DE202022103901U1

DE202022103901U1 - Zellverbinder für einen Energiespeicher sowie Energiespeicher

Info

Publication number: DE202022103901U1
Application number: DE202022103901.1U
Authority: DE
Original assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG; Diehl Advanced Mobility GmbH
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG; Diehl Advanced Mobility GmbH
Priority date: 2022-06-10
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: WO2023237428A1; US20230402717A1

Abstract

Zellverbinder (11a) für einen Energiespeicher (3) zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Polkontakts (22a) einer ersten Energiespeicherzelle (2a) und eines zweiten Polkontakts (22b) einer zweiten Energiespeicherzelle (2b) des Energiespeichers (3), insbesondere eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, umfassend
einen elektrisch leitenden Grundkörper (110) mit einer ersten Kontaktfläche (112a), die zur elektrischen Kontaktierung des ersten Polkontakts (22a) sowie einer zweiten Kontaktfläche (112b), die zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Polkontakts (22b) dienen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grundkörper (110) in einem Teilbereich (110a) mit einer die Oberfläche des Zellverbinders (11a) vergrößernden Temperierstruktur (12) versehen, vorzugsweise umspritzt, ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellverbinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 sowie einen Energiespeicher, insbesondere einen Energiespeicher für den Automotive-Bereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22 unter Verwendung eines Zellverbinders.
Technologischer Hintergrund
Zentraler Punkt in der Entwicklung von elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmitteln, z. B. Elektrofahrzeugen, ist der Energiespeicher. Hierzu werden Energiespeicher mit einer hohen Leistungs- und Energiedichte benötigt. Energiespeicher bestehen regelmäßig aus einer Mehrzahl von einzelnen Energiespeicherzellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen), die untereinander elektrisch verbunden sind. Energiespeicher benötigen in der Regel ein Temperaturmanagement, um ihren Betrieb in einem optimierten Temperaturbereich zu gewährleisten. Die Energiespeicherzellen haben üblicherweise einen engen Arbeitstemperaturbereich (z. B. zwischen +15 °C und +45 °C). Die funktionale Sicherheit, Lebensdauer und Zyklenfestigkeit der Energiespeicherzelle und damit auch die funktionale Sicherheit des gesamten Energiespeichers hängen wesentlich davon ab, dass die Energiespeicherzelle diesen Bereich nicht verlässt. Übersteigt die Temperatur eine kritische Marke, kommt es zum sogenannten „Thermal Runaway“. Beim Thermal Runaway wird eine unaufhaltsame Kettenreaktion in Gang gesetzt. Dabei steigt die Temperatur innerhalb von Millisekunden extrem an und die in der Energiespeicherzelle gespeicherte Energie wird schlagartig freigesetzt. So können Temperaturen über 1000 °C entstehen. Der Inhalt des Energiespeichers wird gasförmig und es kommt zu einem Brand, der mit herkömmlichen Mitteln schwierig zu löschen ist. Die Gefahr eines Thermal Runaway beginnt ab einer bestimmten Temperatur (z. B. 60 °C) und wird ab einer weiteren Temperaturschwelle (z. B. 100 °C) extrem kritisch. Infolgedessen wird bei Energiespeichern, insbesondere Energiespeichern für Elektrofahrzeuge, ein Energiespeichermanagementsystem eingesetzt, mit dem nicht nur das Lade- und Entladeverhalten der Energiespeicherzellen gesteuert bzw. geregelt wird, sondern auch Maßnahmen in Bezug auf das Temperaturmanagement sowie Notfallmanagement im Falle eines Thermal Runaways getroffen werden. Um bei einem thermischen Durchgehen ein gezieltes Austreten von Gasen zu gewährleisten, können die gasdicht versiegelten Energiespeicherzellen Entgasungsöffnungen aufweisen. Die Entgasungsöffnungen können beispielsweise als Sollbruchstellen ausgeführt sein, die ab einem bestimmten Innendruck Gase aus dem Inneren der Energiespeicherzelle an die Umgebung entweichen lassen. Die austretenden Gase können Elektrolyte enthalten, die mit Wasser zu Flusssäure reagieren können. Um die Gefahr für umliegende Bauteile und/oder Personen zu reduzieren, müssen solche Gase kontrolliert und gezielt abgeführt werden.
