JP2014524107A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに連結された蓄電セル（５）の少なくとも１つのスタック（３，４）を備える、好ましくは電気自動車用の蓄電デバイス（１）、特に高電圧バッテリ、特に二次電池であって、隣接する蓄電セル（５）の少なくとも２つのセル極板（１８）が、導電的に、好ましくは少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）によって、互いに接続され、少なくとも１つのセル極板（１８）とセルコネクタ（１９，２０）との接続及び／又は少なくとも１つのセル極板（１８）と少なくとも１つのバスバーとの接続及び／又は２つのセル極板（１８）間の直接的な接続が少なくとも１つの好ましくは冷間表面プレスされたクリンチング接続部（２１）によって形成される蓄電デバイスに関する。単純な製造を可能にするために、少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）はＵ字形のプロファイル又はＹ字形のプロファイルを有する。

Description

本発明は、互いに連結された蓄電セルの少なくとも１つのスタックを備える、好ましくは電気自動車用の蓄電デバイス、特に高電圧バッテリ、特に二次電池であって、隣接する蓄電セルの少なくとも２つのセル極板が、導電的に、好ましくは少なくとも１つのセルコネクタによって、互いに接続され、少なくとも１つのセル極板とセルコネクタとの接続及び／又は少なくとも１つのセル極板と少なくとも１つのバスバーとの接続及び／又は２つのセル極板間の直接的な接続が少なくとも１つの好ましくは冷間表面プレスされたクリンチ接合接続部によって形成される蓄電デバイスに関する。

高電圧バッテリは、通常、連結されたリチウムイオン蓄電セルなどの蓄電セルを備えるバッテリパックを備え、セル極板が、レーザ溶接ジョイントによってセル極板に接続されたセルコネクタによって互いに電気的に接続されている。各バッテリセルの２つのセル極板は、ほとんどの場合、電気化学的性質のため異なる材料によって構成されており、これが接続技術に関して問題となる。頻繁に用いられるレーザ溶接処理において、通常、セル（電池）化学（ほとんどの場合Ｃｕ及びＡｌ）から突出するセル極板積層体は、通常、付加的なバイメタルのセルコネクタ（例えば、コンパクティング処理によるアルミニウムシート又は銅シート）を用いて溶接される。２つの異なる材料を直接溶接することは技術的に非常に複雑であり、いずれにしても多大な労力を払って監視する必要がある複雑なレーザ溶接処理に更なる問題を引き起こす。

独国特許出願公開第１０２００９０３５４６３号明細書（特許文献１）は、複数のフラットな略プレート形状の個別のバッテリセルを備える蓄電デバイスを開示している。個別のバッテリセルは、積層されてセルスタックを形成し、バッテリハウジングによって囲繞される。個別のバッテリセルは、金属プレートと絶縁材料製のフレームを備えるフラットなフレームデザインに形成される。

また、連結されてスタックを形成する複数のプレート形状の蓄電セルを備えるバッテリモジュールも国際公開第２００８／０４８７５１号公報（特許文献２）から知られており、そのセルはハウジングに収容されている。

国際公開第２０１０／０５３６８９号公報（特許文献３）には、ハウジング及び互いに隣接配置された複数のリチウムイオンセルを備えるバッテリ装置の記述がある。ハウジングには冷却目的で熱伝導性の電気的に絶縁する流体が流れる。

国際公開第２０１０／０６７９４４号公報（特許文献４）から蓄電セルの隣接配置されたスタックを備える蓄電デバイスが知られており、このデバイスにおいては蓄電セルが冷却空気によって冷却される。

独国特許出願公開第２７０５０５０号明細書（特許文献５）には、正極及び負極バッテリ接続部、及び螺旋状に巻回されて円筒形を成す正極及び負極材料を備える少なくとも１つのガルバニ電池を備えるバッテリ構成の記述があり、このバッテリ構成では、電極材料の極との接続が機械的な点接触接続によって行われる。

独国特許出願公開第１０２００４００３０６６号明細書（特許文献６）から数個のセル容器を備える角形蓄電バッテリが知られており、このバッテリでは、各セル容器にプレートのスタックが収容される。コンタクト接続プレートは、夫々、プレートのスタック間でセル容器の中間壁に沿って延出し、中間壁を挟んで相対するコンタクト接続プレートが中間壁を介して互いに導電的に接続し、関連するコンタクト接続プレートを備えるプレートのスタックのコンタクトが溶接によって導電的に接続される。中間壁を介したコンタクト接続プレートの接続部は冷間プレスされたクリンチ接合接続部として配置される。

国際公開第２０１１／１４４３７２号公報（特許文献７）には、リチウムイオンバッテリセル、及びバッテリセルの端子の導電性コンタクトを作製する方法の記述があり、端子がクリンチ接合方法などの接合方法によって導電的に互いに接続される。

独国特許出願公開第１０２００９０４６５０５号明細書から、第１のバッテリセルのバッテリ極板を第２のバッテリセルのバッテリ極板に接続する方法が知られており、この方法では、バッテリ極板が、加圧クリンチングとしても知られるクリンチ接合、又はクリンチング又はｔｏｘクリンチングによって積極的に又は非積極的に導電性コンタクトを作製するために接続される。

独国特許出願公開第１０２００９０３５４６３号明細書 国際公開第２００８／０４８７５１号公報 国際公開第２０１０／０５３６８９号公報 国際公開第２０１０／０６７９４４号公報 独国特許出願公開第２７０５０５０号明細書 独国特許出願公開第１０２００４００３０６６号明細書 国際公開第２０１１／１４４３７２号公報

本発明の目的は、これらの欠点を回避すること、及び上述した種類の再充電可能蓄電デバイスの製造を簡易にすることである。

これは、本発明に従って少なくとも１つのセルコネクタがＵ字形プロファイル又はＹ字形プロファイルを有することによって達成される。

少なくとも１つのセル極板と少なくとも１つのセルコネクタとの接続及び／又は少なくとも１つのセル極板と少なくとも１つのバスバーとの接続及び／又は２つのセル極板の直接的な接続が、例えば冷間プレスされた少なくとも１つのクリンチ接合接続部によって形成され、好ましくは各クリンチ接合接続部が数個の隣接配置されたジョイントを備える。ジョイントは、数個の平行な列に配置され得、少なくとも２つの隣接配置された列のジョイントは互いにずらして配置され得る。ジョイントは、丸みを帯びた外形（例えば、円形又は楕円形）又は角張った外形（例えば、矩形又は三角形）を有し得る。切断部を有しない丸みを帯びた外形の場合、三軸方向変形状態、つまり材料の断裂が防止される。更に、鋭角を有しない丸みを帯びた外形は、角張った外形に比べてコーティングが良好であり、水密性及び気密性の改善によって耐腐食性も良好である。これは電気接続には特に重要である。電気接続の場合、耐時効性及び耐腐食性を改善するため気密性は特に重要である。

更に、少なくとも１つのジョイントは、構造体を備えることができる。材料の歪はこの構造体、ジョイントの形状及び／又は配置の選択により最小化することができる。例えば、ジョイントは２×４のマトリクス状配置に配置することができる。

クリンチ接合接続は、冷間又は温間又は熱間状態で行うことができる。

部品を節約するために、少なくとも１つのセルコネクタは、相互接続されたセル極板のセル極板によって形成され得る。

しかしながら、少なくとも１つのセルコネクタが、セル極板とは異なるセルコネクタ要素によって形成される場合、特に有利である。別体のセルコネクタ要素によって更なる表面を生成し、熱交換を改善することができる。特に、セルコネクタ要素が、部分的に平行な脚部を備えるＵ字形又はＹ字形のプロファイルを有する場合、セル極板の上方に突出する平行な突起は折り曲げられる必要がないので、蓄電セルの機械的荷重を非常に低く抑えることができる。セル極板の平行に整列した突起は、接合処理の間同じ長さを維持し、結果、後で突起を同一の長さにしなくても（例えば、Ｕ字形プロファイル及び／又はＹ字形プロファイルを備える数個のセルコネクタ要素によって）３つ以上のセル極板を接続することができる。更に、クリンチ接合処理の間、クリンチ接合される部品に対してクリンチツールが垂直に作用し得る。結果、蓄電セルにせん断力がかかることがない。

本発明の好適な実施形態では、Ｕ字形のプロファイル及びＹ字形のプロファイルを備えるセルコネクタが連続する蓄電セル間に交互に配置される。Ｕ字形のセルコネクタ（バスバー）による蓄電セルの並列切替えが可能であり、この場合、２つの蓄電セルの２つの同極セルタップがバスバー（Ｕ字形のバスバー）を介して２つの別の蓄電セルと夫々の対極に接続される。蓄電セルの並列切替えは、夫々の対極によって直接行うこともでき、この場合、２つの蓄電セルの同極のセル極板が、各対極の別の２つの蓄電セルに接続される（例えば、１Ｓ２Ｐ。即ち、１ｘ直列、２ｘ並列）。セル電圧プレートを介したセル電圧のタッピングをセル電圧測定の測定タッピングとして付加的に用いることができる。

本発明の特に好適な実施形態では、隣接する蓄電セルの少なくとも２つのセル極板が、少なくとも１つのクリンチ接合接続部によって直接接続され、好ましくはＹ字形のセルコネクタが形成される。

クリンチ接合接続部は気密封止され、耐腐食性の長期的な接続部を生成する。少なくとも１つのセル極板は、電気めっき層、好ましくはニッケルコーティングを備え得る。クリンチ接合接続部の利点の一つは、クリンチ接合接続部が、使用材料の電気めっきの影響を受けないことである。

クリンチ接合（加圧クリンチング、クリンチング、ｔｏｘクリンチング）では、２つ以上のシートが雄型及び雌型によって塑性的に本質的に変形され、シート間にインターロック接続を生成する。セルシートの接続中、セルシートは選択された切替えのタイプ（例えば、セルコネクタ及びセル電圧モニタリングケーブルを備える２つの夫々の蓄電セルの直列接続された２つのシート又は並列接続された３つ又は４つのシート）によっては１回の加工処理で互いに連結され、一束のセル極板（セル極板のスタック）又は数束のセル極板に対して同時に複数のツールを用いて数個のジョイント（クリンチング点）が設置され得る。

材料のクリンチ接合中、硬質な材料はクリンチ接合ツールの雄型側に、軟質な材料は雌型側に常に位置合わせすべきである。軟質な材料は、かなりの程度変形可能であるので、ジョイントの外側領域で良好な変形が生じ、強固な接続が生成される。

複数のジョイントによって高い通電能力が可能になる。

クリンチ接合接続部により、セル極板は、更なるコンポーネントを必要とすることなく異なる材料（例えば銅からアルミニウム又はその逆）と簡単に接触することができる。更に、導電性合金との非金属材料の接続及び導電性合金の非金属材料への接続が可能である。

少なくとも１つのセル極板を、好ましくはクリンチ接合接続部によって、少なくとも１つの電圧タッピング要素に接続することができる。例えば、電圧をタッピングする目的で、プレートレットとして配置された、セル電圧タッピングのための少なくとも１つのテーブルを保有する電圧タッピング要素を、共にクリンチすることができる。更に、モニタリングユニット及び／又は熱センサなどのための接続部も共にクリンチすることができる。バスバーは、同時にセル電圧タッピングプレートレットとして機能することができる。

ジョイントの位置は、例えばレーザ溶接接続におけるコンポーネントの位置決めよりもはるかに広範囲に分散し得るため、高い公差補償レベルが達成される。セル極板及び蓄電セル、特にポーチセルなどのシーリングシームセルは、狭い公差域で製造される必要がない。

少なくとも２つのセル極板は異なる厚みを有し得、好ましくは少なくとも１つのセル極板が数個の相互接続されたセル極板層によって構成され得る。

特に個数が多い場合、パラレルな複数のツールで、数個のジョイントを同時にクリンチングすることによる単純でコスト効果の高い製造が可能である。この場合、材料の壁厚、加圧力などの制御が容易なごく少数の影響変数をチェックするだけでよい。更に、クリンチ接合処理中、同時に、少なくとも１つの変形及び／又は切断処理（所定のサイズへの切断、折り曲げなど）を行うことができる。

接合処理中の短絡又は電流損失を防止するために、特に並列接合処理の場合は非導電性の接合ツールを用いるべきである。

クリンチ接合接続部の１つの大きな利点は、ジョイントを視覚的にチェック可能なことである。更に、蓄電セルへの加熱が行われないことは、溶接又は半田付け処理などの熱的接合方法よりも有利である。蓄電セルへの加熱も防止される。

少なくとも１つのクリンチ接合接続部が冷却空気チャネルに配置されると特に有利であり、好ましくはクリンチ接合接続部が、冷却空気チャネルの冷却空気流内に突出する少なくとも１つのジョイントを備える。突出ジョイントによって、例えばセル極板を直接空気冷却する場合、冷却に関わる表面が増大する。更に、突出ジョイントは、乱流を増加するように機能し、これは、空気冷却中の熱輸送に有益な効果がある。蓄電デバイスの体積エネルギー密度は、このようにコンポーネントの効率的な活用によって増し得る。冷却効果は、ジョイントの構造、形状及び／又は配置及び接合方向を選択して最適化することができる。

設置状況によっては、脚部が下方に向かって開いたＵ字形のセルコネクタを、セル極板間に架かる領域がこの脚部よりも蓄電セルから更に離れるように、セル極板上に設置すると有益である。２つのセル極板間に架かる領域は、上方からのクリンチングを妨げる。この場合もクリンチングツールの使用を可能にするため、Ｕ字形のセルコネクタが、少なくとも２つのセル極板間に架かる領域において少なくとも１つの取付け開口を備えると有益であり、好ましくはクリンチ接合接続部が取付け開口と蓄電セルの間に配置される。クリンチングトングを、上方から取付け開口を通って差し込むことができ、クリンチ接合接続部の必要なクリンチング点を設置することができる。

本発明は、一次電池、二次電池、燃料電池、及びコンデンサ、及びそれらの組み合わせに適している。

本発明の蓄電デバイスを上方から見た斜視図で示す。 前記蓄電デバイスを図１におけるＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面で示す。 前記蓄電デバイスを正面図で示す。 前記蓄電デバイスを下方から見た斜視図で示す。 前記蓄電デバイスの蓄電デバイスモジュールを斜視図で示す。 この蓄電デバイスモジュールを下方から見た図で示す。 蓄電セルのスタックを斜視図で示す。 このスタックを側面図で示す。 蓄電デバイスモジュールの蓄電セルのスタックを斜視図で示す。 蓄電セルのスタックを図９におけるＸ‐Ｘ線に沿う断面図で示す。 このスタックの細部を図１０と同様に断面図で示す。 様々な実施形態におけるスタックの細部を斜視図で示す。 様々な実施形態におけるスタックの細部を斜視図で示す。 様々な実施形態におけるスタックの細部を斜視図で示す。 他の実施形態におけるスタックを斜視図で示す。 他の実施形態におけるスタックの細部を斜視図で示す。 他の実施形態におけるスタックを斜視図で示す。 このスタックの細部を示す。 クリンチ接合接続部を斜視図で示す。 第一の実施形態におけるクリンチ接合接続部のジョイントを示す。 第二の実施形態におけるクリンチ接合接続部のジョイントを示す。 図２０のジョイントを詳細に断面図で示す。

本発明を、図面を参照して以下により詳細に記述する。

蓄電デバイス１は、例えば二次電池によって形成されるが、本実施形態では７つの蓄電デバイスモジュール２を備え、各蓄電デバイスモジュール２は、互いに隣接配置された締結された蓄電セル５の２つのスタック３，４を備える。各蓄電デバイスモジュール２のスタック３，４は、アルミニウムなどの金属又はプラスチック製の２つの構造的に強固な波形プレート６間に配置され、プレート６は、ダイカスト部品によって形成され得る。プレート６自体は、蓄電デバイス１の前側及び後側の２つの保持プレート７，８間に挟持され、前側の保持プレート７は、後側の保持プレート８に締付ねじ９によってしっかりと接続される。締付ねじ９は、夫々プレート６の領域に配置される。プレート６は、保持プレート７，８とともに蓄電デバイスモジュール２の保持フレーム１０を形成する。保持プレート７，８は、重量を可能な限り軽く保つために開口を備える。積層方向ｙに見られるように、締付ねじ９間の規定の距離により、蓄電セル５が、正確な位置決めと、蓄電デバイス１の使用可能な寿命期間にわたってほぼ変化しない特定のプリテンション力（初荷重）によって設置される。プレート６と、隣接する蓄電セル５との間には、発泡材料製の各弾性絶縁層６ａが配置され、この絶縁層により、均等且つ徹底的な圧力の分布が可能になる。

蓄電デバイス１は、基板１１によって底部が封止される。

蓄電デバイス１は保持フレーム１０と共にハウジング１２に配置され、ハウジング１２と蓄電デバイス１との間には冷却空気流路が配置される。図２及び図４に示すように、案内空気フローのためにハウジングベース１２ａにはフローガイド領域１３が組み込まれる。

各蓄電セル５は、プラスチックカバー１４によって囲繞され、プラスチックカバー１４は、ほぼセルの中心平面１５の領域における封止のための短辺５ａに沿う突出シーリングシーム１６を備える。２つの隣接する蓄電セル５のシーリングシーム１６間には各空隙１７が１つ開口する。

空間を節約するために、各蓄電デバイスモジュール２の２つの隣接配置されたスタック３，４は互いにずらして重なるように配置される。ずれＶは蓄電セル５の厚みＤの約半分である。一方のスタック３，４の蓄電セル５のシーリングシーム１６は、他方のスタック４，３の２つの隣接する蓄電セル５のシーリングシーム１６によって開口された空隙１７内に突出する。結果、空隙１７は、シーリングシーム１６の一部を収容することによって少なくとも部分的に活用することができる。これにより、組み込み空間のサイズ及び体積エネルギー密度に非常に有利な効果がある。２つのスタック３，４間のずれＶにより、プレート６が蓄電デバイス１の長手方向の中心平面１ａの領域に段差２４が確実に形成される。

セル極板１８は、プラスチックカバー１４から上方の短辺側５ａに突出し、このセル極板はＵ字形及びＹ字形セルコネクタ１９，２０によって互いに接続される。例えば別体のセルコネクタ要素ＺＶ及びセル極板１８によって形成されるセルコネクタ１９，２０間の接続部は、クリンチ接合処理においてクリンチ接合接続部２１として配置され得、このクリンチ接合接続部は、１つ以上のジョイント２１ａを備える。これにより、隣接配置された複数のジョイントによる非常に高い通電能力、及び気密封止されたジョイント、及びセル極板１８の異なる材料との単純な接触（銅からアルミニウム及びその逆）に基づく耐腐食性の長期的接続が、更なるコンポーネントを用いずに可能となる。クリンチ接合処理によって２つ乃至４つのシートが互いに電気的に接続され得、材料（銅、アルミニウム、及び鋼）の壁厚は、０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであることが特に適している。例えばケーブルが設置されるセル電圧プレートレットを用いて、セルコネクタ１９，２０とともに同時に１度の加工ステップでクリンチ接合処理においてセル極板１８に任意でセル電圧モニタリングケーブル２２を連結することができる。合計の厚みを同一にするために同一のツールを用いることができる。クリンチ接合接続部２１のジョイント２１ａの位置は例えばレーザ溶接接続部よりも分散することができるので、比較的高い公差補償レベルが得られる。パラレルな複数のツールを用いて、個数が多い場合に簡易でコスト効果の高い製造が可能である。この場合、管理が容易な材料壁厚、加圧力などの数個の影響変数があるのみである。冷却空気チャネル２７内に突出するジョイント２１ａにより、蓄電デバイス１の放熱表面が増大し、これは特にセル極板１８の直接的な空気冷却に関わる。突出ジョイント２１ａは乱流の増加にも寄与し、特に空気冷却中の熱輸送を改善する。ジョイント２１ａは、その冷却に対する好影響の結果、空間全体の効率的な活用によって体積エネルギー密度が増す。

特に良好な体積エネルギー密度を達成するために、蓄電セル５を可能な限り互いに近接して位置決めする必要がある。この目的で、隣接する蓄電セル５の熱的過負荷の間にドミノ効果が発生しないよう、蓄電セル５間に例えば設置箔形状の可能な限り薄い熱的且つ電気的絶縁層２３が配置される。

空隙１７は冷却空気チャネル２６，２７を同時に形成する。空隙１７は、２つのスタック３，４の重なり部２５の領域に、即ち、蓄電デバイス１の長手方向の中心平面１ａの領域に第１の冷却空気チャネル２６を形成し、この冷却空気チャネルは、蓄電デバイス１の縦軸ｚの方向に配置される。シーリングシーム１６は、空気流のフロー案内表面、及び放熱表面を形成する。第２の冷却空気チャネル２７は、縦軸ｚに対して垂直且つ積層方向ｙに対して垂直な横軸ｘの方向に蓄電セル５の上側に空隙１７によってセル極板１８の領域に形成される。

第１及び第２の冷却空気チャネル２６，２７は、蓄電デバイス１を冷却するための閉冷却空気回路２８の一部であり、冷却空気回路２８は、少なくとも１つの冷却空気ファン２９及び少なくとも１つの熱交換器３０を備える。冷却空気ファン２９及び熱交換器３０から来た冷却空気は、蓄電デバイス１の後側及び／又は上側の保持プレート９の領域又はセル極板１８の領域においてハウジング１２に供給される。冷却空気流は、第２の冷却空気チャネル２７を流れ、セル極板１８及びセルコネクタ１９，２０を冷却する。冷却空気の少なくとも一部は次に第１の冷却空気チャネル２６に到達し、第１の冷却空気チャネル２６は冷却空気を縦軸ｚに対して下方に案内する。フローは全ての中間の空間及び空隙１７を通過し、熱を除去する。残りの冷却空気も、蓄電デバイス１の前側の保持プレート８とハウジング１２との間を通ってハウジング１２のハウジングベース１２ａまで流れ、フローガイド面１３によって車両の長手方向の中心平面εまで案内され、そこで収集される。冷却空気は、次に、冷却空気ファンによって吸引され、閉冷却空気回路２８において蓄電デバイス１に再供給される前に熱交換器３０によって冷却される。

図１２は、スタック３の断面図を示し、２つの隣接する蓄電セル２０のセル極板（セルタップ）１８は、セルコネクタ２０の機能を担い、互いに電気的に直列接続される。セルコネクタ２０は、Ｙ字形状に離れるようにともに曲げられたセル極板１８自体によって形成され、クリンチ接合接続部２１によって接続される。２つのセル極板１８は、プレートレット形状の電圧タッピング要素３１とともにクリンチされる。セル極板１８又はセルアレスタは隣接する蓄電セル５の反対極に接続される。

図１３及び図１４は、夫々蓄電セル５の並列接続部を備える実施形態を示し、２つの同極セル極板１８が２つの他の蓄電セル５とともに反対極及び電圧タッピング要素３１に接続され得る。

図１５及び１６は、蓄電セル５のスタック３の他の実施形態を示し、蓄電セル５は、Ｕ字形のセルコネクタ１９又はバスバーによって互いに接続される。２つの蓄電セル５の同極セル極板１８がＵ字形のセルコネクタ１９（バスバー）を介して反対極を備える２つの他の蓄電セル５に接続される。バスバーは同時に電圧タッピング要素として使用することができる。

図１５に示すように、Ｕ字形のセルコネクタはセルモニタリング測定ラインを連結することもできる。図１５では、電圧タッピング要素３１は、ケーブル２２を備えるタブコネクタのＵ字形プロファイル上に設けられたタブとして示されている。プラグイン接続の代わりとして、ラインと半田接続を行うこともできる。更に、抵抗溶接、超音波コンパクト溶接によって、又はタブ上のねじ込みジョイントを介してタブ上の接続部を生成することができる。

セルモニタリング測定ラインは、リチウムセルを備える電流のエネルギー貯蔵ユニットにおいて各蓄電セル５からモニタリングユニットに案内される。このモニタリングユニットは、個別のセル電圧を測定する。ほとんどの場合、セル電圧不均衡をバランシングすることもできる。

図１６に示すように、セルモニタリング測定ラインを、共にクリンチされた電圧タッピング要素３１によって接続することもできる。

図１７及び１８は、セル極板１８上に逆順に設置された、即ち、下方に開いた脚部１９ａを備えるＵ字形状のセルコネクタ１９を備える実施形態を示す。セル極板１８へのクリンチングツールの適用を可能にするために、セル極板１８間に架かるＵ字形のセルコネクタ１９の帯状領域１９ｂに取付け開口３５が設けられ、この取付け開口は、クリンチングトングを差し込み、クリンチ接合接続２１を行うために使用される。

図１９は、２列にずれた円形ジョイント２１ａを備えるクリンチ接合接続部２１を示す。最小の熱損失での十分な電流モニタリングに最低限必要なのは、この例では４つのジョイント２１ａである。十分な機械的安定性のため及び伝達抵抗を改善するためには２列にずれた８個のジョイント２１ａが配置される。図１９における下方から作用する剥離歪は下側の列によって遮断されるため、第２の列は機械的ストレスを受けることがなく、電気伝導性も損なわれない。

図２０は、略円形のレイアウトを備えるクリンチ接合接続部２１の一例を示す。一方、図２１は、矩形のレイアウトを備えるクリンチ接合接続部２１を示す。電気接続部として使用されるクリンチ接合接続部２１の円形レイアウトは、耐食性、水密性及び気密性、また、コーティングを保護する配置特性、及びこの形状によって得られる材料の比較的大きな表面接続部のため、好ましい。

開口した雌型３２による単一ステップのクリンチングの処理は、以下のステップによって構成される（図２２を参照）。

１．当該方法の第１のパートにおいて、重なるシートＡ，Ｂは雄型３３によって塑性変形され、雌型の空隙に圧入される。通常２つ又は４つの部分に分割される雌型の壁面３４は閉じたままである。

２．下側のシートＡがアンビル３５、即ち雌型空隙の底に達すると、材料は横方向に流れ、マッシュルーム形のジョイント２１ａを形成する。この段階で、雌型の壁面３４は矢印Ｐに従ってベースプレート（詳細には図示されていない）上を外側に向かって滑動押圧される。雄型３３を後退させ、被加工物を取り外した後、雌型の壁面３４を再び閉じると、雌型の壁面３４はばね力によって圧縮される。

この処理によって、接合された材料のアンダーカットＣ１（図２２を参照）が生成される。アンダーカットＣ１、スロート幅Ｓ１、残りのベース厚みＳＴはこの接続部の品質の特徴である。このクリンチ接合処理の結果、外観の良い、極めて頑丈で再現可能な接続部となる。

良好なクリンチ接合接続部２１を実現するために、硬質な材料Ｂを雄型側に、軟質な材料Ａを雌型３２のアンビル３５側に常に位置合わせすべきである。軟質な材料Ａはかなりの程度変形可能であるため、外側に配置される「ベース」が良好に変形し、頑丈なクリンチ接合接続部２１が生成される。

本発明は二次電池によって形成された蓄電デバイス１に基づいて記述された。蓄電デバイス１は一次電池、燃料電池、又はコンデンサによって形成することもできる。

Claims (22)

1. 互いに連結された蓄電セル（５）の少なくとも１つのスタック（３，４）を備え、隣接する蓄電セル（５）の少なくとも２つのセル極板（１８）が、好ましくは少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）によって、電気的に互いに接続され、少なくとも１つのセル極板（１８）とセルコネクタ（１９，２０）との接続及び／又は少なくとも１つのセル極板（１８）と少なくとも１つのバスバーとの接続及び／又は２つのセル極板（１８）の直接的な接続が、少なくとも１つの好ましくは冷間表面プレスされたクリンチ接合接続部（２１）によって形成される蓄電デバイス（１）、好ましくは電気自動車用の蓄電デバイス（１）、特に高電圧バッテリ、特に二次電池であって、少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）がＵ字形のプロファイル又はＹ字形のプロファイルを有することを特徴とする蓄電デバイス（１）。
2. 前記クリンチ接合接続部（２１）が、数個の隣接配置されたジョイント（２１ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス（１）。
3. 前記ジョイント（２１ａ）が、上下に配置される数個の列に配置され、好ましくは互いにずらして配置されることを特徴とする請求項２に記載の蓄電デバイス（１）。
4. 前記クリンチ接合接続部（２１）の少なくとも１つのジョイントが、平面視で円形、楕円形、矩形、又は三角形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
5. 少なくとも１つのクリンチ接合接続部（２１）が、気密封止されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
6. 少なくとも１つのセル極板（１８）、及び前記クリンチ接合接続部（２１）によって前記セル極板（１８）に接続された少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）が、様々な金属材料によって構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
7. 少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）が、相互接続されたセル極板（１８）のセル極板によって形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
8. 少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）が、前記セル極板（１８）とは異なるセルコネクタ要素（ＺＶ）によって形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
9. 少なくとも１つのセルコネクタ（１９，２０）が、２つの異なる金属材料によって構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
10. Ｕ字形のプロファイルを備えるセルコネクタ（１９，２０）及びＹ字形のプロファイルを備えるセルコネクタ（１９，２０）が、連続する蓄電セル（５）間に交互に配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
11. 隣接する蓄電セル（５）の少なくとも２つのセル極板（１８）が、少なくとも１つのクリンチ接合接続部（２１）によって互いに直接接続され、好ましくはＹ字形のセルコネクタ（１９）を形成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
12. 少なくとも１つのクリンチ接合接続部（２１）が、冷却空気チャネル（２７）に配置されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
13. 少なくとも１つのクリンチ接合接続部（２１）が、前記冷却空気チャネル（１７）の冷却空気フロー内に突出する少なくとも１つのジョイント（２１ａ）を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
14. 少なくとも１つのクリンチ接合接続部（２１）の少なくとも１つのジョイント（２１ａ）が、乱流を生じるように配置されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の蓄電デバイス（１）。
15. 少なくとも１つのセル極板（１８）を備える少なくとも１つのセル電圧モニタリングケーブル（２２）も前記クリンチ接合接続部（２１）を用いて導電的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
16. 前記蓄電デバイス（１）が、一次電池、二次電池、コンデンサ、又は燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
17. 少なくとも１つの蓄電セル（５）がポーチセルによって形成されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
18. 少なくとも２つのセル極板（１８）が異なる厚みを有し、好ましくは少なくとも１つのセル極板（１８）が互いに接続された別のセル極板層によって構成されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
19. 少なくとも１つのセル極板（１８）が電気めっき層、好ましくはニッケルコーティングを有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
20. 少なくとも１つの電圧タッピング要素（３１）が、好ましくはクリンチ接合接続部（２１）を用いて、少なくとも１つのセル極板（１８）に接続されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。
21. 前記電圧タッピング要素（３１）が前記クリンチ接合接続部（２１）の全領域に渡って延出することを特徴とする請求項２０に記載の蓄電デバイス（１）。
22. 少なくとも１つの好ましくはＵ字形のセルコネクタ（１９）は、少なくとも２つのセル極板（１８）間に架かる帯状領域（１９ｂ）に少なくとも１つの取付け開口（３５）を備え、好ましくは前記クリンチ接合接続部（２１）が、前記取付け開口（３５）と前記蓄電セル（５）との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の蓄電デバイス（１）。

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