WO2021214199A1 - Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder (110) ist mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112) ausgebildet, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, weiches 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) bereitsteilbar ist.

Description

Steckbare hochstromfähige Polkontaktierung für Batteriezellen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehrals 30A bereitstellt, wobei Befestigungsabschnitte der einzelnen Zellverbinder mit einer Klemmverbindung an Batteriepolen befestigbar sind. Ferner betrifft die Erfindung das Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls.

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.

Zur Verbindung von Batteriezellen mittels eines Zellverbinders für Batterien mit Belastungen über 30A werden verschiedene Befestigungsmethoden eingesetzt. Diese basieren auf Kontaktierungsverfahren mittels Schraubtechnik, vibrationsinduziertem Ultraschallschweißen oder thermischem (insbesondere Laser-) Schweißen. Die üblichen Verfahren zur hochstromfähigen Kontaktierung von Zellpol und Zellverbinder sind entweder eine Belastung für die Zelle (Wärme oder Vibration) oder stellen einen erhöhten Fertigungs- oder Materialaufwand dar (Materialkosten Schraube, Positionierungsrobotik für Schraubenschlüssel, Zeit für Verschraubung, usw.). 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. In der Größenordnung ab 500 Wh, welche immer häufiger in einem Alugehäuse zur besseren Temperaturableitung eingebaut sind, können ein hohes elektrisches Potential zwischen Pol und Zellgehäuse aufbauen. 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.

Bei hochstromfähigen Zellverbindern (insbesondere für Zellverbinder, welche eine 10 minütige Strombelastbarkeit über 30A oder 50 A, insbesondere über 90A oder 170 A aufweisen) können Schwierigkeiten bei einer schraub-, vibrations- und erhitzungsfreien Kontaktierung zwischen Zellverbinder und Batteriepol auftreten. Der Zellpol sollte mechanisch nur wenig belastet werden. Der Batteriepol eignet sich nicht für eine mechanisch hohe Druckbelastung in z-Richtung, d. h. auf einem Batteriepol in Richtung Grundkörper einer Batteriezelle. Ferner wachsen mit zunehmender Stromtragfähigkeit die thermischen Probleme nichtlinear an. Mit zunehmender Strombelastung wirken sich hohe Kontaktwiderstände schwerwiegender aus (lokale Ersitzungen, wodurch sich Oxydschichten bei Kalt-/Warm-Wechsel bilden können).

Schraubbasierende Kontaktierungen für einen prismatischen Akkumulator haben einige Nachteile betreffend Aufbauhöhe in Z-Richtung, Materialpassungen und dadurch erfolgenden Mikrokorrosion.

Eine Reibschweissung (Ultraschallbonding) ist technisch möglich, beinhaltet aber ausserordentlich starke Vibrationen, welche vom Batteriepol in die Batteriezelle hinein übertragen werden. Dies kann je nach Batterietyp negative Auswirkungen auf die Lebensdauer oder Performance der Batterie haben.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schonendes und fertigungstechnisch einfaches Verbindungsystem zwischen Zellverbinder und Batteriepolen bereitzustellen.

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 der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, beschrieben. Das System weist einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt weist eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols auf und der zweite Befestigungsabschnitt weist eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols auf. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet.

Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (z.B. einem elastischer Klemmbügel) auf, 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.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriemodul beschrieben, welches mehr als 30A bereitstellt. Das Batteriemodul weist das oben beschriebene System, einen ersten Batteriepol und einen zweiten Batteriepol auf. Der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung eingeklemmt und der zweite Batteriepol ist in der zweiten Durchgangsöffnung eingeklemmt. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren beschrieben zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Gemäß dem Verfahren wird ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt bereitgestellt, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet. Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement auf, 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. Gemäß dem Verfahren wird der erste Batteriepol in die erste Durchgangsöffnung zum Herstellen der Klemmverbindung eingesteckt.