Zur elektrischen Verbindung der Energiespeicherzellen weisen Energiespeicher sogenannte Zellverbinder auf, die je nach Schaltungstyp zwei oder mehrere Pole von zwei oder mehreren Energiespeicherzellen elektrisch miteinander verbinden. Bei einer Reihenschaltung wird beispielsweise jeweils die Anode einer Energiespeicherzelle mit der Kathode einer anderen Energiespeicherzelle verbunden. Um den Ladezustand jeder Energiespeicherzelle überwachen und regeln zu können, kann jeder Zellverbinder elektrisch mit der Steuer- und/oder Regelungselektronik des Energiespeichers verbunden sein. Dadurch kann die Zellspannung jeder einzelnen Energiespeicherzelle gemessen und über die Zellspannung der Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle abgeleitet werden. Des Weiteren können auch Sensoren, z. B. Temperatursensoren zur Überwachung der Oberflächentemperatur der Energiespeicherzellen, vorgesehen sein, welche mit der Steuer- und/oder Regelungselektronik verbunden sind. Die Steuer- und/oder Regelungselektronik befindet sich bei bisherigen Lösungen in einer eigenständigen Baugruppe.
Druckschriftlicher Stand der Technik
Die DE 10 2007 063 178 A1 offenbart eine Batterie mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie. Die Batterie umfasst eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Einzelzellen. Die Wärmeleitplatte weist Bohrungen und/oder Einschnitte im Bereich der Pole der Einzelzellen auf, durch welche die Pole der Einzelzellen hinein- bzw. hinausragen. Die Wärmeleitplatte ist zwischen den Einzelzellen und auf den Polen aufgesetzten Kontaktierungselementen angeordnet. Als Kontaktierungselemente sind zur elektrischen Verbindung der Pole der Einzelzellen polweise angeordnete elektrische Zellverbinder und/oder eine Zellverbinderplatine vorgesehen. Ferner können sich an der Oberseite der Wärmeleitplatte elastische Elemente und/oder Kontaktierungselemente befinden. Diese Folge dieser einzelnen Schichten muss bei der Montage über Schrauben mit den Einzelzellen verspannt werden. Die Montage ist demzufolge aufwendig.
Die DE 10 2009 046 385 A1 offenbart eine Batterie mit einem Entgasungssystem. Das Entgasungssystem befindet sich auf der den Polen der Batteriezellen gegenüberliegenden Seite. Dort befindet sich hierzu eine eigens hierfür vorgesehene Grundplatte mit Durchlässen für Entgasungsöffnungen sowie einem Sammelbecken zum Auffangen der Gase aus den Batteriezellen.
Die DE 10 2012 219 784 A1 offenbart ein Batteriemodul, das einen Gaskanal, eine Leiterplatte und ein Batteriemodulgehäuse, welches eine Vielzahl von Batteriezellen aufnimmt, aufweist. Der Gaskanal wird durch ein U-Profil mit Durchgangsöffnungen zu den Entgasungsöffnungen der Batteriezellen sowie eine das U-Profil auf der den Entgasungsöffnungen abgewandten Seite verschließende Leiterplatte gebildet. Die Leiterplatte bildet somit eine Wand des Gaskanals und kann direkt in Berührung mit dem Gas kommen, wenn Gas aus einer Gasaustrittsöffnung einer Batteriezelle austritt. Bei der Montage wird die Leiterplatte direkt an den Stromschienen befestigt. Das U-Profil ist nicht direkt mit den Stromschienen verbunden. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass austretendes Gas die ungeschützte Platine zerstören kann. Eine Steuerung und/oder Regelung des Batteriemoduls ist in diesem Fall nicht mehr gewährleistet. Weiterhin ist keine aktive Temperierung der Batteriezellenoberfläche oder der Zellverbinder vorgesehen.
