AT522337B1 - Vorrichtung mit mehreren, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneten Batteriezellen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung mit mehreren, bezüglich einer Fügeachse (1) parallel zueinander angeordneten Batteriezellen (2) und einem, zwischen den Batteriezellen (2) angeordneten Kontaktblech (3) mit mehreren Ausnehmungen (4) zum umfangseitigen Einfassen der Batteriezellen (2) vorgeschlagen. Damit die Batteriezellen (2) eines Batteriemoduls mit möglichst geringem Materialeinsatz wahlweise in Gruppen parallelgeschaltet werden können, und zwar unabhängig von einer seriellen Kontaktierung an den Zellenendabschnitten, wird vorgeschlagen, dass das Kontaktblech (3) mehrere, die Batteriezellen (2) unter Aussparung eines Umfangsabschnittes (7) einfassende und an Kreuzungspunkten (5) miteinander verbundene Kontaktblechschenkel (6) für je einen Umfangsabschnitt (7) der Batteriezellen (2) aufweist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mehreren, bezüglich einer Fügeachse parallel zueinander angeordneten Batteriezellen und einem, zwischen den Batteriezellen angeordneten Kontaktblech mit mehreren Ausnehmungen zum umfangseitigen Einfassen der Batteriezellen.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum elektrischen Verbinden mehrerer zu ihrer Fügeachse parallel angeordneter Batteriezellen bekannt, bei denen einzelne Batteriezellen eines Batteriemoduls polseitig von Kontaktfedern unter Vorspannung umfasst und mittels eines Kontaktblechs parallelgeschaltet werden (EP3096372A1). Die Kontaktfedern werden dabei mit entgegengesetzten elektrischen Zellenpolen der in Fügerichtung angrenzenden Batteriezellen eines benachbarten Batteriemoduls stoffschlüssig verschweißt. Nachteilig ist daran allerdings, dass die stoffschlüssige Verbindung der einzelnen Batteriezellen den Tausch defekter Batteriezellen behindert und im Assemblierungsprozess zumindest in Bezug auf einen Zellenpol zu einem überbestimmten Kräftesystem führen kann, und dass durch die Anordnung des Kontaktbleches auf beiden Seiten der Batteriezellen eines Batteriemoduls feste Spannungspotentiale vorgegeben sind. Darüber hinaus ist die elektrische Verbindung insofern eingeschränkt, als Plus- und Minuspole der in Fügerichtung aneinander angrenzenden Batteriezellen zweier Batteriemodule gleichzeitig über eine elektrische Verbindung seriell und parallel verschaltet werden. Weiters bedingt die Notwendigkeit eines Parallelblechs und einer Kontaktfeder einen erhöhten Materialeinsatz, den es in Hinblick auf eine ressourcenschonende Herstellung zu vermeiden gilt.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass die Batteriezellen eines Batteriemoduls mit möglichst geringem Materialeinsatz wahlweise in Gruppen parallelgeschaltet werden können, und zwar unabhängig von einer seriellen Kontaktierung an den Zellenendabschnitten.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Kontaktblech mehrere, die Batteriezellen unter Aussparung eines Umfangsabschnittes einfassende und an Kreuzungspunkten miteinander verbundene Kontaktblechschenkel für je einen Umfangsabschnitt der Batteriezellen aufweist. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass Batteriezellen nicht nur über die üblicherweise nach außen geführten endabschnittsseitigen Pole, sondern auch über einen geschälten Batteriezellenmantel kontaktiert werden können. Zufolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen werden nicht alle an das Kontaktblech angrenzenden Batteriezellen miteinander parallel verschaltet, sondern nur jene, die an einem der Kontaktblechschenkel anliegen. Im Bereich der ausgesparten Umfangsabschnitte können Batteriezellen aneinandergrenzen, ohne dass es aufgrund des Kontaktbleches zu einer Parallelischaltung kommt. Die Batteriezellen derart elektrisch getrennter Gruppen können beispielsweise an den endabschnittsseitigen Polen seriell miteinander verbunden werden, sodass innerhalb eines diese Gruppen umfassenden Batteriemoduls unterschiedliche Spannungsniveaus vorherrschen können. Durch den ausgesparten Umfangsabschnitt ergibt sich darüber hinaus ein reduzierter Materialaufwand, und zwar nicht nur in den Batteriezellenzwischenräumen, sondern insbesondere auch im Randbereich, der bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform freibleiben kann, sodass die Batteriezellen nicht von einem äußeren Ring aus Kontaktblechschenkeln umschlossen werden.

