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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden mehrerer Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie sowie eine Batterie, deren Rundzellen mittels einer solchen Vorrichtung verbunden sind. Darüber hinaus beschäftigt sich die vorliegende Anmeldung mit einem Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung sowie mit einem Verfahren zum Verbinden mehrerer Rundzellen, um so eine entsprechende Batterie zu schaffen.
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Stand der Technik
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Das weltweite Abnehmen petrochemischer Rohstoffe sowie die vielerorts geltenden strengen CO2-Richtwerte führen zu einer zunehmenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen. Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge benötigen Batterien mit einer großen Speicherkapazität, bei denen mehrere Energiespeicherzellen zusammengeschaltet werden. Für diese Zusammenschaltung werden Vorrichtungen benötigt, die mehrere Energiespeicherzellen miteinander elektrisch verbinden.
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Aus der
WO 2010/141853 A1 beispielsweise ist ein Ansatz zum Verbinden mehrerer Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie bekannt. Auf ein Stromsammelblech aus Kupfer werden mittels Ultraschallschweißen zwei Kontaktierungsbleche aus Nickel aufgebracht. Die Kontaktierungsbleche weisen für jede zu kontaktierende Rundzelle ein geschlitztes Loch auf, an dem die Kontaktierungsbleche mit jeweils einer Rundzelle mittels Widerstandsschweißen stoffschlüssig verbunden werden.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden mehrerer Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie vorzuschlagen, die eine verlässlichere Verbindung der Rundzellen erlaubt. Zusätzlich soll ein effizientes Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen werden. Weitere Aufgaben bestehen in der Angabe einer auf dieser Vorrichtung beruhenden Batterie sowie einem dazugehörigen Verbindungsverfahren.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Dementsprechend umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden mehrerer Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie. Die Vorrichtung umfasst ein Stromsammelblech zum Zusammenfassen und Weiterleiten der Ströme der Rundzellen. Ein Kontaktierungsblech mit einer Vorderseite zum Kontaktieren der Rundzellen ist auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite mit dem Stromsammelblech verbunden. Das Kontaktierungsblech weist je zu kontaktierender Rundzelle jeweils einen Kontaktierungsbereich auf, der jeweils zwei Kontaktlaschen besitzt. Die Kontaktlaschen können dabei beispielsweise federnd in dem Kontaktierungsblech angeordnet sein.
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Im Vergleich zur
WO 2010/141853 können diese Kontaktlaschen leichter mit den Rundzellen, insbesondere mittels Widerstandsspaltschweißen, verbunden werden, da die Kontaktlaschen einen Höhenausgleich erlauben. Der Hintergrund hierbei ist, dass die Rundzellen in irgendeiner Form zueinander angeordnet und justiert werden müssen. Hierbei kommt es natürlich zu Fertigungstoleranzen. Darüber hinaus sind naturgemäß auch die Rundzellen nicht alle hundertprozentig gleich dimensioniert. Im Ergebnis sind die Entfernungen zwischen dem Kontaktierungsblech und den einzelnen Rundzellen nicht alle hundertprozentig identisch. Bei der
WO 2010/141853 können diese Entfernungsunterschiede dazu führen, dass das Kontaktierungsblech mit einigen Rundzellen nicht verbunden wird, da der Höhenunterschied einfach zu groß ist und kein Mechanismus zum Ausgleichen eines solchen Höhenunterschieds vorgesehen ist. Wenn die Verbindung überall gelingt, kann es aufgrund der Höhentoleranzen zu Verspannungen des Kontaktierungsblechs kommen, die dauerhaft auf die Schweißverbindungen wirken. Durch die Verspannungskräfte können sich einzelne Schweißverbindungen irgendwann lösen, so dass die entsprechende Rundzelle dann nicht mehr zur Speicherkapazität der Batterie beiträgt. Um sicher zu stellen, dass beim Widerstandsschweißen das Kontaktierungsblech auf die Kappe der Rundzelle gedrückt wird, muss beim Widerstandsschweißen gemäß der
WO 2010/141853 aufgrund des fehlenden Höhenausgleichsmechanismus ein nicht unerheblicher Druck ausgeübt werden. Dieser hohe Druck kann dazu führen, dass die Kappen einzelner Rundzellen beschädigt werden, wodurch es zu einer Fehlfunktion der jeweiligen Rundzelle kommen kann. Die in dieser Patentanmeldung vorgeschlagene Vorrichtung verhindert die oben beschriebenen Probleme mit Hilfe der Kontaktlaschen, die weit leichter verformbar sind als das Kontaktierungsblech, so dass Toleranzen ohne großen Kraftaufwand ausgeglichen werden können.