Die EP 3 316 384 A1 offenbart eine Platinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist eine starre Platine für eine Steuer- und/oder Regelungselektronik vorgesehen, an der direkt Zellverbinder zum Verbinden der Energiespeicherzellen flächig aufgebracht sind. Durch diese direkte Verbindung der Zellverbinder mit der Steuer- und/oder Regelungselektronik findet eine direkte Wärmeübertragung von den elektrischen Anschlüssen der Energiespeicherzellen zur Steuer- und/oder Regelungselektronik statt. Eine solche Anordnung führt zu unvermeidbaren Messabweichungen bei der Spannungs- und Temperaturmessung. Ferner ist eine C-förmige, flexible, ein Temperatursensorelement tragende Leiterplatte an der starren Platine fixiert. Die flexible Leiterplatte erstreckt sich durch eine schlitzförmige Durchgangsöffnung in der starren Platine hindurch. Die Konstruktion ist, sowohl was die Herstellung der Einzelteile anbelangt als auch was die Endmontage anbelangt, aufwendig und kostspielig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorstehenden Erfindung besteht darin, einen Zellverbinder für einen Energiespeicher mit einer verbesserten Temperierung bereitzustellen.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 sowie des Anspruchs 22 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung betrifft einen Zellverbinder für einen Energiespeicher zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Polkontakts einer ersten Energiespeicherzelle und eines zweiten Polkontakts einer zweiten Energiespeicherzelle des Energiespeichers, insbesondere eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrisch leitenden Grundkörper, vorzugsweise aus einem Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke, insbesondere aus Blech, mit einer ersten Kontaktfläche, die zur elektrischen Kontaktierung des ersten Polkontakts sowie einer zweiten Kontaktfläche, die zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Polkontakts dient. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper in einem Teilbereich mit einer die Oberfläche des Zellverbinders vergrößernden Temperierstruktur versehen, vorzugsweise umspritzt. Dadurch wird eine besonders gute Temperierung des Zellverbinders gewährleistet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Zellverbinder für einen Energiespeicher zur elektrischen Kontaktierung eines Polkontakts einer ersten oder letzten Energiespeicherzelle des Energiespeichers, insbesondere eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrisch leitenden Grundkörper, vorzugsweise aus einem Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke, insbesondere aus Blech, mit einer Kontaktfläche, die zur elektrischen Kontaktierung des Polkontakts dient, sowie einen Stromabgriff. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper in einem Teilbereich mit einer die Oberfläche des Zellverbinders vergrößernden Temperierstruktur versehen, vorzugsweise umspritzt. Dadurch wird eine besonders gute Temperierung des Zellverbinders gewährleistet.
Vorteilhafterweise kann der Grundkörper eine erste Seite sowie eine zweite Seite aufweisen und sich die Temperierstruktur entlang der gesamten Länge der ersten Seite erstrecken. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, sofern der Zellverbinder keinen Stromabgriff aufweist.
Zweckmäßigerweise kann der Grundkörper eine erste Seite sowie eine zweite Seite aufweisen und sich die Temperierstruktur lediglich entlang der Länge der ersten Seite im Bereich der ersten Kontaktfläche erstrecken. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, sofern der Zellverbinder einen Stromabgriff aufweist.
Die erste Seite des Grundkörpers erstreckt sich in Kontaktierungsrichtung der Energiespeicherzellen.
Ferner können die erste und zweite Kontaktfläche durch mindestens eine Aussparung voneinander getrennt sein. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, sofern der Zellverbinder keinen Stromabgriff aufweist. Der Zellverbinder kann durch diese Aussparung eine gewisse Elastizität aufweisen. Bei mit Energiespeicherzellen verbundener erster und zweiter Kontaktfläche können damit Relativbewegungen der Energiespeicherzellen zueinander ausgeglichen werden. Weiterhin kann durch die Aussparung der Stromfluss in Richtung des umspritzten Teilbereichs verlagert werden.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann die Temperierstruktur eine Mehrzahl von Temperierrippen, Temperiernoppen, Temperierstiften und/oder Temperierstegen umfassen. In Abhängigkeit des die Temperierstruktur umgebenden Temperierfluids können dadurch eine besonders effektive Temperierung und/oder Strömung des Temperierfluids erzielt werden.
Zweckmäßigerweise können die Temperierrippen, Temperiernoppen, Temperierstifte und/oder Temperierstege hierzu in Reihe zueinander, parallel zueinander und/oder gleich beabstandet zueinander angeordnet sein.
Dadurch, dass die Temperierstruktur aus einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Kunststoff, besteht, erfolgt eine besonders gute Wärmeübertragung und eine elektrische Isolierung des Zellverbinders.
Für eine zusätzliche Temperierung der Oberfläche einer Energiespeicherzelle kann ein Kontaktelement mit einer Kontaktfläche zur Kontaktierung der Oberfläche der Energiespeicherzelle vorgesehen sein und das Kontaktelement kann mit der Temperierstruktur verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kontaktelement Bestandteil der Temperierstruktur sein.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Kontaktelement eine Kontaktplatte, vorzugsweise aus einem Blech, sein.
Zwischen der Kontaktplatte und dem Grundkörper kann sich ein Spalt befinden, und die Temperierstruktur kann den Grundkörper und die Kontaktplatte im Bereich des Spalts miteinander vereinen. Durch den Spalt können die Kontaktplatte und der Grundkörper elektrisch voneinander getrennt werden.
Dadurch, dass die erste und/oder zweite Kontaktfläche und die Kontaktfläche des Kontaktelements in einem Höhenversatz zueinander positioniert sind, wird eine thermische und elektrische Kontaktierung der ersten und/oder zweiten Kontaktfläche zu den Polkontakten der Energiespeicherzelle sowie eine thermische Kontaktierung des Kontaktelements zu der Oberfläche der Energiespeicherzelle ermöglicht.
