DE102014017131A1 - Device for electrically connecting a number of single cells and cell block - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Einzelzellen für eine elektrische Batterie mit einer Anzahl von Zellverbindungselementen (3) zur elektrischen Verschaltung der Einzelzellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – die Zellverbindungselemente (3) in einem Trägerelement (2) angeordnet sind, wobei – das Trägerelement (2) zumindest zwei Teile umfasst, die jeweils eine Anzahl von in Längsausdehnung des Trägerelements (2) hintereinander angeordneten Segmenten (2.1) umfassen, – jeweils in einem Segment (2.1) mindestens ein Zellverbindungselement (3) angeordnet ist, und – eine Länge des Trägerelements (2) in Richtung seiner Längsausdehnung flexibel ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Zellblock für eine elektrische Batterie.The invention relates to a device (1) for electrically connecting a plurality of individual cells for an electric battery with a number of cell connecting elements (3) for the electrical connection of the individual cells. According to the invention, the cell connection elements (3) are arranged in a carrier element (2), wherein - the carrier element (2) comprises at least two parts, each of which has a number of segments (2.1) arranged one behind the other in the longitudinal extension of the carrier element (2). comprise, - in each case in a segment (2.1) at least one cell connection element (3) is arranged, and - a length of the support element (2) in the direction of its longitudinal extent is flexible. Furthermore, the invention relates to a cell block for an electric battery.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Anzahl von Einzelzellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Zellblock mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for electrically connecting a number of individual cells according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a cell block with such a device.

Aus der WO 2011/045088 A1 ist ein Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zeile und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung bekannt, wobei der Zellverbinder einen ersten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit dem ersten Zellterminal, einen zweiten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit dem zweiten Zellterminal und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, der den ersten Kontaktabschnitt und den zweiten Kontaktabschnitt miteinander verbindet und eine Bewegung dieser Kontaktabschnitte relativ zueinander ermöglicht, umfasst.From the WO 2011/045088 A1 For example, a cell connector for electrically connecting a first cell terminal of a first electrochemical cell and a second cell terminal of a second electrochemical cell of an electrochemical device is known, wherein the cell connector has a first contact portion for connection to the first cell terminal, a second contact portion for connection to the second cell terminal and an elastically and / or plastically deformable compensation region, which connects the first contact portion and the second contact portion with each other and allows movement of these contact portions relative to each other comprises.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Anzahl von Einzelzellen sowie einen verbesserten Zellblock anzugeben.The object of the invention is to provide a device which is improved over the prior art for electrically connecting a number of individual cells and an improved cell block.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Zellblocks mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with respect to the device with the features specified in claim 1 and with respect to the cell block with the features specified in claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Einzelzellen für eine elektrische Batterie umfasst eine Anzahl von Zellverbindungselementen zur elektrischen Verschaltung der Einzelzellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zellverbindungselemente in einem Trägerelement angeordnet sind, wobei das Trägerelement zumindest zwei Teile umfasst, die jeweils eine Anzahl von in Längsausdehnung des Trägerelements hintereinander angeordneten Segmenten umfassen, wobei jeweils in einem Segment mindestens ein Zellverbindungselement angeordnet ist, und wobei eine Länge des Trägerelements in Richtung seiner Längsausdehnung flexibel ist.An apparatus for electrically connecting a plurality of individual cells for an electric battery comprises a number of cell connection elements for the electrical connection of the individual cells. According to the invention, it is provided that the cell connection elements are arranged in a carrier element, wherein the carrier element comprises at least two parts each comprising a number of longitudinally extending the carrier element successively arranged segments, each in a segment at least one cell connection element is arranged, and wherein a length the support member is flexible in the direction of its longitudinal extent.

Die derart ausgebildete Vorrichtung kann als eine Zellverbindereinheit auf dem Zellblock angeordnet werden, wobei die in dem Trägerelement angeordneten Zellverbindungselemente jeweils zwei Zellpole zweier benachbart angeordneter Einzelzellen miteinander verbinden. Die Zellverbindungselemente sind beispielsweise als Metallbleche ausgebildet, die mittels einer einfachen mechanischen Clipsverbindung mit den Segmenten verbindbar sind. Die Vorrichtung ermöglicht dabei eine variable Längsausdehnung des Zellblocks zur Kompensation von durch Fertigungstoleranzen und/oder aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten im Zellblock auftretenden mechanischen Spannungen, so dass eine Lebensdauer der Einzelzellen gegenüber eines starren Zellblocks erhöht werden kann. Die Einbindung der Zellverbindungselemente in ein Trägerelement ermöglicht somit eine toleranzausgleichende Ausrichtung der Zellverbindungselemente an Zellpolen der Einzelzellen, insbesondere bei der Montage der Vorrichtung, wobei kostenintensive Zellrahmen zur exakten Positionierung der Zellverbindungselemente zu den Zellpolen nicht erforderlich sind. Damit können gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich ein Bauraumbedarf und ein Gewicht des Zellblocks verringert werden. Darüber hinaus ist eine Montage der Zellverbindungselemente gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht, da eine Positionierung der Zellverbindungselemente zu den Zellpolen auf einfache Art und Weise angepasst werden kann.The device formed in this way can be arranged as a cell connector unit on the cell block, wherein the cell connection elements arranged in the carrier element in each case connect two cell poles of two adjacently arranged individual cells to one another. The cell connection elements are designed, for example, as metal sheets which can be connected to the segments by means of a simple mechanical clip connection. The device allows a variable longitudinal extent of the cell block to compensate for mechanical stresses occurring due to manufacturing tolerances and / or due to different thermal expansion coefficients in the cell block, so that a lifetime of the individual cells relative to a rigid cell block can be increased. The integration of the cell connection elements into a carrier element thus enables a tolerance-compensating alignment of the cell connection elements at cell poles of the individual cells, in particular during assembly of the device, wherein cost-intensive cell frames for exact positioning of the cell connection elements to the cell poles are not required. This can be reduced compared to the prior art additionally a space requirement and a weight of the cell block. In addition, mounting of the cell connection elements over the prior art is simplified because positioning of the cell connection elements to the cell poles can be easily adapted.

Zur Realisierung einer variablen Länge des Trägerelements ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Abstand mindestens zwischen zwei Segmenten in Richtung seiner Längsausdehnung variabel.To realize a variable length of the carrier element according to a first embodiment of the invention, a distance between at least two segments in the direction of its longitudinal extent variable.

Vorzugsweise sind jeweils zwei benachbarte Segmente mittels eines Verbindungselements miteinander verbunden, so dass das Trägerelement mechanisch stabil ausgebildet ist und die Segmente zumindest eine Grobpositionierung der Zellverbindungselemente vorgeben. Zum Längenausgleich ist eine Länge zumindest eines Verbindungselements in Längsausdehnung des Trägerelements flexibel.Preferably, two adjacent segments are connected to each other by means of a connecting element, so that the carrier element is designed mechanically stable and the segments pretend at least a coarse positioning of the cell connection elements. For length compensation, a length of at least one connecting element in the longitudinal extent of the carrier element is flexible.

Beispielsweise ist dazu das zumindest eine Verbindungselement wenigstens abschnittsweise aus einem elastisch verformbaren Material gebildet, welches sich bis zu einem bestimmten Grad dehnen oder stauchen kann. Hierbei kann das Verbindungselement z. B. verformbare Fasern oder Elastomere umfassen.For example, for this purpose, the at least one connecting element is at least partially formed from an elastically deformable material, which can stretch or compress to a certain degree. Here, the connecting element z. Deformable fibers or elastomers.

Alternativ oder zusätzlich dazu weist das zumindest eine Verbindungselement eine Materialschwächung auf, die eine begrenzte Verformung des Verbindungselements ermöglicht. Die Materialschwächung ist beispielsweise durch Ausbildung dünner Stege, z. B. ähnlich einem Filmscharnier, oder mäanderförmiger Strukturen ausformbar. Das Verbindungselement ist somit bei Einwirkung von Zug- und/oder Druckkräften begrenzt verformbar, so dass ein Abstand zwischen zwei Segmenten variabel ist und an eine Länge des Zellblocks angepasst werden kann.Alternatively or additionally, the at least one connecting element has a material weakening, which allows a limited deformation of the connecting element. The material weakening is, for example, by forming thin webs, z. B. similar to a film hinge, or meandering structures formable. The connecting element is thus limited deformable under the action of tensile and / or compressive forces, so that a distance between two segments is variable and can be adapted to a length of the cell block.

Die Materialschwächung kann vorzugsweise auch als Sollbruchstelle ausgebildet sein, welche bei Einwirkung von Zug- und/oder Druckkräften bricht, so dass ein Abstand zwischen zwei Segmenten aufgrund des aufgetrennten Materials bei der Montage der Vorrichtung auf dem Zellblock variabel einstellbar ist. Dabei ist es auch möglich, dass die Sollbruchstelle erst im Betrieb des Zellblocks bricht, wenn aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Längenänderung des Zellblocks erfolgt. Die Sollbruchstelle kann als Perforation, Kerbe, oder als ein stegförmiger Abschnitt des Verbindungselements ausgebildet sein. The material weakening can preferably also be designed as a predetermined breaking point, which breaks under the action of tensile and / or compressive forces, so that a distance between two segments due to the separated material in the assembly of the device on the cell block is variably adjustable. It is also possible that the predetermined breaking point breaks only during operation of the cell block, if a change in length of the cell block occurs due to different thermal expansion coefficients. The predetermined breaking point can be formed as a perforation, notch, or as a web-shaped portion of the connecting element.

Alternativ dazu umfasst das Verbindungselement mindestens zwei teleskopartig zueinander verschiebbare Teile, die bei der Montage eine Positionierung der Zellverbindungselemente gegenüber den Zellpolen vereinfacht sowie eine Längenänderung des Zellblocks während des Betriebs unterstützt. Das Verbindungselement kann zusätzlich Rastelemente umfassen, die einen bei der Montage der Vorrichtung eingestellten Abstand zwischen den Segmenten fixiert.Alternatively, the connecting element comprises at least two telescopically displaceable parts, which simplifies positioning of the cell connection elements with respect to the cell poles during assembly and supports a change in length of the cell block during operation. The connecting element may additionally comprise locking elements, which fixes a set between the segments during assembly of the device.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Länge mindestens eines Segments in Richtung der Längsausdehnung des Trägerelements variabel ist. Die Segmente sind hierbei nicht wie in der ersten Ausführungsform mittels Verbindungselementen miteinander verbunden, sondern unmittelbar miteinander, insbesondere sind die Segmente dabei kettengliedartig miteinander verbunden. Eine Längenänderung des Trägerelements ist hierbei durch einen elastisch verformbar ausgebildeten Abschnitt mindestens eines Segments möglich. Eine Längenänderung des Trägerelements ist zusätzlich aufgrund einer durch die kettengliedartige Verbindung bedingte Toleranz des Trägerelements möglich.A second embodiment of the invention provides that a length of at least one segment is variable in the direction of the longitudinal extent of the carrier element. In this case, the segments are not connected to one another by means of connecting elements, as in the first embodiment, but directly to one another, in particular the segments are connected to each other like a chain link. A change in length of the carrier element is in this case possible by an elastically deformable formed portion of at least one segment. A change in length of the support member is additionally possible due to a conditional by the chain link-like connection tolerance of the support member.

Die Erfindung sieht weiterhin einen Zellblock für eine elektrische Batterie vor, die zumindest eine zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Eine Montage des Zellblocks ist mittels der Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht, da Fertigungstoleranz bedingte Längenänderungen des Zellblocks mittels der Vorrichtung bei der Anordnung der Zellverbindungselemente kompensierbar sind.The invention further provides a cell block for an electric battery which comprises at least one device according to the invention described above. An assembly of the cell block is simplified by means of the device over the prior art, since manufacturing tolerance-related changes in length of the cell block can be compensated by means of the device in the arrangement of the cell connection elements.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Anzahl von Einzelzellen in perspektivischer Ansicht und 1 schematically a section of a device for electrically connecting a number of single cells in perspective view and

2 schematisch einen weiteren Ausschnitt aus der Vorrichtung in Draufsicht. 2 schematically another section of the device in plan view.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Zur besseren Veranschaulichung sind in allen 1 und 2 jeweils ein Koordinatensystem mit einer Längsachse x, einer Querachse y und einer Hochachse z dargestellt.For better illustration are in all 1 and 2 in each case a coordinate system with a longitudinal axis x, a transverse axis y and a vertical axis z shown.

Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung 1 zum elektrischen Verbinden einer Anzahl von nicht dargestellten Einzelzellen, die zu einem Zellblock für eine elektrische Batterie zusammengefasst werden. Die elektrische Batterie ist beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, welches ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist. Dabei zeigt 1 die Vorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht und 2 in einer Draufsicht.The 1 and 2 each show a section of a device 1 for electrically connecting a number of single cells, not shown, which are combined to form a cell block for an electric battery. The electric battery is, for example, a traction battery of a vehicle which is an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell-powered vehicle. It shows 1 the device 1 in a perspective view and 2 in a top view.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein Trägerelement 2 mit mehreren Segmenten 2.1 und eine vorgegebene Anzahl von Zellverbindungselementen 3, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel in jeweils einem Segment 2.1 ein Zellverbindungselement 3 angeordnet ist. Alternativ können auch mehrere Zellverbindungselemente 3 in einem Segment 2.1 angeordnet sein.The device 1 comprises a carrier element 2 with several segments 2.1 and a predetermined number of cell connection elements 3 , wherein in the present embodiment in each case a segment 2.1 a cell connector 3 is arranged. Alternatively, several cell connection elements can also be used 3 in a segment 2.1 be arranged.

Der in 1 dargestellte Ausschnitt der Vorrichtung 1 zeigt dabei einen ersten Teil des Trägerelements 2, welches einen weiteren nicht gezeigten Teil umfasst, der korrespondierend zum ersten Teil ausgebildet ist und spiegelverkehrt zu dem gezeigten ersten Teil angeordnet ist. Die Teile sind dabei in Richtung der Querachse y zueinander beabstandet und können randseitig miteinander verbunden sein, so dass die zwei Teile ein einteiliges Trägerelement 2 bilden. Alternativ können die Teile auch mittels elektrischer Leitungselemente, z. B. Kabel, einer nicht gezeigten Elektronikeinheit, miteinander verbunden sein, so dass das Trägerelement 2 zweiteilig ausgebildet ist.The in 1 illustrated section of the device 1 shows a first part of the support element 2 , which comprises a further part not shown, which is formed corresponding to the first part and is arranged mirror-inverted to the first part shown. The parts are spaced apart in the direction of the transverse axis y and can be connected to one another at the edge, so that the two parts form a one-piece carrier element 2 form. Alternatively, the parts can also by means of electrical line elements, for. As cables, an electronic unit, not shown, be connected to each other, so that the carrier element 2 is formed in two parts.

Das Trägerelement 2 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, gebildet und beispielsweise mittels Thermoformung oder Spritzguss herstellbar. Die Segmente 2.1 sind an einem äußeren Randabschnitt 2.2 des Trägerelements 2 angeordnet und ragen von diesem aus in Richtung der Querachse y ab, wobei die Segmente 2.1 in Richtung der Längsachse x hintereinander angeordnet sind. Dies gilt ebenso für das zweite, nicht gezeigte Teil des Trägerelements 2.The carrier element 2 is made of an electrically insulating material, for. As plastic, formed and produced for example by means of thermoforming or injection molding. The segments 2.1 are at an outer edge section 2.2 the carrier element 2 arranged and protrude from this in the direction of the transverse axis y, wherein the segments 2.1 are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis x. This also applies to the second, not shown part of the support element 2 ,

Die Segmente 2.1 sind durch den äußeren Randabschnitt 2.2 sowie durch einen inneren Randabschnitt 2.3 des Trägerelements 2 in Richtung der Querachse y begrenzt. In Richtung der Längsachse x sind die Segmente 2.1 durch jeweils zwei Stege 2.4 begrenzt, die in Richtung der Längsachse x gegenüberliegend und beabstandet zueinander angeordnet sind und die den äußeren Randabschnitt 2.2 mit dem inneren Randabschnitt 2.3 miteinander verbinden. The segments 2.1 are through the outer edge section 2.2 and by an inner edge portion 2.3 the carrier element 2 limited in the direction of the transverse axis y. In the direction of the longitudinal axis x are the segments 2.1 by two bars each 2.4 limited, which are arranged in the direction of the longitudinal axis x opposite and spaced from each other and the outer edge portion 2.2 with the inner edge portion 2.3 connect with each other.

Jeweils zwei benachbarte Segmente 2.1 sind mittels eines Verbindungselements 2.5 miteinander verbunden. Dabei ist mindestens eines der Verbindungselement 2.5 derart ausgebildet, dass eine Länge des Verbindungselements 2.5 in Richtung der Längsachse x variabel ist. Eine beispielhafte Ausführungsform für ein solches Verbindungselement 2.5 ist in 2 dargestellt. Das Verbindungselement 2.5 ist als ein Federelement ausgebildet, welches aus einem elastisch verformbaren Material gebildet ist. Dabei kann sich das Verbindungselement 2.5 bei Einwirkung einer Zugkraft und/oder Druckkraft entsprechend verformen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement 2.5 aufgrund Einwirkung einer Druckkraft einen bogenförmigen Verlauf in Richtung der Längsachse x auf, so dass eine Länge des Verbindungselements 2.5 in Richtung der Längsachse x und daraus resultierend ein Abstand zwischen den Segmenten 2.1 gegenüber einem entspannten Verbindungselement 2.5 verringert ist.Two adjacent segments 2.1 are by means of a connecting element 2.5 connected with each other. In this case, at least one of the connecting element 2.5 formed such that a length of the connecting element 2.5 in the direction of the longitudinal axis x is variable. An exemplary embodiment of such a connecting element 2.5 is in 2 shown. The connecting element 2.5 is formed as a spring element which is formed of an elastically deformable material. In this case, the connecting element 2.5 deform accordingly when exposed to a tensile force and / or compressive force. In the embodiment shown, the connecting element 2.5 due to the action of a compressive force an arcuate course in the direction of the longitudinal axis x, so that a length of the connecting element 2.5 in the direction of the longitudinal axis x and as a result a distance between the segments 2.1 opposite a relaxed connecting element 2.5 is reduced.

Alternativ kann das Verbindungselement 2.5 auch eine Materialschwächung aufweisen, wobei aufgrund einer verringerten Materialdicke des Verbindungselements 2.5 in diesem Bereich eine begrenzte Verformung möglich ist. Die Materialschwächung ist beispielsweise durch Ausbildung dünner Stege, z. B. ähnlich einem Filmscharnier, oder mäanderförmiger Strukturen ausformbar.Alternatively, the connecting element 2.5 also have a material weakening, due to a reduced material thickness of the connecting element 2.5 limited deformation is possible in this area. The material weakening is, for example, by forming thin webs, z. B. similar to a film hinge, or meandering structures formable.

Die Materialschwächung kann auch als Sollbruchstelle ausgebildet sein, welche bei Einwirkung von Zug- und/oder Druckkräften bricht, so dass das Verbindungselement 2.5 in zwei Teile aufgetrennt wird und daraus resultierend ein Abstand zwischen den Segmenten 2.1 variabel einstellbar ist. Die Sollbruchstelle kann als Perforation, Kerbe, oder als ein stegförmiger Abschnitt des Verbindungselements 2.5 ausgebildet sein.The material weakening can also be designed as a predetermined breaking point, which breaks when exposed to tensile and / or compressive forces, so that the connecting element 2.5 is separated into two parts and as a result, a distance between the segments 2.1 is variably adjustable. The predetermined breaking point can be used as a perforation, notch, or as a web-shaped portion of the connecting element 2.5 be educated.

In einer weiteren alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst das Verbindungselement 2.5 mindestens zwei Teile, die teleskopartig ineinander verschiebbar sind. Das Verbindungselement 2.5 kann zusätzlich Rastelemente umfassen, die einen bei der Montage der Vorrichtung 1 eingestellten Abstand zwischen den Segmenten 2.1 fixiert.In a further alternative embodiment, not shown, the connecting element comprises 2.5 at least two parts which are telescopically slidable. The connecting element 2.5 may additionally comprise locking elements, the one during assembly of the device 1 set distance between the segments 2.1 fixed.

Das längenvariable Verbindungselement 2.5 ermöglicht somit eine Längenänderung des Trägerelements 2 in Richtung der Längsachse x. In 1 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei der äußere Randabschnitt 2.2 und der innere Randabschnitt 2.3 jeweils einteilig ausgebildet und nicht, wie in 2 gezeigt, mittels eines Verbindungselements 2.5 zueinander beabstandet werden. Hierbei sind die Segmente 2.1 kettengliedartig miteinander verbunden, wobei eine Längenänderung durch einen elastisch verformbaren Abschnitt des inneren Randabschnitts 2.3 im Bereich eines Segments 2.1 möglich ist. Der elastisch verformbare Bereich ist hierbei nicht dargestellt.The variable length connecting element 2.5 thus allows a change in length of the support element 2 in the direction of the longitudinal axis x. In 1 an alternative embodiment of the invention is shown, wherein the outer edge portion 2.2 and the inner edge portion 2.3 each formed in one piece and not, as in 2 shown by means of a connecting element 2.5 spaced apart from each other. Here are the segments 2.1 chain link-like manner with each other, wherein a change in length by an elastically deformable portion of the inner edge portion 2.3 in the area of a segment 2.1 is possible. The elastically deformable region is not shown here.

Alternativ dazu kann auf einen elastisch verformbaren Bereich verzichtet werden, wobei in jeweils einem Segment 2.1 ein Zellverbindungselement 3 oder eine geringe Anzahl von Zellverbindungselementen 3 angeordnet ist und eine aufgrund der kettengliedartigen Verbindung bedingten Toleranz eine Längenänderung des Trägerelements 2 in Richtung der Längsachse x ermöglicht.Alternatively, can be dispensed with an elastically deformable region, wherein in each case a segment 2.1 a cell connector 3 or a small number of cell junctions 3 is arranged and caused due to the chain link-like connection tolerance a change in length of the support element 2 in the direction of the longitudinal axis x allows.

Die Zellverbindungselemente 3 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und blechartig ausgeführt. Beispielsweise sind die Zellverbindungselemente 3 jeweils als ein Metallblech ausgebildet und mittels Form- und/oder Kraftschluss, z. B. mittels einer einfachen mechanischen Clipsverbindung, mit den Segmenten 2.1 verbunden. Die Zellverbindungselemente 3 können alternativ gegenüber dem Trägerelement 2 und seinem Segment 2.1 bewegbar angeordnet sein. Dies ermöglicht zusätzlich einen individuellen Toleranzausgleich unmittelbar am Kontakt zu den Zellpolen.The cell connecting elements 3 are made of an electrically conductive material and designed like a sheet. For example, the cell connection elements 3 each formed as a metal sheet and by means of positive and / or adhesion, z. B. by means of a simple mechanical clip connection, with the segments 2.1 connected. The cell connecting elements 3 may alternatively with respect to the carrier element 2 and his segment 2.1 be movably arranged. This additionally enables an individual tolerance compensation directly at the contact with the cell poles.

Eine Positionierung der Zellverbindungselemente 3 gegenüber den Zellpolen kann mit allgemein bekannten Verfahren z. B. an einem Schweiß- oder Schraubroboter oder auch mittels einer externen, elektronischen Ermittlung erfolgen.A positioning of the cell connection elements 3 with respect to the cell poles can be by well known methods z. B. on a welding or screwing robot or by means of an external, electronic determination.

Das Trägerelement 2 wird bei der Montage der Vorrichtung 1 auf einen nicht gezeigten Zellblock aufgesetzt, welcher mehrere parallel zueinander ausgerichtete und in Richtung der Längsachse x hintereinander angeordnete, ebenfalls nicht gezeigte Einzelzellen umfasst.The carrier element 2 is used during assembly of the device 1 placed on a cell block, not shown, which comprises a plurality of mutually parallel and arranged in the direction of the longitudinal axis x one behind the other, also not shown individual cells.

Die Einzelzellen sind beispielsweise als prismatische Hardcase-Zellen ausgebildet und umfassen eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung in Form eines Elektrodenfolienwickels oder eines Elektrodenfolienstapels, welche in einem vergleichsweise stabilen Gehäuse angeordnet ist. Die Elektrodenfolienanordnung wird dabei durch Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien gebildet, die jeweils durch Separatorlagen getrennt werden. Beispielsweise werden bei einer Lithium-Ionen-Zelle beschichtete Aluminium- und Kupferfolien verwendet. Anoden- und Kathodenfolien sind an mindestens einem Rand unbeschichtet und ragen aus der Elektrodenfolienanordnung fahnenartig heraus und werden miteinander zu einer Stromableiterfahne verbunden, wobei Stromableiterfahnen gleicher Polarität elektrisch leitend zu einem Zellpol verbunden sind. Eine Einzelzelle weist somit an ihrer Oberseite zwei Zellpole mit jeweils entgegengesetzter Polarität auf, d. h.; die Einzelzelle weist einen Pluspol und einen Minuspol auf.The individual cells are designed, for example, as prismatic hardcase cells and comprise an electrochemically active electrode foil arrangement in the form of an electrode foil winding or an electrode foil stack, which is arranged in a comparatively stable housing. The electrode foil arrangement is formed by layers of cathode and anode foils which are each separated by separator layers. For example, in a lithium-ion cell, coated aluminum and copper foils are used. Anode and cathode foils are on at least one edge uncoated and protrude from the electrode foil assembly like a flag and are connected together to form a Stromableiterfahne, Stromableiterfahnen the same polarity are electrically connected to a cell pole. A single cell thus has on its upper side two cell poles, each with opposite polarity, ie; the single cell has a positive pole and a negative pole.

Im Zellblock benachbarte Einzelzellen sind jeweils um 180 Grad um ihre Hochachse gegeneinander verdreht, so dass die entsprechenden Zellpole benachbarter Einzelzellen direkt nebeneinander liegen und nur ein vergleichsweise kurzer Weg zur elektrischen Reihenschaltung zu überbrücken ist.In the cell block adjacent individual cells are rotated 180 degrees from each other about their vertical axis against each other, so that the corresponding cell poles of adjacent single cells are directly next to each other and only a relatively short path to the electrical series connection is to bridge.

Um die Einzelzellen elektrisch miteinander zu verschalten, ist das Trägerelement 2 vorgesehen, welches auf einer Oberseite des Zellblocks, d. h.; auf einer die Zellpole umfassende Oberseite des Zellblocks, angeordnet wird. Das Trägerelement 2 wird dabei derart auf der Oberseite des Zellblocks angeordnet, dass die Segmente 2.1 zu den Zellpolen der Einzelzellen im Wesentlichen fluchtend positioniert sind. Dabei kann ein Segment 2.1 fluchtend zu Zellpolen zweier benachbarter Einzelzellen positioniert sein oder alternativ zu Zellpolen von mehr als zwei benachbarten Einzelzellen, wobei die Segmente 2.1 des ersten Teils des Trägerelements 2 fluchtend zu Zellpolen einer ersten Seite der Einzelzellen, umfassend jeweils einen Zellpol, und die Segmente 2.1 des zweiten Teils des Trägerelements 2 fluchtend zu Zellpolen einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Einzelzellen, umfassend jeweils den anderen Zellpol der Einzelzelle, positioniert sind.To interconnect the individual cells electrically, is the support element 2 provided, which on an upper side of the cell block, ie; on a cell poles comprehensive top of the cell block is arranged. The carrier element 2 is thereby arranged on the top of the cell block, that the segments 2.1 are positioned substantially in alignment with the cell poles of the individual cells. It can be a segment 2.1 be positioned in alignment with cell poles of two adjacent single cells, or alternatively to cell poles of more than two adjacent single cells, the segments 2.1 the first part of the carrier element 2 aligned with cell poles of a first side of the single cells, each comprising a cell pole, and the segments 2.1 the second part of the carrier element 2 aligned with cell poles of a second side opposite the first side of the single cells, each comprising the other cell pole of the single cell, are positioned.

Bei der Montage der Vorrichtung 1 wird ein Bezugspunkt festgelegt, der eine Erstpositionierung des Trägerelements 2 auf dem Zellblock ermöglicht. Von diesem Bezugspunkt ausgehend, werden die Segmente 2.1 zu den Zellpolen der Einzelzellen positioniert. Dabei können weitere Bezugspunkte festgelegt werden, die eine erneute Ausrichtung der Segmente 2.1 zu den Zellpolen ermöglicht. Die weiteren Bezugspunkte sind dabei insbesondere Abschnitte des Trägerelements 2, die eine Längenänderung des Trägerelements 2 in Richtung der Längsachse x ermöglichen, z. B. stellt ein Bezugspunkt ein Verbindungselement 2.5 dar, welches elastisch verformbar ausgebildet ist. Damit können fertigungsbedingte Toleranzen des Zellblocks kompensiert werden. Auch während eines Betriebs des Zellblocks kann so eine aufgrund verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingte Längenänderung des Zellblocks unterstützt werden.When mounting the device 1 a reference point is defined, which is an initial positioning of the carrier element 2 on the cell block allows. Starting from this reference point, the segments become 2.1 positioned to the cell poles of the single cells. In this case, further reference points can be determined, which means a realignment of the segments 2.1 allows to the cell poles. The further reference points are in particular sections of the carrier element 2 that a change in length of the support element 2 allow in the direction of the longitudinal axis x, z. For example, a reference point represents a connector 2.5 is, which is formed elastically deformable. This allows production-related tolerances of the cell block can be compensated. Even during operation of the cell block, a change in length of the cell block due to different thermal expansion coefficients can thus be supported.

Die Zellverbindungselemente 3 werden anschließend stoffschlüssig mit den Zellpolen der Einzelzellen verbunden, wobei ein Zellpol einer Einzelzelle mit einem Zellpol der benachbarten Einzelzelle elektrisch verbunden wird. Die Zellverbindungselemente 3 sind beispielsweise mittels Überlapp-Laserschweißung stoffschlüssig mit den Zellpolen verbindbar.The cell connecting elements 3 are then materially connected to the cell poles of the individual cells, wherein a cell pole of a single cell is electrically connected to a cell pole of the adjacent single cell. The cell connecting elements 3 For example, by means of overlap laser welding material fit with the cell poles connectable.

Bei der Kontaktierung von Zellspannungsabgriffen, die vorzugsweise im und/oder am Trägerelement 2 durch entsprechende Ausformungen geführt werden, ist es möglich aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Leitungselemente zu verwenden, z. B. Leiterfolien, Kabel und/oder dergleichen mehr.When contacting cell voltage taps, preferably in and / or on the carrier element 2 be guided by appropriate formations, it is possible to use known from the prior art electrical conduction elements, for. B. conductor foils, cables and / or the like.

Die Leitungselemente sind dabei derart auszuformen oder auszurichten, dass insbesondere an Übergangsbereichen zwischen den Segmenten 2.1 die Längenänderung des Trägerelements 2 bei der Positionierung der Segmente 2.1 zu den Zellpolen ohne eine mechanische Beschädigung umsetzbar ist. Dies ist z. B. mit einer schleifenförmigen Ausformung oder Wölbung der Leitungselemente möglich.In this case, the line elements are to be shaped or aligned in such a way that, in particular, at transition areas between the segments 2.1 the change in length of the carrier element 2 in the positioning of the segments 2.1 to the cell poles is feasible without mechanical damage. This is z. B. possible with a loop-shaped formation or curvature of the line elements.

Bei sehr kurzen Zellblöcken kann das Trägerelement 2 auch mit nur einem Segment 2.1 versehen sein, da die geringe Anzahl der Einzelzellen in Aufaddierung keine kritische Längentoleranz bewirken. Zur Minimierung der Toleranz-Einflüsse ist hierbei z. B. eine mittige Positionierung des Trägerelements 2 auf dem Zellblock möglich, da in diesem Fall nach beiden Seiten des Trägerelements 2 ausgehend von einer Mitte nur eine halbe Toleranz wirksam wird.For very short cell blocks, the carrier element 2 even with only one segment 2.1 Be provided because the small number of single cells in Aufaddierung cause no critical length tolerance. To minimize the tolerance influences this case z. B. a central positioning of the support element 2 possible on the cell block, since in this case to both sides of the support element 2 starting from a center only half a tolerance becomes effective.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Vorrichtungcontraption

22

Trägerelementsupport element

2.12.1

Segmentsegment

2.22.2

äußerer Randabschnittouter edge section

2.32.3

innerer Randabschnittinner edge section

2.42.4

Stegweb

2.52.5

Verbindungselementconnecting element

33

ZellverbindungselementCell connecting element

xx

Längsachselongitudinal axis

yy

Querachsetransverse axis

zz

Hochachsevertical axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• WO 2011/045088 A1 [0002] WO 2011/045088 A1 [0002]

Claims (10)

Vorrichtung (1) zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Einzelzellen für eine elektrische Batterie mit einer Anzahl von Zellverbindungselementen (3) zur elektrischen Verschaltung der Einzelzellen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zellverbindungselemente (3) in einem Trägerelement (2) angeordnet sind, – wobei das Trägerelement (2) zumindest zwei Teile umfasst, die jeweils eine Anzahl von in Längsausdehnung des Trägerelements (2) hintereinander angeordneten Segmenten (2.1) umfassen, – wobei jeweils in einem Segment (2.1) mindestens ein Zellverbindungselement (3) angeordnet ist, und – eine Länge des Trägerelements (2) in Richtung seiner Längsausdehnung flexibel ist.Contraption ( 1 ) for electrically connecting a plurality of individual cells for an electric battery with a number of cell connection elements ( 3 ) for the electrical connection of the individual cells, characterized in that - the cell connection elements ( 3 ) in a carrier element ( 2 ) are arranged, - wherein the carrier element ( 2 ) comprises at least two parts, each having a number of longitudinal extent of the carrier element ( 2 ) segments arranged one behind the other ( 2.1 ), in each case in one segment ( 2.1 ) at least one cell connection element ( 3 ), and - a length of the carrier element ( 2 ) is flexible in the direction of its longitudinal extent. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand mindestens zwischen zwei Segmenten (2.1) in Richtung der Längsausdehnung des Trägerelements (2) variabel ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a distance between at least two segments ( 2.1 ) in the direction of the longitudinal extent of the carrier element ( 2 ) is variable. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Segmente (2.1) mittels eines Verbindungselements (2.5) miteinander verbunden sind.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that in each case two adjacent segments ( 2.1 ) by means of a connecting element ( 2.5 ) are interconnected. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des Verbindungselements (2.5) in Richtung der Längsausdehnung des Trägerelements (2) flexibel ist.Contraption ( 1 ) according to claim 3, characterized in that a length of the connecting element ( 2.5 ) in the direction of the longitudinal extent of the carrier element ( 2 ) is flexible. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (2.5) wenigstens abschnittsweise aus einem elastisch verformbaren Material gebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one connecting element ( 2.5 ) is at least partially formed of an elastically deformable material. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (2.5) eine Materialschwächung aufweist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the at least one connecting element ( 2.5 ) has a material weakening. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschwächung als Sollbruchstelle ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the material weakening is designed as a predetermined breaking point. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (2.5) mindestens zwei teleskopartig zueinander verschiebbare Teile umfasst.Contraption ( 1 ) according to one of claims 3 to 7, characterized in that the at least one connecting element ( 2.5 ) comprises at least two telescopically displaceable parts. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge mindestens eines Segments (2.1) in Richtung der Längsausdehnung des Trägerelements (2) variabel ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a length of at least one segment ( 2.1 ) in the direction of the longitudinal extent of the carrier element ( 2 ) is variable. Zellblock für eine elektrische Batterie, umfassend zumindest eine Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Cell block for an electric battery, comprising at least one device ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

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