WO2021239442A1 - Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals - Google Patents

Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals Download PDF

Info

Publication number
WO2021239442A1
WO2021239442A1 PCT/EP2021/062173 EP2021062173W WO2021239442A1 WO 2021239442 A1 WO2021239442 A1 WO 2021239442A1 EP 2021062173 W EP2021062173 W EP 2021062173W WO 2021239442 A1 WO2021239442 A1 WO 2021239442A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
cell connector
area
section
cross
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/062173
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Hantschel
Stephanie ROSENKRANZ
Stefan Kazmaier
Original Assignee
Elringklinger Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elringklinger Ag filed Critical Elringklinger Ag
Priority to CN202180036893.3A priority Critical patent/CN115836439A/zh
Priority to EP21725097.6A priority patent/EP4158721A1/de
Publication of WO2021239442A1 publication Critical patent/WO2021239442A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a cell connector for electrically conductive connection of a first cell terminal of a first electrochemical cell and a second cell terminal of a second electrochemical cell, the cell connector having a first contact area for electrically conductive connection of the cell connector to the first cell terminal and a second contact area for electrically conductive one Comprises connecting the cell connector to the second cell terminal.
  • thermo runaway Overcharging an electrochemical cell or damage to an electrochemical cell can cause the temperature of the electrochemical cell to rise suddenly (so-called “thermal runaway"), which leads to damage to the electrochemical cell.
  • thermal runaway can also be triggered at the neighboring electrochemical cell by heat transfer to an adjacent electrochemical cell.
  • the present invention is based on the object of creating a cell connector of the type mentioned at the outset which reduces or delays thermal propagation from a defective electrochemical cell to an adjacent electrochemical cell across the cell connector, so that the risk of a " thermal runaway "of a defective electrochemical cell triggers a" thermal runaway "of an adjacent electrochemical cell after a short time.
  • the solution according to the invention is based on the concept of significantly increasing the thermal conductivity of the cell connector, while the electrical resistance of the cell connector is only slightly increased, so that thermal propagation across the cell connector is reduced without the cell connector being usable for producing an electrical to impair conductive connection between the first electrochemical cell and the second electrochemical cell.
  • the functional principle of the cell connector according to the invention is similar to what is known as heat traps on electrical conductor tracks.
  • the increase in electrical resistance is small, preferably less than 10%, and the bottlenecks that exist between the recesses of the cell connector are cooled despite the high current density due to the immediately adjacent large outer surfaces of the Cell connector good.
  • the cross-section reduction in the cross-section-reduced area for example by more than two thirds, is a considerable obstacle for the transfer of heat, so that the heat transfer coefficient of the cell connector increases significantly in the longitudinal direction of the same, preferably by more than 200%.
  • the area of the cell connector with reduced cross-section comprises one or more, preferably at least three, for example at least four, passage openings.
  • Such passage openings preferably extend from an underside of the cell connector facing the electrochemical cells to be connected to one another in the assembled state of the cell connector to an upper side of the cell connector facing away from the electrochemical cells to be electrically connected to one another in the assembled state of the cell connector.
  • At least one of the passage openings has a rounded edge.
  • At least one of the passage openings is designed as an elongated hole.
  • the area of reduced cross-section comprises a plurality of passage openings which follow one another along a perforation line and are each separated from one another by a narrow point. It has proven to be advantageous if the extent of at least one narrow point along the perforation line is less than half, in particular less than a third, particularly preferably less than a quarter, of the extent of at least one of the passage opening adjacent to the narrow point along the perforation line.
  • the electrically conductive cross-section of the cross-section reduced area is preferably smaller than half, in particular smaller than a third, particularly preferably smaller than a quarter, of the electrically conductive cross-section that the cross-sectional area would have without the presence of the recesses.
  • the electrically conductive cross-section of the reduced-cross-section area is smaller than half, in particular smaller than a third, particularly preferably smaller than a quarter, of the electrically conductive cross-section of the one in the current path between the first contact area and the second contact area of the cell connector the area of the cell connector adjoining the area of reduced cross-section.
  • the cell connector has only one area of reduced cross-section in the current path between the first contact area and the second contact area.
  • the cell connector has a plurality of spaced-apart areas of reduced cross-section in the current path between the first contact area and the second contact area.
  • the cell connector comprises an elastically and / or plastically deformable connection area which is arranged in the current path between the first contact area and the second contact area.
  • connection area can in particular have at least one wave-shaped compensation section.
  • Such a wave-shaped compensation section can, for example, have two flanks and a crest that connects the two flanks to one another.
  • At least one area of reduced cross-section is arranged in a flank of the undulating compensation area.
  • At least one area with reduced cross-section is arranged in the current path between the first contact area and the connection area and / or at least one area with reduced cross-section is arranged in the current path between the second contact area and the connection area.
  • an area with reduced cross-section is arranged in the elastically and / or plastically deformable connection area, which is arranged in the current path between the first contact area and the second contact area.
  • Such a reduced cross-section area can run along a transverse direction of the cell connector, so that a perforation line of the reduced cross-section area is preferably aligned essentially parallel to the transverse direction of the cell connector.
  • Such a region with reduced cross-section can in particular be arranged eccentrically or essentially centrally on the connection region.
  • an area of reduced cross-section arranged in the connection area is offset from a central arrangement to the first contact area or to the second contact area of the cell connector.
  • the cell connector has at least one area of reduced cross-section which extends obliquely to a transverse direction of the cell connector, so that a perforation line of the area of reduced cross-section preferably encloses an acute angle with the transverse direction of the cell connector.
  • This acute angle can be at least 10 °, preferably at least 30 °, particularly preferably at least 40 °.
  • this acute angle can be less than 80 °, preferably less than 60 °, particularly preferably less than 50 °.
  • Such a reduced-cross-section area preferably extends obliquely to the connection area over the connection area, i.e. from an end area which is on the side of the connection area facing the first contact area, through the connection area to a further end area on the second contact area on the facing side of the connection area.
  • the area of reduced cross-section comprises at least one incision and at least one protuberance.
  • the cell connector preferably comprises a material which has a thermal conductivity of at least 200 W / mK and / or a specific heat capacity of at least 800 J / kgK.
  • the cell connector is preferably formed essentially entirely from such a material.
  • the cell connector can in particular be formed from a material which consists predominantly of aluminum or predominantly of copper.
  • the cell connector according to the invention is particularly suitable for use as a component of an electrochemical device which comprises a first electrochemical cell, which has a first cell terminal, a second electrochemical cell, which has a second cell terminal, and a cell connector according to the invention, wherein the cell connector comprises the first cell terminal of the first electrochemical cell and the second cell terminal of the second electrochemical cell electrically conductively connects to one another.
  • the first electrochemical cell can comprise a first cell housing and the second electrochemical cell can comprise a second cell housing.
  • Thermal insulation is preferably arranged between the first cell housing of the first electrochemical cell and the second cell housing of the second electrochemical cell.
  • the thermal resistance of the thermal insulation is preferably greater than a quarter, in particular greater than a third, particularly preferably greater than half, for example greater than two thirds, of the thermal resistance of the cell connector.
  • the thermal insulation arranged between the first cell housing of the first electrochemical cell and the second cell housing of the second electrochemical cell can comprise an air layer and / or a thermal insulation layer made of a solid material.
  • the thermal insulation layer made of the solid material can, for example, comprise mica and preferably be formed essentially completely from mica.
  • the thickness of the layer made of the heat-insulating solid material is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm.
  • the thickness of the air layer of the thermal insulation is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm.
  • the cell connector according to the invention can have a chain of circular holes or elongated holes which are introduced into a base body of the cell connector along the current path from the first contact area to the second contact area of the cell connector by lasers, punching or similar processing methods. Circular holes are less prone to tearing out when the cell connector is subjected to alternating mechanical loads than elongated holes.
  • the elongated holes are preferably very narrow, with the narrow points of the cell connector remaining between the elongated holes in the chain having an electrically conductive cross section which is preferably smaller than a third of the original cross section of the cell connector without the introduction of the elongated holes.
  • the chain of elongated holes preferably extends transversely, particularly preferably essentially perpendicularly, to a connection direction or longitudinal direction of the cell connector. If the cell connector has a connection area which comprises a wave-shaped compensation section, the elongated hole chain can in particular be arranged in the wave-shaped compensation section or next to the wave-shaped compensation section.
  • the chain of elongated holes can also extend obliquely to the connection direction or longitudinal direction of the cell connector and / or obliquely to a transverse direction of the cell connector over the wave-shaped compensation section of the cell connector.
  • Such a configuration of a reduced cross-section area of the cell connector is particularly advantageous due to the mechanically stabilizing effect of the inclined arrangement of the elongated chain.
  • the at least one area of the cell connector with reduced cross-section can comprise one or more notches on one or more outer edges of the cell connector in order to ensure uniform cooling of the narrow points of the area of the cell connector with reduced cross-section. If a constriction of the area with reduced cross-section is located at an outer edge of the cell connector, only a smaller adjacent outer surface of the cell connector is available to this constriction for cooling, so that the constriction in question becomes hotter than other constrictions in the area with reduced cross-section.
  • the constrictions of the area with reduced cross-section are preferably arranged essentially equidistant from one another.
  • the bottlenecks in the area with reduced cross-section are dimensioned in such a way that in the event of peak currents being called up by the cell connector, the current always remains well below the triggering threshold of the fuses in the circuit.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of a cell connector for electrically conductive connection of a first cell terminal of a first electrochemical cell and a second cell terminal of a second electrochemical cell, the cell connector having a first contact area for electrically conductive connection of the cell connector to the first cell terminal and a second contact area for electrically comprises conductive connection of the cell connector to the second cell terminal and wherein the cell connector in the current path between the first contact area and the second contact area has two areas of reduced cross-section, in which the electrically conductive cross-section of the cell connector is reduced by several, for example six, recesses with the direction of view on the side of the cell connector facing away from the cell terminals of the electrochemical cells to be connected in the assembled state of the cell connector;
  • FIG. 2 shows a further perspective illustration of the cell connector from FIG.
  • FIGS. 1 and 2 shows a schematic side view of the cell connector from FIGS. 1 and 2, the first cell terminal, the second cell terminal, the first electrochemical cell and the second electrochemical cell;
  • FIGS. 1 and 4 shows a plan view from above of the cell connector from FIGS. 1 and
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through the cell connector from FIG. 4, along the line
  • FIG. 6 shows a cross section through the cell connector from FIG. 4, in a region of the cell connector with reduced cross-section, along the line 6-6 in FIG. 4;
  • each of the cross-sectional areas with reduced cross-section each comprises several passage openings in the form of circular holes, with the viewing direction facing away from the cell terminals of the electrochemical cells to be connected in the assembled state of the cell connector Cell connector side;
  • FIG. 9 shows a schematic side view of the cell connector from FIGS. 7 and 8, the first cell terminal, the second cell terminal, the first electrochemical cell and the second electrochemical cell;
  • FIG. 10 shows a plan view from above of the cell connector from FIGS. 7 and
  • FIG. 11 shows a longitudinal section through the cell connector from FIG. 10, along the line 11-11 in FIG. 10;
  • FIG. 12 shows a cross section through the cell connector from FIG. 10, in an area of the cell connector with a reduced cross-section, along the line 12-12 in FIG. 10;
  • FIG. 13 shows a perspective illustration of a third embodiment of a cell connector, in which the cross-sectionally reduced areas each include several passage openings in the form of circular holes and are each arranged in a flank of a wave-shaped compensation section of a connection area of the cell connector, with the direction of view mounted in the State of the cell connector the cell terminals of the electrochemical cells to be connected to each other facing away from the cell connector;
  • FIG. 14 shows a further perspective illustration of the cell connector from FIG. 13, looking towards the side of the cell connector facing the cell terminals of the electrochemical cells to be connected to one another in the assembled state of the cell connector;
  • FIGS. 15 shows a schematic side view of the cell connector from FIGS.
  • FIGS. 13 and 14 the first cell terminal, the second cell terminal, the first electrochemical cell and the second electrochemical cell; 16 shows a plan view from above of the cell connector from FIGS. 13 and 14;
  • FIG. 17 shows a longitudinal section through the cell connector from FIG. 16, along the line 17-17 in FIG. 16;
  • FIG. 18 shows a cross section through the cell connector from FIG. 16, along the line 18-18 in FIG. 16, with a view of a flank of the wave-shaped compensation area of the cell connector, in which the circular holes of a reduced-cross-section area of the cell connector are arranged;
  • cross-section-reduced areas each comprise a plurality of cross-section-reducing elements each consisting of an incision and a respective protuberance and are each arranged in one of the flanks of a wave-shaped compensation area of a connection area of the cell connector, with the viewing direction on the side of the cell connector facing away from the cell terminals of the electrochemical cells to be connected in the assembled state of the cell connector;
  • FIG. 20 shows a further perspective illustration of the cell connector from FIG. 19, looking towards the side of the cell connector facing the cell terminals of the electrochemical cells to be connected to one another in the assembled state of the cell connector;
  • FIGS. 21 shows a schematic side view of the cell connector from FIGS.
  • FIG. 22 shows an enlarged illustration of the area I from FIG. 20;
  • FIG. 23 shows a plan view from above of the cell connector from FIGS. 19 and 20;
  • FIG. 24 shows a longitudinal section through the cell connector from FIG. 23, along the line 24-24 in FIG. 23;
  • FIG. 25 shows a cross section through the cell connector from FIG. 23, along the line 25-25 in FIG. 23, with a view of one of the flanks of the wave-shaped compensation section of the connection area of the cell connector, in which cross-section-reducing elements comprising the incisions and protuberances one of the reduced-cross-section areas of the cell connector are arranged.
  • a cell connector 100 shown in FIGS. 1 to 6 is used for the electrically conductive connection of a first cell terminal 102 of a first electrochemical cell 104 and a second cell terminal 106 of a second electrochemical cell 108.
  • the electrochemical cells 104 and 108 form components of a battery module 109 of an electrochemical device, designated as a whole by 111, which can comprise a plurality of battery modules 109, which in turn each comprise a plurality of electrochemical cells 104, 108.
  • the electrochemical device 100 can in particular be designed as an accumulator, in particular as a lithium-ion accumulator.
  • the electrochemical cells 104, 108 of the electrochemical modules can accordingly be designed as accumulator cells, in particular as lithium-ion accumulator cells.
  • the first cell terminal 102 can have positive or negative polarity; the second cell terminal 106 then has the opposite polarity in each case, that is to say, for example, the negative polarity or the positive polarity.
  • the cell connector 100 comprises a base body 110, which in turn has a first contact area 112, which is electrically conductively connected in the assembled state of the cell connector 100 to the first cell terminal 102 of the first electrochemical cell 104, and a second contact area 114, which in the assembled state of the cell connector 100 is electrically conductively connected to the second cell terminal 106 of the second electrochemical cell 108.
  • the base body 110 of the cell connector 100 is preferably produced as a stamped and bent part.
  • the base body 110 of the cell connector 100 can in particular be formed from aluminum, copper, tin, zinc, iron, gold or silver or from an alloy of one or more of the aforementioned metals.
  • the base body 110 of the cell connector 100 can also be formed from another metal or from another metallic alloy.
  • the base body 110 of the cell connector 100 can in principle also be formed from a conductive plastic material and / or from a conductive carbon material.
  • the first contact area 112 and the second contact area 114 of the cell connector 100 are connected in the assembled state of the cell connector 100 by screwing or preferably cohesively to the respectively assigned cell terminal 102 or 106.
  • Such a material connection can in particular be produced by welding, in particular laser welding, or by soldering.
  • the first contact area 112 can have an, for example, essentially rectangular, passage opening 116 and / or the second contact region 114 of the base body 110 can be provided with a through opening 118, for example an essentially rectangular one.
  • the electrochemical device 111 due to different temperatures and / or due to different thermal expansion coefficients of the cell connector 100 on the one hand and a receiving device (not shown) for the electrochemical cells 104, 108 on the other hand, there may be a difference between a longitudinal expansion of the cell connector 100 on the one hand and a change in the distance between the longitudinal axis 120 of the first cell terminal 102 and the longitudinal axis 122 of the second cell terminal 106 come on the other hand.
  • connection direction 126 aligned perpendicular to the axial direction 124 of the cell terminals 102, 106 and / or in a perpendicular to the axial direction 124 of the cell terminals 102, 106 and perpendicular to the Connection direction 126 aligned transverse direction 128 changed.
  • the connection direction 126 lies in a plane which contains the longitudinal axes 120, 122 of the cell terminals 102 and 106, and runs parallel to a longitudinal direction 130 of the cell connector 100.
  • connection direction 126 runs through a center 132 of the passage opening 116 in the first contact region 112 and through a center 134 of the passage opening 118 in the second contact region 114 of the cell connector 100.
  • the base body 110 of the cell connector 100 comprises an elastically and / or plastically deformable connection area 138, softer between the first contact area 112 and the second contact area 118 in the current path of the cell connector 100 is arranged and connects the two contact areas 112 and 114 to one another.
  • the deformable connection region 138 comprises a compensation section 140, which is preferably designed to be essentially wave-shaped.
  • the compensation section 140 preferably extends essentially parallel to the transverse direction 128 of the cell connector 100.
  • the cell connector 100 comprises in the current path between the first contact area 112 and the second contact area 114 at least one, preferably several, in the illustrated embodiment two, cross-section-reduced areas 142, in which the electrically conductive cross-section of the cell connector 100 through at least one or preferably through each several, in the illustrated embodiment by six, recesses 144 is reduced.
  • At least one of the recesses 144 of a reduced-cross-section 142 is designed as a notch 146, which extends from an outer edge 148 of the cell connector 100 along a perforation line 150 of the respective reduced-cross-section 142 into the main body 100 of the cell connector 100.
  • Each area 142 of reduced cross-section preferably comprises two such notches 146, which are preferably arranged on mutually opposite edges 148 of the cell connector 100.
  • each area 142 with reduced cross-section preferably comprises one or more preferably a plurality of recesses 144, which are designed as passage openings 152 in the base body 110 of the cell connector 100 and which, when the cell connector 100 is in the assembled state, extend from the underside 154 to to be connected to the cell terminals 102, 106 to be connected to a top side 156 facing away from the cell terminals 102 and 106 to be connected to one another in the assembled state of the cell connector 100 through the entire base body 110 of the cell connector 100.
  • Each area 142 with reduced cross-section preferably comprises a plurality of such passage openings 152, in particular at least three such passage openings 152, particularly preferably at least four such passage openings 152, as in the exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the passage openings 152 follow one another along the perforation line 150 of the respective reduced-cross-section area 142 and are separated by a constriction 158 of the reduced-cross-section area 142 from an adjacent other passage opening 152 or from an adjacent notch 146 of the reduced-cross-section area 142.
  • the extent of at least one constriction 158 along the perforation line 150 is preferably less than half, in particular less than a third, particularly preferably less than a quarter, of the extent of at least one of the passage openings 152 adjacent to the constriction 158 along the perforation line 150.
  • the constrictions 158 are therefore short in relation to the passage openings 152 of the area 142 of reduced cross-section.
  • At least one of the passage openings 152 of the area 142 of reduced cross-section is preferably designed as an elongated hole 160.
  • all of the passage openings 152 of the area 142 with reduced cross-section are each designed as an elongated hole 160.
  • each reduced-cross-section area 142 is preferably smaller than half, in particular smaller than a third, particularly preferably smaller than a quarter, of the electrically conductive cross-section that the relevant reduced-cross-section area 142 would have without the presence of the recesses 144. Furthermore, the electrically conductive cross-section of each reduced-cross-section area 142 of the cell connector 100 is preferably less than half, in particular less than a third, particularly preferably less than a quarter, of the electrically conductive cross-section of a in the current path between the first contact area 112 and the second The contact area 114 of the cell connector 100 adjoins the area 162 of the cell connector 100 that adjoins the respective area 142 of reduced cross-section.
  • the cell connector 100 has a plurality, in particular two, areas 142 of reduced cross-section spaced apart from one another in the longitudinal direction 130 of the cell connector 100 in the current path between the first contact area 112 and the second contact area 114 of the cell connector 100.
  • a first area 142a with reduced cross-section in the current path between the first contact area 112 and the elastically and / or plastically deformable connection area 138 of the cell connector 100 and / or a second area 142b with reduced cross-section in the current path between the second contact area 114 and the elastic and / or plastically deformable connection area 138 of the cell connector 100 is arranged.
  • the base body 110 of the cell connector 100 is preferably formed from a material which has a thermal conductivity of at least 200 W / mK and / or a specific heat capacity of at least 800 J / kgK.
  • Such a material can in particular be an aluminum alloy.
  • Each of the areas of reduced cross-section 142 forms a chain of recesses 144 along the current path from the first contact area 112 to the second contact area 114.
  • the recesses 144 are preferably separated out of the same after the formation of the base body 110, for example punched out, or, preferably, cut out by means of a laser.
  • the recesses 144 preferably have a rounded edge 164 in order to avoid tearing of the base body 110 after the recesses 144 have been produced in the base body 110.
  • the perforation line 150 along which the recesses 144 of a region 142 with a reduced cross-section follow one another, preferably runs essentially parallel to the transverse direction 128 of the cell connector 100.
  • each recess 144 of a reduced-cross-section area 142 along the longitudinal direction 130 or along the connecting direction 126 of the cell connector 100 is at most half, in particular at most a third, particularly preferably at most a quarter, of the extent of the same recess 144 along the transverse direction 128 of the cell connector 100 is.
  • the electrical resistance of the current path of the cell connector 100 from the first contact area 112 to the second contact area 114 is only slightly increased by the area 142 with reduced cross-section.
  • the thermal conductivity of the cell connector 100 is, however, greatly reduced by the cross-section reduction in the area of the cross-section-reduced areas 142 of the cell connector.
  • the constrictions 158 in the areas of reduced cross-section 142 cool down well despite the high current density due to the immediately adjacent large areas of the areas 162 of the cell connector 100 that adjoin the areas of reduced cross-section 142.
  • the operating principle of the areas 142 with reduced cross-section is similar to what is known as heat traps on electrical conductor tracks.
  • the cross-section reduction in the cross-section-reduced areas 142 represents a considerable obstacle, so that the thermal resistance of the cell connector 100 in the longitudinal direction 130 or in the connecting direction 126 preferably increases by at least 200%.
  • This significant increase in the thermal resistance of the cell connector 100 significantly delays the propagation of a temperature increase from the first electrochemical cell 104 to the second electrochemical cell 108, preferably by at least 10 seconds, in particular by at least 15 seconds, particularly preferably by at least 20 seconds . It is thus possible to prevent a “thermal runaway” of the second electrochemical cell 108 from also being triggered in the event of a “thermal runaway” of the first electrochemical cell 104 due to a heat transfer via the cell connector 100.
  • This delay in thermal propagation between the first electrochemical cell 104 and the second electrochemical cell 108 is particularly effective when thermal insulation is arranged between a first cell housing of the first electrochemical cell 104 and a second cell housing of the second electrochemical cell 108, wherein the thermal resistance of the thermal insulation is preferably greater than a quarter, in particular greater than a third, particularly preferably greater than half, for example greater than two thirds, of the thermal resistance of the cell connector 100.
  • thermal insulation arranged between the cell housings of the electrochemical cells 104 and 108 comprises an air layer and / or a thermal insulation layer made of a solid material.
  • the layer of the heat-insulating solid material can comprise mica, for example.
  • the thickness of the layer made of the heat-insulating solid material is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm.
  • the thickness of the air layer of the thermal insulation is preferably at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm. Because the notches 146 are provided in the end regions of the areas of reduced cross-section 142, a uniform heat dissipation of all constrictions 158 of the respective area of reduced cross-section 142 is ensured.
  • the constrictions 158 of a region 142 of reduced cross-section are preferably arranged essentially equidistant from one another.
  • the bottlenecks 158 are preferably dimensioned so that in the event of peak currents being called up from the electrochemical device 111 in the respective application, they always work well below the triggering threshold of fuses present in the circuit.
  • one of the areas of reduced cross-section 142 is omitted, so that, for example, only one area of reduced cross-section 142a is provided between the first contact area 112 and the connection area 138 of the cell connector 100 and no area 142 of reduced cross-section is provided in the current path between the second contact area 114 and the connection area 138 of the cell connector 100.
  • connection area 138 In another variant of the embodiment of a cell connector 100 shown in the drawing, provision can be made for a cross-section-reduced area 142 to be arranged in the connection area 138, in particular in the undulating compensation section 140 of the connection area 138.
  • Such a reduced-cross-section area 142 preferably runs along the transverse direction 128 of the cell connector 100, that is, the perforation line 150 of the reduced-cross-section area 142 is oriented essentially parallel to the transverse direction 128 of the cell connector 100.
  • the area of reduced cross-section 142 can be arranged essentially centrally on the connection area 138.
  • the area 142 with reduced cross-section arranged in the connection area 138 is offset from a central arrangement to the first contact area 112 or to the second contact area 114 of the cell connector 100.
  • the cell connector 100 has at least one area 142 with reduced cross-section, which extends obliquely to the transverse direction 128 of the cell connector 100, that is, the perforation line 150 of the reduced-cross-section area 142 with the transverse direction 128 includes an acute angle.
  • This acute angle can be at least 10 °, preferably at least 30 °, particularly preferably at least 40 °.
  • this acute angle can be less than 80 °, preferably less than 60 °, particularly preferably less than 50 °.
  • Such a reduced-cross-section area 142 preferably extends obliquely to the connection area 138 over the connection area 138, that is, from an end area, which is on the side of the connection area 138 facing the first contact area 112, through the connection area 138 through the connection area 138 to another End region which lies on the side of the connection region 138 facing the second contact region 114.
  • Such a configuration of the area 142 with a reduced cross-section, which runs obliquely to the transverse direction 128, has a mechanically stabilizing effect on the cell connector 100.
  • the cell connector 100 has at least one area 142 of reduced cross-section, which extends in a ring around the first contact area 112 or in a ring around the second contact area 114.
  • the perforation line 150 of such a reduced-cross-section area 142 is designed as a closed ring, and the recesses 144 of such a reduced-cross-section area 142 are preferably all designed as passage openings 152 in the base body 110 of the cell connector 100, in particular as elongated holes 160.
  • a second embodiment of a cell connector 100 shown in FIGS. 7 to 12 differs from the first embodiment shown in FIGS. preferably all formed as circular holes 166.
  • Such circular holes 166 are less prone to tearing out when the cell connector 100 is subjected to alternating mechanical loads than elongated holes 160.
  • the notches 146 are preferably omitted, which in the first embodiment of the cell connector 100 extend from the outer edge 148 of the cell connector 100 along the perforation line 150 of the respective reduced-cross-section area 142 into the base body 110 of the cell connector 100 he stretch.
  • a third embodiment of a cell connector 100 shown in FIGS. 13 to 18 differs from the second embodiment described above in that the areas of reduced cross-section 142 are not arranged outside of the undulating compensation section 140 of the connecting area 138, but instead in one of the two Flanks 168 of the wave-shaped compensation section 140.
  • the two flanks 168 of the wave-shaped compensation section 140 are connected to one another by a crest 170 of the wave-shaped compensation section 140.
  • the third embodiment of a cell connector 100 shown in FIGS. 13 to 18 corresponds in terms of structure, function and manufacture to the second embodiment shown in FIGS. 7 to 12 and its variants, reference being made to the description above .
  • a fourth embodiment of a cell connector 100 differs from the third embodiment shown in FIGS instead, a plurality of cross-section-reducing elements 172, each of which comprises an incision 174 and a protuberance 176.
  • the protuberances 176 do not take part in the conduction of electricity between the first contact area 112 and the second contact region 114 of the cell connector 100, so that the cross section of the cell connector 100 that is effective for the conduction of electricity to that between the protuberances 176 lying intermediate areas 178 of the area 142 of reduced cross-section is restricted. These protuberances 176 thus effectively reduce the electrically conductive cross section of the cell connector, which does not include the cross sections of protuberances 176.
  • areas 142 with reduced cross-section which include incisions 174 and protuberances 176, can also be arranged outside of the flanks 178 of the wave-shaped compensation section 140 of the connection area 138 of the cell connector 100.
  • the fourth embodiment of a cell connector 100 shown in FIGS. 19 to 25 corresponds in terms of structure, function and manufacture to the third embodiment shown in FIGS. 13 to 18 and its variants, reference being made to the description above .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Um einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle, umfassend einen ersten Kontaktbereich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit dem ersten Zellterminal und einen zweiten Kontaktbereich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit dem zweiten Zellterminal, zu schaffen, welcher eine thermische Propagation von einer defekten elektrochemischen Zelle zu einer benachbarten elektrochemischen Zelle über den Zellverbinder hinweg reduziert oder verzögert, so dass die Gefahr verringert wird, dass ein "thermal runaway" einer defekten elektrochemischen Zelle einen "thermal runaway" einer benachbarten elektrochemischen Zelle auslöst, wird vorgeschlagen, dass der Zellverbinder im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich mindestens einen querschnittsreduzierten Bereich aufweist, in welchem der elektrisch leitende Querschnitt des Zellverbinders durch mindestens eine Ausnehmung reduziert ist.

Description

Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle, wobei der Zellverbinder einen ersten Kontaktbereich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit dem ersten Zellterminal und einen zweiten Kontaktbe reich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit dem zweiten Zellterminal umfasst.
Durch ein Überladen einer elektrochemischen Zelle oder bei einer Beschädi gung einer elektrochemischen Zelle kann es dazu kommen, dass sich die Temperatur der elektrochemischen Zelle schlagartig erhöht (sogenannter "thermal runaway"), was zu einer Beschädigung der elektrochemischen Zelle führt. Durch Wärmeübertragung zu einer benachbarten elektrochemischen Zelle kann auch an der benachbarten elektrochemischen Zelle ein solcher "thermal runaway" ausgelöst werden.
Es ist bekannt, die thermische Propagation zwischen einander benachbarten elektrochemischen Zellen dadurch zu verringern, dass zwischen die einander benachbarten elektrochemischen Zelle ein wärmeisolierender Abstandshalter (sogenannter "spacer") eingebracht wird, welcher den thermischen Übergangswiderstand zwischen den Gehäusen der beiden benachbarten elektrochemischen Zellen erhöht.
Wenn die einander benachbarten elektrochemischen Zellen durch einen Zell verbinder elektrisch leitend miteinander verbunden sind, besteht jedoch das Risiko, dass eine thermische Propagation von einer defekten elektrochemi schen Zelle zu der benachbarten elektrochemischen Zelle über den Zellver binder hinweg erfolgt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellverbinder der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine thermische Propagation von einer defekten elektrochemischen Zelle zu einer benachbarten elektro chemischen Zelle über den Zellverbinder hinweg reduziert oder verzögert, so dass die Gefahr verringert wird, dass ein "thermal runaway" einer defekten elektrochemischen Zelle schon nach kurzer Zeit einen "thermal runaway" einer benachbarten elektrochemischen Zelle auslöst.
Diese Aufgabe wird bei einem Zellverbinder mit den Merkmalen des Oberbe griffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zellverbinder im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontakt bereich mindestens einen querschnittsreduzierten Bereich aufweist, in welchem der elektrisch leitende Querschnitt des Zellverbinders durch min destens eine Ausnehmung reduziert ist.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, die thermische Leitfähigkeit des Zellverbinders deutlich zu erhöhen, während der elektrische Widerstand des Zellverbinders nur geringfügig erhöht wird, so dass eine thermische Propagation über den Zellverbinder hinweg reduziert wird, ohne die Brauchbarkeit des Zellverbinders für das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der ersten elektrochemischen Zelle und der zweiten elektrochemischen Zelle zu beeinträchtigen.
Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Zellverbinders ist ähnlich wie bei sogenannten Wärmefallen auf elektrischen Leiterbahnen.
Dadurch, dass für den elektrischen Strom eine starke Querschnittsverjüngung im querschnittsreduzierten Bereich des Zellverbinders auf einer sehr kurzen Strecke wirksam wird, ist die Erhöhung des elektrischen Widerstands gering, vorzugsweise kleiner als 10 %, und zwischen den Ausnehmungen des Zellver binders vorhandene Engstellen entwärmen sich trotz der hohen Stromdichte aufgrund der unmittelbar angrenzenden großen Außenflächen des Zellverbinders gut. Für die Übertragung von Wärme stellt die Querschnittsverringerung im querschnittsreduzierten Bereich, beispielsweise um mehr als zwei Drittel, jedoch ein erhebliches Hindernis dar, so dass der Wärmedurchgangskoeffizient des Zellverbinders sich in der Längsrichtung desselben deutlich erhöht, vorzugsweise um mehr als 200 %.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der querschnittsreduzierte Bereich des Zellverbinders eine oder mehrere, vor zugsweise mindestens drei, beispielsweise mindestens vier, Durchtrittsöff nungen umfasst.
Solche Durchtrittsöffnungen erstrecken sich vorzugsweise von einer im montierten Zustand des Zellverbinders den miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugewandten Unterseite des Zellverbinders bis zu einer im montierten Zustand des Zellverbinders den miteinander elektrisch leitend zu verbindenden elektrochemischen Zellen abgewandten Oberseite des Zellverbinders.
Um einer Kerbwirkung vorzubeugen, welche zu einer Beschädigung des Zell verbinders führen könnte, ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens eine der Durchtrittsöffnungen einen gerundeten Rand aufweist.
Besonders günstig ist es, wenn alle Durchtrittsöffnungen des querschnittsredu zierten Bereichs des Zellverbinders einen gerundeten Rand aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass min destens eine der Durchtrittsöffnungen als ein Langloch ausgebildet ist.
Besonders günstig ist es, wenn der querschnittsreduzierte Bereich mehrere Durchtrittsöffnungen umfasst, welche längs einer Perforationslinie aufeinander folgen und durch jeweils eine Engstelle voneinander getrennt sind. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Erstreckung mindestens einer Engstelle längs der Perforationslinie kleiner ist als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, der Er streckung mindestens einer der der Engstelle benachbarten Durchtrittsöffnung längs der Perforationslinie.
Vorzugsweise ist der elektrisch leitende Querschnitt des querschnittsreduzier ten Bereichs kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel, be sonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, des elektrisch leitenden Querschnitts, den der querschnittsreduzierte Bereich ohne das Vorhandensein der Aus nehmungen aufweisen würde.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der elektrisch leitende Querschnitt des querschnittsreduzierten Bereichs kleiner ist als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, des elektrisch leitenden Querschnitts eines sich im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich des Zellverbinders an den querschnittsreduzierten Bereich anschließenden Bereichs des Zellverbinders.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder nur einen quer schnittsreduzierten Bereich im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich aufweist.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Zellverbinder mehrere voneinander beabstandete querschnittsreduzierte Bereiche im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich auf weist.
Um den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich des Zellver binders relativ zueinander bewegen zu können, um beispielsweise Fertigungs toleranzen, Montagetoleranzen und/oder unterschiedliche Wärmedehnungen im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung ausgleichen zu können, ist es günstig, wenn der Zellverbinder einen elastisch und/oder plastisch verform baren Verbindungsbereich umfasst, welcher im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet ist.
Ein solcher Verbindungsbereich kann insbesondere mindestens einen wellen förmigen Kompensationsabschnitt aufweisen.
Ein solcher wellenförmiger Kompensationsabschnitt kann beispielsweise zwei Flanken und eine die beiden Flanken miteinander verbindende Kuppe auf weisen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass mindestens ein querschnittsreduzierter Be reich in einer Flanke des wellenförmigen Kompensationsbereichs angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass min destens ein querschnittsreduzierter Bereich im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem Verbindungsbereich und/oder mindestens ein querschnittsreduzierter Bereich im Strompfad zwischen dem zweiten Kontakt bereich und dem Verbindungsbereich angeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein querschnitts reduzierter Bereich in dem elastisch und/oder plastisch verformbaren Ver bindungsbereich, welcher im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet ist, angeordnet ist.
Ein solcher querschnittsreduzierter Bereich kann längs einer Querrichtung des Zellverbinders verlaufen, so dass vorzugsweise eine Perforationslinie des quer schnittsreduzierten Bereichs im Wesentlichen parallel zu der Querrichtung des Zellverbinders ausgerichtet ist. Ein solcher querschnittsreduzierter Bereich kann insbesondere außermittig oder im Wesentlichen mittig an dem Verbindungsbereich angeordnet sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass ein im Verbindungsbereich ange ordneter querschnittsreduzierter Bereich gegenüber einer mittigen Anordnung zu dem ersten Kontaktbereich oder zu dem zweiten Kontaktbereich des Zell verbinders hin versetzt angeordnet ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder mindesten einen quer schnittsreduzierten Bereich aufweist, welcher sich schräg zu einer Querrich tung des Zellverbinders erstreckt, so dass vorzugsweise eine Perforationslinie des querschnittsreduzierten Bereichs mit der Querrichtung des Zellverbinders einen spitzen Winkel einschließt.
Dieser spitze Winkel kann mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 30°, be sonders bevorzugt mindestens 40°, betragen.
Ferner kann dieser spitze Winkel weniger als 80°, vorzugsweise weniger als 60°, besonders bevorzugt weniger als 50°, betragen.
Ein solcher querschnittsreduzierter Bereich erstreckt sich vorzugsweise schräg zu dem Verbindungsbereich über den Verbindungsbereich hinweg, das heißt von einem Endbereich, der auf der dem ersten Kontaktbereich zugewandten Seite des Verbindungsbereichs liegt, durch den Verbindungsbereich hindurch bis zu einem weiteren Endbereich, der auf der dem zweiten Kontaktbereich zu gewandten Seite des Verbindungsbereichs liegt.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der querschnittsreduzierte Bereich mindestens einen Einschnitt und mindestens eine Ausstülpung umfasst. Der Zellverbinder umfasst vorzugsweise ein Material, das eine Wärmeleitfähig keit von mindestens 200 W/mK und/oder eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 800 J/kgK aufweist.
Vorzugsweise ist der Zellverbinder im Wesentlichen vollständig aus einem solchen Material gebildet.
Der Zellverbinder kann insbesondere aus einem Material gebildet sein, welches überwiegend aus Aluminium oder überwiegend aus Kupfer besteht.
Der erfindungsgemäße Zellverbinder eignet sich insbesondere zur Verwendung als Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung, welche eine erste elektro chemische Zelle, die ein erstes Zellterminal aufweist, eine zweite elektroche mische Zelle, die ein zweites Zellterminal aufweist, und einen erfindungsge mäßen Zellverbinder umfasst, wobei der Zellverbinder das erste Zellterminal der ersten elektrochemischen Zelle und das zweite Zellterminal der zweiten elektrochemischen Zelle elektrisch leitend miteinander verbindet.
Die erste elektrochemische Zelle kann ein erstes Zellgehäuse und die zweite elektrochemische Zelle kann ein zweites Zellgehäuse umfassen.
Vorzugsweise ist zwischen dem ersten Zellgehäuse der ersten elektrochemi schen Zelle und dem zweiten Zellgehäuse der zweiten elektrochemischen Zelle eine Wärmeisolierung angeordnet.
Der thermische Widerstand der Wärmeisolierung ist vorzugsweise größer als ein Viertel, insbesondere größer als ein Drittel, besonders bevorzugt größer als die Hälfte, beispielsweise größer als zwei Drittel, des thermischen Widerstands des Zellverbinders. Die zwischen dem ersten Zellgehäuse der ersten elektrochemischen Zelle und dem zweiten Zellgehäuse der zweiten elektrochemischen Zelle angeordnete Wärmeisolierung kann eine Luftschicht und/oder eine Wärmeisolierungsschicht aus einem Festkörpermaterial umfassen.
Die Wärmeisolierungsschicht aus dem Festkörpermaterial kann beispielsweise Glimmer umfassen und vorzugsweise im Wesentlichen vollständig aus Glimmer gebildet sein.
Die Dicke der Schicht aus dem wärmeisolierenden Feststoffmaterial beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm.
Die Dicke der Luftschicht der Wärmeisolierung beträgt vorzugsweise min destens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm.
Der erfindungsgemäße Zellverbinder kann eine Kette von kreisförmigen Löchern oder von Langlöchern aufweisen, welche entlang des Strompfades von dem ersten Kontaktbereich zu dem zweiten Kontaktbereich des Zellverbinders durch Lasern, Stanzen oder ähnliche Bearbeitungsmethoden in einen Grundkörper des Zellverbinders eingebracht werden. Kreisförmige Löcher neigen bei einer mechanischen Wechselbelastung des Zellverbinders weniger zum Ausreißen als Langlöcher.
Die Langlöcher sind vorzugsweise sehr schmal geformt, wobei die zwischen den in der Kette aufeinander folgenden Langlöchern verbleibenden Engstellen des Zellverbinders einen elektrisch leitenden Querschnitt aufweisen, welcher vorzugsweise kleiner ist als ein Drittel des ursprünglichen Querschnitts des Zellverbinders ohne das Einbringen der Langlöcher.
Die Kette von Langlöchern erstreckt sich vorzugsweise quer, besonders bevor zugt im Wesentlichen senkrecht, zu einer Verbindungsrichtung oder Längsrich tung des Zellverbinders. Wenn der Zellverbinder einen Verbindungsbereich aufweist, welcher einen wellenförmigen Kompensationsabschnitt umfasst, so kann die Langloch-Kette insbesondere in dem wellenförmigen Kompensationsabschnitt oder neben dem wellenförmigen Kompensationsabschnitt angeordnet sein.
Die Kette von Langlöchern kann sich auch schräg zur Verbindungsrichtung oder Längsrichtung des Zellverbinders und/oder schräg zu einer Querrichtung des Zellverbinders über den wellenförmigen Kompensationsabschnitt des Zell verbinders hinweg erstrecken.
Eine solche Ausgestaltung eines querschnittsreduzierten Bereichs des Zellver binders ist aufgrund der mechanisch stabilisierenden Wirkung der schrägen Anordnung der Langloch-Kette besonders vorteilhaft.
Der mindestens eine querschnittsreduzierte Bereich des Zellverbinders kann eine oder mehrere Einkerbungen an einem oder an mehreren äußeren Rändern des Zellverbinders umfassen, um eine gleichmäßige Entwärmung der Engstellen des querschnittsreduzierten Bereichs des Zellverbinders sicher zustellen. Liegt nämlich eine Engstelle des querschnittsreduzierten Bereichs an einem äußeren Rand des Zellverbinders, so steht dieser Engstelle nur eine geringere benachbarte Außenfläche des Zellverbinders für die Entwärmung zur Verfügung, so dass die betreffende Engstelle heißer wird als andere Engstellen des querschnittsreduzierten Bereichs.
Die Engstellen des querschnittsreduzierten Bereichs sind vorzugsweise im Wesentlichen äquidistant voneinander angeordnet.
Die Engstellen des querschnittsreduzierten Bereichs sind so dimensioniert, dass im Fall des Abrufs von Spitzenströmen durch den Zellverbinder der Strom stets weit unterhalb der Auslöseschwelle von im Stromkreis vorhandenen Sicherungen bleibt. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach folgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausfüh rungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Zellverbinders zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle, wobei der Zellverbinder einen ersten Kontaktbereich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders mit dem ersten Zellterminal und einen zweiten Kontaktbereich zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellver binders mit dem zweiten Zellterminal umfasst und wobei der Zell verbinder im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich zwei querschnittsreduzierte Bereiche aufweist, in welchen der elektrisch leitende Querschnitt des Zell verbinders durch jeweils mehrere, beispielsweise sechs, Ausneh mungen reduziert ist, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen abgewandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 2 eine weitere perspektivische Darstellung des Zellverbinders aus
Fig. 1, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugewandte Seite des Zellverbinders; Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus den Fig. 1 und 2, des ersten Zellterminals, des zweiten Zellterminals, der ersten elektrochemischen Zelle und der zweiten elektrochemi schen Zelle;
Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf den Zellverbinder aus den Fig. 1 und
2;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 4, längs der
Linie 5 - 5 in Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 4, in einem querschnittsreduzierten Bereich des Zellverbinders, längs der Linie 6 - 6 in Fig. 4;
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Zellverbinders, bei welcher jeder der querschnittsredu zierten Bereiche jeweils mehrere Durchtrittsöffnungen in der Form von kreisförmigen Löchern umfasst, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen abge wandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 8 eine weitere perspektivische Darstellung des Zellverbinders aus
Fig. 7, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugewandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus den Fig. 7 und 8, des ersten Zellterminals, des zweiten Zellterminals, der ersten elektrochemischen Zelle und der zweiten elektrochemi schen Zelle; Fig. 10 eine Draufsicht von oben auf den Zellverbinder aus den Fig. 7 und
8;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 10, längs der Linie 11 - 11 in Fig. 10;
Fig. 12 einen Querschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 10, in einem querschnittsreduzierten Bereich des Zellverbinders, längs der Linie 12 - 12 in Fig. 10;
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Zellverbinders, bei welcher die querschnittsreduzierten Be reiche jeweils mehrere Durchtrittsöffnungen in Form von kreis förmigen Löchern umfassen und jeweils in einer Flanke eines wellenförmigen Kompensationsabschnitts eines Verbindungsbereichs des Zellverbinders angeordnet sind, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemi schen Zellen abgewandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 14 eine weitere perspektivische Darstellung des Zellverbinders aus Fig. 13, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugewandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 15 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus den Fig.
13 und 14, des ersten Zellterminals, des zweiten Zellterminals, der ersten elektrochemischen Zelle und der zweiten elektrochemischen Zelle; Fig. 16 eine Draufsicht von oben auf den Zellverbinder aus den Fig. 13 und 14;
Fig. 17 einen Längsschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 16, längs der Linie 17 - 17 in Fig. 16;
Fig. 18 einen Querschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 16, längs der Linie 18 - 18 in Fig. 16, mit Blick auf eine Flanke des wellen förmigen Kompensationsbereichs des Zellverbinders, in dem die kreisförmigen Löcher eines querschnittsreduzierten Bereichs des Zellverbinders angeordnet sind;
Fig. 19 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Zellverbinders, bei welchem die querschnittsreduzierten Bereiche jeweils mehrere querschnittsreduzierende Elemente aus jeweils einem Einschnitt und jeweils einer Ausstülpung umfassen und jeweils in einer der Flanken eines wellenförmigen Kompensationsbereichs eines Verbindungsbereichs des Zell verbinders angeordnet sind, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen abge wandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 20 eine weitere perspektivische Darstellung des Zellverbinders aus Fig. 19, mit der Blickrichtung auf die im montierten Zustand des Zellverbinders den Zellterminals der miteinander zu verbindenden elektrochemischen Zellen zugewandte Seite des Zellverbinders;
Fig. 21 eine schematische Seitenansicht des Zellverbinders aus den Fig.
19 und 20, des ersten Zellterminals, des zweiten Zellterminals, der ersten elektrochemischen Zelle und der zweiten elektro chemischen Zelle; Fig. 22 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus Fig. 20;
Fig. 23 eine Draufsicht von oben auf den Zellverbinder aus den Fig. 19 und 20;
Fig. 24 einen Längsschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 23, längs der Linie 24 - 24 in Fig. 23; und
Fig. 25 einen Querschnitt durch den Zellverbinder aus Fig. 23, längs der Linie 25 - 25 in Fig. 23, mit dem Blick auf eine der Flanken des wellenförmigen Kompensationsabschnitts des Verbindungsbe reichs des Zellverbinders, in welchem die Einschnitte und Aus stülpungen umfassenden querschnittsreduzierenden Elemente eines der querschnittsreduzierten Bereiche des Zellverbinders angeordnet sind.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in den Fig. 1 bis 6 dargestellter Zellverbinder 100 dient zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals 102 einer ersten elektrochemi schen Zelle 104 und eines zweiten Zellterminals 106 einer zweiten elektroche mischen Zelle 108.
Die elektrochemischen Zellen 104 und 108 bilden Bestandteile eines Batteriemoduls 109 einer als Ganzes mit 111 bezeichneten elektrochemischen Vorrichtung, welche mehrere Batteriemodule 109 umfassen kann, die ihrer seits jeweils mehrere elektrochemische Zellen 104, 108 umfassen.
Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann insbesondere als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet sein. Die elektrochemischen Zellen 104, 108 der elektrochemischen Module können entsprechend als Akkumulatorzellen, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumu- latorzellen, ausgebildet sein.
Das erste Zellterminal 102 kann positive oder negative Polarität aufweisen; das zweite Zellterminal 106 weist dann die jeweils entgegengesetzte Polarität, also beispielsweise die negative Polarität oder die positive Polarität, auf.
Der Zellverbinder 100 umfasst einen Grundkörper 110, welcher seinerseits einen ersten Kontaktbereich 112, der im montierten Zustand des Zellver binders 100 mit dem ersten Zellterminal 102 der ersten elektrochemischen Zelle 104 elektrisch leitend verbunden ist, und einen zweiten Kontaktbereich 114, der im montierten Zustand des Zellverbinders 100 mit dem zweiten Zell terminal 106 der zweiten elektrochemischen Zelle 108 elektrisch leitend ver bunden ist, aufweist.
Der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 ist vorzugsweise als ein Stanz- biegeteil hergestellt.
Der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 kann insbesondere aus Alumi nium, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Gold oder Silber oder aus einer Legierung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Metalle gebildet sein.
Ferner kann der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 auch aus einem anderen Metall oder aus einer anderen metallischen Legierung gebildet sein.
Außerdem kann der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 grundsätzlich auch aus einem leitfähigen Kunststoff material und/oder aus einem leitfähigen Kohlenstoffmaterial gebildet sein. Der erste Kontaktbereich 112 und der zweite Kontaktbereich 114 des Zellver binders 100 sind im montierten Zustand des Zellverbinders 100 durch Ver schraubung oder vorzugsweise stoffschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 102 beziehungsweise 106 verbunden.
Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Verschwei ßung, insbesondere Laserverschweißung, oder durch Verlötung hergestellt sein.
Um auch nach dem stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 100 mit den Zellterminals 102 und 106 einen direkten Zugang, beispielsweise für Mess zwecke, zu den Zellterminals 102 beziehungsweise 106 zu ermöglichen, kann der erste Kontaktbereich 112 mit einer, beispielsweise im Wesentlichen recht eckigen, Durchtrittsöffnung 116 und/oder der zweite Kontaktbereich 114 des Grundkörpers 110 mit einer, beispielsweise im Wesentlichen rechteckigen, Durchtrittsöffnung 118 versehen sein.
Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 111 kann es aufgrund unter schiedlicher Temperaturen und/oder aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Zellverbinders 100 einerseits und einer (nicht dargestellten) Aufnahmevorrichtung für die elektrochemischen Zellen 104, 108 andererseits zu einer Differenz zwischen einer Längsdehnung des Zellver binders 100 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen der Längs achse 120 des ersten Zellterminals 102 und der Längsachse 122 des zweiten Zellterminals 106 andererseits kommen. Durch eine Temperaturänderung werden die Relativpositionen der durch den Zellverbinder 100 miteinander ver bundenen Zellterminals 102, 106 in einer senkrecht zur Axialrichtung 124 der Zellterminals 102, 106 ausgerichteten Verbindungsrichtung 126 und/oder in einer senkrecht zur Axialrichtung 124 der Zellterminals 102, 106 und senk recht zur Verbindungsrichtung 126 ausgerichteten Querrichtung 128 verän dert. Die Verbindungsrichtung 126 liegt in einer Ebene, welche die Längsachsen 120, 122 der Zellterminals 102 und 106 enthält, und verläuft parallel zu einer Längsrichtung 130 des Zellverbinders 100.
Insbesondere verläuft die Verbindungsrichtung 126 durch ein Zentrum 132 der Durchtrittsöffnung 116 in dem ersten Kontaktbereich 112 und durch ein Zentrum 134 der Durchtrittsöffnung 118 im zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100.
Ferner kann es aufgrund unterschiedlicher Längsdehnungen der miteinander durch den Zellverbinder 100 verbundenen elektrochemischen Zellen 104 und 108 zu einer Veränderung der Relativpositionen zwischen den miteinander ver bundenen Zellterminals 102 und 106 längs der Axialrichtung 124 der Zell terminals 102, 106 kommen.
Um solche Relativbewegungen zwischen den miteinander verbundenen Zellter minals 102, 106 und damit zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100 in der Längsrichtung 130 des Zellverbinders 100, in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100 und/oder in einer senkrecht zur Längsrichtung 130 und senkrecht zur Quer richtung 128 ausgerichteten Kontaktrichtung 136 des Zellverbinders 100 kompensieren zu können, umfasst der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Verbindungsbereich 138, weicher zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbe reich 118 im Strompfad des Zellverbinders 100 angeordnet ist und die beiden Kontaktbereiche 112 und 114 miteinander verbindet.
Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 100 umfasst der verformbare Verbindungsbereich 138 einen Kompensationsab schnitt 140, welcher vorzugsweise im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet ist. Der Kompensationsabschnitt 140 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100.
Ferner umfasst der Zellverbinder 100 im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 mindestens einen, vorzugsweise mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, quer schnittsreduzierte Bereiche 142, in denen der elektrisch leitende Querschnitt des Zellverbinders 100 durch jeweils mindestens eine oder vorzugsweise durch jeweils mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel durch jeweils sechs, Ausnehmungen 144 reduziert ist.
Vorzugsweise ist mindestens eine der Ausnehmungen 144 eines querschnitts reduzierten Bereichs 142 als eine Einkerbung 146 ausgebildet, welche sich von einem äußeren Rand 148 des Zellverbinders 100 aus längs einer Perforations linie 150 des jeweiligen querschnittsreduzierten Bereichs 142 in den Grund körper 100 des Zellverbinders 100 hinein erstreckt.
Vorzugsweise umfasst jeder querschnittsreduzierte Bereich 142 jeweils zwei solcher Einkerbungen 146, welche vorzugsweise an einander gegenüber liegenden Rändern 148 des Zellverbinders 100 angeordnet sind.
Ferner umfasst jeder querschnittsreduzierte Bereich 142 vorzugsweise eine oder besonders bevorzugt mehrere Ausnehmungen 144, die als Durchtrittsöff nungen 152 im Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 ausgebildet sind und sich von einer im montierten Zustand des Zellverbinders 100 den miteinander zu verbindenden Zellterminals 102, 106 zugewandten Unterseite 154 bis zu einer im montierten Zustand des Zellverbinders 100 den miteinander zu ver bindenden Zellterminals 102 und 106 abgewandten Oberseite 156 durch den ganzen Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 hindurch erstrecken. Vorzugsweise umfasst jeder querschnittsreduzierte Bereich 142 mehrere solcher Durchtrittsöffnungen 152, insbesondere mindestens drei solche Durch trittsöffnungen 152, besonders bevorzugt mindestens vier solche Durchtritts öffnungen 152, wie im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die Durchtrittsöffnungen 152 folgen längs der Perforationslinie 150 des jeweili gen querschnittsreduzierten Bereichs 142 aufeinander und sind durch jeweils eine Engstelle 158 des querschnittsreduzierten Bereichs 142 von einer benach barten anderen Durchtrittsöffnung 152 oder von einer benachbarten Einker bung 146 des querschnittsreduzierten Bereichs 142 getrennt.
Dabei ist die Erstreckung mindestens einer Engstelle 158 längs der Perfora tionslinie 150 vorzugsweise kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, der Erstreckung min destens einer der der Engstelle 158 benachbarten Durchtrittsöffnung 152 längs der Perforationslinie 150.
Die Engstellen 158 sind also kurz im Verhältnis zu den Durchtrittsöffnungen 152 des querschnittsreduzierten Bereichs 142.
Vorzugsweise ist mindestens eine der Durchtrittsöffnungen 152 des quer schnittsreduzierten Bereichs 142 als ein Langloch 160 ausgebildet.
Besonders bevorzugt sind alle Durchtrittsöffnungen 152 des querschnittsredu zierten Bereichs 142 als jeweils ein Langloch 160 ausgebildet.
Der elektrisch leitende Querschnitt jedes querschnittsreduzierten Bereichs 142 ist vorzugsweise kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Drittel, be sonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, des elektrisch leitenden Querschnitts, den der betreffende querschnittsreduzierte Bereich 142 ohne das Vorhanden sein der Ausnehmungen 144 aufweisen würde. Ferner ist der elektrisch leitende Querschnitt jedes querschnittsreduzierten Be reichs 142 des Zellverbinders 100 vorzugsweise kleiner als die Hälfte, insbe sondere kleiner als ein Drittel, besonders bevorzugt kleiner als ein Viertel, des elektrisch leitenden Querschnitts eines sich im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100 an den jeweiligen querschnittsreduzierten Bereich 142 anschließenden Be reichs 162 des Zellverbinders 100.
Bei der dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 100 weist der Zell verbinder 100 mehrere, insbesondere zwei, in der Längsrichtung 130 des Zell verbinders 100 voneinander beabstandete querschnittsreduzierte Bereiche 142 im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100 auf.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein erster querschnittsreduzierter Bereich 142a im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem elastisch und/oder plastisch verformbaren Verbindungsbereich 138 des Zell verbinders 100 und/oder ein zweiter querschnittsreduzierter Bereich 142b im Strompfad zwischen dem zweiten Kontaktbereich 114 und dem elastisch und/oder plastisch verformbaren Verbindungsbereich 138 des Zellverbinders 100 angeordnet ist.
Der Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 200 W/mK und/oder eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 800 J/kgK auf weist.
Ein solches Material kann insbesondere eine Aluminiumlegierung sein.
Jeder der querschnittsreduzierten Bereiche 142 bildet entlang des Strom pfades von dem ersten Kontaktbereich 112 zu dem zweiten Kontaktbereich 114 eine Kette von Ausnehmungen 144. Die Ausnehmungen 144 sind vorzugsweise nach der Bildung des Grundkörpers 110 aus demselben herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt, oder, vor zugsweise mittels eines Lasers, herausgeschnitten.
Die Ausnehmungen 144 weisen vorzugsweise einen gerundeten Rand 164 auf, um ein Einreißen des Grundkörpers 110 nach der Herstellung der Aus nehmungen 144 in dem Grundkörper 110 zu vermeiden.
Die Perforationslinie 150, längs welcher die Ausnehmungen 144 eines quer schnittsreduzierten Bereichs 142 aufeinander folgen, verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausdehnung jeder Ausnehmung 144 eines querschnittsreduzierten Bereichs 142 längs der Längsrichtung 130 bezie hungsweise längs der Verbindungsrichtung 126 des Zellverbinders 100 höchstens die Hälfte, insbesondere höchstens ein Drittel, besonders bevorzugt höchstens ein Viertel, der Ausdehnung derselben Ausnehmung 144 längs der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100 beträgt.
Aufgrund der geringen Ausdehnung der Ausnehmungen 144 in der Längsrich tung 130 beziehungsweise in der Verbindungsrichtung 126 des Zellverbinders 100 wird der elektrische Widerstand des Strompfads des Zellverbinders 100 von dem ersten Kontaktbereich 112 zu dem zweiten Kontaktbereich 114 durch den querschnittsreduzierten Bereich 142 nur geringfügig erhöht.
Die thermische Leitfähigkeit des Zellverbinders 100 wird durch die Quer schnittsreduktion im Bereich der querschnittsreduzierten Bereiche 142 des Zellverbinders jedoch stark reduziert. Die mechanischen Eigenschaften des Verbindungsbereichs 138 des Zellver binders 100, welche zum Ausgleich von Positionstoleranzen zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 140 dienen, bleiben dabei erhalten.
Die Engstellen 158 in den querschnittsreduzierten Bereichen 142 entwärmen sich trotz der hohen Stromdichte aufgrund der unmittelbar angrenzenden großen Flächen der sich an die querschnittsreduzierten Bereiche 142 an schließenden Bereiche 162 des Zellverbinders 100 gut.
Das Wirkprinzip der querschnittsreduzierten Bereiche 142 ist ähnlich wie bei sogenannten Wärmefallen auf elektrischen Leiterbahnen.
Dadurch, dass für den elektrischen Strom, der zwischen dem ersten Kontakt bereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100 fließt, die starke Querschnittsreduktion in den querschnittsreduzierten Be reichen 142 nur über eine sehr kurze Strecke längs der Verbindungsrichtung 126 hinweg wirksam wird, ist die Erhöhung des elektrischen Widerstands des Zellverbinders 100 nur gering, vorzugsweise geringer als 10 %.
Für die Übertragung von Wärme stellt die Querschnittsverringerung in den querschnittsreduzierten Bereichen 142 jedoch ein erhebliches Hindernis dar, so dass sich der thermische Widerstand des Zellverbinders 100 in der Längs richtung 130 beziehungsweise in der Verbindungsrichtung 126 um vorzugs weise mindestens 200 % erhöht.
Durch diese deutliche Erhöhung des thermischen Widerstands des Zellver binders 100 wird die Propagation einer Temperaturerhöhung von der ersten elektrochemischen Zelle 104 zu der zweiten elektrochemischen Zelle 108 deut lich verzögert, vorzugsweise um mindestens 10 Sekunden, insbesondere um mindestens 15 Sekunden, besonders bevorzugt um mindestens 20 Sekunden. Somit kann verhindert werden, dass bei einem "thermal runaway" der ersten elektrochemischen Zelle 104 aufgrund einer Wärmeübertragung über den Zell verbinder 100 auch ein "thermal runaway" der zweiten elektrochemischen Zelle 108 ausgelöst wird.
Diese Verzögerung der thermischen Propagation zwischen der ersten elektro chemischen Zelle 104 und der zweiten elektrochemischen Zelle 108 ist be sonders wirksam, wenn zwischen einem ersten Zellgehäuse der ersten elektro chemischen Zelle 104 und einem zweiten Zellgehäuse der zweiten elektroche mischen Zelle 108 eine Wärmeisolierung angeordnet ist, wobei der thermische Widerstand der Wärmeisolierung vorzugsweise größer ist als ein Viertel, insbe sondere größer als ein Drittel, besonders bevorzugt größer als die Hälfte, bei spielsweise größer als zwei Drittel, des thermischen Widerstands des Zellver binders 100.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zwischen den Zell gehäusen der elektrochemischen Zellen 104 und 108 angeordnete Wärmeiso lierung eine Luftschicht und/oder eine Wärmeisolierungsschicht aus einem Festkörpermaterial umfasst.
Die Schicht aus dem wärmeisolierenden Feststoffmaterial kann beispielsweise Glimmer umfassen.
Die Dicke der Schicht aus dem wärmeisolierenden Feststoffmaterial beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm.
Die Dicke der Luftschicht der Wärmeisolierung beträgt vorzugsweise min destens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm. Dadurch, dass in den Endbereichen der querschnittsreduzierten Bereiche 142 die Einkerbungen 146 vorgesehen sind, wird eine gleichmäßige Entwärmung aller Engstellen 158 des jeweiligen querschnittsreduzierten Bereichs 142 sichergestellt.
Würde nämlich eine der Engstellen 158 direkt am äußeren Rand 148 des Grundkörpers 110 des Zellverbinders 100 angeordnet sein, so würde einer solchen Engstelle 158 für die Entwärmung nur eine kleinere Fläche in der un mittelbaren Nachbarschaft zur Verfügung stehen. Diese Engstelle 158 am Rand des Zellverbinders 100 würde sich daher stärker erhitzen, was den elektrischen Widerstand des Zellverbinders 100 erhöhen würde.
Vorzugsweise sind die Engstellen 158 eines querschnittsreduzierten Bereichs 142 im Wesentlichen äquidistant voneinander angeordnet.
Die Engstellen 158 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass sie im Fall des Abrufs von Spitzenströmen aus der elektrochemischen Vorrichtung 111 im je weiligen Anwendungsfall stets weit unter der Auslöseschwelle von im Strom kreis vorhandenen Sicherungen arbeiten.
Bei einer (zeichnerisch nicht dargestellten) Variante der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 100 entfällt einer der querschnittsreduzierten Bereiche 142, so dass beispielsweise nur ein quer schnittsreduzierter Bereich 142a zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem Verbindungsbereich 138 des Zellverbinders 100 vorgesehen ist und im Strompfad zwischen dem zweiten Kontaktbereich 114 und dem Verbindungs bereich 138 des Zellverbinders 100 kein querschnittsreduzierter Bereich 142 vorgesehen ist. Umgekehrt kann auch vorgesehen sein, dass nur ein querschnittsreduzierter Bereich 142b im Strompfad zwischen dem zweiten Kontaktbereich 114 und dem Verbindungsbereich 138 des Zellverbinders 100 vorgesehen ist, während im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem Verbindungs bereich 138 des Zellverbinders 100 kein querschnittsreduzierter Bereich 142 vorgesehen ist.
Bei einer anderen Variante der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 100 kann vorgesehen sein, dass ein querschnittsreduzier ter Bereich 142 in dem Verbindungsbereich 138, insbesondere im wellenförmi gen Kompensationsabschnitt 140 des Verbindungsbereichs 138, angeordnet ist.
Ein solcher querschnittsreduzierter Bereich 142 verläuft vorzugsweise längs der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100, das heißt die Perforationslinie 150 des querschnittsreduzierten Bereichs 142 ist im Wesentlichen parallel zu der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100 ausgerichtet.
Der querschnittsreduzierte Bereich 142 kann im Wesentlichen mittig an dem Verbindungsbereich 138 angeordnet sein.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der im Verbindungsbereich 138 angeordnete querschnittsreduzierte Bereich 142 gegenüber einer mittigen An ordnung zu dem ersten Kontaktbereich 112 oder zu dem zweiten Kontaktbe reich 114 des Zellverbinders 100 hin versetzt angeordnet ist.
Bei einer weiteren Variante des zeichnerisch dargestellten Zellverbinders 100 ist vorgesehen, dass der Zellverbinder 100 mindestens einen querschnittsre duzierten Bereich 142 aufweist, welcher sich schräg zu der Querrichtung 128 des Zellverbinders 100 erstreckt, das heißt, dass die Perforationslinie 150 des querschnittsreduzierten Bereichs 142 mit der Querrichtung 128 einen spitzen Winkel einschließt. Dieser spitze Winkel kann mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 30°, be sonders bevorzugt mindestens 40°, betragen.
Ferner kann dieser spitze Winkel weniger als 80°, vorzugsweise weniger als 60°, besonders bevorzugt weniger als 50°, betragen.
Ein solcher querschnittsreduzierter Bereich 142 erstreckt sich vorzugsweise schräg zu dem Verbindungsbereich 138 über den Verbindungsbereich 138 hin weg, das heißt von einem Endbereich, der auf der dem ersten Kontaktbereich 112 zugewandten Seite des Verbindungsbereichs 138 liegt, durch den Ver bindungsbereich 138 hindurch bis zu einem weiteren Endbereich, der auf der dem zweiten Kontaktbereich 114 zugewandten Seite des Verbindungsbereich 138 liegt.
Eine solche schräg zur Querrichtung 128 verlaufende Ausgestaltung des quer schnittsreduzierten Bereichs 142 weist eine den Zellverbinder 100 mechanisch stabilisierende Wirkung auf.
Bei einer weiteren Variante des Zellverbinders 100 kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder 100 mindestens einen querschnittsreduzierten Bereich 142 aufweist, der sich ringförmig um den ersten Kontaktbereich 112 oder ring förmig um den zweiten Kontaktbereich 114 herum erstreckt. Die Perforations linie 150 eines solchen querschnittsreduzierten Bereichs 142 ist ringförmig ge schlossen ausgebildet, und die Ausnehmungen 144 eines solchen querschnitts reduzierten Bereichs 142 sind vorzugsweise alle als Durchtrittsöffnungen 152 im Grundkörper 110 des Zellverbinders 100, insbesondere als Langlöcher 160, ausgebildet. Im Übrigen stimmen alle vorstehend erläuterten Varianten der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den Fig. 1 bis 6 zeichnerisch darge stellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung inso weit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 7 bis 12 dargestellte zweite Ausführungsform eines Zellver binders 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Durchtrittsöffnungen 152 der querschnitts reduzierten Bereiche 142 nicht als Langlöcher 160, sondern zumindest teil weise, vorzugsweise alle, als kreisförmige Löcher 166 ausgebildet sind.
Solche kreisförmigen Löcher 166 neigen bei einer mechanischen Wechselbelastung des Zellverbinders 100 weniger zum Ausreißen als Langlöcher 160.
Ferner entfallen bei dieser zweiten Ausführungsform des Zellverbinders 100 vorzugsweise die Einkerbungen 146, welche sich bei der ersten Ausführungs form des Zellverbinders 100 von dem äußeren Rand 148 des Zellverbinders 100 aus längs der Perforationslinie 150 des jeweiligen querschnittsreduzierten Bereichs 142 in den Grundkörper 110 des Zellverbinders 100 hinein er strecken.
Auch durch den Wegfall dieser Einkerbungen 146 wird die mechanische Stabili tät des Zellverbinders 100 im Fall einer mechanischen Wechselbelastung des Zellverbinders 100 erhöht.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 7 bis 12 dargestellte zweite Ausführungs form eines Zellverbinders 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungs weise mit der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform sowie mit deren vorstehend beschriebenen Varianten überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in den Fig. 13 bis 18 dargestellte dritte Ausführungsform eines Zellver binders 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform dadurch, dass die querschnittsreduzierten Bereiche 142 nicht außerhalb des wellenförmigen Kompensationsabschnitts 140 des Verbindungs bereichs 138 angeordnet sind, sondern stattdessen jeweils in einer der beiden Flanken 168 des wellenförmigen Kompensationsabschnitts 140.
Die beiden Flanken 168 des wellenförmigen Kompensationsabschnitts 140 sind durch eine Kuppe 170 des wellenförmigen Kompensationsabschnitts 140 miteinander verbunden.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 13 bis 18 dargestellte dritte Ausführungs form eines Zellverbinders 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungs weise mit der in den Fig. 7 bis 12 dargestellten zweiten Ausführungsform und deren Varianten überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 19 bis 25 dargestellte vierte Ausführungsform eines Zellver binders 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 13 bis 18 dargestellten dritten Ausführungsform dadurch, dass die querschnittsreduzierten Bereiche 142 des Zellverbinders 100 keine als kreisförmige Löcher 166 ausgebildeten Durchtrittsöffnungen 152 umfassen, sondern stattdessen eine Mehrzahl von querschnittsreduzierenden Elementen 172, welche jeweils einen Einschnitt 174 und eine Ausstülpung 176 umfassen.
Wie am besten aus Fig. 24 zu ersehen ist, nehmen die Ausstülpungen 176 nicht an der Stromleitung zwischen dem ersten Kontaktbereich 112 und dem zweiten Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 100 teil, so dass der für die Stromleitung wirksame Querschnitt des Zellverbinders 100 auf die zwischen den Ausstülpungen 176 liegenden Zwischenbereiche 178 der querschnitts reduzierten Bereich 142 beschränkt ist. Durch diese Ausstülpungen 176 wird somit der elektrisch leitende Querschnitt des Zellverbinders, welcher die Querschnitte der Ausstülpungen 176 nicht umfasst, wirksam reduziert.
Grundsätzlich können querschnittsreduzierte Bereiche 142, welche Einschnitte 174 und Ausstülpungen 176 umfassen, auch außerhalb der Flanken 178 des wellenförmigen Kompensationsabschnitts 140 des Verbindungsbereichs 138 des Zellverbinders 100 angeordnet sein.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 19 bis 25 dargestellte vierte Ausführungs form eines Zellverbinders 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungs weise mit der in den Fig. 13 bis 18 dargestellten dritten Ausführungsform und deren Varianten überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zelltermi nals (102) einer ersten elektrochemischen Zelle (104) und eines zweiten Zellterminals (106) einer zweiten elektrochemischen Zelle (108), umfassend einen ersten Kontaktbereich (112) zum elektrisch leitenden Verbinden des Zellverbinders (100) mit dem ersten Zellterminal (102) und einen zweiten Kontaktbereich (114) zum elektrisch leitenden Ver binden des Zellverbinders (100) mit dem zweiten Zellterminal (106), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Zellverbinder (100) im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich (112) und dem zweiten Kontaktbereich (114) mindestens einen querschnittsreduzierten Bereich (142) aufweist, in welchem der elektrisch leitende Querschnitt des Zellverbinders (100) durch min destens eine Ausnehmung (144) reduziert ist.
2. Zellverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der quer schnittsreduzierte Bereich (142) eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen (152) umfasst.
3. Zellverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass min destens eine der Durchtrittsöffnungen (152) einen gerundeten Rand auf weist.
4. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass mindestens eine der Durchtrittsöffnungen (152) als ein kreis förmiges Loch (166) oder als ein Langloch (160) ausgebildet ist.
5. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass der querschnittsreduzierte Bereich (142) mehrere Durchtritts öffnungen (152) umfasst, welche längs einer Perforationslinie (150) auf einander folgen und durch jeweils eine Engstelle (158) voneinander ge trennt sind.
6. Zellverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Er streckung mindestens einer Engstelle (158) längs der Perforationslinie (150) kleiner ist als die Hälfte der Erstreckung mindestens einer der der Engstelle (158) benachbarten Durchtrittsöffnungen (152) längs der Per forationslinie (150).
7. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass der elektrisch leitende Querschnitt des querschnittsreduzierten Bereichs (142) kleiner ist als die Hälfte des elektrisch leitenden Quer schnitts, den der querschnittsreduzierte Bereich (142) ohne das Vor handensein der Ausnehmungen (144) aufweisen würde.
8. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass der elektrisch leitende Querschnitt des querschnittsreduzierten Bereichs (142) kleiner ist als die Hälfte des elektrisch leitenden Quer schnitts eines sich im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich (112) und dem zweiten Kontaktbereich (114) des Zellverbinders (100) an den querschnittsreduzierten Bereich (142) anschließenden Bereichs (162) des Zellverbinders (100).
9. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass der Zellverbinder (100) mehrere voneinander beabstandete querschnittsreduzierte Bereiche (142) im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich (112) und dem zweiten Kontaktbereich (114) auf weist.
10. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass der Zellverbinder (100) einen elastisch und/oder plastisch ver formbaren Verbindungsbereich (138) umfasst, welcher im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich (112) und dem zweiten Kontaktbe reich (114) angeordnet ist.
11. Zellverbinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ver bindungsbereich (138) mindestens einen wellenförmigen Kompensations abschnitt (140) aufweist.
12. Zellverbinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass min destens ein querschnittsreduzierter Bereich (142) in einer Flanke (168) des wellenförmigen Kompensationsbereichs (140) angeordnet ist.
13. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens ein querschnittsreduzierter Bereich (142) im Strompfad zwischen dem ersten Kontaktbereich (112) und dem Ver bindungsbereich (138) und/oder mindestens ein querschnittsreduzierter Bereich (142) im Strompfad zwischen dem zweiten Kontaktbereich (114) und dem Verbindungsbereich (138) angeordnet ist.
14. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der querschnittsreduzierte Bereich (142) mindestens einen Einschnitt (174) und mindestens eine Ausstülpung (176) umfasst.
15. Zellverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich net, dass der Zellverbinder (100) ein Material umfasst, das eine Wärme leitfähigkeit von mindestens 200 W/mK und/oder eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 800 J/kgK aufweist.
16. Elektrochemische Vorrichtung, umfassend eine erste elektrochemische Zelle (104), die ein erstes Zellterminal (102) aufweist, eine zweite elektrochemische Zelle (108), die ein zweites Zellterminal (106) aufweist, und einen Zellverbinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, der das erste Zellterminal (102) der ersten elektrochemischen Zelle (104) und das zweite Zellterminal (106) der zweiten elektrochemischen Zelle (108) elektrisch leitend miteinander verbindet.
17. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, dass die erste elektrochemische Zelle (104) ein erstes Zellgehäuse und die zweite elektrochemische Zelle (108) ein zweites Zellgehäuse um fasst, wobei zwischen dem ersten Zellgehäuse der ersten elektrochemischen Zelle (104) und dem zweiten Zellgehäuse der zweiten elektrochemischen Zelle (108) eine Wärmeisolierung angeordnet ist, wobei der thermische Widerstand der Wärmeisolierung größer ist als ein Viertel des thermischen Widerstands des Zellverbinders (100).
PCT/EP2021/062173 2020-05-28 2021-05-07 Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals WO2021239442A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180036893.3A CN115836439A (zh) 2020-05-28 2021-05-07 用于导电连接单体电池端子的单体电池连接器
EP21725097.6A EP4158721A1 (de) 2020-05-28 2021-05-07 Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020114353.2 2020-05-28
DE102020114353.2A DE102020114353A1 (de) 2020-05-28 2020-05-28 Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021239442A1 true WO2021239442A1 (de) 2021-12-02

Family

ID=75904919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/062173 WO2021239442A1 (de) 2020-05-28 2021-05-07 Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4158721A1 (de)
CN (1) CN115836439A (de)
DE (1) DE102020114353A1 (de)
WO (1) WO2021239442A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023099187A1 (de) * 2021-12-01 2023-06-08 Elringklinger Ag Stromschiene und eine stromschiene umfassende elektrochemische vorrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009058723A1 (de) * 2009-12-17 2011-06-22 Amphenol-Tuchel Electronics GmbH, 74080 Flexibler Zellverbinder
DE102012205021A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Robert Bosch Gmbh Zellverbinder für ein Batteriesystem oder für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Batterie und Kraftfahrzeug
WO2019202117A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Battery-Direct Gmbh & Co. Kg Akkumulatorzellenmodul und verfahren zum kontaktieren der akkumulatorzellen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070099073A1 (en) 2005-10-31 2007-05-03 White Daniel J Cell connection straps for battery cells of a battery pack
DE102011005222A1 (de) 2011-03-08 2012-09-13 Sb Limotive Company Ltd. Verbinder zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen mindestens drei Terminals von Batteriezellen
CN107305938A (zh) 2016-04-25 2017-10-31 比亚迪股份有限公司 电池连接片、电池模组以及动力电池包
DE102017200509A1 (de) 2017-01-13 2018-07-19 Robert Bosch Gmbh Zellverbinder und Batteriemodul mit dem selbigen
WO2019069837A1 (ja) 2017-10-05 2019-04-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009058723A1 (de) * 2009-12-17 2011-06-22 Amphenol-Tuchel Electronics GmbH, 74080 Flexibler Zellverbinder
DE102012205021A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Robert Bosch Gmbh Zellverbinder für ein Batteriesystem oder für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Batterie und Kraftfahrzeug
WO2019202117A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Battery-Direct Gmbh & Co. Kg Akkumulatorzellenmodul und verfahren zum kontaktieren der akkumulatorzellen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023099187A1 (de) * 2021-12-01 2023-06-08 Elringklinger Ag Stromschiene und eine stromschiene umfassende elektrochemische vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN115836439A (zh) 2023-03-21
DE102020114353A1 (de) 2021-12-02
EP4158721A1 (de) 2023-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1061783B2 (de) Keramik-Metall-Substrat, insbesondere Mehrfachsubstrat
DE112012004709B4 (de) Batterieverdrahtungsmodul
DE102019203496B3 (de) Passiver Stromsensor mit vereinfachter Geometrie
EP2553784B1 (de) Stromschiene für einen stromverteiler in fahrzeugen sowie stromverteiler mit einer solchen stromschiene
EP3200261B1 (de) Kontaktierungssystem für energiespeicherzellen und energiespeicher
EP0634888A1 (de) Steckbare Baugruppe, insbesondere Relaismodul für Kraftfahrzeuge
DE102014203732A1 (de) Elektronisches teil und elektronische steuereinheit
WO2010012337A1 (de) Batterie mit einer in einem batteriegehäuse angeordneten wärmeleitplatte zum temperieren der batterie
DE4340979A1 (de) Träge Unterbrechungssicherung
EP2601699A1 (de) Elektrische verbindungsanordnung und elektrisches verbindungselement sowie akkumulatoranordnung dafür
DE2639979B2 (de) Halbleiterbaueinheit
DE102006053172B3 (de) Batterie und Verfahren zum Herstellen einer Batterie
WO2021239442A1 (de) Zellverbinder zum elektrisch leitenden verbinden von zellterminals
DE102013019468B4 (de) Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen
DE3638943C2 (de)
WO2008110402A1 (de) Kupfer-inlay für leiterplatten
DE102021131555A1 (de) Stromschiene und eine Stromschiene umfassende elektrochemische Vorrichtung
DE102015204915B4 (de) Wärmeleitkörper mit einer Koppeloberfläche mit Vertiefung und Wärmetransfervorrichtung
WO2017207701A1 (de) Batterie mit verpresster zellanordnung
EP1393375B1 (de) Kontaktanordnung
DE102021112889A1 (de) Zellverbinder für ein Batteriemodul, Batteriemodul mit Zellverbinder
EP2625754A1 (de) Lasermodul mit einer laserdiodeneinheit und einem kühler sowie herstellungsverfahren für ein solches lasermodul
EP3512002A1 (de) Zellverbinder zur elektrischen verbindung von zellterminals einer energiespeichereinrichtung
DE10311901B4 (de) Anschlussvorrichtung für Schaltkreisunterbrecher
DE102011086687A1 (de) Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleiters und Kontaktanordnung für einen Halbleiter

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21725097

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021725097

Country of ref document: EP

Effective date: 20230102