AT515529A4 - Verfahren zum Verbinden zweier Zellpole - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung zumindest zweier zylindrischer Zellpole (200) benachbarter Batteriezellen (220), wobei in einem ersten Schritt ein Verbindungselement (100) mit einem vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper (110) sowie zumindest zwei Aufnahmen (120) mit im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmungen (121) an den zumindest zwei Zellpolen (200) angeordnet wird, und in einem zweiten Schritt die zumindest zwei Aufnahmen (120) mit den zumindest zwei Zellpolen (200) durch Anformen eines Gewindes (130, 140) in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden, ein Verbindungselement sowie eine wiederaufladbare Batterie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung zumindest zweier zylindrischerZellpole benachbarter Batteriezellen, ein Verbindungselement hierfür sowie einewiederaufladbare Batterie.

Zum Verbinden zweier Zellpole von benachbarten Batteriezellen werden häufigstreifenförmige Verbindungselemente sogenannte "Busbars" eingesetzt. Hierbeisind die in der Regel als Stift ausgeführten Zellpole oder Anschlusspole vonprismatischen Zellen entweder glatt oder als Gewindestift ausgeführt, alternativhierzu können auch Gewindebohrungen als Anschlusspole vorgesehen sein. DieKontaktierung mittels Busbar erfolgt hierbei mittels Verschraubung oderVerschweißung. Derartige Anordnungen können beispielsweise derUS 2012/288743 A, der CN 202 111 192 U oder auch der EP 2 337 115 A2entnommen werden.

Nachteilig an diesen Kontaktierungsmethoden ist zum Einen die Anzahl anzahlreichen Einzelteilen, die im Zuge der Kontaktierung im Bereich der Zellpoleanzuordnen sind, und des Weiteren, dass häufig ein unerwünschter Wärmeeintragwährend des Kontaktierens erfolgt. Ein derartiger Wärmeeintrag kann insbesonderenachteilig auf die Batteriezellen einwirken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben bezeichneten Nachteile des Stands derTechnik zu beseitigen und ein Verfahren zur Kontaktierung von Zellpolenbenachbarter Batteriezellen ohne Wärmeeintrag und mit nur einer geringen Anzahlvon Teilen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähntenArt dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt ein Verbindungselement mit einemvorzugsweise im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper sowie zumindest zweiAufnahmen mit im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmungen an den zumindestzwei Zellpolen angeordnet wird, und in einem zweiten Schritt die zumindest zweiAufnahmen mit den zumindest zwei Zellpolen durch Anformen eines Gewindes inelektrisch leitenden Kontakt gebracht werden. Somit werden die zumindest zweiAufnahmen durch das Anformen eines Gewindes in eine großflächige formschlüssigeVerbindung mit den Zellpolen und somit in elektrisch leitenden Kontakt gebracht.Auf diese Weise wird eine Kontaktierung von benachbarten Batteriezellen auf einfache Weise ermöglicht, weil nur ein einziges Verbindungselement benötigt wird,das mittels Umformen, nämlich durch Anformen eines Gewindes, mit den Zellpolenin Kontakt gebracht wird.

Hierbei ist in einer ersten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass, wenn diezumindest zwei Zellpole der benachbarten Batteriezellen als zumindest zweiPolstifte ausgebildet sind, die zumindest zwei Aufnahmen des Verbindungselementsauf die zumindest zwei Zellpole aufgesetzt werden, sodass die zumindest zweiZellpole jeweils in einer Ausnehmung der zumindest zwei Aufnahmen zumindestteilweise aufgenommen sind, und anschließend ein Außengewinde an denzumindest zwei Aufnahmen angeformt wird. Hierbei kommt insbesondere einGewinderollwerkzeug für Außengewinde zum Einsatz.

Alternativ hierzu ist bei jenen Ausführungen von Batteriezellen, bei denen diezumindest zwei Zellpole der benachbarten Batteriezellen als zumindest zweiSacklöcher mit oder ohne Innengewinde ausgebildet sind, vorgesehen, dasszumindest zwei Aufnahmen des Verbindungselements in den zumindest zweiSacklöchern angeordnet werden, und anschließend ein Innengewinde an denzumindest zwei Aufnahmen angeformt wird.

In beiden oben beschriebenen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dasMaterial der Ausnehmungen an den zumindest zwei Zellpolen angeformt ist,insbesondere wenn diese mit einem eigenen Gewinde ausgestattet sind, dass dasMaterial der Aufnahmen in die Gewindegänge des Gewindes an den Zellpolenumgeformt wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehtdarin, dass das gleiche Verbindungselement zur Kontaktierung unterschiedlicherBatterietypen, nämlich mit Zellpolen in Stiftform oder als Sackloch ausgebildet,eingesetzt werden kann.

Die Anformung eines Gewindes an der zumindest einen Aufnahme desVerbindungselements erlaubt des Weiteren, dass daran zusätzliche Komponenten,wie beispielsweise Messleitungen und/oder Zellspannungsabgriffe und/oderAbdeckungen angebracht werden können.

Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verbindungselement für zumindest zweizylindrische Zellpole von Batteriezellen mit einem im Wesentlichen plattenförmigen

Grundkörper erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den plattenförmigenGrundkörper zumindest zwei Aufnahmen mit im Wesentlichen zylindrischenAusnehmungen vorgesehen sind. Diese zylindrischen Ausnehmungen haben, wiebereits oben beschrieben, die Aufgabe, entweder die stiftförmig ausgebildetenZellpole der Batteriezellen aufzunehmen oder aber in die als Sacklochbohrungausgebildeten Zellpole eingesetzt zu werden.

Hierbei ist vorgesehen, dass im montierten Zustand, bei dem dasVerbindungselement mit zumindest einem Zellpol einer Batteriezelle in elektrischemKontakt steht, an zumindest einer Aufnahme des Verbindungselements ein Gewindeangeformt ist. Durch die Anformung eines Gewindes wird ein formschlüssigerKontakt des Verbindungselements mit dem jeweiligen Zellpol erzielt. Da dasplattenförmige Verbindungselement mit den angeformten Gewinden an zweiZellpolen befestigt ist, kann sich das Gewinde nicht, beispielsweise durchVibrationen, lösen. Die Verbindung ist also selbsthemmend und dadurch sehrsicher.

Des Weiteren können an dem Gewinde zusätzliche Komponenten, wiebeispielsweise Messleitungen und/oder Zellspannungsabgriffe und/oderAbdeckungen befestigt werden.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der plattenförmigeGrundkörper in einem Bereich zwischen den zumindest zwei Aufnahmen teilbar ist.Ist beispielsweise eine Batteriezelle defekt, wird das Verbindungselement in diesemBereich durchtrennt, und die defekte Batteriezelle kann aus den Zellverbandentnommen werden. Schließlich muss nur noch der auf der defekten Batteriezelleverbleibende Teil des Verbindungselements abgeschraubt werden. DieDurchtrennung des Verbindungselements erfolgt mechanisch zum Beispiel mittelsSchneiden, Fräsen, Schleifen oder Ähnlichem. Ein hierfür geeigneter Bereich kannauf dem Verbindungselement durch eine Markierung oder Sollbruchstellegekennzeichnet sein. Diese Möglichkeit zur Trennung einzelner Zellen ohneZerstörung der Nachbarzelle ist hier ein großer Vorteil gegenüber einergeschweißten Verbindung. Das erfindungsgemäße Verbindungselement hat sichinsbesondere bei der Verwendung in wieder aufladbaren Batterien mit zumindestzwei Batteriezellen bewährt, wobei hier vorzugweise prismatische Batteriezellen ineinem Zellverbund vorliegen.

Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mitzugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 in einem schematischen Ablauf die Kontaktierung zweiter benachbarterBatteriezellen, deren Zellpole als Sacklöcher ausgebildet sind,

Fig. 2 in einem schematischen Ablauf die Kontaktierung zweier benachbarterBatteriezellen, deren Zellpole als Gewindestifte ausgebildet sind,

Fig. 3 die Zerlegung eines Batteriezellenverbunds gemäß Fig. 1,

Fig. 4 die Trennung eines Batteriezellenverbundes gemäß Fig. 2, und

Fig. 5 bis Fig. 8 die Befestigung zusätzlicher Komponenten an dasVerbindungselement.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dasVerbindungselement 100, das einen in dieser Ausführung der Erfindungen imWesentlichen plattenförmigen Grundkörper 110 sowie zwei Aufnahmen 120aufweist, in zwei als Sacklöcher 210 ausgebildete Zellpole 200 zweier benachbarterBatteriezellen 220 angeordnet. Hierbei weisen die Sacklöcher 210 einSacklochgewinde 230 auf.

Anschließend wird mittels eines geeigneten Umformwerkzeugs 300, imvorliegenden Fall eines Gewindeformers, das Material der Ausnehmungen 120 desVerbindungselements 100 an das Sacklochgewinde 230 angeformt, sodass einInnengewinde 130 an den Aufnahme 120 gebildet wird. Gleichzeitig wird durch dasEindringen des Materials der Aufnahmen 120 in das Sacklochgewinde 230 derelektrische Kontakt über das Verbindungselement 100 zwischen den beidenZellpolen 200 der benachbarten Batteriezellen 220 gebildet. Ähnlich ist auch der Vorgang bei Batteriezellen 120, deren Zellpole 200 alsGewindestifte ausgebildet sind. Diese erfindungsgemäße Verfahrensvariante kannder Fig. 2 entnommen werden. Hierbei wird das Verbindungselement 100 auf diestiftförmigen Zellpole 200 der Batteriezellen 220 aufgesetzt, wobei die Zellpole 200in Ausnehmungen 121 der Aufnahmen 120 im Wesentlichen gänzlich aufgenommensind. Mittels Gewindeumformer 300 wird wiederum das Material der Aufnahmen 120 in das Stiftgewinde 240 der Zellpole 200 eingepresst, während gleichzeitig einAußengewinde 140 an den Aufnahmen 120 angeformt wird.

