DE102015007615A1 - Connecting element for the electrical connection of single cells, cell block and electric battery - Google Patents

Connecting element for the electrical connection of single cells, cell block and electric battery Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (3) zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen (2). Erfindungsgemäß umfasst das Verbindungselement (3) eine Stromsammelschiene (4) und einen Zellverbinder (5), wobei die Stromsammelschiene (4) und der Zellverbinder (5) elektrisch miteinander verbunden und aneinander angeordnet sind, der Zellverbinder (5) zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei Einzelzellen (2) ausgebildet ist und sich die Stromsammelschiene (4) zumindest über eine Länge des Zellverbinders (5) erstreckt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Zellblock (1) für eine elektrische Batterie (7) mit einer Mehrzahl von Einzelzellen (2), wobei mehr als zwei Einzelzellen (2) mittels eines Verbindungselements (3) elektrisch miteinander verschaltet sind, und eine elektrische Batterie (7), umfassend mehrere solche Zellblöcke (1).The invention relates to a connecting element (3) for the electrical connection of individual cells (2). According to the invention, the connecting element (3) comprises a current busbar (4) and a cell connector (5), wherein the busbar (4) and the cell connector (5) are electrically connected to each other and arranged against each other, the cell connector (5) for electrically contacting more than two single cells (2) is formed and the current collecting rail (4) extends at least over a length of the cell connector (5). The invention further relates to a cell block (1) for an electric battery (7) having a plurality of individual cells (2), wherein more than two individual cells (2) are electrically interconnected by means of a connecting element (3), and an electric battery (7 ) comprising a plurality of such cell blocks (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen, einen Zellblock für eine elektrische Batterie und eine elektrische Batterie, umfassend mehrere solche Zellblöcke.The invention relates to a connection element for the electrical connection of individual cells, a cell block for an electric battery and an electric battery comprising a plurality of such cell blocks.

Aus der DE 10 2013 209 391 A1 ist ein Batteriemodul, auch als Zellblock bezeichnet, aus einer Anzahl von jeweils miteinander verschalteten Batteriezellen, auch als Einzelzellen bezeichnet, bekannt. Die Batteriezellen sind in einem Hartschalengehäuse aufgenommen, in dem als Verbindungselemente zwei Stromsammelschienen zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen verlaufen. Die beiden Stromsammelschienen erstrecken sich durch das Hartschalengehäuse und kontaktieren die Batteriezellen jeweils an deren Stirnseiten.From the DE 10 2013 209 391 A1 is a battery module, also referred to as a cell block, from a number of each interconnected battery cells, also known as single cells known. The battery cells are accommodated in a hard shell housing, in which two current busbars for the electrical connection of the battery cells run as connecting elements. The two busbars extend through the hard shell housing and contact the battery cells each at their end faces.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik allgemein Zellblöcke für elektrische Batterien mit jeweils einer Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen bekannt. Die elektrische Verschaltung der Einzelzellen erfolgt mittels Verbindungselementen, welche als massive und jeweils mit elektrischen Polen der Einzelzellen punktverschweißte, hochstromfähige Zellverbinder ausgebildet sind. Die Zellverbinder sind dabei einstückig ausgebildet und verbinden jeweils mehr als zwei Einzelzellen elektrisch miteinander.Furthermore, cell blocks for electric batteries, each having a plurality of individual cells interconnected electrically, are generally known from the prior art. The electrical interconnection of the individual cells takes place by means of connecting elements, which are designed as solid and each point-welded with high voltage cell poles of the individual cells. The cell connectors are integrally formed and connect more than two individual cells each other electrically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verbindungselement zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen, einen verbesserten Zellblock für eine elektrische Batterie und eine verbesserte elektrische Batterie anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved connection element for the electrical interconnection of single cells, an improved cell block for an electric battery and an improved electric battery.

Hinsichtlich des Verbindungselements wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich des Zellblocks durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der elektrischen Batterie durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the connecting element, the object is achieved by the features specified in claim 1, in terms of the cell block by the features specified in claim 7 and in terms of the electric battery by 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.

Das Verbindungselement zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen umfasst erfindungsgemäß eine Stromsammelschiene und einen Zellverbinder, wobei die Stromsammelschiene und der Zellverbinder elektrisch miteinander verbunden und aneinander angeordnet sind, der Zellverbinder zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei Einzelzellen ausgebildet ist und sich die Stromsammelschiene zumindest über eine Länge des Zellverbinders erstreckt.According to the invention, the connecting element for electrically interconnecting individual cells comprises a busbar and a cell connector, wherein the busbar and the cell connector are electrically connected and arranged to one another, the cell connector is designed for electrical contacting of more than two individual cells and the busbar is at least over a length of Cell connector extends.

Mittels des Verbindungselements und der einstückigen Ausbildung von Stromsammelschiene und Zellverbinder für mehr als zwei Einzelzellen wird gegenüber separaten Zellverbindern für jeweils zwei Einzelzellen eine signifikante Verringerung einer Teileanzahl und somit eine wesentlich vereinfachte Handhabung während der Montage des Verbindungselements und dessen Montage an den Einzelzellen erreicht. Insbesondere werden eine aufwändige Positionierung und Ausrichtung mehrerer Zellverbinder zur Stromsammelschiene vermieden und ein Montageaufwand sowie Material- und Teilekosten können gesenkt werden.By means of the connecting element and the integral formation of current busbar and cell connector for more than two individual cells, a significant reduction of a number of parts and thus a considerably simplified handling during assembly of the connecting element and its mounting to the individual cells is achieved compared to separate cell connectors for every two individual cells. In particular, a complex positioning and alignment of multiple cell connectors are avoided for power bus and a mounting effort and material and parts costs can be reduced.

