WO2025087867A1 - Cell contacting system for an electrochemical module and electrochemical module of an electrochemical device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cell contacting system for an electrochemical module of an electrochemical device, wherein the electrochemical module comprises a plurality of cell groups, each of which comprises a plurality of electrochemical cells, wherein each electrochemical cell has a first cell terminal and a second cell terminal, wherein the cell terminals are contacted by means of electrically conductive contact regions which follow the respective cell terminal along a contacting direction, wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of a first cell group have the highest electrical potential during operation of the electrochemical module and the second cell terminals of the electrochemical cells of a second cell group have the lowest electrical potential during operation of the electrochemical module, and wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group are electrically conductively connected to a first current collecting bar and the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group are electrically conductively connected to a second current collecting bar, wherein the electrochemical cells of the first cell group follow one another along a longitudinal direction of the electrochemical module and the electrochemical cells of
- a known cell contacting system for an electrochemical module of an electrochemical device of the above-mentioned type comprises two current collecting bars whose main surfaces extend parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module and perpendicular to the contacting direction or Z-direction of the electrochemical module.
- These two busbars are located in an additional layer above the cell terminals of the electrochemical cells and above cell connectors, through which the first cell terminals and second cell terminals of the electrochemical cells of the electrochemical module are electrically connected to one another.
- the arrangement of these two busbars in this additional layer above the cell terminals and the cell connectors for the series and parallel connection of the electrochemical cells of the electrochemical module requires additional installation space along the contact direction or Z-direction of the electrochemical module.
- the busbars each cover some of the electrochemical cells and at least sections of the cell connectors, several consecutive steps are necessary to manufacture the cell contact system comprising these busbars.
- the cell connectors must be contacted with the cell terminals of the electrochemical cells.
- the electrical insulation layer must be arranged on at least some of the cell connectors and the electrochemical cells. Only then can the busbars be positioned over the cell connectors and the electrochemical cells and contacted with the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group or with the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group.
- busbars at least partially cover the cell connectors and the electrochemical cells of the electrochemical module also brings disadvantages with regard to the dissipation of heat from the electrochemical cells in the event of a so-called "thermal runaway". escaping hot gases. These hot gases remain in the space between the electrochemical cells and the busbars above them, which can cause other electrochemical cells located beneath the same busbar to heat up and then also enter a "thermal runaway” state, causing these other electrochemical cells to also release hot gas.
- electrochemical cells and cell connectors each concealed by a busbar, cannot be directly exposed to or surrounded by a cooling medium from an immersion cooling system. This reduces the cooling performance of any immersion cooling system that may be present.
- the present invention is based on the object of creating a cell contacting system of the type mentioned at the outset which at least partially overcomes the problems of the known cell contacting system explained above.
- the at least one current busbar extends with its main surface not perpendicular to the contact direction or Z-direction of the electrochemical module, but essentially parallel to the contact direction or Z-direction, prevents cell terminals and cell connectors of the electrochemical module from being covered by this current busbar - seen along the contact direction or Z-direction of the electrochemical module. Because the at least one current busbar is not arranged in an additional level above the cell terminals and the cell connectors of the electrochemical module, the electrochemical module has a lower overall height in the contacting direction or Z-direction, at least in the region of this current busbar, when using the cell contacting system according to the invention.
- the electrically conductive connection of the electrochemical cells to the cell connectors on the one hand and the electrically conductive connection of the cell terminals of the first cell group and the second cell group to the respectively assigned current busbar can be made simultaneously, in a single work step.
- the escaping hot gas can freely vent through the cell contact system and be removed from the electrochemical module. This prevents the hot gas from accumulating in a plane above the cell connectors and causing further thermal runaways of electrochemical cells.
- the cell terminals of the electrochemical cells of the electrochemical module and the cell connectors can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
- the busbar which is aligned with its main surface parallel to the contact direction or Z-direction and parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module, can also be surrounded by a cooling medium. This increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module.
- both current collecting rails of the module each have a main surface which extends parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module and parallel to the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module (Z-direction of the electrochemical module).
- the cell contacting system does not include a current collecting bar that covers a cell terminal or a cell connector of the electrochemical module - seen in the contacting direction - so that the entire cell contacting system can be contacted with the electrochemical cells of the electrochemical module in a single operation.
- the cell terminals of all electrochemical cells of the electrochemical module and all cell connectors can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
- all current busbars of the cell contact system can be surrounded by a cooling medium, which increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module.
- an electrically conductive cross-section taken perpendicular to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module at least one of the busbars increases at least in sections from one end region to the other end region of the relevant busbar.
- This increase in the electrically conductive cross section can be achieved in particular by a transverse extension of the at least one current busbar along the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module from one end region to the other end region of the relevant current busbar along the longitudinal direction of the electrochemical module increasing at least in sections, in particular monotonously, particularly preferably continuously.
- At least one of the busbars comprises at least one contact element for electrically conductive connection to a cell terminal of an electrochemical cell of a cell group adjacent to the busbar.
- the at least one contact element preferably has a contact surface at which the contact element can be connected to the cell terminal of an electrochemical cell, preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding, wherein the contact surface is aligned substantially perpendicular to a main surface of the base body of the busbar.
- Such a compensation area can compensate for manufacturing tolerances during assembly of the cell contact system to the electrochemical cells of the electrochemical module as well as at least partially compensate for changes in the relative positions between the various cell terminals of the same cell group during operation of the electrochemical device, which are caused, for example, by shock, vibrations or age-related dimensional changes of the electrochemical cells and the reduce the mechanical stresses acting on the connection point between a contact area of a current busbar and a cell terminal of an electrochemical cell.
- the busbar is designed as a stamped and bent body.
- At least one of the busbars is formed from an aluminum material.
- electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current busbars.
- all electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current collecting bars of the cell contacting system.
- the electrochemical module can in particular be designed as a battery module of an electrochemical device which is designed as a battery storage device.
- the electrochemical cells of the electrochemical module can, for example, be lithium-ion batteries.
- An electrochemical device comprising at least one such battery module is suitable, for example, as an energy storage device for an electric vehicle or for stationary storage purposes, for example as an energy buffer for a photovoltaic system or a wind turbine.
- Fig. 1 is a top plan view of an electrochemical module of an electrochemical device according to the prior art, the electrochemical module comprising several cell groups, which each comprise a plurality of electrochemical cells, wherein each electrochemical cell has a first cell terminal and a second cell terminal, wherein the cell terminals are contacted by means of electrically conductive contact areas which follow the respective cell terminal along a contacting direction, wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of a first cell group have the highest electrochemical potential during operation of the electrochemical module and the second cell terminals of the electrochemical cells of a second cell group have the lowest electrochemical potential during operation of the electrochemical module, and wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group are electrically conductively connected to a first current collecting bar and the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group are electrically conductively connected to a second current collecting bar, wherein the electrochemical cells of the first cell group follow one another along a longitudinal direction of the electrochemical module and the electrochemical cells of the
- Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of an electrochemical module of an electrochemical device according to the invention, which differs from the embodiment shown in Fig. 1 in particular in that the two current collecting rails of the cell contacting system each have a main surface which extends parallel to the longitudinal direction of the electrochemical module and parallel to the contact directions of the electrochemical cells of the electrochemical module, wherein the electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current collecting bars, so that the two current collecting bars are arranged parallel to one another on opposite sides of the electrochemical module and are spaced apart from one another in a transverse direction of the electrochemical module oriented perpendicular to the longitudinal direction of the module and perpendicular to the contact directions of the electrochemical cells, with the viewing direction towards an upper side of the cell contacting system of the electrochemical module facing away from the electrochemical cells;
- Fig. 3 is a perspective view of the cell contacting system of the electrochemical module from Fig. 2, viewed from below onto a side of the cell contacting system facing the electrochemical cells of the electrochemical module during operation of the electrochemical module;
- Fig. 4 is a plan view of the side of the cell contacting system of Fig. 3 facing the electrochemical cells during operation of the electrochemical module, seen along the contacting direction;
- Fig. 5 is a view of the cell contacting system of Figs. 3 and 4 along the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 5 in Fig. 4;
- Fig. 6 is a perspective view of a cell connector of the cell contacting system of Figs. 3 to 5, by means of which the first cell terminals of a first cell group and the second cell terminals of a second cell group of the electrical module are connected in parallel to one another and the first cell group and the second cell group are connected in series with one another;
- Fig. 7 is a partial plan view of the cell connector from Fig. 6;
- Fig. 8 is a perspective view of a first current collecting bar of the cell contacting system
- Fig. 9 is a top plan view of the first busbar of Fig. 8.
- Fig. 10 is a side view of the first current collecting bar, seen parallel to the transverse direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 10 in Fig. 9;
- Fig. 11 is a view of the first current collecting bar parallel to the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 11 in Fig. 10;
- Fig. 12 is a perspective view of a second current busbar of the cell contacting system
- Fig. 13 is a top plan view of the second busbar of Fig. 12;
- Fig. 14 is a side view of the second current collecting bar, parallel to the transverse direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 14 in Fig. 13;
- Fig. 15 is a view of the second current collecting bar parallel to the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 15 in Fig. 14;
- Fig. 17 is a top view of the plate-shaped support element of the cell contacting system from Fig. 16.
- the first cell terminals have a negative polarity and the second cell terminals have a positive polarity.
- each electrochemical cell 104 is arranged on the same end face of the electrochemical cell 104 as the first cell terminal.
- first cell terminal and the second cell terminal of the same electrochemical cell 104 are electrically isolated from each other.
- the electrochemical cells 104 are arranged in a housing 110 of the electrochemical module 100.
- the housing 110 comprises first boundary walls 112 which extend in a longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the X-direction of the electrochemical module 100.
- the housing 110 comprises second boundary walls 116 which extend in a transverse direction 118 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the Y-direction of the electrochemical module 100. Furthermore, the housing 110 comprises a housing base (not shown) on which the electrochemical cells 104 are arranged and which can preferably be cooled by means of a cooling device (not shown) of the electrochemical module 100 or itself forms a component of such a cooling device.
- the housing base is preferably oriented perpendicular to the contact direction 108 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the Z-direction of the electrochemical module 100.
- the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100 are preferably aligned perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100 are preferably aligned perpendicular to each other.
- the electrochemical module 100 further comprises a cell contacting system 120, which preferably closes an opening of the housing 110 of the electrochemical module 100.
- the cell contacting system 120 preferably comprises a carrier element 122 and cell connectors 124 arranged on the carrier element 122.
- the electrochemical cells 104 form cell groups 126, the first cell terminals and/or the second cell terminals of which are each at the same electrical potential.
- electrochemical cells 104 whose second cell terminals have the lowest electrochemical potential during operation of the electrochemical module 100 and follow one another along the longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100 adjacent to the first boundary wall 112b shown at the top in Fig. 1, form a second cell group 126b of the electrochemical module 100.
- the cell contacting system 120 of the electrochemical module 100 further comprises a first current collecting bar 128a having a main surface 130a having an approximately trapezoidal shape and extending parallel to the longitudinal direction 114 and parallel to the transverse direction 118 of the electrochemical module 100 and perpendicular to the contacting direction 108 across numerous electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100.
- the width of the first busbar 128a i.e. its extension along the transverse direction 118 of the electrochemical module 100, initially increases from right to left in Fig. 1 and then remains constant.
- the first bus bar 128a is connected to a power terminal (not shown) of the electrochemical module 100, to which a module connector (also not shown) for connecting the electrochemical module 100 to another electrochemical module 100 or to another component of an electrical charge/discharge circuit can be connected.
- the electrically conductive cross section of the first current busbar 128a also increases with decreasing distance from the power connection of the electrochemical module 100, which is sensible because the first current busbar 128a has to carry the current from more and more electrochemical cells 104 of the first cell group 126a with decreasing distance from the power connection of the electrochemical module 100.
- the first current collecting bar 128a is electrically conductively connected to the central first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a via a respective connection region 132 and a respective first contact region 134.
- the first contact regions 134 are preferably connected to the central first cell terminal of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a in a materially bonded manner, in particular by welding, preferably by laser welding.
- the connecting region 132 located between the base body 136 and a respective first contact region 134 is elastically and/or plastically deformable in order to be able to compensate for manufacturing tolerances and/or positional tolerances occurring during operation of the electrochemical module 100 between the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a.
- the cell contacting system 120 further comprises a second bus bar 128b, which is electrically conductively connected to the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b of the electrochemical module 100.
- the second busbar 128b is designed and arranged substantially mirror-symmetrically with respect to a longitudinal center plane 138 of the electrochemical module 100, which extends parallel to the contacting direction 108 and parallel to the longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100.
- the second busbar 128b is also connected at its left end (in Fig. 1) to a power connection (not shown) of the electrochemical module 100, wherein this power connection can also be connected via a module connector (not shown) to another electrochemical module 100 or to another component of the charge/discharge circuit.
- the second busbar 128b is electrically conductively connected to a second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the second cell group 126b via a connection region 132 and a second contact region 140.
- the second contact region 140 is preferably connected in a materially bonded manner, in particular by welding, preferably by laser welding, to the respective second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the second cell group 126b.