Zweckmäßigerweise kann der Höhenversatz durch mindestens eine Abkantung des Kontaktelements gebildet werden.
In vorteilhafter Weise kann die mindestens eine Abkantung beidseitig der Temperierstruktur vorgesehen sein.
Besonders zweckmäßig sind der Grundkörper und das Kontaktelement Stanzteile oder geschnittene Teile, vorzugsweise Laserschnittteile, aus einem gemeinsamen plattenförmigen Rohling. Dadurch kann der Grundkörper und das Kontaktelement besonders günstig hergestellt werden, ohne dass bei der Herstellung des Kontaktelements ein Verschnitt entsteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann sich das Kontaktelement bis zu mindestens einer Entgasungsöffnung der ersten und/oder zweiten und/oder letzten Energiespeicherzelle, vorzugsweise bis zu den Entgasungsöffnungen der ersten und zweiten Energiespeicherzelle, erstrecken, vorzugsweise diese zumindest teilweise umschließen.
Ferner kann das Kontaktelement durch den Polkontakt eine Energiespeicherzelle teilweise oder vollständig umschließen.
Zweckmäßigerweise kann die Temperierstruktur eine Schnittstelle zu einem thermischen Konditionierungssystem bilden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das thermische Konditionierungssystem mindestens einen Temperierungskanal aufweisen, in der die Temperierstruktur des Zellverbinders positioniert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann der elektrisch leitende Grundkörper aus einem, vorzugsweise plättchenförmigen, Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke oder aus einem gebogenen Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke oder einem Material mit sich verändernder Schichtdicke, insbesondere einem gebogenen Material mit sich verändernder Schichtdicke, bestehen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Energiespeicher, insbesondere einen Energiespeicher für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von aneinandergereihten Energiespeicherzellen, wobei ein Zellverbinder nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 vorgesehen ist.
Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungsfiguren nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

1a eine Draufsicht auf einen Energiespeicher mit Zellverbindern unter Weglassung einer Temperierstruktur;
1b eine perspektivische Darstellung eines Energiespeichers mit Zellverbindern unter Weglassung einer Temperierstruktur aus 1;
2a eine perspektivische Darstellung eines Zellverbinders aus 1 mit Temperierstruktur;
2b eine perspektivische Darstellung eines anschlussseitigen Zellverbinders aus 1 mit Temperierstruktur;
3a eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Temperierstruktur eines Zellverbinders;
3b eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Temperierstruktur eines Zellverbinders;
3c eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Temperierstruktur eines Zellverbinders;
3d eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Temperierstruktur eines Zellverbinders;
4a eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Zellverbinders;
4b eine Seitenansicht des Zellverbinders nach 4a;
5a eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Zellverbinders;
5b eine Seitenansicht des Zellverbinders nach 5a;
6a eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Zellverbinders; sowie
6b eine perspektivische Darstellung eines Zellverbinders nach 6a ohne Temperierstruktur.

1 zeigt einen Energiespeicher 3 in seiner Gesamtheit. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Batterie z. B. für ein Elektrofahrzeug mit einem elektrischen Antrieb. Der Energiespeicher weist eine Mehrzahl von aneinandergereihten Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z auf.
Die Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z weisen jeweils zwei in 1 von Zellverbindern 11a, 11b verdeckte Polkontakte 22a, 22b auf, nämlich einen Polkontakt 22a für eine Anode sowie einen Polkontakt 22b für eine Kathode. Die Polkontakte 22a, 22b können eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisen bzw. als Plättchen ausgebildet sein.
Weiterhin zeigt 1 eine Steuer- und/oder Regelungselektronik 16, die elektrisch über Verbindungselemente 15 mit den Zellverbindern 11a, 11b verbunden ist.
Die Zellverbinder 11a, 11b können beispielsweise mit den Polkontakten 22a, 22b verschweißt werden. Ferner können die Zellverbinder 11a, 11b Durchgangsöffnungen 111 aufweisen. Diese können der Positionierung bei der Befestigung der Zellverbinder 11a, 11b mit den Polkontakten 22a, 22b dienen. Zudem können die Durchgangsöffnungen 111 als Revisionsöffnungen dienen. Durch die Durchgangsöffnungen 111 können bei Bedarf beispielsweise Messleitungen an unter den Durchgangsöffnungen befindlichen Gewindebohrungen an den Polkontakten 22a, 22b angebracht werden. Dadurch kann beispielsweise die Kontaktierung der Zellverbinder 11a, 11b mit den Polkontakten 22a, 22b geprüft werden.
Im Ausführungsbeispiel sind beispielhaft vierzehn Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z dargestellt, die durch die Zellverbinder 11a, 11b in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind. Die Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z sind hierzu jeweils gedreht zueinander angeordnet, sodass dem Polkontakt 22a der Anode der Energiespeicherzelle 2a der Polkontakt 22b der Kathode der danebenliegenden Energiespeicherzelle 2b gegenüberliegt bzw. dem Polkontakt 22b der Kathode der Energiespeicherzelle 2b der Polkontakt 22a der Anode der danebenliegenden Energiespeicherzelle 2a gegenüberliegt. Der Polkontakt 22b der Kathode der ersten Energiespeicherzelle 2a ist mit dem endständigen Zellverbinder 11b verbunden. Der Polkontakt 22a der Anode der ersten Energiespeicherzelle 2a ist über den Zellverbinder 11a mit dem Polkontakt 22b der Kathode der danebenliegenden, zweiten Energiespeicherzelle 2b verbunden. Der Polkontakt 22a der Anode der zweiten Energiespeicherzelle 2b ist wiederum über einen Zellverbinder 11a mit dem Polkontakt 22b der Kathode der dritten Energiespeicherzelle verbunden, usw. Der Polkontakt 22a der Anode der letzten Energiespeicherzelle 2z ist mit dem Zellverbinder 11b verbunden. Die Zellverbinder 11b sind dazu vorgesehen, den Energiespeicher 3 elektrisch mit einem nicht dargestellten elektrischen Verbraucher, z. B. dem Elektromotor eines Elektrofahrzeugs, zu verbinden. Die beiden Zellverbinder 11b bilden somit die Energiespeicheranschlüsse, d. h. die Kathode und Anode des gesamten Energiespeichers 3.
In alternativen Ausgestaltungen eines Energiespeichers 3 kann auch eine andere Anzahl von Energiespeicherzellen vorgesehen sein und/oder die Energiespeicherzellen können parallel geschaltet werden. Hierzu können die Zellverbinder 11a, 11b beispielsweise die elektrischen Anschlüsse 22a der Anoden von zwei oder mehr Energiespeicherzellen bzw. die elektrischen Anschlüsse 22b der Kathoden von zwei oder mehr Energiespeicherzellen miteinander verbinden. Die Energiespeicherzellen können auch gleich orientiert, d. h. nicht gedreht, aneinandergereiht angeordnet sein, sodass die elektrischen Anschlüsse der Kathoden der Energiespeicherzellen des Energiespeichers 3 entlang einer ersten Linie angeordnet sind und die elektrischen Anschlüsse der Anoden der Energiespeicherzellen entlang einer parallel zur ersten Linie verlaufenden zweiten Linie angeordnet sind.
Die 2a und 2b zeigen Zellverbinder 11a, 11b zur elektrischen Kontaktierung der Polkontakte 22a, 22b der Energiespeicherzellen 2a, 2a, 2z mit einer Temperierstruktur 12. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1a und 1b sind zwei endständige Zellverbinder 11b sowie dreizehn Zellverbinder 11a gezeigt.
Die Zellverbinder 11a sind dazu vorgesehen, jeweils einen Polkontakt 22a einer Energiespeicherzelle, z. B. 2a, mit einem Polkontakt 22b von einer benachbarten Energiespeicherzelle, z. B. 2b, elektrisch zu verbinden. Die Zellverbinder 11a weisen hierfür einen Grundkörper 110 mit einer ersten Kontaktfläche 112a und einer zweiten Kontaktfläche 112b auf, die jeweils mit einem Polkontakt 22a, 22b verbunden, z. B. verschweißt, werden.
Die beiden Zellverbinder 11b sind dafür vorgesehen, an der ersten Energiespeicherzelle 2a und der letzten Energiespeicherzelle 2z ein Kontaktierungsmittel zu einem nicht dargestellten elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor eines Elektrofahrzeugs, oder zu einem benachbarten Energiespeicher bereitzustellen. Die Zellverbinder 11b weisen einen Grundkörper 113 mit einer Kontaktfläche 112a auf, die mit dem Polkontakt 22b der Kathode der ersten Energiespeicherzelle 2a bzw. dem Polkontakt 22a der Anode der letzten Energiespeicherzelle 2z verbunden, z. B. verschweißt, ist. Weiterhin weist der Grundkörper 113 einen Stromabgriff 110d auf. Die Stromabgriffe 110d der beiden Zellverbinder 11b bilden damit die Anschlüsse der Anode und Kathode des Energiespeichers 3.
