CN110544758A - 用于连接电化学电池的方法、电池组模块和其制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于材料配合地连接电池组模块（100）的电化学电池（10，20）的方法，具有如下步骤：提供多个电化学电池（10，20）；在电化学电池（10，20）之间建立电接触；和在电化学电池（10，20）之间利用在所述电化学电池（10，20）中的至少一个中存储的能量来建立材料配合的连接。本发明还涉及一种电池组模块（100）以及一种用于制造电池组模块（100）的系统（1000）。

Description

用于连接电化学电池的方法、电池组模块和其制造系统

技术领域

本发明涉及一种用于材料配合地连接电池组模块的电化学电池的方法。此外，本发明涉及一种电池组模块及其制造方法。

背景技术

在现有技术中已知的电池组模块由封闭的硬壳或软壳电池规格构成。这根据需要的能量、电压情形和电容要求安置在电池组模块中的电化学电池的串联和/或并联布线。为了将所述电池组模块以尽可能高的能量密度和相应比能量构造，所述电池组模块尽可能紧密地、或至少如热集成和机械集成的要求和例如关于传播和排气的安全性所允许的那样紧密地封装。

为了连接电化学电池，使用所谓的电池连接器或汇流排。所述电池连接器或汇流排大多由金属材料、如镍、铜或铝构成。电池的接触典型地经由焊接、铆接或键合工艺来进行，通过所述工艺能够实现在电化学电池之间的材料配合的、持久的和低欧姆的接触。作为焊接工艺能够使用电阻焊、激光焊或超声波焊。上述工艺需要用于执行工艺的空间，由此电化学电池仅能够有限节约空间地在电池组模块中构造。

在其他应用中，也使用经由弹簧、夹紧、压力和/或插接接触件的接触。从DE 102015 200 990 A1中得知例如具有多个电池组电池的高温电池组，所述电池组电池具有由导电材料构成的电池壳体。借助于连接元件，电池组电池电串联连接。连接元件与电池组电池中的第一电池组电池的第一极性的电接触元件材料配合地连接。连接元件与电池组电池中的第二电池组电池的电池壳体的壁一件式地构造。通过电池壳体的壁，提供第二电池组电池的第二极性的电接触元件。除了在加工时的空间需求之外，在封装层面上在这种系统中还存在连接元件的所需要的附加空间和质量。

发明内容

为了考虑上述问题，提出一种根据权利要求1的用于材料配合地连接电池组模块的电化学电池的方法，一种根据权利要求8所述的电池组模块以及一种根据权利要求10所述的用于制造根据本发明的电池组模块的系统。本发明的其他有利的实施方式从说明书、从属权利要求和附图中得出。在此，结合方法描述的特征和细节当然也结合根据本发明的电池组模块、根据本发明的系统适用，并且分别反之亦然，使得对各个发明方面的公开始终可交替地参考。

根据本发明的第一方面，提出一种用于材料配合地连接电池组模块的电化学电池的方法。所述方法具有如下步骤：

- 提供多个电化学电池，

- 在电化学电池之间建立电接触，和

- 在电化学电池之间利用在所述电化学电池中的至少一个电化学电池中存储的能量和/或利用输送给电池组模块并且使用构造的电流路径的能量来建立材料配合的连接。

借助于根据本发明的方法，能够实现节约空间的构造工艺和具有相应高的功率密度的电池组模块或电池组包的构造。例如当使用存储在至少一个电化学电池中的能量时，能够弃用外部的、附加的能量源。对此在该处还要强调，如果将多个电化学电池结合到一个步骤中，如果电化学电池中的全部被联接，那么全部电化学电池也参与能量输出。

在使用尤其从外部输送给电池组模块并且使用构造的电流路径的能量时，可以使用交流电流和直流电流。尤其是，用于材料配合地连接电化学电池的电流优选使用在完成的电池组模块中的电流的和/或电压的路径。在该处对此也注意，使用外部能量源此外也能够实现两个直流电流方向的实施。

利用描述的方法，不需要任何焊接或键合电极。同样能够弃用铆接工具。原则上，甚至能够弃用电池连接元件。即在电化学电池之间的材料配合的连接能够在没有电池连接元件的条件下执行。这如已经在上文中描述的那样节约空间和体积并且因此提高电池组模块中的比能量和能量密度，所述电池组模块借助根据本发明连接的电化学电池制造。

通过在实施本方法时不需要或仅需要少量的辅助元件来连接电化学电池，生产工艺能够加速从而也相应地降低成本。用于材料配合地连接电化学电池的电流优选地使用在制成的电池组模块中的电流和/或电压的路径。

材料配合的连接能够理解成在电化学电池之间的直接的或间接的材料配合的连接。即电化学电池组电池能够在具有或不具有附加的连接材料的情况下材料配合地彼此连接。电化学电池尤其借助在至少一个电化学电池中存储的电化学能量而材料配合地彼此连接，所述电化学能量为了材料配合的连接被转换成电能。

对于材料配合的连接，能够使用来自多个或全部电化学电池组电池的电能。如果多个电化学电池组电池经由其电极联接，那么全部电池组电池始终也参与能量输出。然而也可以仅一个电池组电池在如下情况下对于能量供应是激活的：所述电池组电池例如仅自身或仅最后的电池组电池的电极串联联接。全部电池接合到能量或电流输出过程中是有利的，因为在该情况下始终全部电池组电池具有相同的充电状态。

本方法能够顺序地或并行地执行。即多个电化学电池能够分别依次地或同时地材料配合地彼此连接。该方法能够优选地配置成自动地、材料配合地连接电化学电池，只要在电化学电池之间建立电接触。即在建立电接触时，自动地利用在至少一个电化学电池中存储的能量，以便在电化学电池之间建立材料配合的连接。

能够如下理解所述方法，相应的电化学电池的不同电极通过利用存储在其中的能量来电熔焊或点焊电化学电池的表面部段而材料配合地彼此连接。

电化学电池例如在当今的锂离子电池的情况下在安装到系统环境中之前典型地具有10%至30%的充电状态。通过用于材料配合的连接的相对小的所需要的能量值，仅不明显地影响电化学电池的充电状态。

电化学电池尤其理解为蓄电器电池或电池组电池。电池组模块相应地为如下单元，所述单元具有电化学电池。多个电化学电池理解为至少两个电化学电池。电接触以在电化学电池之间的机械接触的形式提供，通过所述机械接触，电流和电压能够流过电化学电池。

根据本发明的另一方面可能的是，在方法中通过受控短路在电化学电池之间建立材料配合的连接。借助于受控短路以尤其简单的且快速的方式，可以在电化学电池之间建立期望的紧凑的、材料配合的连接。受控短路在本文中理解成如下短路，所述短路关于短路电流、短路电压和/或短路时间以预定义的方式被控制和/或调节。因此，为了经由电接触建立材料配合的连接，将预定义的电压和/或预定义的电流在预定义的时间内施加在电化学电池之间和/或施加在电化学电池处。

此外可能的是，在根据本发明的用于在电化学电池之间建立材料配合的连接的方法中，将连接材料布置或安置在电化学电池之间的连接部位处。连接材料能够具有至少一种刚性的或基本上刚性的连接构件和/或软的或可塑地且无损坏地成形的连接材料。通过连接材料能够改进在电化学电池之间的连接质量。此外，通过连接材料能够以简单的方式实现在电化学电池之间的期望的电池间距。由此，又能够实现更高的运行安全性以及提供热和/或电接触或附加接触。能够有利的是，电化学电池针对根据本发明的连接原理构造，即将适合的材料和/或材料强度在要连接的电化学电池之间的接触区域中使用。

在根据本发明的方法中证实为尤其有利的是，在至少一个电化学电池处设计连接凸起，在所述连接凸起处建立材料配合的连接。即材料配合的连接有针对性地在所述连接凸起处建立。通过连接凸起能够以简单的且成本适宜的方式改进机械连接稳定性。因此，连接凸起例如能够以至少一个电化学电池的外表面处的小的隆起部的形式设计。

此外可能的是，在根据本发明的方法中将用于在电化学电池之间建立材料配合的连接的连接电压和/或连接电流以短于1秒施加在电化学电池处。优选地，连接电压和/或连接电流以明显短于1秒、例如小于0.1秒施加在电化学电池处。在这样短的连接时间的情况下，在本发明的范围中大规模检查的情况下关于在电化学电池之间的材料配合的连接质量得到令人满意的结果。用于连接的电流脉冲也能够在如下情况下依次反复施加：这对于连接质量或关于电池组电池中的损耗热量是有利的。

此外在根据本发明的方法中可能的是，电化学电池为了建立材料配合的连接而借助电池连接器彼此机械连接，其中电池连接器在建立材料配合的连接期间至少暂时加载压力。因此，电池连接器或至少一个电池连接器可以在制造电池组模块时或至少在材料配合地连接电化学电池时被压制或向下压。通过将至少一个电池连接器向下压或按压到至少一个电化学电池处，具有高连接质量的材料配合的连接能够尤其可靠地可复现并且鲁棒地实施。向下压或按压能够通过用于对至少一个电池连接器加载压力的按压机构执行。经由在连接过程中电压和电流的记录的变化曲线此外存在控制连接质量的可能性。

在本发明的另一设计变型形式中可能的是，在方法中电化学电池为了建立材料配合的连接与外部的用于将预定义的脉冲形状施加在电化学电池上的电流和/或电压源或宿连接。借助于外部的电流和/或电压源或宿，为了材料配合的连接已经在电化学电池中存在的能量根据需求也能够补充或也替代。此外，以简单的方式能够实现关于用于保护材料地连接电化学电池的预定义的电压和/或预定义的电流方面的期望的脉冲形状。脉冲形状能够经由直流电流和交流电流实现。

根据本发明的另一方面，提出一种具有多个电化学电池的电池组模块，所述电化学电池根据如上详细阐述的方法材料配合地彼此连接。借此，根据本发明的电池组模块带来与详尽地参照根据本发明的方法描述的相同的优点。电池组模块能够理解成具有多个呈电化学电池形式的多个电池组电池以及其他功能部件的电池组，或者具有相应的构造的电池组堆。根据本发明的电池组模块能够在移动存储器应用中、例如在电动车中、但是也能够在电动工具的范围中、家用设备和/或在工业应用中使用。尽管如此，所提出的电池组模块不局限于移动应用，而是也能够在静态的存储器领域中使用。能够尤其有利的是在具有更小的、例如圆柱形的电池规格的消费者产品中的电池组模块的根据本发明的构造，以便在那里分别提高能量密度和改进过程控制。

在根据本发明的电池组模块中能够有利的是，在所述电池组模块中在至少一个电化学电池处设计连接凸起，在所述连接凸起处建立材料配合的连接。如在上文中已经对相应的方法描述的那样，通过连接凸起能够以简单的且成本适宜的方式改进或以期望的质量实现在电化学电池之间的材料配合的连接的机械连接稳定性。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造如在上文中描述的电池组模块的系统，其中电化学电池为了建立材料配合的连接与用于将预定义的脉冲形状施加在电化学电池上的外部的电流和/或电压源或宿连接。借此，根据本发明的系统带来与在上文中详细描述的相同的优点。

附图说明

其他的改进本发明的措施从下面对本发明的一些实施例的描述中得出，所述实施例在附图中示意地示出。全部从权利要求、说明书或附图中得出的特征和/或优点（包括构造细节和空间布置）能够不仅本身地、而且以不同的组合对发明重要。

其中：

图1示出根据本发明的第一实施方式的用于阐述在电化学电池之间建立材料配合的连接的示意图，

图2示出根据本发明的第二实施方式的用于阐述在电化学电池之间建立材料配合的连接的示意图，

图3示出根据本发明的第三实施方式的用于阐述在电化学电池之间建立材料配合的连接的示意图，

图4示出根据本发明的第四实施方式的用于阐述在电化学电池之间建立材料配合的连接的示意图，以及

图5示出根据本发明的第五实施方式的用于阐述在电化学电池之间建立材料配合的连接的示意图。

具有相同功能和作用方式的元件在图1至5中分别配备有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出用于制造具有第一电化学电池10和第二电化学电池的电池组模块100的系统1000。电化学电池10、20分别设计成硬壳电池。

电化学电池10、20与外部的功率电子装置50连接，所述功率电子装置具有用于将预定义的脉冲形状施加在电化学电池10、20上的电流源和电压源。功率电子装置还具有用于监控在电化学电池10、20上施加的电流以及电压的监控机构。如在图1中可见，在第二电化学电池20上设计连接凸起21，在所述连接凸起处应建立材料配合的连接。材料配合的连接应通过在下文中描述的方法建立。

为了将第一电化学电池10与第二电化学电池20材料配合地连接，首先并排提供第一电化学电池10和第二电化学电池20。随后在两个电化学电池10、20之间建立电接触。更确切地说，将两个电化学电池10、20通过短路电流彼此连接。为了在电化学电池10、20之间建立期望的材料配合的连接，在此使用存储在电化学电池10、20中的能量。

通过功率电子装置50或在其中包含的、适合的监控机构关于电流强度、电压高度以及存在的短路的时间来监控在电化学电池10、20之间的短路电流。短路电流尤其如下被监控：所述短路电流明显短于1秒地在电化学电池10、20处或在其之间施加。

如在图1中示出的，在第二电化学电池20的连接凸起21和第一电化学电池10的圆盘部段12之间设计材料配合的连接和相应地还有短路电流。

在图2中示出一种设计变型形式，其中电化学电池10、20为了建立材料配合的连接首先借助电池连接器40彼此机械连接。由此如在图2中示出的那样，能够以简单的方式也将多于两个电化学电池同时地材料配合地彼此连接。

在图3和图4中示出一种实施方式，在所述实施方式中为了在电化学电池10、20之间建立材料配合的连接，将连接材料30布置在电化学电池10、20之间的连接部位处。根据图3，将连接材料30在连接过程之前涂覆到第二电化学电池20的连接凸起21上。根据图4，将连接材料30在连接过程之前涂覆到第一电化学电池10的圆盘部段12上。

在图5中示出本发明的一个实施方式，根据所述实施方式能够具有棱柱形的标准规格的单侧的电池电极材料配合地彼此连接。如在图5中可见，电池相互间的位置不受限。当前，电化学电池10、20为了建立材料配合的连接首先借助电池连接器40彼此机械连接，其中电池连接器40在随后建立材料配合的连接期间加载压力或者被按压到连接凸起11、21上。如果电化学电池10、20的一个电极应位于电池壳体电位上，那么始终也能够将电池壳体用于接触电极之一。

本发明除了示出的实施方式之外允许其他的设计原理。即本发明不应视为局限于针对附图描述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于材料配合地连接电池组模块（100）的电化学电池（10，20）的方法，具有如下步骤：

- 提供多个电化学电池（10，20）；

- 在所述电化学电池（10，20）之间建立电接触，和

- 在所述电化学电池（10，20）之间利用在所述电化学电池（10，20）中的至少一个电化学电池中存储的能量和/或利用输送给所述电池组模块并且使用构造的电流路径的能量来建立材料配合的连接。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在所述电化学电池（10，20）之间的材料配合的连接通过受控的短路来建立。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

为了在所述电化学电池（10，20）之间建立材料配合的连接，将连接材料（30）布置在所述电化学电池（10，20）之间的连接部位处。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在至少一个电化学电池（10，20）处设计连接凸起（11，21），在所述连接凸起（11，21）处建立材料配合的连接。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

用于在所述电化学电池（10，20）之间建立材料配合的连接的连接电压和/或连接电流短于1秒地施加在所述电化学电池（10，20）上。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述电化学电池（10，20）为了建立材料配合的连接利用电池连接器（40）彼此机械连接，其中所述电池连接器（40）在建立材料配合的连接期间至少暂时地加载压力。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述电化学电池（10，20）为了建立材料配合的连接与外部的用于将预定义的脉冲形状施加在所述电化学电池（10，20）上的电流源和/或电压源连接。

8.一种电池组模块（100），所述电池组模块具有多个电化学电池（10，20），所述电化学电池按照根据上述权利要求中任一项所述的方法材料配合地彼此连接。

9.根据权利要求8所述的电池组模块（100），

其特征在于，

在至少一个电化学电池（10，20）上设计有连接凸起（11，21），在所述连接凸起处建立材料配合的连接。

10.一种用于制造根据权利要求8或9所述的电池组模块（100）的系统（1000），其中所述电化学电池（10，20）为了建立材料配合的连接与外部的用于将预定义的脉冲形状施加在所述电化学电池（10，20）上的电流源和/或电压源连接。