Titel

Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung und Batteriemodul

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Spannungsabgriff einer Batteriezelle und einem Zellverbinder nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Batteriemodul eine Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen aufweist, welche jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, wobei zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verbindung der Mehrzahl an Batteriezellen untereinander die jeweiligen Spannungsabgriffe elektrisch leitend miteinander verbunden werden und somit zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet werden können. Insbesondere können die Batteriezellen jeweils einen ersten Spannungsabgriff, insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und einen zweiten Spannungsabgriff, insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, aufweisen, die miteinander mittels Zellverbindern elektrisch leitend verbunden sind, sodass eine elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung ausgebildet ist. Batteriemodule ihrerseits werden ferner zu Batterien bzw. zu gesamten Batteriesystemen zusammengeschaltet.

Insbesondere können der solche Zellverbinder und ein jeweiliger Spannungsabgriff einer Batteriezelle mittels Widerstandsschweißens elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Offenbarung der Erfindung

Ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Spannungsabgriff einer Batteriezelle und einem Zellverbinder auf einfache Weise ausgebildet werden kann.

Dazu wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Spannungsabgriff einer Batteriezelle und einem Zellverbinder mittels Widerstandsschweißens zur Verfügung gestellt. Insbesondere ist der Spannungsabgriff dabei ein positiver Spannungsabgriff oder ein negativer Spannungsabgriff. Dabei ist der Zellverbinder aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet. Dabei werden eine erste Elektrode an dem Spannungsabgriff der Batteriezelle und eine zweite Elektrode an dem Zellverbinder angeordnet. Diese Anordnung ist dabei in der Art, dass ein Verbindungsbereich des Zellverbinders zumindest teilweise innerhalb einer Aussparung eines Kontaktbereichs der ersten Elektrode angeordnet wird.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindungen wird ein Potential zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angelegt.

Insgesamt wird hierbei ein elektrischer Strom von der ersten Elektrode, über den Spannungsabgriff der Batteriezelle durch den Zellverbinder zu der zweiten Elektrode fließen. Selbstverständlich könnte der elektrische Strom auch umgekehrt von der zweiten Elektrode über den Zellverbinder durch den Spannungsabgriff der Batteriezelle zu der ersten Elektrode fließen. Lokale Erwärmungen insbesondere aufgrund eines elektrischen Widerstandes führen bspw. zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials des Zellverbinders und/oder unter Umständen auch des Spannungsabgriffs der Batteriezelle. Während es Abkühlens wird eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Zudem kann auch ein gewisser Druck auf die Verbindungsstelle ausgeübt werden, um die stoffschlüssige Verbindung zu verbessern.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den besonderen Vorteil bietet, dass der Zellverbinder insbesondere nur einen Verbindungsbereich aufweist und auf einen weiteren Verbindungsbereich verzichtet werden kann. Dies bietet überdies den Vorteil, dass die Herstellung des Zellverbinders vereinfacht werden kann und auch dessen Handhabung vereinfacht ist.

Insgesamt ist es dabei möglich, über die Ausbildung der ersten Elektrode, insbesondere deren Kontaktbereich, und die Ausbildung des Zellverbinders, insbesondere dessen Verbindungsbereichs, eine Stromdichte während des Widerstandsschweißens definiert anzupassen.

Durch die Anordnung des Verbindungsbereichs des Zellverbinders zumindest teilweise innerhalb der Aussparung des Kontaktbereichs der ersten Elektrode kann erreicht werden, dass eine Stromdichte während des Widerstandsschweißens innerhalb des Zellverbinders bzw. dessen Verbindungsbereichs am höchsten ist. Weiterhin ist hierdurch eine Stromdichte während des Widerstandsschweißens innerhalb der ersten Elektrode vergleichbar gering, wodurch bevorzugt eine ungewünschte stoffschlüssige Verbindung der ersten Elektrode mit dem Spannungsabgriff der Batteriezelle verhindert werden kann.

Beispielsweise hat hierdurch die erste Elektrode bzw. deren Kontaktbereich eine vergleichbar große Fläche, über die der Strom zwischen dem Spannungsabgriff der Batteriezelle und der ersten Elektrode bzw. der ersten Elektrode und dem Spannungsabgriff der Batteriezelle fließt. Hierdurch können lokale Erwärmungen weitgehend verhindert werden, sodass zwischen dem Spannungsabgriff der Batteriezelle und dem Kontaktbereich der ersten Elektrode keine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird.

Beispielsweise hat hierdurch der Zellverbinder bzw. dessen Verbindungsbereich eine vergleichbar kleine Fläche, über die der Strom zwischen dem Zellverbinder und dem Spannungsabgriff der Batteriezelle bzw. dem Spannungsabgriff der Bat- teriezelle und den Zellverbinder fließt. Hierdurch können lokale Erwärmungen erzeugt werden, sodass zwischen dem Verbindungsbereich des Zellverbinders und dem Spannungsabgriff der Batteriezelle eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass der Verbindungsbereich des Zellverbinders und der Kontaktbereich der ersten Elektrode hinsichtlich in ihrer jeweiligen Form aufeinander abgestimmt sind, so dass die Stromdichte definiert anpassbar ist. Insbesondere sind die einander zugewandten Fläche, durch welche der elektrische Strom im Wesentlichen fließt definiert aufeinander abstimmbar.

Es ist zweckmäßig, wenn der Verbindungsbereich des Zellverbinders teilweise kreisförmig ausgebildet ist. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass ein Kreis einen möglichst kleinen Umfang im Vergleich zu seinem Volumen aufweist. Hierdurch ist es möglich, eine möglichst hohe sogenannte Flächenstromdichte auszubilden.

Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn die Aussparung des Kontaktbereichs der ersten Elektrode teilweise kreisförmig ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Kontaktbereich der ersten Elektrode eine möglichst große Kontaktfläche aufweist. Insbesondere könnte die erste Elektrode dabei halbmondförmig ausgebildet sein.

Von Vorteil ist es, wenn der Kontaktbereich der ersten Elektrode Strukturen umfasst, welche zu einer Vergrößerung einer Oberfläche ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, die Kontaktfläche weiterhin zu vergrößern. Die Oberfläche soll dabei diejenige Fläche bezeichnen, über die im Wesentlichen der elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode und dem Spannungsabgriff der Batteriezelle fließt.

Dabei können die Strukturen insbesondere Vorsprünge, Zacken und/oder Wellen umfassen. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Ausführungsformen zu ermöglichen. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die erste Elektrode aus einem Material ausgebildet, welches eine höhere elektrische Leitfähigkeit und/oder einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material des Zellverbinders. Hierdurch kann der Schweißprozess gezielt und bevorzugt beeinflusst werden.

Bevorzugt ist die Batteriezelle als zylindrische Batteriezelle ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das bevorzugt metallische Gehäuse einer zylindrischen Batteriezelle zwei kreisförmig ausgebildete Stirnflächen aufweist, welche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und welche gegenüberliegend eine zylindrische Mantelfläche begrenzen. Innerhalb dieses Gehäuses sind elektrochemische Komponenten der Batteriezelle angeordnet. An einer der beiden Stirnflächen kann ein erster Spannungsabgriff der zylindrischen Batteriezelle angeordnet sein, der bevorzugt elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist. Der zweite Spannungsabgriff der zylindrischen Batteriezelle kann an der anderen der beiden Stirnflächen angeordnet sein oder durch das Gehäuse sowie die andere Stirnfläche gemeinsam ausgebildet sein.

Insbesondere ist der Zellverbinder aus Nickel, Kupfer oder Aluminium oder einer Mischung daraus ausgebildet ist. Ein aus Nickel ausgebildeter Zellverbinder oder ein Nickel umfassender Zellverbinder bietet hierbei den Vorteil, dass ein vergleichbar hoher elektrischer Widerstand ausgebildet ist, wodurch die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung vereinfacht werden kann.

Zweckmäßigerweise sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode benachbart zueinander an einer selben Seite der herzustellenden stoffschlüssigen Verbindung angeordnet werden. Insbesondere ist es möglich hierdurch einen einseitigen Widerstandsschweißprozess auszubilden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen, welche jeweils zumindest einen Spannungsabgriff aufweisen. Dabei ist der Spannungsabgriff stoffschlüssig mit einem aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildeten Zellverbinder verbunden. Weiterhin ist dabei die stoffschlüssige Verbindung gemäß einem eben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 in einer Draufsicht eine erfindungsgemäße Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung und

Figur 2 in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Die Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung 1 zwischen einem Spannungsabgriff 2 einer Batteriezelle 20 und einem Zellverbinder 3. Die Figur 2 zeigt dabei das erfindungsgemäße Verfahren in einer Seitenansicht.

Insbesondere ist der Spannungsabgriff 2 dabei ein positiver Spannungsabgriff 21 oder ein negativer Spannungsabgriff 22. Weiterhin ist die Batteriezelle 20 als zylindrische Batteriezelle 200 ausgebildet. Die stoffschlüssige Verbindung wird dabei mittels Widerstandsschweißens ausgebildet.

Die Figuren 1 und 2 sollen dabei folgenden weitgehend gemeinsam beschrieben sein.

Zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung 1 mittels Widerstandsschweißens werden eine erste Elektrode 41 an dem Spannungsabgriff 2 und eine zweite Elektrode 42 an dem Zellverbinder 3 angeordnet.

Die erste Elektrode 41 weist dabei einen Kontaktbereich 6 auf, welcher eine Aussparung 7 aufweist. Insbesondere in der Figur 1 ist angedeutet, dass die Aussparung 7 des Kontaktbereichs 6 der ersten Elektrode 41 zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist die Ausbildung der Aussparung 7 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Weiterhin ist in der Figur 1 gezeigt, dass der Kontaktbereich 6 der ersten Elektrode 41 zudem Strukturen 8 umfassen kann, welche zu einer Vergrößerung einer Oberfläche 60 ausgebildet sind. Die Oberfläche 60 soll dabei diejenige Fläche bezeichnen, über die im Wesentlichen der elektrische Strom I zwischen der ersten Elektrode 41 und dem Spannungsabgriff 2 der Batteriezelle 2 fließt. Die Strukturen 8 können dabei Vorsprünge, Zacken und/oder Wellen umfassen.

Der Zellverbinder 3 ist dabei aus einem elektrisch leitenden Material 30 ausgebildet. Insbesondere ist der Zellverbinder 3 aus Nickel, Kupfer oder Aluminium oder einer Mischung daraus ausgebildet ist. Weiterhin weist der Zellverbinder 3 einen Verbindungsbereich 5 auf. Insbesondere aus der Figur 1 ist zu erkennen, dass der Verbindungsbereich 5 des Zellverbinders 3 zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet ist.

Weiterhin kann die erste Elektrode 41 dabei aus einem Material 4 ausgebildet sein, welches eine höhere elektrische Leitfähigkeit und/oder einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material 30 des Zellverbinders 3.

Aus der Figur 2 ist zudem zu erkennen, dass die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 benachbart zueinander an einer selben Seite 10 der herzustellenden stoffschlüssigen Verbindung 1 angeordnet werden.