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DE102022205774A1 - Busbar-Element, Anordnung aus mit Hilfe von solchen Busbar-Elementen miteinander verschalteten Zellpolen von Batteriezellen sowie Verfahren zum Verbinden von Zellpolen - Google Patents

Busbar-Element, Anordnung aus mit Hilfe von solchen Busbar-Elementen miteinander verschalteten Zellpolen von Batteriezellen sowie Verfahren zum Verbinden von Zellpolen Download PDF

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DE102022205774A1
DE102022205774A1 DE102022205774.0A DE102022205774A DE102022205774A1 DE 102022205774 A1 DE102022205774 A1 DE 102022205774A1 DE 102022205774 A DE102022205774 A DE 102022205774A DE 102022205774 A1 DE102022205774 A1 DE 102022205774A1
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DE
Germany
Prior art keywords
busbar
elements
coupling element
cell
coupling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022205774.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Alexander Greinert
Lukas Kwoczek
Naveen Kumar Soundararajan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Busbar-Element mit einem Grundkörper (20), der einen flächigen Kontaktbereich (22) zur Kontaktierung eines Zellpols (14) einer Batteriezelle (12) aufweist, mit einem ersten Kupplungsbereich, der ein erstes Kupplungselement (24) aufweist, und mit einem zweiten Kupplungsbereich, der ein zweites Kupplungselement (28) aufweist, wobei das erste Kupplungselement (24) und das zweite Kupplungselement (28) derart komplementär zueinander ausgebildet sind, dass das erste Kupplungselement (24) mit einem zweiten Kupplungselement (28) eines zweiten, identisch ausgebildeten Busbar-Elements (18) kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung aus mit Hilfe von solchen Busbar-Elementen (18) miteinander verschalteten Zellpolen (14) von Batteriezellen (12) sowie ein Verfahren zum Verbinden von Zellpolen (14).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Busbar-Element, eine Anordnung mehrerer Busbar-Elemente zum Verschalten von Zellpolen von mindestens zwei Batteriezellen, insbesondere von Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zum Verbinden von Zellpolen von mindestens zwei Batteriezellen mit Hilfe von Busbar-Elementen. Insbesondere betrifft die Erfindung Antriebsenergiespeicher von Kraftfahrzeugen mit einer Vielzahl von Batteriezellen mit jeweils mindestens einem Zellpol, wobei die Zellpole zumindest teilweise mit Hilfe von mehreren Busbar-Elementen miteinander verschaltet sind. Es wird auch auf Kraftfahrzeuge mit erfindungsgemäßen Busbar-Elementen bzw. mit einer erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung Busbar-Elemente für Batteriezellen eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges. Solche Batteriezellen können ein formstabiles Batteriezellgehäuse aufweisen, welches meist prismatisch (z.B. quaderförmig oder zylindrisch) ausgebildet ist. Die Batteriezellen können aber auch eine elastisch verformbare Umhüllung aufweisen, wie beispielsweise bei Pouch-Zellen. Die Erfindung betrifft vorzugsweise Batteriezellen mit formstabilem Batteriegehäuse, insbesondere solche mit zwei Zellpolen, die entweder beide an der gleichen Batteriegehäuseseite angeordnet sind oder auf gegenüberliegenden Seiten des Batteriegehäuses.
  • Unter einer Batteriezelle im Sinne der Erfindung sind insbesondere solche Batteriezellen zu verstehen, welche bestimmungsgemäß in einem Antriebsenergiespeicher (auch Traktionsbatterie) eines Fahrzeuges verwendet werden. Derartige Batteriezellen weisen häufig eine Zellspannung von 1,5 V bis 10 V und bevorzugt 2,5 V bis 4,5 V auf.
  • In Bezug auf prismatische Batteriezellen wird insbesondere auf Batteriezellgehäuse verwiesen, die eine Länge von 100 mm bis 300 mm, bevorzugt 180 mm bis 280 mm aufweisen. Die Breite einer solchen prismatischen Batteriezelle beträgt insbesondere 50 mm bis 150 mm, bevorzugt 80 mm bis 120 mm. Die Höhe einer prismatischen Batteriezelle beträgt vorzugsweise 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 20 mm bis 40 mm.