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In einigen Ausführungsformen weisen die Kontaktierungsbereiche jeweils eine im Wesentlichen S-förmige Aussparung auf. Eine erste Kontaktlasche der beiden Kontaktlaschen kann dann auf einer Innenseite eines ersten Bogens der S-förmigen Aussparung und eine zweite Kontaktlasche der beiden Kontaktlaschen kann auf einer Innenseite eines zweiten Bogens der S-förmigen Aussparung angeordnet sein. Die Kontaktlaschen können also dadurch hergestellt werden, dass ein im Wesentlichen S-förmiger Bereich aus dem Kontaktierungsblech ausgeschnitten wird. Dadurch können schmale, längliche Blechstreifen zurückbleiben, die naturgemäß relativ flexibel an einem Hauptkörper des Kontaktierungsblechs hängen. Durch die geometrische Ausgestaltung ist der Weg von einem ersten Schweißpunkt auf der ersten Kontaktlasche zu einem zweiten Schweißpunkt auf der zweiten Kontaktlasche über das Kontaktierungsblech sehr viel länger als über die Kappe der Rundzelle, die mit dem Kontaktierungsblech verschweißt werden soll. Dadurch fließt der Strom der Widerstandsschweißeinrichtung hauptsächlich über die Kappe der Rundzelle, so dass es zu einer guten Schweißverbindung kommt.
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Vorzugsweise weist das Kontaktierungsblech eine Matrix von Kontaktierungsbereichen auf, wobei die Matrix mindestens zwei Reihen und mindestens zwei Spalten besitzt. Viele Ausführungsformen weisen mindestens fünf Reihen und mindestens fünf Spalten auf. Das Kontaktierungsblech ist in diesem Falle also nicht als streifenförmig, sondern eher als flächig zu bezeichnen.
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Gegenüber der Verwendung von streifenförmigen Kontaktbändern, wie sie z.B. in der
DE 10 2013 017 168 vorgeschlagen sind, ergibt sich eine sehr viel bessere Stromtragfähigkeit durch das flächige Kontaktierungsblech, da die Kontaktbänder nicht zum Nadelöhr werden können.
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In vielen Ausführungsformen sind die Reihen der Matrix zueinander versetzt angeordnet und/oder die Spalten der Matrix zueinander versetzt angeordnet. Dadurch wird eine größere Packungsdichte der Rundzellen möglich, indem die Rundzellen jeweils in einen Zwischenbereich zwischen zwei Rundzellen einer anderen Reihe bzw. Spalte eingreifen. Die Kontaktierungsbereiche können dabei z.B. in Diagonalen angeordnet sein.
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Die Kontaktlaschen können aus einer Ebene herausragen, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft. Hierfür können die Kontaktlaschen z.B. jeweils mindestens eine Biegung oder Kante besitzen. Vorzugsweise sind jeweils zwei Biegungen bzw. zwei Kanten vorgesehen. Eine erste Biegung bzw. Kante dient dazu, einen größeren Abstand zwischen dem Stromsammelblech und dem Kontaktierungspunkt zwischen Kontaktlasche und Rundzelle zu erreichen. Eine zweite Biegung bzw. Kante in der Kontaktlasche soll bewirken, dass ein Bereich der Kontaktlasche sich parallel zu der Ebene erstreckt, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft. Auf diese Weise soll eine einfache und möglichst flächige Verbindung zwischen der Kontaktlasche und der Rundzelle ermöglicht werden.
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Die Kontaktlaschen weisen vorzugsweise jeweils einen Schweißbuckel auf, der beispielsweise in dem Bereich der Kontaktlasche angeordnet ist, der sich parallel zu der Ebene erstreckt, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft. Durch den Schweißbuckel ist eine gute und einfache Verschweißbarkeit gegeben. Es wird an einer kleinen, exakt definierten Stelle ein hoher Anpressdruck erzeugt. Außerdem bietet das Aufschmelzen des Schweißbuckels eine praktikable Möglichkeit der Prozessüberwachung mittels einer Messung des Einsinkweges.