Die Grundkörper 110, 113 der Zellverbinder 11a, 11b bestehen aus einem elektrisch leitendenden Flachmaterial mit vorzugsweise gleichbleibender Schichtdicke, z. B. einem Blech. Der jeweilige Grundkörper 110, 113 weist eine erste Seite S1, S1' und eine zweite Seite S2, S2' auf und ist jeweils im Bereich der zweiten Seite S2, S2' in einem in den 2a und 2b verdeckten Teilbereich 110a mit einer die Oberfläche des Zellverbinders 11 a, 11b vergrößernden Temperierstruktur 12 umspritzt. Die Temperierstruktur 12 weist beispielsweise eine Mehrzahl von zueinander parallel verlaufenden Temperierrippen 124a auf.
In einer nicht dargestellten alternativen Ausführung kann der Grundkörper 110, 113 aus einem gebogenen Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke oder einem Material mit sich verändernder Schichtdicke bestehen, beispielsweise einem gebogenen Material mit sich verändernder Schichtdicke.
Bei der Temperierstruktur 12 handelt es sich vorzugsweise um ein thermisch leitendes, elektrisch isolierendes Material, insbesondere um Kunststoff.
Bei dem Zellverbinder 11a erstreckt sich die Temperierstruktur 12 entlang der gesamten Länge L1 der ersten Seite S1. Bei dem Zellverbinder 11b erstreckt sich die Temperierstruktur 12 lediglich entlang der Länge L2 der ersten Seite S1' im Bereich der Kontaktfläche 112a.
Zwischen den Kontaktflächen 112a, 112b des Zellverbinders 11a kann eine Aussparung 114 vorgesehen sein. Einerseits wird durch diese Aussparung der Stromfluss und die dadurch entstehende Wärme in den von der Temperierstruktur 12 umspritzten Teilbereich 110a verlagert. Andererseits weist der Grundkörper 110 dadurch eine höhere Elastizität auf. Thermische Ausdehnungen oder Relativbewegungen der benachbarten Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z zueinander können dadurch besser ausgeglichen werden.
Ferner können die Grundkörper 110, 113 der Zellverbinder 11a, 11b Aussparungen 115, in Form von z. B. halbmondförmigen Durchgangsöffnungen, aufweisen. Diese erhöhen ebenfalls die Elastizität der Grundkörper 110, 113.
Die 3a bis 3d zeigen verschiedene Ausgestaltungen der Temperierstruktur 12. Als Temperierstruktur können Temperierwellenstrukturen 124b, Temperiernoppen 124c, Temperierstifte 124d oder Temperierstege 124e vorgesehen sein.
Die 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b zeigen alternative Ausgestaltungen von Zellverbindern 11a, bei denen ein zusätzliches Kontaktelement 121a, 121b, 121c vorgesehen ist, das mit der Oberseite 23 der Energiespeicherzelle über eine Kontaktfläche 122a, 122b, 122c in unmittelbarem Kontakt steht. Dadurch kann eine Temperierung der Energiespeicherzellen 2a, 2b, 2z erfolgen.
Das Kontaktelement 121a der Temperierstruktur 12 von 4a und 4b ist hierbei derart um den Endbereich des Grundkörpers 110 gespritzt, dass dessen Kontaktfläche 122a auf der Oberfläche der Energiespeicherzelle aufliegt bzw. die Höhe des Polkontakts 22a, vgl. 4b, überbrückt.
5a und 5b sowie die 6a und 6b zeigen zwei weitere alternative Ausgestaltungen von Zellverbindern 11a mit einem Kontaktelement 121b, 121c, beispielsweise einem Kontaktblech.
Gemäß 5a und 5b ist das Kontaktelement 121b von der Temperierstruktur 12 umspritzt und weist einen Versatz 127a auf. Der Versatz 127a kann im Wesentlichen die gleiche Höhe wie die Polkontakte 22a, 22b bezüglich der Oberseite 23 aufweisen. Dadurch können der Grundkörper 110 und das Kontaktelement 121b z. B. auf einer Ebene miteinander verbunden werden, mit der Folge, dass das Kontaktelement 121b unmittelbar auf der Oberseite der Energiespeicherzellen aufliegt. Zwischen dem Grundkörper 110 und dem Kontaktelement 121b ist ein Spalt 129a vorgesehen, sodass der Grundkörper 110 und das Kontaktelement 121b nicht in direktem Kontakt zueinanderstehen. Der Grundkörper 110 und das Kontaktelement 121b sind über die Temperierstruktur 12 miteinander verbunden. Durch eine elektrisch nicht leitende Temperierstruktur 12 können der Grundkörper 110 und das Kontaktelement 121b, 121c somit elektrisch voneinander isoliert werden. Bei dem Kontaktelement 121b kann es sich um dasselbe Material wie beim Grundkörper 110 handeln.
Die Varianten der 6a und 6b weist einen zusätzlichen Versatz 127b zwischen den beiden Kontaktflächen 112a, 112b auf. Das Kontaktelement 121c erstreckt sich bis zu den Entgasungsöffnungen 21 und umgibt die Polkontakte 22a, 22b der Energiespeicherzellen 2a, 2b. Durch den zusätzlichen Versatz 127b kann die Wärmeleitung zwischen dem Kontaktelement 121c und der Temperierstruktur 12 sowie die mechanische Stabilität des Zellverbinders 11a zusätzlich erhöht werden.
Der Versatz 127a, 127b kann beispielsweise durch zwei Abkantungen eines plattenförmigen Rohmaterials, z. B. einem Blech erzeugt werden, wie sich dies aus 6b ergibt, in der die Temperierstruktur aus darstellerischen Gründen weggelassen ist.
Der Grundkörper 110 und das Kontaktelement 121b, 121c können vorteilhaft aus einem gemeinsamen plattenförmigen Rohling hergestellt, beispielsweise geschnitten oder gestanzt, werden.
Bei den endseitigen Zellverbindern 11b können ebenso entsprechende Kontaktelemente vorgesehen sein. Die Geometrie des Kontaktelements für einen Zellverbinder 11b kann in einfacher Weise an die Geometrie des Zellverbinder 11b angepasst werden.
Die Zellverbinder 11a, 11b bzw. die Temperierstrukturen 12 können ferner eine Schnittstelle zu einem thermischen Konditionierungssystem, beispielsweise einem nicht dargestellten Temperierungskanal, aufweisen und mit diesem vorzugsweise im Bereich der Temperierstruktur 12 verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt, sein. Der Temperierungskanal kann für die Verbindung mit einem Zellverbinder 11a, 11b beispielsweise Durchgangsöffnungen aufweisen, in die die Zellverbinder 11a, 11b und/oder die Temperierstruktur 12 eingeführt werden können. Die Schnittstelle zu dem thermischen Konditionierungssystem kann beispielsweise an der Temperierstruktur 12 vorgesehen sein. Die Schnittstelle kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die Schnittstelle die Durchgangsöffnungen eines Temperierungskanals verschließen kann. Der Temperierungskanal kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, ein Temperierfluid, beispielsweise eine Temperierflüssigkeit, aufzunehmen und/oder zu leiten.
Alternativ können die Zellverbinder 11a, 11b auch ohne Temperierungskanal genutzt werden. Dabei kann beispielsweise die Umgebungsluft zur Temperierung dienen.
BEZUGSZEICHENLISTE

2a: erste Energiespeicherzelle
2b: zweite Energiespeicherzelle
2z: letzte Energiespeicherzelle
3: Energiespeicher
11a: Zellverbinder
11b: Zellverbinder
111: Durchgangsöffnung
110: Grundkörper
113: Grundkörper
110a: Teilbereich
110d: Stromabgriff
112a: Kontaktfläche
112b: Kontaktfläche
12: Temperierstruktur
121a: Kontaktelement
121b: Kontaktelement
121c: Kontaktelement
122a: Kontaktfläche
122b: Kontaktfläche
122c: Kontaktfläche
124a: Temperierrippen
124b: Temperierwellenstruktur
124c: Temperiernoppen
124d: Temperierstifte
124e: Temperierstege
127a: Versatz
127b: Versatz
129a: Spalt
129b: Spalt
15: Verbindungselemente
16: Steuer- und/oder Regelungselektronik
21: Entgasungsöffnung
22a: Polkontakt
22b: Polkontakt
23: Oberseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007063178 A1 [0004]
DE 102009046385 A1 [0005]
DE 102012219784 A1 [0006]
EP 3316384 A1 [0007]

Claims

Zellverbinder (11a) für einen Energiespeicher (3) zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Polkontakts (22a) einer ersten Energiespeicherzelle (2a) und eines zweiten Polkontakts (22b) einer zweiten Energiespeicherzelle (2b) des Energiespeichers (3), insbesondere eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrisch leitenden Grundkörper (110) mit einer ersten Kontaktfläche (112a), die zur elektrischen Kontaktierung des ersten Polkontakts (22a) sowie einer zweiten Kontaktfläche (112b), die zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Polkontakts (22b) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) in einem Teilbereich (110a) mit einer die Oberfläche des Zellverbinders (11a) vergrößernden Temperierstruktur (12) versehen, vorzugsweise umspritzt, ist.
Zellverbinder (11b) für einen Energiespeicher (3) zur elektrischen Kontaktierung eines Polkontakts (22a, 22b) einer Energiespeicherzelle (2a, 2z) des Energiespeichers (3), insbesondere eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, umfassend einen elektrisch leitenden Grundkörper (113) mit einer Kontaktfläche (112a), die zur elektrischen Kontaktierung des Polkontakts (22a, 22b) dient, sowie einen Stromabgriff (110d), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (113) in einem Teilbereich (110a) mit einer die Oberfläche des Zellverbinders (11b) vergrößernden Temperierstruktur (12) versehen, vorzugsweise umspritzt, ist.
Zellverbinder (11a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) eine erste Seite (S1) sowie eine zweite Seite (S2) aufweist und sich die Temperierstruktur (12) entlang der gesamten Länge (L1) der ersten Seite (S1) erstreckt.
Zellverbinder (11b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (113) eine erste Seite (S1') sowie eine zweite Seite (S2') aufweist und sich die die Temperierstruktur (12) lediglich entlang der Länge (L2) der ersten Seite (S1) im Bereich der ersten Kontaktfläche (112a) erstreckt.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Seite (S1, S1') des Grundkörpers (110, 113) in Kontaktierungsrichtung der Energiespeicherzellen (2a, 2b, 2z) erstreckt.
Zellverbinder (11a) nach mindestens einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kontaktfläche (112a, 112b) durch mindestens eine Aussparung (114) voneinander getrennt sind.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierstruktur (12) eine Mehrzahl von Temperierrippen (124a), insbesondere gewellte Temperierrippen (124b) Temperiernoppen (124c), Temperierstiften (124d) und/oder Temperierstegen (124e) umfasst.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierrippen (124a), Temperiernoppen (124c), Temperierstifte (124d) und/oder Temperierstege (124e) in Reihe zueinander, parallel zueinander und/oder gleich beabstandet zueinander angeordnet sind.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierstruktur (12) aus einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Kunststoff, besteht.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktelement (121a, 121b, 121c) mit einer Kontaktfläche (122a, 122b, 122c) zur Kontaktierung der Oberfläche der Energiespeicherzelle (2a, 2b, 2z) vorgesehen ist und das Kontaktelement (121a, 121b, 121c) mit der Temperierstruktur (12) verbunden ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (121a) Bestandteil der Temperierstruktur (12) ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (121b, 121c) eine Kontaktplatte, vorzugsweise aus einem Blech, ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Kontaktelement (121b, 121c) und dem Grundkörper (110, 113) ein Spalt (129a, 129b) befindet, und die Temperierstruktur (12) den Grundkörper (110, 113) und das Kontaktelement (121b, 121c) im Bereich des Spalts (129a, 129b) miteinander vereint.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Kontaktfläche (112a, 112b) und die Kontaktfläche (122a, 122b, 122c) des Kontaktelements (121a, 121b, 121c) in einem Höhenversatz zueinander positioniert sind.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der Ansprüche 10 oder 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenversatz durch mindestens eine Abkantung (127a, 127b) des Kontaktelements (121b, 121c) gebildet ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abkantung (127a, 127b) beidseitig der Temperierstruktur vorgesehen ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der Ansprüche 10 oder 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110, 113) und das Kontaktelement (122b, 122c) Stanzteile oder geschnittene Teile, vorzugsweise Laserschnittteile, aus einem gemeinsamen plattenförmigen Rohling sind.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kontaktelement (122a, 122b, 122c) bis zu mindestens einer Entgasungsöffnung (21) der ersten und/oder zweiten und/oder letzten Energiespeicherzelle (2a, 2b, 2z), vorzugsweise bis zu den Entgasungsöffnungen (21) der ersten und zweiten Energiespeicherzelle (2a, 2b, 2z), erstreckt, vorzugsweise diese zumindest teilweise umschließt.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierstruktur (12) eine Schnittstelle zu einem thermischen Konditionierungssystem bildet.
Zellverbinder (11a, 11b) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das thermischen Konditionierungssystem mindestens einen Temperierungskanal aufweist, in der die Temperierstruktur (12) des Zellverbinders (11a, 11b) positioniert ist.
Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Grundkörper (110, 113) aus einem, vorzugsweise plättchenförmigen, Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke oder einem gebogenen Flachmaterial mit gleichbleibender Schichtdicke oder einem Material mit sich verändernder Schichtdicke, insbesondere einem gebogenen Material mit sich verändernder Schichtdicke, besteht.
Energiespeicher (3), insbesondere Energiespeicher für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von aneinandergereihten Energiespeicherzellen (2a, 2b, 2z), dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellverbinder (11a, 11b) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 vorgesehen ist.