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 eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Zellblocks nach dem Stand der Technik, 1 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a cell block according to the prior art;

2 schematisch eine Explosionsdarstellung des Zellblocks gemäß 1 im Schnitt, 2 schematically an exploded view of the cell block according to 1 on average,

3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements in einem demontierten und einem montierten Zustand, 3 schematically a first embodiment of a connecting element according to the invention in a disassembled and a mounted state,

4 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks, 4 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a first embodiment of a cell block according to the invention;

5 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 4 im montierten Zustand, 5 schematically a perspective view of the cell block according to 4 in the assembled state,

6 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Zellblocks gemäß 4 während einer Verschweißung eines Zellverbinders mit einer Einzelzelle, 6 schematically a perspective view of a section of the cell block according to 4 during a welding of a cell connector to a single cell,

7 schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts des Zellblocks gemäß 6 nach der Verschweißung des Zellverbinders mit der Einzelzelle, 7 schematically a perspective view of the section of the cell block according to 6 after welding the cell connector to the single cell,

8 schematisch eine Schnittdarstellung des Ausschnitts des Zellblocks gemäß 7, 8th schematically a sectional view of the section of the cell block according to 7 .

9 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblocks gemäß 5, 9 schematically a sectional view of the cell block according to 5 .

10 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Zellblocks gemäß 5 im Bereich einer Verschweißung des Zellverbinders mit der Einzelzelle und einer Stromsammelschiene des Verbindungselements, 10 schematically a sectional view of a section of the cell block according to 5 in the area of a fusion of the cell connector with the Single cell and a busbar of the connecting element,

11 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Ausschnitts einer mehrere Zellblöcke gemäß 5 umfassenden elektrischen Batterie, 11 schematically a perspective view of an exploded view of a section of a plurality of cell blocks according to 5 comprehensive electric battery,

12 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements in einem demontierten und einem montierten Zustand, 12 schematically a second embodiment of a connecting element according to the invention in a disassembled and a mounted state,

13 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks während einer Verschweißung eines Zellverbinders mit einer Einzelzelle, 13 1 is a schematic perspective view of a section of a second embodiment of a cell block according to the invention during a welding of a cell connector with a single cell;

14 schematisch eine Schnittdarstellung des Ausschnitts des Zellblocks gemäß 13, fourteen schematically a sectional view of the section of the cell block according to 13 .

15 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements, 15 1 schematically a perspective view of an exploded view of a third exemplary embodiment of a cell block according to the invention with a third exemplary embodiment of a connecting element according to the invention,

16 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 15 im montierten Zustand, 16 schematically a perspective view of the cell block according to 15 in the assembled state,

17 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblocks gemäß 16, 17 schematically a sectional view of the cell block according to 16 .

18 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements in einem demontierten und einem montierten Zustand, 18 schematically a fourth embodiment of a connecting element according to the invention in a disassembled and a mounted state,

19 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks, 19 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a fourth embodiment of a cell block according to the invention;

20 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 19 im montierten Zustand, 20 schematically a perspective view of the cell block according to 19 in the assembled state,

21 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks, 21 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a fifth embodiment of a cell block according to the invention;

22 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 21 im montierten Zustand, 22 schematically a perspective view of the cell block according to 21 in the assembled state,

23 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks, 23 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a sixth embodiment of a cell block according to the invention;

24 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 23 im montierten Zustand, 24 schematically a perspective view of the cell block according to 23 in the assembled state,

25 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Zellblocks gemäß 25 schematically a sectional view of a section of the cell block according to

24 im Bereich einer Verschweißung des Zellverbinders mit der Einzelzelle und einer Stromsammelschiene des Verbindungselements, 24 in the area of a welding of the cell connector to the single cell and a current busbar of the connecting element,

26 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines siebten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zellblocks, 26 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a seventh embodiment of a cell block according to the invention;

27 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblocks gemäß 26 im montierten Zustand. 27 schematically a perspective view of the cell block according to 26 in the assembled state.

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

In den 1 und 2 ist in verschiedenen Ansichten eine Explosionsdarstellung eines Zellblocks 1 nach dem Stand der Technik für eine nicht gezeigte elektrische Batterie dargestellt.In the 1 and 2 is an exploded view of a cell block in various views 1 illustrated in the prior art for an electric battery, not shown.

Die elektrische Batterie ist eine so genannte Hochvolt-Batterie, welche beispielsweise für Fahrzeuganwendung, wie z. B. in Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeugen, oder für Stationäranwendungen, z. B. als Stromversorger oder Stromspeicher, verwendet wird.The electric battery is a so-called high-voltage battery, which, for example, for vehicle application such. In hybrid, plugin or electric vehicles, or for stationary applications, e.g. B. as electricity supplier or electricity storage is used.

Der Zellblock 1 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf elektrisch parallel miteinander verschaltete Einzelzellen 2. Zur Bildung einer Hochvolt-Batterie wird eine Mehrzahl von Zellblöcken 1 elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet. Zu dieser elektrischen Verschaltung umfasst der Zellblock 1 zwei Verbindungselemente 3, wobei die Verbindungselemente 3 jeweils eine Stromsammelschiene 4 und fünf Zellverbinder 5 umfassen. Mittels der Zellverbinder 5 werden die Einzelzellen 2 elektrisch parallel miteinander verschaltet und elektrisch mit den Stromsammelschienen 4 verschaltet, welche elektrische Pole des Zellblocks 1 bilden.The cell block 1 includes in the illustrated embodiment, five electrically interconnected individual cells 2 , To form a high-voltage battery, a plurality of cell blocks 1 electrically connected in series and / or in parallel. To this electrical interconnection comprises the cell block 1 two connecting elements 3 , wherein the connecting elements 3 each a power bus 4 and five cell connectors 5 include. By means of the cell connectors 5 become the single cells 2 electrically connected in parallel with each other and electrically connected to the busbars 4 interconnects which electrical poles of the cell block 1 form.

Die dargestellten Einzelzellen 2 sind als Rundzellen mit einem Metallgehäuse und aus Bauraum- und Kostengründen ohne ausgeprägte Zellpole ausgeführt. Unter ausgeprägten Zellpolen werden aus einem Gehäusegrundkörper herausgeführte Metallfahnen oder Metallzapfen verstanden, an welchen beispielsweise mittels Verschweißung oder Verschraubung die Zellverbinder 5 befestigt werden.The illustrated single cells 2 are designed as round cells with a metal housing and for space and cost reasons without pronounced cell poles. Under pronounced cell poles are led out of a housing base metal lugs or metal pins understood, at which, for example by means of welding or screwing the cell connectors 5 be attached.

Um eine Bauhöhe des Verbindungselements 3 möglichst gering zu halten, umfassen die Stromsammelschienen 4 jeweils eine mit den Zellverbindern 5 korrespondierende Aussparung A, in welcher die Zellverbinder 5 jeweils zumindest abschnittsweise angeordnet sind. To a height of the connecting element 3 To minimize as possible, include the busbars 4 one each with the cell connectors 5 corresponding recess A, in which the cell connectors 5 are each arranged at least in sections.

Erfolgt die Anbindung der Zellverbinder 5 an die Einzelzellen 2 zur Sicherstellung eines geringen elektrischen Widerstandes, einer hohen mechanischen Belastbarkeit und zur Verhinderung von Korrosion und Kontaktkorrosion mittels Stoffschluss, dann wird hierfür ein besonders wärmeeintragsarmes Schweißverfahren verwendet. Hierdurch wird ein zu großer Wärmeeintrag in ein unmittelbar unter einer Fügestelle zwischen Einzelzelle 2 und Zellverbinder 5 innerhalb der Einzelzelle 2 befindliches elektrochemisch aktives Material verhindert, welches beispielsweise bei einer Ausbildung als Lithium-Ionen-Zellchemie bereits bei Temperaturen von mehr als 65°C irreversibel geschädigt oder zerstört wird. Aus diesem Grund erfolgt die Erzeugung der Fügestelle beispielsweise mittels Widerstandpressschweißung, wie z. B. einer Punktschweißung oder Kondensatorentladungsschweißung, oder mittels Bonden, Ultraschallschweißung oder Laserschweißung.Is the connection of the cell connectors 5 to the individual cells 2 To ensure a low electrical resistance, a high mechanical strength and to prevent corrosion and contact corrosion by means of material connection, then a particularly low heat input welding process is used for this purpose. As a result, an excessive heat input into a directly below a joint between individual cell 2 and cell connectors 5 within the single cell 2 prevents electrochemically active material located, which is irreversibly damaged or destroyed at temperatures of more than 65 ° C, for example, when trained as lithium-ion cell chemistry. For this reason, the production of the joint takes place for example by means of resistance pressure welding, such. As a spot welding or capacitor discharge welding, or by means of bonding, ultrasonic welding or laser welding.

Zur Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Zellverbindern 5 und den Einzelzellen 2 nach einer Anordnung des Verbindungselements 3 an den Einzelzellen 2 weisen die Stromsammelschienen 4 jeweils mit einer Anzahl der Einzelzellen 2 korrespondierende Anzahl von Durchbrüchen D auf, durch welche jeweils ein Werkzeug zur Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung führbar ist. In den weiteren 3 bis 27 ist zur Wahrung der Übersichtlichkeit jeweils nur ein Durchbruch D je Sammelschiene 4 mit einem Bezugszeichen versehen.For generating the cohesive connection between the cell connectors 5 and the single cells 2 after an arrangement of the connecting element 3 at the single cells 2 have the busbars 4 each with a number of single cells 2 corresponding number of openings D, through each of which a tool for generating the cohesive connection can be guided. In the other 3 to 27 is for the sake of clarity, only one breakthrough D per busbar 4 provided with a reference numeral.