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Für die Verbindung des Kontaktierungsblechs mit dem Stromsammelblech gibt es viele Möglichkeiten. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer stoffschlüssigen Verbindung, die beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass das Kontaktierungsblech flächig mit dem Stromsammelblech verlötet wird. Hierdurch ergibt sich eine stabile Verbindung, die eine verlustarme Stromübertragung vom Kontaktierungsblech ins Stromsammelblech ermöglicht. Auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierungsblech und dem Stromsammelblech ist möglich. Beispielsweise kann das Kontaktierungsblech mit dem Stromsammelblech mittels Durchsetzfügen verbunden sein. Durchsetzfügen wird auch als Toxen oder Clinchen bezeichnet. Eine Durchsetzfügeverbindung ist besonders einfach herstellbar, aber dennoch stabil. Sie gewährt in der Regel einen geringen Übergangswiderstand. Darüber hinaus ist sie ohne Wärmeeintrag herstellbar, so dass sich keine intermetallische Phase zwischen dem Metall des Kontaktierungsblechs und dem Metall des Stromsammelblechs ausbildet. Natürlich ist es möglich, eine formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung miteinander zu kombinieren, um so eine besonders stabile Verbindung zu schaffen. Beispielsweise können das Kontaktierungsblech und das Stromsammelblech an einigen Punkten miteinander mittels Durchsetzfügen verbunden sein, während gleichzeitig eine flächige Verlötung besteht.
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Das Kontaktierungsblech kann beispielsweise aus einer Stahl-Nickel-Legierung bestehen. Eine solche Stahl-Nickel-Legierung wird auch als Hilumin bezeichnet. Hilumin ist besonders einfach mit den Kappen der Rundzellen verschweißbar, da auch diese Kappen in der Regel aus Hilumin bestehen.
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Das Kontaktierungsblech kann beispielsweise eine Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweisen. Bevorzugt ist eine Dicke zwischen 0,2 mm und 0,3 mm. Die genannten Bereiche gewähren eine ausreichende Stromtragfähigkeit bei einem sparsamen Materialeinsatz und einer guten Biegsamkeit der Kontaktlaschen.
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Das Stromsammelblech kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Auch eine Fertigung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist denkbar.
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Bei einer Verwendung einer Stahl-Nickel-Legierung für das Kontaktierungsblech und von Kupfer für das Stromsammelblech kann eine Verbindung mittels einer Durchsetzfügeverbindung besonders gut verwendet werden, da die Stahl-Nickel-Legierung und Kupfer recht ähnliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Die ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten bewirken, dass die bei Batterien ständig auftretenden Erwärmungs- und Abkühlzyklen nicht zu einer Lockerung der Durchsetzfügeverbindung führen. Aufgrund einer solchen Lockerung könnte es zu einer Erhöhung des Übergangswiderstands zwischen dem Kontaktierungsblech und dem Stromsammelblech kommen, die natürlich nachteilig wäre. Vorteilhaft an einer Durchsetzfügeverbindung ist darüber hinaus, dass sie ohne Wärmeeintrag hergestellt werden kann, so dass keine intermetallische Phase zwischen der Stahl-Nickel-Legierung und dem Kupfer entsteht, wie sie beim Schweißen beispielsweise resultieren würde. Eine solche intermetallische Phase soll verhindert werden, da sie recht spröde sein kann und die Verbindung somit anfällig für Brüche und Risse wäre.
