AT515529B1 - 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

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung zumindest zweier zylindrischer Zell¬pole benachbarter Batteriezellen, ein Verbindungselement hierfür sowie eine wiederaufladbareBatterie.

[0002] Zum Verbinden zweier Zellpole von benachbarten Batteriezellen werden häufig streifen¬förmige Verbindungselemente, sogenannte "Busbars", eingesetzt. Hierbei sind die in der Regelals Stift ausgeführten Zellpole oder Anschlusspole von prismatischen Zellen entweder glatt oderals Gewindestift ausgeführt, alternativ hierzu können auch Gewindebohrungen als Anschluss¬pole vorgesehen sein. Die Kontaktierung mittels Busbar erfolgt hierbei mittels Verschraubungoder Verschweißung. Derartige Anordnungen können beispielsweise der US 2012/288743 A,der CN 202 111 192 U oder auch der EP 2 337 115 A2 entnommen werden.

[0003] Nachteilig an diesen Kontaktierungsmethoden ist zum Einen die Anzahl an zahlreichenEinzelteilen, die im Zuge der Kontaktierung im Bereich der Zellpole anzuordnen sind, und desWeiteren, dass häufig ein unerwünschter Wärmeeintrag während des Kontaktierens erfolgt. Einderartiger Wärmeeintrag kann insbesondere nachteilig auf die Batteriezellen einwirken.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben bezeichneten Nachteile des Stands derTechnik zu beseitigen und ein Verfahren zur Kontaktierung von Zellpolen benachbarter Batte¬riezellen ohne Wärmeeintrag und mit nur einer geringen Anzahl von Teilen zu ermöglichen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Artdadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt ein Verbindungselement mit einem vorzugsweiseim Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper sowie zumindest zwei Aufnahmen mit im We¬sentlichen zylindrischen Ausnehmungen an den zumindest zwei Zellpolen angeordnet wird, undin einem zweiten Schritt die zumindest zwei Aufnahmen mit den zumindest zwei Zellpolen durchAnformen eines Gewindes in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden. Somit werden diezumindest zwei Aufnahmen durch das Anformen eines Gewindes in eine großflächige form¬schlüssige Verbindung mit den Zellpolen und somit in elektrisch leitenden Kontakt gebracht. Aufdiese Weise wird eine Kontaktierung von benachbarten Batteriezellen auf einfache Weise er¬möglicht, weil nur ein einziges Verbindungselement benötigt wird, das mittels Umformen, näm¬lich durch Anformen eines Gewindes, mit den Zellpolen in Kontakt gebracht wird.

[0006] Hierbei ist in einer ersten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass, wenn die zumin¬dest zwei Zellpole der benachbarten Batteriezellen als zumindest zwei Polstifte ausgebildetsind, die zumindest zwei Aufnahmen des Verbindungselements auf die zumindest zwei Zellpoleaufgesetzt werden, sodass die zumindest zwei Zellpole jeweils in einer Ausnehmung der zu¬mindest zwei Aufnahmen zumindest teilweise aufgenommen sind, und anschließend ein Au¬ßengewinde an den zumindest zwei Aufnahmen angeformt wird. Hierbei kommt insbesondereein Gewinderollwerkzeug für Außengewinde zum Einsatz.

[0007] Alternativ hierzu ist bei jenen Ausführungen von Batteriezellen, bei denen die zumindestzwei Zellpole der benachbarten Batteriezellen als zumindest zwei Sacklöcher mit oder ohneInnengewinde ausgebildet sind, vorgesehen, dass zumindest zwei Aufnahmen des Verbin¬dungselements in den zumindest zwei Sacklöchern angeordnet werden, und anschließend einInnengewinde an den zumindest zwei Aufnahmen angeformt wird.

[0008] In beiden oben beschriebenen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Materialder Ausnehmungen an den zumindest zwei Zellpolen angeformt ist, insbesondere wenn diesemit einem eigenen Gewinde ausgestattet sind, dass das Material der Aufnahmen in die Gewin¬degänge des Gewindes an den Zellpolen umgeformt wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungs¬gemäßen Verfahrens besteht darin, dass das gleiche Verbindungselement zur Kontaktierungunterschiedlicher Batterietypen, nämlich mit Zellpolen in Stiftform oder als Sackloch ausgebil¬det, eingesetzt werden kann.

[0009] Die Anformung eines Gewindes an der zumindest einen Aufnahme des Verbindungs¬elements erlaubt des Weiteren, dass daran zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise

Messleitungen und/oder Zellspannungsabgriffe und/oder Abdeckungen angebracht werdenkönnen.

[0010] Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verbindungselement für zumindest zwei zy¬lindrische Zellpole von Batteriezellen mit einem im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörpererfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den plattenförmigen Grundkörper zumindest zweiAufnahmen mit im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmungen vorgesehen sind. Diese zylindri¬schen Ausnehmungen haben, wie bereits oben beschrieben, die Aufgabe, entweder die stift¬förmig ausgebildeten Zellpole der Batteriezellen aufzunehmen oder aber in die als Sackloch¬bohrung ausgebildeten Zellpole eingesetzt zu werden.

