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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei der Zellverbinder einen ersten Kontaktbereich zum Verbinden mit dem ersten Zellterminal, einen zweiten Kontaktbereich zum Verbinden mit dem zweiten Zellterminal und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, der den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich miteinander verbindet und eine Bewegung dieser Kontaktbereiche relativ zueinander ermöglicht, umfasst.
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Solche elektrochemischen Vorrichtungen können insbesondere als elektrische Akkumulatoren, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgebildet sein.
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Bei einem Lithium-Ionen-Akkumulator beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Zellterminals (Polen) einer einzelnen Akkumulatorzelle ungefähr 3,6 V. Um ein für viele Anwendungen, beispielsweise in der Automobil-Antriebstechnik, benötigtes höheres Spannungsniveau von beispielsweise ungefähr 360 V zu erhalten, müssen viele solcher Akkumulatorzellen (beispielsweise ungefähr 100) elektrisch in Reihe geschaltet werden.
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Die Akkumulatorzellen oder allgemein elektrochemischen Zellen können dabei zu Modulen zusammengefasst werden, welche jeweils mehrere solcher elektrochemischer Zellen enthalten, wobei die Einbaurichtung nebeneinander angeordneter Zellen alterniert, so dass positive und negative Zellterminals abwechselnd nebeneinander liegen.
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Diese einander benachbarten Zellterminals entgegengesetzter Polarität werden für die Reihenschaltung der Zellen mittels jeweils eines Zellverbinders direkt miteinander verbunden.
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Durch unterschiedliche thermische Dehnungen der Anordnung elektrochemischer Zellen und des Zellverbinders (aufgrund von Temperaturunterschieden und/oder aufgrund von Unterschieden in den jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten) treten auf die Zellterminals einwirkende Kräfte auf, die von dem Zellverbinder übertragen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellverbinder für eine elektrochemische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einer Relativverschiebung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich nur reduzierte Axialkräfte, Querkräfte und Momente überträgt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Zellverbinder mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kompensationsbereich mindestens ein Kompensationsabschnitt aufweist, der gegenüber dem ersten Kontaktbereich und/oder gegenüber dem zweiten Kontaktbereich so tordiert ist, dass eine lokale Oberflächennormale des Kompensationsabschnitts
- – gegenüber einer lokalen Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs und/oder gegenüber einer lokalen Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs verdreht ist und
- – gegenüber einer ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs und ein Zentrum des zweiten Kontaktbereichs miteinander verbindenden Verbindungsrichtung des Zellverbinders verdreht ist.
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Durch eine lokale Verdrehung des Zellverbinders im Kompensationsabschnitt des Kompensationsbereichs zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich um beispielsweise 90° wird in alle vektoriell auftretenden Kraft- und Wegrichtungen ein Biegequerschnitt des Zellverbinders gelegt.
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Durch das Tordieren, Verwinden oder "Twisten" des Zellverbinders wird das minimale axiale Flächenmoment in jede auftretende Beanspruchungsrichtung gedreht. Somit wird jeder auftretenden vektoriellen Kraft ein Biegequerschnitt mit minimiertem Widerstandsmoment zur Verfügung gestellt.
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Der erfindungsgemäße Zellverbinder kann somit insbesondere einen im Raum verwundenen ("getwisteten") Abschnitt aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Zellverbinder einzelne steg- oder lamellenartige Streifen aufweist, die im Raum verwunden ("getwistet") sind.
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Durch die "Twistung" oder Tordierung des mindestens einen Kompensationsabschnitts des Kompensationsbereichs wird die Übertragung von unzulässig hohen Querkräften und Momenten (vektoriellen Komponenten der auftretenden Kräfte bzw. Wege) vermieden.
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Eine Überlastung und Beschädigung der Zellen und/oder plastische Verformungen und dadurch bedingte Ermüdungsrisse oder Überlastungsrisse im Zellverbinder werden somit vermieden.
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Ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs liegt insbesondere dort, wo eine Längsachse des ersten Zellterminals der ersten elektrochemischen Zelle den ersten Kontaktbereich schneidet.
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Ein Zentrum des zweiten Kontaktbereichs liegt insbesondere dort, wo eine Längsachse des zweiten Zellterminals der zweiten elektrochemischen Zelle den zweiten Kontaktbereich schneidet.
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Vorzugsweise beträgt die maximale Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen des Kompensationsabschnitts gegenüber der Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs und/oder gegenüber der Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs mindestens 45°.
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Besonders günstig ist es, wenn die maximale Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen des Kompensationsabschnitts gegenüber der Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs und/oder gegenüber der Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs ungefähr 90° beträgt.
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Die Oberflächennormale des ersten Kontaktbereichs und/oder die Oberflächennormale des zweiten Kontaktbereichs sind vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des Zellverbinders, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Querrichtung des Zellverbinders und vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Kontaktrichtung des Zellverbinders ausgerichtet.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationsabschnitt einen Mittelbereich aufweist, der vorzugsweise im Wesentlichen mittig zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet ist, wobei die lokale Oberflächennormale des Kompensationsabschnitts in dem Mittelbereich ihre maximale Verdrehung gegenüber der Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs und/oder gegenüber der Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs erreicht.
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Der Mittelbereich des Kompensationsabschnitts ist vorzugsweise über einen tordierten Bereich, in dem die Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen gegenüber der Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs mit wachsendem Abstand von dem ersten Kontaktbereich zunimmt, mit dem ersten Kontaktbereich verbunden und/oder über einen tordierten Bereich, in dem die Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen gegenüber der Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs mit wachsendem Abstand von dem zweiten Kontaktbereich zunimmt, mit dem zweiten Kontaktbereich verbunden.
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Der Mittelbereich des Kompensationsabschnitts ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nicht tordiert, insbesondere nicht um die Verbindungsrichtung des Zellverbinders tordiert.
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Um eine Relativbewegung des ersten Kontaktbereichs und des zweiten Kontaktbereichs zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kompensationsabschnitt mindestens eine quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zur Verbindungsrichtung verlaufende Kompensationswelle, Kompensationssicke oder Kompensationsknicklinie aufweist.
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Vorzugsweise verläuft eine solche Kompensationswelle, Kompensationssicke oder Kompensationsknicklinie schräg oder im Wesentlichen parallel zur Oberflächennormalen des ersten Kontaktbereichs und/oder zur Oberflächennormalen des zweiten Kontaktbereichs.
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Insbesondere kann eine solche Kompensationswelle, Kompensationssicke oder Kompensationsknicklinie im Wesentlichen parallel zu einer Kontaktrichtung des Zellverbinders verlaufen, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung des Zellverbinders und im Wesentlichen senkrecht zu einer Querrichtung des Zellverbinders ausgerichtet ist.
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Der erfindungsgemäße Zellverbinder kann einen einzigen tordierten Kompensationsabschnitt umfassen.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kompensationsbereich des Zellverbinders vollständig aus diesem einzelnen Kompensationsabschnitt gebildet ist.
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Je nach den zur Verfügung stehenden Platzverhältnissen kann der Zellverbinder jedoch in Längsrichtung auch geschlitzt oder mit Ausstanzungen derart versehen werden, dass sich mehrere Einzellamellen ergeben, die jeweils für sich wieder tordiert, verwunden oder "getwistet" sein können.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kompensationsbereich mehrere Kompensationsabschnitte umfasst, die zumindest abschnittsweise quer zur Verbindungsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Eine solche Kompensationswelle, Kompensationssicke oder Kompensationsknicklinie ist vorzugsweise in einem ungefähr mittig zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich angeordneten Mittelbereich eines Kompensationsabschnitts des Kompensationsbereichs des Zellverbinders vorgesehen.
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Für eine möglichst symmetrische Übertragung von Kräften und Momenten durch den Zellverbinder ist es günstig, wenn der Kompensationsbereich mehrere Kompensationsabschnitte aufweist, die jeweils paarweise einander im Wesentlichen gleiche Biegewiderstandsmomente bezüglich einer Biegung um die Oberflächennormale des ersten Kontaktbereichs und/oder bezüglich einer Biegung um die Oberflächennormale des zweiten Kontaktbereichs aufweisen.
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Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zellverbinders ist vorgesehen, dass mindestens ein Kompensationsabschnitt mindestens einen Endbereich umfasst, der längs einer im Wesentlichen parallel zur Verbindungsrichtung verlaufenden Verbindungslinie an den ersten Kontaktbereich oder an den zweiten Kontaktbereich angrenzt.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass mindestens ein Endbereich eines Kompensationsabschnitts längs eines seitlichen Randes des ersten Kontaktbereichs oder des zweiten Kontaktbereichs verläuft.
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Mindestens ein Endbereich eines Kompensationsabschnitts kann insbesondere längs einer Faltlinie an den ersten Kontaktbereich oder an den zweiten Kontaktbereich angrenzen.
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Der erfindungsgemäße Zellverbinder umfasst vorzugsweise einen einstückig ausgebildeten Grundkörper, welcher den ersten Kontaktbereich, den zweiten Kontaktbereich und den Kompensationsbereich mit dem mindestens einen tordierten Kompensationsabschnitt umfasst.
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Die elektrochemische Vorrichtung, in welcher der Zellverbinder eingesetzt wird, kann insbesondere als ein Akkumulator, beispielsweise als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet sein.
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Wenn die erfindungsgemäße elektrochemische Vorrichtung als ein Akkumulator ausgebildet ist, eignet sie sich insbesondere als eine hochbelastbare Energiequelle, beispielsweise für den Antrieb von Kraftfahrzeugen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Zellverbinders, der einen ersten Kontaktbereich zum Verbinden mit einem ersten Zellterminal einer ersten elektrochemischen Zelle, einen zweiten Kontaktbereich zum Verbinden mit einem zweiten Zellterminal einer zweiten elektrochemischen Zelle und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, der den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich miteinander verbindet und eine Bewegung dieser Kontaktbereiche relativ zueinander ermöglicht, umfasst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, durch welches ein Zellverbinder hergestellt wird, der bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich nur reduzierte Axialkräfte, Querkräfte und Momente überträgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Zellverbinders gelöst, welches folgenden Verfahrensschritt umfasst:
- – zumindest bereichsweises Tordieren mindestens eines zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich angeordneten Kompensationsabschnitts des Kompensationsbereichs um eine Verbindungsrichtung des Zellverbinders.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Kompensationsabschnitten dadurch erzeugt wird, dass mindestens ein Einschnitt in den Kompensationsbereich erzeugt wird und/oder dadurch, dass Material aus dem Kompensationsbereich vor dem Tordieren der Kompensationsabschnitte herausgetrennt wird.
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Das Heraustrennen kann dabei beispielsweise durch Ausstanzen oder durch Schneiden, insbesondere durch Laserschneiden, erfolgen.
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Die Verbindungsrichtung des Zellverbinders verbindet vorzugsweise ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs und ein Zentrum des zweiten Kontaktbereichs miteinander.
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Die Kompensationsabschnitte des Kompensationsbereichs können insbesondere lamellenförmig oder stegförmig ausgebildet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Zellverbinder und jeweils einen Teil der elektrochemischen Zellen, die mittels des Zellverbinders miteinander verbunden sind, wobei der Zellverbinder einen Kompensationsbereich mit tordierten Kompensationsabschnitten umfasst;
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2 einen schematischen Schnitt durch einen Grundkörper des Zellverbinders aus 1, ohne die durch den Zellverbinder miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen;
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3 eine schematische perspektivische Darstellung des Zellverbinders aus den 1 und 2;
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4 eine schematische Draufsicht von oben auf den Zellverbinder aus den 1 bis 3; und
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5 eine schematische stirnseitige Seitenansicht des Zellverbinders aus den 1 bis 4, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 5 in 4.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst beispielsweise mehrere (nicht dargestellte) elektrochemische Module, von denen jedes mehrere, beispielsweise jeweils acht oder zwölf, elektrochemische Zellen 102 umfasst, welche jeweils in einer Aufnahme einer (nicht dargestellten) Aufnahmevorrichtung des Moduls aufgenommen sind.
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Eine solche Aufnahmevorrichtung kann insbesondere als ein Kühlkörper ausgebildet sein, der mit den darin aufgenommenen elektrochemischen Zellen in wärmeleitendem Kontakt steht, um während des Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 Wärme von den elektrochemischen Zellen 102 abzuführen.
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Die elektrochemischen Zellen 102 sind in der sie umgebenden Aufnahmevorrichtung so angeordnet und ausgerichtet, dass Axialrichtungen 104 der elektrochemischen Zellen 102, welche parallel zu den mittigen Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102 verlaufen, im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Jede der elektrochemischen Zellen 102 erstreckt sich dabei von einem vorderen Zellterminal 108 in der jeweiligen Axialrichtung 104 bis zu einem (nicht dargestellten) hinteren Zellterminal, wobei jedes Zellterminal jeweils einen positiven Pol oder einen negativen Pol der elektrochemischen Zelle 102 bildet.
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Die mittigen Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102 sind dabei zugleich mittige Längsachsen der Zellterminals 108 der jeweiligen elektrochemischen Zellen 102.
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In einem Modul sind einander benachbarte elektrochemische Zellen 102 jeweils so ausgerichtet, dass die auf derselben Seite des Moduls angeordneten Zellterminals zweier benachbarter Zellen 102a, 102b einander entgegengesetzte Polarität aufweisen.
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So bildet beispielsweise in der in 1 dargestellten Zellanordnung das vordere Zellterminal 108a der elektrochemischen Zelle 102a einen negativen Pol der betreffenden elektrochemische Zelle 102a, währen das vordere Zellterminal 108b der in einer Verbindungsrichtung 110 der elektrochemischen Zelle 102a benachbarten elektrochemischen Zelle 102b einen positiven Pol der elektrochemischen Zelle 102b bildet.
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Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann insbesondere als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, beispielsweise des Typs LiFePO4, ausgebildet sein.
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Die elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Module können entsprechend als Akkumulatorzellen, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen, beispielsweise vom Typ LiFePO4, ausgebildet sein.
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Jedes elektrochemische Modul umfasst ferner mehrere Zellverbinder 112, mittels welcher die Zellterminals 108 einander benachbarter elektrochemischer Zellen 102 mit unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um auf diese Weise alle elektrochemischen Zellen 102 eines elektrochemischen Moduls elektrisch in Reihe zu schalten.
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Dabei verbindet jeder Zellverbinder 112 ein erstes Zellterminal 108a negativer Polarität mit einem zweiten Zellterminal 108b positiver Polarität einer benachbarten elektrochemischen Zelle 102.
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Um alle elektrochemischen Zellen 102 eines Moduls elektrisch in Reihe zu schalten, sind außer den vorderen Zellterminals 108 einander benachbarter elektrochemischer Zellen auch die hinteren Zellterminals einander benachbarter elektrochemischer Zellen eines Moduls durch (nicht dargestellte) Zellverbinder miteinander verbunden.
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Jeder der Zellverbinder 112, welche jeweils ein erstes Zellterminal 108a und ein zweites Zellterminal 108b elektrisch leitend miteinander verbinden, umfasst einen Grundkörper 114 mit einem ersten Kontaktbereich 116, der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 mit einem (beispielsweise negativen) ersten Zellterminal 108a einer elektrochemischen Zelle 102a verbunden ist, und einem zweiten Kontaktbereich 118, der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 mit einem (beispielsweise positiven) zweiten Zellterminal 108b einer anderen elektrochemischen Zelle 102b verbunden ist.
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Der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 ist vorzugsweise als ein Stanzbiegeteil hergestellt.
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Der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 kann insbesondere aus Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Gold oder Silber oder aus einer Legierung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Metalle gebildet sein.
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Ferner kann der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 auch aus einem anderen Metall oder aus einer anderen metallischen Legierung gebildet sein.
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Außerdem kann der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 grundsätzlich auch aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial und/oder aus einem leitfähigen Kohlenstoffmaterial gebildet sein.
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Der erste Kontaktbereich 116 und der zweite Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 sind vorzugsweise stoffschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 108a bzw. 108b verbunden.
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Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Verschweißung, insbesondere Laserverschweißung, oder durch Verlötung hergestellt werden.
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Je nach dem Material, aus welchem die Zellterminals 108a und 108b gebildet sind, kann zur Erleichterung der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Zellverbinder 112 vorgesehen sein, dass in dem jeweiligen Kontaktbereich 116, 118 des Zellverbinders 112 und/oder an dem jeweiligen Zellterminal 108a bzw. 108b eine oder mehrere Beschichtungen, insbesondere aus einem metallischen Material, angeordnet sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Erleichterung der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Zellverbinder 112 und den Zellterminals 108a, 108b eines oder mehrere (nicht dargestellte) Zwischenelemente zwischen dem jeweiligen Kontaktbereich 116, 118 des Zellverbinders 112 einerseits und dem jeweils zugeordneten Zellterminal 108a bzw. 108b andererseits angeordnet sind.
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Um auch nach dem stoffschlüssigen Verbinden des Zellverbinders 112 mit den Zellterminals 108a und 108b einen direkten Zugang, beispielsweise für Messzwecke, zu den Zellterminals 108a und 108b zu ermöglichen, kann der erste Kontaktbereich 116 des Zellverbinders 112 mit einer, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmigen, Durchtrittsöffnung 120 und der zweite Kontaktbereich 118 des Grundkörpers 114 mit einer, beispielsweise ebenfalls im Wesentlichen kreisförmigen, Durchtrittsöffnung 122 versehen sein (siehe 3).
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Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann es aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und/oder aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Zellverbinder 112 einerseits und der Aufnahmevorrichtung für die elektrochemischen Zellen 102 andererseits zu einer Differenz zwischen einer Längsdehnung der Zellverbinder 112 einerseits und einer Änderung des Abstands zwischen den Längsachsen 106 der durch die Zellverbinder 112 miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b andererseits kommen. Durch eine Temperaturänderung werden die Relativpositionen der durch einen Zellverbinder 112 miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b in der senkrecht zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 ausgerichteten Verbindungsrichtung 110 und/oder in einer senkrecht zur Axialrichtung 104 der elektrochemischen Zellen 102 und senkrecht zur Verbindungsrichtung 110 ausgerichteten Querrichtung 128 verändert.
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Die Verbindungsrichtung 110 liegt in einer Ebene 123, welche die Längsachsen 106 der elektrochemischen Zellen 102a und 102b enthält (siehe 4), und verläuft parallel zu einer Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112.
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Ferner kann es aufgrund unterschiedlicher Längsdehnungen der miteinander durch einen Zellverbinder 112 verbundenen elektrochemischen Zellen 102 zu einer Veränderung der Relativpositionen zwischen den miteinander verbundenen Zellterminals 108a, 108b längs der Axialrichtung 104 der miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen 102 kommen.
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Um solche Relativbewegungen zwischen den miteinander verbundenen Zellterminals 108a, b und damit zwischen dem ersten Kontaktbereich 116 und dem zweiten Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112, in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 und/oder in einer senkrecht zur Längsrichtung 126 und senkrecht zur Querrichtung 128 ausgerichteten Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 kompensieren zu können, umfasst der Zellverbinder 112 einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 124, welcher zwischen dem ersten Kontaktbereich 116 und dem zweiten Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 angeordnet ist und die beiden Kontaktbereiche 116 und 118 miteinander verbindet.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper 114 des Zellverbinders 112 mit einem solchen Kompensationsbereich 124 versehen.
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Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eines Zellverbinders 112 umfasst der verformbare Kompensationsbereich 124 mehrere, beispielsweise vier, Kompensationsabschnitte 136, welche den ersten Kontaktbereich 116 und den zweiten Kontaktbereich 118 des Zellverbinders 112 miteinander verbinden.
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Die mehreren Kompensationsabschnitte 136 sind vorzugsweise im Wesentlichen lamellenförmig oder stegförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und ausgerichtet.
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Vorzugsweise weisen die mehreren Kompensationsabschnitte 136 des Kompensationsbereichs paarweise einander im Wesentlichen gleiche Biegewiderstandsmomente bezüglich einer Biegung um die Oberflächennormale 138 des ersten Kontaktbereichs 116 und/oder um die Oberflächennormale 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 auf.
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Insbesondere können zwei innere Kompensationsabschnitte 136a mit einander im Wesentlichen gleichen Biegewiderstandsmomenten und zwei äußere Kompensationsabschnitte 136b mit ebenfalls einander im Wesentlichen gleichen Biegewiderstandsmomenten vorgesehen sein, wobei die inneren Kompensationsabschnitte 136a (in der Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 gesehen) zwischen den beiden äußeren Kompensationsabschnitten 136b angeordnet sind.
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Die beiden inneren Kompensationsabschnitte 136a umfassen jeweils einen nicht tordierten Mittelbereich 142, der ungefähr mittig zwischen dem ersten Kontaktbereich 116 und dem zweiten Kontaktbereich 118 angeordnet ist und über einen ersten tordierten Bereich 144 mit dem ersten Kontaktbereich 116 und über einen zweiten tordierten Bereich 146 mit dem zweiten Kontaktbereich 118 verbunden ist.
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Der erste tordierte Bereich 144 schließt längs einer ersten Übergangslinie 148 an den ersten Kontaktbereich 116 an und ist von dieser Übergangslinie 148 ausgehend so gegenüber dem ersten Kontaktbereich 116 tordiert, dass die Verdrehung der lokalen Oberflächennormale 150 des ersten tordierten Bereichs 144, welche an der Übergangslinie 148 parallel zur Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 ausgerichtet ist, mit wachsendem Abstand von dem ersten Kontaktbereich 116 zunimmt, bis die lokale Oberflächennormale 150 des ersten tordierten Bereichs 144 an einer zweiten Übergangslinie 152, an welcher der erste tordierte Bereich 144 in den Mittelbereich 142 des Kompensationsabschnitts 136a übergeht, um einen Winkel von ungefähr 90° gegenüber der Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 verdreht ist.
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Der zweite tordierte Bereich 146 des Kompensationsabschnitts 136a grenzt längs einer ersten Übergangslinie 154 an den zweiten Kontaktbereich 118 an und ist, von dieser Übergangslinie 154 ausgehend, derart gegenüber dem zweiten Kontaktbereich 118 tordiert, dass die lokale Oberflächennormale 150 des zweiten tordierten Bereichs 146, welche an der Übergangslinie 154 parallel zur Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 ausgerichtet ist, mit wachsendem Abstand von dem zweiten Kontaktbereich 118 zunehmend gegenüber der Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 verdreht ist, bis die lokale Oberflächennormale 150 an einer zweiten Übergangslinie 156, an welcher der zweite tordierte Bereich des Kompensationsabschnitts 136a in den Mittelbereich 142 übergeht, um einen Winkel von ungefähr 90° gegenüber der Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 verdreht ist.
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Im Mittelbereich 142 des Kompensationsabschnitts 136a liegt die lokale Oberflächennormale 150 in einer parallel zu den Oberseiten der Kontaktbereiche 116 und 118 verlaufenden Ebene, welche senkrecht zur Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 und senkrecht zur Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 ausgerichtet ist.
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Im Mittelbereich 142 ist somit die lokale Oberflächennormale 150 des Kompensationsabschnitts 136a maximal gegenüber der Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 und maximal gegenüber der Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 verdreht.
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Um eine Relativbewegung der Kontaktbereiche 116 und 118 des Zellverbinders 112 längs der Verbindungsrichtung 110 zu ermöglichen, weist der Kompensationsbereich 124 eine Wellenstruktur auf, insbesondere in den Mittelbereichen 142 der Kompensationsabschnitte 136.
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So umfasst beispielsweise die Wellenstruktur des Mittelbereichs 142 jedes inneren Kompensationsabschnitts 136a vorzugsweise eine oder mehrere Wellen mit einer parallel zur Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 gerichteten Amplitude.
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Diese Wellenstruktur weist insbesondere einen im Wesentlichen parallel zur Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 verlaufenden Wellenberg 158 auf.
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Auch die äußeren Kompensationsabschnitte 136b des Kompensationsbereichs 124 umfassen vorzugsweise jeweils einen Mittelbereich 142, der im Wesentlichen mittig zwischen dem ersten Kontaktbereich 116 und dem zweiten Kontaktbereich 118 angeordnet ist, wobei die lokale Oberflächennormale 150 des jeweiligen Kompensationsabschnitts 136b in dem Mittelbereich 142 ihre maximale Verdrehung gegenüber der Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 und gegenüber der Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 erreicht.
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Auch bei den äußeren Kompensationsabschnitten 136b ist der jeweilige Mittelbereich 142 über einen ersten tordierten Bereich 144, in dem die Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen 150 gegenüber der Oberflächennormalen 138 des ersten Kontaktbereichs 116 mit wachsendem Abstand von dem ersten Kontaktbereich 116 zunimmt, mit dem ersten Kontaktbereich 116 verbunden und über einen zweiten tordierten Bereich 146, in dem die Verdrehung der lokalen Oberflächennormalen 150 gegenüber der Oberflächennormalen 140 des zweiten Kontaktbereichs 118 mit wachsendem Abstand von dem zweiten Kontaktbereich 118 zunimmt, mit dem zweiten Kontaktbereich 118 verbunden.
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Auch die Mittelbereiche 142 der äußeren Kompensationsabschnitte 136b weisen vorzugsweise eine Wellenstruktur auf, wobei die Wellenstruktur eine oder mehrere Wellen mit einer im Wesentlichen parallel zur Querrichtung 128 des Zellverbinders 112 gerichteten Amplitude umfasst.
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Vorzugsweise verlaufen die Wellen der verschiedenen Kompensationsabschnitte 136a, 136b im Wesentlichen parallel zueinander, und vorzugsweise stehen die Wellenberge 158 der verschiedenen Kompensationsabschnitte 136a, 136b zur selben Seite des Zellverbinders 112 hin seitlich vor (siehe insbesondere 4).
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Durch die gewellte Struktur der Mittelbereiche 142 der Kompensationsabschnitte 136 wird erreicht, dass der Kompensationsbereich 124 in einfacher Weise derart elastisch und/oder plastisch verformbar ist, dass der zweite Kontaktbereich 118 relativ zu dem ersten Kontaktbereich 116 in der Längsrichtung 126 des Zellverbinders 112 verschoben werden kann, um die vorstehend beschriebenen Differenzen in den Relativpositionen der durch den Zellverbinder 112 miteinander zu verbindenden Zellterminals 108a und 108b auszugleichen.
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Durch die Verdrehung der tordierten Bereiche 144 und 146 der Kompensationsabschnitte 136 wird erreicht, dass der Kompensationsbereich 124 in einfacher Weise derart elastisch und/oder plastisch verformbar ist, dass der zweite Kontaktbereich 118 relativ zu dem ersten Kontaktbereich 116 sowohl in der Querrichtung 128 als auch in der Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 verschoben werden kann, um die vorstehend beschriebenen Differenzen in den Relativpositionen der durch den Zellverbinder 112 miteinander zu verbindenden Zellterminals 108a und 108b in diesen Richtungen auszugleichen.
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Hierdurch kann das Auftreten übermäßiger mechanischer Spannungen an den Verbindungsstellen zwischen dem Zellverbinder 112 einerseits und dem ersten Zellterminal 108a sowie dem zweiten Zellterminal 108b andererseits vermieden werden.
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Wie am besten aus 4 zu ersehen ist, sind die nebeneinander angeordneten Kompensationsabschnitte 136 des Kompensationsbereichs 124 durch Ausnehmungen 160 voneinander getrennt, welche sich jeweils von dem kontaktbereichseitigen Ende des ersten tordierten Bereichs 144 bis zum kontaktbereichseitigen Ende des zweiten tordierten Bereichs 146 der jeweils angrenzenden Kompensationsabschnitte 136 erstrecken.
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Durch diese Ausnehmung 160 sind jeweils zwei nebeneinander angeordnete Kompensationsabschnitte 136 des Kompensationsbereichs 124 quer zur Verbindungsrichtung 110 voneinander beabstandet.
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Die äußeren Kompensationsabschnitte 136b umfassen ferner noch jeweils einen ersten Endbereich 162, der längs einer im Wesentlichen parallel zur Verbindungsrichtung 110 verlaufenden Verbindungslinie 164 längs eines seitlichen Randes des ersten Kontaktbereichs 116 an den ersten Kontaktbereich 116 angrenzt, und einen zweiten Endbereich 166, der längs einer im Wesentlichen parallel zur Verbindungsrichtung 110 verlaufenden Verbindungslinie 168 längs eines seitlichen Randes des zweiten Kontaktbereichs 118 an den zweiten Kontaktbereich 118 angrenzt.
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Die Endbereiche 162 und 166 sind jeweils im Wesentlichen stegförmig ausgebildet, erstrecken sich vom jeweils zugeordneten Kontaktbereich 116 bzw. 118 aus parallel zur Kontaktrichtung 134 des Zellverbinders 112 nach oben (das heißt in der im montierten Zustand des Zellverbinders 112 den miteinander zu verbindenden Zellterminals 108a und 108b abgewandten Richtung) und verjüngen sich vorzugsweise zu ihrem dem Mittelbereich 142 des jeweiligen Kompensationsabschnitts 136b abgewandten freien Ende hin.
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Zur Herstellung des Grundkörpers 114 des Zellverbinders 112, wie er in den 2 bis 5 dargestellt ist, wird wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird eine Grundkörper-Vorform aus einem Ausgangsmaterial, beispielsweise aus einem blechförmigen Ausgangsmaterial, herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt oder (zum Beispiel mittels eines Lasers) herausgeschnitten.
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Anschließend wird eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden, lamellenförmigen oder stegförmigen Kompensationsabschnitten 136 dadurch erzeugt, dass ein Einschnitt in dem Kompensationsbereich 124 des Grundkörpers 114 erzeugt wird und/oder Material aus dem Kompensationsbereich 124 herausgetrennt wird.
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Bevor oder nachdem die Kompensationsabschnitte 136 voneinander getrennt worden sind, wird durch geeignete Umformvorgänge, insbesondere Prägeoder Tiefziehvorgänge, die Wellenstruktur in den Mittelbereich 142 der Kompensationsabschnitte 136 eingebracht.
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Nachdem die Wellenstruktur in den Kompensationsbereich 124 eingebracht worden ist und die einzelnen Kompensationsabschnitte 136 voneinander getrennt worden sind, werden die zwischen dem Mittelbereich 142 jedes Kompensationsabschnitts 136 und den Kontaktbereichen 116 und 118 liegenden Bereiche der Kompensationsabschnitte 136 um die Verbindungsrichtung 110 des Zellverbinders 112 relativ zu den Kontaktbereichen 116 bzw. 118 tordiert, bis die tordierten Bereiche 144 und 146 der Kompensationsabschnitte 136 in der in den 2 bis 5 dargestellten Form erzeugt worden sind.
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Die Endbereiche 162 und 166 der äußeren Kompensationsabschnitte 136 werden längs der jeweiligen Verbindungslinien 164 bzw. 168 relativ zu dem jeweils angrenzenden Kontaktbereich 116 bzw. 118 aufgefaltet.
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Der so hergestellte Zellverbinder 112 wird in den Kontaktbereichen 116 und 118, vorzugsweise stoffschlüssig, mit jeweils einem Zellterminal 108 einer elektrochemischen Zelle 102 verbunden.