- the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b are connected in parallel to one another by the second current busbar 128b.
- the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a are connected in parallel to one another by the first current busbar 128a.
- bus bars 128a and 128b each cover some of the electrochemical cells 104 and at least portions of the cell connectors 124, several sequential steps are necessary to manufacture the cell contacting system 120.
- the cell connectors 124 must be contacted with the cell terminals of the electrochemical cells 104. Then, the electrical insulation layer must be arranged on at least a portion of the cell connectors 124 and the electrochemical cells 104. Only then can the current collecting bars 128a and 128b be positioned over the cell connectors 124 and over the electrochemical cells 104 and contacted with the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a and with the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, respectively.
- the fact that the busbars 128a and 128b at least partially cover the cell connectors 124 and the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 also entails disadvantages with regard to the removal of gases escaping from the electrochemical cells 104.
- a hot gas escaping from an electrochemical cell 104 spreads beneath one of the current busbars 128a, 128b without being able to be dissipated by the electrochemical cells 104. This causes other electrochemical cells 104 located beneath the same current busbar 128a or 128b to heat up and then also enter a so-called "thermal runaway” state, causing these other electrochemical cells to also release hot gas.
- the electrochemical cells 104 and cell connectors 124 each concealed by a busbar 128a or 128b, cannot be directly exposed to the respective cooling medium or be surrounded by the cooling medium. This reduces the cooling capacity of the immersion cooling system and thus the performance of the electrochemical module 100.
- a second embodiment of an electrochemical module 100 according to the invention shown in Figs. 2 to 17 differs from that shown in Fig. 1 illustrated first embodiment in that the first current collecting bar 128a and the second current collecting bar 128b of the cell contacting system 120 are designed and arranged such that their main surfaces 130a and 130b respectively extend substantially parallel to the contact direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
- the electrically conductive cross section of the first power collection rail 128a increases at least in sections from one end region 142 to the other end region 144, which is closer to the power connection of the electrochemical module 100, and in particular preferably monotonically, particularly preferably continuously.
- the lower edge 146 of the first busbar 128a preferably runs substantially parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and preferably substantially perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- the transverse extent of the first busbar 128a along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 therefore increases from the one end region 142, which faces away from the power connection of the electrochemical module 100, to a transition point 148 and is then preferably substantially constant from the transition point 148 to the other end region 144 of the first busbar 128a, which is closer to the power connection of the electrochemical module 100.
- the material thickness of the base body 136 of the first busbar 128a is substantially constant along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
- the material thickness of the base body 136 that is to say its extent along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100, increases at least in sections from one end region 142 to the other end region 144 of the first busbar 128a along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100, preferably monotonically, particularly preferably continuously.
- the first current collecting bar 128a comprises for each electrochemical cell 104 of the first cell group 126a a contact element 152 for electrically conductive connection to the first cell terminal of each electrochemical cell 104 of the first cell group 126a.
- Each of these contact elements 152 has a - preferably substantially flat - contact surface 150, at which the respective contact element 152 is connected to the first cell terminal of an electrochemical cell 104 the first cell group 126a, wherein this contact surface 150 is preferably oriented substantially perpendicular to the main surface 130a of the base body 136 of the first busbar 128a and preferably perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- Each of the contact elements 152 of the first busbar 128a has a first contact region 134, on which the contact surface 150 is arranged and on which the contact element 152 can be connected, preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding, to the central first cell terminal of an electrochemical cell 104 of the first cell group 126a.
- each contact element 152 of the first busbar 128a has an elastically and/or plastically deformable compensation region 154, via which the respective first contact region 134 is connected to the base body 136 of the first busbar 128a.
- all first contact regions 134 of the first current busbar 128a, all compensation regions 154 of the first current busbar 128a and the base body 136 of the first current busbar 128a are formed integrally with one another.
- the second busbar 128b which is shown in Fig. 12 as a whole and in Figs. 13 to 15 in detail, in its rear region facing away from the second power connection of the electrochemical module 100 assigned to the second busbar 128b, is designed and arranged mirror-symmetrically with respect to the longitudinal central axis 138 of the electrochemical module 100, except for the design of the contact elements 152.
- the second busbar 128b also has a main surface 130b which extends parallel to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
- An electrically conductive cross section of the second current busbar 128b taken perpendicular to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second current busbar 128b, which faces away from the second current connection of the electrochemical module 100, to the other end region 144 of the second current busbar 128b, which faces the second current connection of the electrochemical module 100.
- the transverse extent of the second busbar 128b along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 also increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second busbar 128b to the other end region 144 of the second busbar 128b along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
- the transverse extent of the second busbar 128b increases from the one end region 142, which faces away from the second power connection of the electrochemical module 100, to a transition point 148 and remains substantially constant in the region from the transition point 148 to the other end region 144 of the second busbar 128b, which faces the second power connection of the electrochemical module 100.
- An edge 146 of the base body 136 of the second busbar 128b, facing away from the contact elements 152 of the second busbar 128b, runs in the region from one end region 142 to the transition point 148 obliquely to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and obliquely to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- this edge 146 preferably runs substantially parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- the material thickness of the base body 136 of the second busbar 128b increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second busbar 128b to the other end region 144 of the second busbar 128b along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
- the second busbar 128b comprises, for each electrochemical cell 104 of the second cell group 126b of the electrochemical module 100, a second contact region 140 for electrically conductive connection to the respective second cell terminal of the respective electrochemical cell 104 of the second cell group 126b.
- Each of the contact elements 152 of the second busbar 128b has a contact surface 150 at which the respective contact element 152 can be connected to the second cell terminal of one of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, wherein this contact surface 150 is substantially perpendicular to the main surface 130b of the base body 136 of the second busbar 128b and perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- each of the contact elements 152 of the second busbar 128b comprises a second contact region 140, at which the respective contact element 152 can be connected - preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding - to the second cell terminal of one of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, and an elastically and/or plastically deformable compensation region 154, via which the respective second contact region 140 is connected to the base body 136 of the second busbar 128b.
- all second contact regions 140 of the second current busbar 128b, all compensation regions 154 of the second current busbar 128b and the base body 136 of the second current busbar 128b are formed integrally with one another.
- Each of the busbars 128a, 128b is preferably formed by cutting out of a flat starting material and by at least partially forming the cut-out starting material.
- the bus bars 128a and 128b are formed from an electrically conductive material, preferably a metallic material.
- the busbars 128a and 128b are formed from an aluminum material.
- This can be pure aluminum or an aluminum alloy whose largest weight fraction consists of aluminum.
- the base bodies 136 of the first bus bar 128a and the second bus bar 128b are aligned substantially parallel to each other and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and spaced apart from each other along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100.
- All electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 are arranged - at least partially - between the opposing power connection rails 128a and 128b.
- the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a and the second cell group 126b are connected in series with the respective adjacent cell groups 126 of the electrochemical module 100, whose electrochemical cells 104 each follow one another in the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100, by means of cell connectors 124, as shown by way of example in Figs. 6 and 7.
- the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of a cell group 126 and the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of an adjacent cell group 126 of the electrochemical module 100 are also connected in parallel to one another.
- Each cell connector 124 thus serves as a parallel cell connector.
- Each of the cell connectors 124 comprises a base body 156 which, viewed along the contact direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100, has a wave-like or zigzag shape.
- the cell connector 124 For contacting each first cell terminal of an electrochemical cell 104 of a neighboring cell group 126, the cell connector 124 comprises a first contact region 134, and for connecting to each second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the other neighboring cell group 126, the cell connector 124 comprises a second contact region 140.
- Each first contact region 134 is connected to the base body 156 of the cell connector 124 via an elastically and/or plastically deformable compensation region 154.
- every second contact region 140 of the cell connector 124 is connected to the base body 156 of the cell connector 124 via an elastically and/or plastically deformable compensation region 154.
- the compensation regions 154 can, for example, each have an S-shaped or Z-shaped cross-section.
- All cell connectors 124 of the cell contacting system 120 are held on a carrier element 122, which is shown separately in Figs. 16 and 17.
- the support element 122 is preferably plate-shaped.
- the carrier element 122 has a passage opening 158 for each electrochemical cell 104 of the electrochemical module 100, through which the central first cell terminal of the respective electrochemical cell 104 can be contacted with a first contact area 134 of a cell connector 124 or the first current collecting bar 128a and the second cell terminal of the electrochemical cell 104 can be contacted with a second contact area 140 of another cell connector 124 or the second current collecting bar 128b.
- the carrier element 122 is formed from an electrically insulating material, in particular from a plastic material.
- the current collecting bars 128a and 128b have thus been relocated to two opposite outer sides of the electrochemical module 100, preferably to the longer outer sides of the substantially cuboid-shaped electrochemical module 100.
- the main surfaces 130a, 130b of the base bodies 136 of the busbars 128a and 128b are aligned perpendicular to the contact surfaces 150 of the first contact regions 134 and the second contact regions 140 of the cell connectors 124.
- the transverse extent of the busbars 128a and 128b i.e. their extent along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100, can correspond at least in sections to the total length of the electrochemical cells 104 along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- the electrochemical module 100 has a lower overall height in the Z-direction.
- the busbars 128a and 128b are arranged laterally on the electrochemical module 100, the cell terminals of the electrochemical cells 104 and the cell connectors 124 of the electrochemical module 100 are not covered by the busbars 128a or 128b.
- the electrically conductive connection of the electrochemical cells 104 to the cell connectors 124 and to the busbars 128a and 128b of the cell contact system 120 can therefore be established simultaneously, in a single step.
- the escaping hot gas can freely degas through the cell contact system 120 and be removed from the electrochemical module 100. This prevents the hot gas from accumulating in a plane above the cell connectors 124 and causing further thermal runaways of electrochemical cells 104.
- the cell terminals of the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 and the cell connectors 124 can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
- the current collecting bars 128a and 128b arranged laterally on the electrochemical module 100 can also be surrounded by a cooling medium—both on their outer side facing away from the electrochemical cells 104 and on their inner side facing the electrochemical cells 104. This increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module 100.
- the geometry of the busbars 128a, 128b is adapted to the respective local current load and optimized according to the respective current density. This requires that, at least in sections, the electrically conductive cross-section of the busbars 128a, 128b decreases with increasing distance from the power connection of the electrochemical module 100 assigned to the respective busbar 128a, 128b. This can be achieved by tapering the base body 136 of the respective busbar 128a, 128b.
- the respective local current carrying capacity of the current busbars 128a, 128b can be determined both via the transverse extent, i.e.
- the second embodiment of the electrochemical module 100 shown in Figs. 2 to 17 has a reduced overall height in the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
- This design offers increased safety due to better removal of hot gases (better venting behavior).
- the simultaneous contactability of the cell terminals of the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 with the cell connectors 124 and with the busbars 128a, 128b improves the manufacturability and assembly of the cell contacting system 120 of the electrochemical module 100, thereby reducing production costs.
- the flow of cooling medium around these elements of the electrochemical module 100 can be optimized, thereby improving the performance of the electrochemical module 100.
- the total weight of the busbars 128a, 128b can be reduced particularly effectively.
- the second embodiment of an electrochemical module 100 shown in Figs. 2 to 17 corresponds in terms of structure, function and method of manufacture to the first embodiment shown in Fig. 1, to the above description of which reference is made in this respect.
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Abstract
Description
Zellkontaktierungssystem für ein elektrochemisches Modul und elektrochemisches Modul einer elektrochemischen Vorrichtung Cell contact system for an electrochemical module and electrochemical module of an electrochemical device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellkontaktierungssystem für ein elektrochemisches Modul einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei das elektrochemische Modul mehrere Zellgruppen umfasst, welche jeweils mehrere elektrochemische Zellen umfassen, wobei jede elektrochemische Zelle ein erstes Zellterminal und ein zweites Zellterminal aufweist, wobei die Zellterminals mittels elektrisch leitenden Kontaktbereichen kontaktiert sind, die längs einer Kontaktierungsrichtung auf das jeweilige Zellterminal folgen, wobei die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen einer ersten Zellgruppe im Betrieb des elektrochemischen Moduls das höchste elektrische Potential aufweisen und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen einer zweiten Zellgruppe im Betrieb des elektrochemischen Moduls das niedrigste elektrische Potential aufweisen und wobei die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der ersten Zellgruppe elektrisch leitend mit einer ersten Stromsammelschiene verbunden sind und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der zweiten Zellgruppe elektrisch leitend mit einer zweiten Stromsammelschiene verbunden sind, wobei die elektrochemischen Zellen der ersten Zellgruppe längs einer Längsrichtung des elektrochemischen Moduls aufeinander folgen und die elektrochemischen Zellen der zweiten Zellgruppe längs der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls aufeinander folgen und mindestens eine der Stromsammelschienen eine Hauptfläche aufweist, welche sich parallel zu der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls erstreckt. The present invention relates to a cell contacting system for an electrochemical module of an electrochemical device, wherein the electrochemical module comprises a plurality of cell groups, each of which comprises a plurality of electrochemical cells, wherein each electrochemical cell has a first cell terminal and a second cell terminal, wherein the cell terminals are contacted by means of electrically conductive contact regions which follow the respective cell terminal along a contacting direction, wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of a first cell group have the highest electrical potential during operation of the electrochemical module and the second cell terminals of the electrochemical cells of a second cell group have the lowest electrical potential during operation of the electrochemical module, and wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group are electrically conductively connected to a first current collecting bar and the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group are electrically conductively connected to a second current collecting bar, wherein the electrochemical cells of the first cell group follow one another along a longitudinal direction of the electrochemical module and the electrochemical cells of the second cell group follow one another along the longitudinal direction of the electrochemical module and at least one of the current collecting bars has a main surface which extends parallel to the longitudinal direction of the electrochemical module.
Ein bekanntes Zellkontaktierungssystem für ein elektrochemisches Modul einer elektrochemischen Vorrichtung der vorstehend genannten Art umfasst zwei Stromsammelschienen, deren Hauptflächen sich parallel zu der Längsrichtung oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls erstrecken. Diese beiden Stromsammelschienen befinden sich in einer zusätzlichen Lage oberhalb der Zellterminals der elektrochemischen Zellen und oberhalb von Zellverbindern, durch welche erste Zellterminals und zweite Zellterminals der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Für die Anordnung dieser beiden Stromsammelschienen in dieser zusätzlichen Lage oberhalb der Zellterminals und der Zellverbinder für die Serien- und Parallelverschaltung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls wird längs der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls zusätzlicher Bauraum benötigt. A known cell contacting system for an electrochemical module of an electrochemical device of the above-mentioned type comprises two current collecting bars whose main surfaces extend parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module and perpendicular to the contacting direction or Z-direction of the electrochemical module. These two busbars are located in an additional layer above the cell terminals of the electrochemical cells and above cell connectors, through which the first cell terminals and second cell terminals of the electrochemical cells of the electrochemical module are electrically connected to one another. The arrangement of these two busbars in this additional layer above the cell terminals and the cell connectors for the series and parallel connection of the electrochemical cells of the electrochemical module requires additional installation space along the contact direction or Z-direction of the electrochemical module.
Ferner ist es erforderlich, zwischen jeder der Stromsammelschienen und den jeweils darunter angeordneten Zellverbindern eine elektrisch isolierende Schicht einzubringen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Furthermore, it is necessary to insert an electrically insulating layer between each of the busbars and the cell connectors arranged underneath to prevent short circuits.
Da die Stromsammelschienen jeweils einige der elektrochemischen Zellen und zumindest Abschnitte der Zellverbinder überdecken, sind für die Herstellung des Zellkontaktierungssystems, welches diese Stromsammelschienen umfasst, mehrere aufeinanderfolgende Schritte nötig. Zuerst müssen die Zellverbinder mit den Zellterminals der elektrochemischen Zellen kontaktiert werden. Dann muss die elektrische Isolationsschicht auf zumindest einem Teil der Zellverbinder und der elektrochemischen Zellen angeordnet werden. Erst danach können die Stromsammelschienen über den Zellverbindern und über den elektrochemischen Zellen positioniert und mit den ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der ersten Zellgruppe bzw. mit den zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der zweiten Zellgruppe kontaktiert werden. Since the busbars each cover some of the electrochemical cells and at least sections of the cell connectors, several consecutive steps are necessary to manufacture the cell contact system comprising these busbars. First, the cell connectors must be contacted with the cell terminals of the electrochemical cells. Then, the electrical insulation layer must be arranged on at least some of the cell connectors and the electrochemical cells. Only then can the busbars be positioned over the cell connectors and the electrochemical cells and contacted with the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group or with the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group.
Der Umstand, dass die Stromsammelschienen die Zellverbinder und die elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls zumindest teilweise überdecken, bringt auch Nachteile hinsichtlich der Abführung von aus den elektrochemischen Zellen im Falle eines sogenannten "Thermal Runaway" austretenden heißen Gasen mit sich. Diese heißen Gase verbleiben nämlich im Zwischenraum zwischen den elektrochemischen Zellen und den darüberliegenden Stromsammelschienen, wodurch sich weitere elektrochemischen Zellen erwärmen können, die unter derselben Stromsammelschiene liegen und die dann ebenfalls in den Zustand eines "Thermal Runaway" übergehen können, was dazu führt, dass diese weiteren elektrochemischen Zellen ebenfalls heißes Gas abgeben. The fact that the busbars at least partially cover the cell connectors and the electrochemical cells of the electrochemical module also brings disadvantages with regard to the dissipation of heat from the electrochemical cells in the event of a so-called "thermal runaway". escaping hot gases. These hot gases remain in the space between the electrochemical cells and the busbars above them, which can cause other electrochemical cells located beneath the same busbar to heat up and then also enter a "thermal runaway" state, causing these other electrochemical cells to also release hot gas.
Ferner können die von jeweils einer Stromsammelschiene verdeckten elektrochemischen Zellen und Zellverbinder nicht direkt mit einem Kühlmedium einer Immersionskühlung angeströmt oder von dem Kühlmedium umströmt werden. Hierdurch reduziert sich die Kühlleistung eines gegebenenfalls vorhandenen Immersionskühlsystems. Furthermore, the electrochemical cells and cell connectors, each concealed by a busbar, cannot be directly exposed to or surrounded by a cooling medium from an immersion cooling system. This reduces the cooling performance of any immersion cooling system that may be present.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zellkontaktierungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die vorstehend erläuterten Probleme des bekannten Zellkontaktierungssystems zumindest teilweise überwindet. The present invention is based on the object of creating a cell contacting system of the type mentioned at the outset which at least partially overcomes the problems of the known cell contacting system explained above.
Diese Aufgabe wird bei einem Zellkontaktierungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hauptfläche der mindestens einen Stromsammelschiene sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls erstreckt. This object is achieved according to the invention in a cell contacting system having the features of the preamble of claim 1 in that the main surface of the at least one current collecting bar extends substantially parallel to the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module.
Dadurch, dass die mindestens eine Stromsammelschiene sich mit ihrer Hauptfläche nicht senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls erstreckt, sondern im Wesentlichen parallel zu der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung, wird vermieden, dass Zellterminals und Zellverbinder des elektrochemischen Moduls durch diese Stromsammelschiene - längs der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls gesehen - überdeckt werden. Dadurch, dass die mindestens eine Stromsammelschiene nicht in einer zusätzlichen Ebene über den Zellterminals und den Zellverbindern des elektrochemischen Moduls angeordnet ist, weist das elektrochemische Modul bei Verwendung des erfindungsgemäßen Zellkontaktierungssystems zumindest im Bereich dieser Stromsammelschiene eine geringere Bauhöhe in der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung auf. The fact that the at least one current busbar extends with its main surface not perpendicular to the contact direction or Z-direction of the electrochemical module, but essentially parallel to the contact direction or Z-direction, prevents cell terminals and cell connectors of the electrochemical module from being covered by this current busbar - seen along the contact direction or Z-direction of the electrochemical module. Because the at least one current busbar is not arranged in an additional level above the cell terminals and the cell connectors of the electrochemical module, the electrochemical module has a lower overall height in the contacting direction or Z-direction, at least in the region of this current busbar, when using the cell contacting system according to the invention.
Dadurch, dass die mindestens eine Stromsammelschiene keine Zellterminals von elektrochemischen Zellen und keine Zellverbinder des elektrochemischen Moduls überdeckt, kann das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung der elektrochemischen Zellen mit den Zellverbindern einerseits und das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung der Zellterminals der ersten Zellgruppe und der zweiten Zellgruppe mit der jeweils zugeordneten Stromsammelschiene gleichzeitig, in einem einzigen Arbeitsschritt, erfolgen. Because the at least one current busbar does not cover any cell terminals of electrochemical cells or any cell connectors of the electrochemical module, the electrically conductive connection of the electrochemical cells to the cell connectors on the one hand and the electrically conductive connection of the cell terminals of the first cell group and the second cell group to the respectively assigned current busbar can be made simultaneously, in a single work step.
Ferner kann im Fall eines "Thermal Runaway" einer der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls das entweichende heiße Gas frei durch das Zellkontaktierungssystem entgasen und aus dem elektrochemischen Modul abgeführt werden. So wird verhindert, dass sich das heiße Gas in einer Ebene oberhalb der Zellverbinder sammelt und weitere "Thermal Runaways" von elektrochemischen Zellen verursacht. Furthermore, in the event of a thermal runaway of one of the electrochemical cells in the electrochemical module, the escaping hot gas can freely vent through the cell contact system and be removed from the electrochemical module. This prevents the hot gas from accumulating in a plane above the cell connectors and causing further thermal runaways of electrochemical cells.
Ferner können die Zellterminals der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls und die Zellverbinder direkt von dem Kühlmedium eines Immersionskühlungssystems umströmt werden. Furthermore, the cell terminals of the electrochemical cells of the electrochemical module and the cell connectors can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
Auch die mit ihrer Hauptfläche parallel zu der Kontaktierungsrichtung oder Z-Richtung und parallel zu der Längsrichtung oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls ausgerichtete Stromsammelschiene kann von einem Kühlmedium umströmt werden. Dies erhöht die erzielbare Kühlleistung und damit die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Moduls. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zellkontaktie- rungssystems ist vorgesehen, dass beide Stromsammelschienen des Moduls jeweils eine Hauptfläche aufweisen, welche sich parallel zu der Längsrichtung oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls und parallel zu der Kontaktierungsrichtung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls (Z-Richtung des elektrochemischen Moduls) erstreckt. The busbar, which is aligned with its main surface parallel to the contact direction or Z-direction and parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module, can also be surrounded by a cooling medium. This increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module. In a preferred embodiment of the cell contacting system according to the invention, it is provided that both current collecting rails of the module each have a main surface which extends parallel to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module and parallel to the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module (Z-direction of the electrochemical module).
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Zellkontaktierungssystem keine Stromsammelschiene umfasst, welche ein Zellterminal oder einen Zellverbinder des elektrochemischen Moduls - in der Kontaktierungsrichtung gesehen - überdeckt, so dass das gesamte Zellkontaktierungssystem in einem einzigen Arbeitsgang mit den elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls kontaktiert werden kann. In this way, it is ensured that the cell contacting system does not include a current collecting bar that covers a cell terminal or a cell connector of the electrochemical module - seen in the contacting direction - so that the entire cell contacting system can be contacted with the electrochemical cells of the electrochemical module in a single operation.
Ferner ist ausgeschlossen, dass aus einer elektrochemischen Zelle im Fall eines "Thermal Runaway" austretendes heißes Gas zwischen den Zellterminals und Zellverbindern des elektrochemischen Moduls einerseits und einer Stromsammelschiene des Zellkontaktierungssystems andererseits gefangen wird und auf diese Weise weitere "Thermal Runaways" von elektrochemischen Zellen verursacht. Furthermore, it is impossible for hot gas escaping from an electrochemical cell in the event of a thermal runaway to be trapped between the cell terminals and cell connectors of the electrochemical module on the one hand and a current busbar of the cell contact system on the other hand, thus causing further thermal runaways of electrochemical cells.
Außerdem können in diesem Fall die Zellterminals aller elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls und alle Zellverbinder direkt von dem Kühlmedium eines Immersionskühlungssystem umströmt werden. In addition, in this case, the cell terminals of all electrochemical cells of the electrochemical module and all cell connectors can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
Ferner können auch alle Stromsammelschienen des Zellkontaktierungssystems von einem Kühlmedium umströmt werden, was die erzielbare Kühlleistung und damit die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Moduls erhöht. Furthermore, all current busbars of the cell contact system can be surrounded by a cooling medium, which increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module.
Um Material und Gewicht bei den Stromsammelschienen einzusparen, ist es von Vorteil, wenn ein senkrecht zu der Längsrichtung oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls genommener elektrisch leitender Querschnitt mindestens einer der Stromsammelschienen von dem einen Endbereich bis zu dem anderen Endbereich der betreffenden Stromsammelschiene zumindest abschnittsweise zunimmt. In order to save material and weight in the busbars, it is advantageous if an electrically conductive cross-section taken perpendicular to the longitudinal direction or X-direction of the electrochemical module at least one of the busbars increases at least in sections from one end region to the other end region of the relevant busbar.
Auf diese Weise wird die lokale Stromtragfähigkeit der Stromsammelschiene an verschiedenen Orten längs der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls an den jeweiligen Bedarf angepasst, weil die Summe der von der Stromsammelschiene von den Zellterminals der jeweils zugeordneten Zellgruppe abzuführenden Ströme bzw. die Summe der den Zellterminals der jeweils zugeordneten Zellgruppe zuzuführenden Ströme mit wachsendem Abstand von dem Endbereich der Stromsammelschiene, welcher dem externen Stromanschluss des elektrochemischen Moduls näher liegt, abnimmt. In this way, the local current carrying capacity of the current busbar is adapted to the respective requirements at different locations along the longitudinal direction of the electrochemical module, because the sum of the currents to be discharged by the current busbar from the cell terminals of the respectively assigned cell group or the sum of the currents to be supplied to the cell terminals of the respectively assigned cell group decreases with increasing distance from the end region of the current busbar, which is closer to the external power connection of the electrochemical module.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der senkrecht zu der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls genommene elektrisch leitende Querschnitt mindestens einer der Stromsammelschienen von dem einen Endbereich bis zu dem anderen Endbereich der betreffenden Stromsammelschiene monoton, besonders bevorzugt stetig, zunimmt. It is preferably provided that the electrically conductive cross section of at least one of the busbars taken perpendicular to the longitudinal direction of the electrochemical module increases monotonically, particularly preferably continuously, from one end region to the other end region of the relevant busbar.
Diese Zunahme des elektrisch leitenden Querschnitts kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine Quererstreckung der mindestens einen Stromsammelschiene längs der Kontaktierungsrichtung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls von dem einen Endbereich bis zu dem anderen Endbereich der betreffenden Stromsammelschiene längs der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls zumindest abschnittsweise, insbesondere monoton, besonders bevorzugt stetig, zunimmt. This increase in the electrically conductive cross section can be achieved in particular by a transverse extension of the at least one current busbar along the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module from one end region to the other end region of the relevant current busbar along the longitudinal direction of the electrochemical module increasing at least in sections, in particular monotonously, particularly preferably continuously.
Alternativ oder ergänzend zu dieser Variation der Quererstreckung der mindestens einen Stromsammelschiene kann vorgesehen sein, dass eine Materialstärke der mindestens einen Stromsammelschiene von dem einen Endbereich bis zu dem anderen Endbereich der betreffenden Stromsammelschiene längs der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls zumindest abschnittsweise, insbesondere monoton, vorzugsweise stetig, zunimmt. Die Materialstärke der mindestens einen Stromsammelschiene ist deren Erstreckung senkrecht zu der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls. Alternatively or in addition to this variation of the transverse extent of the at least one busbar, it can be provided that a material thickness of the at least one busbar increases from one end region to the other end region of the relevant busbar along the longitudinal direction of the electrochemical module, at least in sections, in particular monotonously, preferably continuously. The material thickness of the at least one busbar is its extension perpendicular to the longitudinal direction of the electrochemical module and perpendicular to the contact direction of the electrochemical cells of the electrochemical module.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine der Stromsammelschienen mindestens ein Kontaktelement zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem Zellterminal einer elektrochemischen Zelle einer der Stromsammelschiene benachbarten Zellgruppe umfasst. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one of the busbars comprises at least one contact element for electrically conductive connection to a cell terminal of an electrochemical cell of a cell group adjacent to the busbar.
Das mindestens eine Kontaktelement weist vorzugsweise eine Kontaktfläche auf, an welcher das Kontaktelement mit dem Zellterminal einer elektrochemischen Zelle verbindbar ist, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißung, besonders bevorzugt durch Laserschweißung, wobei die Kontaktfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptfläche des Grundkörpers der Stromsammelschiene ausgerichtet ist. The at least one contact element preferably has a contact surface at which the contact element can be connected to the cell terminal of an electrochemical cell, preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding, wherein the contact surface is aligned substantially perpendicular to a main surface of the base body of the busbar.
Ferner ist es günstig, wenn das mindestens eine Kontaktelement einen Kontaktbereich umfasst, an welchem das Kontaktelement mit einem Zellterminal einer elektrochemischen Zelle verbindbar ist, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißung, besonders bevorzugt durch Laserschweißung, und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, über welchen der Kontaktbereich mit dem Grundkörper der Stromsammelschiene verbunden ist. Furthermore, it is advantageous if the at least one contact element comprises a contact region at which the contact element can be connected to a cell terminal of an electrochemical cell, preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding, and an elastically and/or plastically deformable compensation region via which the contact region is connected to the base body of the busbar.
Ein solcher Kompensationsbereich kann sowohl Fertigungstoleranzen bei der Montage des Zellkontaktierungssystems an den elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls ausgleichen als auch Veränderungen der Relativpo- sitionen zwischen den verschiedenen Zellterminals derselben Zellgruppe im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung, die beispielsweise durch Schock, Vibrationen oder alterungsbedingte Dimensionsänderungen der elektrochemischen Zellen verursacht werden, zumindest teilweise kompensieren und die auf die Verbindungsstelle zwischen jeweils einem Kontaktbereich einer Stromsammelschiene und jeweils einem Zellterminal einer elektrochemischen Zelle einwirkenden mechanischen Spannungen verringern. Such a compensation area can compensate for manufacturing tolerances during assembly of the cell contact system to the electrochemical cells of the electrochemical module as well as at least partially compensate for changes in the relative positions between the various cell terminals of the same cell group during operation of the electrochemical device, which are caused, for example, by shock, vibrations or age-related dimensional changes of the electrochemical cells and the reduce the mechanical stresses acting on the connection point between a contact area of a current busbar and a cell terminal of an electrochemical cell.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kontaktbereich, der mindestens eine Kompensationsbereich und der mindestens eine Grundkörper der jeweiligen Stromsammelschiene einstückig miteinander ausgebildet sind. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one contact region, the at least one compensation region and the at least one base body of the respective busbar are formed integrally with one another.
Vorzugsweise ist die Stromsammelschiene als ein Stanzbiegekörper ausgebildet. Preferably, the busbar is designed as a stamped and bent body.
Mindestens eine der Stromsammelschienen kann durch Heraustrennen aus einem flachen Ausgangsmaterial und zumindest teilweises Umformen des herausgetrennten Ausgangsmaterials gebildet sein. At least one of the busbars may be formed by cutting out of a flat starting material and at least partially reshaping the cut-out starting material.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine der Stromsammelschienen aus einem Aluminium-Material gebildet ist. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one of the busbars is formed from an aluminum material.
Das erfindungsgemäße Zellkontaktierungssystem eignet sich insbesondere zur Verwendung als Bestandteil eines elektrochemischen Moduls einer elektrochemischen Vorrichtung, wobei das elektrochemische Modul mehrere Zellgruppen umfasst, welche jeweils mehrere elektrochemische Zellen umfassen, und wobei das elektrochemische Modul ein erfindungsgemäßes Zellkontaktierungssystem umfasst. The cell contacting system according to the invention is particularly suitable for use as a component of an electrochemical module of an electrochemical device, wherein the electrochemical module comprises a plurality of cell groups, each of which comprises a plurality of electrochemical cells, and wherein the electrochemical module comprises a cell contacting system according to the invention.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass mehrere elektrochemische Zellen des elektrochemischen Moduls zumindest teilweise zwischen den beiden Stromsammelschienen angeordnet sind. Vorzugsweise sind alle elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls zumindest teilweise zwischen den beiden Stromsammelschienen des Zellkontaktierungssystems angeordnet. It is preferably provided that several electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current busbars. Preferably, all electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current collecting bars of the cell contacting system.
Zur Behebung der vorstehend genannten Nachteile des bekannten Zellkontaktierungssystems ist es günstig, wenn kein Bestandteil einer der Stromsammelschienen eine der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls - in der Kontaktierungsrichtung der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls gesehen - vollständig überdeckt. In order to overcome the above-mentioned disadvantages of the known cell contacting system, it is advantageous if no component of one of the current busbars completely covers one of the electrochemical cells of the electrochemical module - seen in the contacting direction of the electrochemical cells of the electrochemical module.
Das elektrochemische Modul kann insbesondere als ein Batteriemodul einer elektrochemischen Vorrichtung, die als ein Batteriespeicher ausgebildet ist, ausgebildet sein. The electrochemical module can in particular be designed as a battery module of an electrochemical device which is designed as a battery storage device.
Die elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls können beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren sein. The electrochemical cells of the electrochemical module can, for example, be lithium-ion batteries.
Eine elektrochemische Vorrichtung, die mindestens ein solches Batteriemodul umfasst, eignet sich beispielsweise als Energiespeicher für ein Elektromobil oder für stationäre Speicherzwecke, beispielsweise als Energiepuffer für eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage. An electrochemical device comprising at least one such battery module is suitable, for example, as an energy storage device for an electric vehicle or for stationary storage purposes, for example as an energy buffer for a photovoltaic system or a wind turbine.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen: The drawings show:
Fig. 1 eine Draufsicht von oben auf ein elektrochemisches Modul einer elektrochemischen Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wobei das elektrochemische Modul mehrere Zellgruppen umfasst, welche jeweils mehrere elektrochemische Zellen umfassen, wobei jede elektrochemische Zelle ein erstes Zellterminal und ein zweites Zellterminal aufweist, wobei die Zellterminals mittels elektrisch leitender Kontaktbereiche kontaktiert sind, die längs einer Kontaktierungsrichtung auf das jeweilige Zellterminal folgen, wobei die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen einer ersten Zellgruppe im Betrieb des elektrochemischen Moduls das höchste elektrochemische Potential aufweisen und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen einer zweiten Zellgruppe im Betrieb des elektrochemischen Moduls das niedrigste elektrochemische Potential aufweisen und wobei die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der ersten Zellgruppe elektrisch leitend mit einer ersten Stromsammelschiene verbunden sind und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen der zweiten Zellgruppe elektrisch leitend mit einer zweiten Stromsammelschiene verbunden sind, wobei die elektrochemischen Zellen der ersten Zellgruppe längs einer Längsrichtung des elektrochemischen Moduls aufeinander folgen und die elektrochemischen Zellen der zweiten Zellgruppe längs der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls aufeinander folgen und wobei die beiden Stromsammelschienen jeweils eine Hauptfläche aufweisen, welche sich parallel zu der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls und senkrecht zu den Kontaktrichtungen der elektrochemischen Zellen erstreckt; Fig. 1 is a top plan view of an electrochemical module of an electrochemical device according to the prior art, the electrochemical module comprising several cell groups, which each comprise a plurality of electrochemical cells, wherein each electrochemical cell has a first cell terminal and a second cell terminal, wherein the cell terminals are contacted by means of electrically conductive contact areas which follow the respective cell terminal along a contacting direction, wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of a first cell group have the highest electrochemical potential during operation of the electrochemical module and the second cell terminals of the electrochemical cells of a second cell group have the lowest electrochemical potential during operation of the electrochemical module, and wherein the first cell terminals of the electrochemical cells of the first cell group are electrically conductively connected to a first current collecting bar and the second cell terminals of the electrochemical cells of the second cell group are electrically conductively connected to a second current collecting bar, wherein the electrochemical cells of the first cell group follow one another along a longitudinal direction of the electrochemical module and the electrochemical cells of the second cell group follow one another along the longitudinal direction of the electrochemical module, and wherein the two current collecting bars each have a main surface which extends parallel to the longitudinal direction of the electrochemical module and perpendicular to the contact directions of the electrochemical cells;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls einer elektrochemischen Vorrichtung, welche sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform insbesondere dadurch unterscheidet, dass die beiden Stromsammelschienen des Zellkontaktierungssystems jeweils eine Hauptfläche aufweisen, welche sich parallel zu der Längsrichtung des elektrochemischen Moduls und parallel zu den Kontaktrichtungen der elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls erstreckt, wobei die elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls zumindest teilweise zwischen den beiden Stromsammelschienen angeordnet sind, so dass die beiden Stromsammelschienen parallel zueinander auf einander gegenüberliegenden Seiten des elektrochemischen Moduls angeordnet sind und in einer senkrecht zu der Längsrichtung des Moduls und senkrecht zu den Kontaktrichtungen der elektrochemischen Zellen ausgerichteten Querrichtung des elektrochemischen Moduls voneinander beab- standet sind, mit der Blickrichtung auf eine den elektrochemischen Zellen abgewandte Oberseite des Zellkontaktierungssystems des elektrochemischen Moduls; Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of an electrochemical module of an electrochemical device according to the invention, which differs from the embodiment shown in Fig. 1 in particular in that the two current collecting rails of the cell contacting system each have a main surface which extends parallel to the longitudinal direction of the electrochemical module and parallel to the contact directions of the electrochemical cells of the electrochemical module, wherein the electrochemical cells of the electrochemical module are arranged at least partially between the two current collecting bars, so that the two current collecting bars are arranged parallel to one another on opposite sides of the electrochemical module and are spaced apart from one another in a transverse direction of the electrochemical module oriented perpendicular to the longitudinal direction of the module and perpendicular to the contact directions of the electrochemical cells, with the viewing direction towards an upper side of the cell contacting system of the electrochemical module facing away from the electrochemical cells;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Zellkontaktierungssystems des elektrochemischen Moduls aus Fig. 2, mit der Blickrichtung von unten auf eine im Betrieb des elektrochemischen Moduls den elektrochemischen Zellen des elektrochemischen Moduls zugewandte Seite des Zellkontaktierungssystems; Fig. 3 is a perspective view of the cell contacting system of the electrochemical module from Fig. 2, viewed from below onto a side of the cell contacting system facing the electrochemical cells of the electrochemical module during operation of the electrochemical module;
Fig. 4 eine Draufsicht auf die im Betrieb des elektrochemischen Moduls den elektrochemischen Zellen zugewandte Seite des Zellkontaktierungssystems aus Fig. 3, längs der Kontaktierungsrichtung gesehen; Fig. 4 is a plan view of the side of the cell contacting system of Fig. 3 facing the electrochemical cells during operation of the electrochemical module, seen along the contacting direction;
Fig. 5 eine Ansicht des Zellkontaktierungssystems aus den Fig. 3 und 4 entlang der Längsrichtung des Zellkontaktierungssystems, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 5 in Fig. 4; Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Zellverbinders des Zellkontaktierungssystems aus den Fig. 3 bis 5, mittels welchem die ersten Zellterminals einer ersten Zellgruppe und die zweiten Zellterminals einer zweiten Zellgruppe des elektrischen Moduls parallel zueinander geschaltet werden und die erste Zellgruppe und die zweite Zellgruppe miteinander in Reihe geschaltet werden; Fig. 5 is a view of the cell contacting system of Figs. 3 and 4 along the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 5 in Fig. 4; Fig. 6 is a perspective view of a cell connector of the cell contacting system of Figs. 3 to 5, by means of which the first cell terminals of a first cell group and the second cell terminals of a second cell group of the electrical module are connected in parallel to one another and the first cell group and the second cell group are connected in series with one another;
Fig. 7 eine ausschnittsweise Draufsicht auf den Zellverbinder aus Fig. 6; Fig. 7 is a partial plan view of the cell connector from Fig. 6;
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer ersten Stromsammelschiene des Zellkontaktierungssystems; Fig. 8 is a perspective view of a first current collecting bar of the cell contacting system;
Fig. 9 eine Draufsicht von oben auf die erste Stromsammelschiene aus Fig. 8; Fig. 9 is a top plan view of the first busbar of Fig. 8;
Fig. 10 eine Seitenansicht der ersten Stromsammelschiene, parallel zu der Querrichtung des Zellkontaktierungssystems gesehen, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 10 in Fig. 9; Fig. 10 is a side view of the first current collecting bar, seen parallel to the transverse direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 10 in Fig. 9;
Fig. 11 eine Ansicht der ersten Stromsammelschiene parallel zur Längsrichtung des Zellkontaktierungssystems, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 11 in Fig. 10; Fig. 11 is a view of the first current collecting bar parallel to the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 11 in Fig. 10;
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Stromsammelschiene des Zellkontaktierungssystems; Fig. 12 is a perspective view of a second current busbar of the cell contacting system;
Fig. 13 eine Draufsicht von oben auf die zweite Stromsammelschiene aus Fig. 12; Fig. 13 is a top plan view of the second busbar of Fig. 12;
Fig. 14 eine Seitenansicht der zweiten Stromsammelschiene, parallel zu der Querrichtung des Zellkontaktierungssystems, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 14 in Fig. 13; Fig. 15 eine Ansicht der zweiten Stromsammelschiene parallel zu der Längsrichtung des Zellkontaktierungssystems, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 15 in Fig. 14; Fig. 14 is a side view of the second current collecting bar, parallel to the transverse direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 14 in Fig. 13; Fig. 15 is a view of the second current collecting bar parallel to the longitudinal direction of the cell contacting system, looking in the direction of arrow 15 in Fig. 14;
Fig. 16 eine perspektivische Darstellung eines plattenförmigen Trägerelements des Zellkontaktierungssystems; und Fig. 16 is a perspective view of a plate-shaped support element of the cell contacting system; and
Fig. 17 eine Draufsicht von oben auf das plattenförmige Trägerelement des Zellkontaktierungssystems aus Fig. 16. Fig. 17 is a top view of the plate-shaped support element of the cell contacting system from Fig. 16.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Identical or functionally equivalent elements are designated by the same reference numerals in all figures.
Eine in Fig. 1 dargestellte nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten elektrochemischen Moduls einer elektrochemischen Vorrichtung 102 umfasst eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen 104, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als im Wesentlichen zylindrische Rundzellen 106 ausgebildet sind. An embodiment of an electrochemical module of an electrochemical device 102, designated as a whole by 100, shown in Fig. 1, which is not according to the invention, comprises a plurality of electrochemical cells 104, which in the illustrated embodiment are designed as substantially cylindrical round cells 106.
Die elektrochemischen Zellen 104 sind vorzugsweise an den Positionen eines Hexagonal-Gitters angeordnet, so dass (außer den randständigen elektrochemischen Zellen 104) jede elektrochemische Zelle 104 von jeweils sechs benachbarten elektrochemischen Zellen 104 umgeben ist. The electrochemical cells 104 are preferably arranged at the positions of a hexagonal grid, so that (except for the edge electrochemical cells 104) each electrochemical cell 104 is surrounded by six neighboring electrochemical cells 104.
Jede der elektrochemischen Zellen 104 umfasst ein erstes Zellterminal, welches mittig an der elektrochemischen Zelle 104 angeordnet ist und sich längs einer Kontaktierungsrichtung 108 erstreckt, welche parallel zu der Längsmit- telachse der elektrochemischen Zelle 104 ausgerichtet ist. Each of the electrochemical cells 104 comprises a first cell terminal which is arranged centrally on the electrochemical cell 104 and extends along a contact direction 108 which is aligned parallel to the longitudinal central axis of the electrochemical cell 104.
Jede der elektrochemischen Zellen 104 weist ferner ein zweites Zellterminal auf, dessen Polarität der Polarität des ersten Zellterminals entgegengesetzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die ersten Zellterminals eine positive Polarität und die zweiten Zellterminals eine negative Polarität auf. Each of the electrochemical cells 104 further has a second cell terminal whose polarity is opposite to the polarity of the first cell terminal. In the present embodiment, the first cell terminals have a positive polarity and the second cell terminals have a negative polarity.
Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass die ersten Zellterminals eine negative Polarität und die zweiten Zellterminals eine positive Polarität aufweisen. In principle, however, it can also be provided that the first cell terminals have a negative polarity and the second cell terminals have a positive polarity.
Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das zweite Zellterminal jeder elektrochemischen Zelle 104 an derselben Stirnseite der elektrochemischen Zelle 104 angeordnet ist wie das erste Zellterminal. In the embodiment shown in the drawing, it is provided that the second cell terminal of each electrochemical cell 104 is arranged on the same end face of the electrochemical cell 104 as the first cell terminal.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite Zellterminal das erste Zellterminal ringförmig umgibt. It is preferably provided that the second cell terminal surrounds the first cell terminal in a ring shape.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Zellterminal am äußeren Umfang der Stirnseite der elektrochemischen Zelle 104 angeordnet ist. In particular, it can be provided that the second cell terminal is arranged on the outer circumference of the front side of the electrochemical cell 104.
Selbstverständlich sind das erste Zellterminal und das zweite Zellterminal derselben elektrochemischen Zelle 104 elektrisch voneinander isoliert. Of course, the first cell terminal and the second cell terminal of the same electrochemical cell 104 are electrically isolated from each other.
Die elektrochemischen Zellen 104 sind in einem Gehäuse 110 des elektrochemischen Moduls 100 angeordnet. The electrochemical cells 104 are arranged in a housing 110 of the electrochemical module 100.
Das Gehäuse 110 umfasst erste Begrenzungswände 112, welche sich in einer Längsrichtung 114 des elektrochemischen Moduls 100 erstrecken, die im Folgenden auch als die X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 bezeichnet wird. The housing 110 comprises first boundary walls 112 which extend in a longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the X-direction of the electrochemical module 100.
Ferner umfasst das Gehäuse 110 zweite Begrenzungswände 116, welche sich in einer Querrichtung 118 des elektrochemischen Moduls 100 erstrecken, die im Folgenden auch als die Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 bezeichnet wird. Ferner umfasst das Gehäuse 110 einen (nicht dargestellten) Gehäuseboden, auf welchem die elektrochemischen Zellen 104 angeordnet sind und welcher vorzugsweise mittels einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung des elektrochemischen Moduls 100 kühlbar ist oder selbst einen Bestandteil einer solchen Kühlvorrichtung bildet. Furthermore, the housing 110 comprises second boundary walls 116 which extend in a transverse direction 118 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the Y-direction of the electrochemical module 100. Furthermore, the housing 110 comprises a housing base (not shown) on which the electrochemical cells 104 are arranged and which can preferably be cooled by means of a cooling device (not shown) of the electrochemical module 100 or itself forms a component of such a cooling device.
Der Gehäuseboden ist vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 des elektrochemischen Moduls 100 ausgerichtet, welche im Folgenden auch als die Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 bezeichnet wird. The housing base is preferably oriented perpendicular to the contact direction 108 of the electrochemical module 100, which is also referred to below as the Z-direction of the electrochemical module 100.
Die Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und die Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 sind vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Rich- tung des elektrochemischen Moduls 100 ausgerichtet. The longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100 are preferably aligned perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Ferner sind vorzugsweise die Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und die Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 senkrecht zueinander ausgerichtet. Furthermore, the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100 are preferably aligned perpendicular to each other.
Das elektrochemische Modul 100 umfasst ferner ein Zellkontaktierungssystem 120, welches vorzugsweise eine Mündungsöffnung des Gehäuses 110 des elektrochemischen Moduls 100 verschließt. The electrochemical module 100 further comprises a cell contacting system 120, which preferably closes an opening of the housing 110 of the electrochemical module 100.
Das Zellkontaktierungssystem 120 umfasst vorzugsweise ein Trägerelement 122 und an dem Trägerelement 122 angeordnete Zellverbinder 124. The cell contacting system 120 preferably comprises a carrier element 122 and cell connectors 124 arranged on the carrier element 122.
Die elektrochemischen Zellen 104 bilden Zellgruppen 126, deren erste Zellterminals und/oder deren zweite Zellterminals jeweils auf demselben elektrischen Potential liegen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden 27 elektrochemische Zellen 104a, deren erste Zellterminals im Betrieb des elektrochemischen Moduls 100 das höchste elektrochemische Potential aufweisen und die benachbart zu der in Fig. 1 unten dargestellten ersten Begrenzungswand 112a längs der Längsrichtung 114 des elektrochemischen Moduls 100 aufeinander folgen, eine erste Zellgruppe 126a des elektrochemischen Moduls 100. The electrochemical cells 104 form cell groups 126, the first cell terminals and/or the second cell terminals of which are each at the same electrical potential. In the embodiment shown in Fig. 1, 27 electrochemical cells 104a, whose first cell terminals have the highest electrochemical potential during operation of the electrochemical module 100 and which follow one another along the longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100 adjacent to the first boundary wall 112a shown at the bottom in Fig. 1, form a first cell group 126a of the electrochemical module 100.
In entsprechender Weise bilden bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 27 elektrochemische Zellen 104, deren zweite Zellterminals im Betrieb des elektrochemischen Moduls 100 das niedrigste elektrochemische Potential aufweisen und benachbart zu der in Fig. 1 oben dargestellten ersten Begrenzungswand 112b längs der Längsrichtung 114 des elektrochemischen Moduls 100 aufeinander folgen, eine zweite Zellgruppe 126b des elektrochemischen Moduls 100. Correspondingly, in the embodiment shown in Fig. 1, 27 electrochemical cells 104, whose second cell terminals have the lowest electrochemical potential during operation of the electrochemical module 100 and follow one another along the longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100 adjacent to the first boundary wall 112b shown at the top in Fig. 1, form a second cell group 126b of the electrochemical module 100.
Das Zellkontaktierungssystem 120 des elektrochemischen Moduls 100 umfasst ferner eine erste Stromsammelschiene 128a, die eine Hauptfläche 130a aufweist, welche eine ungefähr trapezförmige Gestalt aufweist und sich parallel zu der Längsrichtung 114 und parallel zu der Querrichtung 118 des elektrochemischen Moduls 100 sowie senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 über zahlreiche elektrochemische Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 hinweg erstreckt. The cell contacting system 120 of the electrochemical module 100 further comprises a first current collecting bar 128a having a main surface 130a having an approximately trapezoidal shape and extending parallel to the longitudinal direction 114 and parallel to the transverse direction 118 of the electrochemical module 100 and perpendicular to the contacting direction 108 across numerous electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100.
Die Breite der ersten Stromsammelschiene 128a, das heißt deren Erstreckung längs der Querrichtung 118 des elektrochemischen Moduls 100, nimmt in Fig. 1 von rechts nach links zunächst zu und bleibt dann konstant. The width of the first busbar 128a, i.e. its extension along the transverse direction 118 of the electrochemical module 100, initially increases from right to left in Fig. 1 and then remains constant.
An ihrem linken Ende ist die erste Stromsammelschiene 128a mit einem (nicht dargestellten) Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 verbunden, an welchem ein (ebenfalls nicht dargestellter) Modulverbinder zum Verbinden des elektrochemischen Moduls 100 mit einem weiteren elektrochemischen Modul 100 oder mit einer anderen Komponente eines elektrischen Ladungs/Entladungs-Stromkreises verbindbar ist. Somit wächst auch der elektrisch leitende Querschnitt der ersten Stromsammelschiene 128a mit abnehmendem Abstand von dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 an, was deshalb sinnvoll ist, weil die erste Stromsammelschiene 128a mit abnehmendem Abstand von dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 den Strom aus immer mehr elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a tragen muss. At its left end, the first bus bar 128a is connected to a power terminal (not shown) of the electrochemical module 100, to which a module connector (also not shown) for connecting the electrochemical module 100 to another electrochemical module 100 or to another component of an electrical charge/discharge circuit can be connected. Thus, the electrically conductive cross section of the first current busbar 128a also increases with decreasing distance from the power connection of the electrochemical module 100, which is sensible because the first current busbar 128a has to carry the current from more and more electrochemical cells 104 of the first cell group 126a with decreasing distance from the power connection of the electrochemical module 100.
Mit den mittigen ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a ist die erste Stromsammelschiene 128a über jeweils einen Verbindungsbereich 132 und jeweils einen ersten Kontaktbereich 134 elektrisch leitend verbunden. The first current collecting bar 128a is electrically conductively connected to the central first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a via a respective connection region 132 and a respective first contact region 134.
Die ersten Kontaktbereiche 134 sind mit dem mittigen ersten Zellterminal der elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißung, vorzugsweise durch Laserverschweißung, verbunden. The first contact regions 134 are preferably connected to the central first cell terminal of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a in a materially bonded manner, in particular by welding, preferably by laser welding.
Der zwischen dem Grundkörper 136 und jeweils einem ersten Kontaktbereich 134 liegende Verbindungsbereich 132 ist elastisch und/oder plastisch verformbar, um Fertigungstoleranzen und/oder im Betrieb des elektrochemischen Moduls 100 auftretende Positionstoleranzen zwischen den ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a ausgleichen zu können. The connecting region 132 located between the base body 136 and a respective first contact region 134 is elastically and/or plastically deformable in order to be able to compensate for manufacturing tolerances and/or positional tolerances occurring during operation of the electrochemical module 100 between the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a.
Das Zellkontaktierungssystem 120 umfasst ferner eine zweite Stromsammelschiene 128b, welche elektrisch leitend mit den zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der zweiten Zellgruppe 126b des elektrochemischen Moduls 100 verbunden ist. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die zweite Stromsammelschiene 128b im Wesentlichen spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Längsmittelebene 138 des elektrochemischen Moduls 100, welche sich parallel zu der Kontaktierungsrichtung 108 und parallel zu der Längsrichtung 114 des elektrochemischen Moduls 100 erstreckt, ausgebildet und angeordnet. The cell contacting system 120 further comprises a second bus bar 128b, which is electrically conductively connected to the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b of the electrochemical module 100. As can be seen from Fig. 1, the second busbar 128b is designed and arranged substantially mirror-symmetrically with respect to a longitudinal center plane 138 of the electrochemical module 100, which extends parallel to the contacting direction 108 and parallel to the longitudinal direction 114 of the electrochemical module 100.
Auch die zweite Stromsammelschiene 128b ist an ihrem (in Fig. 1) linken Ende mit einem (nicht dargestellten) Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 verbunden, wobei dieser Stromanschluss ebenfalls über einen (nicht dargestellten) Modulverbinder mit einem weiteren elektrochemischen Modul 100 oder mit einer anderen Komponente des Ladungs/Entladungs-Stromkrei- ses verbindbar ist. The second busbar 128b is also connected at its left end (in Fig. 1) to a power connection (not shown) of the electrochemical module 100, wherein this power connection can also be connected via a module connector (not shown) to another electrochemical module 100 or to another component of the charge/discharge circuit.
Auch der elektrisch leitende Querschnitt der zweiten Stromsammelschiene 128b nimmt zumindest abschnittsweise von rechts nach links zu, aufgrund einer Zunahme der Breite der zweiten Stromsammelschiene 128b, das heißt deren Ausdehnung längs der Querrichtung 118 des elektrochemischen Moduls 100. The electrically conductive cross section of the second busbar 128b also increases, at least in sections, from right to left due to an increase in the width of the second busbar 128b, i.e., its extension along the transverse direction 118 of the electrochemical module 100.
Die zweite Stromsammelschiene 128b ist über jeweils einen Verbindungsbereich 132 und einen zweiten Kontaktbereich 140 mit jeweils einem zweiten Zellterminal einer elektrochemischen Zelle 104 der zweiten Zellgruppe 126b elektrisch leitend verbunden. The second busbar 128b is electrically conductively connected to a second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the second cell group 126b via a connection region 132 and a second contact region 140.
Dabei ist der zweite Kontaktbereich 140 vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißung, vorzugsweise durch Laserverschweißung, mit dem jeweiligen zweiten Zellterminal einer elektrochemischen Zelle 104 der zweiten Zellgruppe 126b verbunden. The second contact region 140 is preferably connected in a materially bonded manner, in particular by welding, preferably by laser welding, to the respective second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the second cell group 126b.
Durch die zweite Stromsammelschiene 128b sind die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der zweiten Zellgruppe 126b parallel miteinander geschaltet. Durch die erste Stromsammelschiene 128a sind die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a parallel miteinander geschaltet. The second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b are connected in parallel to one another by the second current busbar 128b. The first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a are connected in parallel to one another by the first current busbar 128a.
Da die beiden Stromsammelschienen 128a und 128b sich in einer zusätzlichen Lage oberhalb der Zellverbinder 124 für die Serien- und Parallelverschaltung der übrigen elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 befinden, wird längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung ein zusätzlicher Bauraum benötigt. Since the two current busbars 128a and 128b are located in an additional layer above the cell connectors 124 for the series and parallel connection of the remaining electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100, additional installation space is required along the contact direction 108 or Z-direction.
Ferner ist es erforderlich, zwischen jeder der Stromsammelschienen 128a, 128b und den jeweils darunter angeordneten Zellverbindern 124 eine elektrisch isolierende Schicht einzubringen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Furthermore, it is necessary to insert an electrically insulating layer between each of the busbars 128a, 128b and the cell connectors 124 arranged underneath them in order to avoid short circuits.
Da die Stromsammelschienen 128a und 128b jeweils einige der elektrochemischen Zellen 104 und zumindest Abschnitte der Zellverbinder 124 überdecken, sind für die Herstellung des Zellkontaktierungssystems 120 mehrere aufeinanderfolgende Schritte nötig. Since the bus bars 128a and 128b each cover some of the electrochemical cells 104 and at least portions of the cell connectors 124, several sequential steps are necessary to manufacture the cell contacting system 120.
Zuerst müssen die Zellverbinder 124 mit den Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 kontaktiert werden. Dann muss die elektrische Isolationsschicht auf zumindest einem Teil der Zellverbinder 124 und der elektrochemischen Zellen 104 angeordnet werden. Erst danach können die Stromsammelschienen 128a und 128b über den Zellverbindern 124 und über den elektrochemischen Zellen 104 positioniert und mit den ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a beziehungsweise mit den zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 der zweiten Zellgruppe 126b kontaktiert werden. Der Umstand, dass die Stromsammelschienen 128a und 128b die Zellverbinder 124 und die elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 zumindest teilweise überdecken, bringt auch Nachteile hinsichtlich der Abführung von aus den elektrochemischen Zellen 104 austretenden Gasen mit sich. First, the cell connectors 124 must be contacted with the cell terminals of the electrochemical cells 104. Then, the electrical insulation layer must be arranged on at least a portion of the cell connectors 124 and the electrochemical cells 104. Only then can the current collecting bars 128a and 128b be positioned over the cell connectors 124 and over the electrochemical cells 104 and contacted with the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of the first cell group 126a and with the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, respectively. The fact that the busbars 128a and 128b at least partially cover the cell connectors 124 and the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 also entails disadvantages with regard to the removal of gases escaping from the electrochemical cells 104.
Ein aus einer elektrochemischen Zelle 104 austretendes heißes Gas verteilt sich unter einer der Stromsammelschienen 128a, 128b, ohne von den elektrochemischen Zellen 104 abgeführt werden zu können. Dadurch erwärmen sich weitere elektrochemische Zellen 104, die unter derselben Stromsammelschiene 128a beziehungsweise 128b liegen, und die dann ebenfalls in den Zustand eines sogenannten "Thermal Runaway" übergehen, was dazu führt, dass diese weiteren elektrochemischen Zellen ebenfalls heißes Gas abgeben. A hot gas escaping from an electrochemical cell 104 spreads beneath one of the current busbars 128a, 128b without being able to be dissipated by the electrochemical cells 104. This causes other electrochemical cells 104 located beneath the same current busbar 128a or 128b to heat up and then also enter a so-called "thermal runaway" state, causing these other electrochemical cells to also release hot gas.
Um eine Möglichkeit zum Abführen solcher heißer Gase von den elektrochemischen Zellen 104 weg zu schaffen, müssten Durchtrittsöffnungen in den Stromsammelschienen 128a und 128b vorgesehen werden; solche Durchtrittsöffnungen würden aber zu einer Reduzierung der Stromtragfähigkeit der Stromsammelschienen 128a, 128b führen. In order to provide a means of discharging such hot gases away from the electrochemical cells 104, through-openings would have to be provided in the current collecting bars 128a and 128b; however, such through-openings would lead to a reduction in the current-carrying capacity of the current collecting bars 128a, 128b.
Wenn das elektrochemische Modul 100 durch eine Immersionskühlung gekühlt werden soll, so können die von jeweils einer Stromsammelschiene 128a oder 128b verdeckten elektrochemischen Zellen 104 und Zellverbinder 124 nicht direkt mit dem jeweiligen Kühlmedium angeströmt oder von dem Kühlmedium umströmt werden. Hierdurch reduziert sich die Kühlleistung des Immersionskühlsystems und dadurch die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Moduls 100. If the electrochemical module 100 is to be cooled by immersion cooling, the electrochemical cells 104 and cell connectors 124, each concealed by a busbar 128a or 128b, cannot be directly exposed to the respective cooling medium or be surrounded by the cooling medium. This reduces the cooling capacity of the immersion cooling system and thus the performance of the electrochemical module 100.
Eine in den Fig. 2 bis 17 dargestellte, erfindungsgemäße zweite Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls 100 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die erste Stromsammelschiene 128a und die zweite Stromsammelschiene 128b des Zellkontaktierungssystems 120 so ausgebildet und angeordnet sind, dass deren Hauptflächen 130a bzw. 130b sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und parallel zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 erstrecken. A second embodiment of an electrochemical module 100 according to the invention shown in Figs. 2 to 17 differs from that shown in Fig. 1 illustrated first embodiment in that the first current collecting bar 128a and the second current collecting bar 128b of the cell contacting system 120 are designed and arranged such that their main surfaces 130a and 130b respectively extend substantially parallel to the contact direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
Wie aus Fig. 8, welche die erste Stromanschlussschiene 128a als Ganzes zeigt, und aus Fig. 10, welche den hinteren, dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandten Bereich der ersten Stromanschlussschiene 128a zeigt, nimmt der senkrecht zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 genommene elektrisch leitende Querschnitt der ersten Stromsammelschiene 128a von dem einen Endbereich 142 bis zu dem anderen Endbereich 144, welcher näher an dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 liegt, zumindest abschnittsweise zu, und zwar vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt stetig. As can be seen from Fig. 8, which shows the first power connection rail 128a as a whole, and from Fig. 10, which shows the rear region of the first power connection rail 128a facing away from the power connection of the electrochemical module 100, the electrically conductive cross section of the first power collection rail 128a, taken perpendicular to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100, increases at least in sections from one end region 142 to the other end region 144, which is closer to the power connection of the electrochemical module 100, and in particular preferably monotonically, particularly preferably continuously.
Im hinteren, dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandten Bereich der ersten Stromsammelschiene 128a verläuft deren den ersten Kontaktbereichen 134 abgewandter unterer Rand 146 schräg zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und schräg zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100. In the rear region of the first busbar 128a facing away from the power connection of the electrochemical module 100, its lower edge 146 facing away from the first contact regions 134 runs obliquely to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and obliquely to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
In einem vorderen, dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 zugewandten Bereich verläuft der untere Rand 146 der ersten Stromsammelschiene 128a vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100. Die Quererstreckung der ersten Stromsammelschiene 128a längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 nimmt daher von dem einen Endbereich 142, welcher dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandt ist, bis zu einer Übergangsstelle 148 zu und ist dann von der Übergangsstelle 148 bis zu dem anderen Endbereich 144 der ersten Stromsammelschiene 128a, welcher näher an dem Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 liegt, vorzugsweise im Wesentlichen konstant. In a front region facing the power connection of the electrochemical module 100, the lower edge 146 of the first busbar 128a preferably runs substantially parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and preferably substantially perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100. The transverse extent of the first busbar 128a along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 therefore increases from the one end region 142, which faces away from the power connection of the electrochemical module 100, to a transition point 148 and is then preferably substantially constant from the transition point 148 to the other end region 144 of the first busbar 128a, which is closer to the power connection of the electrochemical module 100.
Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform des Zellkontaktierungssystems 120 ist vorgesehen, dass die Materialstärke des Grundkörpers 136 der ersten Stromsammelschiene 128a längs der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 im Wesentlichen konstant ist. In the embodiment of the cell contacting system 120 shown in the drawing, it is provided that the material thickness of the base body 136 of the first busbar 128a is substantially constant along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
Bei einer Variante dieser Ausführungsform könnte aber vorgesehen sein, dass die Materialstärke des Grundkörpers 136, das heißt dessen Ausdehnung längs der Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100, von dem einen Endbereich 142 zu dem anderen Endbereich 144 der ersten Stromsammelschiene 128a längs der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 zumindest abschnittsweise zunimmt, und zwar vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt stetig. In a variant of this embodiment, however, it could be provided that the material thickness of the base body 136, that is to say its extent along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100, increases at least in sections from one end region 142 to the other end region 144 of the first busbar 128a along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100, preferably monotonically, particularly preferably continuously.
Wie aus den Fig. 8 bis 11 zu ersehen ist, umfasst die erste Stromsammelschiene 128a für jede elektrochemische Zelle 104 der ersten Zellgruppe 126a jeweils ein Kontaktelement 152 zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem ersten Zellterminal jeweils einer elektrochemischen Zelle 104 der ersten Zellgruppe 126a. As can be seen from Figs. 8 to 11, the first current collecting bar 128a comprises for each electrochemical cell 104 of the first cell group 126a a contact element 152 for electrically conductive connection to the first cell terminal of each electrochemical cell 104 of the first cell group 126a.
Jedes dieser Kontaktelemente 152 weist jeweils eine - vorzugsweise im Wesentlichen ebene - Kontaktfläche 150 auf, an welcher das jeweilige Kontaktelement 152 mit dem ersten Zellterminal einer elektrochemischen Zelle 104 der ersten Zellgruppe 126a verbindbar ist, wobei diese Kontaktfläche 150 vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche 130a des Grundkörpers 136 der ersten Stromsammelschiene 128a und vorzugsweise senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 ausgerichtet ist. Each of these contact elements 152 has a - preferably substantially flat - contact surface 150, at which the respective contact element 152 is connected to the first cell terminal of an electrochemical cell 104 the first cell group 126a, wherein this contact surface 150 is preferably oriented substantially perpendicular to the main surface 130a of the base body 136 of the first busbar 128a and preferably perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Jedes der Kontaktelemente 152 der ersten Stromsammelschiene 128a weist einen ersten Kontaktbereich 134 auf, an welchem die Kontaktfläche 150 angeordnet ist und an welchem das Kontaktelement 152, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißung, besonders bevorzugt durch Laserschweißung, mit dem mittigen ersten Zellterminal einer elektrochemischen Zelle 104 der ersten Zellgruppe 126a verbindbar ist. Each of the contact elements 152 of the first busbar 128a has a first contact region 134, on which the contact surface 150 is arranged and on which the contact element 152 can be connected, preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding, to the central first cell terminal of an electrochemical cell 104 of the first cell group 126a.
Ferner weist jedes Kontaktelement 152 der ersten Stromsammelschiene 128a jeweils einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 154 auf, über welchen der jeweilige erste Kontaktbereich 134 mit dem Grundkörper 136 der ersten Stromsammelschiene 128a verbunden ist. Furthermore, each contact element 152 of the first busbar 128a has an elastically and/or plastically deformable compensation region 154, via which the respective first contact region 134 is connected to the base body 136 of the first busbar 128a.
Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls 100 ist vorgesehen, dass alle ersten Kontaktbereiche 134 der ersten Stromsammelschiene 128a, alle Kompensationsbereiche 154 der ersten Stromsammelschiene 128a und der Grundkörper 136 der ersten Stromsammelschiene 128a einstückig miteinander ausgebildet sind. In the embodiment of an electrochemical module 100 shown in the drawing, it is provided that all first contact regions 134 of the first current busbar 128a, all compensation regions 154 of the first current busbar 128a and the base body 136 of the first current busbar 128a are formed integrally with one another.
Die zweite Stromsammelschiene 128b, welche in Fig. 12 als Ganzes und in den Fig. 13 bis 15 ausschnittsweise, in ihrem hinteren, dem der zweiten Stromsammelschiene 128b zugeordneten zweiten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandten Bereich dargestellt ist, ist bis auf die Ausgestaltung der Kontaktelemente 152 spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Längs- mittelachse 138 des elektrochemischen Moduls 100 ausgebildet und angeordnet. Auch die zweite Stromsammelschiene 128b weist eine Hauptfläche 130b auf, welche sich parallel zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und parallel zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 erstreckt. The second busbar 128b, which is shown in Fig. 12 as a whole and in Figs. 13 to 15 in detail, in its rear region facing away from the second power connection of the electrochemical module 100 assigned to the second busbar 128b, is designed and arranged mirror-symmetrically with respect to the longitudinal central axis 138 of the electrochemical module 100, except for the design of the contact elements 152. The second busbar 128b also has a main surface 130b which extends parallel to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
Ein senkrecht zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 genommener elektrisch leitender Querschnitt der zweiten Stromsammelschiene 128b nimmt von dem einen Endbereich 142 der zweiten Stromsammelschiene 128b, welcher dem zweiten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandt ist, bis zu dem anderen Endbereich 144 der zweiten Stromsammelschiene 128b, welcher dem zweiten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 zugewandt ist, zumindest abschnittsweise zu, vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt stetig. An electrically conductive cross section of the second current busbar 128b taken perpendicular to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second current busbar 128b, which faces away from the second current connection of the electrochemical module 100, to the other end region 144 of the second current busbar 128b, which faces the second current connection of the electrochemical module 100.
Die Quererstreckung der zweiten Stromsammelschiene 128b längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 nimmt ebenfalls von dem einen Endbereich 142 der zweiten Stromsammelschiene 128b bis zu dem anderen Endbereich 144 der zweiten Stromsammelschiene 128b längs der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 zumindest abschnittsweise zu, vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt stetig. The transverse extent of the second busbar 128b along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100 also increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second busbar 128b to the other end region 144 of the second busbar 128b along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Quererstreckung der zweiten Stromsammelschiene 128b von dem einen Endbereich 142, welcher dem zweiten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abgewandt ist, bis zu einer Übergangsstelle 148 zunimmt und im Bereich von der Übergangsstelle 148 bis zu dem anderen Endbereich 144 der zweiten Stromsammelschiene 128b, welcher dem zweiten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 zugewandt ist, im Wesentlichen konstant bleibt. Ein den Kontaktelementen 152 der zweiten Stromsammelschiene 128b abgewandter Rand 146 des Grundkörpers 136 der zweiten Stromsammelschiene 128b verläuft im Bereich von dem einen Endbereich 142 bis zu der Übergangsstelle 148 schräg zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und schräg zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Rich- tung des elektrochemischen Moduls 100. Im Bereich von der Übergangsstelle 148 bis zu dem anderen Endbereich 144 verläuft dieser Rand 146 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100. In particular, it is provided that the transverse extent of the second busbar 128b increases from the one end region 142, which faces away from the second power connection of the electrochemical module 100, to a transition point 148 and remains substantially constant in the region from the transition point 148 to the other end region 144 of the second busbar 128b, which faces the second power connection of the electrochemical module 100. An edge 146 of the base body 136 of the second busbar 128b, facing away from the contact elements 152 of the second busbar 128b, runs in the region from one end region 142 to the transition point 148 obliquely to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and obliquely to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100. In the region from the transition point 148 to the other end region 144, this edge 146 preferably runs substantially parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Materialstärke des Grundkörpers 136 der zweiten Stromsammelschiene 128b, das heißt die Erstreckung des Grundkörpers 136 längs der Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100, von dem einen Endbereich 142 der zweiten Stromsammelschiene 128b bis zu dem anderen Endbereich 144 der zweiten Stromsammelschiene 128b längs der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 zumindest abschnittsweise zunimmt, vorzugsweise monoton, besonders bevorzugt stetig. Alternatively or additionally, it can be provided that the material thickness of the base body 136 of the second busbar 128b, that is to say the extension of the base body 136 along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100, increases at least in sections, preferably monotonically, particularly preferably continuously, from one end region 142 of the second busbar 128b to the other end region 144 of the second busbar 128b along the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100.
Die zweite Stromsammelschiene 128b umfasst für jede elektrochemische Zelle 104 der zweiten Zellgruppe 126b des elektrochemischen Moduls 100 jeweils einen zweiten Kontaktbereich 140 zum elektrisch leitenden Verbinden mit dem jeweiligen zweiten Zellterminal der jeweiligen elektrochemischen Zelle 104 der zweiten Zellgruppe 126b. The second busbar 128b comprises, for each electrochemical cell 104 of the second cell group 126b of the electrochemical module 100, a second contact region 140 for electrically conductive connection to the respective second cell terminal of the respective electrochemical cell 104 of the second cell group 126b.
Jedes der Kontaktelemente 152 der zweiten Stromsammelschiene 128b weist jeweils eine Kontaktfläche 150 auf, an welcher das betreffende Kontaktelement 152 mit dem zweiten Zellterminal einer der elektrochemischen Zellen 104 der zweiten Zellgruppe 126b verbindbar ist, wobei diese Kontaktfläche 150 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche 130b des Grundkörpers 136 der zweiten Stromsammelschiene 128b und senkrecht zu der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 ausgerichtet ist. Each of the contact elements 152 of the second busbar 128b has a contact surface 150 at which the respective contact element 152 can be connected to the second cell terminal of one of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, wherein this contact surface 150 is substantially perpendicular to the main surface 130b of the base body 136 of the second busbar 128b and perpendicular to the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Ferner umfasst jedes der Kontaktelemente 152 der zweiten Stromsammelschiene 128b jeweils einen zweiten Kontaktbereich 140, an welchem das betreffende Kontaktelement 152 - vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißung, besonders bevorzugt durch Laserverschweißung - mit dem zweiten Zellterminal einer der elektrochemischen Zellen 104 der zweiten Zellgruppe 126b verbindbar ist, und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 154, über welchen der betreffende zweite Kontaktbereich 140 mit dem Grundkörper 136 der zweiten Stromsammelschiene 128b verbunden ist. Furthermore, each of the contact elements 152 of the second busbar 128b comprises a second contact region 140, at which the respective contact element 152 can be connected - preferably in a materially bonded manner, in particular by welding, particularly preferably by laser welding - to the second cell terminal of one of the electrochemical cells 104 of the second cell group 126b, and an elastically and/or plastically deformable compensation region 154, via which the respective second contact region 140 is connected to the base body 136 of the second busbar 128b.
Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls 100 ist vorgesehen, dass alle zweiten Kontaktbereiche 140 der zweiten Stromsammelschiene 128b, alle Kompensationsbereiche 154 der zweiten Stromsammelschiene 128b und der Grundkörper 136 der zweiten Stromsammelschiene 128b einstückig miteinander ausgebildet sind. In the embodiment of an electrochemical module 100 shown in the drawing, it is provided that all second contact regions 140 of the second current busbar 128b, all compensation regions 154 of the second current busbar 128b and the base body 136 of the second current busbar 128b are formed integrally with one another.
Jede der Stromsammelschienen 128a, 128b ist vorzugsweise durch Heraustrennen aus einem flachen Ausgangsmaterial und durch zumindest teilweises Umformen des herausgetrennten Ausgangsmaterials gebildet. Each of the busbars 128a, 128b is preferably formed by cutting out of a flat starting material and by at least partially forming the cut-out starting material.
Die Stromsammelschienen 128a und 128b sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, vorzugsweise aus einem metallischen Material. The bus bars 128a and 128b are formed from an electrically conductive material, preferably a metallic material.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Stromsammelschienen 128a und 128b aus einem Aluminium-Material gebildet sind. Hierbei kann es sich um reines Aluminium oder um eine Aluminium-Legierung handeln, deren größter Gewichtsanteil aus Aluminium besteht. Wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist, sind die Grundkörper 136 der ersten Stromsammelschiene 128a und der zweiten Stromsammelschiene 128b im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 ausgerichtet und längs der Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 voneinander beabstandet. In particular, it can be provided that the busbars 128a and 128b are formed from an aluminum material. This can be pure aluminum or an aluminum alloy whose largest weight fraction consists of aluminum. As best seen in Fig. 5, the base bodies 136 of the first bus bar 128a and the second bus bar 128b are aligned substantially parallel to each other and parallel to the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100 and spaced apart from each other along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100.
Alle elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 sind - zumindest teilweise - zwischen den einander gegenüberliegenden Stromanschlussschienen 128a und 128b angeordnet. All electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 are arranged - at least partially - between the opposing power connection rails 128a and 128b.
Die elektrochemischen Zellen 104 der ersten Zellgruppe 126a und der zweiten Zellgruppe 126b sind mit den jeweils benachbarten Zellgruppen 126 des elektrochemischen Moduls 100, deren elektrochemischen Zellen 104 jeweils in der Längsrichtung 114 oder X-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 aufeinander folgen, mittels Zellverbindern 124 in Reihe geschaltet, wie sie in den Fig. 6 und 7 exemplarisch dargestellt sind. The electrochemical cells 104 of the first cell group 126a and the second cell group 126b are connected in series with the respective adjacent cell groups 126 of the electrochemical module 100, whose electrochemical cells 104 each follow one another in the longitudinal direction 114 or X-direction of the electrochemical module 100, by means of cell connectors 124, as shown by way of example in Figs. 6 and 7.
Durch diese Zellverbinder 124 sind auch jeweils die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 einer Zellgruppe 126 und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 einer benachbarten Zellgruppe 126 des elektrochemischen Moduls 100 parallel zueinander geschaltet. Through these cell connectors 124, the first cell terminals of the electrochemical cells 104 of a cell group 126 and the second cell terminals of the electrochemical cells 104 of an adjacent cell group 126 of the electrochemical module 100 are also connected in parallel to one another.
Jeder Zellverbinder 124 dient somit als ein Parallelschalt-Zellverbinder. Each cell connector 124 thus serves as a parallel cell connector.
Jeder der Zellverbinder 124 umfasst jeweils einen Grundkörper 156, der - längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 gesehen - eine wellenförmige oder zickzackförmige Gestalt aufweist. Zum Kontaktieren jedes ersten Zellterminals einer elektrochemischen Zelle 104 einer benachbarten Zellgruppe 126 umfasst der Zellverbinder 124 jeweils einen ersten Kontaktbereich 134, und zum Verbinden mit jedem zweiten Zellterminal einer elektrochemischen Zelle 104 der jeweils anderen benachbarten Zellgruppe 126 umfasst der Zellverbinder 124 jeweils einen zweiten Kontaktbereich 140. Each of the cell connectors 124 comprises a base body 156 which, viewed along the contact direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100, has a wave-like or zigzag shape. For contacting each first cell terminal of an electrochemical cell 104 of a neighboring cell group 126, the cell connector 124 comprises a first contact region 134, and for connecting to each second cell terminal of an electrochemical cell 104 of the other neighboring cell group 126, the cell connector 124 comprises a second contact region 140.
Jeder erste Kontaktbereich 134 ist über einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 154 mit dem Grundkörper 156 des Zellverbinders 124 verbunden. Each first contact region 134 is connected to the base body 156 of the cell connector 124 via an elastically and/or plastically deformable compensation region 154.
Ebenso ist auch jeder zweite Kontaktbereich 140 des Zellverbinders 124 jeweils über einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich 154 mit dem Grundkörper 156 des Zellverbinders 124 verbunden. Likewise, every second contact region 140 of the cell connector 124 is connected to the base body 156 of the cell connector 124 via an elastically and/or plastically deformable compensation region 154.
Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, können die Kompensationsbereiche 154 beispielsweise jeweils einen S-förmigen oder Z-förmigen Querschnitt aufweisen. As can be seen from Fig. 6, the compensation regions 154 can, for example, each have an S-shaped or Z-shaped cross-section.
Alle Zellverbinder 124 des Zellkontaktierungssystems 120 sind an einem Trägerelement 122 gehalten, das separat in den Fig. 16 und 17 dargestellt ist. All cell connectors 124 of the cell contacting system 120 are held on a carrier element 122, which is shown separately in Figs. 16 and 17.
Das Trägerelement 122 ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. The support element 122 is preferably plate-shaped.
Das Trägerelement 122 weist für jede elektrochemische Zelle 104 des elektrochemischen Moduls 100 jeweils eine Durchtrittsöffnung 158 auf, durch welche das mittige erste Zellterminal der betreffenden elektrochemischen Zelle 104 mit einem ersten Kontaktbereich 134 eines Zellverbinders 124 oder der ersten Stromsammelschiene 128a kontaktierbar ist und das zweite Zellterminal der elektrochemischen Zelle 104 mit einem zweiten Kontaktbereich 140 eines anderen Zellverbinders 124 oder der zweiten Stromsammelschiene 128b kontaktierbar ist. Das Trägerelement 122 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, gebildet. The carrier element 122 has a passage opening 158 for each electrochemical cell 104 of the electrochemical module 100, through which the central first cell terminal of the respective electrochemical cell 104 can be contacted with a first contact area 134 of a cell connector 124 or the first current collecting bar 128a and the second cell terminal of the electrochemical cell 104 can be contacted with a second contact area 140 of another cell connector 124 or the second current collecting bar 128b. The carrier element 122 is formed from an electrically insulating material, in particular from a plastic material.
Bei der in den Fig. 2 bis 17 dargestellten Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls 100 sind somit die Stromsammelschienen 128a und 128b an zwei einander gegenüberliegende Außenseiten des elektrochemischen Moduls 100 verlagert worden, vorzugsweise an die längeren Außenseiten des im Wesentlichen quaderförmigen elektrochemischen Moduls 100. In the embodiment of an electrochemical module 100 shown in Figs. 2 to 17, the current collecting bars 128a and 128b have thus been relocated to two opposite outer sides of the electrochemical module 100, preferably to the longer outer sides of the substantially cuboid-shaped electrochemical module 100.
Die Hauptflächen 130a, 130b der Grundkörper 136 der Stromsammelschienen 128a und 128b sind senkrecht zu den Kontaktflächen 150 der ersten Kontaktbereiche 134 und der zweiten Kontaktbereiche 140 der Zellverbinder 124 ausgerichtet. The main surfaces 130a, 130b of the base bodies 136 of the busbars 128a and 128b are aligned perpendicular to the contact surfaces 150 of the first contact regions 134 and the second contact regions 140 of the cell connectors 124.
Die Quererstreckung der Stromsammelschienen 128a und 128b, das heißt deren Erstreckung längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100, kann zumindest abschnittsweise der Gesamtlänge der elektrochemischen Zellen 104 längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 entsprechen. The transverse extent of the busbars 128a and 128b, i.e. their extent along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100, can correspond at least in sections to the total length of the electrochemical cells 104 along the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Dadurch, dass die Stromsammelschienen 128a und 128b nicht in einer zusätzlichen Ebene über den Zellverbindern 124 angeordnet sind, weist das elektrochemische Modul 100 eine geringere Bauhöhe in der Z-Richtung auf. Because the busbars 128a and 128b are not arranged in an additional plane above the cell connectors 124, the electrochemical module 100 has a lower overall height in the Z-direction.
Dadurch, dass die Stromsammelschienen 128a und 128b seitlich an dem elektrochemischen Modul 100 angeordnet sind, werden die Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 und die Zellverbinder 124 des elektrochemischen Moduls 100 nicht von den Stromsammelschienen 128a oder 128b überdeckt. Das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung der elektrochemischen Zellen 104 mit den Zellverbindern 124 und mit den Stromsammelschienen 128a und 128b des Zellkontaktierungssystems 120 kann daher gleichzeitig, in einem einzigen Arbeitsschritt, erfolgen. Ferner kann im Fall eines "Thermal Runaway" einer der elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 das entweichende heiße Gas frei durch das Zellkontaktierungssystem 120 entgasen und aus dem elektrochemischen Modul 100 abgeführt werden. So wird verhindert, dass sich das heiße Gas in einer Ebene oberhalb der Zellverbinder 124 sammelt und weitere "Thermal Runaways" von elektrochemischen Zellen 104 verursacht. Because the busbars 128a and 128b are arranged laterally on the electrochemical module 100, the cell terminals of the electrochemical cells 104 and the cell connectors 124 of the electrochemical module 100 are not covered by the busbars 128a or 128b. The electrically conductive connection of the electrochemical cells 104 to the cell connectors 124 and to the busbars 128a and 128b of the cell contact system 120 can therefore be established simultaneously, in a single step. Furthermore, in the event of a thermal runaway of one of the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100, the escaping hot gas can freely degas through the cell contact system 120 and be removed from the electrochemical module 100. This prevents the hot gas from accumulating in a plane above the cell connectors 124 and causing further thermal runaways of electrochemical cells 104.
Ferner können die Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 und die Zellverbinder 124 direkt von dem Kühlmedium eines Immersionskühlungssystems umströmt werden. Furthermore, the cell terminals of the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 and the cell connectors 124 can be directly surrounded by the cooling medium of an immersion cooling system.
Auch die seitlich an dem elektrochemischen Modul 100 angeordneten Stromsammelschienen 128a und 128b können - sowohl auf ihrer den elektrochemischen Zellen 104 abgewandten Außenseite als auch auf ihrer den elektrochemischen Zellen 104 zugewandten Innenseite - von einem Kühlmedium umströmt werden. Dies erhöht die erzielbare Kühlleistung und damit die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Moduls 100. The current collecting bars 128a and 128b arranged laterally on the electrochemical module 100 can also be surrounded by a cooling medium—both on their outer side facing away from the electrochemical cells 104 and on their inner side facing the electrochemical cells 104. This increases the achievable cooling capacity and thus the performance of the electrochemical module 100.
Um Material und Gewicht einzusparen, wird die Geometrie der Stromsammelschienen 128a, 128b an die jeweilige lokale Stromlast angepasst und entsprechend der jeweiligen Stromdichte optimiert. Dies bedingt, dass zumindest abschnittsweise der elektrisch leitende Querschnitt der Stromsammelschienen 128a, 128b mit wachsendem Abstand von dem der jeweiligen Stromsammelschiene 128a, 128b zugeordneten Stromanschluss des elektrochemischen Moduls 100 abnimmt. Dies kann durch eine Verjüngung des Grundkörpers 136 der jeweiligen Stromsammelschiene 128a, 128b erreicht werden. Die jeweilige lokale Stromtragfähigkeit der Stromsammelschienen 128a, 128b kann sowohl über die Quererstreckung, das heißt über die Ausdehnung des Grundkörpers 136 der jeweiligen Stromsammelschiene 128a, 128b längs der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100, und/oder über die jeweilige lokale Materialstärke des Grundkörpers 136 der Stromsammelschiene 128a, 128b, das heißt über die Erstreckung des jeweiligen Grundkörpers 136 längs der Querrichtung 118 oder Y-Richtung des elektrochemischen Moduls 100, angepasst werden. To save material and weight, the geometry of the busbars 128a, 128b is adapted to the respective local current load and optimized according to the respective current density. This requires that, at least in sections, the electrically conductive cross-section of the busbars 128a, 128b decreases with increasing distance from the power connection of the electrochemical module 100 assigned to the respective busbar 128a, 128b. This can be achieved by tapering the base body 136 of the respective busbar 128a, 128b. The respective local current carrying capacity of the current busbars 128a, 128b can be determined both via the transverse extent, i.e. via the extent of the base body 136 of the respective current busbar 128a, 128b along the contact direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100, and/or via the respective local material thickness of the base body 136 of the Current busbar 128a, 128b, i.e. over the extension of the respective base body 136 along the transverse direction 118 or Y-direction of the electrochemical module 100.
Die in den Fig. 2 bis 17 dargestellte zweite Ausführungsform des elektrochemischen Moduls 100 weist in der Kontaktierungsrichtung 108 oder Z-Richtung des elektrochemischen Moduls 100 eine reduzierte Bauhöhe auf. The second embodiment of the electrochemical module 100 shown in Figs. 2 to 17 has a reduced overall height in the contacting direction 108 or Z-direction of the electrochemical module 100.
Diese Ausführungsform bietet eine erhöhte Sicherheit aufgrund einer besseren Abführung von heißen Gasen (besseres "Venting"-Verhalten). This design offers increased safety due to better removal of hot gases (better venting behavior).
Durch die gleichzeitige Kontaktierbarkeit der Zellterminals der elektrochemischen Zellen 104 des elektrochemischen Moduls 100 mit den Zellverbindern 124 und mit den Stromsammelschienen 128a, 128b werden die Hersteilbarkeit und die Montierbarkeit des Zellkontaktierungssystems 120 des elektrochemischen Moduls 100 verbessert, wodurch die Produktionskosten reduziert werden. The simultaneous contactability of the cell terminals of the electrochemical cells 104 of the electrochemical module 100 with the cell connectors 124 and with the busbars 128a, 128b improves the manufacturability and assembly of the cell contacting system 120 of the electrochemical module 100, thereby reducing production costs.
Dadurch, dass die elektrochemischen Zellen 104 und die Zellverbinder 124 nicht durch die Stromsammelschienen 128a, 128b verdeckt werden, kann die Umströmung dieser Elemente des elektrochemischen Moduls 100 mit Kühlmedium optimiert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des elektrochemischen Moduls 100 verbessert wird. Because the electrochemical cells 104 and the cell connectors 124 are not covered by the busbars 128a, 128b, the flow of cooling medium around these elements of the electrochemical module 100 can be optimized, thereby improving the performance of the electrochemical module 100.
Durch Anpassung der lokalen Quererstreckung und der lokalen Mate rial stärke des Grundkörpers 136 der Stromsammelschienen 128a, 128b kann das Gesamtgewicht der Stromsammelschienen 128a, 128b besonders wirksam reduziert werden. By adapting the local transverse extent and the local material thickness of the base body 136 of the busbars 128a, 128b, the total weight of the busbars 128a, 128b can be reduced particularly effectively.
Im Übrigen stimmt die in den Fig. 2 bis 17 dargestellte zweite Ausführungsform eines elektrochemischen Moduls 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Otherwise, the second embodiment of an electrochemical module 100 shown in Figs. 2 to 17 corresponds in terms of structure, function and method of manufacture to the first embodiment shown in Fig. 1, to the above description of which reference is made in this respect.
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