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In einigen Ausführungsformen weist das Stromsammelblech für mindestens einen Kontaktierungsbereich ein Loch auf, um so die Kontaktlaschen beispielsweise für eine Schweißeinrichtung zugänglich zu machen. Durch das Loch können bei der Herstellung der Vorrichtung auch die Kontaktlaschen bearbeitet werden, selbst nachdem das Kontaktierungsblech und das Stromsammelblech bereits miteinander verbunden sind. So können durch das Loch die Kontaktlaschen beispielsweise gebogen oder mit einer Verprägung zur Schaffung eines Schweißbuckels versehen werden. Vorzugsweise weist das Stromsammelblech natürlich für jeden Kontaktierungsbereich ein solches Loch auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Löcher senkrecht zu einer Haupterstreckungsachse der Kontaktlaschen eine größere Ausdehnung auf als parallel zur Haupterstreckungsachse der Kontaktlaschen. Der Hintergrund hierbei ist, dass die Schweißelektroden, die auf den Schweißbuckeln angeordnet werden, in der Regel einen runden Querschnitt aufweisen. Eine längliche Ausdehnung des Lochs erlaubt es, das Loch so klein wie möglich zu machen, wobei die beiden zylinderförmigen Schweißelektroden trotzdem ausreichend Platz in dem Loch finden. Man ist bestrebt, die Löcher im Stromsammelblech nur so groß wie nötig zu gestalten, um den stromtragenden Querschnitt so wenig wie möglich zu reduzieren.
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Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß dem Verfahren werden zunächst ein Stromsammelblech zum Zusammenfassen und Weiterleiten der Ströme der Rundzellen und ein Kontaktierungsblech mit einer Vorderseite zum Kontaktieren der Rundzellen bereitgestellt. Aus dem Kontaktierungsblech wird mindestens ein im Wesentlichen S-förmiger Bereich ausgeschnitten, um so je zu kontaktierender Rundzelle einen Kontaktierungsbereich zu schaffen, der zwei Kontaktlaschen besitzt. Wie bereits erwähnt wurde, können diese Kontaktlaschen insbesondere federnd in dem Kontaktierungsblech angeordnet sein. Das Kontaktierungsblech wird auf einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite mit dem Stromsammelblech verbunden.
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Das Ausschneiden kann beispielsweise mittels Stanzen oder Laserschneiden erfolgen. Diese Verfahren sind besonders einfach und effizient. Nach dem Ausschneiden können die so entstandenen Kontaktlaschen gebogen und/oder verprägt werden, um zu erreichen dass die Kontaktlaschen aus der Ebene herausragen, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft, bzw. um auf den Kontaktlaschen jeweils einen Schweißbuckel herzustellen. Das Biegen und/oder Verprägen kann vor oder nach dem Verbinden des Kontaktierungsblechs mit dem Stromsammelblech erfolgen. Wenn das Kontaktierungsblech und das Stromsammelblech bereits miteinander verbunden sind, erfolgt das Biegen bzw. Verprägen durch die oben bereits erwähnten Löcher im Stromsammelblech.
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Wie bereits oben erläutert wurde, kann das Kontaktierungsblech mit dem Stromsammelblech beispielsweise mittels Durchsetzfügen und/oder flächig mittels Löten verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie. Bei den Rundzellen kann es sich beispielsweise um Rundzellen im Format 18650 handeln. Die Rundzellen sind dabei mittels mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung elektrisch miteinander verbunden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Batterie eine besonders hohe Leistungsabgabe verwirklichen, da das Kontaktierungsblech in Kombination mit dem Stromsammelblech eine gute Stromtragfähigkeit bereitstellt.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt umfass die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden mehrerer Rundzellen zum Speichern elektrischer Energie, nach dem zunächst mehrere Rundzellen, insbesondere Rundzellen im Format 18650 bereitgestellt und angeordnet werden. Anschließend wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf die Rundzellen aufgelegt und jeweils zwei Kontaktlaschen der Vorrichtung werden mit einer Rundzelle mittels Widerstandsspaltschweißen verbunden. Widerstandsspaltschweißen erzeugt besonders gute und robuste Schweißverbindungen mit den Rundzellen.
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Die Erfindung wurde mit Bezug auf eine Vorrichtung, eine Batterie und zwei Verfahren beschrieben. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind die Ausführungen zu einer Anspruchskategorie analog auf die anderen Anspruchskategorien anwendbar. Dies bedeutet insbesondere, dass natürlich Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die notwendigen Schritte zur Herstellung der beschriebenen Vorrichtungsmerkmale umfassen.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Weitere Merkmale und damit zusammenhängende Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs;
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2 eine zweite Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs;
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3 eine Ausführungsform eines Kontaktierungsblechs;
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4 eine Ausführungsform eines Stromsammelblechs;
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5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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6 eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der folgenden Beschreibung werden gleiche und gleich wirkende Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit demselben Bezugszeichen benannt.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktierungsbereichs. Der Kontaktierungsbereich 1 weist eine im Wesentlichen S-förmige Aussparung 2 auf, so dass eine erste Kontaktlasche 3 und eine zweite Kontaktlasche 4 gebildet werden. Die Kontaktlaschen 3, 4 sind dabei federnd in dem Kontaktierungsblech angeordnet. Die erste Kontaktlasche 3 befindet sich auf der Innenseite eines ersten Bogens der S-förmigen Aussparung 2. Die zweite Kontaktlasche 4 ist auf der Innenseite eines zweiten Bogens der S-förmigen Aussparung 2 angeordnet.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs 5. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs 1 dadurch, dass die beiden Kontaktlaschen 3 und 4 gebogen sind und in einem Bereich, der sich parallel zu der Ebene erstreckt, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft, jeweils einen Schweißbuckel 6 tragen. Die Kontaktlaschen 3, 4 besitzen jeweils eine erste Biegung 7, die die Kontaktlasche 3, 4 aus der Ebene herausragen lässt, in der das Kontaktierungsblech im Wesentlichen verläuft, und eine zweite Biegung 8, die den Bereich der Kontaktlasche 3, 4 schafft, der zu dieser Ebene parallel verläuft und den Schweißbuckel 6 trägt.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform eines Kontaktierungsblechs mit mehreren Kontaktierungsbereichen 5, die dem Kontaktierungsbereich 5 aus 2 entsprechen, wobei Schweißbuckel 6 auf den Kontaktlaschen 3, 4 angeordnet sind. Die Kontaktierungsbereiche 5 sind matrixförmig in mehreren Reihen angeordnet, wobei die Reihen zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Kontaktierungsbereiche 5 Diagonalen bilden. Dadurch können die zu kontaktierenden Rundzellen besonders platzsparend angeordnet werden.
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In 4 ist eine Ausführungsform eines Stromsammelblechs zum Zusammenfassen und Weiterleiten der Ströme der Rundzellen illustriert. Das Stromsammelblech 9 weist eine Mehrzahl von länglichen Löchern 10 auf, die die Kontaktlaschen 3, 4 für eine Schweißeinrichtung zugänglich machen sollen, wenn das Kontaktierungsblech mit dem Stromsammelblech 9 verbunden ist.
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In der 5 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung A dargestellt. Das Stromsammelblech 9 und ein Kontaktierungsblech 11 sind mittels Löten flächig miteinander verbunden. Das Kontaktierungsblech 11 besitzt mehrere Kontaktierungsbereiche 5 mit zwei Kontaktlaschen 3, 4, die jeweils einen Schweißbuckel 6 tragen. Auf diese Schweißbuckel 6 können nicht gezeigte Elektroden einer Widerstandsschweißeinrichtung durch die Löcher 10 aufgesetzt werden, um so die Kontaktlaschen 3, 4 mit der jeweiligen Rundzelle zu verschweißen.