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 insbesondere 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 elektrisch 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. Zumindest der erste Befestigungsabschnitt und/oder der zweite Befestigungsabschnitt weist an seiner Durchgangsöffnung 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 zur 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 freien Stirnflächen bzw. Oberfläche des Batteriepols frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an ein angekoppelt des Kühlsystems, 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 so groß 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 weist zumindest die erste Durchgangsöffnung und oder die zweite Durchgangsöffnung einen vorwiegend runden, elliptischen oder rechteckigen Öffnungsquerschnitt auf. Insbesondere kann der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung an die Form des Batteriepols angepasst sein.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Klemmabschnitt ausgebildet, ausschließlich Seitenwände des ersten Batteriepols zu kontaktieren. Entsprechend kann die freie Oberfläche bzw. Stirnfläche eines Batteriepols zur weiteren Kopplung externer Systeme, zum Beispiel mit einem Kühlsystem, oder allgemein zur thermischen Wärmeableitung eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ragt das Klemmelement zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnung hinein und mittels Einbringens des ersten Batteriepols vorspannbar. Die Durchgangsöffnung weist in der Anordnungsebene einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt mit einer Mittelachse, die senkrecht zu Anordnungsebene (bzw. parallel zu einer Normalen der Anordnungsebene) verläuft, auf. Das Klemmelement ist derart aus der Anordnungsebene herausgebogen, dass in einer Erstreckungsrichtung aus der Anordnungsebene heraus das Klemmelement in Richtung Mittelachse verläuft. Mit anderen Worten ragt das Klemmelement, welches von dem Befestigungsabschnitt des Zellverbinders und entsprechend von der Anordnungsebene beabstandet ist, in die Durchgangsöffnung hinein. Dies führt dazu, dass bei einem Einstecken eines Batteriepols in die Durchgangsöffnung, das Klemmelement nach außen, d. h. weg von der Mittelachse, gebogen wird, sodass aufgrund der Elastizität des Klemmelements eine Rückstellkraft erzeugt wird. Diese Rückstellkraft wirkt als Klemmkraft gegen die Seitenwand des Batteriepols.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Biegeabschnitt und einen Kontaktabschnitt auf, wobei der Biegeabschnitt mit dem ersten Befestigungsabschnitt integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene aufweist, wobei der Biegeabschnitt mit dem Kontaktabschnitt integral verbunden ist. Der Kontaktabschnitt weist eine Klemmfläche auf, welche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend koppelbar ist. Je größer die Klemmfläche, desto besser kann Strom zwischen dem Klemmelement und dem Batteriepol übertragen werden. Beispielsweise kann sich der Kontaktabschnitt bzw. seine Klemmfläche an dem Batteriepol anschmiegen, um einen Flächenkontakt mit dem Batteriepol zu generieren.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Kontaktabschnitt derart ausgebildet, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft. Dadurch wird die Positionierung (im Sinne einer selbst-Ausrichtung) im Rahmen der automatisierten Montage unterstützt, beschleunigt und/oder vereinfacht.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Endabschnitt mit einem freien Ende auf, wobei der Kontaktabschnitt zwischen dem Biegeabschnitt und dem Endabschnitt angeordnet ist. Der Endabschnitt verläuft gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts derart, dass der Endabschnitt kontaktfrei zu der Seitenwand des ersten Batteriepols ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend gekoppelt ist. Da das freie Ende von der Seitenwand weggebogen ist, können beispielsweise Montagehilfsmittel einfacher das Klemmelement an dem freien Ende greifen und wegbewegen, um entsprechend eine Montagehilfe zu geben.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf. Der Endabschnitt weist entsprechend eine Aufnahmeöffnung auf. Die Montageöffnung und die Kopplungsstelle sind derart angeordnet, dass ein Entlastungsdorn durch die Montageöffnung steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt und der Kontaktabschnitt zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar sind.

Die Batteriepole einer Batteriezelle dürfen nur beschränkten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, damit die Batteriezelle nicht beschädigt wird. Eine entsprechende Montagehilfe reduziert die Klemmkraft der Zellverbinder temporär, so dass diese über die Batteriepole geschoben werden können.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Klemmabschnitt zumindest ein weiteres elastisch verformbares Klemmelement auf, welches an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zu dem Klemmelement angeordnet ist und aus der Anordnungsebene herausgebogen ist, so dass der erste Batteriepol zwischen das Klemmelement und das weitere Klemmelement einschiebbar ist, um die Klemmverbindung bereitzustellen. Das weitere Klemmelement kann entsprechend dem oben beschriebenen Klemmelement ausgebildet sein.

Die Klemmkräfte der Klemmelemente werden dabei derart konfiguriert, dass die Klemmkraft an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenwänden eines Batteriepols ungefähr gleich ist. So entsteht eine kräfteneutrale und dadurch weitgehend verzugslose Verbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol.

Entsprechend kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Klemmabschnitt ferner weitere elastisch verformbare Klemmelemente aufweisen, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene herausgebogen sind, so dass der erste Batteriepol zwischen die Klemmelemente einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den ersten Batteriepol bereitstellbar ist. Somit kann der Klemmabschnitt mit einer Vielzahl von umlaufenden Klemmelementen eine Klemmkraft um den Batteriepol erzeugen, welche symmetrisch, insbesondere Kraftsymmetrisch um den Batteriepol herum wirkt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Spannring auf, welcher um die Klemmelemente angeordnet ist, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern. Der Spannring ist insbesondere lösbar um die Klemmelemente verspannt und drückt diese gleichmäßig in die Mitte der Durchgangsöffnung und somit gegen Seitenwände eines eingeschobenen Batteriepols. Der Spannring ist insbesondere elastisch verformbar ausgebildet, um eine Klemm kraftwirkung besser einzustellen. Der Spannring kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen. Ferner kann der Spannring ebenfalls aus demselben oder aus einem unterschiedlichen Material bezüglich des Zellverbinders bestehen und beispielsweise eine Eisenlegierung aufweisen.

Die Zellverbinder können beispielsweise aus Aluminium gefertigt werden. Die Kristallstruktur des Aluminiums neigt zum Fließen. Aus diesem Grund wird um den Klemmkontakt herum der Spannring angebracht. Dieser kann nur auf die Ecken der Klemmen wirken oder auch auf deren ganzen Länge. Besonders vorteilhaft ist die Wahl eines langzeitstabilen Federmaterials wie korrosionssicheres oder korrosionsgeschütztes Eisenmaterial oder ähnlich. Dadurch wird zusätzlich das langfristige Aufreißen der aluminiumtypischen Korrosionsschicht und der damit verbundenen Oxydationsprobleme verhindert.

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 leitfähigen Verbindung bzw. in der Zellverbindung 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 kommt.

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 ist der Zellverbinder ein erster Zellverbinder. Das System weist ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder auf, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist.

Das System weist ferner 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. Zur Befestigung des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders an dem Trägerelement der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausschließliche bereichsweise in das Trägerelement eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement sind.

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 10 %, insbesondere mehr als 50 %, insbesondere vollständig von dem Trägerelement abgedeckt sein, um somit ein gutes Potentialshielding bereitzustellen.

Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist der erste Zellverbinder, der zweite Zellverbinder und das Trägerelement innerhalb der 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, welche auf der Problematik der in der Problemstellung erwähnten Volumenänderung von Akkus basieren, 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 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 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 entsprechendem defekten in der Verbindungsstruktur bzw. in den Zellverbindung kommt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest der erste Trägerabschnitt und/oder der zweite Trägerabschnitt zumindest eine Aufnahmenut zum Aufnehmen einer Signalleitung auf.

Die Signalleitung kann somit an den ersten Zellverbinder oder dem zweiten Verbinder gekoppelt werden. 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 mm^A2 (Quadratmillimeter), insbesondere über 0,5 mm^A2, weiter insbesondere über 1,2 mm^A2 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 Zellverbinder aufweisen, wobei jeweils zwei Zellverbinder mit einem entsprechenden Trägerelement mechanisch gekoppelt sind. Entsprechend kann in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von Batteriepolen gleichzeitig 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.

Mit der Ausbildung der Aufnahmenut in dem Trägerelement 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.

Durch die erfindungsgemäße mechanische Entlastung der Klemmelemente während der Montage kann später, nach der Montage, ein besonders hoher Kontaktdruck zwischen den Klemmelementen und dem Batteriepol aufgebaut werden, welcher ohne kraftmäßige Entlastung während der Montage zu einer mechanischen Überlastung bzw. Schädigung des Batteriepols führen würde. Somit kann eine derart hohe Klemmkraft am Batteriepol erzeugt werden, dass dies zu einer besonders hohen Stoßfestigkeit (ohne Ablösung des Zellverbinders) des gesamten Batteriemoduls (z.B. bei kleineren Unfällen) führt. 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 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 den ersten Trägerabschnitt und den zweiten Trägerabschnitt, 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 (z.B. während eines Stanzprozesses gemacht), 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 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.

Ferner kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform das Trägerelement und/oder das Kopplungselement extern aufgebrachte oder integrierte Kühlleitungen, durch welche ein Kühlmedium durchströmen 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 Fluids, durchströmt wird. Die Kühlleitungen des Kühlkörpers können beispielsweise mit Kühlleitungen, welche in dem Trägerelement und/oder dem Kopplungselemente integriert sind, gekoppelt werden.

Die Kontaktbügel bzw. die Klemmelemente, welche an den Seitenwänden der Batteriepole anliegen, können mit einer sehr kleinen Aufbauhöhe (in z- Richtung) ausgebildet werden. Dadurch kann der Zellverbinder derart auf den Batteriepol aufgebracht werden, dass die von der Batteriezelle fort gerichtete freie Oberfläche des Zellverbinders in derselben Ebene liegt wie die Poloberfläche eines Batteriepols, oder das freie Oberfläche des Zellverbinders zumindest nicht höher als der Batteriepol selbst ist oder den Batteriepol um weniger als die Blechdicke des Zellerverbinders selbst überragt. Dadurch kann der Kühlmittelfluss innerhalb der Anordnungsebene (x-y- Ebene) entlang der Poloberfläche und dem Zellverbinder hinweg mit kaum oder ohne Strömungsstörungen in direkter Nähe des Batteriepols erfolgen. Das Klemmelement weist insbesondere eine Erstreckungslänge parallel zu einer Seitenwand des Batteriepols auf, welche gleich der Polerstreckung in z- Richtung oder um die Dicke des Zellverbinders kleiner als die Polerstreckung des Batteriepols in z-Richtung.

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 beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Einstecken des ersten Batteriepols das Klemmelement mittels eines Montageelements entgegen der Klemmkraft vorgespannt.

Das Klemmelement wird dabei insbesondere mittels des Montageelements in eine Richtung entgegen der Mittelachse der Durchgangsöffnung und beispielsweise aus der Durchgangsöffnung herausgebogen bevor und während der Zellverbinder auf den Batteriepol aufgesteckt wird. Während der Montage wird sozusagen die Klemmkraft mittels des Montageelements reduziert. Das Montageelement zur Klemmkraftreduktion kann ein Keilsystem, ein Dorn/Stempelsystem und/oder durch Entlastungsstifte aufweisen.

Wie in einer beispielhaften Ausführungsform oben erläutert, weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf, durch welche beispielsweise ein Entlastungsdorn hindurch gesteckt werden kann und mit dem Endabschnitt des Klemmelements gekoppelt werden kann. Der Entlastungsdorn kann im Anschluss derart geschwenkt bzw. verschoben werden, dass der Endabschnitt und somit das gesamte Klemmelement vom Zentrum der Durchgangsöffnung heraus gebogen wird, um die Klemmkraft zu reduzieren und eine einfache Montage zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Montageelement einen Stempel auf, welcher von einer Oberseite (welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung (insbesondere in Richtung der Batteriezelle) eingesteckt wird, um das Klemmelement vorzuspannen (und entsprechend aus dem Zentrum der Durchgangsöffnung heraus zu biegen). Der erste Batteriepol wird von der Unterseite (welche der Batteriezelle am nächsten liegt) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist. Anschließend wird der Stempel aus der Durchgangsöffnung herausgezogen und das Klemmelement klemmt die Seitenwand des ersten Batteriepols ein.

Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen System eine einfachere und schnellere Montage von Zellverbindern auf entsprechende Batteriezellen ermöglicht werden. Die Signalleitungen (Sensorleitungen) können an den Trägerelement und den Kopplungselemente (und ebenfalls zur Befestigung an dem Zellverbindern) vor Montage auf den Batteriezelle in einer selbsttragenden Einheit vorgefertigt und gegebenenfalls getestet werden. Insbesondere kann durch die leitfähige Verbindung zwischen den entsprechenden Befestigungsabschnitten eines Zellverbinders und die Verbindungstruktur zwischen den Trägerabschnitten Spannung und Druckentlastungssysteme für die Montage und für die betriebsbedingten (zum Beispiel aufgrund von Alterung) Ausdehnung geschaffen werden. Auch die unterschiedlichen Elastizitäten zwischen den Klemmelementen und beispielsweise der leitfähigen Verbindung zwischen den Befestigungsabschnitten kann eine Dehnungskompensation bereitgestellt werden.

Ferner hat sich herausgestellt, dass gestanzte Zellverbinder mit minimalen Randbiegungen im Bereich der Batteriepol eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringen. Die minimalen Randbiegungen erlauben einerseits die Kompensation der mechanischen Streuung der Masse der Batteriepol und erlauben andererseits einen passenden Kontaktdruck aufzubauen. Der Kontaktdruck soll ausreichend hoch sein, um langzeitig niedrige Kontaktübergangswiderstände zu erzielen (z.B. durch Mikroverschweissungen) und andererseits genügend klein betreffend Elastizität des Leitermaterials Beziehung Seite Klemmelements, so dass damit das System innerhalb der Dauerelastizität der beteiligten Komponenten bleibt. Insbesondere beim Leitermaterial Aluminium kann der Bereich des Fliessens (Grenze des linearen Dehnbereiches und Übergang in plastische Verformung) vermieden werden.

Die Zellverbinder werden auf den Batteriepol aufgesteckt, wobei die Steckkräfte durchaus eine maschinelle Unterstützung erfordern können oder dazu mechanische Hilfsmittel zur Kraftreduktion (d. h. Montageelemente) eingesetzt werden können werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Batteriepole seitlich mittels der Klemmelemente kontaktiert, so dass eine Kraftsymmetrie der Kontaktierungskräfte entsteht, welche eine mechanische Belastung (im Sinne einer Federkontaktierung in Z-Richtung) auf den Batteriepol oder die Umgebung des Zellverbinders vermeidet. Damit allfällige vibrationsbedingte Trennungen der Polverbinder verhindert werden, kann vom äußeren Gehäuse oder vom Kühlsystem eine entsprechende mechanische Hemmung hinzugefügt werden (nicht skizziert).

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. 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.

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Entlastungsdorn gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Stempel 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 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 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 „Einbetten" 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 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 103 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 Trägerelements 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 202, 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 Batteriepolen 101, 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 dargestellten 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 System kontakte 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 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. Die Klemmelemente 161 sind in Richtung einer zweiten Oberfläche 207 des Zellverbinders 110 gebogen, welche der ersten Oberfläche 206 gegenüberliegt. Entsprechend kann beispielsweise der Zellverbinders 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.

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Entlastungsdorn 1103 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Der Zellverbinder 110 weist eine Montageöffnung 1101 auf. Der Endabschnitt 164 weist entsprechend eine Aufnahmeöffnung 1102 auf. Die Montageöffnung 1101 und die Kopplungsstelle bzw. Aufnahmeöffnung 1102 sind derart angeordnet, dass der Entlastungsdorn 1103 durch die Montageöffnung 1101 steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt 164 und der Kontaktabschnitt 163 zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol 110 entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar ist. Das Klemmelement 161 wird dabei insbesondere mittels des Entlastungsdorns 1103 in eine Richtung entgegen der Mittelachse der Durchgangsöffnung und beispielsweise aus der Durchgangsöffnung herausgebogen bevor und während der Zellverbinder 110 auf den Batteriepol 101 aufgesteckt wird. Während der Montage wird sozusagen die Klemmkraft mittels des Montageelements bzw. Entlastungsdorns 1103 reduziert.

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Stempel 1201 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der Stempel 1201 wird von einer Oberseite 207 (welche von der Batteriezelle 151 weg gerichtet ist) des Zellverbinders 110 in die erste Durchgangsöffnung (insbesondere in Richtung der Batteriezelle 151) eingesteckt, um das Klemmelement 161 vorzuspannen (und entsprechend aus dem Zentrum der Durchgangsöffnung heraus zu biegen). Der erste Batteriepol 101 wird von der Unterseite 206 (welche der Batteriezelle 151 am nächsten liegt) des Zellverbinders 110 in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist. Anschließend wird der Stempel 1201 aus der Durchgangsöffnung herausgezogen und das Klemmelement 161 klemmt die Seitenwand 203 des ersten Batteriepols 101 ein.

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 801 Isolationselement

140 Kopplungselement 802 Abstand

141 Steckervorrichtung Grundkörper/Isolationselement

150 Batteriemodul 901 aufrollbares Trägerband

151 Batteriezelle

160 Klemmabschnitt 1101 Montageöffnung

161 Klemmelement 1102 Aufnahmeöffnung

162 Biegeabschnitt 1103 Entlastungsdorn

1201 Stempel

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 eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, das System (100) aufweisend einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110) mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112), wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet sind, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Kiemmabschnitt (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.

2. System (100) gemäß Anspruch 1, wobei zumindest die erste Durchgangsöffnung einen vorwiegend runden, elliptischen oder rechteckigen Öffnungsquerschnitt aufweist.

3. System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Klemmabschnitt (160) ausgebildet ist, ausschließlich Seitenwände des ersten Batteriepols (101) zu kontaktieren.

4, System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kiemmelement (161) zumindest bereichsweise in die

Durchgangsöffnung hineinragt und mittels Einbringens des ersten Batteriepols (101) vorspannbar ist,

5. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kiemmelement (161) einen Biegeabschnitt (162) und einen Kontaktabschnitt (163) aufweist, wobei der Biegeabschnitt (162) mit dem ersten Befestigungsabschnitt (111) integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene (201) aufweist, wobei der Biegeabschnitt (162) mit dem Kontaktabschnitt (163) integral verbunden ist, wobei der Kontaktabschnitt (163) eine Klemmfläche aufweist, welche mit der Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) kraftübertragend koppelbar ist,

6. System (100) gemäß Anspruch 5, wobei der Kontaktabschnitt (163) derart ausgebildet ist, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts (163) im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft.

7. System (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Kiemmelement (161) einen Endabschnitt (164) mit einem freien Ende aufweist, wobei der Kontaktabschnitt (163) zwischen dem Biegeabschnitt (162) und dem Endabschnitt (164) angeordnet ist, wobei der Endabschnitt (164) gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts (163) derart verläuft, 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.

8. System (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Zellverbinder (110) eine Montageöffnung (1101) aufweist, wobei der Endabschnitt (164) eine Aufnahmeöffnung (1102) aufweist, wobei die Montageöffnung (1101) und eine Koppiungssteile derart angeordnet sind, dass ein Entlastungsdorn (1103) durch die Montageöffnung (1101) steckbar ist und mit der Kopplungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt (164) und der Kontaktabschnitt (163) zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar ist.

9. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kiemmabschnitt (160) zumindest ein weiteres elastisch verformbares Klemmelement (161) aufweist, welches an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zu dem Klemmelement (161) angeordnet ist und aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist, so dass der erste Batteriepol (101) zwischen das Klemmelement (161) und das weitere Klemmelement (161) einschiebbar ist, um die Klemmverbindung bereitzustellen.

10. System (100) gemäß Anspruch 9, wobei der Klemmabschnitt (160) ferner weitere elastisch verformbare Klemmelemente (161) aufweist, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen sind, so dass der erste Batteriepol (101) zwischen die Klemmelemente (161) einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den ersten Batteriepol (101) bereitstellbar ist.

11. System (100) gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend einen Spannring (165), welcher um die Klemmeiemente (161) angeordnet ist, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern.

12. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt mittels einer leitfähigen Verbindung (106) miteinander verbunden sind.

13. System (100) gemäß Anspruch 12, wobei die leitfähige Verbindung (106) einen, insbesondere bandförmigen, Leiter aufweist.

14. System (100) gemäß Anspruch 13, 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.

15. System (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Klemmverbindung derart ausgebildet ist, dass das elastisch verformbare Klemmelement (161) steifer ausgebildet ist als die leitfähige Verbindung (106) zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und dem zweiten Befestigungsabschnitt (112).

16. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Zellverbinder (110) ein erster Zellverbinder (110) ist und das System (100) ferner aufweist einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder (120), welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepoien (101, 102) ausgebildet ist, und ein elektrisch isolierendes Trägerelement (130), 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) bereitzusteilen, wobei zur Befestigung des ersten Zellverbinders (110) und des zweiten Zeliverbinders (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.

17. System (100) gemäß Anspruch 16, wobei der erste Zellverbinder (110), der zweite Zellverbinder (120) und das Trägerelement (130) innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene (201) angeordnet sind.

18. System (100) gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei der erste Zellverbinder (110) und der zweite Zellverbinder (120) ausgestanzte Flachkomponenten ausbilden.

19. System (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, 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.

20. System (100) gemäß Anspruch 19, wobei die Verbindungsstruktur (103) zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder (110) und dem zweiten Zellverbinder (120) verformbar ausgebildet ist.

21. System (100) gemäß Anspruch 20, wobei die Verbindungsstruktur (103) einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf aufweist.

22. System (100) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei zumindest der erste Trägerabschnitt (131) oder der zweite Trägerabschnitt (132) zumindest eine Aufnahmenut (202) zum Aufnehmen einer Signalleitung (105) aufweist.

23. System (100) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, ferner aufweisend ein Kopplungselement (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.

24. System (100) gemäß Anspruch 23, wobei das Kopplungselement (140) eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen einer Signalleitung (105) aufweist.

25. System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, ferner aufweisend einen Sensor (107), insbesondere einen Temperatursensor, einen

Spannungssensor oder einen Leistungssensor, welcher auf dem Zellverbinder (110) angeordnet ist.

26. Batteriemodul, weiches mehr als 30A bereitstellt, wobei das Batteriemodul aufweist ein System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, einen ersten Batteriepol (101), einen zweiten Batteriepol (102), wobei der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung eingeklemmt ist und der zweite Batteriepol (102) in der zweiten Durchgangsöffnung eingeklemmt ist.

27. Batteriemodul nach Anspruch 26, wobei zumindest der erste Batteriepol (101) eine freie Poloberfläche (204) aufweist und der erste Batteriepol (101) von einem Grundkörper (205) einer Batteriezelle hervorragt, wobei der erste Batteriepol (101) in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper (205) der Batteriezelle 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 (207) des ersten Zellverbinders (110) ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitsteilbar ist.

28. Batteriemodul gemäß Anspruch 27, ferner aufweisend ein Kühlkörper (208) eines Kühlsystems, welcher auf der Poloberfläche (204) zur thermischen Kopplung angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (208) insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung aufliegt.

29. Batteriemodul gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei der erste Befestigungsabschnitt (111) an den ersten Batteriepol (101) und/oder der zweite Befestigungsabschnitt (112) an den zweiten Batteriepol (112) angeschweißt ist.

30. Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, das Verfahren aufweisend

Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Zellverbinder (110) mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112), wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet sind, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der 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,

Einstecken des ersten Batteriepols (101) in die erste Durchgangsöffnung zum Herstellen der Klemmverbindung.

31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei vor dem Einstecken des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) mittels eines Montageelements entgegen der Klemmkraft vorgespannt wird.

32. Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei das Montageelement ein Stempel (1201) ist, welcher von einer Oberseite des Zellverbinders (110) in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt wird, um das Klemmelement (161) vorzuspannen, wobei der erste Batteriepol (101) von der Unterseite des Zellverbinders (110) in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt wird, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist, und wobei anschließend der Stempel (1201) aus der Durchgangsöffnung herausgezogen wird und das Klemmelement (161) die Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) einklemmt.