WO2017129305A1 - Verbindersystem, batteriemodul, verfahren zum ausbilden eines abgriffes und betriebsvorrichtung - Google Patents

Verbindersystem, batteriemodul, verfahren zum ausbilden eines abgriffes und betriebsvorrichtung Download PDF

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Tuncay Idikurt
Philip KOTTER
Alexander Muck
Christian Zachar
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a connector system, a battery module, a method of forming a tap, and an operating device.
  • the present invention particularly relates to a connector system for a
  • a battery module a battery module for an electric or hybrid vehicle, a method of forming a power transmitting tap of a
  • Battery module and an electric or hybrid vehicle.
  • Operating devices battery modules are increasingly used from a plurality of single cells for power supply.
  • electrical contacts to one or more terminals of one or more individual cells of the battery module, which serve a measuring and / or controlling tap are just the electrical and power transmitting taps to supply an underlying operating unit of a working or operating device with electrical energy of particular Interest.
  • the cell connectors used in this case are exposed to a particular thermal and / or mechanical stress, in particular with alternating loads.
  • the invention is therefore based on the object, a connector system, a battery module, a method for forming a tap, and a
  • a connector system for a battery module provided with a plurality of cell connectors of different successive cell connector types for forming one or more electrical contacts to one or more terminals of one or more individual cells of the battery module, in particular for a power transmitting tap. Everybody is here
  • a cell connector of a subsequent cell connector type is configured to electrically connect a greater plurality of terminals of single cells than the plurality of terminals connectable by each cell connector of a preceding cell connector type. Furthermore, each cell connector is one
  • Power transmitting taps are obtained when according to a preferred embodiment of the connector system according to the invention this has a number n of different successive cell connector types and each cell connector of a cell connector type j - with j from 1 to n - is designed to electrically connect a plurality of 2j terminals of single cells.
  • each cell connector of a cell connector type j in the main extension X of the cell connectors has a sequence of a plurality of especially 2j contact sections and 2j-1 equalization sections, in particular a linear arrangement; when, in the main extension of the cell connectors, two successive contact sections of each cell connector are connected to each other via a balancing section.
  • Rectangular shape with a longer edge along the main extension X of the cell connector and / or a shorter edge along a Side extension direction Y, orthogonal to the main extension direction X of the cell connector and the mounting direction Z.
  • the individual cell connectors of a cell connector type can be adapted to specific geometric requirements of the individual cells, the terminals and / or the module and the application, it is particularly advantageous in terms of the economization of the underlying manufacturing process and assembly, if the balancing sections of Cell connector of a cell connector type the same, symmetrical and / or shape similar to each other are formed.
  • Balancing portions of the cell connectors of different types of cell connectors are formed so similar in shape to each other, that a compensation portion of a cell connector of a preceding Zellverbindertyps in a
  • Balancing section of a cell connector of a subsequent cell connector type is at least partially receivable.
  • Balancing section a - in particular in the main extension direction X of the cell connector - has elastic element or forms.
  • Compensation section at least partially in the manner of a waveform or
  • Half-waveform, U-shape, V-shape, bell shape, convex from a bottom and / or concave from an upper surface of the respective balancing section in the mounting direction Z is formed.
  • U-shape, V-shape, bell shape, convex from a bottom and / or concave from an upper surface of the respective balancing section in the mounting direction Z is formed.
  • Terminals of the single cells of the battery module are formed by a plurality of cell connectors of different successive cell connector types of the connector system electrical contacts for a power transmitting tap, wherein respective cell connectors of a subsequent cell connector type electrically connect a greater plurality of terminals of single cells than the plurality of terminals which are connected by a respective cell connector of a preceding cell connector type , Further, a respective cell connector of a preceding cell connector type is stacked and / or nested on a cell connector of a subsequent cell connector type in the mounting direction Z perpendicular to the main extension direction X of the cell connectors or directly contacted with terminals of single cells.
  • the battery module is formed with a plurality of individual cells having terminals.
  • the method comprises the steps of: (A) providing cell connectors of a connector system according to the invention and (B) forming electrical contacts to a plurality
  • a respective cell connector of a subsequent cell connector type is electrically connected to a larger plurality of terminals of single cells than the plurality of terminals which is connected by a respective cell connector of a preceding cell connector type.
  • a respective cell connector of a preceding cell connector type is stacked and / or nested on a cell connector of a subsequent cell connector type in the mounting direction Z perpendicular to the main extension direction X of the cell connectors or directly contacted with terminals of single cells.
  • the operating device and in particular an electric or hybrid vehicle created.
  • the operating device according to the invention is formed with an electrical operating means, in particular a drive. Further, a
  • Battery module according to the present invention formed by which the operating means is supplied with electrical energy.
  • Figures 1 to 5 show in a schematic plan view and partially in
  • Exploded view battery modules according to the invention in which embodiments of the cell connector system according to the invention are used.
  • Figures 6 to 1 1 show a schematic representation different
  • Embodiments of cell connectors that are components of connector systems according to the invention.
  • Figures 12 and 13 show a schematic side view of two different
  • Connector system can be achieved.
  • Figures 14 to 16 illustrate in schematic side view mechanical
  • FIG. 1 shows, in a schematic plan view, an embodiment of a battery module 1 according to the invention using an embodiment of the connector system 100 according to the invention.
  • the battery module shown in Figure 1 consists of a housing 2, in the interior of which a plurality of individual cells 5 is added.
  • Each individual cell 5 has a first terminal 6, for example a negative pole, and a second terminal 7, for example a positive pole.
  • the negative pole and the positive pole are directly adjacent
  • Single cells 5 connected to each other in the manner of a series connection, so that at the provided first and second module terminals 9-1 and 9-2 as operating voltage, the sum of the individual voltages of the individual cells 5 of the battery module 1 can be tapped.
  • the connector system 100 of the present invention utilizes a first type of cell connector 80-1 configured to connect exactly two directly adjacent single cells 5 together for a power transmitting tap by means of the first and second module terminals 9-1 and 9-2.
  • the cell connectors 8 extend in a main or longitudinal extension direction X which coincides with the x-direction. Together with the extension in the Mauerstreckungsnchtung or transverse direction Y, which is parallel to the y-direction in the embodiment of Figure 1, the cell connectors 8 of the first type 80-1 take in plan view in approximately the shape of a rectangle.
  • All cell connectors 8 of the first type 80-1 of the connector system 100 are identical here and have first and second contact portions 81 and a compensating portion 82 provided therebetween, which supports the Contact sections 81 connects to each other.
  • the contact portions 81 themselves are electrically connected to the respective terminals 6 and 7, respectively, of the directly adjacent single cells 5 of the battery module 1, either directly or using a contact means.
  • FIGS. 2 and 3 show, in a schematic plan view or in the manner of an exploded view, another embodiment of the battery module 1 according to the invention or the configuration of an embodiment of the invention
  • Connector system 100 according to the invention, which can be found in the battery module 1 of Figure 2 application.
  • the battery module 1 according to FIG. 2 according to the invention again has a plurality of individual cells 5. These are - compared to the
  • another embodiment of the connector system 100 according to the invention is used in the arrangement according to FIG.
  • cell connectors 8 of a first type 80-1 and cell connectors 8 of a second type 80-2 are used.
  • the cell connector 8 of the second type 80-2 or the second type for contacting four first and second terminals 6 and 7 of the four individual cells 5 is formed.
  • the cell connector 8 of the second type 80-2 essentially consists of a rectangular arrangement in FIG.
  • the plate shape with an upper side 8-1 and a lower side 8-2 and a first or longer edge 8-3 in the main direction X parallel to the x-direction and a second or shorter edge 8-4 in the y-direction parallel side extension direction or transverse direction Y. Furthermore, the four contact sections 81 for contacting the terminals 6 of the individual cells 5 can be seen. The contact sections 81 are connected to one another by compensating sections 82. The cell connector 8 of the second type 80-2 thus formed may in particular be embodied in one piece of material.
  • the cell connector 8 of the first cell connector type 80-1 has a similar construction to that of the cell connector 8 of the second cell connector type 80-2
  • Main extension direction X however, a reduced length and thus can overlap in the main extension direction X only with the two central of the four first and second terminals 6 and 7 of the individual cells 5 and so make contact.
  • the cell connector 8 is located opposite the second one
  • Zellverbindertyp 80-2 at the bottom and substantially directly on the first terminals 6 of the individual cells 5 on.
  • the cell connector 8 of the first cell connector type 80-1 is located with its lower surface 8-2.
  • the second-type equalization regions 82-2 at the cell connector 8 of the second cell-connector type 80-2 and the first-type equalization portion 82-1 of the first cell-connector-type cell connector 80-1 are formed into each other nestable or stackable. This property will be further explained below in connection with the further figures 6 to 13.
  • a corresponding first or second module connection 9-1 or 9-2 is formed, which contacts all cell connectors 8, in this case in particular the cell connector 8 of the first cell connector type 80-1.
  • the single layer is sufficient by the cell connector 8 of the second cell connector type 80-2 for the outer single cells 5 of the battery module 1 and their first terminals 6, because only the outer single cells 5 contribute locally to the total current density.
  • the external tap through the first or second module connection 9-1, 9-2 on the outer individual cells 5 must according to cell connector 8 more the cell connector types 80-1, 80-2, 80-3 are combined to carry the current density.
  • two "half" or in the extension in the X direction reduced cell connector 8 for example, cut through in the Y direction at the respective balancing section 82 of the type 82-2, 82-2, 82-3 of a respective Zellverbindertyps 80-1 , 80-2, 80-3 module connectors 9-1 and 9-2.
  • Cell connector 8 of the first cell connector type 80-1 form, so that at this point in the region of the first or second module terminal 9-1, 9-2, the total current density can be supported by the increased conductor cross-section.
  • the battery module 1 according to the present invention from FIG. 4 comprises six individual cells 5 for common tapping to the first or second module connection 9-1, 9-2.
  • a cell connector 8 of a third cell connector type 80-3 which has an extension in the main extension direction X, which is a tap of the six first and second terminals 6 and 7, respectively, of the six
  • the cell connector 8 of the third cell connector type 80-3 is directly on the first and second terminals 6 and 7 of the individual cells 5 of the module 1.
  • a cell connector 8 of the second type of cell connector 80-2 is then offset from the right and left inwards, which is connected to its underside 8-2 on the Top 8-1 of the lowermost cell connector 8 of the third type 80-3 and with this stacked or nested rests arranged.
  • the cell connector 8 of the second cell connector type 80-2 has, as in the embodiment according to FIGS. 2 and 3 in the main extension X, an extension which overlaps with four first and second terminals 6 and 7, respectively, of the inner cells 5 of the module 1 allowed.
  • a cell connector 8 of the first type of cell connector 80-1 which, in the main extension X, has an extension that overlaps the central two first and second terminals 6 and 7, respectively, of the innermost directly adjacent individual cells 5 of the module 1 allowed.
  • the cell connector 8 of the first cell connector type 80-1 is located with its bottom 8-2 on the top 8-1 of the cell connector 8 from the second
  • Cell connector type 80-2 is stacked or nested with it.
  • cell connectors 8 are also conceivable which cover an odd number of connections 6, 7 of individual cells 5 which are directly adjacent to one another in a module 1, and possibly contact them.
  • each cell connector type 80-1, 80-2, 80-3 covers an even number of terminals 6, 7 of directly adjacent individual cells 5 and thus has an even number of first, second or third Contact portions 81, which may be formed in particular identical to each other, and an odd number of balancing sections 82 of the first, second or third type 82-1, 82-2 and 82-3.
  • Balancing sections 82-1, 82-2 and 82-3 have mutually cooperating and / or similar shapes that allow mutual reception into each other.
  • Figures 6 to 8 show in schematic views the geometric details of an embodiment of a cell connector 8, in particular from the first
  • Balancing section 82-1 pointed. While the cell connector 8 has a total of approximately the shape of a rectangle with a in the
  • Main extension direction X parallel to the x-direction parallel longer edge 8- 3 and a perpendicular thereto in the extension direction or transverse direction Y parallel to the y-direction extending shorter second edge 8-4 and thus defined top 8-1 and bottom 8-2, extends of the
  • Balancing section 82 as a balancing section of the first type 82-1 in the mounting direction Z parallel to the z-direction in the manner of a half-wave, a Us or a rounded Vs.
  • This geometric configuration of the compensation section 82 results in a certain elasticity in the xy plane and in particular in the x direction, by which the volume work of directly adjacent individual cells 5 can be intercepted due to alternating thermal loads and operating loads or expansions, so that a Tearing or breaking the contacts to the terminals 6,7 of
  • FIGS. 9 to 11 show, in a schematic and perspective side view, corresponding details of cell connectors 8 of the first, second and third cell connector types 80-1, 80-2 and 80-3, respectively.
  • the process of nesting and superimposing is again shown in connection with the figures 12 and 13 in a schematic side view.
  • FIGS 14, 15 and 16 show the mechanical core elements of
  • Cell connectors 8 of the first, second and third types of cell connectors 80-1, 80-2 and 80-3 of an embodiment of the connector system 100 according to the invention are Cell connectors 8 of the first, second and third types of cell connectors 80-1, 80-2 and 80-3 of an embodiment of the connector system 100 according to the invention.
  • the contact portions 81 are substantially mechanically rigid and serve for contacting at the terminals 6 or 7 of the individual cells 5 of the module 1.
  • the balancing sections 82 of the first, second and third types 82-1, 82-2 and 82-3 have elastic properties due to their shape, which are symbolized by a corresponding spring element in FIGS. 14 to 16.
  • Cell connectors are conventionally designed to be project specific for exactly one configuration of a battery module. They are mostly single-ply
  • Single-layer cell connectors apply high forces to the terminals or terminals of the individual cells of a module.
  • Multi-layer cell connectors are associated with high costs.
  • multi-layered multi-layer cell connectors provide a large conductive cross-sectional area even at locations where, due to the current densities occurring, even smaller cross-sectional areas would be sufficient.
  • One aspect of the invention is the creation of a design for one
  • Cell connector assembly for imaging multiple cell interconnections, e.g. of parallel circuits, by packaging identical parts.
  • One aspect is the use of thin-layer cell connectors 8 which fit together according to the matryoshka principle - in particular in their compensation sections 82.
  • the core of the measures are the creation of a common part strategy and at the same time the creation of flexible, multi-layer connectors 8. This leads to a reduction of the load on the terminals 6, 7 or terminals of the individual cells 5, because the force acting on the terminals 6, 7 force of only Each layer is applied, for example. Of three layers, waves or
  • the size of the tool used is according to the current flow
  • 8s2p module thus contains 16 cells, which are connected in pairs in parallel and develop a module voltage level of 8 serial cells. You always need s-1 80-p cell connectors and 2 module connectors 9-1 or 9-2.
  • the module terminals 9-1, 9-2 may be similar to the cell connectors 8, since they are the same thermomechanical in parallel circuits
  • n cells up to n cells can be connected in parallel.
  • Cell connector system cell connector set x spatial direction X main direction of extension y direction of space

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindersystem (100) für ein Batteriemodul (1), mit einer Mehrzahl von Zellverbindern (8) verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen (80-1, 80-2, 80-3) zur Ausbildung eines oder mehrerer elektrischer Kontakte (11, 12) zu einem oder zu mehreren Anschlüssen (6, 7) einer oder mehrerer Einzelzellen (5) des Batteriemoduls (1), insbesondere für einen leistungsübertragenden Abgriff (9-1, 9-2), bei welchem jeder Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80-1, 80-2, 80-3) ausgebildet ist, eine größere Mehrzahl Anschlüsse (6, 7) von Einzelzellen (5) elektrisch zu verbinden als die Mehrzahl Anschlüsse (6, 7), welche durch jeden Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1, 80-2, 80-3) verbindbar ist, und jeder Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps j (80-1, 80-2) auf einem Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps in einer Montagerichtung (Z) senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung (X) stapelbar und/oder schachtelbar ist.

Description

Verbindersystem, Batteriemodul, Verfahren zum Ausbilden eines Abgriffes und Betriebsvorrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindersystem, ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Ausbilden eines Abgriffes sowie eine Betriebsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verbindersystem für ein
Batteriemodul, ein Batteriemodul für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ein Verfahren zum Ausbilden eines leistungsübertragenden Abgriffes eines
Batteriemoduls sowie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Im Bereich der Fahrzeugtechnik, aber auch bei anderen Arbeits- oder
Betriebsvorrichtungen, werden vermehrt Batteriemodule aus einer Mehrzahl von Einzelzellen zur Energieversorgung eingesetzt. Neben elektrischen Kontakten zu einem oder zu mehreren Anschlüssen einer oder mehrerer Einzelzellen des Batteriemoduls, die einem messenden und/oder steuernden Abgriff dienen, sind gerade die elektrischen und leistungsübertragenden Abgriffe zur Versorgung einer zu Grunde liegenden Betriebseinheit einer Arbeits- oder Betriebsvorrichtung mit elektrischer Energie von besonderem Interesse. Die dabei eingesetzten Zellverbinder sind einer besonderen thermischen und/oder mechanischen Beanspruchung, insbesondere mit Wechsellasten, ausgesetzt.
Einerseits müssen im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit qualitativ hochwerte Materialien eingesetzt werden, wodurch entsprechende Kosten entstehen. Andererseits müssen die eingesetzten Zellverbinder auch in der Lage sein, thermo-mechanische Belastungen aufzunehmen oder zu kompensieren, die zum Beispiel durch die thermischen Wechsellasten und die damit
einhergehenden Volumenänderungen in den Einzelzellen eines Batteriemoduls entstehen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verbindersystem, ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Ausbilden eines Abgriffes, sowie eine
Betriebsvorrichtung zu schaffen, bei welchen bei einem möglichst geringen Materialaufwand beim Ausbilden von Kontakten für einen leistungsübertragenden Abgriff ein besonders hohes Maß an Zuverlässigkeit erreicht wird.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verbindersystem erfindungsgemäß den mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 , bei einem Batteriemodul erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
unabhängigen Patentanspruches 9, bei einem Verfahren zum Ausbilden eines Abgriffes erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruches 10 sowie bei einer Betriebsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verbindersystem für ein Batteriemodul geschaffen mit einer Mehrzahl von Zellverbindern verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen zur Ausbildung eines oder mehrerer elektrischer Kontakte zu einem oder zu mehreren Anschlüssen einer oder mehrerer Einzelzellen des Batteriemodules, insbesondere für einen leistungsübertragenden Abgriff. Dabei ist jeder
Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps dazu ausgebildet, eine größere Mehrzahl Anschlüsse von Einzelzellen elektrisch zu verbinden als die Mehrzahl Anschlüsse, welche durch jeden Zellverbinder eines vorangehenden Zellverbindertyps verbindbar ist. Ferner ist jeder Zellverbinder eines
vorangehenden Zellverbindertyps auf einem Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps in einer Montagerichtung Z senkrecht zu einer
Haupterstreckungsnchtung X der Zellverbinder stapelbar und/oder schachtelbar. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist der Aufbau eines
leistungsübertragenden Abgriffes bei einer Mehrzahl von Einzelzellen eines Batteriemoduls mit mehreren Zellverbindern in kaskadierender Art und Weise möglich. Das bedeutet, dass durch das Übereinanderstapeln und/oder
Schachteln von Zellverbindern unterschiedlicher Zellverbindertypen durch eine Mehrlagigkeit an gewünschter Stelle, zum Beispiel in der Nähe des leistungsübertragenden Abgriffes die maximal übertragbare Stromdichte durch eine entsprechende Steigerung des wirksamen Leiterquerschnitts unterstützt wird. Dagegen ist zum Beispiel in Randbereichen des Batteriemoduls das Stromleitungsvermögen weniger übereinander gestapelter Zellverbinder oder gar eines einzigen Zellverbinders ausreichend ist. Durch eine entsprechende Kombination verschiedener Zellverbinder unterschiedlichen Typs lassen sich beliebige Abgriffskonfigurationen mit hoher Zuverlässigkeit und bei einem reduzierten Materialaufwand erreichen.
Ein besonders hohes Maß an Materialeinsparung beim Ausbilden
leistungsübertragender Abgriffe ergibt sich, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindersystems dieses eine Anzahl n verschiedener aufeinanderfolgender Zellverbindertypen aufweist und jeder Zellverbinder eines Zellverbindertyps j - mit j von 1 bis n - ausgebildet ist, eine Mehrzahl von 2j Anschlüssen von Einzelzellen elektrisch zu verbinden.
Im Hinblick auf den produktionstechnischen Aufwand und die Lagerhaltung lassen sich besonders einfache Verhältnisse erzielen, wenn jeder Zellverbinder eines Zellverbindertyps j in der Haupterstreckungsnchtung X der Zellverbinder eine - insbesondere linear angeordnete Abfolge - einer Mehrzahl von insbesondere 2j - Kontaktabschnitten und von 2j-1 Ausgleichsabschnitten aufweist und wenn in der Haupterstreckungsnchtung der Zellverbinder je zwei aufeinanderfolgende Kontaktabschnitte eines jeden Zellverbinders über einen Ausgleichsabschnitt miteinander verbunden sind.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verbindersystems ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich der Montage und der Handhabung, wenn die Kontaktabschnitte der Zellverbinder eines Zellverbindertyps und insbesondere sämtlicher Zellverbindertypen gleich ausgebildet sind,
insbesondere nach Art einer planaren Platte, in Trapezform, in Form einer Kombination aus Trapezform und Rechteckform, in Pyramidenform, in
Rechteckform, mit einer längeren Kante entlang der Haupterstreckungsnchtung X des Zellverbinders und/oder einer kürzeren Kante entlang einer Nebenerstreckungsrichtung Y, orthogonal zur Haupterstreckungsrichtung X des Zellverbinders und zur Montagerichtung Z.
Obwohl die einzelnen Zellverbinder eines Zellverbindertyps an bestimmte geometrische Erfordernisse der Einzelzellen, der Anschlüsse und/oder des Moduls und je nach Anwendung angepasst werden können, ist es im Hinblick auf die Ökonomisierung des zu Grunde liegenden Herstellungsverfahrens und der Montage besonders vorteilhaft, wenn die Ausgleichsabschnitte der Zellverbinder eines Zellverbindertyps gleich, symmetrisch und/oder formähnlich zueinander ausgebildet sind.
Ein inniger Zusammenhalt übereinander anzuordnender Zellverbinder unterschiedlicher Zellverbindertypen und die Zuverlässigkeit bei thermischen Wechsellasten lassen sich erreichen oder weiter steigern, wenn gemäß einer anderen Fortbildung des erfindungsgemäßen Verbindersystems die
Ausgleichsabschnitte der Zellverbinder unterschiedlicher Zellverbindertypen derart formähnlich zueinander ausgebildet sind, dass ein Ausgleichsabschnitt eines Zellverbinders eines vorangehenden Zellverbindertyps in einem
Ausgleichsabschnitt eines Zellverbinders eines nachfolgenden Zellverbindertyps zumindest teilweise aufnehmbar ist.
Um thermische Wechsellasten besonders zuverlässig aufnehmen und/oder kompensieren zu können, ist es bei einer anderen Fortbildung des
erfindungsgemäßen Verbindersystems vorgesehen, dass ein jeweiliger
Ausgleichsabschnitt ein - insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung X des Zellverbinders - elastisches Element aufweist oder bildet.
Um die Stapelbarkeit übereinander anzuordnender Verbinder unterschiedlicher Verbindertypen zu ermöglichen, sind grundsätzlich sämtliche kooperierenden Formen, insbesondere der Ausgleichsabschnitte, denkbar. Besonders einfache Verhältnisse stellen sich jedoch dann ein, wenn ein jeweiliger
Ausgleichsabschnitt zumindest teilweise nach Art einer Wellenform oder
Halbwellenform, U-Form, V-Form, Glockenform, konvex von einer Unterseite und/oder konkav von einer Oberseite des jeweiligen Ausgleichsabschnittes in der Montagerichtung Z ausgebildet ist. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein
Batteriemodul geschaffen. Dieses ist ausgebildet mit einer Mehrzahl von
Einzelzellen jeweils mit ersten und zweiten Anschlüssen und mit Zellverbindern eines erfindungsgemäßen Verbindersystems. Dabei sind zu mehreren
Anschlüssen der Einzelzellen des Batteriemoduls mittels mehrerer Zellverbinder verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen des Verbindersystems elektrische Kontakte für einen leistungsübertragenden Abgriff ausgebildet, wobei jeweilige Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps eine größere Mehrzahl Anschlüsse von Einzelzellen elektrisch verbinden als die Mehrzahl Anschlüsse, welche durch einen jeweiligen Zellverbinder eines vorangehenden Zellverbindertyps verbunden sind. Ferner ist ein jeweiliger Zellverbinder eines vorangehenden Zellverbindertyps auf einem Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps in Montagerichtung Z senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung X der Zellverbinder gestapelt und/oder geschachtelt oder unmittelbar mit Anschlüssen von Einzelzellen kontaktiert.
Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zum Ausbilden eines leistungsübertragenden Abgriffes eines
Batteriemoduls geschaffen. Dabei ist das Batteriemodul ausgebildet mit einer Mehrzahl von Einzelzellen, welche Anschlüsse aufweisen. Das Verfahren weist die Schritte auf: (A) Bereitstellen von Zellverbindern eines erfindungsgemäßen Verbindersystems und (B) Ausbilden elektrischer Kontakte zu mehreren
Anschlüssen der Einzelzellen des Batteriemoduls mittels mehrerer Zellverbinder verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen des Verbindersystems. Dabei wird ein jeweiliger Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps mit einer größeren Mehrzahl Anschlüsse von Einzelzellen elektrisch verbunden als der Mehrzahl Anschlüsse, welche durch einen jeweiligen Zellverbinder eines vorangehenden Zellverbindertyps verbunden wird. Ferner wird ein jeweiliger Zellverbinder eines vorangehenden Zellverbindertyps auf einem Zellverbinder eines nachfolgenden Zellverbindertyps in Montagerichtung Z senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung X der Zellverbinder gestapelt und/oder geschachtelt oder unmittelbar mit Anschlüssen von Einzelzellen kontaktiert. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Betriebsvorrichtung und insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug geschaffen. Die erfindungsgemäße Betriebsvorrichtung ist mit einem elektrischen Betriebsmittel, insbesondere einem Antrieb ausgebildet. Ferner ist ein
Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, durch welches das Betriebsmittel mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Figuren 1 bis 5 zeigen in schematischer Draufsicht und teilweise in
Explosionsdarstellung erfindungsgemäße Batteriemodule, bei welchen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zellverbindersystems zum Einsatz kommen.
Figuren 6 bis 1 1 zeigen in schematischer Darstellung verschiedene
Ausführungsformen von Zellverbindern, die Bestandteile erfindungsgemäßer Verbindersysteme sind.
Figuren 12 und 13 zeigen in schematischer Seitenansicht zwei verschiedene
Montagezustände, die bei der Verwendung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verbindersystems erreicht werden.
Figuren 14 bis 16 illustrieren in schematischer Seitenansicht mechanische
Aspekte von Zellverbindern einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindersystems.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 16
Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und
Komponenten wiedergegeben. Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Figur 1 zeigt in schematischer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindersystems 100.
Das in Figur 1 dargestellte Batteriemodul besteht aus einem Gehäuse 2, in dessen Inneren eine Mehrzahl von Einzelzellen 5 aufgenommen ist. Jede Einzelzelle 5 besitzt einen ersten Anschluss 6, zum Beispiel einen Minuspol, und einen zweiten Anschluss 7, zum Beispiel einen Pluspol. Bei der Darstellung gemäß Figur 1 sind der Minuspol und der Pluspol direkt benachbarter
Einzelzellen 5 miteinander nach Art einer Reihenschaltung verbunden, so dass an den vorgesehenen ersten und zweiten Modulanschlüssen 9-1 bzw. 9-2 als Betriebsspannung die Summe der Einzelspannungen der Einzelzellen 5 des Batteriemoduls 1 abgegriffen werden kann.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform wird zur Verbindung direkt zueinander benachbarter Einzelzellen 5 als Zellverbinder 8 des
erfindungsgemäßen Verbindersystems 100 ein erster Zellverbindertyp 80-1 verwendet, der dazu ausgebildet ist, genau zwei direkt benachbarte Einzelzellen 5 miteinander für einen leistungsübertragenden Abgriff mittels der ersten und zweiten Modulanschlüsse 9-1 und 9-2 zu verbinden.
Aus Figur 1 ist noch zu erkennen, dass sich die Zellverbinder 8 in einer Hauptoder Längserstreckungsrichtung X erstrecken, welche mit der x-Richtung übereinstimmt. Zusammen mit der Erstreckung in der Nebenerstreckungsnchtung oder Querrichtung Y, die bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 parallel zur y- Richtung verläuft, nehmen die Zellverbinder 8 vom ersten Typ 80-1 in Draufsicht in etwa die Form eines Rechtecks an.
Sämtliche Zellverbinder 8 des ersten Typs 80-1 des Verbindersystems 100 sind hier identisch ausgebildet und besitzen erste und zweite Kontaktabschnitte 81 und einen dazwischen vorgesehenen Ausgleichsabschnitt 82, welcher die Kontaktabschnitte 81 miteinander verbindet. Die Kontaktabschnitte 81 selbst sind mit den jeweiligen Anschlüssen 6 bzw. 7 der direkt zueinander benachbarten Einzelzellen 5 des Batteriemoduls 1 elektrisch verbunden, entweder unmittelbar oder unter Verwendung eines Kontaktmittels.
Die Figuren 2 und 3 zeigen in schematischer Draufsicht bzw. nach Art einer Explosionsdarstellung eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 bzw. die Konfiguration einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verbindersystems 100, die bei dem Batteriemodul 1 aus Figur 2 Anwendung finden kann.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul 1 gemäß Figur 2 weist wiederum eine Mehrzahl von Einzelzellen 5 auf. Diese sind - im Vergleich zu der
Ausführungsform gemäß Figur 1 - nunmehr so ausgerichtet, dass ihre beiden ersten Anschlüsse 6 oder Minuspole auf einer Seite des Gehäuses 2 des Moduls 1 zur Anlage kommen und sich daneben zwei zweite Anschlüsse 7 oder Minuspole befinden. Um einen parallelen Abgriff mit einer entsprechenden Leistungssteigerung durch Erhöhung des maximal abgebbaren Stroms zu erreichen, findet bei der Anordnung gemäß Figur 2 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindersystems 100 Anwendung.
Bei diesem kommen Zellverbinder 8 eines ersten Typs 80-1 und Zellverbinder 8 eines zweiten Typs 80-2 zum Einsatz.
Zuunterst und in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit den ersten Anschlüssen 6 und den zweiten Anschlüssen 7 wird der Zellverbinder 8 des zweiten Typs 80-2 oder der zweiten Art zur Kontaktierung von vier ersten bzw. zweiten Anschlüssen 6 bzw. 7 der vier Einzelzellen 5 ausgebildet.
Wie im Zusammenhang mit Figur 3 deutlich wird, besteht der Zellverbinder 8 der zweiten Art 80-2 im Wesentlichen aus einer rechteckigen Anordnung in
Plattenform mit einer Oberseite 8-1 und einer Unterseite 8-2 sowie einer ersten oder längeren Kante 8-3 in zur x-Richtung parallelen Haupterstreckungsrichtung X und einer zweiten oder kürzeren Kante 8-4 in zur y-Richtung parallelen Nebenerstreckungsrichtung oder Querrichtung Y. Zu erkennen sind des Weiteren die vier Kontaktabschnitte 81 zum Kontaktieren der Anschlüsse 6 der Einzelzellen 5. Die Kontaktabschnitte 81 werden durch Ausgleichsabschnitte 82 miteinander verbunden. Der so gebildete Zellverbinder 8 des zweiten Typs 80-2 kann insbesondere materialeinstückig ausgebildet sein.
Der Zellverbinder 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 hat einen ähnlichen Aufbau wie der Zellverbinder 8 vom zweiten Zellverbindertyp 80-2, besitzt in
Haupterstreckungsrichtung X jedoch eine verringerte Länge und kann folglich in der Haupterstreckungsrichtung X nur mit den zwei zentralen der vier ersten bzw. zweiten Anschlüsse 6 bzw. 7 der Einzelzellen 5 überlappen und so einen Kontakt herstellen.
In der Anwendung gemäß Figur 2 liegt der Zellverbinder 8 vom zweiten
Zellverbindertyp 80-2 zuunterst und im Wesentlichen direkt auf den ersten Anschlüssen 6 der Einzelzellen 5 auf. Auf der Oberseite 8-1 des zuunterst liegenden Zellverbinders 8 vom zweiten Zellverbindertyp 80-2 liegt mit seiner Unterseite 8-2 der Zellverbinder 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 auf.
Um dies zu gewährleisten, sind insbesondere die Ausgleichsbereiche 82 vom zweiten Typ 82-2 beim Zellverbinder 8 des zweiten Zellverbindertyps 80-2 und der Ausgleichsabschnitt 82 vom ersten Typ 82-1 des Zellverbinders 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 so ausgebildet, dass sie ineinander schachtelbar oder stapelbar sind. Diese Eigenschaft wird unten nachfolgend im Zusammenhang mit den weiteren Figuren 6 bis 13 weiter erläutert.
Für einen externen Stromabgriff ist ein entsprechender erster oder zweiter Modulanschluss 9-1 oder 9-2 ausgebildet, welcher alle Zellverbinder 8, hier also insbesondere den Zellverbinder 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 , kontaktiert.
In der Anwendung ist die Einzellage durch den Zellverbinder 8 vom zweiten Zellverbindertyp 80-2 für die außenliegenden Einzelzellen 5 des Batteriemoduls 1 und deren erste Anschlüsse 6 ausreichend, weil hier ausschließlich die außenliegenden Einzelzellen 5 lokal zur gesamten Stromdichte beitragen. Beim externen Abgriff durch den ersten oder zweiten Modulanschluss 9-1 , 9-2 an den außen liegenden Einzelzellen 5 müssen entsprechend Zellverbinder 8 mehrerer der Zellverbindertypen 80-1 , 80-2, 80-3 zum Tragen der Stromdichte kombiniert werden. Dabei können zum Beispiel zwei„halbe" oder in der Erstreckung in X- Richtung reduzierte Zellverbinder 8, z.B. durchgeschnitten in der Y-Richtung am jeweiligen Ausgleichsabschnitt 82 vom Typ 82-2, 82-2, 82-3 eines jeweiligen Zellverbindertyps 80-1 , 80-2, 80-3 Modulanschlüsse 9-1 und 9-2 verwendet werden.
