt (132) entlang einer Steckrichtung gleitend gelagert sind.
16. System (100) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die mechanische Steckverbindung derart konfiguriert ist, dass eine Steckrichtung der Steckverbindung parallel zur Anordnungsrichtung ausgebildet ist.
17. System (100) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die mechanische Steckverbindung ferner derart konfiguriert ist, dass entlang einer ersten Richtung senkrecht zu der Anordnungsebene (201) die mechanische Steckverbindung einen Freiheitsgrad aufweist und entlang einer der ersten Richtung entgegengerichteten zweiten Richtung keinen Freiheitsgrad aufweist.
18. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei zumindest der erste Zellverbinder (110) einen ersten Befestigungsabschnitt (111) und einen zweiten Befestigungsabschnitt (112) aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt (111) zum Befestigen und elektrischen Verbinden eines ersten Batteriepols (101), insbesondere einer ersten
Batteriezelle (151), ausgebildet ist, und wobei der zweite Befestigungsabschnitt (112) zum Befestigen und elektrischen Verbinden eines zweiten Batteriepols (102), insbesondere einer zweiten Batteriezelle (151), ausgebildet ist.
19. System (100) gemäß Anspruch 18, wobei der erste Befestigungsabschnitt (111) und der zweite Befestigungsabschnitt (112) mittels einer leitfähigen Verbindung (106) miteinander verbunden sind.
20. System (100) gemäß Anspruch 19, wobei die leitfähige Verbindung (106) einen, insbesondere bandförmigen, Leiter aufweist.
21. System (100) gemäß Anspruch 20, wobei der Leiter zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und dem zweiten Befestigungsabschnitt (112) einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf aufweist.
22. System (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, ferner aufweisend ein elektrisch isolierendes Isolationselement (801), welches insbesondere im Bereich der leitenden Verbindung (106) an zumindest dem ersten Zellverbinder (110) angeordnet ist, um eine elektrische Isolation zwischen dem ersten Zellverbinder (110) und einer der Batteriezellen (151) bereitzustellen.
23. System (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der erste Befestigungsabschnitt (111) und der zweite Befestigungsabschnitt (112) jeweils eine Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines der Batteriepole aufweist, wobei der entsprechende Befestigungsabschnitt (111, 112) an der entsprechenden Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, welches aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und zumindest einer Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) bereitstellbar ist.
24. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, ferner aufweisend einen Sensor (107), insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor, welcher auf dem ersten Zellverbinder (110) oder dem zweiten Zellverbinder (120) angeordnet ist.
25. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Signalleitung (105) einen U-förmigen Abschnitt aufweist, wobei das Trägerelement (130) eine Zugentlastungsstruktur (113) aufweist, wobei die Zugentlastungsstruktur (113) derart ausgebildet ist, dass die Zugentlastungsstruktur (113) in den U-förmigen Abschnitt eingreift, um die Signalleitung (105) zu fixieren.
26. Batteriemodul (150), welches insbesondere eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, wobei das Batteriemodul (150) aufweist ein System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, zumindest zwei beabstandete erste Batteriepole, zumindest zwei beabstandete zweite Batteriepole, wobei der erste elektrisch leitfähige Zellverbinder (110) mit den beabstandeten ersten Batteriepolen befestigt ist und diese elektrisch verbindet, wobei der zweite elektrisch leitfähige Zellverbinder (120) mit den beabstandeten zweiten Batteriepolen befestigt ist und diese elektrisch verbindet,
27. Batte riemod ul (150) nach Anspruch 26, wobei zumindest einer der ersten Batteriepole eine freie Poloberfläche (204) aufweist und der erste Batteriepol (101) von einem Grundkörper (205) einer Batteriezelle (151) hervorragt, wobei der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper (205) der Batteriezelle (151) gerichtete erste Oberfläche (206) des ersten Zellverbinders (110) näher an dem Grundkörper (205) vorliegt als die Poloberfläche (204), wobei insbesondere der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass die Poloberfläche (204) koplanar mit einer, der ersten Oberfläche (206) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (107) des ersten Zellverbinders (110) ist, sodass eine gemeinsame Koppelfiäche bereitstellbar ist.
28. Batteriemodul (150) gemäß Anspruch 27, ferner aufweisend ein Kühlkörper (208) eines Kühlsystem, welcher auf der Poloberfläche (204) zur thermischen Kopplung angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (208) insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung aufliegt.
29. Anordnung zur Herstellung eines Systems (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, die Anordnung aufweisend ein flexibles, insbesondere aufrollbares Trägerband (901), eine Vielzahl von Kopplungselementen (140), welche lösbar, insbesondere mittels einer Klebeverbindung, an dem Trägerband (901) temporär befestigt sind, wobei die Kopplungselemente (140) derart ausgebildet sind, dass entsprechend ein Kopplungselement (140) mit dem ersten Trägerabschnitt (131) und dem zweiten Trägerabschnitt (132) entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene (201), anordbar sind, sodass entlang der Anordnungsrichtung das erste Trägerelement (130), das Kopplungselement (140) und das zweite Trägerelement (130) nacheinander angeordnet sind.
30. Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen (151) eines Batteriemoduls (150), welches eine Kapazität von mehr als 500 Wh aufweist, das Verfahren aufweisend
Bereitstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Zellverbinders (110), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist,
Bereitstellen eines zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinders (120), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist,
Befestigen des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders (120) an ein elektrisch isolierendes Trägerelement (130), um mittels des Trägerelements (130) eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder (110) und den zweiten Zellverbinder (120) bereitzustellen, wobei der Schritt des Befestigens ein ausschließlich bereichsweises Einbetten des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zellverbinders in das Trägerelement (130) aufweist, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zeilverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement (130) sind,
Koppeln einer Signalleitung (105) an zumindest einem der ersten und zweiten Zellverbinder (120).
31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das bereichsweise Einbetten der Zellverbinder (110, 120) in das Trägerelement (130) mittels Umspritzung eines Materials des Trägerelements (130), insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens, durchgeführt wird.
32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei das Trägerelement (130) einen ersten Trägerabschnitt (131) aufweist, welcher den ersten Zeilverbinder (110) zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt (132) aufweist, welcher den zweiten Zellverbinder (120) zumindest teilweise einbettet, wobei der erste Trägerabschnitt (131) und der zweite Trägerabschnitt (132) mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur (103) verbunden sind, wobei zumindest der erste Trägerabschnitt (131) oder der zweite
Trägerabschnitt (132) zumindest eine Aufnahmenut (202) zum Aufnehmen der Signalleitung (105) aufweist, wobei das Verfahren ferner aufweist
Befestigen der Signalleitung (105) in der Aufnahmenut (202) und insbesondere Kontaktieren der Signalleitung (105) mit einem der ersten oder zweiten Zellverbinder (120) vor einer Montage des ersten Zeilverbinders (110) und/oder des zweiten Zellverbinders an einem der Batteriepole.
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