[0005] Damit eine mechanische Überbestimmung des Kräftesystems der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktblechschenkel schleifenfrei entlang einer Hauptrichtung in einer offenen Kette angeordnet sind, von der Querzweige schleifenfrei abstehen. Entlang der Hauptrichtung, bei der es sich vorzugsweise um die längste Ausdehnung aneinandergereihter Kontaktschenkel handelt, können somit in einfacher Weise Batteriezellen parallelgeschaltet werden, wobei durch eine Anderung der Hauptrichtung innerhalb eines Batteriemoduls auch größere Batteriezellengruppen miteinander verbunden werden können. Schleifenfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass innerhalb der zusammenhängenden Kontaktblechschenkel keine geschlossenen Ringstrukturen gebildet werden.

[0006] Eine besonders effiziente Materialnutzung ergibt sich, wenn jeder Kontaktblechschenkel

zwei sich bezüglich des Kontaktblechschenkels gegenüberliegende Batteriezellen einfasst. Dies hat den weiteren Vorteil, dass der Batteriezellenschenkel auf diese Weise zwischen den Batteriezellen eingeklemmt werden kann, sodass zusätzliche Befestigungsmittel verzichtbar sind.

[0007] Um die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Kontaktbleches zu erhöhen und gleichzeitig eine Anpassung an den konkreten Batteriezellenquerschnitt vornehmen zu können, empfiehlt es sich, dass sich die Kontaktblechschenkel zur Anpassung ihrer in Längsrichtung verlaufenden Seitenflächen an den Querschnitt der angrenzenden Batteriezellen zu den beiden Endabschnitten der Kontaktblechschenkel erweitern. Die Endabschnitte bilden dabei die Kreuzungspunkte zwischen aneinander anschließenden Kontaktblechschenkeln, sodass die Erweiterung in diesem Bereich zu einem verhältnismäßig geringen Materialmehraufwand führt. Insbesondere im Fall von zylindrischen Batteriezellen mit rundem Querschnitt ergibt sich in diesem Zusammenhang der Vorteil, dass der Zwischenraum der Batteriezellen bei einer Anordnung in Form einer dichtesten Kreispackung ausgesteift wird, womit sich insgesamt die mechanische Stabilität der aneinandergefügten Batteriezellen erhöht.

[0008] Um den benötigten Materialaufwand weiter zu reduzieren und das Kontaktblech an einem Träger beispielsweise eines Batteriemoduls fixieren zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktblechschenkel an ihren beiden Endabschnitten jeweils eine Durchtrittsöffnung zum Fixieren des Kontaktbleches auf diesem Träger aufweisen. Der Träger kann hierzu beispielsweise Rastfortsätze umfassen, die in die Durchtrittsöffnungen eingeführt werden und diese unter Vorspannung hintergreifen. Für den Fall, dass ein erfindungsgemäßes Kontaktblech in einem Endlosband hergestellt wird, haben diese Durchtrittsöffnungen den weiteren Vorteil, dass ein Durchtrennen des Bandes an der Stelle der Durchtrittsöffnungen auf Grund der Materialschwächung erleichtert wird und sich gleichzeitig vorbestimmte Geometrien für das Kontaktblech ergeben.

[0009] Zur verwindungsfreien Einleitung der für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung erforderlichen Anpresskräfte in das Kontaktblech können je Ausnehmung an wenigstens zwei Endabschnitten der angrenzenden Kontaktblechschenkel in die Ausnehmung ragende Kontaktzungen vorgesehen sein, die in Bezug auf einen in die Ausnehmung eingeschriebenen Kreis wenigstens um 120° zueinander versetzt sind. Auf diese Weise heben sich die auftretenden Federkräfte vektoriell zu einem großen Teil auf, während die verbleibenden Kräfte vorzugsweise durch zwei bezüglich eines Endabschnittes gegenüberliegende Kontaktzungen oder eines einer Kontaktzunge bezüglich eines Endabschnittes gegenüberliegenden Kontaktblechschenkels aufgenommen werden können. Somit kann die erforderliche Materialstärke des Kontaktblechs und die Notwendigkeit seiner Abstützung besonders geringgehalten werden.