Da eine Wandstärke des Metallgehäuses der Einzelzellen 2 im Bereich der Fügestellezum Zellverbinder 5 sehr gering ist, beispielsweise 0,2 mm bis 0,5 mm beträgt, wird ein Zellverbinder 5 mit einer geringen Dicke verwendet. Dabei wird die Dicke des Zellverbinders 5 kleiner als die Wandstärke des Metallgehäuses gewählt, um eine so genannte Durchschweißung des Metallgehäuses und ein daraus resultierendes Öffnen desselben zu vermeiden. Aufgrund der geringen Dicke des Zellverbinders 5 kann der Wärmeeintrag während der Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Zellverbinder 5 und Einzelzelle 2 weiter verringert werden, da zum Fügen weniger Material aufgeschmolzen werden muss.As a wall thickness of the metal housing of the individual cells 2 in the area of the joint to the cell connector 5 is very small, for example, 0.2 mm to 0.5 mm, is a cell connector 5 used with a small thickness. In doing so, the thickness of the cell connector becomes 5 chosen smaller than the wall thickness of the metal housing, in order to avoid a so-called Durchschweißung of the metal housing and a resulting opening of the same. Due to the small thickness of the cell connector 5 can the heat input during the production of cohesive connection between cell connectors 5 and single cell 2 be reduced further, since less material must be melted for joining.

Nachteilig sind jedoch durch den geringen Materialquerschnitt des Zellverbinders 4 hervorgerufene hohe ohmsche Verluste während eines Betriebs des Zellblocks 1. Insbesondere bei einer elektrischen Parallelschaltung der Einzelzellen 2 werden deshalb gemäß der Darstellung Zellverbinder 5 mit geringer Länge verwendet, die unmittelbar in Nähe der Einzelzellen 2 auf einer massiven Stromsammelschiene 4 fixiert sind. Mittels der Stromsammelschienen 4 erfolgt die Parallelschaltung der Einzelzellen 2 mit großem Leiterquerschnitt und somit verringertem Übergangswiderstand.However, a disadvantage is the low material cross section of the cell connector 4 caused high ohmic losses during operation of the cell block 1 , In particular, in an electrical parallel connection of the individual cells 2 Therefore, as shown, cell connectors 5 used with short length, which is close to single cells 2 on a massive power bus 4 are fixed. By means of the current busbars 4 the parallel connection of the individual cells takes place 2 with large conductor cross-section and thus reduced contact resistance.

Zur Erzeugung der Hochvolt-Batterie werden mehrere Zellblöcke 1 elektrisch parallel und/oder in Reihe miteinander verschaltet, wobei die Stromsammelschienen 4 zu dieser Verschaltung jeweils ein, im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gewindebohrung ausgebildetes Verbindungselement 4.1 aufweisen.To generate the high-voltage battery are several cell blocks 1 electrically connected in parallel and / or in series with each other, wherein the busbars 4 for this interconnection one, in the illustrated embodiment as a threaded bore formed connecting element 4.1 exhibit.

Nachteilig an der dargestellten Ausführung nach dem Stand der Technik ist jedoch die Vielzahl der erforderlichen Zellverbinder 5 sowie ein daraus resultierender großer Aufwand zu deren Positionierung und Ausrichtung vor der Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Zellverbinder 5 und Einzelzelle 2 sowie zwischen Zellverbinder 5 und Stromsammelschiene 4.A disadvantage of the illustrated embodiment according to the prior art, however, is the large number of required cell connectors 5 as well as a resulting great expense for their positioning and alignment prior to the generation of the cohesive connection between cell connectors 5 and single cell 2 as well as between cell connectors 5 and power bus 4 ,

3 zeigt ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 in einem demontierten Zustand (obere Abbildung) und einem montierten Zustand (untere Abbildung). 3 shows a possible first embodiment of a connecting element according to the invention 3 in a disassembled state (upper illustration) and an assembled state (lower illustration).

Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten und in den 1 und 2 dargestellten Lösung umfasst das Verbindungselement 3 einen Zellverbinder 5, welcher zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei Einzelzellen 2, im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Einzelzellen 2, ausgebildet ist.In contrast to the known from the prior art and in the 1 and 2 The solution shown comprises the connecting element 3 a cell connector 5 , which is used for electrical contacting of more than two individual cells 2 , In the illustrated embodiment five individual cells 2 , is trained.

Die Stromsammelschiene 4 und der einstückige Zellverbinder 5 sind elektrisch miteinander verbunden und aneinander angeordnet, wobei sich die Stromsammelschiene 4 zumindest über eine Länge des Zellverbinders 5 erstreckt.The power bus 4 and the one-piece cell connector 5 are electrically connected to each other and arranged together, wherein the current busbar 4 at least over a length of the cell connector 5 extends.

Weiterhin sind der Zellverbinder 5 und die Stromsammelschiene 4 derart zueinander angeordnet, dass die in der Stromsammelschiene 4 ausgebildeten Durchbrüche D vom Zellverbinder 5 zumindest abschnittsweise überdeckt sind. Hierbei ist der Zellverbinder 5 in der die Durchbrüche D verbindenden Aussparung A angeordnet, welche insbesondere als Ausfräsung ausgebildet ist und mit dem Zellverbinder 5 korrespondiert. Die Aussparung A erleichtert weiterhin eine Ausrichtung und Positionierung des jeweiligen Zellverbinders 5 zur zugehörigen Stromsammelschiene 4.Furthermore, the cell connector 5 and the power bus 4 arranged such that in the current busbar 4 formed breakthroughs D from the cell connector 5 at least partially covered. Here is the cell connector 5 arranged in the openings D connecting recess A, which is in particular designed as a cutout and with the cell connector 5 corresponds. The recess A further facilitates alignment and positioning of the respective cell connector 5 to the associated busbar 4 ,

Die Zellverbinder 5 sind als Blechstreifen, d. h. bandförmig ausgebildet und punktförmig mittels eines Punktschweißverfahrens mit der jeweiligen Stromsammelschiene 4 verbunden. Beispielsweise sind die Zellverbinder 5 aus Kupfer, Aluminium oder Stahl mit einer Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm gebildet. Dabei ist der jeweilige Zellverbinder 5 an jeweils zwei Randbereichen der Durchbrüche D elektrisch mit der Stromsammelschiene 4 verbunden, so dass ein Übergangswiderstand zwischen dem Zellverbinder 5 und der Stromsammelschiene 4 gering ist.The cell connectors 5 are as sheet metal strips, ie band-shaped and punctiform by means of a spot welding process with the respective busbar 4 connected. For example, the cell connectors 5 made of copper, aluminum or steel with a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm. Here is the respective cell connector 5 at each two edge regions of the openings D electrically connected to the busbar 4 connected so that a contact resistance between the cell connector 5 and the power bus 4 is low.

Zur Vereinfachung der Verschweißung von Zellverbinder 5 und Stromsammelschiene 4 weist der Zellverbinder 5 in einer möglichen Ausgestaltung eine Oberflächenbeschichtung auf, welche bei einer Bildung des Zellverbinders 5 aus Kupfer oder Stahl aus Nickel oder Zinn gebildet ist.To simplify the welding of cell connectors 5 and power bus 4 has the cell connector 5 in a possible embodiment, a surface coating, which in a formation of the cell connector 5 is formed of copper or steel of nickel or tin.

Die Stromsammelschiene 4 ist massiv und aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Messing, gebildet und ist in einer möglichen Ausgestaltung ebenfalls mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, welche bei einer Bildung der Stromsammelschiene 4 aus Kupfer beispielsweise aus Nickel oder Zinn gebildet ist. Aufgrund der massiven Ausbildung der Stromsammelschiene 4 weist diese einen großen Leiterquerschnitt auf.The power bus 4 is solid and made of a metal, such as copper, aluminum or brass, formed and is also provided in a possible embodiment with a surface coating, which in a formation of the busbar 4 is formed of copper, for example, nickel or tin. Due to the massive design of the power busbar 4 this has a large conductor cross-section.

In den 4 bis 10 ist in verschiedenen Darstellungen und Ansichten ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zellblocks 1 dargestellt, welcher fünf Einzelzellen 2 und zwei Verbindungselemente 3 gemäß 3 umfasst. Hierbei sind alle Pluspole der Einzelzellen 2 mittels eines Verbindungselements 3 und alle Minuspole der Einzelzellen 2 mittels eines weiteren Verbindungselements 3 verbunden.In the 4 to 10 is in various views and views a first embodiment of a cell block according to the invention 1 shown which five single cells 2 and two fasteners 3 according to 3 includes. Here are all positive poles of the single cells 2 by means of a connecting element 3 and all negative poles of the single cells 2 by means of a further connecting element 3 connected.

Auch die elektrische Verbindung zwischen den Einzelzellen 2 und den Zellverbindern 5 erfolgt durch Verschweißung, im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Punktschweißverfahren. Hierbei werden zunächst die montierten Verbindungselemente 3 (Stromsammelschiene 4 und Zellverbinder 5 sind verschweißt) an den Einzelzellen 2 angeordnet und ausgerichtet anschließend erfolgt die Verschweißung der Zellverbinder 5 mit den Einzelzellen 2. Hierzu wird ein Schweißwerkzeug 6, welches zwei Punktschweißelektroden umfasst, durch die Durchbrüche D auf eine Oberfläche des jeweiligen Zellverbinders 5 geführt und dieser wird mit der Einzelzelle 2 verschweißt.Also the electrical connection between the single cells 2 and the cell connectors 5 takes place by welding, in the illustrated embodiment in a spot welding process. Here are the first assembled fasteners 3 (Busbar 4 and cell connectors 5 are welded) on the single cells 2 arranged and aligned then the welding of the cell connector takes place 5 with the single cells 2 , For this purpose, a welding tool 6 , which comprises two spot welding electrodes, through the openings D on a surface of the respective cell connector 5 guided and this is with the single cell 2 welded.

Aufgrund der geringen Dicke des Zellverbinders 5 kann ein Schweißverfahren verwendet werden, welches einen nur geringen Wärmeeintrag in die Einzelzellen 2 erzeugt.Due to the small thickness of the cell connector 5 For example, a welding process can be used which requires only minimal heat input into the individual cells 2 generated.

Aufgrund dessen, dass der jeweilige Zellverbinder 5 an jeweils zwei Randbereichen der Durchbrüche D mit der Stromsammelschiene 4 (dargestellt durch Fügestellen F3, F4) und an den Fügestellen F1, F2 mit der Einzelzelle 2 verbunden ist, ist gemäß 10 ein Stromfluss über zwei verschiedene Wege möglich, so dass der elektrische Übergangswiderstand zwischen der Einzelzelle 2 und der Stromsammelschiene 4 und ohmsche Verluste verringert sind.Due to the fact that the respective cell connector 5 at each two edge regions of the openings D with the busbar 4 (represented by joints F3, F4) and at the joints F1, F2 with the single cell 2 is connected according to 10 a current flow through two different paths possible, so that the electrical contact resistance between the single cell 2 and the power bus 4 and resistive losses are reduced.

11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Ausschnitts eines möglichen Ausführungsbeispiels einer mehrere Zellblöcke 1 gemäß 5 umfassenden elektrischen Batterie 7. 11 shows a perspective view of an exploded view of a section of a possible embodiment of a plurality of cell blocks 1 according to 5 comprehensive electric battery 7 ,

Zur elektrischen Reihenschaltung der Zellblöcke 1 sind mehrere Verbindungselemente 8, auch als Brücke bezeichnet, vorgesehen, welche mit den Verbindungselementen 4.1 der Stromsammelschienen 4 verbunden werden.For electrical series connection of the cell blocks 1 are several fasteners 8th , also referred to as bridge, provided, which with the connecting elements 4.1 the busbars 4 get connected.

12 zeigt ein mögliches zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 in einem demontierten Zustand (obere Abbildung) und einem montierten Zustand (untere Abbildung). 12 shows a possible second embodiment of the connecting element according to the invention 3 in a disassembled state (upper illustration) and an assembled state (lower illustration).

Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist der Zellverbinder 5 mehrere schlitzförmige Durchbrüche S auf, welche derart angeordnet sind, dass diese zwischen zwei benachbarten Schweißpunkten, d. h. zwischen den zwei Punktschweißelektroden des Schweißwerkzeugs 6 verlaufen.Unlike the in 3 illustrated first embodiment, the cell connector 5 a plurality of slot-shaped openings S, which are arranged such that these between two adjacent welding points, ie between the two spot welding electrodes of the welding tool 6 run.

In den 13 und 14 ist in verschiedenen Ansichten ein Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 während einer Verschweißung des Zellverbinders 5 gemäß 12 mit einer Einzelzelle 2 dargestellt.In the 13 and fourteen is in various views a section of a second embodiment of the cell block according to the invention 1 during a fusion of the cell connector 5 according to 12 with a single cell 2 shown.

Aufgrund der schlitzförmigen Durchbrüche S zwischen den Punktschweißelektroden des Schweißwerkzeugs 6 wird ein Schweißstrom (dargestellte durch eine gestrichelte Linie) zielgerichtet durch die Fügestellen F1, F2 geleitet, so dass eine Kurzschlusswirkung des Zellverbinders 5 während der Verschweißung verhindert wird.Due to the slot-shaped openings S between the spot welding electrodes of the welding tool 6 For example, a welding current (represented by a dashed line) is directed through the joints F1, F2, so that a short circuit effect of the cell connector 5 during welding is prevented.

Die 15 bis 17 zeigen in verschiedenen Ansichten ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 3 weisen die Stromsammelschienen 4 die Aussparung A jeweils an ihrer Oberseite, d. h. an einer den Einzelzellen 2 abgewandten Seite auf. Der Zellverbinder 5 weist mehrere Kröpfungen auf, welche derart angeordnet sind, dass diese durch die Durchbrüche D bis zu den Einzelzellen 2 ragen. In den verbleibenden Bereichen ist der Zellverbinder 5 innerhalb der Aussparung A angeordnet.The 15 to 17 show in different views a third embodiment of the cell block according to the invention 1 with a third embodiment of the connecting element according to the invention 3 , Unlike the in 3 illustrated first embodiment of the connecting element 3 have the busbars 4 the recess A respectively at its top, ie at one of the individual cells 2 on the opposite side. The cell connector 5 has several cranks which are arranged such that they through the openings D to the individual cells 2 protrude. In the remaining areas is the cell connector 5 arranged within the recess A.

18 zeigt ein mögliches viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 in einem demontierten Zustand (obere Abbildung) und einem montierten Zustand (untere Abbildung). 18 shows a possible fourth embodiment of the connecting element according to the invention 3 in a disassembled state (upper illustration) and an assembled state (lower illustration).

Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Zellverbinder 5 derart auf einer Oberseite der Stromsammelschiene 4 angeordnet, dass dieser im montierten Zustand am in den 19 und 20 näher dargestellten Zellblock 1 seitlich zu den Einzelzellen 2 verläuft. Auf der Oberseite der Stromsammelschiene 4 ist der Zellverbinder 5 mehrfach mit der Stromsammelschiene 4 punktverschweißt.Unlike the in 3 The first embodiment shown is the cell connector 5 such on an upper side of the busbar 4 arranged that this in the assembled state on in the 19 and 20 closer cell block 1 laterally to the single cells 2 runs. On top of the power bus 4 is the cell connector 5 several times with the power bus 4 spot-welded.

Der Zellverbinder 5 weist mehrere, im Abstand der Einzelzellen 2 angeordnete und in Richtung dieser ausgebildete Erhebungen E auf, im Bereich derer die Zellverbinder 5 mit den Einzelzellen 2 verschweißt wird.The cell connector 5 has several, at a distance of the individual cells 2 arranged and trained in the direction of these surveys E, in the area of which the cell connectors 5 with the single cells 2 is welded.