  • In Bezug auf die Verwendung der Begriffe Länge und Breite im Zusammenhang mit Batteriezellen wurde vorstehend als Länge die größte Dimension, als Breite die zweitgrößte Dimension und als Höhe die kleinste Dimension bezeichnet, und zwar unabhängig davon, wie die Batteriezellen in einem Batteriegehäuse in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind. In der Praxis ist die sich in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckende Höhe oft die zweitgrößte Längendimension. In diesem Fall weisen die Batteriezellen einen langen Grundkörper mit einer relativ geringen, sich in horizontaler Richtung senkrecht zur Längsrichtung erstreckenden Breite und eine im Vergleich zur Breite größeren, sich in Fahrzeughochrichtung erstreckenden Höhe auf.
  • Batteriezellen im Sinne der Erfindung weisen vorzugsweise ein Gewicht von 1 kg bis 10 kg auf, besonders bevorzugt 1 kg bis 5 kg und weiter bevorzugt 1,5 kg bis 2,5 kg.
  • Die Zellpole der Batteriezellen, auf welche sich die Erfindung insbesondere bezieht, ragen üblicherweise als flächige Elemente, z.B. in Form von zylindrischen oder quaderförmigen Vorsprüngen, aus dem jeweiligen Batteriegehäuse heraus.
  • In der Praxis werden mehrere, wie vorstehend beschriebene Batteriezellen häufig mit Hilfe von Zellverbindern in Form von großflächigen Platten zu einem Antriebsenergiespeicher oder zu einem Batteriemodul für einen Antriebsenergiespeicher zusammengeschaltet, indem an den Zellverbindern vorgesehenen Verbindungsbereiche mit den miteinander zu verbindenden Zellpolen verbunden werden. Dies erfolgt häufig durch Verschweißen. Nachteilig an den bekannten verschweißten Zellverbindern ist, dass der Austausch oder die Inspektion einer einzelnen Batteriezelle mit hohem Aufwand verbunden ist, da hierfür alle oder zumindest eine große Zahl an Schweißverbindungen gelöst und somit zerstört werden müssen.
  • Aus US 2021/0280949 A1 ist ein als „busbar frame“ bezeichneter Busbar-Rahmen bekannt, der eine Vielzahl von Aussparungen zur Anordnung von als „electrode leads“ bezeichneten Elektroden aufweist. Dabei weist der Busbar-Rahmen eine Vielzahl von im Querschnitt u-förmig ausgebildeten Elementen auf. Wie der Busbar-Rahmen im Detail hergestellt sein soll, ist nicht offenbart. Auch wird nicht Bezug genommen auf einzelne Busbar-Elemente im Sinne der Erfindung.
  • Aus US 2020/0020913 A1 ist ein flächig ausgebildetes Verbindungsmodul mit Busbar-Modulen bekannt. Dabei besteht jedes Busbar-Modul aus einer als „sheet member“ bezeichneten Platte, an welcher eine Vielzahl einzelner Busbar-Elemente befestigt sind. Die Busbar-Elemente sind ebenfalls aus flachen, ebenen Plättchen gebildet, welche Kupplungselemente in Form von Durchgangsöffnungen zur Aufnahme von Zellpolen einer Batteriezelle und Kupplungselemente in Form von Durchgangsöffnungen zur Herstellung der Verbindung zu der Platte aufweisen. Die Busbar-Elemente sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Nietelementen mit der Platte verbunden. An der Platte sind auch Längenausgleichselemente vorgesehen, die als „extension and contraction portions“ bezeichnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Busbar-Element, eine Anordnung aus solchen mit Hilfe von Busbar-Elementen miteinander verschalteten Zellpolen von Batteriezellen sowie ein Verfahren zum Verbinden von Zellpolen von mindestens zwei Batteriezellen mittels Busbar-Elementen zur Verfügung zu stellen, welche eine zeitökonomische Montage ermöglichen und eine flexible Demontage ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Busbar-Element umfasst einen Grundkörper, der einen flächigen Kontaktbereich zur Kontaktierung eines Zellpols einer Batteriezelle aufweist. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Busbar-Element einen ersten Kupplungsbereich, der ein erstes Kupplungselement aufweist und einen zweiten Kupplungsbereich, der ein zweites Kupplungselement aufweist. Dabei sind das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement derart komplementär zueinander ausgebildet, dass das erste Kupplungselement mit einem zweiten Kupplungselement eines zweiten, identisch ausgebildeten Busbar-Element kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindbar ist. Mit einer Verbindung ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass zumindest in einer Verbindungsrichtung ein erstes Busbar-Element mit einem zweiten Busbar-Element verbunden werden kann, so dass die beiden Busbar-Element beim Versuch, diese entgegen der Verbindungsrichtung auseinander zu ziehen, diese kraftschlüssig oder formschlüssig aneinandergehalten werden. Mit einer Verbindung im Sinne der Erfindung ist daher auch bereits ein einfaches Einhaken von Elementen zueinander gemeint, wenn dadurch eine formschlüssige Verbindung in einer Richtung derart entsteht, dass miteinander verhakte Busbar-Elemente bei dem Versuch, diese entgegen der Verbindungsrichtung auseinanderzuziehen, formschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Der flächige Kontaktbereich des Grundkörpers umfasst insbesondere eine Anlagefläche, die vorzugsweise komplementär zu der Kontaktfläche eines Zellpols ausgebildet ist, mit welchem das Busbar-Element später verbunden werden soll. Eine derartige Anlagefläche ist insbesondere eben und glattflächig ausgebildet.
  • Ein erfindungsgemäßes Busbar-Element ist vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, welcher eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und sich durch Schweißen mit einem Zellpol einer Batteriezelle verbinden lässt. Ein erfindungsgemäßes Busbar-Element hat den Vorteil, dass mehrere derartige Busbar-Elemente auf einfache Art und Weise miteinander verbunden werden können und aus den miteinander verbundenen Busbar-Elementen durch Verschweißen einfache Verbindungen zu Zellpolen von Batteriezellen herstellbar sind. Dadurch, dass die Busbar-Elemente untereinander formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verwendbar sind, ist es möglich, zu Wartungszwecken oder zum Austausch einer einzigen Batteriezelle die Verbindung eines Busbar-Elements mit einem Zellpol zu lösen, die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung des Busbar-Elements zu ein oder mehreren anderen Busbar-Elementen zu lösen und die Batteriezelle anschließend zugänglich zu machen bzw. auszutauschen. Es kann weiterhin eine Batteriezelle samt eines Busbar-Elements durch Lösen der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung entnommen und durch eine neue Batteriezelle mit einem neuem Busbar-Element ersetzt werden.
  • In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements ist der Grundkörper einstückig mit dem ersten Kupplungselement und/oder mit dem zweiten Kupplungselement ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Grundkörper einstückig mit dem ersten Kupplungselement und mit dem zweiten Kupplungselement ausgebildet ist. Dabei kann die Herstellung grundsätzlich auf beliebige Art und Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper aus einem plattenartigen Element hergestellt ist und sowohl das erste Kupplungselement als auch das zweite Kupplungselement durch Umformen der jeweiligen Enden des plattenartigen Elements gebildet ist.
  • Ebenfalls aus herstellungstechnischen Gründen bevorzugt ist es, wenn der Grundkörper insgesamt als ein flächiges Element ausgebildet ist, dessen Dicke deutlich kleiner ist als die Länge und die Breite, insbesondere wenn die Dicke maximal 20 % der kleineren Dimensionen aus Länge und Breite entspricht, bevorzugt maximal 10 % und besonders bevorzugt maximal 5 %. In diesem Fall ist der Bauraumbedarf eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements besonders klein. Ferner kann das Busbar-Element in diesem Fall einfach und kostengünstig als Stanzteil, Gussteil, Schmiedeteil oder als ein mit einem mechanischen Bearbeitungsverfahren hergestelltes Element erzeugt werden. Unter diesen Verfahren werden insbesondere die Bearbeitung durch Fräsen sowie die Bearbeitung mittels eines Laserstrahls verstanden.
  • Unabhängig von Vorstehendem ist es weiter bevorzugt, wenn der Grundkörper eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements in seiner Längserstreckungsrichtung federelastisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Längenausgleich ermöglicht wird, insbesondere wenn durch Wärme, mechanische Belastungen oder fertigungsbedingte Toleranzen ein entsprechender Längenausgleich erforderlich ist.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements sind das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement jeweils an gegenüberliegenden Enden des Grundkörpers angeordnet oder ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine nachträgliche Ausbildung der Kupplungselemente, insbesondere durch Umformen, einfach und kostengünstig umgesetzt werden kann.
  • Die Ausbildung und Herstellung der Kupplungselemente kann mit dem gleichen Werkzeug erfolgen, wenn das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement gleichartig ausgebildet sind. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Möglichkeit verwiesen, das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement jeweils als im Querschnitt u-förmig oder bogenförmig ausgebildetes Einhakelement auszubilden. So kann beispielsweise ein Ende eines plattenartigen Elements, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements eingesetzt wird, durch Umbiegen oder Kanten eines ersten Endes gebildet werden. Das zweite Kupplungselement kann dann entweder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mit dem gleichen Werkzeug oder parallel zur Ausbildung des ersten Kupplungselements mit einem separaten Werkzeug in gleicher Art und Weise gebildet werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein Einhakelement an einem Ende in eine erste Richtung gebildet wird und das zweite Einhakelement an einem gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers in eine entgegengesetzte Richtung ausgebildet wird.
  • Unabhängig davon, ob es sich bei dem ersten Kupplungselement und/oder bei dem zweiten Kupplungselement um ein Einhakelement oder ein anders ausgebildetes Kupplungselement handelt, wird auf die Möglichkeit verwiesen, das erste Kupplungselement und/oder das zweite Kupplungselement bogenförmig und/oder profiliert auszubilden, insbesondere um durch die bogenförmige Ausbildung und/oder die Profilierung einer Relativausrichtung von zwei gleichartig ausgebildeten Busbar-Elementen zueinander während des Verbindens zu bewirken. So kann beispielsweise durch zwei bogenförmig ausgebildete, miteinander zusammenwirkende Einhakelemente bewirkt werden, dass sich die beiden miteinander zusammenwirkenden Einhakelemente relativ zueinander mittig zentrieren, so dass die jeweiligen Außenkanten der Busbar-Elemente parallel zueinander ausgerichtet werden. Die gleiche Wirkung kann mit entsprechend profilierten Einhakelementen bewirkt werden, beispielsweise Einhakelemente, die anstelle einer bogenförmigen Kontur eine dreieckige Kontur, eine verzahnte Struktur oder eine mit einem anderen, für die relative Ausrichtung zueinander geeigneten Kontur, z.B. mit einem v-förmigen Vorsprung an einem Busbar-Element und einer damit korrespondierenden und zusammenwirkenden v-förmigen Ausnehmung an einem anderen Busbar-Element.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements ist das erste Kupplungselement als Einsteckelement ausgebildet und das zweite Kupplungselement als ein auf das Einsteckelement abgestimmtes Buchsenelement ausgebildet. In diesem Fall können besonders flache Busbar-Elemente hergestellt werden, welche vorzugsweise ausschließlich kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
  • In Verbindung mit wie vorstehend beschriebenen Busbar-Elementen mit Einsteckelement und Buchsenelement ist es besonders bevorzugt, wenn das Buchsenelement und/oder das Einsteckelement mindestens einen elastisch verformbaren Bereich aufweisen. Diesbezüglich wird insbesondere auf einen elastisch verformbaren Vorsprung an einem Einsteckelement sowie auf eine elastisch aufweitbare Buchse an einem Buchsenelement verwiesen. Eine derartige Buchse kann insbesondere durch zwei klauenartig zueinander angeordnete Wandabschnitte gebildet sein, deren Abstand zueinander durch elastisches Aufbiegen mindestens eines Wandabschnittes variierbar ist, insbesondere um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Einsteckelement und Buchsenelement herstellen zu können.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung aus mindestens zwei wie vorstehend beschriebenen Busbar-Elementen an mindestens zwei Batteriezellen, die jeweils ein Batteriezellgehäuse und mindestens einen aus dem Batteriezellgehäuse hervorragenden Zellpol aufweisen, wobei die zwei Busbar-Elemente über miteinander zusammenwirkenden Kopplungselemente kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind und jedes der Busbar-Elemente mit seiner Kontaktfläche mit einem Zellpol verbunden ist. Auch in diesem Fall ist die Verbindung zwischen Kontaktfläche und Zellpol vorzugsweise durch Schweißen hergestellt. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit den Busbar-Elementen beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.
  • In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Vielzahl von Zellpolen von Batteriezellen über eine Vielzahl von Busbar-Elementen miteinander verbunden, wobei an jeder Batteriezelle ein separates Busbar-Element angeordnet ist und jedes Busbar-Element mit mindestens einem weiteren Busbar-Element formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Mit einer Vielzahl von Zellpolen sind insbesondere mindestens 5 Zellpole, bevorzugt mindestens 8 Zellpole und weiter bevorzugt mindestens 10 Zellpole oder sogar mindestens 15 Zellpole oder mindestens 20 Zellpole gemeint, wobei für die Verbindung die gleiche Zahl von Busbar-Elementen zum Einsatz kommt. Mit 8-10 Batteriezellen oder mit 12, 15, 20 oder 24 Batteriezellen und das Verbinden einer entsprechenden Zahl von Zellpolen kann insbesondere ein Batteriemodul für einen Antriebsenergiespeicher eines Kraftfahrzeuges gebildet werden. Für den Austausch einer einzelnen Batteriezelle kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung nur die Schweißverbindung eines Busbars zu einer Batteriezelle gelöst und der Busbar dann aus der Anordnung herausgelöst werden. Sobald dann eine neue Batteriezelle eingesetzt ist, kann der fehlende Busbar wieder in die Anordnung eingefügt werden und der Kontaktbereich des eingefügten Busbars wieder durch Schweißen mit der Batteriezelle verbunden werden. Ebenfalls möglich ist es, zunächst die Verbindung zwischen einem Busbar und einem Zellpol einer Batteriezelle herzustellen und dann die Einheit aus Busbar und Batteriezelle in einem Batteriesystem zu integrieren.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass die Verbindung von zwei erfindungsgemäßen Busbar-Elementen für die vorstehend beschriebene Austauschbarkeit aus einer bereits zuvor montierten Anordnung mit mehreren Busbar-Elementen erfordert, dass ein mittig zwischen zwei identisch ausgebildeten Busbar-Elementen angeordnetes Busbar-Element in einer Richtung quer zur Verbindungsrichtung aus der entsprechenden Verbindung herauslösbar ist. Dies ist insbesondere mit den in Verbindung mit den 1-4 beschriebenen Ausführungsformen möglich, auf welche nachfolgend noch näher eingegangen wird.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden von Zellpolen von mindestens zwei Batteriezellen mit Hilfe von mindestens zwei wie vorstehend beschriebenen Busbar-Elementen, gemäß welchem die zwei Busbar-Elemente kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden und die Kontaktbereiche der Busbar-Elemente anschließend mit den Zellpolen verbunden werden. Auch diesbezüglich wird insbesondere auf die Möglichkeit der Verbindung der Busbar-Elemente mit den Zellpolen durch Verschweißen verwiesen. Die Verbindung der Busbar-Elemente mit den Zellpolen kann jedoch auch auf andere Art und Weise stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen.
  • Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine Anordnung mehrerer Busbar-Elemente mit Einhakelementen gemäß einer ersten Ausführungsform an Zellpolen nebeneinander angeordneter Batteriezellen in einer Seitenansicht,
    • 2 nur zwei der Busbar-Elemente gemäß der ersten Ausführungsform an den Zellpolen der nebeneinander angeordneten Batteriezellen aus 1 in einer Ansicht von oben,
    • 3 ein Busbar-Element mit Einhakelementen gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer isometrischen Darstellung und
    • 4 ein Busbar-Element mit einem Einsteckelement und einem Buchsenelement gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer isometrischen Darstellung.
  • 1 zeigt eine Anordnung von zwei nebeneinander angeordneten Batteriezellen 12. Jede der Batteriezellen 12 weist ein Batteriezellgehäuse 10 auf, wobei aus dem Batteriezellgehäuse 10 jeweils mindestens ein Zellpol 14 herausragt. Der Zellpol 14 ist in der gezeigten Ausführungsform jeweils zylindrisch ausgebildet und weist eine ebene, glattflächig ausgebildete Oberseite 16 auf. Die Oberseite 16 der Zellpole 14 ist jeweils mittels einer Schweißverbindung mit einem Busbar-Element 18 verbunden.
  • Wie aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ersichtlich ist, weisen die Busbar-Elemente 18 eine Länge IB, eine Breite bB und eine Höhe hB auf. Die Höhe hB ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel deutlich geringer ist als die Länge IB und die Breite bB.
  • Die Busbar-Elemente 18 sind aus einem Grundkörper 20 gebildet, der mit einem flächigen Kontaktbereich 22 an der jeweiligen Oberseite 16 des Zellpols 14 anliegt.
  • An einem ersten längsseitigen Ende ist als erstes Kupplungselement 24, ein Einhakelement 26 ausgebildet. An dem gegenüberliegenden längsseitigen Ende ist als zweites Kupplungselement 28 eine weiteres Einhakelement 26 ausgebildet. Die Einhakelemente 26 sind - in einem Längsschnitt betrachtet - im Querschnitt u-förmig ausgebildet.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Busbar-Elemente 18 in der mit dem Doppelpfeil gekennzeichneten Verbindungsrichtung V aufgrund der Gestaltung der Einhakelemente 26 formschlüssig miteinander verbunden.
  • In Breitenrichtung, senkrecht zu der Verbindungsrichtung V, weisen die Busbar-Elemente 18 jeweils eine bogenförmige Kontur im Bereich des hinteren Endes 30 mit dem ersten Kupplungselement 24 und im Bereich des vorderen Endes 32 mit dem zweiten Kupplungselement 28. Die bogenförmige Gestaltung der beiden Enden 30, 32, welche sich auch auf die übrigen Konturen der Einhakelemente 26 erstreckt, bewirkt, dass sich die Seitenkanten 34, 36 parallel zueinander ausrichten, wenn die Busbar-Elemente 18 in Verbindungsrichtung V gespannt werden, indem diese jeweils voneinander weggezogen werden.
  • In den 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von Busbar-Elementen 18 dargestellt, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 verwendet werden.
  • Die in 3 gezeigte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform mit einem Grundkörper 20 und zwei Einhakelementen 26, die jeweils an den längsseitigen Enden 30, 32 ausgebildet sind. Die Einhakelemente 26 sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel - in einem Längsschnitt betrachtet - im Querschnitt u-förmig ausgebildet.
  • Die in 3 gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Entfernen eines Busbar-Elements 18 besonders einfach möglich ist, indem das Busbar-Element 18 in der mit dem Doppelpfeil gekennzeichneten Breitenrichtung B, welche senkrecht zur Verbindungsrichtung V orientiert ist, verschoben werden muss.
  • Anders als bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform mit den bogenförmigen Enden 30, 32 ist es bei der in 3 gezeigten Ausführungsform dazu nicht erforderlich, dass das Busbar-Element 18 in Längsrichtung elastisch verformbar sein muss. Zum Herausnehmen eines Busbar-Elements 18 gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform muss lediglich die Reibung zu den Einhakelementen der benachbarten Busbar-Elemente 18, die mit den Einhakelementen 26 des gezeigten Busbar-Elements 18 zusammenwirken, überwunden werden.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Busbar-Elements 18. Bei dieser Ausführungsform ist als erstes Kupplungselement 24 ein Buchsenelement 38 und als zweites Kupplungselement 28 ein Einsteckelement 40 ausgebildet.
  • Das Buchsenelement 38 ist durch zwei beabstandet zueinander angeordnete - hier: parallel zueinander orientierte - Wandabschnitte 42, 44 gebildet, die eine Öffnung 46 mit dem Abstand a am längsseitigen Ende bilden.
  • Das Einsteckelement 40 ist durch zwei in Hochrichtung hervorragende Vorsprünge 48, 50 gebildet. Die Höhe e im Bereich der Vorsprünge 48, 50 bis größer als der Abstand a im Bereich des Buchsenelements 38. Das Einsteckelement 40 ist jedoch so auf das Buchsenelement 38 abgestimmt, dass es möglich ist, das Einsteckelement 40 eines Busbar-Elements 18 in das Buchsenelement 38 eines identisch ausgebildeten anderen Busbar-Elements 18 einzustecken, um so eine kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Vorsprünge 48, 50 und/oder die Wandabschnitte 42, 44 elastisch verformbar ausgebildet sind, indem sich die wirksame Höhe e im Bereich der Vorsprünge 48,50 verringern lässt und/oder der Abstand a durch Aufweiten der Wandabschnitte 42, 44 vergrößern lässt.
  • Auch wenn dies in den 3 und 4 nicht dargestellt ist, können im Bereich der Kupplungselemente 24, 28 Rundungen oder andere abweichende Gestaltungen vorgesehen sein, um die Anwendung zu verbessern, die Verletzungsgefahr zu verringern, zusätzlich zu einer kraftschlüssigen auch eine formschlüssige Verbindung herzustellen und/oder das Kraftniveau einer kraftschlüssigen Verbindung bedarfsgerecht auszulegen. Insbesondere können innenseitig der Wandabschnitte 42, 44 eine auf die Vorsprünge 48, 50 abgestimmte Ausnehmungen vorgesehen sein, die es ermöglichen, dass die Wandabschnitte 42, 44 nach einem elastischen Ausfedern beim Einstecken des Einsteckelements 40 wieder in die in 4 gezeigten Grundstellung zurückfedern. So kann eine Verbindung auch derart ausgelegt sein, dass nach einem maschinellen Zusammenpressen von zwei Busbar-Elementen 18 ein versehentliches Trennen der beiden Busbar-Elemente durch manuelle Krafteinwirkung praktisch ausgeschlossen ist. In diesem Fall oder wenn die Verbindung einer Vielzahl von Busbar-Elementen 18 aufgrund eines ausreichenden Formschlusses und/oder Kraftschlusses anderweitig als dauerhaft haltende Verbindung gestaltet ist, können eine Vielzahl von Busbar-Elementen 18 zu einer längeren Kette, von beispielsweise 5, 8 oder 10 Busbar-Elementen 18 vormontiert und anschließend - wie eine aus dem Stand der Technik bekannte Platte - mit den Zellpolen 14 verbunden werden, insbesondere durch Verschweißen.
  • Vorzugsweise sind die Busbar-Elemente 18 derart ausgelegt, dass vor dem Verbinden der Kontaktbereiche 22 mit den Zellpolen 14 eine mechanische Spannung in Verbindungsrichtung V aufgebracht wird, mittels welcher eine Kontaktierung der einzelnen Busbar-Elemente 18 verbessert bzw. hergestellt wird und sich die elektrische Verbindung der Busbar-Elemente 18 untereinander verbessern. Insbesondere soll in diesem gespannten Zustand eine niederohmige Verbindung zwischen den einzelnen Busbar-Elementen 18 hergestellt werden. Die Busbar-Elemente 18 werden dann, insbesondere durch Schweißen, mit den Zellpolen 14 verbunden.
  • Alternativ zum Aufbringen einer Spannung in Verbindungsrichtung V kann die niederohmige Verbindung auch dadurch erzeugt werden, dass ein Einsteckelement 40 und ein darauf abgestimmtes Buchsenelement 38 bereits beim Herstellen der Verbindung eine ausreichende Kontaktierung ermöglichen. Dies kann insbesondere durch ausreichend große Kontaktflächen und eine ausreichend große Kraft einer entsprechenden kraftschlüssigen Verbindung sichergestellt werden.
  • Alternativ oder in Ergänzung dazu kann eine niederohmige Verbindung auch dadurch erzielt werden, dass Busbar-Elemente 18, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind, zunächst in einem 90° Winkel zueinander angeordnet werden und dann durch Verschwenken in die in 1 gezeigte Position eine großflächige Verbindung im Bereich der Einhakelemente 26 erzeugt wird
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Batteriezellgehäuse
    12
    Batteriezelle
    14
    Zellpol
    16
    Oberseite
    18
    Busbar-Element
    20
    Grundkörper
    22
    Kontaktbereich
    24
    erstes Kupplungselement
    26
    Einhakelement
    28
    zweites Kupplungselement
    30
    hinteres Ende (bogenförmig)
    32
    vorderes Ende (bogenförmig)
    34
    Seitenkante
    36
    Seitenkante
    38
    Buchsenelement
    40
    Einsteckelement
    42
    Wandabschnitt
    44
    Wandabschnitt
    46
    Öffnung
    48
    Vorsprung
    50
    Vorsprung
    a
    Abstand
    bB
    Breite des Busbar-Elements
    B
    Breitenrichtung
    e
    Höhe im Bereich der Wandabschnitte
    hB
    Höhe des Busbar-Elements
    IB
    Länge des Busbar-Elements
    V
    Verbindungsrichtung
  • 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
    • US 20210280949 A1 [0009]
    • US 20200020913 A1 [0010]

Claims (10)

  1. Busbar-Element mit einem Grundkörper (20), der einen flächigen Kontaktbereich (22) zur Kontaktierung eines Zellpols (14) einer Batteriezelle (12) aufweist, mit einem ersten Kupplungsbereich, der ein erstes Kupplungselement (24) aufweist, und mit einem zweiten Kupplungsbereich, der ein zweites Kupplungselement (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (24) und das zweite Kupplungselement (28) derart komplementär zueinander ausgebildet sind, dass das erste Kupplungselement (24) mit einem zweiten Kupplungselement (28) eines zweiten, identisch ausgebildeten Busbar-Elements (18) kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindbar ist.
  2. Busbar-Element nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) einstückig mit dem ersten Kupplungselement (24) und/oder dem zweiten Kupplungselement (28) ausgebildet ist.
  3. Busbar-Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (24) und das zweite Kupplungselement (28) jeweils an gegenüberliegenden Enden (30, 32) des Grundkörpers (20) angeordnet oder ausgebildet sind.
  4. Busbar-Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (24) und das zweite Kupplungselement (28) gleichartig ausgebildet sind.
  5. Busbar-Element nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (24) und das zweite Kupplungselement (28) jeweils mindestens ein im Querschnitt u-förmig oder bogenförmig ausgebildetes Einhakelement (26) aufweisen.
  6. Busbar-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (24) als Einsteckelement (40) ausgebildet ist und das zweite Kupplungselement (28) als ein auf das Einsteckelement (40) abgestimmtes Buchsenelement (38) ausgebildet ist.
  7. Busbar-Element nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsenelement (38) und/oder das Einsteckelement (40) mindestens einen elastisch verformbaren Abschnitt aufweisen.
  8. Anordnung aus mindestens zwei Busbar-Elementen (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 an mindestens zwei Batteriezellen (12), die jeweils ein Batteriezellgehäuse (10) und mindestens einen aus dem Batteriezellgehäuse (10) herausragenden Zellpol (14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Busbar-Elemente (18) über miteinander zusammenwirkende Kupplungselemente (24, 28) kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind und jedes der Busbar-Elemente (18) mit seinem Kontaktbereich (22) mit einem Zellpol (14) verbunden ist.
  9. Anordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Zellpolen (14) von Batteriezellen (12) über eine Vielzahl von Busbar-Elementen (18) miteinander verbunden ist, wobei an jeder Batteriezelle (12) ein separates Busbar-Element (18) angeordnet ist und jedes Busbar-Element (18) mit mindestens einem weiteren Busbar-Element (18) formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist.
  10. Verfahren zum Verbinden von Zellpolen (14) von mindestens zwei Batteriezellen (12) mit Hilfe von mindestens zwei Busbar-Elementen (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Busbar-Elemente (18) kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden und die Kontaktbereiche (22) der Busbar-Elemente (18) anschließend mit den Zellpolen (14) verbunden werden.
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Citations (4)

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CN106328878A (zh) 2016-11-16 2017-01-11 上海电巴新能源科技有限公司 用于电动汽车电池模组的双头连接装置
EP3588614A1 (de) 2018-06-21 2020-01-01 Hilti Aktiengesellschaft Pouchzelle und stack
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