AT515783B1 - Verfahren zur fertigung eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

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, und wobei nach dem Fügevorgang eine Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt, und wobei in einem ersten Schritt ein Durchsetzfügewerkzeug (100) an den zumindest zwei Zellpolen (200, 200a, 200b) angeordnet wird, in einem zweiten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug (100) geschlossen wird und der Fügevorgang unter Bildung zumindest eines Fügepunktes (210) durchgeführt wird, anschließend in einem dritten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug (100) wieder geöffnet wird, und schließlich in einem vierten Schritt die Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt, sowie eine Vorrichtung hierzu.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers,insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei, vorzugsweise einer Vielzahl an überZellpole elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen, wobei zumindest zwei Zellpolebenachbarter Batteriezellen in einem Durchsetzfügevorgang unter Bildung zumindest einesFügepunktes miteinander verbunden werden, und wobei nach dem Fügevorgang eine Bestim¬mung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrischverbundenen Zellpolen erfolgt, sowie ein Werkzeug hierzu.

[0002] Aus der DE 10 2009 046 505 A1 ist ein Verfahren zur Verbindung eines Batteriepolseiner ersten Batteriezelle mit einem Batteriepol einer zweiten Batteriezelle bekannt, wobei dieBatteriepole zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontaktes kraft- und formschlüssig mittelsDurchsetzfügens, auch Clinchen oder Toxen genannt, verbunden werden. Ein weiteres Verfah¬ren kann auch der WO 2011/054 586 A1 entnommen werden.

[0003] Bei diesen zumeist automatisiert ablaufenden Verfahren ist ein wesentliches Kriteriumdie Qualität der Verbindung der Zellpole miteinander. Sind die Zellpole elektrisch nicht korrektmiteinander verbunden, kommt es zu einem Abfall der Batterieleistung sowie gegebenenfalls zuUnterbrechungen innerhalb der Batterie und letztendlich zur Beschädigung von Batteriezellen.Die Qualität dieser elektrischen Verbindung ist im Wesentlichen abhängig von der Qualität derFügeverbindung, nämlich der während des Fügevorgangs gebildeten Fügepunkte, so dass dieQualität dieser Fügeverbindung ein Maß für die Qualität der elektrischen Verbindung zweierZellpole darstellt.

[0004] So wird in der EP 1 946 864 A1 ein Verfahren zur Onlinebestimmung der Qualitätskenn¬größen beim Stanznieten und Clinchen beschrieben, wobei in einem aufwendigen Verfahrendas Stauchmaß und die Nietkopfendlage eines Niets über die aufwendige Auswertung einesKraft-Weg-Diagramms bestimmt wird.

[0005] In der US 3,729,799 A wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art beschrieben, beiwelchem mittels Crimpen die elektrische Verbindung zwischen den Batteriepolen benachbarterBatterien hergestellt wird. Gleichzeitig wird die elektrische Leitfähigkeit dieser Verbindungengeprüft. Durch die Messung der elektrischen Leitfähigkeit während des Crimpens kommt esjedoch zu nicht eindeutigen Messergebnissen, die ein häufiges Wiederholen des Fügevorgangsbzw. des Messvorgangs zur Folge haben. Um derartige Interferenzen zu verhindern, ist einkomplizierter Aufbau des Werkzeugs notwendig.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbindung von zumindest zwei Zellpo¬len bereitzustellen, das eine verlässliche Überprüfung der Qualität dieser elektrischen Verbin¬dung auf einfache Weise und rasch erlaubt.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Artdadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt ein Durchsetzfügewerkzeug an den zumindest zweiZellpolen angeordnet wird, in einem zweiten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug geschlossenund der Fügevorgang unter Bildung zumindest eines Fügepunktes durchgeführt wird, um an¬schließend in einem dritten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug wieder zu öffnen. Hierbei weistdas Durchsetzfügewerkzeug üblicherweise 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 eine elektrischleitende Materialverbindung, den Fügepunkt zu erhalten. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgese¬hen, dass anschließend eine Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen denzumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen erfolgt.

[0008] In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbei vorge¬sehen, dass zumindest zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegende Federkontakte andie verbundenen Zellpole gepresst werden, wobei vorzugsweise zur Messung des Übergangs¬widerstandswertes ein Strom an die zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpo¬ le angelegt und der daraus resultierende Spannungsabfall ermittelt wird, um daraus anschlie¬ßend den Übergangswiderstandswert zu errechnen, der mit einem vorgegebenen Schwellwertoder Werteintervall verglichen wird. Das Durchsetzfügewerkzeug ist, um die Messung durchfüh¬ren zu können, hierbei bereits geöffnet.

[0009] Um einen elektrisch leitenden ersten Federkontakt anzupressen, ist in einer besondersbevorzugten Ausführung der Erfindung ein zweiter direkt gegenüberliegender, nichtleitenderoder isolierter Federkontakt vorgesehen, der einen entsprechenden Gegendruck aufbaut. DesWeiteren ist ein weiteres, vom ersten Federkontaktpaar beabstandetes Federkontaktpaar vor¬gesehen, das ebenfalls aus einem leitenden und einem nichtleitenden Federkontakt besteht, diegegengleich zum ersten Federkontaktpaar angeordnet sind. Somit kontaktiert der erste leitendeFederkontakt des ersten Federkontaktpaares eine erste Außenfläche der elektrisch verbunde¬nen Zellkontakte, während der leitende Federkontakt des zweiten Federkontaktpaares einezweite Außenfläche der elektrisch verbundenen Zellkontakte berührt.

[0010] Ist der ermittelte Übergangswiderstandswert unterhalb des Schwellwertes oder innerhalbdes vorgegebenen Intervalls, so wird das Durchsetzfügewerkzeug zu den nächsten zu verbin¬denden Zellpolen weitergeführt.

[0011] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass der Fügevor¬gang wiederholt wird, wenn der vorgegebene Schwellwert überschritten oder der ermittelte Wertfür den Übergangswiderstand nicht in das vorgegebene Werteintervall fällt.

[0012] Da sich der Übergangswiderstandswert mit der Umgebungstemperatur ändert, ist be¬sonders bevorzugt vorgesehen, dass zusätzlich die an den zumindest zwei miteinanderelektrisch verbundenen Zellpolen vorherrschende Temperatur ermittelt wird. Alternativ hierzuerfolgt das erfindungsgemäße Verfahren in einer temperierten Umgebung.

[0013] In einer weiteren Variante der Erfindung ist zumindest ein Zellverbinder vorgesehen, dermittels Fügeverfahren mit den zumindest zwei Zellpolen elektrisch leitend verbunden wird.Hierbei wird beispielsweise ein U-förmiger Zellverbinder über die beiden Zellpole gestülpt undanschließend mittels Durchsetzfügewerkzeug mit den beiden Zellpolen elektrisch leitend ver¬bunden. Ein derartiger Zellverbinder kann beispielsweise der WO 2013/000889 A1 der Anmel¬derin entnommen werden.

[0014] Ein weiteres Merkmal für die Qualität der Fügeverbindung und damit auch der elektri¬schen Verbindung der Zellpole ist die Restbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes. Ineiner weiteren Ausführung der Erfindung wird daher zusätzlich die Restbodenstärke des zumin¬dest einen Fügepunktes, vorzugsweise mittels Lasermessung ermittelt.

[0015] Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Durchsetzfügewerkzeug zur Verbindung vonzumindest zwei Zellpolen benachbarter Batteriezellen über zumindest einem Fügepunkt mitzumindest einem Stempel und zumindest einer Matrize erfindungsgemäß dadurch gelöst, dasses über eine Einrichtung zur Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen denzumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen verfügt.

[0016] Das erfindungsgemäße Durchsetzfügewerkzeug weist hierbei besonders bevorzugt alsEinrichtung zur Bestimmung des Übergangswiderstandswertes Federkontakte auf, die jeweils inStempel und Matrize angeordnet sind.

[0017] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist zusätzlich eine Einrichtung zur Bestim¬mung der Restbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes vorgesehen, wobei die Einrich¬tung zur Bestimmung der Restbodenstärke vorzugsweise als Lasereinrichtung, bestehend ausLaser und Detektor, ausgebildet ist, die jeweils in Stempel und Matrize angeordnet sind.

[0018] Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zuge¬hörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen: [0019] Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei Zellkontakten im Durchsetzfügewerk¬ zeug, [0020] Fig. 2 die beiden elektrisch verbundenen Zellkontakte aus Fig. 1 während der Be¬ stimmung des Übergangswiderstandswertes, [0021] Fig. 3 eine schematische Darstellung des Stromdiagramms während der Bestimmung des Übergangswiderstandswertes, [0022] Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit zusätzlicher

Restbodenstärke in einer Seitenansicht und [0023] Fig. 5 die Ausführungsform aus Fig. 4 in einer Ansicht von oben.

[0024] Wie in Fig. 1 dargestellt verfügt das erfindungsgemäße Durchsetzfügewerkzeug 100über einen Stempel 110 und eine Matrize 120, wobei zwei noch nicht miteinander verbundeneZellpole 200a, 200b von (nicht dargestellten) Batteriezellen zwischen Stempel 110 und Matrize120 angeordnet sind. Während des Durchsetzfügevorgangs werden Stempel 110 und Matrize120 aufeinander zu bewegt, wobei entweder Stempel 110 und/oder Matrize 120 beweglichausgeführt sind. Während des Fügevorgangs werden die Zellpole 200a, 200b unter Bildung vonFügepunkten 210 miteinander verpresst.

[0025] Nach dem erfolgten Fügevorgang werden Stempel 110 und Matrize 120 des Durchsetz-fügewerkzeugs 100 voneinander weg bewegt, während Federkontakte 130a, 130b die Oberflä¬che der miteinander elektrisch verbundenen Zellkontakte 200a, 200b berühren (Figs. 2 und Fig.3).

[0026] Hierbei wird mittels einer Messeinrichtung über die Federkontakte 130a, 130b der Wi-derstandswert beispielsweise mittels Voltmeter 300 ermittelt. Übersteigt dieser Widerstandswerteinen vorgegebenen Wert, beispielsweise 30 μΩ, so ist die erforderliche Qualität der Durchsetz-fügeverbindung nicht gegeben und der Fügevorgang wird gegebenenfalls wiederholt.

[0027] Ist der Widerstandswert innerhalb des vorgegeben Wertebereichs, so werden die Feder¬kontakte 130a, 130b zurückgezogen, wobei sie zur Gänze innerhalb des Durchsetzfügewerk-zeugs 100 aufgenommen sind, und das Durchsetzfügewerkzeug 100 wird zu dem nächstenZellpolpaar geführt.

[0028] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist zusätzlich eine Bestimmung der Restbo-denstärke der Fügepunkte 210 vorgesehen. Hierzu sind in Stempel 110 und Matrize 120 gemäßden Figs. 4 und 5 Laser 141 mit zugehörigen Detektoren 142 angeordnet, mit deren Hilfe überLaserstrahlen 143 die Restbodenstärke der Fügepunkte 210 bestimmt wird.

[0029] Die Auswertung und Anzeige von Übergangswiderstandswert und Restbodenstärke derFügepunkte erfolgt auf einer Anzeige, die beispielsweise an einem Handgriff des Durchsetzfü-gewerkzeugs 100 angeordnet ist.

[0030] Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungs¬beispiel beschränkt ist. Insbesondere könnten auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, dieeine Ermittlung des Übergangswiderstandswertes zwischen zumindest zwei miteinanderelektrisch verbundenen Zellpolen erlauben. Ebenso kann die elektrische Verbindung auch mehrals zwei Zellpole umfassen und/oder Hilfsmittel wie beispielsweise Zellverbinder in unterschied¬lichster Ausführung beinhalten.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere für ein Kraft¬fahrzeug, 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 Bil¬dung zumindest eines Fügepunktes (210) miteinander verbunden werden, und wobei nachdem Fügevorgang eine Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zu¬mindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt,dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein Durchsetzfügewerkzeug (100)an den zumindest zwei Zellpolen (200, 200a, 200b) angeordnet wird, in einem zweitenSchritt das Durchsetzfügewerkzeug (100) geschlossen wird und der Fügevorgang unterBildung zumindest eines Fügepunktes (210) durchgeführt wird, anschließend in einem drit¬ten Schritt das Durchsetzfügewerkzeug (100) wieder geöffnet wird, und schließlich in ei¬nem vierten Schritt die Bestimmung des Übergangswiderstandswertes zwischen den zu¬mindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b) erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Über¬gangswiderstandswertes zumindest zwei Federkontakte (130a, 130b) an die verbundenenZellpole (200, 200a, 200b) gepresst werden, wobei zur Messung des Übergangswider¬standswertes ein Strom an die zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zell¬pole (200, 200a, 200b) angelegt wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Über¬schreiten eines vorgegebenen Schwellwertes oder Werteintervalls für den Übergangswi¬derstand der Fügevorgang wiederholt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichdie an den zumindest zwei miteinander elektrisch verbundenen Zellpolen (200, 200a, 200b)vorherrschende Temperatur ermittelt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestein Zellverbinder vorgesehen ist, der mittels Fügeverfahren mit den zumindest zwei Zellpo¬len (200, 200a, 200b) elektrisch leitend verbunden wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichdie Restbodenstärke des zumindest einen Fügepunktes (210) ermittelt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Restbodenstärke mittelsLasermessung ermittelt wird.
8. 8. Durchsetzfügewerkzeug (100) zur Verbindung von zumindest zwei Zellpolen (200, 200a,200b) benachbarter Batteriezellen über zumindest einem Fügepunkt (210) nach einem Ver¬fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Stempel (110) und zumin¬dest einer Matrize (120), gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung desÜbergangswiderstandswertes zwischen den zumindest zwei miteinander elektrisch ver¬bundenen Zellpolen (200, 200a, 200b), wobei die Einrichtung zur Bestimmung des Über¬gangswiderstandswertes vorzugsweise als zumindest zwei Federkontakte (130a, 130b)ausgebildet ist, die jeweils in Stempel (110) und Matrize (120) angeordnet sind.
9. 9. Durchsetzfügewerkzeug (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz¬lich eine Einrichtung zur Bestimmung der Restbodenstärke des zumindest einen Füge¬punktes (210) vorgesehen ist, wobei die Einrichtung zur Bestimmung der Restbodenstärkevorzugsweise als Lasereinrichtung bestehend aus Laser (141) und Detektor (142) ausge¬bildet ist, die jeweils in Stempel (110) und Matrize (120) angeordnet sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen