DE102020111100A1 - Pluggable high-current terminal contact for battery cells - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Verbinden von Batteriepolen (101, 102) von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder (110) ist mit einem ersten Befestigungsabschnitt (111) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (112) ausgebildet, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols (101) aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols (102) aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene (201) angeordnet, wobei zumindest der erste Befestigungsabschnitt an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt (160) mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (161) aufweist, welches aus der Anordnungsebene (201) herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols (101) das Klemmelement (161) zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt (111) und zumindest einer Seitenwand (203) des ersten Batteriepols (101) bereitstellbar ist.The present invention relates to a system (100) for connecting battery poles (101, 102) of individual prismatic battery cells of a battery module which provides more than 30A. An electrically conductive cell connector (110) is designed with a first fastening section (111) and a second fastening section (112), the first fastening section having a first through opening for receiving a first battery terminal (101) and the second fastening section having a second through opening for receiving a second battery terminal (102). The first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane (201), at least the first fastening section having a clamping section (160) with at least one elastically deformable clamping element (161) at the through opening, which is bent out of the arrangement plane (201) and protrudes into the first through opening in such a way that when the first battery terminal (101) is introduced, the clamping element (161) can be prestressed to generate a clamping force and a clamping connection between the first fastening section (111) and at least one side wall (203) of the first battery terminal (101) can be provided.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, wobei Befestigungsabschnitte der einzelnen Zellverbinder mit einer Klemmverbindung an Batteriepolen befestigbar sind. Ferner betrifft die Erfindung das Batteriemodul sowie ein Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls.The present invention relates to a system for connecting battery terminals of individual prismatic battery cells of a battery module, which provides more than 30A, wherein fastening sections of the individual cell connectors can be fastened to battery terminals with a clamp connection. The invention also relates to the battery module and a method for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei hochleistungsfähigen Batteriemodulen, insbesondere bei Antriebsbatterien, werden eine Vielzahl von einzelnen prismatischen Batteriezellen zu einem Batteriepack bzw. Batteriemodul zusammengeschlossen. Die jeweiligen Batteriepole der Batteriezellen werden dabei mit leitfähigen Zellverbindern verbunden.In the case of high-performance battery modules, in particular in the case of traction batteries, a large number of individual prismatic battery cells are combined to form a battery pack or battery module. The respective battery poles of the battery cells are connected with conductive cell connectors.
Zur Verbindung von Batteriezellen mittels eines Zellverbinders für Batterien mit Belastungen über 30A werden verschiedene Befestigungsmethoden eingesetzt. Diese basieren auf Kontaktierungsverfahren mittels Schraubtechnik, vibrationsinduziertem Ultraschallschweißen oder thermischem (insbesondere Laser-) Schweißen. Die üblichen Verfahren zur hochstromfähigen Kontaktierung von Zellpol und Zellverbinder sind entweder eine Belastung für die Zelle (Wärme oder Vibration) oder stellen einen erhöhten Fertigungs- oder Materialaufwand dar (Materialkosten Schraube, Positionierungsrobotik für Schraubenschlüssel, Zeit für Verschraubung, usw.). Various fastening methods are used to connect battery cells using a cell connector for batteries with loads over 30A. These are based on contacting processes using screw technology, vibration-induced ultrasonic welding or thermal (especially laser) welding. The usual methods for high-current contacting of cell pole and cell connector are either a load on the cell (heat or vibration) or represent increased manufacturing or material costs (material costs for screws, positioning robots for wrenches, time for screwing, etc.).
Dabei können die Zellverbinder teilweise spitzige Enden und scharfkantige Seitenflächen aufweisen. Die zunehmende hohe Spannung, zu welcher Batterien gerade im Automotive- und Hausspeicherbereich seriell verkettet werden, führt zu einem Potentialfeld, welches in der Lage ist, negative Effekte (z.B. Dendritenwachstum, Koronaabbrand, Hillockbildung, usw.) auf die betroffenen Leiterbahnen zu haben. Gerade prismatische Batteriezellen, welche zu einem Batteriemodul zusammengefasst sind, zeigen in der hohen Leistungsklasse (ab 500 Wh pro Batteriemodul) diese Effekte. In der Größenordnung ab 500 Wh, welche immer häufiger in einem Alugehäuse zur besseren Temperaturableitung eingebaut sind, können ein hohes elektrisches Potential zwischen Pol und Zellgehäuse aufbauen. Einerseits steigt die verkettete Spannung in den Bereich von z.B. 400V bis 800V gegenüber Masse und andererseits ist bei Flüssigkühlung das Kühlmittel auch Massepotential. Dabei werden auch Isolatoren verwendet. Je nachdem, an welcher Stelle der größere Isolationswert liegt (zwischen Kühlmittel und Alugehäuse oder zwischen Zellverbinder und Alugehäuse) entwickelt sich trotz der hochohmigen Isolation ein großer Spannungsunterschied und dadurch ein großes Potentialfeld. Dieses hohe Potentialfeld begünstigt die negativen Effekte auf die Zellverbinder und Sensorleitungen.The cell connectors can partially have pointed ends and sharp-edged side surfaces. The increasing high voltage to which batteries are serially chained, especially in the automotive and domestic storage sectors, leads to a potential field that is able to have negative effects (e.g. dendrite growth, corona burn, hillock formation, etc.) on the affected conductor paths. Especially prismatic battery cells, which are combined to form a battery module, show these effects in the high performance class (from 500 Wh per battery module). In the order of magnitude from 500 Wh, which are more and more often built into an aluminum housing for better temperature dissipation, a high electrical potential can build up between the pole and the cell housing. On the one hand, the interlinked voltage rises in the range of e.g. 400V to 800V compared to ground and, on the other hand, with liquid cooling, the coolant is also ground potential. Isolators are also used here. Depending on where the greater insulation value is (between coolant and aluminum housing or between cell connector and aluminum housing), a large voltage difference develops despite the high-resistance insulation and thus a large potential field. This high potential field favors the negative effects on the cell connectors and sensor cables.
Zudem muss berücksichtigt werden, dass Batterien eine Volumenveränderung sowohl bei Temperaturänderungen als auch Ladezustandsabhängig erleben. Gerade bei Alterung von Batteriezellen dehnen diese sich aus. Dies bedeutet, dass die Verbindungssysteme genügend flexibel sein müssen, um diese Distanzänderungen abzufangen. Diese Flexibilität ist jedoch genau bei der Fertigung problematisch.In addition, it must be taken into account that batteries experience a change in volume both with temperature changes and depending on the state of charge. Especially when battery cells age, these expand. This means that the connection systems must be flexible enough to accommodate these changes in distance. However, this flexibility is problematic precisely in production.
Bei hochstromfähigen Zellverbindern (insbesondere für Zellverbinder, welche eine 10 minütige Strombelastbarkeit über 30A oder 50 A, insbesondere über 90A oder 170 A aufweisen) können Schwierigkeiten bei einer schraub-, vibrations- und erhitzungsfreien Kontaktierung zwischen Zellverbinder und Batteriepol auftreten. Der Zellpol sollte mechanisch nur wenig belastet werden. Der Batteriepol eignet sich nicht für eine mechanisch hohe Druckbelastung in z-Richtung, d. h. auf einem Batteriepol in Richtung Grundkörper einer Batteriezelle. Ferner wachsen mit zunehmender Stromtragfähigkeit die thermischen Probleme nichtlinear an. Mit zunehmender Strombelastung wirken sich hohe Kontaktwiderstände schwerwiegender aus (lokale Ersitzungen, wodurch sich Oxydschichten bei Kalt-/Warm-Wechsel bilden können).In the case of high-current cell connectors (especially for cell connectors that have a 10-minute current load capacity of over 30A or 50 A, in particular over 90A or 170 A), difficulties can arise with screw-free, vibration and heating-free contact between the cell connector and the battery terminal. The cell pole should be mechanically only slightly stressed. The battery pole is not suitable for a mechanically high pressure load in the z-direction, i. H. on a battery pole in the direction of the base body of a battery cell. Furthermore, with increasing current-carrying capacity, the thermal problems increase non-linearly. With increasing current load, high contact resistances have more serious effects (local eruptions, which can cause oxide layers to form during cold / warm changes).
Schraubbasierende Kontaktierungen für einen prismatischen Akkumulator haben einige Nachteile betreffend Aufbauhöhe in Z-Richtung, Materialpassungen und dadurch erfolgenden Mikrokorrosion.Screw-based contacts for a prismatic accumulator have some disadvantages with regard to the construction height in the Z-direction, material fits and the resulting micro-corrosion.
Eine Reibschweissung (Ultraschallbonding) ist technisch möglich, beinhaltet aber ausserordentlich starke Vibrationen, welche vom Batteriepol in die Batteriezelle hinein übertragen werden. Dies kann je nach Batterietyp negative Auswirkungen auf die Lebensdauer oder Performance der Batterie haben.Friction welding (ultrasonic bonding) is technically possible, but contains extremely strong vibrations that are transmitted from the battery terminal into the battery cell. Depending on the type of battery, this can have negative effects on the service life or performance of the battery.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schonendes und fertigungstechnisch einfaches Verbindungsystem zwischen Zellverbinder und Batteriepolen bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a gentle and technically simple connection system between the cell connector and the battery terminals.
Diese Aufgabe wird mit einem System zum Verbinden von Batteriepolen von prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, dem Batteriemodul sowie einem Verfahren zum Verbinden von Batteriepolen von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved with a system for connecting battery poles of prismatic battery cells of a battery module, the battery module and a method for connecting battery poles of battery cells of a battery module solved according to the subjects of the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt, beschrieben. Das System weist einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt weist eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols auf und der zweite Befestigungsabschnitt weist eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols auf. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet.According to a first aspect of the present invention, a system for connecting battery posts of individual prismatic battery cells of a battery module providing more than 30A is described. The system has an electrically conductive cell connector with a first fastening section and a second fastening section. The first fastening section has a first through opening for receiving a first battery terminal and the second fastening section has a second through opening for receiving a second battery terminal. The first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement (z.B. einem elastischer Klemmbügel) auf, welches aus der Anordnungsebene herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols das Klemmelement zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und zumindest einer Seitenwand des ersten Batteriepols bereitstellbar ist.At least the first fastening section has a clamping section at the through opening with at least one elastically deformable clamping element (e.g. an elastic clamping bracket), which is bent out of the plane of arrangement and protrudes into the first through opening in such a way that when the first battery terminal is introduced, the clamping element for generating a clamping force can be preloaded and a clamping connection can be provided between the first fastening section and at least one side wall of the first battery terminal.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriemodul beschrieben, welches mehr als 30A bereitstellt. Das Batteriemodul weist das oben beschriebene System, einen ersten Batteriepol und einen zweiten Batteriepol auf. Der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung eingeklemmt und der zweite Batteriepol ist in der zweiten Durchgangsöffnung eingeklemmt.According to a further aspect of the present invention, a battery module is described which provides more than 30A. The battery module has the system described above, a first battery terminal and a second battery terminal. The first battery post is clamped in the first through-opening and the second battery post is clamped in the second through-opening.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren beschrieben zum Verbinden von Batteriepolen von einzelständigen prismatischen Batteriezellen eines Batteriemoduls, welches mehr als 30A bereitstellt. Gemäß dem Verfahren wird ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder mit einem ersten Befestigungsabschnitt und einem zweiten Befestigungsabschnitt bereitgestellt, wobei der erste Befestigungsabschnitt eine erste Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines ersten Batteriepols aufweist und wobei der zweite Befestigungsabschnitt eine zweite Durchgangsöffnung zum Aufnehmen eines zweiten Batteriepols aufweist. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind innerhalb einer Anordnungsebene angeordnet. Zumindest der erste Befestigungsabschnitt weist an der Durchgangsöffnung einen Klemmabschnitt mit zumindest einem elastisch verformbaren Klemmelement auf, welches aus der Anordnungsebene herausgebogen ist und in die erste Durchgangsöffnung derart hineinragt, dass bei Einbringen des ersten Batteriepols das Klemmelement zum Erzeugen einer Klemmkraft vorspannbar ist und eine Klemmverbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und zumindest einer Seitenwand des ersten Batteriepols bereitstellbar ist. Gemäß dem Verfahren wird der erste Batteriepol in die erste Durchgangsöffnung zum Herstellen der Klemmverbindung eingesteckt.According to a further aspect, a method is described for connecting battery poles of individual prismatic battery cells of a battery module which provides more than 30A. According to the method, an electrically conductive cell connector with a first fastening section and a second fastening section is provided, wherein the first fastening section has a first through opening for receiving a first battery terminal and wherein the second fastening section has a second through opening for receiving a second battery terminal. The first fastening section and the second fastening section are arranged within an arrangement plane. At least the first fastening section has a clamping section with at least one elastically deformable clamping element at the through opening, which is bent out of the arrangement plane and protrudes into the first through opening in such a way that when the first battery terminal is introduced, the clamping element can be prestressed to generate a clamping force and a clamping connection between the first fastening section and at least one side wall of the first battery terminal can be provided. According to the method, the first battery terminal is inserted into the first through opening to produce the clamp connection.
Das Batteriemodul definiert eine Baugruppe, welche mehrere prismatische Batteriezellen zusammenfasst und für diese eine mechanische Verbindung bereitstellt, sowie zumindest mittels der Zellverbinder eine elektrische Serienschaltung oder Parallelschaltung der Batteriezellen ermöglicht. Die einzelnen Batteriezellen können beispielsweise nebeneinander entlang einer Raumrichtung oder nebeneinander und/oder übereinander (d. h. entlang zweier Raumrichtungen) in einem Batteriemodul angeordnet werden.The battery module defines an assembly which combines several prismatic battery cells and provides a mechanical connection for them, and at least enables an electrical series connection or parallel connection of the battery cells by means of the cell connector. The individual battery cells can, for example, be arranged next to one another along one spatial direction or next to one another and / or one above the other (i.e. along two spatial directions) in a battery module.
Eine prismatische Batteriezelle definiert einen elektrischen Energiespeicher mit festem Gehäuse in zum Beispiel prismatischer bzw. quaderförmiger Bauart. Die Batteriezellen sind beispielsweise Lithium-Ionen Akkumulatoren. Jede Batteriezelle weist insbesondere zwei Batteriepole, jeweils einen + Pol und eine - Pol, auf. Diese beiden Pole können auf derselben Seitenfläche der Batteriezelle angebracht sein. Die erfindungsgemäßen Zellverbinder sind insbesondere ausgelegt bzw. dimensioniert, um zum Verbinden von Batteriezellen mit einer Nominalspannung von unter 5.5 V einsetzbar zu sein. Die benachbarte zweite Batteriezelle weist entsprechend ebenfalls zwei Batteriepole, jeweils einen + Pol und einen - Pol, auf. Ein Zellverbinder wird insbesondere eingesetzt, um den + Pol (bzw. - Pol) einer Batteriezelle mit dem entsprechenden - Pol (bzw. + Pol) der benachbarten Batteriezelle zu verbinden. Die prismatischen Batteriezellen sind einzelständig. Dies bedeutet, dass jede Batteriezelle für sich eine abgeschlossene Einheit ausbildet und somit keine gemeinsamen Komponenten aufweist und keine fluidische Kopplung (z.B. über die Batterieflüssigkeit) mit einer anderen Batteriezelle aufweist.A prismatic battery cell defines an electrical energy storage device with a fixed housing in, for example, a prismatic or cuboid design. The battery cells are, for example, lithium-ion accumulators. Each battery cell has in particular two battery poles, one + pole and one - pole. These two poles can be attached to the same side surface of the battery cell. The cell connectors according to the invention are designed or dimensioned in particular so that they can be used to connect battery cells with a nominal voltage of less than 5.5 V. The adjacent second battery cell accordingly also has two battery poles, one + pole and one - pole. A cell connector is used in particular to connect the + pole (or - pole) of a battery cell to the corresponding - pole (or + pole) of the adjacent battery cell. The prismatic battery cells are individual. This means that each battery cell forms a self-contained unit and therefore does not have any common components and has no fluidic coupling (e.g. via the battery fluid) with another battery cell.
Ein Zellverbinder stellt somit eine hochstromfeste Verbindung zwischen den Batteriepolen zweier benachbarter prismatischer Batteriezellen dar. Insbesondere bei starker Beanspruchung des Batteriemoduls müssen die Zellverbinder einen starken Spannungsabfall bei Belastung widerstehen. Die Zellverbinder bestehen dadurch aus einem robusten und gut elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem metallischen Material, wie Aluminium oder Kupfer. Die Zellverbinder bestehen ferner aus einem flächigen bzw. plattenähnlichen Material, zum Beispiel aus Metallblech. Entsprechend sind die Zellverbinder selbsttragend im Vergleich zu drahtähnlichem Material.A cell connector thus represents a high-current-resistant connection between the battery poles of two adjacent prismatic battery cells. In particular, when the battery module is heavily used, the cell connectors must withstand a strong voltage drop when loaded. The cell connectors are made of a robust and electrically conductive material, such as a metallic material such as aluminum or copper. The cell connectors also consist of a flat or plate-like material, for example sheet metal. The cell connectors are accordingly self-supporting compared to wire-like material.
Die Zellverbinder weisen beispielsweise entsprechende Durchgangsöffnungen als Befestigungsabschnitte für einen jeweiligen Batteriepol auf. In einer Durchgangsöffnung kann entsprechend ein Batteriepol fixiert werden, beispielsweise mittels Klemmkräften.The cell connectors have, for example, corresponding through openings as fastening sections for a respective battery pole. A battery pole can accordingly be fixed in a through opening, for example by means of clamping forces.
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt und/oder der zweite Befestigungsabschnitt weist an seiner Durchgangsöffnung einen entsprechenden Klemmabschnitt auf, welcher ein elastisch verformbares Klemmelement aufweist. Das Klemmelement ist insbesondere aus der Anordnungsebene herausgebogen.At least the first fastening section and / or the second fastening section has, at its through opening, a corresponding clamping section which has an elastically deformable clamping element. In particular, the clamping element is bent out of the plane of arrangement.
Das Klemmelement kann aufgrund seiner Dimensionierung und der Materialauswahl derart konfiguriert werden, dass die Rückstellkraft bzw. Klemmkraft derart groß ist, dass ein Verschieben des Batteriepols in Einsteckrichtung, d. h. senkrecht zur Anordnungsebene, unterbunden wird. Somit ist es nicht notwendig, zusätzliche Befestigungsvorkehrungen, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben, anzuwenden, um eine Fixierung des Batteriepols in der Durchgangsöffnung zu erzielen.The clamping element can be configured on the basis of its dimensions and the choice of material in such a way that the restoring force or clamping force is so great that a displacement of the battery pole in the insertion direction, i.e. H. perpendicular to the arrangement plane. It is therefore not necessary to use additional fastening measures, such as welding or gluing, for example, in order to achieve a fixation of the battery pole in the through-opening.
Das Klemmelement kann beispielsweise an die Durchgangsöffnung befestigt werden oder integral mit dem Zellverbinder ausgebildet sein. Der Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt werden. Entsprechend kann das Klemmelement in dem Befestigungsabschnitt derart integral ausgebildet werden, indem das Klemmelement an zumindest drei Kanten von dem Zellverbinder herausgeschnitten wird und an einer Biegekante mit dem Zellverbinder integral befestigt ist. Anschließend kann das Klemmelement aus der Anordnungsebene durch Biegung um die Biegekante herausgebogen werden. Das Klemmelement kann beispielsweise in Richtung einer Batteriezelle aus der Anordnungsebene herausgebogen werden. Alternativ kann das Klemmelement auf eine gegenüberliegende Seite bezüglich der Batteriezelle herausgebogen werden.The clamping element can, for example, be fastened to the through opening or be formed integrally with the cell connector. The cell connector can be punched out of sheet metal, for example. Correspondingly, the clamping element can be formed integrally in the fastening section in that the clamping element is cut out of the cell connector on at least three edges and is fastened integrally with the cell connector on a bending edge. The clamping element can then be bent out of the plane of arrangement by bending around the bending edge. The clamping element can for example be bent out of the arrangement plane in the direction of a battery cell. Alternatively, the clamping element can be bent out onto an opposite side with respect to the battery cell.
An einer Seitenwand des Batteriepols, welche der Seitenwand, an welcher das Klemmelement anliegt, gegenüberliegt, kann beispielsweise ein rigides Gegenstück, d. h. ein nicht elastisch verformbarer Anschlag ausgebildet sein, sodass das Klemmelement im Befestigungspol gegen diesen Anschlag drückt und somit eine Klemmverbindung erzeugt. Alternativ kann, wie weiter unten im Detail beschrieben, ein gegenüberliegendes weiteres elastisch verformbares Klemmelement angeordnet werden, sodass der Batteriepol zwischen zwei elastisch verformbaren Klemmelementen eingeklemmt wird.A rigid counterpart, e.g. H. a non-elastically deformable stop can be formed so that the clamping element in the fastening pole presses against this stop and thus creates a clamping connection. Alternatively, as described in detail below, an opposing further elastically deformable clamping element can be arranged so that the battery pole is clamped between two elastically deformable clamping elements.
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements an der Seitenwand des Batteriepols bleibt insbesondere die freien Stirnflächen bzw. Oberfläche des Batteriepols frei, sodass beispielsweise eine gute thermische Ableitung, beispielsweise an die Umgebung oder an ein angekoppelt des Kühlsystems, ermöglicht wird.Due to the side wall contact of the clamping element on the side wall of the battery pole, in particular the free end faces or surface of the battery pole remains free, so that, for example, good thermal dissipation, for example to the environment or to a coupled to the cooling system, is made possible.
Die gebogenen seitlichen Kontaktierungszonen bzw. Kontaktelemente sind derart gestaltet, dass die Erhitzung der Übergangswiderstand bei der maximalen Stromstärke genügend klein gehalten wird und dies zu keinen störenden korrosiven Erscheinungen im Übergang zwischen den Kontakten führt. Optional kann die Oberseite des Zellverbinders nach der Kontaktierung mit einem zusätzlichen Coating versehen werden, welches bei Mikrorissen an den Biegestellen ein weiteres Fortschreiten der Korrosion verhindert und auch Oberflächenunebenheiten für die thermische Ankoppelung ausgleicht.The curved lateral contacting zones or contact elements are designed in such a way that the heating of the contact resistance at the maximum current strength is kept sufficiently small and this does not lead to any disruptive corrosive phenomena in the transition between the contacts. Optionally, the top of the cell connector can be provided with an additional coating after contacting, which prevents further corrosion progress in the event of microcracks at the bending points and also compensates for surface unevenness for the thermal coupling.
Die beschriebene erfindungsgemäße Klemmverbindung erlaubt somit die Herstellung von Zellverbindern, welche einen nur kleinen Spannungsabfall im hohen Belastungsbereich haben. So werden bei geeigneter Materialwahl und entsprechend sorgfältiger Konstruktion Spannungsabfälle über den Zellverbindern bei einer Belastung von 1C von weniger als 0.5 V, insbesondere weniger als 0.2 V, und in besonderen Fällen weniger als 0.1 V erreicht. Eine 10 minütige Strombelastbarkeit der Zellverbinder liegt bei über 30A, insbesondere über 50 A, weiter insbesondere über 90A, noch weiter insbesondere über 170 A.The described clamp connection according to the invention thus allows the production of cell connectors which have only a small voltage drop in the high load range. With a suitable choice of material and correspondingly careful construction, voltage drops across the cell connectors at a load of 1C of less than 0.5 V, in particular less than 0.2 V, and in special cases less than 0.1 V are achieved. A 10-minute current load capacity of the cell connectors is over 30A, in particular over 50 A, further in particular over 90A, even further in particular over 170 A.
Nebst den bereits erwähnten Vorteilen erlaubt die erfindungsgemäße Klemmverbindung konstruktionsbedingt ein einfaches Lösen von Zellverbindern im Service- oder Recyclingfall. Entweder durch die Verwendung von Entlastungsmechanismen, durch mechanische Kräfte oder durch Aufschneiden des Zellverbinders lässt sich der Zellverbinder ohne schädigende Belastung der Batterie wieder entfernen.In addition to the advantages already mentioned, the clamp connection according to the invention allows, due to its design, a simple release of cell connectors in the case of service or recycling. Either through the use of relief mechanisms, through mechanical forces or by cutting open the cell connector, the cell connector can be removed again without damaging the battery.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden die Federkräfte bzw. die Klemmkraft der Klemmelemente bei der Klemmverbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol grösser oder deutlich grösser konzipiert, als die durch die Dehnkompensation entstehenden Zugkräfte auf die Polverbindung. Dadurch wird verhindert, dass die Hochstromverbindungen gelöst und allfällige Kaltverschweißungen durch das Dehnungsverhalten der Zellverbinder bzw. der Batteriezellen aufgerissen werden. Das Klemmelement kann dabei derart konfiguriert werden, dass die Klemmkraft doppelt so groß oder mehr als das fünffache größer ist als Zugkräfte der Dehnungskompensation der Batteriezellen.In a further particularly preferred embodiment variant, the spring forces or the clamping force of the clamping elements in the clamping connection between the cell connector and the battery pole are designed to be greater or significantly greater than the tensile forces on the pole connection resulting from the expansion compensation. This prevents the high-current connections from being loosened and any cold welds being torn open by the expansion behavior of the cell connectors or the battery cells. The clamping element can be configured in such a way that the clamping force is twice as large or more than five times greater than the tensile forces of the expansion compensation of the battery cells.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Kontaktzone zwischen Zellverbinder und Batteriepol strukturiert. Dies erhöht den punktuellen Druck während der Montage und reißt bei einem Aufschiebeprozess des Zellverbinders über dem Batteriepol allfällige Oxydschichten auf, wodurch die Bildung einer Kaltverschweißung begünstigt wird. Derselbe Effekt kann auch durch einen Zellverbinder erreicht werden, welcher mehrere Blechlagen aufweist, wobei dann die Kontaktierung derart ausgestaltet ist, dass die Blechenden scharfkantig auf die Oberfläche des Batteriepols auftreffen und so die erwähnte Kontaktierungsverbesserung erreichen.In a further preferred embodiment, the contact zone between the cell connector and the battery terminal is structured. This increases the point pressure during assembly and, when the cell connector is pushed on, tears up any oxide layers over the battery pole, which promotes the formation of a cold weld. The same effect can also be achieved by a cell connector which has several sheet metal layers, the contacting then being designed in such a way that the sheet metal ends hit the surface of the battery terminal with sharp edges and thus achieve the mentioned contact improvement.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest die erste Durchgangsöffnung und oder die zweite Durchgangsöffnung einen vorwiegend runden, elliptischen oder rechteckigen Öffnungsquerschnitt auf. Insbesondere kann der Öffnungsquerschnitt der Durchgangsöffnung an die Form des Batteriepols angepasst sein.According to a further exemplary embodiment, at least the first through opening and / or the second through opening has a predominantly round, elliptical or rectangular opening cross section. In particular, the opening cross section of the through opening can be adapted to the shape of the battery terminal.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Klemmabschnitt ausgebildet, ausschließlich Seitenwände des ersten Batteriepols zu kontaktieren. Entsprechend kann die freie Oberfläche bzw. Stirnfläche eines Batteriepols zur weiteren Kopplung externer Systeme, zum Beispiel mit einem Kühlsystem, oder allgemein zur thermischen Wärmeableitung eingesetzt werden.According to a further exemplary embodiment, the clamping section is designed to exclusively contact side walls of the first battery terminal. Correspondingly, the free surface or end face of a battery pole can be used for further coupling of external systems, for example with a cooling system, or generally for thermal heat dissipation.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ragt das Klemmelement zumindest bereichsweise in die Durchgangsöffnung hinein und mittels Einbringens des ersten Batteriepols vorspannbar. Die Durchgangsöffnung weist in der Anordnungsebene einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt mit einer Mittelachse, die senkrecht zu Anordnungsebene (bzw. parallel zu einer Normalen der Anordnungsebene) verläuft, auf. Das Klemmelement ist derart aus der Anordnungsebene herausgebogen, dass in einer Erstreckungsrichtung aus der Anordnungsebene heraus das Klemmelement in Richtung Mittelachse verläuft. Mit anderen Worten ragt das Klemmelement, welches von dem Befestigungsabschnitt des Zellverbinders und entsprechend von der Anordnungsebene beabstandet ist, in die Durchgangsöffnung hinein. Dies führt dazu, dass bei einem Einstecken eines Batteriepols in die Durchgangsöffnung, das Klemmelement nach außen, d. h. weg von der Mittelachse, gebogen wird, sodass aufgrund der Elastizität des Klemmelements eine Rückstellkraft erzeugt wird. Diese Rückstellkraft wirkt als Klemmkraft gegen die Seitenwand des Batteriepols.According to a further exemplary embodiment, the clamping element protrudes at least in regions into the through opening and can be preloaded by introducing the first battery terminal. In the arrangement plane, the through opening has a corresponding opening cross section with a central axis which runs perpendicular to the arrangement plane (or parallel to a normal to the arrangement plane). The clamping element is bent out of the arrangement plane in such a way that the clamping element runs in a direction of extent out of the arrangement plane in the direction of the central axis. In other words, the clamping element, which is spaced from the fastening section of the cell connector and correspondingly spaced from the plane of arrangement, protrudes into the through opening. This leads to the fact that when a battery terminal is inserted into the through opening, the clamping element moves outwards, i. H. away from the central axis, so that a restoring force is generated due to the elasticity of the clamping element. This restoring force acts as a clamping force against the side wall of the battery terminal.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Biegeabschnitt und einen Kontaktabschnitt auf, wobei der Biegeabschnitt mit dem ersten Befestigungsabschnitt integral verbunden ist und eine Biegung aus der Anordnungsebene aufweist, wobei der Biegeabschnitt mit dem Kontaktabschnitt integral verbunden ist. Der Kontaktabschnitt weist eine Klemmfläche auf, welche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend koppelbar ist. Je größer die Klemmfläche, desto besser kann Strom zwischen dem Klemmelement und dem Batteriepol übertragen werden. Beispielsweise kann sich der Kontaktabschnitt bzw. seine Klemmfläche an dem Batteriepol anschmiegen, um einen Flächenkontakt mit dem Batteriepol zu generieren.According to a further exemplary embodiment, the clamping element has a bending section and a contact section, the bending section being integrally connected to the first fastening section and having a bend out of the plane of arrangement, the bending section being integrally connected to the contact section. The contact section has a clamping surface which can be coupled in a force-transmitting manner to the side wall of the first battery terminal. The larger the clamping surface, the better the current can be transmitted between the clamping element and the battery terminal. For example, the contact section or its clamping surface can nestle against the battery terminal in order to generate surface contact with the battery terminal.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Kontaktabschnitt derart ausgebildet, dass die Klemmfläche des Kontaktabschnitts im ungespannten Zustand von einem Rand der Durchgangsöffnung, insbesondere pyramidal oder konisch, in Richtung Zentrum der Durchgangsöffnung verläuft. Dadurch wird die Positionierung (im Sinne einer selbst-Ausrichtung) im Rahmen der automatisierten Montage unterstützt, beschleunigt und/oder vereinfacht.According to a further exemplary embodiment, the contact section is designed in such a way that the clamping surface of the contact section in the unstressed state extends from an edge of the through opening, in particular pyramidal or conical, in the direction of the center of the through opening. This supports, accelerates and / or simplifies the positioning (in the sense of self-alignment) in the context of automated assembly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Klemmelement einen Endabschnitt mit einem freien Ende auf, wobei der Kontaktabschnitt zwischen dem Biegeabschnitt und dem Endabschnitt angeordnet ist. Der Endabschnitt verläuft gegenüber der Klemmfläche des Kontaktabschnitts derart, dass der Endabschnitt kontaktfrei zu der Seitenwand des ersten Batteriepols ist, wenn die Klemmfläche mit der Seitenwand des ersten Batteriepols kraftübertragend gekoppelt ist. Da das freie Ende von der Seitenwand weggebogen ist, können beispielsweise Montagehilfsmittel einfacher das Klemmelement an dem freien Ende greifen und wegbewegen, um entsprechend eine Montagehilfe zu geben.According to a further exemplary embodiment, the clamping element has an end section with a free end, the contact section being arranged between the bending section and the end section. The end section extends opposite the clamping surface of the contact section in such a way that the end section is free of contact with the side wall of the first battery terminal when the clamping surface is coupled in a force-transmitting manner to the side wall of the first battery terminal. Since the free end is bent away from the side wall, assembly aids, for example, can more easily grip the clamping element at the free end and move it away in order to provide an assembly aid accordingly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf. Der Endabschnitt weist entsprechend eine Aufnahmeöffnung auf. Die Montageöffnung und die Kopplungsstelle sind derart angeordnet, dass ein Entlastungsdorn durch die Montageöffnung steckbar ist und mit der Koppelungsstelle derart koppelbar ist, dass der Endabschnitt und der Kontaktabschnitt zur Entkopplung mit dem ersten Batteriepol entgegen der Klemmrichtung wegbiegbar ist.According to a further exemplary embodiment, the cell connector has an assembly opening. The end section accordingly has a receiving opening. The assembly opening and the coupling point are arranged in such a way that a relief spike can be inserted through the assembly opening and can be coupled to the coupling point in such a way that the end section and the contact section can be bent away against the clamping direction for decoupling with the first battery terminal.
Die Batteriepole einer Batteriezelle dürfen nur beschränkten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, damit die Batteriezelle nicht beschädigt wird. Eine entsprechende Montagehilfe reduziert die Klemmkraft der Zellverbinder temporär, so dass diese über die Batteriepole geschoben werden können.The battery poles of a battery cell may only be exposed to limited mechanical loads so that the battery cell is not damaged. A corresponding assembly aid temporarily reduces the clamping force of the cell connectors so that they can be pushed over the battery poles.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Klemmabschnitt zumindest ein weiteres elastisch verformbares Klemmelement auf, welches an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zu dem Klemmelement angeordnet ist und aus der Anordnungsebene herausgebogen ist, so dass der erste Batteriepol zwischen das Klemmelement und das weitere Klemmelement einschiebbar ist, um die Klemmverbindung bereitzustellen. Das weitere Klemmelement kann entsprechend dem oben beschriebenen Klemmelement ausgebildet sein.According to a further exemplary embodiment, the clamping section has at least one further elastically deformable clamping element, which is arranged at the through opening opposite the clamping element and is bent out of the plane of arrangement so that the first battery pole can be inserted between the clamping element and the further clamping element in order to provide the clamping connection. The further clamping element can be designed in accordance with the clamping element described above.
Die Klemmkräfte der Klemmelemente werden dabei derart konfiguriert, dass die Klemmkraft an zumindest zwei gegenüberliegenden Seitenwänden eines Batteriepols ungefähr gleich ist. So entsteht eine kräfteneutrale und dadurch weitgehend verzugslose Verbindung zwischen Zellverbinder und Batteriepol.The clamping forces of the clamping elements are configured in such a way that the clamping force on at least two opposite side walls of a battery terminal is approximately the same. This creates a force-neutral and therefore largely distortion-free connection between the cell connector and the battery terminal.
Entsprechend kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Klemmabschnitt ferner weitere elastisch verformbare Klemmelemente aufweisen, welche an der Durchgangsöffnung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und aus der Anordnungsebene herausgebogen sind, so dass der erste Batteriepol zwischen die Klemmelemente einschiebbar ist und eine kraftsymmetrische Klemmkraft um den ersten Batteriepol bereitstellbar ist. Correspondingly, according to a further exemplary embodiment, the clamping section can furthermore have further elastically deformable clamping elements which are arranged opposite one another at the through opening and are bent out of the plane of arrangement so that the first battery terminal can be pushed between the clamping elements and a force-symmetrical clamping force can be provided around the first battery terminal is.
Somit kann der Klemmabschnitt mit einer Vielzahl von umlaufenden Klemmelementen eine Klemmkraft um den Batteriepol erzeugen, welche symmetrisch, insbesondere Kraftsymmetrisch um den Batteriepol herum wirkt.The clamping section can thus generate a clamping force around the battery pole with a multiplicity of circumferential clamping elements, which clamping force acts symmetrically, in particular force symmetrically, around the battery pole.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Spannring auf, welcher um die Klemmelemente angeordnet ist, um ein Lösen der Klemmverbindung zu verhindern. Der Spannring ist insbesondere lösbar um die Klemmelemente verspannt und drückt diese gleichmäßig in die Mitte der Durchgangsöffnung und somit gegen Seitenwände eines eingeschobenen Batteriepols. Der Spannring ist insbesondere elastisch verformbar ausgebildet, um eine Klemmkraftwirkung besser einzustellen. Der Spannring kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehen. Ferner kann der Spannring ebenfalls aus demselben oder aus einem unterschiedlichen Material bezüglich des Zellverbinders bestehen und beispielsweise eine Eisenlegierung aufweisen.According to a further exemplary embodiment, the system has a clamping ring which is arranged around the clamping elements in order to prevent the clamping connection from being released. The clamping ring is in particular releasably braced around the clamping elements and presses them evenly into the center of the through opening and thus against the side walls of an inserted battery terminal. The clamping ring is designed in particular to be elastically deformable in order to better adjust a clamping force effect. The clamping ring can for example consist of an electrically insulating plastic material. Furthermore, the clamping ring can also consist of the same or a different material with respect to the cell connector and, for example, have an iron alloy.
Die Zellverbinder können beispielsweise aus Aluminium gefertigt werden. Die Kristallstruktur des Aluminiums neigt zum Fließen. Aus diesem Grund wird um den Klemmkontakt herum der Spannring angebracht. Dieser kann nur auf die Ecken der Klemmen wirken oder auch auf deren ganzen Länge. Besonders vorteilhaft ist die Wahl eines langzeitstabilen Federmaterials wie korrosionssicheres oder korrosionsgeschütztes Eisenmaterial oder ähnlich. Dadurch wird zusätzlich das langfristige Aufreißen der aluminiumtypischen Korrosionsschicht und der damit verbundenen Oxydationsprobleme verhindert.The cell connectors can be made of aluminum, for example. The crystal structure of aluminum tends to flow. For this reason, the clamping ring is attached around the clamping contact. This can only act on the corners of the clamps or on their entire length. The choice of a spring material with long-term stability, such as corrosion-proof or corrosion-protected iron material or similar, is particularly advantageous. This also prevents the long-term tearing of the corrosion layer typical of aluminum and the associated oxidation problems.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt mittels einer leitfähigen Verbindung miteinander verbunden. Die leitfähige Verbindung kann integral und monolithisch mit dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere kann in einem Stanzprozess der Zellverbinder zusammen mit den Befestigungsabschnitten und der leitfähigen Verbindung hergestellt werden.According to a further exemplary embodiment, the first fastening section and the second fastening section are connected to one another by means of a conductive connection. The conductive connection can be formed integrally and monolithically with the first and second attachment portions. In particular, the cell connector can be produced together with the fastening sections and the conductive connection in a stamping process.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die leitfähige Verbindung einen, insbesondere bandförmigen, Leiter auf. Der bandförmige Leiter verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten in der leitfähigen Verbindung bzw. in der Zellverbindung kommt.According to an exemplary embodiment, the conductive connection has a conductor, in particular a strip-shaped conductor. The strip-shaped conductor runs in particular within the arrangement plane in which the first fastening section and the second fastening section are also arranged. The course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the conductive connection or in the cell connection.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Leiter zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechenden Defekten kommt.According to a further exemplary embodiment, the conductor has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course to compensate for a change in distance between the first fastening section and the second fastening section. The course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansion or contraction in the x-direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Klemmverbindung derart ausgebildet, dass das elastisch verformbare Klemmelement steifer ausgebildet ist als die leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt. Somit kann sichergestellt werden, dass bei einer relativen Bewegung zwischen den Befestigungsabschnitten, welche von dem Leiter aufgrund seiner Verformbarkeit nicht unterbunden werden, die Klemmverbindung, d. h. insbesondere die in Bezug auf den Leiter steifer ausgebildeten Klemmelemente, sich nicht löst.According to a further exemplary embodiment, the clamping connection is designed such that the elastically deformable clamping element is designed to be more rigid than the conductive connection between the first fastening section and the second fastening section. It can thus be ensured that in the event of a relative movement between the fastening sections, which are not prevented by the conductor due to its deformability, the clamping connection, i. H. in particular the clamping elements, which are designed to be more rigid with respect to the conductor, do not come loose.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Zellverbinder ein erster Zellverbinder. Das System weist ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Zellverbinder auf, welcher zum Befestigen und elektrischen Verbinden von zwei weiteren beabstandeten Batteriepolen ausgebildet ist.According to a further exemplary embodiment, the cell connector is a first cell connector. The system also has a second electrically conductive cell connector which is used for fastening and electrically connecting two further spaced apart battery posts is formed.
Das System weist ferner ein elektrisch isolierendes Trägerelement auf, an welchem der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt sind, um mittels des Trägerelements eine tragende Struktur für den ersten Zellverbinder und den zweiten Zellverbinder (bereitzustellen. Zur Befestigung des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders an dem Trägerelement der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausschließliche bereichsweise in das Trägerelement eingebettet sind, so dass Oberflächenbereiche des ersten Zellverbinders und des zweiten Zellverbinders frei von einer Abdeckung mit dem Trägerelement sind.The system furthermore has an electrically insulating carrier element, to which the first cell connector and the second cell connector are fastened, in order to provide a supporting structure for the first cell connector and the second cell connector (for fastening the first cell connector and the second cell connector by means of the carrier element the carrier element, the first cell connector and the second cell connector are exclusively embedded in regions in the carrier element, so that surface areas of the first cell connector and the second cell connector are free of a cover with the carrier element.
Das Trägermaterial des Trägerelements besteht aus einem elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise einem (insbesondere spritzgussfähigem) Kunststoffmaterial. An dem Trägermaterial ist der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder befestigt. Das Trägermaterial ist derart fest mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verbunden, dass zusammen eine selbsttragende Einheit geschaffen wird. Diese entsprechende selbsttragende Einheit kann insbesondere die Montage erleichtern, da ein einfaches Handling insbesondere bei der Verbindung der entsprechenden Batteriepole möglich ist.The carrier material of the carrier element consists of an electrically insulating material, such as, for example, a (in particular injection-mouldable) plastic material. The first cell connector and the second cell connector are attached to the carrier material. The carrier material is firmly connected to the first cell connector and the second cell connector in such a way that a self-supporting unit is created together. This corresponding self-supporting unit can, in particular, facilitate assembly, since simple handling is possible, in particular when connecting the corresponding battery poles.
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder teilweise in das Trägerelement eingebettet. Unter dem Begriff „Einbetten“ wird im Folgenden verstanden, dass ein Zellverbinder zumindest teilweise von dem Material des Trägerelements umgeben ist und sozusagen in einen Körper des Trägerelements teilweise eingetaucht ist, sodass das Trägermaterial den Zellverbinder zumindest teilweise umschließt. Mit anderen Worten weist das Trägermaterial beispielsweise einen Aufnahmeschlitz auf, in welchem ein Bereich des Zellverbinders vorliegt, sodass das Trägermaterial zwei gegenüberliegende Oberflächen und die die Oberflächen verbindende Stirnseite des Zellverbinders umschließt und entsprechend eingebettet. Bevorzugt wird eine entsprechende Einbettung in einem Spritzgussverfahren umgesetzt, sodass keine spanende Fertigung, zum Beispiel zur Bildung des Aufnahmeschlitzes in dem Trägerelement, notwendig ist.According to the invention, the first cell connector and the second cell connector are partially embedded in the carrier element. The term “embedding” is understood below to mean that a cell connector is at least partially surrounded by the material of the carrier element and, so to speak, is partially immersed in a body of the carrier element, so that the carrier material at least partially encloses the cell connector. In other words, the carrier material has, for example, a receiving slot in which a region of the cell connector is present, so that the carrier material encloses two opposing surfaces and the end face of the cell connector connecting the surfaces and is embedded accordingly. A corresponding embedding is preferably implemented in an injection molding process, so that no machining, for example to form the receiving slot in the carrier element, is necessary.
Unter der Definition des „ausschließlich bereichsweise Einbetten“ wird verstanden, dass die Zellverbinder nicht vollständig in das Trägerelement eingebettet sind und von dem Trägerelement eingehüllt sind. Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder die Kontaktbereiche insbesondere in den entsprechenden Durchgangsöffnungen, in welchen die Batteriepole eingesteckt werden können, frei von einer Überdeckung des Trägermaterials, um eine elektrische Kontaktfähigkeit bereitzustellen. Ferner bleiben Oberflächenbereiche der Zellverbinder frei von dem Material des Trägerelements, um insbesondere eine bessere Wärmeabfuhr bereitzustellen. Beispielsweise überdeckt das Trägerelement weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % einer Oberfläche eines Zellverbinders. Entsprechend kann das Trägerelement einen gegenüberliegenden Oberflächenbereich abdecken.The definition of “exclusively region-wise embedding” is understood to mean that the cell connectors are not completely embedded in the carrier element and are encased by the carrier element. In particular, the contact areas on the cell connector, in particular in the corresponding through-openings into which the battery terminals can be inserted, remain free from covering the carrier material in order to provide electrical contact capability. Furthermore, surface areas of the cell connectors remain free of the material of the carrier element in order to provide better heat dissipation in particular. For example, the carrier element covers less than 50%, in particular less than 10% and further in particular less than 5% of a surface of a cell connector. Correspondingly, the carrier element can cover an opposing surface area.
Das Trägerelement kann einen Zellverbinder derart einbetten, dass beispielsweise entlang einer Seitenlänge das Trägerelement den Zellverbinder umgibt. Beispielsweise kann das Trägerelement umlaufend um den Zellverbinder verlaufen, wobei ein Zentrum des Zellverbinders, insbesondere in welchen die Durchgangsöffnung des Befestigungsbereichs vorgesehen ist, frei von einer Einbettung bzw. Abdeckung mit dem Trägerbereich ist.The carrier element can embed a cell connector in such a way that, for example, the carrier element surrounds the cell connector along one side length. For example, the carrier element can run circumferentially around the cell connector, a center of the cell connector, in particular in which the through-opening of the fastening area is provided, being free from embedding or covering with the carrier area.
Insbesondere kann eine Oberfläche eines Zellverbinders, welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist, nur weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 % und weiter insbesondere weniger als 5 % von dem Trägerelement abgedeckt sein, sodass eine ausreichend stabile Einbettung geschaffen wird und gleichzeitig eine ausreichende Freifläche der Oberfläche, um eine thermische Wärmeabfuhr und beispielsweise eine Ankopplung eines Kühlkörpers zu ermöglichen. Gleichzeitig kann die Oberfläche, welche zu der Batteriezelle hingerichtet ist, mehr als 10 %, insbesondere mehr als 50 %, insbesondere vollständig von dem Trägerelement abgedeckt sein, um somit ein gutes Potentialshielding bereitzustellen.In particular, a surface of a cell connector facing away from the battery cell can be covered by the carrier element only less than 50%, in particular less than 10% and further in particular less than 5%, so that a sufficiently stable embedding is created and at the same time sufficient Free space on the surface to enable thermal heat dissipation and, for example, the coupling of a heat sink. At the same time, the surface facing the battery cell can be more than 10%, in particular more than 50%, in particular completely covered by the carrier element in order to thus provide good potential shielding.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist der erste Zellverbinder, der zweite Zellverbinder und das Trägerelement innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder und das Trägerelement nebeneinander innerhalb der gemeinsamen Anordnungsebene angeordnet.According to a further exemplary embodiment, the first cell connector, the second cell connector and the carrier element are arranged within the common arrangement plane. In other words, the cell connectors and the carrier element are arranged next to one another within the common arrangement plane.
Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform bilden der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder ausgestanzte Flachkomponenten aus. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bestehen der erste Zellverbinder und/oder der zweite Zellverbinder jeweils beispielsweise aus einem, insbesondere mehrlagigen, Blech. Bei einer ausgestanzten Flachkomponente bzw. einem Blech ist dessen Breite und Länge sehr viel größer als dessen Dicke sind. Der erste und zweite Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Blech bestehend aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Ferner können verschiedene Lagen unterschiedlicher Materialien einen Zellverbinder bilden. So können beispielsweise in verschiedenen Lagen unterschiedliche Materialien eingesetzt werden.According to a further exemplary embodiment, the first cell connector and the second cell connector form punched-out flat components. According to a further exemplary embodiment, the first cell connector and / or the second cell connector each consist, for example, of a sheet metal, in particular a multilayer sheet. In the case of a punched-out flat component or a sheet metal, the width and length of which are very much greater than their thickness. The first and second cell connectors can for example consist of a sheet made of aluminum or copper. Furthermore, different layers of different materials can form a cell connector. For example, different materials can be used in different layers.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Trägerelement einen ersten Trägerabschnitt, welcher den ersten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet, und einen zweiten Trägerabschnitt auf, welcher den zweiten Zellverbinder zumindest teilweise einbettet. Der erste Trägerabschnitt und der zweite Trägerabschnitt sind mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsstruktur verbunden. Die Verbindungstruktur kann aus demselben Material wie der erste Trägerabschnitt oder der zweite Trägerabschnitt bestehen. Insbesondere kann in einem gemeinsamen Spritzgussschritt der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungstruktur geschaffen werden. Der erste Trägerabschnitt, der zweite Trägerabschnitt und die Verbindungsstruktur bilden eine selbsttragende Einheit und können robust hergestellt werden.According to a further exemplary embodiment, the carrier element has a first carrier section which at least partially embeds the first cell connector, and a second carrier section which at least partially embeds the second cell connector. The first carrier section and the second carrier section are connected by means of an electrically insulating connection structure. The connection structure can consist of the same material as the first carrier section or the second carrier section. In particular, the first carrier section, the second carrier section and the connection structure can be created in a common injection molding step. The first support section, the second support section and the connecting structure form a self-supporting unit and can be manufactured robustly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Verbindungsstruktur zum Ausgleich einer Abstandsänderung zwischen dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder verformbar ausgebildet. Die Verbindungsstruktur kann beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt werden, um eine entsprechende Abstandsänderung zwischen zwei Zellverbindern auszugleichen, ohne zu brechen. Typischerweise verbindet das Trägerelement zwei Zellverbinder, welche mit zumindest einem Befestigungsbereich Batteriepole einer gemeinsamen Batteriezelle verbinden. Aufgrund von thermischer Ausdehnung oder aufgrund von Alterung dehnen sich Batteriezellen aus oder reduzieren ihre Ausdehnung. Um kein Verkeilen der beiden Zellverbinder aufgrund eines zu steifen Trägerelements zu verursachen, kann in vorteilhafter Art und Weise die Verbindungsstruktur zwischen zwei Trägerabschnitten elastisch verformbar ausgebildet werden.According to a further exemplary embodiment, the connection structure is designed to be deformable in order to compensate for a change in distance between the first cell connector and the second cell connector. The connection structure can for example be made of an elastically deformable material in order to compensate for a corresponding change in distance between two cell connectors without breaking. Typically, the carrier element connects two cell connectors which connect battery poles of a common battery cell to at least one fastening area. Due to thermal expansion or due to aging, battery cells expand or reduce their size. In order not to cause the two cell connectors to become wedged due to a carrier element that is too rigid, the connection structure between two carrier sections can advantageously be designed to be elastically deformable.
Dabei kann die Verbindungsstruktur derart ausgebildet werden, dass entlang einer vorbestimmten Raumrichtung eine elastische Verformung möglich ist. Entlang einer ersten Raumrichtung (zum Beispiel x-Achse) werden die einzelnen Batteriezellen nebeneinander angeordnet und entsprechend mit den Zellverbindern verbunden. Eine zur ersten Raumrichtung orthogonale zweite Raumrichtung (zum Beispiel y-Achse) beschreibt eine Erstreckung der Batteriezelle in der Anordnungsebene. Eine dritte Raumrichtung (z-Achse), welche beispielsweise parallel zu der Normalen der Anordnungsebene ist und entlang welcher sich die Batteriepole von einem Zellverbinder erstrecken, steht insbesondere orthogonal zu der ersten Raumrichtung und der zweiten Raumrichtung.The connection structure can be designed in such a way that elastic deformation is possible along a predetermined spatial direction. The individual battery cells are arranged next to one another along a first spatial direction (for example the x-axis) and connected accordingly with the cell connectors. A second spatial direction (for example y-axis) which is orthogonal to the first spatial direction describes an extension of the battery cell in the arrangement plane. A third spatial direction (z-axis), which is, for example, parallel to the normal of the arrangement plane and along which the battery poles of a cell connector extend, is in particular orthogonal to the first spatial direction and the second spatial direction.
Die für die Kontaktierung von Batteriezellen relevanten Längenänderungen, welche auf der Problematik der in der Problemstellung erwähnten Volumenänderung von Akkus basieren, sind bei der Assemblierung von Batteriemodulen vor allem in x-Richtung von Bedeutung. Entsprechend kann die Verbindungstruktur derart ausgebildet werden, dass diese entlang der ersten Raumrichtung (X-Richtung) zerstörungsfrei bzw. elastisch verformbar ist. Wegen der nicht nur in x-Richtung erfolgenden Längenänderungen wird dabei nicht eine rigide Bewegungsbeschränkung in x-Richtung gewählt, sondern ein System mit unterschiedlichen Elastizitätskonstanten (Koordinatenrichtungsabhängig). Dies bedeutet, dass in y- und z-Richtung die Bewegungskompensation mit steiferen Bewegungsmechanismen als entlang der x- Richtung. In y- und z- Richtung kann beispielsweise auf Grund von Materialwahl und Designkonzept ein relativ steifes Verhalten realisiert werden im Vergleich zu einer Verformungsmöglichkeit in x-Richtung. In x-Richtung kann ebenfalls ein mechanisches gleitendes System vorgeschlagen werden, welches die entstehenden Veränderungskräfte bevorzugt in diese Richtung umlenkt.The length changes relevant for the contacting of battery cells, which are based on the problem of the volume change of rechargeable batteries mentioned in the problem, are of particular importance in the assembly of battery modules in the x-direction. Correspondingly, the connection structure can be designed in such a way that it is non-destructive or elastically deformable along the first spatial direction (X direction). Because the length changes not only taking place in the x-direction, a rigid movement restriction in the x-direction is not selected, but a system with different elasticity constants (dependent on the direction of the coordinate). This means that in the y- and z-direction the movement compensation with stiffer movement mechanisms than in the x-direction. In the y and z directions, for example, due to the choice of material and design concept, a relatively stiff behavior can be achieved compared to a possibility of deformation in the x direction. A mechanical sliding system can also be proposed in the x direction, which preferably deflects the resulting change forces in this direction.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Verbindungsstruktur einen schleifenförmigen, kurvenförmigen oder wellenförmigen, insbesondere mäanderförmigen, Verlauf auf. Die Verbindungsstrukur kann beispielsweise zusammen mit dem ersten Zellverbinder und dem zweiten Zellverbinder aus einem gemeinsamen Grundmaterial, wie z.B. einem plattenähnlichen Material bzw. einem Blech, mittels Schneidens oder Stanzens hergestellt werden. Der oben beschriebene Verlauf der Verbindungsstruktur verläuft insbesondere innerhalb der Anordnungsebene, in welcher ebenfalls der erste Zellverbinder und der zweite Zellverbinder angeordnet sind. Der oben beschriebene Verlauf ist derart ausgebildet, dass die Steifigkeit in x-Richtung kleiner ist als in y-Richtung und/oder z-Richtung. Somit können Ausdehnungen oder Schrumpfungen in x-Richtung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Verspannungen und entsprechendem defekten in der Verbindungsstruktur bzw. in den Zellverbindung kommt.According to a further exemplary embodiment, the connection structure has a loop-shaped, curved or wave-shaped, in particular meander-shaped, course. The connection structure can for example be produced together with the first cell connector and the second cell connector from a common base material, such as a plate-like material or sheet metal, by means of cutting or punching. The course of the connection structure described above runs in particular within the arrangement plane in which the first cell connector and the second cell connector are also arranged. The course described above is designed in such a way that the rigidity in the x-direction is smaller than in the y-direction and / or z-direction. In this way, expansions or contractions in the x direction can be compensated for without tension and corresponding defects occurring in the connection structure or in the cell connection.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest der erste Trägerabschnitt und/oder der zweite Trägerabschnitt zumindest eine Aufnahmenut zum Aufnehmen einer Signalleitung auf.According to a further exemplary embodiment, at least the first carrier section and / or the second carrier section has at least one receiving groove for receiving a signal line.
Die Signalleitung kann somit an den ersten Zellverbinder oder dem zweiten Verbinder gekoppelt werden. Die Signalleitung ist dabei an dem entsprechenden Zellverbinder befestigt und kann ferner elektrisch leitend an den Zellverbinder angeordnet sein. Somit können Signale, entweder von dem Zellverbinder selbst oder von einem dort zusätzlich angeordneten Sensor, über die Signalleitung übertragen werden. Die Signalleitungen können somit insbesondere Sensorleitungen darstellen, welche Verbindungsleitungen im Inneren eines Batteriemoduls darstellen und zur Überwachung von Messwerten eingesetzt werden. Zu den Messwerten gehörten beispielsweise Zellenspannung und Temperatur. Bei bestimmten Batteriemodulen kann über diese Leitungen eine aktive Lade-/Lastbalancierung erfolgen. Auch das Laden und Entladen von einzelnen Zellen kann ermöglicht werden.The signal line can thus be coupled to the first cell connector or the second connector. The signal line is attached to the corresponding cell connector and can also be arranged on the cell connector in an electrically conductive manner. Signals can thus be transmitted via the signal line, either from the cell connector itself or from a sensor additionally arranged there. The signal lines can thus in particular represent sensor lines, which represent connecting lines in the interior of a battery module and are used to monitor measured values. The measured values included for example cell voltage and temperature. In the case of certain battery modules, these lines can be used to actively balance the charge / load. Charging and discharging of individual cells can also be made possible.
Die Signalleitungen im Komponententräger können derart elektrisch isoliert sein, dass sie für eine Prüfspannung von über 400V, insbesondere über 800 V, insbesondere über 1600 V, geeignet sind. Der mittlere Querschnitt der Sensorleitungen kann über 0,1 mm^2 (Quadratmillimeter), insbesondere über 0,5 mm^2, weiter insbesondere über 1,2 mm^2 liegen. Das System kann insbesondere eine Zugentlastung für eine Sensorbaugruppe, an welcher die Signalleitungen angeschlossen sind, beinhalten.The signal lines in the component carrier can be electrically insulated in such a way that they are suitable for a test voltage of over 400V, in particular over 800 V, in particular over 1600 V. The mean cross section of the sensor lines can be over 0.1 mm ^ 2 (square millimeters), in particular over 0.5 mm ^ 2, further in particular over 1.2 mm ^ 2. The system can in particular contain a strain relief for a sensor assembly to which the signal lines are connected.
Insbesondere verbindet jeder Zellverbinder entsprechende Batteriepole von zwei unterschiedlichen Batteriezellen. So kann der erste Zellverbinder einen - Pol einer ersten Batteriezelle mit einem + Pol einer benachbarten zweiten Batteriezelle verbinden. Der zweite Zellverbinder kann entsprechend einen + Pol der ersten Batteriezelle mit einem - Pol einer dritten benachbarten Batteriezelle verbinden. Die beiden elektrisch leitfähigen Zellverbinder werden durch das elektrisch isolierende Trägerelement verbunden, sodass eine robuste, steife und insbesondere selbsttragende Einheit aus Zellverbinder und Trägerelement bereitgestellt wird. Somit kann insbesondere bei einer automatisierten Herstellung großer Batteriemodule mit einer Vielzahl von Batteriezellen eine einfachere Handhabung der Zellverbinder und entsprechend eine schnellere und sicherere Verbindung der Zellverbinder mit den Batteriepolen bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße System kann diesbezüglich eine Vielzahl von Zellverbinder aufweisen, wobei jeweils zwei Zellverbinder mit einem entsprechenden Trägerelement mechanisch gekoppelt sind. Entsprechend kann in einem Arbeitsschritt eine Vielzahl von Batteriepolen gleichzeitig verbunden werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen einzelnen Anbringung der jeweiligen Zellverbinder an zwei Batteriepolen, bewirkt das erfindungsgemäße System eine deutlich schnellere und robustere Verbindung einer Vielzahl von Batteriezellen.In particular, each cell connector connects corresponding battery poles of two different battery cells. The first cell connector can connect a - pole of a first battery cell to a + pole of an adjacent second battery cell. The second cell connector can correspondingly connect a + pole of the first battery cell to a - pole of a third adjacent battery cell. The two electrically conductive cell connectors are connected by the electrically insulating carrier element, so that a robust, rigid and, in particular, self-supporting unit of cell connector and carrier element is provided. In this way, in particular in the case of automated production of large battery modules with a large number of battery cells, easier handling of the cell connectors and, correspondingly, faster and more secure connection of the cell connectors to the battery poles can be provided. In this regard, the system according to the invention can have a multiplicity of cell connectors, two cell connectors each being mechanically coupled to a corresponding carrier element. Accordingly, a large number of battery poles can be connected simultaneously in one work step. In comparison to a conventional individual attachment of the respective cell connectors to two battery poles, the system according to the invention brings about a significantly faster and more robust connection of a large number of battery cells.
Mit der Ausbildung der Aufnahmenut in dem Trägerelement erhält das Trägerelement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung. Insbesondere kann die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die Aufnahmenut vorinstalliert werden oder nachträglich nach der Montage des Systems an den Batteriepolen. Insbesondere kann der erste und/oder zweite Trägerabschnitt eine Vielzahl von Aufnahmenuten für entsprechende Signalleitungen aufweisen.With the formation of the receiving groove in the carrier element, the carrier element has the additional function of stable and protected guidance of the signal line. In particular, the signal line can be preinstalled in the receiving groove before the system is installed on the battery poles or can be installed subsequently after the system has been installed on the battery poles. In particular, the first and / or second carrier section can have a multiplicity of receiving grooves for corresponding signal lines.
Durch die erfindungsgemäße mechanische Entlastung der Klemmelemente während der Montage kann später, nach der Montage, ein besonders hoher Kontaktdruck zwischen den Klemmelementen und dem Batteriepol aufgebaut werden, welcher ohne kraftmäßige Entlastung während der Montage zu einer mechanischen Überlastung bzw. Schädigung des Batteriepols führen würde. Somit kann eine derart hohe Klemmkraft am Batteriepol erzeugt werden, dass dies zu einer besonders hohen Stoßfestigkeit (ohne Ablösung des Zellverbinders) des gesamten Batteriemoduls (z.B. bei kleineren Unfällen) führt. Insbesondere bei kurzen Stößen, welche zu kurzen Beschleunigungen der Zellverbinder von über 2 G bzw. über 4 G bis über 9 G führen können, kann das Risiko von Ablösungen und oder von einem Aufreißen von Kaltverschweißungen an Kontaktzonen aufgrund der geringeren Masse reduziert werden.Due to the mechanical relief of the clamping elements during assembly according to the invention, a particularly high contact pressure can be built up between the clamping elements and the battery terminal later, after assembly, which would lead to mechanical overload or damage to the battery terminal without force relief during assembly. In this way, such a high clamping force can be generated at the battery pole that this leads to a particularly high level of impact resistance (without detaching the cell connector) of the entire battery module (e.g. in the event of minor accidents). Particularly in the case of short impacts, which can lead to short accelerations of the cell connectors of over 2 G or over 4 G to over 9 G, the risk of detachment and / or of cold welds tearing open at contact zones can be reduced due to the lower mass.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System fernerein Kopplungselement auf, welches zwischen dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt, insbesondere lösbar, befestigt ist. Das Kopplungselement ist mit dem ersten Trägerabschnitt und dem zweiten Trägerabschnitt entlang einer Anordnungsrichtung nacheinander, insbesondere innerhalb einer Anordnungsebene, angeordnet, sodass entlang der Anordnungsrichtung (x-Richtung) das erste Trägerelement, das Kopplungselement und das zweite Trägerelement nacheinander angeordnet sind. Das Kopplungselement koppelt dabei den ersten Trägerabschnitt und den zweiten Trägerabschnitt, sodass eine robustere Struktur des Systems bereitgestellt wird. Das Kopplungselement besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, und kann beispielsweise ebenfalls mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden.According to a further exemplary embodiment, the system furthermore has a coupling element which is fastened, in particular releasably, between the first carrier section and the second carrier section. The coupling element is arranged with the first carrier section and the second carrier section one after the other along an arrangement direction, in particular within an arrangement plane, so that the first carrier element, the coupling element and the second carrier element are arranged one after the other along the arrangement direction (x-direction). The coupling element couples the first carrier section and the second carrier section, so that a more robust structure of the system is provided. The coupling element consists of an electrically insulating material such as plastic, for example, and can also be produced, for example, by means of an injection molding process.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Kopplungselement eine weitere Aufnahmenut zum Aufnehmen der Signalleitung auf. Somit erhält das Kopplungselement die zusätzliche Funktion zur stabilen und geschützten Führung der Signalleitung oder einer weiteren Signalleitung. Insbesondere kann das Kopplungselement und die Signalleitung bereits vor der Montage des Systems an den Batteriepolen in die weitere Aufnahmenut vorinstalliert werden. Beispielsweise kann das Kopplungselement an die Trägerabschnitte gekoppelt werden, bevor das System an den Batteriepolen installiert wird. Alternativ können zunächst die Trägerabschnitte an den Batteriepolen befestigt werden. Im Anschluss daran können die Kopplungselemente (beispielsweise zusammen mit den Signalleitungen) an den Trägerabschnitten befestigt werden. Nach der Montage der Kopplungsabschnitte liegen somit in x-Richtung und innerhalb der Anordnungsebene der erste Trägerabschnitt, das Kopplungselement und anschließend der zweite Trägerabschnitt vor. Somit kann das System im installierten Zustand eine tragende Struktur bilden, welche einerseits die Signalleitungen und andererseits die Zellverbinder trägt.According to a further exemplary embodiment, the coupling element has a further receiving groove for receiving the signal line. The coupling element thus has the additional function of stable and protected routing of the signal line or another signal line. In particular, the coupling element and the signal line can be preinstalled in the further receiving groove before the system is installed on the battery terminals. For example, the coupling element can be coupled to the carrier sections before the system is installed on the battery posts. Alternatively, the carrier sections can first be attached to the battery terminals. Subsequently, the coupling elements (for example together with the signal lines) can be attached to the carrier sections. After the coupling sections have been installed, the first carrier section, the coupling element and then the second carrier section are present in the x direction and within the arrangement plane. Consequently When installed, the system can form a load-bearing structure that carries the signal lines on the one hand and the cell connectors on the other.
Damit wird durch die Konstruktion ein mechanisch vorgegebener Bewegungsweg für die Signalleitungen erzeugt. Ein Ausweichen/Abweichen von diesem Weg, der durch die Aufnahmenut vorgegeben wird, aufgrund der dafür benötigten höheren Kräfte ist unwahrscheinlich. Dies erhöht die Sicherheit der Spannungsführenden Signalleitungen (zum Beispiel Sensor- und Lastausgleichsleitungen).The construction creates a mechanically predetermined movement path for the signal lines. Dodging / deviating from this path, which is specified by the receiving groove, due to the higher forces required for this, is unlikely. This increases the safety of the live signal lines (e.g. sensor and load balancing lines).
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Zellverbinder und das Kopplungselement vor der Montage auf die prismatischen Zellen miteinander zusammengefügt und die Signal- bzw. Sensorleitungen an die Zellverbinder angeschlossen. Dies erlaubt vollständige Tests des Systems vor der Montage auf die Batteriezellen.In a preferred embodiment variant, the cell connectors and the coupling element are joined to one another prior to assembly on the prismatic cells and the signal or sensor lines are connected to the cell connectors. This allows full testing of the system prior to mounting on the battery cells.
Das Trägerelement und/oder das Kopplungselement kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform derart ausgestaltet werden, dass zwischen den Signalleitungen auch für höhere Spannungen eine große Kriechstrecke gebildet werden kann und einer Prüfspannung von über 400V, bevorzugt über 800V und in besonderen Fällen über 1600V genügt. Dies erlaubt den Betrieb von erfindungsgemäßen Batteriemodulen unter der Anwendung der relevanten Bestimmungen für Energiesysteme mit Betriebsspannungen über der elektrischen Schutzkleinspannung von unter 50V.In a further exemplary embodiment, the carrier element and / or the coupling element can be designed in such a way that a large creepage distance can be formed between the signal lines even for higher voltages and a test voltage of over 400V, preferably over 800V and in special cases over 1600V is sufficient. This allows battery modules according to the invention to be operated using the relevant provisions for energy systems with operating voltages above the electrical protective extra-low voltage of below 50V.
In einer weiteren Untervariante wird durch die Überhöhung von Isolatoren gegenüber Leitern ein Berührungsschutz erreicht. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem die Aufnahmenuten in dem Trägerelement oder dem Kopplungselement tiefer sind als eine Höhe bzw. ein Querschnitt einer Signalleitung.In a further sub-variant, contact protection is achieved by increasing the height of the insulators compared to conductors. This can be achieved in particular in that the receiving grooves in the carrier element or the coupling element are deeper than a height or a cross section of a signal line.
Die Zellverbinder aber auch die Sensorleitungen können aus einem Flachmaterial ausgestanzt und nachher eingebettet werden. Durch Kreieren von Mäandern, Schlaufen oder Biegungen, welche in der Anordnungsebene (x-y-Ebene) liegen, kann sowohl eine Dehnungskompensation als auch eine kostengünstige Produktion erreicht werden.The cell connectors but also the sensor lines can be punched out of a flat material and then embedded. By creating meanders, loops or bends that lie in the arrangement plane (x-y plane), both expansion compensation and cost-effective production can be achieved.
Das Herstellen von Zellverbindern aus gestanzten Blechen bringt eine fertigungstechnisch gute Ausgangslage mit sich, denn das Stanzen ist ein bewährter, günstiger, stabiler und großmengenfähiger Prozess. Auf der technischen Seite weisen gestanzte Bleche eine hohe Genauigkeit auf. Sonstige Biege- oder Prägeprozesse reduzieren diese Genauigkeiten, weshalb die erfindungsgemäße Lösung nur kleine oder sehr kleine Teile eines ganzen Zellverbinders entsprechend bearbeitet, d.h. Verformungen in der Z-Ebene vornimmt.The production of cell connectors from punched sheet metal brings with it a good starting position in terms of manufacturing technology, because punching is a proven, inexpensive, stable and large-volume process. On the technical side, stamped sheets have a high degree of accuracy. Other bending or embossing processes reduce these accuracies, which is why the solution according to the invention only processes small or very small parts of an entire cell connector accordingly, i.e. performs deformations in the Z-plane.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden die Signalleitungen mit einem größeren Querschnitt realisiert, als das für die reine Spannungsüberwachung der Einzelzellenspannung notwendig wäre. Dieser höhere Querschnitt erlaubt eine höhere Stromtragfähigkeit auf diesen Leitungen. Dadurch kann mittels eines BMS (Batterie-Management-System) über diese Leitungen der Unterschied zwischen Einzelzellen zumindest teilweise ausgeglichen werden (Umladung, Ergänzungsladung, Teilladung, usw. von Einzelzellen).In a further exemplary embodiment, the signal lines are implemented with a larger cross section than would be necessary for pure voltage monitoring of the individual cell voltage. This higher cross-section allows a higher current carrying capacity on these lines. As a result, the difference between individual cells can be at least partially compensated for by means of a BMS (battery management system) via these lines (reloading, additional charging, partial charging, etc. of individual cells).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Signalleitung eine integrierte Stromsicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, auf, wobei die Signalleitung insbesondere mit einem Sicherungsbereich mit einer definierten Querschnittsreduktion derart ausgebildet ist, dass die Querschnittsreduktion die Schmelzsicherung bereitstellt.According to a further exemplary embodiment, the signal line has an integrated current fuse, in particular a fuse, the signal line being designed in particular with a fuse area with a defined cross-sectional reduction in such a way that the cross-sectional reduction provides the fuse.
Die Querschnittreduktion kann beispielsweise mittels einer Einkerbung (z.B. während eines Stanzprozesses gemacht), einer Verdünnung durch Biegen (im Sinne von Tiefziehen, wodurch der Querschnitt sinkt) oder einem Ziehen hergestellt werden. Eine Einkerbung kann vorteilhaft im Sinne von Masshaltung sein.The cross-section reduction can be produced, for example, by means of a notch (e.g. made during a stamping process), thinning by bending (in the sense of deep-drawing, which reduces the cross-section) or drawing. A notch can be advantageous in terms of keeping to measure.
Diese Reduktion wird an einem Ort platziert, an welchem eine Überhitzung nicht zu einer Entzündung des Isolationsmaterials führt. Diese Querschnittsreduktion kann im Kurzschlussfall der Sensorleitung als Schmelzsicherung dienen. Dadurch, dass damit die Sensorleitung an einer definierten (und in Bezug auf die umliegenden Komponenten sicheren) Lage ist, kann ein Überhitzen der Sensorleitung auf ihrer ganzen Länge vermieden werden. Alternativ kann anstelle einer Querschnittsreduktion auch ein Sicherungselement Verwendung finden. Zur Sicherstellung der thermischen Integrität des Komponententrägers und/oder zur Visualisierung einer Auslösung kann dieser Sicherheitsmechanismus im nicht eingebetteten Teil des Systems eingebaut sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Sicherungselement nicht reversibel ausgebildet sein, damit im Ansprechensfall durch eine Servicetätigkeit überprüft werden muss, ob das Ansprechen des Sicherungselements zu einem größeren Schaden geführt hat.This reduction is placed in a place where overheating does not lead to ignition of the insulation material. This cross-sectional reduction can serve as a fuse in the event of a short circuit in the sensor line. Because the sensor line is in a defined (and safe with respect to the surrounding components) position, overheating of the sensor line can be avoided along its entire length. Alternatively, a securing element can also be used instead of a cross-section reduction. To ensure the thermal integrity of the component carrier and / or to visualize a trip, this safety mechanism can be built into the non-embedded part of the system. In an exemplary embodiment, the securing element can be designed to be non-reversible so that, in the event of a response, a service activity has to check whether the response of the securing element has led to greater damage.
Die Sicherungsfunktion bzw. die Querschnittreduktion kann insbesondere zumindest teilweise in einem nicht eingebetteten Teil des Komponententrägers liegen.The securing function or the cross-section reduction can in particular lie at least partially in a non-embedded part of the component carrier.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, einen Spannungssensor oder einen Leistungssensor auf, welcher auf dem ersten Zellverbinder oder auf dem zweiten Zellverbinder angeordnet ist bzw. in diesem integriert ist. Der Sensor ist insbesondere an eine der Signalleitungen gekoppelt, um Signale zu empfangen oder weiterzugeben. Somit weist das System eine integrierte Zustandskontrolle des Systems selbst oder der angeschlossenen Batteriezellen auf.According to a further exemplary embodiment, the system has a sensor, in particular a temperature sensor, a voltage sensor or a power sensor, which is arranged on the first cell connector or on the second cell connector or is integrated therein. In particular, the sensor is coupled to one of the signal lines in order to receive or forward signals. The system thus has an integrated status control of the system itself or of the connected battery cells.
Der Sensor kann beispielsweise fest auf einem Zellverbinder befestigt werden. Insbesondere, da das Verbindungssystem und die Steckverbindung zum Beispiel über Gleitkomponenten oder mäandrierte Verbindungsmechanismen eine Ausdehnung der Batteriezellen abfängt ist es möglich zum Beispiel einen Temperatursensor thermisch besser mit einer Einzelzelle zu koppeln. Dies erlaubt eine präzisere, zuverlässigere und langzeitstabile Temperaturmessung als bei einer normalen druckbasierenden (reibenden) Ankoppelung des Thermoelementes an die Batteriezelle. Die Kontaktierung dieses Sensors kann wiederum über das erfindungsgemäße Konzept der Sensorleitungen erfolgen. Derselbe Mechanismus gilt auch für die Ankoppelung von anderen Sensoren an eine einzelne Batteriezelle, beispielsweise auch mit lokaler Intelligenz (z.B. Bussysteme zur Sensordatenübertragung, aktives Lade-/Lastbalancing).The sensor can, for example, be firmly attached to a cell connector. In particular, since the connection system and the plug-in connection intercepts expansion of the battery cells, for example via sliding components or meandering connection mechanisms, it is possible, for example, to better thermally couple a temperature sensor to a single cell. This allows a more precise, more reliable and long-term stable temperature measurement than with a normal pressure-based (frictional) coupling of the thermocouple to the battery cell. The contacting of this sensor can in turn take place via the inventive concept of the sensor lines. The same mechanism also applies to the coupling of other sensors to a single battery cell, for example with local intelligence (e.g. bus systems for sensor data transmission, active charge / load balancing).
Das Trägerelement kann ebenfalls zusätzliche elektrische Sensoren (z.B. Wärmesensor) und/oder elektronische Komponenten (z.B. lokale Intelligenz oder aktive Lade-/Lastbalancierung) integrieren.The carrier element can also integrate additional electrical sensors (e.g. heat sensor) and / or electronic components (e.g. local intelligence or active charging / load balancing).
Ferner kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform das Trägerelement und/oder das Kopplungselement extern aufgebrachte oder integrierte Kühlleitungen, durch welche ein Kühlmediums durchlesen kann, aufweisen. Beispielsweise sind die Kühlleitungen an einen externen Kühlmechanismus verbunden. Der Kühlmechanismus kann beispielsweise den unten beschriebenen Kühlkörper aufweisen, welcher in thermischen Kontakt mit den Zellverbindern und ferner insbesondere in direktem Kontakt mit den Batteriepolen ist.Furthermore, in a further exemplary embodiment, the carrier element and / or the coupling element can have externally applied or integrated cooling lines through which a cooling medium can read. For example, the cooling lines are connected to an external cooling mechanism. The cooling mechanism can, for example, have the heat sink described below, which is in thermal contact with the cell connectors and, furthermore, in particular in direct contact with the battery terminals.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Batteriemoduls weist zumindest einer der ersten Batteriepole eine freie Poloberfläche auf. Der erste Batteriepol ragt von einem Grundkörper einer Batteriezelle hervor, wobei der erste Batteriepol in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass eine zum Grundkörper der Batteriezelle gerichtete erste Oberfläche des ersten Zellverbinders näher an dem Grundkörper vorliegt als die Poloberfläche. Insbesondere der erste Batteriepol ist in der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet, dass die Poloberfläche koplanar mit einer, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des ersten Zellverbinders ist, sodass eine gemeinsame Koppelfläche bereitstellbar ist. Die Koppelfläche erstreckt sich und liegt beispielsweise innerhalb der Anordnungsebene. Somit wird eine homogene Koppelfläche gebildet, an welcher in einfacher Art und Weise externe Komponenten, wie beispielsweise der unten beschriebene Kühlkörper, angeordnet werden können, sodass ein großer Flächenkontakt zwischen der Poloberfläche und dem Zellverbinder einerseits und der externen Komponente andererseits bereitgestellt wird.According to a further exemplary embodiment of the battery module, at least one of the first battery terminals has a free terminal surface. The first battery terminal protrudes from a base body of a battery cell, the first battery terminal being arranged in the first through opening in such a way that a first surface of the first cell connector directed towards the base body of the battery cell is closer to the base body than the terminal surface. In particular, the first battery terminal is arranged in the first through-opening in such a way that the terminal surface is coplanar with a second surface of the first cell connector opposite the first surface, so that a common coupling surface can be provided. The coupling surface extends and lies, for example, within the arrangement plane. A homogeneous coupling surface is thus formed on which external components, such as the heat sink described below, can be arranged in a simple manner, so that a large surface contact is provided between the pole surface and the cell connector on the one hand and the external component on the other.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Batteriemodul einen Kühlkörper eines Kühlsystems auf, welcher auf der Poloberfläche zur thermischen Kopplung angeordnet ist. Der Kühlkörper liegt insbesondere flächig auf der Koppelfläche zur thermischen Kopplung auf. Der Kühlkörper kann beispielsweise Kühlleitungen aufweisen, welche mit einem Kühlmedium, beispielsweise einem flüssigen Fluids, durchströmt wird. Die Kühlleitungen des Kühlkörpers können beispielsweise mit Kühlleitungen, welche in dem Trägerelement und/oder dem Kopplungselemente integriert sind, gekoppelt werden.According to a further exemplary embodiment, the battery module has a heat sink of a cooling system, which is arranged on the pole surface for thermal coupling. In particular, the heat sink rests flat on the coupling surface for thermal coupling. The cooling body can for example have cooling lines through which a cooling medium, for example a liquid fluid, flows. The cooling lines of the cooling body can, for example, be coupled to cooling lines which are integrated in the carrier element and / or the coupling element.
Die Kontaktbügel bzw. die Klemmelemente, welche an den Seitenwänden der Batteriepole anliegen, können mit einer sehr kleinen Aufbauhöhe (in z-Richtung) ausgebildet werden. Dadurch kann der Zellverbinder derart auf den Batteriepol aufgebracht werden, dass die von der Batteriezelle fort gerichtete freie Oberfläche des Zellverbinders in derselben Ebene liegt wie die Poloberfläche eines Batteriepols, oder das freie Oberfläche des Zellverbinders zumindest nicht höher als der Batteriepol selbst ist oder den Batteriepol um weniger als die Blechdicke des Zellerverbinders selbst überragt. Dadurch kann der Kühlmittelfluss innerhalb der Anordnungsebene (x-y- Ebene) entlang der Poloberfläche und dem Zellverbinder hinweg mit kaum oder ohne Strömungsstörungen in direkter Nähe des Batteriepols erfolgen. Das Klemmelement weist insbesondere eine Erstreckungslänge parallel zu einer Seitenwand des Batteriepols auf, welche gleich der Polerstreckung in z-Richtung oder um die Dicke des Zellverbinders kleiner als die Polerstreckung des Batteriepols in z-Richtung.The contact clips or the clamping elements, which rest on the side walls of the battery poles, can be designed with a very small structural height (in the z-direction). As a result, the cell connector can be applied to the battery pole in such a way that the free surface of the cell connector facing away from the battery cell lies in the same plane as the pole surface of a battery pole, or the free surface of the cell connector is at least not higher than the battery pole itself or around the battery pole protrudes less than the sheet metal thickness of the cell connector itself. As a result, the coolant flow can take place within the arrangement plane (x-y plane) along the pole surface and the cell connector with little or no flow disturbances in the direct vicinity of the battery pole. In particular, the clamping element has an extension length parallel to a side wall of the battery pole, which is equal to the pole extension in the z-direction or is smaller than the pole extension of the battery pole in the z-direction by the thickness of the cell connector.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste Befestigungsabschnitt an den ersten Batteriepol und/oder der zweite Befestigungsabschnitt an den zweiten Batteriepol angeschweißt. Dadurch können beispielsweise gegenüber einer ausschließlichen Klemmverbindung höhere Ströme übertragen werden. Die erfindungsgemäße Klemmverbindung ermöglicht beispielsweise zunächst in einem ersten Montageschritt eine kraftneutrale Positionierung der Zellverbinder an den Batteriezellen. Somit kann in einem zweiten Schritt beispielsweise aufgrund der exakten Positionierung eine robuste und positionsgenaue Schweißung durchgeführt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Einstecken des ersten Batteriepols das Klemmelement mittels eines Montageelements entgegen der Klemmkraft vorgespannt.According to a further exemplary embodiment, the first fastening section is welded to the first battery terminal and / or the second fastening section is welded to the second battery terminal. In this way, for example, higher currents can be transmitted compared to an exclusive clamping connection. The clamp connection according to the invention allows, for example, initially in a first assembly step Force-neutral positioning of the cell connectors on the battery cells. In a second step, for example, due to the exact positioning, a robust and precisely positioned welding can be carried out. According to an exemplary embodiment of the method, before the first battery terminal is inserted, the clamping element is pretensioned against the clamping force by means of a mounting element.
Das Klemmelement wird dabei insbesondere mittels des Montageelements in eine Richtung entgegen der Mittelachse der Durchgangsöffnung und beispielsweise aus der Durchgangsöffnung herausgebogen bevor und während der Zellverbinder auf den Batteriepol aufgesteckt wird. Während der Montage wird sozusagen die Klemmkraft mittels des Montageelements reduziert. Das Montageelement zur Klemmkraftreduktion kann ein Keilsystem, ein Dorn/Stempelsystem und/oder durch Entlastungsstifte aufweisen.The clamping element is bent in a direction opposite to the central axis of the through-opening and, for example, out of the through-opening by means of the mounting element, before and while the cell connector is plugged onto the battery terminal. During assembly, the clamping force is, so to speak, reduced by means of the assembly element. The assembly element for reducing the clamping force can have a wedge system, a mandrel / punch system and / or relief pins.
Wie in einer beispielhaften Ausführungsform oben erläutert, weist der Zellverbinder eine Montageöffnung auf, durch welche beispielsweise ein Entlastungsdorn hindurch gesteckt werden kann und mit dem Endabschnitt des Klemmelements gekoppelt werden kann. Der Entlastungsdorn kann im Anschluss derart geschwenkt bzw. verschoben werden, dass der Endabschnitt und somit das gesamte Klemmelement vom Zentrum der Durchgangsöffnung heraus gebogen wird, um die Klemmkraft zu reduzieren und eine einfache Montage zu ermöglichen.As explained above in an exemplary embodiment, the cell connector has an assembly opening through which, for example, a relief mandrel can be inserted and coupled to the end section of the clamping element. The relief mandrel can then be pivoted or displaced in such a way that the end section and thus the entire clamping element is bent out from the center of the through opening in order to reduce the clamping force and enable simple assembly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Montageelement einen Stempel auf, welcher von einer Oberseite (welche von der Batteriezelle weg gerichtet ist) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung (insbesondere in Richtung der Batteriezelle) eingesteckt wird, um das Klemmelement vorzuspannen (und entsprechend aus dem Zentrum der Durchgangsöffnung heraus zu biegen). Der erste Batteriepol wird von der Unterseite (welche der Batteriezelle am nächsten liegt) des Zellverbinders in die erste Durchgangsöffnung eingesteckt, bis eine vorgegebene Position in der ersten Durchgangsöffnung erreicht ist. Anschließend wird der Stempel aus der Durchgangsöffnung herausgezogen und das Klemmelement klemmt die Seitenwand des ersten Batteriepols ein.According to a further exemplary embodiment, the mounting element has a stamp which is inserted from an upper side (which is directed away from the battery cell) of the cell connector into the first through opening (in particular in the direction of the battery cell) in order to preload the clamping element (and correspondingly out of the To bend out the center of the through opening). The first battery pole is inserted from the underside (which is closest to the battery cell) of the cell connector into the first through opening until a predetermined position is reached in the first through opening. The stamp is then pulled out of the through opening and the clamping element clamps the side wall of the first battery terminal.
Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen System eine einfachere und schnellere Montage von Zellverbindern auf entsprechende Batteriezellen ermöglicht werden. Die Signalleitungen (Sensorleitungen) können an den Trägerelement und den Kopplungselemente (und ebenfalls zur Befestigung an dem Zellverbindern) vor Montage auf den Batteriezelle in einer selbsttragenden Einheit vorgefertigt und gegebenenfalls getestet werden. Insbesondere kann durch die leitfähige Verbindung zwischen den entsprechenden Befestigungsabschnitten eines Zellverbinders und die Verbindungstruktur zwischen den Trägerabschnitten Spannung und Druckentlastungssysteme für die Montage und für die betriebsbedingten (zum Beispiel aufgrund von Alterung) Ausdehnung geschaffen werden. Auch die unterschiedlichen Elastizitäten zwischen den Klemmelementen und beispielsweise der leitfähigen Verbindung zwischen den Befestigungsabschnitten kann eine Dehnungskompensation bereitgestellt werden.In summary, with the system according to the invention, a simpler and faster assembly of cell connectors on corresponding battery cells can be made possible. The signal lines (sensor lines) can be prefabricated in a self-supporting unit on the carrier element and the coupling elements (and also for attachment to the cell connector) and, if necessary, tested. In particular, the conductive connection between the corresponding fastening sections of a cell connector and the connection structure between the carrier sections can create tension and pressure relief systems for assembly and for operational (for example due to aging) expansion. Expansion compensation can also be provided for the different elasticities between the clamping elements and, for example, the conductive connection between the fastening sections.
Ferner hat sich herausgestellt, dass gestanzte Zellverbinder mit minimalen Randbiegungen im Bereich der Batteriepol eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringen. Die minimalen Randbiegungen erlauben einerseits die Kompensation der mechanischen Streuung der Masse der Batteriepol und erlauben andererseits einen passenden Kontaktdruck aufzubauen. Der Kontaktdruck soll ausreichend hoch sein, um langzeitig niedrige Kontaktübergangswiderstände zu erzielen (z.B. durch Mikroverschweissungen) und andererseits genügend klein betreffend Elastizität des Leitermaterials Beziehung Seite Klemmelements, so dass damit das System innerhalb der Dauerelastizität der beteiligten Komponenten bleibt. Insbesondere beim Leitermaterial Aluminium kann der Bereich des Fliessens (Grenze des linearen Dehnbereiches und Übergang in plastische Verformung) vermieden werden.Furthermore, it has been found that punched cell connectors with minimal edge bends in the area of the battery terminal have a number of advantages. The minimal edge bends allow, on the one hand, the compensation of the mechanical scattering of the mass of the battery pole and, on the other hand, allow a suitable contact pressure to be built up. The contact pressure should be high enough to achieve low contact resistance over the long term (e.g. through micro-welds) and, on the other hand, sufficiently small in terms of elasticity of the conductor material relationship between the clamping element, so that the system remains within the permanent elasticity of the components involved. In the case of aluminum as a conductor material in particular, the area of flow (limit of the linear expansion area and transition to plastic deformation) can be avoided.
Die Zellverbinder werden auf den Batteriepol aufgesteckt, wobei die Steckkräfte durchaus eine maschinelle Unterstützung erfordern können oder dazu mechanische Hilfsmittel zur Kraftreduktion (d. h. Montageelemente) eingesetzt werden können werden.The cell connectors are plugged onto the battery pole, whereby the insertion forces may well require mechanical support or mechanical aids for force reduction (i.e. assembly elements) can be used for this purpose.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Batteriepole seitlich mittels der Klemmelemente kontaktiert, so dass eine Kraftsymmetrie der Kontaktierungskräfte entsteht, welche eine mechanische Belastung (im Sinne einer Federkontaktierung in Z-Richtung) auf den Batteriepol oder die Umgebung des Zellverbinders vermeidet. Damit allfällige vibrationsbedingte Trennungen der Polverbinder verhindert werden, kann vom äußeren Gehäuse oder vom Kühlsystem eine entsprechende mechanische Hemmung hinzugefügt werden (nicht skizziert).According to the present invention, the battery poles are laterally contacted by means of the clamping elements, so that a force symmetry of the contacting forces arises, which avoids mechanical loading (in the sense of spring contact in the Z direction) on the battery pole or the area around the cell connector. In order to prevent any vibration-related separation of the pole connector, a corresponding mechanical inhibition can be added from the outer housing or the cooling system (not shown).
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It is pointed out that the embodiments described here only represent a limited selection of possible embodiment variants of the invention. It is thus possible to combine the features of individual embodiments with one another in a suitable manner, so that for a person skilled in the art, with the embodiment variants explicitly shown here, a large number of different embodiments are to be seen as obviously disclosed. In particular, there are some embodiments of the invention with device claims and other embodiments of the invention with method claims. However, when reading this application, it will immediately become clear to the person skilled in the art that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to one type of subject matter of the invention, any combination of features relating to different types of Subjects of the invention belong.
FigurenlisteFigure list
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
3 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden von Batteriepolen mit einem Versteifungselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
4 eine schematische Darstellung von Kopplungselementen mit Signalleitungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
5 eine schematische Darstellung einer mechanischen Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
6 eine schematische Darstellung eines Systems zum Verbinden einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
7 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
8 eine schematische Darstellung eines Zellverbinders mit einem Isolationselement gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
9 eine schematische Darstellung eines Trägerbands für Kopplungselemente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
10 eine schematische Darstellung einer Befestigung eines Zellverbinders an einen Batteriepol gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
11 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Entlastungsdorn gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. -
12 eine schematische Darstellung einer Montagehilfe mit einem Stempel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
-
1 a schematic representation of a system for connecting battery terminals of a battery module according to an exemplary embodiment. -
2 a schematic sectional illustration of a system for connecting battery terminals of a battery module according to an exemplary embodiment. -
3 a schematic representation of a system for connecting battery terminals to a stiffening element according to an exemplary embodiment. -
4th a schematic representation of coupling elements with signal lines according to an exemplary embodiment. -
5 a schematic representation of a mechanical plug connection according to an exemplary embodiment. -
6th a schematic illustration of a system for connecting a plurality of battery cells of a battery module according to an exemplary embodiment. -
7th a schematic representation of a fastening of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment. -
8th a schematic representation of a cell connector with an insulation element according to an exemplary embodiment. -
9 a schematic representation of a carrier tape for coupling elements according to an exemplary embodiment. -
10 a schematic representation of a fastening of a cell connector to a battery pole according to an exemplary embodiment. -
11 a schematic representation of an assembly aid with a relief mandrel according to an exemplary embodiment. -
12th a schematic representation of an assembly aid with a stamp according to an exemplary embodiment.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch.Identical or similar components in different figures are provided with the same reference numbers. The representations in the figures are schematic.
Das System
Der elektrisch leitfähige Zellverbinder
Das Batteriemodul
Das Trägermaterial des Trägerelements
Dabei wird erfindungsgemäß der erste Zellverbinder
Insbesondere bleiben an dem Zellverbinder
Trägerabschnitte
Zudem wird eine Signalleitung
Der erste Zellverbinder
Der erste Zellverbinder
Der erste Trägerabschnitt
Die Verbindungsstruktur
Die Verbindungsstruktur
Zur temporären Versteifung des ersten Trägerabschnitts
Beispielsweise kann entlang der Anordnungsebene
Der erste Trägerabschnitt
Ferner weist die Signalleitung
Das System
Das Kopplungselement
Das Kopplungselement
Der erste Befestigungsabschnitt
Die leitfähige Verbindung
Zumindest der erste Befestigungsabschnitt
Die Kernelemente
Die Klemmkräfte der Klemmelemente
Entsprechend kann der Klemmabschnitt weitere elastisch verformbare Klemmelemente
Durch die Seitenwandkontaktierung des Klemmelements
Ferner weist das System
Wie in
Insbesondere der erste Batteriepol
Der Kühlkörper
Fig. 4zeigt eine schematische Darstellung von Kopplungselementen
Parallel zur Herstellung der in
Vor Montage an einem Batteriemodul
Ein entsprechender Trägerabschnitt
Die mechanische Steckverbindung ist ferner derart konfiguriert, dass entlang einer Richtung (z.B. entlang der z-Achse) senkrecht zur Anordnungsebene
In
Somit wird eine robuste und selbstragende Rahmenstruktur gebildet, mit welcher zwei oder mehr Reihen von Batteriepolen
Der Kontaktabschnitt
Ferner kann ein Spannring
Der Zellverbinder
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be pointed out that “comprehensive” does not exclude any other elements or steps and “one” or “one” does not exclude a large number. It should also be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be regarded as a restriction.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Systemsystem
- 101101
- BatteriepolBattery pole
- 102102
- BatteriepolBattery pole
- 103103
- VerbindungsstrukturConnection structure
- 104104
- eingebetteter Bereichembedded area
- 105105
- SignalleitungSignal line
- 106106
- leitfähige Verbindungconductive connection
- 107107
- Sensorsensor
- 108108
- weitere Verbindungsstrukturfurther connection structure
- 109109
- VersteifungselementStiffening element
- 110110
- erster Zellverbinderfirst cell connector
- 111111
- erster Befestigungsabschnittfirst fastening section
- 112112
- zweiter Befestigungsabschnittsecond fastening section
- 113113
- ZugentlastungsstrukturStrain relief structure
- 120120
- zweiter Zellverbinder second cell connector
- 130130
- TrägerelementSupport element
- 131131
- erster Trägerabschnittfirst carrier section
- 132132
- zweiter Trägerabschnittsecond carrier section
- 140140
- KopplungselementCoupling element
- 141141
- Steckervorrichtung Connector device
- 150150
- BatteriemodulBattery module
- 151151
- BatteriezelleBattery cell
- 160160
- KlemmabschnittClamping section
- 161161
- KlemmelementClamping element
- 162162
- BiegeabschnittBending section
- 163163
- KontaktabschnittContact section
- 164164
- EndabschnittEnd section
- 165165
- Spannring Tension ring
- 201201
- AnordnungsebeneArrangement level
- 202202
- AufnahmenutReceiving groove
- 203203
- SeitenwandSide wall
- 204204
- PoloberflächePole surface
- 205205
- GrundkörperBase body
- 206206
- erste Oberflächefirst surface
- 207207
- zweite Oberflächesecond surface
- 208208
- KühlkörperHeat sink
- 209209
- Kühlkanal Cooling duct
- 501501
- GleitelementSliding element
- 502502
- FührungsschieneGuide rail
- 601601
- erster Systemkontaktfirst system contact
- 602602
- zweiter Systemkontaktsecond system contact
- 801801
- IsolationselementIsolation element
- 802802
- Abstand Grundkörper/Isolationselement Distance between base body and insulation element
- 901901
- aufrollbares Trägerband rollable carrier tape
- 11011101
- MontageöffnungAssembly opening
- 11021102
- AufnahmeöffnungReceiving opening
- 11031103
- Entlastungsdorn Relief mandrel
- 12011201
- Stempelrubber stamp
Claims (32)
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022125074B3 (en) | 2022-09-29 | 2023-12-14 | Lisa Dräxlmaier GmbH | CONTACT ELEMENT FOR ELECTRICALLY CONDUCTIVE CONTACTING A BATTERY CELL HOUSING |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10160871A1 (en) | 2001-12-12 | 2003-07-10 | Bosch Gmbh Robert | Electrical contact element |
| DE102010019935A1 (en) | 2010-05-08 | 2011-11-10 | Volkswagen Ag | Contact element e.g. pole connector, for electrically contacting battery cell for e.g. motor car to store electrical power utilized by e.g. electric motor for driving vehicle, has spigots inserted into aperture and clamped by bendable tab |
| US20130164595A1 (en) | 2010-10-08 | 2013-06-27 | Autonetworks Technologies, Ltd. | Bus bar module |
| DE112014006058T5 (en) | 2013-12-25 | 2016-09-08 | Yazaki Corporation | Battery wiring module |
| DE102016223464A1 (en) | 2016-11-25 | 2018-05-30 | Robert Bosch Gmbh | Connecting device for the electrical connection of electrical storage units |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5595830B2 (en) * | 2009-08-26 | 2014-09-24 | 株式会社東芝 | Battery, assembled battery, and method of manufacturing assembled battery |
| JP2012059658A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | Bus bar |
| JP2012252811A (en) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Power supply device, vehicle with power supply device, and bus bar |
| DE112014006004B4 (en) * | 2013-12-25 | 2023-11-02 | Yazaki Corporation | Method for producing a battery wiring module |
-
2020
- 2020-04-23 DE DE102020111100.2A patent/DE102020111100A1/en not_active Withdrawn
-
2021
- 2021-04-22 EP EP21722125.8A patent/EP4139988A1/en not_active Withdrawn
- 2021-04-22 WO PCT/EP2021/060485 patent/WO2021214199A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10160871A1 (en) | 2001-12-12 | 2003-07-10 | Bosch Gmbh Robert | Electrical contact element |
| DE102010019935A1 (en) | 2010-05-08 | 2011-11-10 | Volkswagen Ag | Contact element e.g. pole connector, for electrically contacting battery cell for e.g. motor car to store electrical power utilized by e.g. electric motor for driving vehicle, has spigots inserted into aperture and clamped by bendable tab |
| US20130164595A1 (en) | 2010-10-08 | 2013-06-27 | Autonetworks Technologies, Ltd. | Bus bar module |
| DE112014006058T5 (en) | 2013-12-25 | 2016-09-08 | Yazaki Corporation | Battery wiring module |
| DE102016223464A1 (en) | 2016-11-25 | 2018-05-30 | Robert Bosch Gmbh | Connecting device for the electrical connection of electrical storage units |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022125074B3 (en) | 2022-09-29 | 2023-12-14 | Lisa Dräxlmaier GmbH | CONTACT ELEMENT FOR ELECTRICALLY CONDUCTIVE CONTACTING A BATTERY CELL HOUSING |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021214199A1 (en) | 2021-10-28 |
| EP4139988A1 (en) | 2023-03-01 |
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