[0011] Hierbei ist vorgesehen, dass im montierten Zustand, bei dem das Verbindungselementmit zumindest einem Zellpol einer Batteriezelle in elektrischem Kontakt steht, an zumindesteiner Aufnahme des Verbindungselements ein Gewinde angeformt ist. Durch die Anformungeines Gewindes wird ein formschlüssiger Kontakt des Verbindungselements mit dem jeweiligenZellpol erzielt. Da das plattenförmige Verbindungselement mit den angeformten Gewinden anzwei Zellpolen befestigt ist, kann sich das Gewinde nicht, beispielsweise durch Vibrationen,lösen. Die Verbindung ist also selbsthemmend und dadurch sehr sicher.

[0012] Des Weiteren können an dem Gewinde zusätzliche Komponenten, wie beispielsweiseMessleitungen und/oder Zellspannungsabgriffe und/oder Abdeckungen befestigt werden.

[0013] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der plattenförmigeGrundkörper in einem Bereich zwischen den zumindest zwei Aufnahmen teilbar ist. Ist bei¬spielsweise eine Batteriezelle defekt, wird das Verbindungselement in diesem Bereich durch¬trennt, und die defekte Batteriezelle kann aus den Zellverband entnommen werden. Schließlichmuss nur noch der auf der defekten Batteriezelle verbleibende Teil des Verbindungselementsabgeschraubt werden. Die Durchtrennung des Verbindungselements erfolgt mechanisch zumBeispiel mittels Schneiden, Fräsen, Schleifen oder Ähnlichem. Ein hierfür geeigneter Bereichkann auf dem Verbindungselement durch eine Markierung oder Sollbruchstelle gekennzeichnetsein. Diese Möglichkeit zur Trennung einzelner Zellen ohne Zerstörung der Nachbarzelle ist hierein großer Vorteil gegenüber einer geschweißten Verbindung. Das erfindungsgemäße Verbin¬dungselement hat sich insbesondere bei der Verwendung in wieder aufladbaren Batterien mitzumindest zwei Batteriezellen bewährt, wobei hier vorzugweise prismatische Batteriezellen ineinem Zellverbund vorliegen.

[0014] Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zuge¬hörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen [0015] Fig. 1 in einem schematischen Ablauf die Kontaktierung zweiter benachbarter

Batteriezellen, deren Zellpole als Sacklöcher ausgebildet sind, [0016] Fig. 2 in einem schematischen Ablauf die Kontaktierung zweier benachbarter

Batteriezellen, deren Zellpole als Gewindestifte ausgebildet sind, [0017] Fig. 3 die Zerlegung eines Batteriezellenverbunds gemäß Fig. 1, [0018] Fig. 4 die Trennung eines Batteriezellenverbundes gemäß Fig. 2, und [0019] Fig. 5 bis Fig. 8 die Befestigung zusätzlicher Komponenten an das Verbindungsele¬ ment.

[0020] Wie in Fig. 1 dargestellt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das Verbindungsele¬ment 100, das einen in dieser Ausführung der Erfindungen im Wesentlichen plattenförmigenGrundkörper 110 sowie zwei Aufnahmen 120 aufweist, in zwei als Sacklöcher 210 ausgebildeteZellpole 200 zweier benachbarter Batteriezellen 220 angeordnet. Hierbei weisen die Sacklöcher210 ein Sacklochgewinde 230 auf.

[0021] Anschließend wird mittels eines geeigneten Umformwerkzeugs 300, im vorliegenden Falleines Gewindeformers, das Material der Aufnahmen 120 des Verbindungselements 100 an dasSacklochgewinde 230 angeformt, sodass ein Innengewinde 130 an den Aufnahmen 120 gebil¬ det wird. Gleichzeitig wird durch das Eindringen des Materials der Aufnahmen 120 in das Sack¬lochgewinde 230 der elektrische Kontakt über das Verbindungselement 100 zwischen denbeiden Zellpolen 200 der benachbarten Batteriezellen 220 gebildet.

[0022] Ähnlich ist auch der Vorgang bei Batteriezellen 220, deren Zellpole 200 als Gewindestif¬te ausgebildet sind. Diese erfindungsgemäße Verfahrensvariante kann der Fig. 2 entnommenwerden. Hierbei wird das Verbindungselement 100 auf die stiftförmigen Zellpole 200 der Batte¬riezellen 220 aufgesetzt, wobei die Zellpole 200 in Ausnehmungen 121 der Aufnahmen 120 imWesentlichen gänzlich aufgenommen sind. Mittels Gewindeumformer 300 wird wiederum dasMaterial der Aufnahmen 120 in das Stiftgewinde 230 der Zellpole 200 eingepresst, währendgleichzeitig ein Außengewinde 140 an den Aufnahmen 120 angeformt wird.

[0023] In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, wie mittels Durchtrennung des im Wesentlichen plat¬tenförmigen Grundkörpers 110 eine Zerteilung des erfindungsgemäßen Verbindungselements100 in einem Bereich zwischen den Aufnahmen 120 erfolgt, sodass die beiden Batteriezellen220 getrennt voneinander entnommen werden können. Anschließend müssen lediglich dieverbleibenden Verbindungselementteile 101 durch Herausschrauben von den Zellpolen 200entfernt werden.

[0024] Das an den Zellpolen 200 bzw. den Aufnahmen 120 angeformte Innengewinde 130 bzw.Außengewinde 140 ist geeignet, um daran zusätzliche Komponenten zu befestigen. Wie in denFig. 5 bis Fig. 8 gezeigt ist, sind entsprechende Befestigungen von Messleitungen 400 (Fig. 5),Zellspannungsabgriffen 401 (Fig. 6) oder unterschiedliche Abdeckungen 402 (Fig. 7 und Fig. 8)möglich, wobei im Fall eines Innengewindes 130 eine Schraube 403 zur Befestigung dieserzusätzlichen Komponenten benötigt wird, während im Fall eines Außengewindes 140 bei¬spielsweise eine Schraubmutter 404 zum Einsatz kommen kann.

[0025] Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angeführten Ausfüh¬rungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verbindungselementweitere Aufnahmen für mehr als zwei Zellpole aufweisen. Auch ist der Grundkörper nicht not¬wendigerweise als ebene Platte ausgeführt, sondern kann auch gekrümmt und/oder gebogensein. Erfindungswesentlich ist, dass eine formschlüssige Verbindung dieser Aufnahmen mit denZellpolen erfolgt, wobei diese Anformung in Form eines Gewindes erfolgt.

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Verbindung zumindest zweier zylindrischer Zellpole (200) benachbarterBatteriezellen (220), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Verbin¬dungselement (100) mit einem vorzugsweise im Wesentlichen plattenförmigen Grundkör¬per (110) sowie zumindest zwei Aufnahmen (120) mit im Wesentlichen zylindrischen Aus¬nehmungen (121) an den zumindest zwei Zellpolen (200) angeordnet wird, und in einemzweiten Schritt die zumindest zwei Aufnahmen (120) mit den zumindest zwei Zellpolen(200) durch Anformen eines Gewindes (130, 140) in elektrisch leitenden Kontakt gebrachtwerden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zellpole(200) der benachbarten Batteriezellen (220) als zumindest zwei Polstifte ausgebildet sind,die zumindest zwei Aufnahmen (120) des Verbindungselements (100) auf die zumindestzwei Zellpole (200) aufgesetzt werden, sodass die zumindest zwei Zellpole (200) jeweils ineiner Ausnehmung (121) der zumindest zwei Aufnahmen (120) zumindest teilweise aufge¬nommen sind, und anschließend ein Außengewinde (140) an den zumindest zwei Aufnah¬men (140) angeformt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zellpole(200) der benachbarten Batteriezellen (220) als zumindest zwei Sacklöcher (210) ausge¬bildet sind, zumindest zwei Aufnahmen (120) des Verbindungselements (100) in den zu¬mindest zwei Sacklöchern (210) angeordnet werden, und anschließend ein Innengewinde(130) an den zumindest zwei Aufnahmen (120) angeformt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumin¬dest einem der angeformten Gewinde (130, 140) der zumindest zwei Aufnahmen (120) desVerbindungselements (100) zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Messleitungen(400) und/oder Zellspannungsabgriffe (401) und/oder Abdeckungen (402) angebracht wer¬den.
5. 5. Verbindungselement (100) für zumindest zwei zylindrische Zellpole (200) von Batteriezel¬len (220), mit einem Grundkörper (110), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper(110) im Wesentlichen plattenförmig ist, wobei in dem plattenförmigen Grundkörper (110)zumindest zwei Aufnahmen (120) mit im Wesentlichen zylindrischer Ausnehmungen (121)vorgesehen sind.
6. 6. Verbindungselement (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im montier¬ten Zustand, bei dem das Verbindungselement (100) mit zumindest einem Zellpol (200) ei¬ner Batteriezelle (220) in elektrischem Kontakt 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 demGewinde (130, 140) zusätzliche Komponenten wie beispielsweise Messleitungen (400)und/oder Zellspannungsabgriffe (401) und/oder Abdeckungen (402) befestigbar sind.
8. 8. Verbindungselement (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Grundkörper (110) in einem Bereich zwischen den zumindest zwei Aufnahmen(120) teilbar ist.
9. 9. Wiederaufladbare Batterie mit zumindest zwei Batteriezellen (220) gekennzeichnet durchzumindest ein Verbindungselement (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. 10. Batterie nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zumindest zwei prismatische Batterie¬zellen (220), deren zumindest zwei Zellpole (200) über das zumindest eine Verbindungs¬element (100) miteinander in Verbindung stehen. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen