DE102024205937A1 - Method for manufacturing a battery cell assembly and a battery cell assembly - Google Patents
Method for manufacturing a battery cell assembly and a battery cell assemblyInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezellenanordnung mit einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine erste Batteriezelle (3) mit einem ersten Zellpol (5) und eine zweite Batteriezelle (7) mit einem zweiten Zellpol (9) sowie ein Verbindungselement (11) bereitgestellt werden, und einem Fügeschritt, bei dem der erste Zellpol (5) mittels des Verbindungselementes (11) mit dem zweiten Zellpol (9) gefügt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei dem Fügeschritt der erste Zellpol (5) mittels des Verbindungselementes (11) mit dem zweiten Zellpol (9) durch Aufschrumpfen des Verbindungselementes (11) auf den ersten Zellpol (5) und auf den zweiten Zellpol (9) gefügt wird, und/oder dass bei dem Fügeschritt der erste Zellpol (5) mittels des Verbindungselementes (11) mit dem zweiten Zellpol (9) durch Kaltdehnen oder Eindehnen des ersten Zellpols (5) und/oder des zweiten Zellpols (9) in das Verbindungselement (11) gefügt wird.The invention relates to a method for manufacturing a battery cell assembly comprising a provisioning step in which a first battery cell (3) with a first cell terminal (5) and a second battery cell (7) with a second cell terminal (9) as well as a connecting element (11) are provided, and an joining step in which the first cell terminal (5) is joined to the second cell terminal (9) by means of the connecting element (11). According to the invention, it is provided that in the joining step the first cell terminal (5) is joined to the second cell terminal (9) by means of the connecting element (11) by shrinking the connecting element (11) onto the first cell terminal (5) and onto the second cell terminal (9), and/or that in the joining step the first cell terminal (5) is joined to the second cell terminal (9) by means of the connecting element (11) by cold stretching or stretching the first cell terminal (5) and/or the second cell terminal (9) into the connecting element (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie gemäß dem Anspruch 10 eine Batteriezellenanordnung.The invention relates to a method for manufacturing a battery cell arrangement according to the preamble of claim 1 and to a battery cell arrangement according to claim 10.
Eine Batterie für beispielsweise ein elektrisch betriebenes Fahrzeug weist eine Batteriezellenanordnung aus mehreren Batteriezellen auf. Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Batteriezellenanordnung werden zunächst in einem Bereitstellungsschritt eine erste Batteriezelle mit einem ersten Zellpol und eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Zellpol sowie ein Verbindungselement bereitgestellt. Anschließend wird das Verbindungselement in einem Fügeschritt mit dem ersten Zellpol und dem zweiten Zellpol mittels Laserschweißen verschweißt, so dass die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle mittels des Verbindungselementes in stoffschlüssiger Schweißverbindung stehen. Das Verfahren hat den Nachteil, dass die Herstellung der Batteriezellenanordnung aufwändig und kostenintensiv ist. Außerdem ist durch die stoffschlüssige Fügeverbindung eine Nacharbeit oder eine Reparatur an der Batteriezellenanordnung erschwert.A battery for, for example, an electric vehicle, has a battery cell assembly consisting of several battery cells. In a generic method for manufacturing the battery cell assembly, a first battery cell with a first cell terminal, a second battery cell with a second cell terminal, and a connecting element are first provided in a preparation step. Subsequently, the connecting element is welded to the first and second cell terminals by laser welding in a joining step, so that the first and second battery cells are in a metallurgical welded connection via the connecting element. This method has the disadvantage that the manufacturing of the battery cell assembly is complex and expensive. Furthermore, the metallurgical welded connection makes reworking or repairing the battery cell assembly more difficult.
Aus der
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezellenanordnung bereitzustellen, mittels dem die Batteriezellenanordnung einfach und kostengünstig herstellbar ist.One object of the invention is to provide a method for manufacturing a battery cell arrangement by means of which the battery cell arrangement can be manufactured simply and cost-effectively.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.This problem is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen ist ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezellenanordnung mit einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine erste Batteriezelle mit einem ersten Zellpol und eine zweite Batteriezelle mit einem zweiten Zellpol sowie ein Verbindungselement bereitgestellt werden, und einem Fügeschritt, bei dem der erste Zellpol mittels des Verbindungselementes mit dem zweiten Zellpol gefügt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei dem Fügeschritt der erste Zellpol mittels des Verbindungselementes mit dem zweiten Zellpol durch Aufschrumpfen des Verbindungselementes auf den ersten Zellpol und auf den zweiten Zellpol gefügt wird und/oder wobei vorgesehen ist, dass bei dem Fügeschritt der erste Zellpol mittels des Verbindungselementes mit dem zweiten Zellpol durch Kaltdehnen oder Eindehnen des ersten Zellpols und/oder des zweiten Zellpols in das Verbindungselement gefügt wird. Mittels des Verbindungselements ist nach dem Aufschrumpfen und/oder wird bei dem Aufschrumpfen eine mechanische und/oder eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Zellpol und dem zweiten Zellpol hergestellt. Zusätzlich kann die elektrische Verbindung auch teilweise oder vollständig direkt zwischen dem ersten Zellpol und dem zweiten Zellpol bestehen und/oder hergestellt werden. Dadurch, dass das Verbindungselement lediglich auf die Zellpole aufgeschrumpft wird, sind zur Herstellung der Fügeverbindung mittels des Verbindungselementes keine aufwändigen Gerätschaften, wie beispielsweise ein Schweißgerät, nötig. Auch sind beim Aufschrumpfen keine komplexen Arbeitsabläufe, wie beispielsweise beim Schweißen, durchzuführen, so dass die Batteriezellenanordnung mit dem Verfahren einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weitere Vorteile des Aufschrumpfens bestehen darin, dass Form- und Lagetoleranzen mittels des Verbindungselementes ausgeglichen werden, und dass Zellpole mechanisch belastbar miteinander verbunden sind, so dass auch die Batteriezellenanordnung mechanisch stabil ist. Auch besteht beim Aufschrumpfen keine Gefahr, dass mittels eines Laserstrahls zum Laserschweißen versehentlich eine Batteriezelle, konkret das Aktivmaterial dieser Batteriezelle, beschädigt wird.The invention proposes a method for manufacturing a battery cell arrangement comprising a provisioning step in which a first battery cell with a first cell pole and a second battery cell with a second cell pole, as well as a connecting element, are provided, and an joining step in which the first cell pole is joined to the second cell pole by means of the connecting element. According to the invention, in the joining step, the first cell pole is joined to the second cell pole by means of the connecting element by shrinking the connecting element onto the first cell pole and onto the second cell pole, and/or in the joining step, the first cell pole is joined to the second cell pole by means of the connecting element by cold stretching or stretching the first cell pole and/or the second cell pole into the connecting element. By means of the connecting element, a mechanical and/or an electrical connection between the first cell pole and the second cell pole is established after and/or during the shrinking process. Additionally, the electrical connection can also be partially or completely established directly between the first and second cell terminals. Because the connector is simply shrunk onto the cell terminals, no complex equipment, such as a welding machine, is required to create the joint. Furthermore, no complex processes, such as those involved in welding, are necessary during the shrink-fitting process, making the battery cell assembly simple and cost-effective to manufacture. Additional advantages of shrink-fitting include the ability to compensate for form and positional tolerances and the mechanically robust connection of the cell terminals, resulting in a stable battery cell assembly. Additionally, shrink-fitting eliminates the risk of accidentally damaging a battery cell, specifically its active material, with a laser beam used in laser welding.
Um ein gleichmäßiges radiales Aufschrumpfen des Verbindungselementes auf die Zellpole zu ermöglichen, ist bei einer exemplarischen Ausführungsform vorgesehen, dass das Verbindungselement die Form eines, bevorzugt geschlossenen, besonders bevorzugt runden oder rechteckigen, Ringes aufweist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Innenumfangsfläche des Verbindungselementes einen, bevorzugt dem Verbindungselement zugeordneten, Durchlass nach radial außen begrenzt, und/oder wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Verbindungselement um eine Rotationsachse rotationssymmetrisch ist oder dass das Verbindungselement um eine Drehachse, bevorzugt 4-zählig, drehsymmetrisch ist.In order to enable uniform radial shrinkage of the connecting element onto the cell poles, in an exemplary embodiment it is provided that the connecting element has the form of a ring, preferably closed, particularly preferably round or rectangular, wherein it is preferably provided that an inner circumferential surface of the connecting element limits a passage to the radial outside, preferably associated with the connecting element, and/or wherein it is preferably provided that the connecting element is rotationally symmetric about an axis of rotation or that the connecting element is rotationally symmetric about an axis of rotation, preferably 4-fold.
Um das Verbindungselement über die Zellpole schieben zu können und gegebenenfalls eine Oxidschicht des Verbindungselementes aufzubrechen, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren einen Erwärmungs- und/oder Abkühlschritt aufweist, bei dem das Verbindungselement auf eine Erwärmungstemperatur, bevorzugt im Vergleich zu der Umgebungstemperatur, erwärmt und/oder der erste Zellpol und/oder der zweite Zellpol auf eine Abkühltemperatur, bevorzugt im Vergleich zu der Umgebungstemperatur, abgekühlt wird, so dass sich das Verbindungselement, bevorzugt in Bezug auf eine Rotationsachse oder eine Drehachse des Verbindungselementes, nach radial außen ausdehnt und/oder so dass sich der erste Zellpol und/oder der zweite Zellpol zusammenzieht, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der erste Zellpol und der zweite Zellpol bei dem Verfahren, bevorzugt vor Beginn des Fügeschrittes, nicht, bevorzugt zumindest nicht aktiv, erwärmt werden.In order to be able to slide the connecting element over the cell poles and, if necessary, break up an oxide layer of the connecting element, an exemplary embodiment provides that the method includes a heating and/or cooling step in which the connecting element is heated to a heating temperature, preferably compared to the ambient temperature, and/or the first cell pole and/or the second cell pole is cooled to a cooling temperature, preferably compared to the ambient temperature, so that the connecting element, preferably with respect to an axis of rotation or a rotation axis of the connecting element, moves according to expands radially outwards and/or so that the first cell pole and/or the second cell pole contracts, wherein it is preferably provided that the first cell pole and the second cell pole are not heated during the process, preferably before the start of the joining step, or preferably at least not actively heated.
Um zu erreichen, dass das Verbindungselement zuverlässig und störkonturfrei über die Zellpole geschoben werden kann, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Erwärmungstemperatur höher ist als die Temperatur des ersten Zellpols und/oder des zweiten Zellpols, und/oder dass die Abkühltemperatur niedriger ist als die Temperatur des Verbindungselementes.In order to ensure that the connecting element can be reliably and without interference contours pushed over the cell poles, a preferred embodiment provides that the heating temperature is higher than the temperature of the first cell pole and/or the second cell pole, and/or that the cooling temperature is lower than the temperature of the connecting element.
Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Erwärmungs- und/oder Abkühlschritt zeitlich vor dem Fügeschritt durchgeführt wird, und/oder dass die Erwärmungstemperatur so hoch gewählt ist, dass gegebenenfalls eine Oxidschicht des Verbindungselementes aufgebrochen wird.For example, it is provided that the heating and/or cooling step is carried out before the joining step, and/or that the heating temperature is chosen to be high enough to break up any oxide layer of the connecting element.
Um die Zellpole beim Aufschrumpfen zuverlässig miteinander verbinden zu können, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren einen Vormontageschritt aufweist, bei dem der erste Zellpol und der zweite Zellpol in einen von dem Verbindungselement nach außen begrenzten Durchlass eingeführt werden, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Vormontageschritt zeitlich nach dem Erwärmungs- und/oder Abkühlschritt und/oder zeitlich vor dem Fügeschritt durchgeführt wird.In order to reliably connect the cell poles during shrinking, an exemplary embodiment provides that the method includes a pre-assembly step in which the first cell pole and the second cell pole are inserted into a passage bounded to the outside by the connecting element, preferably in that the pre-assembly step is carried out after the heating and/or cooling step and/or before the joining step.
Um den Fügeschritt zügig durchführen zu können, ist bei einer exemplarischen Ausführungsform vorgesehen, dass das erwärmte Verbindungselement während des Fügeschrittes unter Aufschrumpfen des Verbindungselementes auf den ersten Zellpol und den zweiten Zellpol aktiv oder passiv an der Umgebungsluft abgekühlt wird, und/oder dass der abgekühlte, erste Zellpol und/oder der abgekühlte, zweite Zellpol während des Fügeschrittes unter Eindehnen oder Kaltdehnen des ersten Zellpols und/oder des zweiten Zellpols in das Verbindungselement aktiv oder passiv an der Umgebungsluft erwärmt wird.In order to be able to carry out the joining step quickly, in an exemplary embodiment it is provided that the heated connecting element is actively or passively cooled in the ambient air during the joining step by shrinking the connecting element onto the first cell pole and the second cell pole, and/or that the cooled first cell pole and/or the cooled second cell pole is actively or passively heated in the ambient air during the joining step by stretching or cold stretching the first cell pole and/or the second cell pole into the connecting element.
Um ein zuverlässiges Aufschrumpfen des Verbindungselementes auf die Zellpole zu erreichen, ist bei einer beispielhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Verbindungselement beim Abkühlen, in Bezug auf eine Rotationsachse oder eine Drehachse des Verbindungselementes, nach radial innen schrumpft, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass beim Abkühlen das Verbindungselement, bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig, auf den ersten Zellpol und/oder auf den zweiten Zellpol aufgeschrumpft wird, und/oder wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der erste Zellpol und der zweite Zellpol durch das Aufschrumpfen, bevorzugt entlang einer gemeinsamen Fügeachse, flächig gegeneinander gepresst werden.In order to achieve reliable shrinkage of the connecting element onto the cell poles, an exemplary embodiment provides that the connecting element shrinks radially inwards during cooling with respect to a rotational axis or a rotational axis of the connecting element, preferably that during cooling the connecting element is shrunk onto the first cell pole and/or onto the second cell pole, preferably by force-fit and/or form-fit, and/or preferably that the first cell pole and the second cell pole are pressed against each other over a surface area by the shrinkage, preferably along a common joining axis.
Um durch den Fügeschritt eine gute Stromübertragung zwischen den Zellpolen zu erreichen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Innenumfangsfläche des Verbindungselementes und/oder eine erste Außenumfangsfläche des ersten Zellpols und/oder eine zweite Außenumfangsfläche des zweiten Zellpols geometrisch derart gestaltet ist, dass, bedingt durch das Aufschrumpfen, bevorzugt bedingt durch das Abkühlen, eine erste, dem zweiten Zellpol zugewandte, Stirnfläche des ersten Zellpols, bevorzugt entlang einer gemeinsamen Fügeachse, gegen eine zweite, dem ersten Zellpol zugewandte, Stirnfläche des zweiten Zellpols gepresst wird, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der erste Zellpol die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes aufweist, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass sich der erste Zellpol, bevorzugt entlang der gemeinsamen Fügeachse, in Richtung der ersten Batteriezelle verjüngt, und/oder wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der zweite Zellpol die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes aufweist, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass sich der zweite Zellpol, bevorzugt entlang der gemeinsamen Fügeachse, in Richtung der zweiten Batteriezelle verjüngt.To achieve good current transfer between the cell poles during the joining process, a preferred embodiment provides that an inner circumferential surface of the connecting element and/or a first outer circumferential surface of the first cell pole and/or a second outer circumferential surface of the second cell pole is geometrically designed such that, due to shrinkage, preferably due to cooling, a first end face of the first cell pole facing the second cell pole is pressed against a second end face of the second cell pole facing the first cell pole, preferably along a common joining axis. It is preferably provided that the first cell pole has the shape of a truncated cone or a truncated pyramid, and particularly preferably that the first cell pole tapers towards the first battery cell, preferably along the common joining axis. Joining axis, tapered towards the second battery cell.
Exemplarisch ist vorgesehen, dass dadurch, dass die erste Stirnfläche beim Aufschrumpfen, bevorzugt beim Abkühlen, des Verbindungselementes, bevorzugt entlang einer gemeinsamen Fügeachse, gegen die zweite Stirnfläche gepresst wird, die Batteriezellen zugleich zueinander positioniert werden.By way of example, it is provided that by pressing the first end face against the second end face during shrinking, preferably during cooling, of the connecting element, preferably along a common joining axis, the battery cells are positioned relative to each other at the same time.
Beispielhaft ist vorgesehen, dass der erste Zellpol die Form eines Quaders oder die Form eines Zylinders aufweist, und/oder dass der zweite Zellpol die Form eines Quaders oder die Form eines Zylinders aufweist.For example, it is provided that the first cell pole has the shape of a cuboid or the shape of a cylinder, and/or that the second cell pole has the shape of a cuboid or the shape of a cylinder.
Um bei dem Fügeschritt eine mechanisch stabile Batteriezellenanordnung zu erhalten, ist bei einer exemplarischen Ausführungsform vorgesehen, dass nach Abschluss des Fügeschrittes ein erster Abschnitt der Innenumfangsfläche flächig gegen die erste Außenumfangsfläche des ersten Zellpols gepresst ist, und/oder dass nach Abschluss des Fügeschrittes ein zweiter Abschnitt der Innenumfangsfläche flächig gegen die zweite Außenumfangsfläche des zweiten Zellpols gepresst ist.In order to obtain a mechanically stable battery cell arrangement during the joining step, an exemplary embodiment provides that, after completion of the joining step, a first section of the inner circumferential surface is pressed flat against the first outer circumferential surface of the first cell pole, and/or that, after completion of the joining step, a second section of the inner circumferential surface is pressed flat against the second outer circumferential surface of the second cell pole.
Lediglich zur Verdeutlichung und/oder beispielhaft ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine erste, der ersten Batteriezelle zugewandte, Deckfläche und eine zweite, der zweiten Batteriezelle zugewandte, Deckfläche aufweist, und dass das Verbindungselement eine Mittelebene aufweist, die sich parallel und mittig zwischen der ersten Deckfläche und der zweiten Deckfläche erstreckt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt der Innenumfangsfläche und der zweite Abschnitt der Innenumfangsfläche in der Mittelebene zusammenlaufen oder ineinander übergehen und einen, in Bezug auf die Rotationsachse oder Drehachse, nach radial innen offenen Winkel einschließen.For illustrative purposes only and/or as an example, it is provided that the connecting element is a first one, belonging to the first battery cell. The connecting element has a first, second, and a second, third, surface facing the second battery cell, and the connecting element has a median plane extending parallel and centrally between the first and second surface. Preferably, the first section of the inner circumferential surface and the second section of the inner circumferential surface converge or merge into each other in the median plane and form an angle that opens radially inwards with respect to the axis of rotation.
Beispielhaft kann das Verfahren einen Prüfschritt aufweisen, bei dem die elektrischen Verbindungen der Batteriezellenanordnung überprüft werden und/oder Nacharbeiten an der Batteriezellenanordnung vorgenommen werden.For example, the procedure may include a test step in which the electrical connections of the battery cell assembly are checked and/or rework is carried out on the battery cell assembly.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen ist ferner eine Batteriezellenanordnung, die bevorzugt mit dem wie vorbeschriebenen Verfahren hergestellt ist, mit einer ersten Batteriezelle, einer zweiten Batteriezelle und einem Verbindungselement, wobei die erste Batteriezelle einen ersten Zellpol aufweist, wobei die zweite Batteriezelle einen zweiten Zellpol aufweist, und wobei der erste Zellpol mittels des Verbindungselementes mit dem zweiten Zellpol in Fügeverbindung steht, und wobei der erste Zellpol mittels des Verbindungselementes mit dem zweiten Zellpol dadurch gefügt ist, dass das Verbindungselement auf den ersten Zellpol und auf den zweiten Zellpol aufgeschrumpft ist. Wie dies bereits anhand des Verfahrens oben dargelegt ist, ist die Batteriezellenanordnung einfach und kostengünstig herstellbar.The invention further proposes a battery cell arrangement, preferably manufactured using the method described above, comprising a first battery cell, a second battery cell, and a connecting element, wherein the first battery cell has a first cell pole, wherein the second battery cell has a second cell pole, and wherein the first cell pole is connected to the second cell pole by means of the connecting element, and wherein the first cell pole is joined to the second cell pole by means of the connecting element being shrink-fitted onto the first cell pole and the second cell pole. As already explained above with reference to the method, the battery cell arrangement can be manufactured simply and cost-effectively.
Lediglich zur Verdeutlichung und/oder beispielhaft ist vorgesehen, dass die Batteriezellenanordnung die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle und das Verbindungselement aufweist. Selbstverständlich kann die Batteriezellenanordnung auch mehr als zwei Batteriezellen und mehr als ein Verbindungselement aufweisen.For illustrative purposes only, the battery cell assembly shown here comprises the first battery cell, the second battery cell, and the connecting element. Naturally, the battery cell assembly can also include more than two battery cells and more than one connecting element.
Lediglich zur Verdeutlichung und/oder beispielhaft ist vorgesehen, dass das Material des Verbindungselementes elektrisch leitend oder elektrisch nicht-leitend ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Material des Verbindungselementes Kupfer oder Aluminium aufweist. Das Verbindungselement aus elektrisch nicht-leitendem Material hat den Vorteil, dass es kostengünstig und mit geringem Eigengewicht herstellbar ist. Das Verbindungselement aus dem elektrisch leitenden Material hat den Vorteil, dass die Stromübertragung von dem ersten Zellpol auf den zweiten Zellpol zumindest teilweise auch über das Verbindungselement erfolgt.For illustrative purposes only, and/or by way of example, it is provided that the material of the connecting element is either electrically conductive or electrically non-conductive, preferably being copper or aluminum. The connecting element made of electrically non-conductive material has the advantage of being inexpensive to manufacture and having a low weight. The connecting element made of electrically conductive material has the advantage that the current transfer from the first cell terminal to the second cell terminal also occurs, at least partially, via the connecting element.
Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.The following are descriptions of embodiments of the invention with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 in einer partiellen Seitenschnittansicht eine Batteriezellenanordnung; -
2 in einer Seitenansicht eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle und ein Verbindungselement; -
3 in einer partiellen Seitenschnittansicht die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle sowie das Verbindungselement in einem erwärmten Zustand zu Beginn eines Vormontageschrittes, und -
4 in einer partiellen Seitenschnittansicht die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle sowie das Verbindungselement in dem erwärmten Zustand nach Abschluss des Vormontageschrittes und vor Beginn eines Fügeschrittes.
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1 A partial side-section view of a battery cell arrangement; -
2 in a side view a first battery cell and a second battery cell and a connecting element; -
3 in a partial side-section view the first battery cell and the second battery cell as well as the connecting element in a heated state at the beginning of a pre-assembly step, and -
4 in a partial side section view the first battery cell and the second battery cell as well as the connecting element in the heated state after completion of the pre-assembly step and before the start of a joining step.
In der
Der erste Zellpol 5 weist die Form eines Kegelstumpfes auf und verjüngt sich in Richtung der ersten Batteriezelle 3. Der zweite Zellpol 9 weist ebenfalls die Form eines Kegelstumpfes auf und verjüngt sich in Richtung der zweiten Batteriezelle 7. Selbstverständlich können die Zellpole 5 und 9 auch andere Formen aufweisen, wie beispielsweise die Form eines Quaders oder eines Zylinders. Der erste Zellpol 5 ist über ein erstes und mit dem ersten Zellpol 5 materialeinheitlich und einstückig verbundenes Abstandselement 13 an der ersten Batteriezelle 3 angebunden.The first cell terminal 5 has the shape of a truncated cone and tapers towards the first battery cell 3. The second cell terminal 9 also has the shape of a truncated cone and tapers towards the second battery cell 7. Of course, cell terminals 5 and 9 can also have other shapes, such as a cuboid or a cylinder. The first cell terminal 5 is connected to the first battery cell 3 via a spacer element 13, which is integrally formed and made of the same material.
Der zweite Zellpol 9 ist über ein zweites und mit dem zweiten Zellpol 9 materialeinheitlich und einstückig verbundenes Abstandselement 15 an der zweiten Batteriezelle 7 angebunden.The second cell pole 9 is connected to the second battery cell 7 via a second spacer element 15 which is made of the same material and is integrally connected to the second cell pole 9.
Das Verbindungselement 11 ist, hier lediglich beispielhaft, durch einen geschlossenen Ring gebildet. Wie dies in der
Das Verbindungselement 11 weist eine erste, der ersten Batteriezelle 3 zugewandte Deckfläche 25 und eine zweite, der zweiten Batteriezelle 3 zugewandte Deckfläche 27 auf. Eine dem Verbindungselement 11 zugeordnete Mittelebene M erstreckt sich mittig zwischen und parallel zu den Deckflächen 25 und 27. Die Innenumfangsfläche 21 weist einen ersten Abschnitt 31 und einen zweiten Abschnitt 33 auf. Der erste Abschnitt 31 geht in der Mittelebene M in den zweiten Abschnitt 33 über. In der
Der erste Zellpol 5 ist mittels des Verbindungselementes 11 mit dem zweiten Zellpol 9 dadurch gefügt, dass das Verbindungselement 11 auf den ersten Zellpol 5 und auf den zweiten Zellpol 9 aufgeschrumpft ist. Das Verbindungselement 11 ist auf den ersten Zellpol 5 und auf den zweiten Zellpol 9 derart aufgeschrumpft, dass der erste Abschnitt 31, in Bezug auf die Rotationsachse R, unter Aufbau von mechanischen Spannungen in dem Verbindungselement 11 nach radial innen gegen eine erste Außenumfangsfläche 35 des ersten Zellpols 5 gepresst ist. Das Verbindungselement 11 ist außerdem derart auf den zweiten Zellpol 9 aufgeschrumpft, dass der zweite Abschnitt 33, in Bezug auf die Rotationsachse R, unter Aufbau von mechanischen Spannungen in dem Verbindungselement 11 nach radial innen gegen eine zweite Außenumfangsfläche 37 des zweiten Zellpols 9 gepresst ist.The first cell pole 5 is joined to the second cell pole 9 by means of the connecting element 11, such that the connecting element 11 is shrunk onto both the first cell pole 5 and the second cell pole 9. The connecting element 11 is shrunk onto both the first cell pole 5 and the second cell pole 9 in such a way that the first section 31, with respect to the axis of rotation R, is pressed radially inward against a first outer circumferential surface 35 of the first cell pole 5, generating mechanical stresses in the connecting element 11. The connecting element 11 is also shrunk onto the second cell pole 9 in such a way that the second section 33, with respect to the axis of rotation R, is pressed radially inward against a second outer circumferential surface 37 of the second cell pole 9, generating mechanical stresses in the connecting element 11.
Dadurch, dass sich der erste Abschnitt 31 ausgehend von der Mittelebene M in Richtung der ersten Deckfläche 25 und in Bezug auf die Rotationsachse R nach radial innen erstreckt, und dass sich der zweite Abschnitt 33 ausgehend von der Mittelebene M in Richtung der zweiten Deckfläche 27 und in Bezug auf die Rotationsachse R nach radial innen erstreckt, sind, bei dem aufgeschrumpften Verbindungselement 11 eine erste Stirnfläche 41 des ersten Zellpols 5 und eine zweite Stirnfläche 43 des zweiten Zellpols 9 entlang einer gemeinsamen Fügeachse F flächig gegeneinander gepresst. Dadurch, dass die Stirnflächen 41 und 43 bei der Batteriezellenanordnung 1 gegeneinander gepresst sind, kann elektrischer Strom zuverlässig von der ersten Stirnfläche 41 auf die zweite Stirnfläche 43 übertragen werden. Das Material des Verbindungselementes 11 kann somit elektrisch leitend sein und beispielsweise Kupfer oder Aluminium aufweisen, so dass zusätzlich auch eine Stromübertragung von der ersten Batteriezelle 3 auf die zweite Batteriezelle 7 über das Verbindungselement 11 ermöglicht ist. Alternativ kann das Material des Verbindungselementes 11 allerdings auch elektrisch nicht-leitend sein, wobei die Stromübertragung dann allein über die Stirnflächen 41 und 43 erfolgt.Because the first section 31 extends radially inwards from the median plane M towards the first cover surface 25 and with respect to the axis of rotation R, and because the second section 33 extends radially inwards from the median plane M towards the second cover surface 27 and with respect to the axis of rotation R, a first end face 41 of the first cell pole 5 and a second end face 43 of the second cell pole 9 are pressed together along a common joining axis F in the shrunk-on connecting element 11. Because the end faces 41 and 43 are pressed together in the battery cell arrangement 1, electrical current can be reliably transferred from the first end face 41 to the second end face 43. The material of the connecting element 11 can therefore be electrically conductive and, for example, comprise copper or aluminum, so that current transfer from the first battery cell 3 to the second battery cell 7 via the connecting element 11 is also possible. Alternatively, the material of the connecting element 11 can also be electrically non-conductive, in which case the current transmission takes place solely via the end faces 41 and 43.
Nachfolgend ist anhand der
Bei dem Bereitstellungsschritt werden zunächst die erste Batteriezelle 3 mit dem ersten Zellpol 5 und die zweite Batteriezelle 7 mit dem zweiten Zellpol 9 sowie das Verbindungselement 11 bereitgestellt. Der Verfahrensstand nach Abschluss des Bereitstellungsschrittes ist in der
Zeitlich anschließend an den Bereitstellungsschritt wird der Erwärmungsschritt durchgeführt. Bei dem Erwärmungsschritt wird das Verbindungselement 11 mittels einer Wärmequelle (nicht dargestellt) auf eine Erwärmungstemperatur erwärmt, so dass sich das Verbindungselement 11, in Bezug auf die Rotationsachse R, nach radial außen ausdehnt, so dass sich auch der Durchlass 23, in Bezug auf eine Rotationsachse R, nach radial außen vergrößert. Der erste Zellpol 5 und der zweite Zellpol 9 werden hingegen nicht aktiv erwärmt und die Temperatur des ersten Zellpols 5 und des zweiten Zellpols 9 entspricht der Umgebungstemperatur. Die Erwärmungstemperatur ist somit deutlich höher als die Temperatur der ersten Zellpols 5 und des zweiten Zellpols 9. Der Verfahrensstand nach Abschluss der Erwärmungsschrittes ist in der
Zeitlich anschließend an den Erwärmungsschritt wird der Vormontageschritt durchgeführt. Bei dem Vormontageschritt werden der erste Zellpol 5, der zweite Zellpol 9 und das erwärmte Verbindungselement 11 in Vorbereitung für den zeitlich nachfolgenden Fügeschritt zueinander angeordnet. Bei erwärmtem Verbindungselement 11 werden der erste Zellpol 5 und der zweite Zellpol 9 in den Durchlass 23 eingeführt, und zwar derart, dass sich die erste Stirnfläche 41 und die zweite Stirnfläche 43 innerhalb des Durchlasses 23 befinden und sich parallel zueinander beabstandet erstrecken. Der Verfahrensstand nach Abschluss des Vormontageschrittes ist in der
Zeitlich anschließend an den Erwärmungsschritt wird der Fügeschritt durchgeführt, bei dem die zueinander angeordneten Teile der Batteriezellenanordnung 1 miteinander gefügt werden. Hierzu wird das Verbindungselement 11 aktiv mittels beispielsweise eines Gebläses oder passiv an der Umgebungsluft gekühlt. Beim Abkühlen schrumpft das Verbindungselement, in Bezug auf die Rotationsachse R, nach radial innen, so dass das Verbindungselement 11 auf den ersten Zellpol 5, konkret die erste Außenumfangsfläche 35, und auf den zweiten Zellpol 9, konkret die zweite Außenumfangsfläche 37, unter Bildung der Batteriezellenanordnung 1 aufgeschrumpft wird. Dabei werden der erste Zellpol 5, konkret die erste Stirnfläche 41, und der zweite Zellpol 9, konkret die zweite Stirnfläche 43, entlang der gemeinsamen Fügeachse F flächig gegeneinander gepresst. Nach Abschluss des Fügeschrittes fluchtet die Rotationsachse R mit der gemeinsamen Fügeachse F. Der Verfahrensstand nach Abschluss des Fügeschrittes ist in der
Zeitlich anschließend an den Fügeschritt wird der Prüfschritt durchgeführt. Bei dem Prüfschritt werden die elektrischen Verbindungen der Batteriezellenanordnung 1 auf ihre ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit überprüft. Außerdem können während des Prüfschrittes optional Nacharbeiten an der Batteriezellenanordnung vorgenommen werden.The testing step is performed immediately following the assembly step. During this step, the electrical connections of battery cell assembly 1 are checked for proper functionality. Optionally, rework can also be carried out on the battery cell assembly during this testing step.
Ergänzend wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Innenumfangsfläche 21 beispielsweise auch glattzylindrisch sein kann. Alternativ zu der glattzylindrischen Gestaltung oder alternativ zu den schräg verlaufenden Abschnitten 31 und 33 kann die Innenumfangsfläche 21 Hinterschnitte aufweisen. Ferner kann das Verbindungselement 11 eine Federelement oder Sensorabgriffe aufweisen.It should also be noted that the inner circumferential surface 21 can, for example, also be smooth cylindrical. As an alternative to the smooth cylindrical design or the inclined sections 31 and 33, the inner circumferential surface 21 can have undercuts. Furthermore, the connecting element 11 can have a spring element or sensor contacts.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- BatteriezellenanordnungBattery cell arrangement
- 33
- erste Batteriezellefirst battery cell
- 55
- erster Zellpolfirst cell pole
- 77
- zweite Batteriezellesecond battery cell
- 99
- zweiter Zellpolsecond cell pole
- 1111
- VerbindungselementConnecting element
- 1313
- erstes Abstandselementfirst spacer element
- 1515
- zweites Abstandselementsecond spacer element
- 2121
- InnenumfangsflächeInner perimeter area
- 2323
- Durchlasspassage
- 2525
- erste Deckflächefirst surface
- 2727
- zweite Deckflächesecond surface
- 3131
- erster Abschnittfirst section
- 3333
- zweiter Abschnittsecond section
- 3535
- erste Außenumfangsflächefirst outer perimeter surface
- 3737
- zweite Außenumfangsflächesecond outer perimeter surface
- 4141
- erste Stirnflächefirst front surface
- 4343
- zweite Stirnflächesecond front surface
- FF
- Fügeachsejoining axis
- MM
- MittelebeneMiddle level
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2013/0157104 A1 [0003]US 2013/0157104 A1 [0003]
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