AT515783A4 - Verfahren zur fertigung eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

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AT515783A4 ATA50395/2014A AT503952014A AT515783A4 AT 515783 A4 AT515783 A4 AT 515783A4 AT 503952014 A AT503952014 A AT 503952014A AT 515783 A4 AT515783 A4 AT 515783A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei, vorzugsweise einer Vielzahl an über Zellpole (200, 200a, 200b) elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen, wobei zumindest zwei Zellpole (200, 200a, 200b) benachbarter Batteriezellen in einem Durchsetzfügevorgang unter Bildung zumindest eines Fügepunktes (210) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fügevorgang eine Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt, sowie ein Werkzeug hierfür.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines elektrischenEnergiespeichers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei,vorzugsweise einer Vielzahl an über Zellpole elektrisch miteinander verbundenenBatteriezellen, wobei zumindest zwei Zellpole benachbarter Batteriezellen in einemDurchsetzfügevorgang unter Bildung zumindest eines Fügepunktes miteinanderverbunden werden, sowie ein Werkzeug hierzu.
Aus der DE 10 2009 046 505 Al ist ein Verfahren zur Verbindung eines Batteriepolseiner ersten Batteriezelle mit einem Batteriepol einer zweiten Batteriezelle bekannt,wobei die Batteriepole zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontaktes kraft-und formschlüssig mittels Durchsetzfügens, auch Clinchen oderToxen genannt,verbunden werden. Ein weiteres Verfahren kann auch der WO 2011/054 586 Alentnommen werden.
Bei diesen zumeist automatisierten ablaufenden Verfahren ist ein wesentlichesKriterium die Qualität der Verbindung der Zellpole miteinander. Sind die Zellpoleelektrisch nicht korrekt miteinander verbunden, kommt es zu einem Abfall derBatterieleistung sowie gegebenenfalls zu Unterbrechungen innerhalb der Batterieund letztendlich zur Beschädigung von Batteriezellen. Die Qualität dieserelektrischen Verbindung ist im Wesentlichen abhängig von der Qualität derFügeverbindung, nämlich der während des Fügevorgangs gebildeten Fügepunkte,so dass die Qualität dieser Fügeverbindung ein Maß für die Qualität der elektrischenVerbindung zweier Zellpole darstellt.
So wird in der EP 1 946 864 Al ein Verfahren zur Onlinebestimmung derQualitätskenngrößen beim Stanznieten und Clinchen beschrieben, wobei in einemaufwendigen Verfahren das Stauchmaß und die Nietkopfendlage eines Niets überdie aufwendige Auswertung eines Kraft-Weg-Diagramms bestimmt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbindung von zumindest zweiZellpolen bereitzustellen, das eine Überprüfung der Qualität dieser elektrischenVerbindung auf einfache Weise und rasch erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähntenArt dadurch gelöst, dass nach dem Fügevorgang eine Bestimmung des Übergangswiderstandwertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrischverbundenen Zellpolen erfolgt.
Hierbei wird üblicherweise in einem ersten Schritt ein Durchsetzfügewerkzeug anden zumindest zwei Zellpolen angeordnet, in einem zweiten Schritt dasDurchsetzfügewerkzeug geschlossen und der Fügevorgang unter Bildung zumindesteines Fügepunktes durchgeführt, um anschließend in einem dritten Schritt dasDurchsetzfügewerkzeug wieder zu öffnen. Hierbei weist das Durchsetzfügewerkzeugüblicherweise zwei backenartige Teile auf, die für gewöhnlich mit "Stempel" und"Matrize" bezeichnet werden. Beim Zusammenpressen von Stempel und Matrizewird das Material der zumindest zwei Zellpole verformt, um auf diese Weise eineelektrisch leitende Materialverbindung, den Fügepunkt zu erhalten.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass anschließend eine Bestimmung desÜbergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrischverbundenen Zellpolen erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbeivorgesehen, dass zumindest zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegendeFederkontakte an die verbundenen Zellpole gepresst werden, wobei vorzugsweisezur Messung des Übergangwiderstandswertes ein Strom an die zumindest zweimiteinander elektrisch verbundenen Zellpole angelegt und der daraus resultierendeSpannungsabfall ermittelt wird, um daraus anschließend den Übergangswiderstandswert zu errechnen, der mit einem vorgegebenen Schwellwertoder Werteintervall verglichen wird. Das Durchsetzfügewerkzeug ist, um dieMessung durchführen zu können, hierbei bereits geöffnet.
Um einen elektrisch leitenden ersten Federkontakt anzupressen, ist in einerbesonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ein zweiter direktgegenüberliegender, nichtleitender oder isolierter Federkontakt vorgesehen, dereinen entsprechenden Gegendruck aufbaut. Des Weiteren ist ein weiteres, vomersten Federkontaktpaar beabstandetes Federkontaktpaar vorgesehen, dasebenfalls aus einem leitenden und einem nichtleitenden Federkontakt besteht, diegegengleich zum ersten Federkontaktpaar angeordnet sind. Somit kontaktiert dererste leitende Federkontakt des ersten Federkontaktpaares eine erste Außenflächeder elektrisch verbundenen Zellkontakte, während der leitende Federkontakt des zweiten Federkontaktpaares eine zweite Außenfläche der elektrisch verbundenenZellkontakte berührt.
Ist der ermittelte Übergangswiderstandwert unterhalb des Schwellwertes oderinnerhalb des vorgegebenen Intervalls, so wird das Durchsetzfügewerkzeug zu dennächsten zu verbindenden Zellpolen weitergeführt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass derFügevorgang wiederholt wird, wenn der vorgegebene Schwellwert überschrittenoder der ermittelte Wert für den Übergangswiderstand nicht in das vorgegebeneWerteintervall fällt.
Da sich der Übergangswiderstandswert mit der Umgebungstemperatur ändert, istbesonders bevorzugt vorgesehen, dass zusätzlich die an den zumindest zweimiteinander elektrisch verbundenen Zellpolen vorherrschende Temperatur ermitteltwird. Alternativ hierzu erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren in einertemperierten Umgebung.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist zumindest ein Zellverbindervorgesehen, der mittels Fügeverfahren mit den zumindest zwei Zellpolen elektrischleitend verbunden wird. Hierbei wird beispielsweise ein U-förmiger Zellverbinderüber die beiden Zellpole gestülpt und anschließend mittels Durchsetzfügewerkzeugmit den beiden Zellpolen elektrisch leitend verbunden. Ein derartiger Zellverbinderkann beispielsweise der WO 2013/000889 Al der Anmelderin entnommen werden.
Ein weiteres Merkmal für die Qualität der Fügeverbindung und damit auch derelektrischen Verbindung der Zellpole ist die Restbodenstärke des zumindest einenFügepunktes. In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird daher zusätzlich dieRestbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes, vorzugsweise mittelsLasermessung ermittelt.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Durchsetzfügewerkzeug zur Verbindungvon zumindest zwei Zellpolen benachbarter Batteriezellen über zumindest einemFügepunkt mit zumindest einem Stempel und zumindest einer Matrizeerfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es über eine Einrichtung zur Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinanderelektrisch verbundenen Zellpolen verfügt.
Das erfindungsgemäße Durchsetzfügewerkzeug weist hierbei besonders bevorzugtals Einrichtung zur Bestimmung des Übergangswiderstandswertes Federkontakteauf, die jeweils in Stempel und Matrize angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist zusätzlich eine Einrichtung zurBestimmung der Restbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes vorgesehen,wobei die Einrichtung zur Bestimmung der Restbodenstärke vorzugsweise alsLasereinrichtung, bestehend aus Laser und Detektor, ausgebildet ist, die jeweils inStempel und Matrize angeordnet sind .
Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mitzugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei Zellkontakten imDurchsetzfügewerkzeug,
Fig. 2 die beiden elektrisch verbundenen Zellkontakte aus Fig. 1 während derBestimmung des Übergangswiderstandswertes,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Stromdiagramms während derBestimmung des Übergangswiderstandswertes,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mitzusätzlicher Restbodenstärke in einer Seitenansicht und
Fig.5 die Ausführungsform aus Fig. 4 in einer Ansicht von oben.
Wie in Fig. 1 dargestellt verfügt das erfindungsgemäße Durchsetzfügewerkzeug 100übereinen Stempel 110 und eine Matrize 120, wobei zwei noch nicht miteinanderverbundene Zellpole 200a, 200b von (nicht dargestellten) Batteriezellen zwischenStempel 110 und Matrize 120 angeordnet sind. Während desDurchsetzfügevorgangs werden Stempel 110 und Matrize 120 aufeinander zubewegt, wobei entweder Stempel 110 und/oder Matrize 120 beweglich ausgeführt sind. Während des Fügevorgangs werden die Zellpole 200a, 200b unter Bildung vonFügepunkten 210 miteinander verpresst.
Nach dem erfolgten Fügevorgang werden Stempel 110 und Matrize 120 desDurchsetzfügewerkzeugs 100 voneinander weg bewegt, während Federkontakte130a, 130b die Oberfläche der miteinander elektrisch verbundenen Zellkontakte200a, 200b berühren (Figs. 2 und Fig. 3).
Hierbei wird mittels einer Messeinrichtung über die Federkontakte 130a, 130b derWiderstandswert beispielsweise mittels Voltmeter 300 ermittelt. Übersteigt dieserWiderstandswert einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 30 μΩ, so ist dieerforderliche Qualität der Durchsetzfügeverbindung nicht gegeben und derFügevorgang wird gegebenenfalls wiederholt.
Ist der Widerstandswert innerhalb des vorgegeben Wertebereichs, so werden dieFederkontakte 130a, 130b zurückgezogen, wobei sie zur Gänze innerhalb desDurchsetzfügewerkzeugs 100 aufgenommen sind, und das Durchsetzfügewerkzeug100 wird zu dem nächsten Zellpolpaar geführt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist zusätzlich eine Bestimmung derRestbodenstärke der Fügepunkte 210 vorgesehen. Hierzu sind in Stempel 110 undMatrize 120 gemäß den Figs. 4 und 5 Laser 141 mit zugehörigen Detektoren 142angeordnet, mit deren Hilfe über Laserstrahlen 143 die Restbodenstärke derFügepunkte 210 bestimmt wird.
Die Auswertung und Anzeige von Übergangswiderstandswert und Restbodenstärkeder Fügepunkte erfolgt auf einer Anzeige, die beispielsweise an einem Handgriff desDurchsetzfügewerkzeugs 100 angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellteAusführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere könnten auch andereEinrichtungen vorgesehen sein, die eine Ermittlung desÜbergangswiderstandswertes zwischen zumindest zwei miteinander elektrischverbundenen Zellpolen erlauben. Ebenso kann die elektrische Verbindung auchmehr als zwei Zellpole umfassen und/oder Hilfsmittel wie beispielsweiseZellverbinder in unterschiedlichster Ausführung beinhalten.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere fürein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei, vorzugsweise einer Vielzahl an überZellpole (200, 200a, 200b) elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen,wobei zumindest zwei Zellpole (200, 200a, 200b) benachbarter Batteriezellenin einem Durchsetzfügevorgang unter Bildung zumindest eines Fügepunktes(210) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem Fügevorgang eine Bestimmung des Übergangswiderstandswerteszwischen den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen(200, 200a, 200b) erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem erstenSchritt ein Durchsetzfügewerkzeug (100) an den zumindest zwei Zellpolen(200, 200a, 200b) angeordnet wird, in einem zweiten Schritt dasDurchsetzfügewerkzeug (100) geschlossen wird und der Fügevorgang unterBildung zumindest eines Fügepunktes (210) durchgeführt wird, anschließend in einem dritten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug (100) wieder geöffnetwird, und schließlich in einem vierten Schritt die Bestimmung desÜbergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinanderelektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zurBestimmung des Übergangswiderstandswertes zumindest zwei Federkontakte(130a, 130b) an die verbundenen Zellpole (200, 200a, 200b) gepresstwerden, wobei zur Messung des Übergangswiderstandswertes ein Strom an diezumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpole (200, 200a, 200b) angelegt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes oderWerteintervalls für den Übergangswiderstand der Fügevorgang wiederholtwird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich die an den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenenZellpolen (200, 200a, 200b) vorherrschende Temperatur ermittelt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest ein Zellverbinder vorgesehen ist, der mittels Fügeverfahrenmit den zumindest zwei Zellpolen (200, 200a, 200b) elektrisch leitendverbunden wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich die Restbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes (210)ermittelt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieRestbodenstärke mittels Lasermessung ermittelt wird.
  9. 9. Durchsetzfügewerkzeug (100) zur Verbindung von zumindest zwei Zellpolen(200, 200a, 200b) benachbarter Batteriezellen über zumindest einemFügepunkt (210) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mitzumindest einem Stempel (110) und zumindest einer Matrize (120),gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung desÜbergangswiderstandwertes zwischen den zumindest zwei miteinanderelektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b), wobei die Einrichtung zurBestimmung des Übergangswiderstandwertes vorzugsweise als zumindest zweiFederkontakte (130a, 130b) ausgebildet ist, die jeweils in Stempel (110) undMatrize (120) angeordnet sind.
  10. 10. Durchsetzfügewerkzeug (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich eine Einrichtung zur Bestimmung der Restbodenstärke deszumindest einen Fügepunktes (210) vorgesehen ist, wobei die Einrichtung zurBestimmung der Restbodenstärke vorzugsweise als Lasereinrichtungbestehend aus Laser (141) und Detektor (142) ausgebildet ist, die jeweils inStempel (110) und Matrize (120) angeordnet sind.
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