Die 19 und 20 zeigen in verschiedenen Ansichten ein mögliches viertes Ausführungsbeispiel des Zellblocks 1 mit fünf elektrisch parallel verschalteten Einzelzellen 2 und zwei Verbindungselementen 3 gemäß 18.The 19 and 20 show in various views a possible fourth embodiment of the cell block 1 with five electrically connected single cells 2 and two connectors 3 according to 18 ,

In den 21 und 22 ist in verschiedenen Ansichten ein mögliches fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 mit einem möglichen fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 dargestellt. Im Unterschied zu den in den 18 bis 20 gezeigten Darstellungen sind die Erhebungen E des Zellverbinders 5 an laschenförmigen Bereichen ausgebildet. Der somit kammartigausgebildete Zellverbinder 5 kann mit besonders geringem Materialeinsatz hergestellt werden und zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus. Aufgrund einer leichten Verformbarkeit der laschenförmigen Bereiche ist ein einfacher Ausgleich von Maßtoleranzen der Einzelzellen 2 entlang deren Hochachse gegeben und somit eine elektrische Verbindung zwischen Verbindungselement 3 und Einzelzellen 2 stets sichergestellt.In the 21 and 22 is in various views a possible fifth embodiment of the cell block according to the invention 1 with a possible fifth embodiment of the connecting element according to the invention 3 shown. Unlike the ones in the 18 to 20 The illustrations shown are the elevations E of the cell connector 5 formed on tab-shaped areas. The comb-like cell connector thus formed 5 can be manufactured with a particularly low material usage and is characterized by a low weight. Due to a slight deformability of the tab-shaped areas is a simple compensation of dimensional tolerances of the individual cells 2 given along the vertical axis and thus an electrical connection between the connecting element 3 and single cells 2 always ensured.

Die 23 bis 25 zeigen in verschiedenen Ansichten ein mögliches sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 mit einem möglichen sechsten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3.The 23 to 25 show in various views a possible sixth embodiment of the cell block according to the invention 1 with a possible sixth embodiment of the connecting element according to the invention 3 ,

Im Unterschied zu dem in den 15 bis 17 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 sind die ebenfalls gekröpft geformten Zellverbinder 5 als Bonddraht ausgebildet und sowohl mit der zugehörigen Stromsammelschiene 4 als auch mit den Einzelzellen 2 gebondet.Unlike in the 15 to 17 illustrated third embodiment of the connecting element according to the invention 3 are the also cranked shaped cell connectors 5 designed as a bonding wire and both with the associated power bus 4 as well as with the single cells 2 bonded.

Die Kröpfungen des Zellverbinders 5 sind derart angeordnet, dass diese durch die Durchbrüche D bis zu den Einzelzellen 2 ragen. In den verbleibenden Bereichen ist der Zellverbinder 5 auf einer Oberseite der Stromsammelschiene 4 angeordnet. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Stromsammelschiene 4 in diesen verbleibenden Bereichen eine zum Zellverbinder 5 korrespondierende Aussparung A auf.The cranks of the cell connector 5 are arranged such that these through the openings D to the individual cells 2 protrude. In the remaining areas is the cell connector 5 on a top of the power bus 4 arranged. In non-illustrated embodiments, the power bus 4 in these remaining areas one to the cell connector 5 corresponding recess A on.

Der Bonddraht weist beispielsweise eine Dicke von ca. 0,5 mm auf und ist beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gebildet.The bonding wire, for example, has a thickness of about 0.5 mm and is formed, for example, of copper or aluminum.

Auch bei der Ausbildung des Zellverbinders 5 als Bonddraht ist dieser an jeweils zwei Randbereichen der Durchbrüche D im Bereich der Fügestellen F3, F4 elektrisch mit der Stromsammelschiene 4 verbunden, so dass ein Übergangswiderstand zwischen dem Zellverbinder 5 und der Stromsammelschiene 4 gering ist.Also in the training of the cell connector 5 As a bonding wire this is at two edge regions of the openings D in the region of the joints F3, F4 electrically connected to the busbar 4 connected so that a contact resistance between the cell connector 5 and the power bus 4 is low.

Die 26 und 27 zeigen in verschiedenen Ansichten ein mögliches siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 mit einem möglichen siebten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3.The 26 and 27 show in various views a possible seventh embodiment of the cell block according to the invention 1 with a possible seventh embodiment of the connecting element according to the invention 3 ,

Im Unterschied zu dem in den 21 und 22 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks 1 mit dem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 sind die Zellverbinder 5 als Bonddraht ausgebildet, wobei die laschenförmigen Bereiche durch entsprechende Ausformungen des Bonddrahtes gebildet werden.Unlike in the 21 and 22 illustrated fifth embodiment of the cell block according to the invention 1 with the fifth embodiment of the connecting element according to the invention 3 are the cell connectors 5 designed as a bonding wire, wherein the tab-shaped areas are formed by corresponding formations of the bonding wire.

Der als Bonddraht ausgebildete Zellverbinder 5 ist derart auf einer Oberseite der Stromsammelschiene 4 angeordnet, dass dieser im montierten Zustand am Zellblock 1 seitlich zu den Einzelzellen 2 verläuft. Auf der Oberseite der Stromsammelschiene 4 ist der Zellverbinder 5 mehrfach mit der Stromsammelschiene 4 gebondet.The trained as a bonding wire cell connector 5 is so on an upper side of the busbar 4 arranged that this in the mounted state on the cell block 1 laterally to the single cells 2 runs. On top of the power bus 4 is the cell connector 5 several times with the power bus 4 bonded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zellblockcell block
22
Einzelzellesingle cell
33
Verbindungselementconnecting element
44
StromsammelschieneBusbar
4.14.1
Verbindungselementconnecting element
55
Zellverbindercell connectors
66
Schweißwerkzeugwelding tool
77
Batteriebattery
88th
Verbindungselementconnecting element
AA
Aussparungrecess
D D
Durchbruchbreakthrough
Ee
Erhebungsurvey
F1 bis F4F1 to F4
Fügestellejoint
SS
Durchbruchbreakthrough

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verbindungselement (3) zur elektrischen Verschaltung von Einzelzellen (2), gekennzeichnet durch – eine Stromsammelschiene (4) und – einen Zellverbinder (5), wobei – die Stromsammelschiene (4) und der Zellverbinder (5) elektrisch miteinander verbunden und aneinander angeordnet sind, – der Zellverbinder (5) zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei Einzelzellen (2) ausgebildet ist und – sich die Stromsammelschiene (4) zumindest über eine Länge des Zellverbinders (5) erstreckt.Connecting element ( 3 ) for the electrical interconnection of individual cells ( 2 ), characterized by - a power bus ( 4 ) and - a cell connector ( 5 ), wherein - the power bus ( 4 ) and the cell connector ( 5 ) are electrically connected to one another and arranged one against the other, - the cell connector ( 5 ) for the electrical contacting of more than two single cells ( 2 ) is formed and - the current busbar ( 4 ) at least over a length of the cell connector ( 5 ). Verbindungselement (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsammelschiene (4) mehrere Durchbrüche (D) aufweist, wobei der Zellverbinder (5) und die Stromsammelschiene (4) derart zueinander angeordnet sind, dass die Durchbrüche (D) vom Zellverbinder (5) zumindest abschnittsweise überdeckt sind.Connecting element ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the current busbar ( 4 ) has a plurality of openings (D), wherein the cell connector ( 5 ) and the power busbar ( 4 ) are arranged to each other such that the openings (D) from the cell connector ( 5 ) are at least partially covered. Verbindungselement (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (5) an jeweils mehreren Randbereichen der Durchbrüche (D) elektrisch mit der Stromsammelschiene (4) verbunden ist.Connecting element ( 3 ) according to claim 2, characterized in that the cell connector ( 5 ) at each of a plurality of edge regions of the openings (D) electrically connected to the current busbar ( 4 ) connected is. Verbindungselement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (5) mit der Stromsammelschiene (4) verschweißt ist.Connecting element ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connector ( 5 ) with the power busbar ( 4 ) is welded. Verbindungselement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (5) als Blechstreifen ausgebildet ist.Connecting element ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connector ( 5 ) is designed as a sheet metal strip. Verbindungselement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (5) als Bonddraht ausgebildet ist und mit der Stromsammelschiene (4) und den Einzelzellen (2) gebondet ist.Connecting element ( 3 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cell connector ( 5 ) is designed as a bonding wire and with the current busbar ( 4 ) and the single cells ( 2 ) is bonded. Zellblock (1) für eine elektrische Batterie (7) mit – einer Mehrzahl von Einzelzellen (2), – wobei mehr als zwei Einzelzellen (2) mittels eines Verbindungselements (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche elektrisch miteinander verschaltet sind.Cell block ( 1 ) for an electric battery ( 7 ) with - a plurality of individual cells ( 2 ), Where more than two single cells ( 2 ) by means of a connecting element ( 3 ) are electrically interconnected according to one of the preceding claims. Zellblock (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einzelzellen (2) elektrisch parallel miteinander verschaltet sind, wobei – Pluspole der Einzelzellen (2) mittels des Verbindungselements (3) und – Minuspole der Einzelzellen (2) mittels eines weiteren Verbindungselements (3) verbunden sind.Cell block ( 1 ) according to claim 7, characterized in that - the individual cells ( 2 ) are electrically connected to each other in parallel, wherein - positive poles of the individual cells ( 2 ) by means of the connecting element ( 3 ) and - minus poles of the single cells ( 2 ) by means of a further connecting element ( 3 ) are connected. Zellblock (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (5) des Verbindungselements (3) mit Polkontakten der Einzelzellen (2) verschweißt oder gebondet ist.Cell block ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the cell connector ( 5 ) of the connecting element ( 3 ) with pole contacts of the individual cells ( 2 ) is welded or bonded. Elektrische Batterie (7), umfassend mehrere Zellblöcke (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Stromsammelschienen (4) der Verbindungselemente (3) der Zellblöcke (1) elektrisch miteinander verschaltet sind.Electric battery ( 7 ) comprising a plurality of cell blocks ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, wherein the busbars ( 4 ) of the connecting elements ( 3 ) of the cell blocks ( 1 ) are electrically interconnected.
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