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Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens M zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der 6 gezeigt. In Schritt S1 wird zunächst ein gestanztes oder lasergeschnittenes Stromsammelblech aus Kupfer zum Zusammenfassen und Weiterleiten der Ströme der Rundzellen bereitgestellt. Die Bereitstellung eines Kontaktierungsblechs aus Hilumin mit einer Vorderseite zum Kontaktieren der Rundzellen erfolgt in Schritt S2. In Schritt S3 werden aus dem Kontaktierungsblech mehrere im Wesentlichen S-förmige Bereiche bspw. mittels Stanzen ausgeschnitten, um je zu kontaktierender Rundzelle einen Kontaktierungsbereich zu schaffen, der zwei Kontaktlaschen aufweist, die federnd in dem Kontaktierungsblech angeordnet sind. Diese Kontaktlaschen werden in Schritt S4 gebogen, um so zu erreichen, dass die Kontaktlaschen aus der Ebene herausragen, in der sich das Kontaktierungsblech im Wesentlichen erstreckt. In Schritt S5 werden dann mittels Verprägen Schweißbuckel auf den Kontaktierungslaschen hergestellt. In Schritt S6 wird das Stromsammelblech auf eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite des Kontaktierungsblechs flächig aufgelötet. Die so hergestellte Vorrichtung kann auf mehreren Rundzellen im Format 18650 angeordnet werden, wobei anschließend die beiden Kontaktlaschen jeweils mittels Widerstandsspaltschweißen mit einer Rundzelle verbunden werden. Dabei können die Kontaktlaschen durch ihre Formgebung mit einem geringen Kraftaufwand durch die Schweißelektroden in Richtung der Rundzelle verbogen werden, so dass Längenunterschiede der Zellen ausgeglichen werden.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Anzahl von benötigten Einzelteilen für die Herstellung der Vorrichtung im Vergleich zu dem Ansatz mit streifenförmigen Kontaktbändern reduziert werden. Die Einzelteile, wie das Stromsammelblech und das Kontaktierungsblech, sind einfach herstellbar. Die Fertigung des Kontaktierungsblechs kann in einem Folgeverbundwerkzeug automatisiert durchgeführt werden. Durch die flächige Form des Kontaktierungsblechs und die flächige Verbindung des Stromsammelblechs mit dem Kontaktierungsblech ist die Verlustleistung gering. Gegenüber der Lösung mit den streifenförmigen Kontaktbändern ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass nur zwei Teile vor dem Verlöten zueinander positioniert werden müssen, nämlich das Stromsammelblech und das Kontaktierungsblech. Dadurch ergibt sich eine nicht zu vernachlässigende Vereinfachung im Herstellungsprozess.
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Zur Verdeutlichung des Vorteils der Kontaktlaschen soll das folgende Beispiel gegeben werden: Angenommen die Zellenlänge hätte eine Toleranz von +/–0,1 mm. Dann müssten die Kontaktlaschen im Extremfall 0,2 mm Federweg ausführen. Die Einsinktiefe beim Widerstandsschweißen durch das Aufschmelzen des Schweißbuckels und zum Teil der Kappe der Rundzelle beträgt in unserem Beispiel ca. 0,35 mm. Dadurch ergibt sich eine Gesamtverformung der Kontaktlaschen von 0,2 mm + 0,35 mm = 0,55 mm. Die erforderliche Kraft für die Verformung der Kontaktlaschen liege bei 60 N/mm. Die erforderliche Kraft für die Verformung, die durch die Schweißeinrichtung aufzubringen ist, liegt dann bei 60 N/mm × 0,55 mm = 33 N. Die in einem Versuch ermittelte Schweißkraft für 18650 Zellen beträgt 90 N. Das heißt, dass die Schweißanlage eine Kraft von 33 N + 90 N = 123 N aufbringen müsste, um während der gesamten Prozesszeit eine Schweißkraft von 90 N aufrechterhalten zu können. Die Kraft zum Verformen der Kontaktlaschen beträgt also ungefähr ein Drittel der sowieso erforderlichen Schweißkraft. Die Federsteifigkeit der Kontaktlaschen ist dann also ausreichend gering, um eine bequeme Verschweißbarkeit des Kontaktierungsblechs mit den Rundzellen zu gewährleisten.
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Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den gezeigten Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich, wie er in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist, zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs
- 2
- S-förmige Aussparung
- 3
- erste Kontaktlasche
- 4
- zweite Kontaktlasche
- 5
- zweite Ausführungsform eines Kontaktierungsbereichs
- 6
- Schweißbuckel
- 7
- erste Biegung
- 8
- zweite Biegung
- 9
- Stromsammelblech
- 10
- Loch
- 11
- Kontaktierungsblech
- A
- Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
- M
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung
- S1
- Bereitstellen eines Stromsammelblechs
- S2
- Bereitstellen eines Kontaktierungsblechs
- S3
- Ausschneiden von mindestens einem im Wesentlichen S-förmigen Bereich aus dem Kontaktierungsblech
- S4
- Biegen der Kontaktlaschen
- S5
- Verprägen, um Schweißbuckel auf den Kontaktlaschen herzustellen
- S6
- flächiges Verlöten des Kontaktierungsblechs mit dem Stromsammelblech
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/141853 A1 [0003]
- WO 2010/141853 [0007, 0007, 0007]
- DE 102013017168 [0010]