Weiter nach innen kommen dann jedoch die innenliegenden Einzelzellen 5 des Batteriemoduls 1 mit ihrem Beitrag zur Gesamtstromdichte hinzu. Dadurch steigt also lokal die zu erwartende und abgreifbare Stromdichte im zentralen Bereich des Modules 1 an. Folglich ist es an dieser Stelle sinnvoll, insbesondere im Bereich des ersten oder zweiten Modulanschlusses 9-1 , 9-2, eine zweite
Leiterlage durch Vorsehen des zweiten Zellverbinders 8, nämlich des
Zellverbinders 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 , auszubilden, so dass an dieser Stelle im Bereich des ersten oder zweiten Modulanschlusses 9-1 , 9-2 die Gesamtstromdichte durch den erhöhten Leiterquerschnitt getragen werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 4 und 5 wird die Situation hinsichtlich der zu erwartenden maximalen Stromdichte gesteigert, wobei die Anzahl der verwendeten Lagen gegenüber der dargestellten Anzahl auch weiter erhöht werden kann.
Das Batteriemodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aus Figur 4 umfasst sechs Einzelzellen 5 für den gemeinsamen Abgriff zum ersten oder zweiten Modulanschluss 9-1 , 9-2.
Zuunterst angeordnet ist ein Zellverbinder 8 eines dritten Zellverbindertyps 80-3, welcher in der Haupterstreckungsrichtung X eine Ausdehnung besitzt, die einen Abgriff der sechs ersten bzw. zweiten Anschlüsse 6 bzw. 7 der sechs
Einzelzellen 5 des Batteriemoduls 1 erlaubt. Der Zellverbinder 8 vom dritten Zellverbindertyp 80-3 liegt direkt auf den ersten und zweiten Anschlüssen 6 bzw. 7 der Einzelzellen 5 des Modules 1 auf.
Von rechts und links nach innen versetzt wird dann ein Zellverbinder 8 vom zweiten Zellverbindertyp 80-2, welcher mit seiner Unterseite 8-2 auf der Oberseite 8-1 des zuunterst liegenden Zellverbinders 8 vom dritten Typ 80-3 und mit diesem gestapelt oder geschachtelt aufliegt, angeordnet. Der Zellverbinder 8 vom zweiten Zellverbindertyp 80-2 hat wie bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 3 in der Haupterstreckungsnchtung X eine Ausdehnung, die einen Überlapp mit vier ersten bzw. zweiten Anschlüssen 6 bzw. 7 der weiter innen liegenden Einzelzellen 5 des Modules 1 erlaubt.
Es schließt sich daran zuoberst ein Zellverbinder 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 an, welcher in der Haupterstreckungsnchtung X eine Ausdehnung besitzt, die einen Überlapp mit den zentralen zwei ersten bzw. zweiten Anschlüssen 6 bzw. 7 der zuinnerst liegenden direkt benachbarten Einzelzellen 5 des Moduls 1 erlaubt. Der Zellverbinder 8 vom ersten Zellverbindertyp 80-1 liegt mit seiner Unterseite 8-2 auf der Oberseite 8-1 des Zellverbinders 8 vom zweiten
Zellverbindertyp 80-2 auf und ist mit diesem gestapelt oder verschachtelt.
Grundsätzlich sind auch Zellverbinder 8 denkbar, die ungeradzahlig viele Anschlüsse 6, 7 von Einzelzellen 5, die in einem Modul 1 direkt zueinander benachbart sind, überdecken und gegebenenfalls kontaktieren.
Bei den hier exemplarisch diskutierten Ausführungsformen in den Figuren 1 bis 5 überdeckt jeder Zellverbindertyp 80-1 , 80-2, 80-3 eine gerade Anzahl von Anschlüssen 6, 7 direkt benachbarter Einzelzellen 5 und besitzt somit eine gerade Anzahl von ersten, zweiten oder dritten Kontaktabschnitten 81 , die insbesondere zueinander identisch ausgebildet sein können, sowie eine ungerade Anzahl von Ausgleichsabschnitten 82 der ersten, zweiten oder dritten Art 82-1 , 82-2 bzw. 82-3.
Um eine Stapelbarkeit und/oder Verschachtelung direkt übereinanderliegender Zellverbinder 8 unterschiedlicher Zellverbindertypen 80-1 , 80-2, 80-3 zu gewährleisten, müssen die entsprechenden ersten bis dritten
Ausgleichsabschnitte 82-1 , 82-2 und 82-3 miteinander kooperierende und/oder ähnliche Formen aufweisen, die eine gegenseitige Aufnahme ineinander ermöglichen. Die Figuren 6 bis 8 zeigen in schematischen Ansichten die geometrischen Details einer Ausführungsform eines Zellverbinders 8, insbesondere vom ersten
Zellverbindertyp 80-1 .
Hier wird insbesondere auf die geometrische Ausgestaltung des
Ausgleichsabschnittes 82-1 hingewiesen. Während der Zellverbinder 8 insgesamt in etwa die Gestalt eines Rechtecks besitzt mit einer in der
Haupterstreckungsrichtung X parallel zur x-Richtung parallelen längeren Kante 8- 3 und einer senkrecht dazu in der Nebenerstreckungsrichtung oder Querrichtung Y parallel zur y-Richtung verlaufenden kürzeren zweiten Kante 8-4 und so definierten Oberseite 8-1 und Unterseite 8-2, erstreckt sich der
Ausgleichsabschnitt 82 als Ausgleichsabschnitt vom ersten Typ 82-1 in der Montagerichtung Z parallel zur z-Richtung nach Art einer Halbwelle, eines Us oder eines abgerundeten Vs. Durch diese geometrische Ausgestaltung des Ausgleichsabschnitts 82 ergibt sich eine gewisse Elastizität in der xy-Ebene und insbesondere in der x-Richtung, durch welche die Volumenarbeit direkt zueinander benachbarter Einzelzellen 5 auf Grund thermischer Wechsellasten und Betriebslasten oder -ausdehnungen abgefangen werden kann, so dass ein Reißen oder Brechen der Kontaktierungen zu den Anschlüssen 6,7 der
Einzelzellen vermieden wird.
Die Figuren 9 bis 1 1 zeigen in schematischer und perspektivischer Seitenansicht entsprechende Details von Zellverbindern 8 vom ersten, zweiten und dritten Zellverbindertyp 80-1 , 80-2 bzw. 80-3.
Bemerkenswert ist dort die geometrische Ausgestaltung der jeweiligen
Ausgleichsabschnitte 82 vom ersten, zweiten und dritten Typ 82-1 , 82-2 und 82-3 in den Figuren 9, 10 bzw. 1 1 , die in dieser Reihenfolge, das heißt mit höherem Zellverbindertyp 80-1 , 80-2,80-3, sowohl eine größere laterale Erstreckung in der X-Richtung als auch eine größere vertikale Erstreckung in der Montagerichtung Z aufweisen, um so ein Ineinanderschachteln direkt übereinanderliegender Zellverbinder 8 vom dritten, zweiten und ersten Zellverbindertyp 80-3, 80-2 bzw. 80-1 in dieser Reihenfolge mit direkt aufeinanderliegenden Kontaktabschnitten 81 zu ermöglichen. Der Vorgang des Ineinanderschachteins und Übereinanderliegens wird im Zusammenhang mit den Figuren 12 und 13 in schematischer Seitenansicht noch einmal dargestellt.
Die Figuren 14, 15 und 16 zeigen die mechanischen Kernelemente der
Zellverbinder 8 vom ersten, zweiten und dritten Zellverbindertyp 80-1 , 80-2 und 80-3 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindersystems 100.
Dabei sind die Kontaktabschnitte 81 im Wesentlichen mechanisch starr und dienen der Kontaktierung an den Anschlüssen 6 oder 7 der Einzelzellen 5 des Modules 1.
Zur Aufnahme der thermomechanischen Wechsellasten besitzen auf Grund ihrer Gestalt die Ausgleichsabschnitte 82 der ersten, zweiten und dritten Art 82-1 , 82-2 bzw. 82-3 elastische Eigenschaften, die durch ein entsprechendes Federelement in den Figuren 14 bis 16 symbolisiert sind.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der nachfolgenden Darlegungen weiter verdeutlicht:
Zellverbinder werden herkömmlicherweise projektspezifisch für genau eine Konfiguration eines Batteriemoduls ausgelegt. Es sind meist einlagige
Zellverbinder im Einsatz. Bei vollflächigen Zellverbindern werden diese auch mehrlagig ausgebildet. Bislang sind höherwertige Parallelschaltungen von prismatischen Zellformaten selten im Einsatz.
Einlagige Zellverbinder bringen hohe Kräfte auf die Anschlüsse oder Terminals der Einzelzellen eines Modules auf.
Mehrlagige Zellverbinder sind mit hohen Kosten verbunden. Insbesondere stellen vollflächig mehrlagige Zellverbinder eine große leitende Querschnittsfläche auch an Stellen zur Verfügung, an denen wegen der auftretenden Stromdichten auch kleinere Querschnittsflächen ausreichend wären.
Auch Montagekosten sind dabei relevant, weil für jede Lage gleichgroße
Werkzeuge benötigt werden. Ein Aspekt der Erfindung ist die Schaffung eines Designs für einen
Zellverbinderbaukasten zur Abbildung mehrerer Zellverschaltungen, z.B. von Parallelschaltungen, durch ein Paketieren von Gleichteilen. Ein Aspekt ist die Verwendung dünnlagiger Zellverbinder 8 die nach dem Matroschka-Prinzip - insbesondere in ihren Ausgleichsabschnitten 82 - ineinander passen.
Dadurch wird es möglich, den lokal jeweils anforderungs- und
verursachungsgerecht notwendigen Leiterquerschnitt zu schaffen.
Kern der Maßnahmen sind die Schaffung einer Gleichteilstrategie und gleichzeitig die Schaffung von flexiblen, mehrlagigen Verbindern 8. Dies führt zu einer Verringerung der Belastung auf die Anschlüsse 6, 7 oder Terminals der Einzelzellen 5, weil die auf die Anschlüsse 6, 7 wirkende Kraft nur von jeweils einer Lage aufgebracht wird, bspw. Von drei Lagen, Wellen oder
Ausgleichsabschnitten 82 links des Anschlusses 6, 7, jedoch nur zwei rechts des Anschlusses 6, 7. Die entstehenden Kräfte heben sich bis zu derjenigen einer Welle oder eines Ausgleichsabschnittes 82 auf.
Ein weitere Vorteil ist die Einsparung von Material und somit eine
Kostenreduktion.
Die Größe des eingesetzten Werkzeugs ist gemäß dem Stromfluss
verursachungsgerecht und somit kleiner als herkömmlich notwendig.
Da die Erfindung für beliebige aber feste Anzahlen an Einzelzellen 5 und somit an zu verschaltenden ersten Anschlüssen 6 oder Pluspolen und zweiten Anschlüssen 7 oder Minuspolen definiert ist, stellen die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen mit den Zellenzahlen 4 bzw. 6 und deren konkrete Verschaltung nur Beispiele dar und sie sollen den Gedanken der Erfindung nicht darauf einschränken.
Allgemein werden bei einer Anzahl n von im Modul 1 verbauten Einzelzellen 5 jeweils ein Anzahl p von Einzelzellen 5 als Gruppe parallel verschaltet und eine Anzahl von s Gruppen dann seriell verschaltet, so dass die Beziehung n = s · p gilt. Ein so genanntes 8s2p-Modul enthält somit 16 Zellen, die paarweise parallel verschaltet sind und ein Modulspannungsniveau von 8 seriellen Zellen entwickeln. Man benötigt immer s-1 Zellverbinder des Typs 80-p sowie 2 Modulanschlüsse 9-1 bzw. 9-2.
Die Modulanschlüsse 9-1 , 9-2 können ähnlich den Zellverbindern 8 ausgeführt sein, da sie bei Parallelschaltungen den gleichen thermomechanischen
Anforderungen wie die Zellverbinder 8 genügen müssen.
Theoretisch können bis n Zellen parallel verschaltet werden.
Es können zwei„halbe" oder in der X-Richtung verkürzte Zellverbinder 8, z.B. durchtrennt am Ausgleichselement 82 vom Typ 82-p, des Typs 80-p mit p = n als Modulanschlüsse 9-1 und 9-2 verwendet werden.
Bezugszeichenliste:
1 Batteriemodul
2 Gehäuse
5 Einzelzelle
6 (erster) Anschluss, Minuspol
7 (zweiter) Anschluss, Pluspol
8 Zellverbinder
8-1 Oberseite
8-2 Unterseite
8-3 längere Kante, Längskante
8- 4 kürzere Kante, Querkante
9- 1 erster Modulanschluss/Stromabgriff 9-2 zweiter Modulanschluss/Stromabgriff
1 1 erster Kontakt (von unten)
12 zweiter Kontakt (von oben)
80-1 erster Zellverbindertyp
80-2 zweiter Zellverbindertyp
80-3 dritter Zellverbindertyp
81 Kontaktabschnitt
82 Ausgleichsabschnitt
82-1 erster Ausgleichsabschnitt
82-2 zweiter Ausgleichsabschnitt
82-3 dritter Ausgleichsabschnitt
Zellverbindersystem, Zellverbindersatz x Raumrichtung X Haupterstreckungsrichtung y Raumrichtung
Y Nebenerstreckungsnchtung z Raumrichtung
Z Montagerichtung, Anordnungsrichtung

Claims

Patentansprüche:
1 . Verbindersystem (100) für ein Batteriemodul (1 ), mit einer Mehrzahl von Zellverbindern (8) verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen (80-1 , 80-2, 80-3) zur Ausbildung eines oder mehrerer elektrischer Kontakte zu einem oder zu mehreren Anschlüssen (6, 7) einer oder mehrerer Einzelzellen (5) des Batteriemoduls (1 ), insbesondere für einen leistungsübertragenden Abgriff (9-1 , 9-2), bei welchem:
- jeder Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) ausgebildet ist, eine größere Mehrzahl Anschlüsse (6, 7) von Einzelzellen (5) elektrisch zu verbinden als die Mehrzahl Anschlüsse (6, 7), welche durch jeden Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) verbindbar ist, und
- jeder Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps j (80-1 , 80-2) auf einem Zellverbinder (8) eines nachfolgenden
Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) in einer Montagerichtung (Z) senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung (X) der Zellverbinder (8) stapelbar und/oder schachtelbar ist.
2. Verbindersystem (100) nach Anspruch 1 ,
- welches eine Anzahl n verschiedener aufeinanderfolgender
Zellverbindertypen (8-1 , 8-2, 8-3) aufweist und
- bei welchem jeder Zellverbinder (8) eines Zellverbindertyps j (80-1 , 80- 2, 80-3) - mit j von 1 bis n - ausgebildet ist, eine Mehrzahl von 2j Anschlüssen (6, 7) von Einzelzellen (5) elektrisch zu verbinden.
3. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem
- jeder Zellverbinder (8) eines Zellverbindertyps j (80-1 , 80-2, 80-3) in einer Haupterstreckungsrichtung (X) des Zellverbinders (8) eine - insbesondere linear angeordnete Abfolge - einer Mehrzahl von - insbesondere 2j - Kontaktabschnitten (81 ) und von 2j-1
Ausgleichsabschnitten (82, 82-1 , 82-2, 82-3) aufweist und
- in der Haupterstreckungsnchtung (X) des Zellverbinders (8) je zwei aufeinanderfolgende Kontaktabschnitte (81 ) eines jeden Zellverbinders (8) über einen Ausgleichsabschnitt (82, 82-1 , 82-2, 82-3) miteinander verbunden sind.
4. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Kontaktabschnitte (81 ) der Zellverbinder (8) eines Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) und insbesondere sämtlicher
Zellverbindertypen (80-1 , 80-2, 80-3) gleich ausgebildet sind,
insbesondere nach Art einer planaren Platte, in Trapezform, in Form einer Kombination aus Trapezform und Rechteckform, in Pyramidenform, in Rechteckform, mit einer längeren Kante (8-3) entlang der
Haupterstreckungsnchtung (X) des Zellverbinders (8) und/oder einer kürzeren Kante (8-4) entlang einer Nebenerstreckungsrichtung (Y), orthogonal zur Haupterstreckungsnchtung (X) des Zellverbinders (8) und zur Montagerichtung (Z).
5. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Ausgleichsabschnitte (82, 82-1 , 82-2, 82-3) der
Zellverbinder (8) eines Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) gleich, symmetrisch und/oder formähnlich zueinander ausgebildet sind.
6. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Ausgleichsabschnitte (82, 82-1 , 82-2, 82-3) der
Zellverbinder (8) unterschiedlicher Zellverbindertypen (80-1 , 80-2, 80-3) derart formähnlich zueinander ausgebildet sind, dass ein
Ausgleichsabschnitt (82, 82-1 , 82-2, 82-3) eines Zellverbinders (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) in einem
Ausgleichsabschnitt (82, 82-1 , 82-2, 82-3) eines Zellverbinders (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) zumindest teilweise aufnehmbar ist.
7. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein jeweiliger Ausgleichsabschnitt (82, 82-1 , 82-2, 82-3) ein
- insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung (X) des Zellverbinder (8) - elastisches Element aufweist oder bildet.
8. Verbindersystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein jeweiliger Ausgleichsabschnitt (82, 82-1 , 82-2, 82-3) zumindest teilweise nach Art einer Wellenform oder Halbwellenform, U- Form, V-Form, Glockenform, konvex von einer Unterseite (8-2) und/oder konkav von einer Oberseite (8-1 ) des jeweiligen Ausgleichsabschnittes (82, 82-1 , 82-2, 82-3) in der Montagerichtung (Z) ausgebildet ist.
9. Batteriemodul (1 ),
mit:
- einer Mehrzahl von Einzelzellen (5) jeweils mit ersten und zweiten Anschlüssen (6, 7) und
- Zellverbindern (8) eines Verbindersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei welchem
- zu mehreren Anschlüssen (6, 7) der Einzelzellen (5) des
Batteriemoduls (1 ) mittels mehrerer Zellverbinder (8) verschiedener aufeinanderfolgenden Zellverbindertypen (80-1 , 80-2, 80-3) des Verbindersystems (100) elektrische Kontakte (1 1 , 12) für einen leistungsübertragenden Abgriff (9-1 , 9-2) ausgebildet sind und
- jeweilige Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80- 1 , 80-2, 80-3) eine größere Mehrzahl Anschlüsse (6, 7) von Einzelzellen (5) elektrisch verbinden als der Mehrzahl Anschlüsse (6, 7), welche durch einen jeweiligen Zellverbinder (8) eines
vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) verbunden sind, und
- ein jeweiliger Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2) auf einem Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps in Montagerichtung (Z) senkrecht zur
Haupterstreckungsnchtung (X) der Zellverbinder (8) gestapelt und/oder geschachtelt ist oder unmittelbar mit Anschlüssen (6, 7) von Einzelzellen (5) kontaktiert ist.
10. Verfahren zum Ausbilden eines leistungsubertragenden Abgriffes (9-1 , 9- 2) eines Batteriemoduls (1 ), welches ausgebildet ist mit einer Mehrzahl von Einzelzellen (5), welche Anschlüsse (6, 7) aufweisen,
mit den Schritten:
- Bereitstellen von Zellverbindern (8) eines Verbindersystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und
- Ausbilden elektrischer Kontakte (1 1 , 12) zu mehreren Anschlüssen (6, 7) der Einzelzellen (5) des Batteriemoduls (1 ) mittels mehrerer Zellverbinder (8) verschiedener aufeinanderfolgenden
Zellverbindertypen (80-1 , 80-2, 80-3) des Verbindersystems (100), wobei:
- ein jeweiliger Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) mit einer größeren Mehrzahl Anschlüsse (6, 7) von Einzelzellen (5) elektrisch verbunden werden als der Mehrzahl Anschlüsse (6, 7), welche durch einen jeweiligen Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2, 80-3) verbunden werden, und
- ein jeweiliger Zellverbinder (8) eines vorangehenden Zellverbindertyps (80-1 , 80-2) auf einem Zellverbinder (8) eines nachfolgenden Zellverbindertyps (80-2, 80-3) in Montagerichtung (Z) senkrecht zur Haupterstreckungsnchtung (X) der Zellverbinder (8) gestapelt und/oder geschachtelt oder unmittelbar mit Anschlüssen (6, 7) von Einzelzellen (5) kontaktiert wird.
1 1. Betriebsvorrichtung, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug
mit:
- einem elektrischen Betriebsmittel, insbesondere einem Antrieb, und - einem Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 9, durch welches das Betriebsmittel mit elektrischer Energie versorgbar ist.
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