In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, wie mittels Durchtrennung des im Wesentlichenplattenförmigen Grundkörpers 110 eine Zerteilung des erfindungsgemäßenVerbindungselements 100 in einem Bereich zwischen den Aufnahmen 120 erfolgt,sodass die beiden Batteriezellen 220 getrennt voneinander entnommen werdenkönnen. Anschließend müssen lediglich die verbleibenden Verbindungselementteile101 durch Herausschrauben von den Zellpolen 200 entfernt werden.

Das an den Zellpolen 200 bzw. den Aufnahmen 120 angeformte Innengewinde 130bzw. Außengewinde 140 ist geeignet, um daran zusätzliche Komponenten zubefestigen. In die Fig. 5 bis Fig. 8 sind entsprechende Befestigungen vonMessleitungen 400 (Fig. 5) Zellspannungsabgriffen 401 (Fig. 6) oderunterschiedliche Abdeckungen 402 (Fig. 7 und Fig. 8) möglich, wobei im Fall vonInnengewinde 130 eine Schraube 403 zur Befestigung dieser zusätzlichenKomponenten benötigt wird, während im Fall eines Außengewindes 140beispielsweise eine Schraubmutter 404 zum Einsatz kommen kann .

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angeführtenAusführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere kann das erfindungsgemäßeVerbindungselement weitere Aufnahmen für mehr als zwei Zellpole aufweisen. Auchist der Grundkörper nicht notwendigerweise als ebene Platte ausgeführt, sondernkann auch gekrümmt und/oder gebogen sein. Erfindungswesentlich ist, dass eineformschlüssige Verbindung dieser Aufnahmen mit den Zellpolen erfolgt, wobei dieseAnformung in Form eines Gewindes erfolgt.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Verbindung zumindest zweier zylindrischer Zellpole (200)benachbarter Batteriezellen (220), dadurch gekennzeichnet, dass in einemersten Schritt ein Verbindungselement (100) mit einem vorzugsweise imWesentlichen plattenförmigen Grundkörper (110) sowie zumindest zweiAufnahmen (120) mit im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmungen (121) anden zumindest zwei Zellpolen (200) angeordnet wird, und in einem zweitenSchritt die zumindest zwei Aufnahmen (120) mit den zumindest zwei Zellpolen(200) durch Anformen eines Gewindes (130, 140) in elektrisch leitendenKontakt gebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindestzwei Zellpole (200) der benachbarten Batteriezellen (220) als zumindest zweiPolstifte ausgebildet sind, die zumindest zwei Aufnahmen (120) desVerbindungselements (100) auf die zumindest zwei Zellpole (200) aufgesetztwerden, sodass die zumindest zwei Zellpole (200) jeweils in einerAusnehmung (121) der zumindest zwei Aufnahmen (120) zumindest teilweiseaufgenommen sind, und anschließend ein Außengewinde (140) an denzumindest zwei Aufnahmen (140) angeformt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindestzwei Zellpole (200) der benachbarten Batteriezellen (220) als zumindest zweiSacklöcher (210) ausgebildet sind, zumindest zwei Aufnahmen (120) desVerbindungselements (100) in den zumindest zwei Sacklöchern (210)angeordnet werden, und anschließend ein Innengewinde (130) an denzumindest zwei Aufnahmen (120) angeformt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass an zumindest einem der angeformten Gewinde (130, 140) der zumindestzwei Aufnahmen (120) des Verbindungselements (100) zusätzlicheKomponenten, wie beispielsweise Messleitungen (400) und/oderZellspannungsabgriffe (401) und/oder Abdeckungen (402) angebracht werden.
5. 5. Verbindungselement (100) für zumindest zwei zylindrische Zellpole (200) vonBatteriezellen (220), mit einem Grundkörper (110), dadurchgekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) im Wesentlichen plattenförmigist, wobei in dem plattenförmigen Grundkörper (110) zumindest zweiAufnahmen (120) mit im Wesentlichen zylindrischer Ausnehmungen (121)vorgesehen sind.
6. 6. Verbindungselement (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass im montierten Zustand, bei dem das Verbindungselement (100) mitzumindest einem Zellpol (200) einer Batteriezelle (220) in elektrischemKontakt steht, an zumindest einer Aufnahme (120) des Verbindungselements(100) ein Gewinde (130, 140) angeformt ist.
7. 7. Verbindungselement (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass an dem Gewinde (130, 140) zusätzliche Komponenten wie beispielsweiseMessleitungen (400) und/oder Zellspannungsabgriffe (401) und/oderAbdeckungen (402) befestigbar sind.
8. 8. Verbindungselement (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass der Grundkörper (110) in einem Bereich zwischen denzumindest zwei Aufnahmen (120) teilbar ist.
9. 9. Wiederaufladbare Batterie mit zumindest zwei Batteriezellen (220)gekennzeichnet durch zumindest ein Verbindungselement (100) nach einemder Ansprüche 5 bis 8.
10. 10. Batterie nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zumindest zweiprismatische Batteriezellen (220), deren zumindest zwei Zellpole (200) überdas zumindest eine Verbindungselement (100) miteinander in Verbindungstehen.