[0010] Im Fall von zylinderförmigen Batteriezellen mit rundem Querschnitt ergeben sich besonders vorteilhafte Kontaktierungsbedingungen, wenn jede Batteriezelle unter Aussparung eines ihrer Umfangsabschnitte von wenigstens zwei und höchsten vier Kontaktblechschenkeln eingefasst ist.

[0011] Zum Verbinden von sechs aneinander angrenzenden Batteriezellen hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kontaktblech sechs Ausnehmungen ausbildet, wobei zwei Ausnehmungen von zwei Kontaktblechschenkeln, weitere zwei Ausnehmungen von drei Kontaktblechschenkeln und die restlichen zwei Ausnehmungen von vier Kontaktblechschenkeln begrenzt sind. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass in einem Batteriemodul mehrere Kontaktbleche in einer Ebene ohne elektrische Verbindung zueinander oder aber mehrere Kontaktbleche in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein können, wobei in diesem Fall die einzelnen Kontaktbleche über den elektrisch leitenden Mantel einer gemeinsamen Batteriezelle miteinander verbindbar sind.

[0012] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0013] Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zur Veranschaulichung nur teilweise eingesetzten Batteriezellen und

[0014] Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht dieser Vorrichtung. [0015] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist, wie aus den Figs.1 und 2 zu entnehmen ist,

mehrere, bezüglich einer Fügeachse 1 parallel zueinander angeordnete Batteriezellen 2 auf, die über ein zwischen diesen Batteriezellen 2 angeordnetes Kontaktblech 3 miteinander kontaktiert sind. Das Kontaktblech 3 bildet mehrere Ausnehmungen 4 zum umfangseitigen Einfassen der Batteriezellen 2 aus. Hierzu besteht das Kontaktblech 3, wie insbesondere der Fig. 2 entnommen werden kann, aus mehreren an Kreuzungspunkten 5 miteinander verbundenen Kontaktblechschenkeln 6. Diese Kontaktblechschenkel 6 sind jeweils einem Umfangsabschnitt 7 einer angrenzenden Batteriezelle 2 zugeordnet, und fassen diese unter Aussparung wenigstens eines Umfangsabschnittes 7 der angrenzenden Batteriezelle 2 ein.

[0016] In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird jede Batteriezelle 2 von mindestens 2 und höchstens 4 Kontaktblechschenkeln 6 eingefasst, sodass zwischen 4/6 und 2/6 des Umfanges der Batteriezellen uneingefasst frei bleiben.

[0017] In der dargestellten Ausführungsform treffen an den Kreuzungspunkten 5 jeweils drei Kontaktblechschenkel 6 mit ihren einen Endabschnitten aneinander. Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich, sind die Kontaktblechschenkel 6 so über die Kreuzungspunkte 5 miteinander verbunden, dass sie in Hauptrichtung 8 eine offene Kette ausbilden, wobei an jedem Kreuzungspunkt 5 ein als Querzweig 9 fungierender Kontaktblechschenkel 6 schleifenfrei absteht. Schleifenfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass am Ende jeder Kette ein Kontaktschenkel 6 nur an einem ihrer Endabschnitte mit anderen Kontaktschenkeln 6 verbunden ist.

[0018] Um eine dichte Packung der Batteriezellen 2 zu erzielen und gleichzeitig den Anforderungen einer effizienten Materialnutzung zu genügen, fasst jeder Kontaktblechschenkel 6 zwei sich bezüglich des Kontaktblechschenkels 6 gegenüberliegende Batteriezellen 2 ein.

[0019] Zum Schutz gegen etwaige eintretende Torsionsmomente während des Betriebs und zur Anpassung ihrer in Längsrichtung verlaufenden Seitenfläche 10 an den Querschnitt der angrenzenden Batteriezellen 2 können sich die Kontaktblechschenkel 6 zu ihren Endabschnitten hin erweitern.

[0020] Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Kombination mit anderen Komponenten in einem Batteriemodul eingesetzt werden. Um das Zusammenfügen des Kontaktbleches 3 mit einem Träger zu erleichtern, können die Kontaktblechschenkel 6 an ihren beiden Endabschnitten Durchtrittsöffnungen 11 aufweisen, die als Aufnahme für beispielsweise Rastfortsätze des Trägers dienen.

[0021] Für eine zuverlässige Kontaktierung der Batteriezellen 2 sind je Ausnehmung 4 an wenigstens zwei Endabschnitten der umliegenden Kontaktblechschenkel 6 in die Ausnehmung 4 ragende Kontaktzungen 12 vorgesehen. Die Ausnehmungen 4 können je nach dem, von wie vielen Kontaktblechschenkeln sie begrenzt sind, verschiedene Ausführungsformen ausbilden: Gemäß einer ersten Ausführungsform kann eine Ausnehmung 4 von zwei Kontaktblechschenkeln 6 begrenzt sein. In diesem Fall ragen zwei Kontaktzungen 12 in die Ausnehmung 4, die in Bezug auf einen in die Ausnehmung 4 eingeschriebenen Kreis um 120° zueinander versetzt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Ausnehmungen 4 von drei Kontaktblechschenkein 6 begrenzt sein, wobei sich die in die Ausnehmung 4 ragenden Kontaktzungen 12 gegenüberliegen, also 180° zueinander versetzt sind. Gemäß einer dritter Ausführungsform können die Ausnehmungen 4 von vier Kontaktblechschenkeln 6 begrenzt sein. Für diesen Ausführungsform können drei um jeweils 120° zueinander versetzte Kontaktzungen 12 vorgesehen sein. Es versteht sich dabei von selbst, dass in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere unterschiedliche Ausführungsformen verwirklicht sein können.

[0022] Besonders vorteilhafte Montagebedingungen ergeben sich, wenn das Kontaktblech 3 sechs Ausnehmungen 4 ausbildet, wobei jeweils zwei Ausnehmungen 4 einer oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sind.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Vorrichtung mit mehreren, bezüglich einer Fügeachse (1) parallel zueinander angeordneten Batteriezellen (2) und einem, zwischen den Batteriezellen (2) angeordneten Kontaktblech (3) mit mehreren Ausnehmungen (4) zum umfangseitigen Einfassen der Batteriezellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (3) mehrere, die Batteriezellen (2) unter Aussparung eines Umfangsabschnittes (7) einfassende und an Kreuzungspunkten (5) miteinander verbundene Kontaktblechschenkel (6) für je einen Umfangsabschnitt (7) der Batteriezellen (2) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktblechschenkel (6) schleifenfrei entlang einer Hauptrichtung (8) in einer offenen Kette angeordnet sind, von der Querzweige (9) schleifenfrei abstehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktblechschenkel (6) zwei sich bezüglich des Kontaktblechschenkels (6) gegenüberliegende Batteriezellen (2) einfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kontaktblechschenkel (6) zur Anpassung ihrer in Längsrichtung verlaufenden Seitenflächen (10) an den Querschnitt der angrenzenden Batteriezellen (2) zu den beiden Endabschnitten der Kontaktblechschenkel (6) erweitern.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktblechschenkel (6) an ihren beiden Endabschnitten jeweils eine Durchtrittsöffnung (11) zum Fixieren des Kontaktbleches (3) auf einem Träger aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je Ausnehmung (4) an wenigstens zwei Endabschnitten der angrenzenden Kontaktblechschenkel (6) in die Ausnehmung ragende Kontaktzungen (12) vorgesehen sind, die in Bezug auf einen in die Ausnehmung (4) eingeschriebenen Kreis wenigstens um 120° zueinander versetzt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Batteriezelle (2) unter Aussparung eines ihrer Umfangsabschnitte (7) von wenigstens zwei und höchsten vier Kontaktblechschenkeln (6) eingefasst ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (3) sechs Ausnehmungen (4) ausbildet, wobei zwei Ausnehmungen (4) von zwei Kontaktblechschenkeln (6), weitere zwei Ausnehmungen (4) von drei Kontaktblechschenkein (6) und die restlichen zwei Ausnehmungen (4) von vier Kontaktblechschenkeln (6) begrenzt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen