CN114188670A - 电池模块的电池单池的电气耦合的方法和电池模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于建立蓄电池模块(2)的蓄电池单池(1)的电气耦合的方法，所述方法具有以下步骤：‑提供具有第一单池极耳(3a)的第一蓄电池单池(1a)和具有第二单池极耳(3b)的第二蓄电池单池(1b)，‑提供具有穿孔(5)的导体母线(4)，‑提供连接元件(6)，‑将第一单池极耳(3a)以及第二单池极耳(3b)布置在穿孔(5)上，‑将连接元件(6)在第一单池极耳(3a)与第二单池极耳(3b)之间移动靠近穿孔(5)并且‑通过电阻焊接将第一单池极耳(3a)和第二单池极耳(3b)与导体母线(4)在穿孔(5)的区域中材料接合式地连接以及与连接元件(6)材料接合式地连接。此外，本发明涉及一种借助按照本发明的方法制造的蓄电池模块(2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法。本发明还涉及一种具有多个相互电气耦合的电池单池的电池模块。
背景技术
已知电池模块，在所述电池模块中多个电池单池相互电地耦合或者连接。电池单池的电气耦合通过所谓的单池极耳(Zelltab)实现，所述单池极耳由导电的材料构成并且从电池单池导引出。单池极耳通过连接器件、例如通过汇流排或者汇流条、也称为″PCB″的″印制电路板″等相互电气耦合。在本发明的范围内，这种连接器件统称为″导体母线″(Leiterschiene)。
在一种普遍的连接方式中，相邻的电池单池的单池极耳导引穿过导体母线的穿孔并且在它们的远离相应的电池模块指向的端部区域上这样弯折，使得端部区域平面地支撑在导体母线上。通过适当的焊接方法、例如激光焊接，将端部区域与导体母线材料接合式地连接。这种电气耦合能够轻易地并且用简单的器件建立。然而不利的是，单池极耳与导体母线之间的电气耦合通常只通过焊缝建立。端部区域的其余的面基本上与导体母线的表面平行地并且与该导体母线的表面相间隔地延伸。单池极耳与导体母线之间的这种减少的接触区域导致接触电阻提高，由此，有时可能在电池单池充电时产生不期望地高的放热以及提高的功率损耗。这尤其在以较高的充电电流快速充电时可能导致电池模块过热和不可逆的损坏。因此，这种电池模块会加速老化。
由US 2015/0037634 A1已知一种电池模块，在所述电池模块中，电池单池的单池极耳通过具有圆形横截面的导体杆被这样按压在导体母线的穿孔的弯曲的壁上，使得单池极耳彼此接触并且因此相互电气耦合。为了加强耦合可以规定，导体杆和导体母线导电地设计。以此方式能够限制功率损耗。然而这种电池模块具有的缺点是，各个单独有待相互电气耦合的部件必须特别准确地制造和彼此定向。部件的微小的位置偏差和公差偏差就已经可能导致电气接触面减小并且因此提高接触电阻以及在电池单池充电时产生与之相关的较高的放热和提高的功率损耗。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题在于，消除或者至少部分地消除在用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法中以及在电池模块中的上述缺点。本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种方法和电池模块，所述方法和电池模块以简单并且成本低廉的方式方法提供电池单池的改善的电气耦合并且避免减小的电气接触面以及提高的接触电阻。
该技术问题按本发明通过一种用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法以及通过一种电池模块解决。本发明的其它特征和细节由说明书和附图得出。在此，结合按照本发明的方法描述的特征和细节当然也适用于结合按照本发明的电池模块描述的特征和细节并且反之亦然，因此关于各个单独的发明方面的公开内容总是可以相互引用。
按照本发明的第一方面，所述技术问题通过一种用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法解决。所述方法具有以下步骤：
-提供具有第一单池极耳的第一电池单池和具有第二单池极耳的第二电池单池，
-提供用于对电池单池进行电气耦合的导体母线，其中，所述导体母线具有用于供第一单池极耳和第二单池极耳导引穿过的穿孔，
-提供用于将第一单池极耳和第二单池极耳与导体母线连接的连接元件，
-将第一单池极耳以及第二单池极耳这样布置在穿孔上，使得第一单池极耳的一个区域和第二单池极耳的一个区域处于穿孔内部并且布置在穿孔的相对置的侧壁上，
-将连接元件在第一单池极耳与第二单池极耳之间这样移动靠近穿孔，使得第一单池极耳和第二单池极耳被连接元件按压在导体母线上，并且
-通过电阻焊接将第一单池极耳和第二单池极耳与导体母线在穿孔的区域中材料接合式地连接以及与连接元件材料接合式地连接。
首先，提供第一电池单池和第二电池单池。按照本发明也还可以提供其它的电池单池，该其它的电池单池通过相同的导体母线或者其它的导体母线相互电气耦合。第一电池单池和第二电池单池优选设计为软包单池(Pouchzelle)。第一单池极耳和第二单池极耳优选可塑性变形地、尤其是薄膜状地设计。
此外，提供用于对电池单池进行电气耦合的导体母线。所述导体母线具有用于供第一单池极耳和第二单池极耳导引穿过的穿孔。导体母线优选具有其它用于供其它的电池单池的其它单池极耳导引穿过的穿孔。每个穿孔优选设计用于供两个单池极耳导引穿过。备选地，穿孔也可以设计用于供多于两个的单池极耳导引穿过。在此优选的是，穿孔具有多个穿孔区域，其中，穿孔区域分别设计用于供两个单池极耳导引穿过。
此外，提供用于将第一单池极耳和第二单池极耳与导体母线连接的连接元件。所述连接元件优选设计用于还将其它的单池极耳与导体母线连接。在本发明的范围内，借助连接元件与导体母线的连接理解为，连接元件设计用于至少有助于连接并且为此可以设置其它的连接器件、例如焊缝等。
现在将第一单池极耳和第二单池极耳布置在穿孔上。所述布置这样进行，使得第一单池极耳的一个区域和第二单池极耳的一个区域处于导体母线的穿孔内部。在穿孔内部的布置优选通过将第一单池极耳和第二单池极耳这样推入穿孔中实现，使得单池极耳的端部区域又从穿孔中伸出。此外，第一单池极耳和第二单池极耳布置在穿孔的相对置的侧壁上。在本发明的范围内这理解为，第一单池极耳和/或第二单池极耳可以接触穿孔的相应侧壁。备选地，也可以在第一单池极耳或者第二单池极耳与穿孔的分别相邻的侧壁之间设计有缝隙。按照本发明优选的是，与之相应地，其它的单池极耳成对地布置在各穿孔中或者具有多个穿孔区域的穿孔中。
由这种布置出发，将连接元件在第一单池极耳与第二单池极耳之间这样移动靠近穿孔，使得第一单池极耳和第二单池极耳被连接元件按压在导体母线上。连接元件以及第一单池极耳和第二单池极耳优选设计为，使得随着连接元件越来越靠近穿孔地移动，连接元件在第一单池极耳和第二单池极耳上的压力提高。优选在穿孔的区域中实现按压在导体母线上，优选按压在穿孔的侧壁上，尤其是相对于连接元件的移动方向倾斜地设计的侧壁。
通过电阻焊接实现第一单池极耳和第二单池极耳在导体母线上的固定。在此优选的是，将连接元件连接在电阻焊接装置的第一电极上并且将导体母线连接在电阻焊接装置的第二电极上。以此方式在第一单池极耳和导体母线以及连接元件之间建立平面的材料接合式的连接。此外，在第二单池极耳和导体母线以及连接元件之间建立平面的材料接合式的连接。特别优选地通过电阻凸焊实现所述固定。电阻凸焊是按照EN ISO 4063的电阻压焊的变型方案。通过所谓的凸起实现电流在焊接位置处的集中。在此区分压印的、例如通过冲头或者印模成型的、实心的、例如通过锻造、推压、铣削等制造的凸起与自然的凸起、例如两个圆杆的交叉点。凸焊的优点在于定义的电流过渡点和由此在几何上预设的焊接区，因此也能够接合厚度有很大不同的工件。最大的板厚度比在电阻点焊中约为1∶3并且在凸焊中不超过1∶30。
在凸焊中，借助连接元件通过按压力将第一单池极耳和第二单池极耳保持在穿孔的接合位置上。在此，连接元件根据穿孔定向。以此方式确保了所有凸起均匀地受到负荷并且因此被接触。以此方式避免了焊接飞溅物，因为焊接电流均匀地流过凸起。因为单池极耳的定向通过连接元件实现，所以不再需要事先精确地定向电极以进行焊接。以此方式，所述焊接工艺相对于传统的焊接工艺明显被简化并且确保了保持不变的质量。凸起优选设计在导体母线和/或连接元件上。作为凸起形状优选的是具有线形的或者圆形的延伸的凸起。优选的焊接时间在250ms至350ms之间，特别优选为300ms。
按照本发明的用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法相对于传统方法的优点在于，能够通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法建立电池单池的改善的电气耦合。有待电气耦合的构件的制造和位置公差相比由US 2015/0037634 A1已知的使用导体杆和预成型的单池极耳的方法对电气耦合的质量的影响更小。以此方式能够在确保质量的情况下明显降低电池模块的制造耗费和制造成本。电池模块具有通过增大的电气接触面和由此减小的接触电阻改善的、电池单池的电气耦合。
按照本发明的一种优选的扩展设计，在所述方法中可以规定，所述连接元件在从导体母线的与电池单池相对置的一侧朝导体母线的方向移动靠近时这样被按压，使得第一单池极耳和第二单池极耳夹紧在连接元件与导体母线之间。所述夹紧优选这样实现，使得第一单池极耳和第二单池极耳相同程度地受到负荷。因此，按照本发明优选的是，连接元件这样移动靠近，使得该连接元件能够实施侧向的、尤其是横向于移动靠近方向的补偿移动，以便以此方式补偿可能存在的公差、例如位置或者制造公差。通过夹紧避免了单池极耳相对于导体母线的移动。这具有的优点是，以简单的器件以及以成本低廉的方式方法改善了电阻焊接。
按照本发明优选的是，所述连接元件在移动靠近时至少部分地插入穿孔中。此外，按照本发明还优选的是，第一单池极耳和第二单池极耳在此被按压在穿孔的侧壁上。此外优选的是，这样实施电阻焊接，使得第一单池极耳和第二单池极耳至少与侧壁焊接。优选进行与导体母线和/或连接元件的其它区域的附加焊接。这具有的优点是，通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法增大了单池极耳与导体母线以及连接元件之间的电气接触面并且由此减小了接触电阻。
此外优选的是，提供具有楔形横截面或者至少区段性地具有楔形横截面的连接元件，其中，在移动靠近时，连接元件的窄侧、倒棱部(Rundung)或者棱边指向穿孔的方向。借助这种连接元件，在移动靠近时能产生横向于连接元件的移动方向作用的横向力。借助这个横向力能够将第一单池极耳和第二单池极耳按压在穿孔的侧壁上。此外，这种连接元件在移动靠近导体母线时能够更好地自动对中，从而简单地补偿位置和制造公差。这具有的优点是，通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法增大了单池极耳与导体母线以及连接元件之间的电气接触面并且由此减小了接触电阻。
在按照本发明的方法的一种特别优选的设计方案中，提供这样的导体母线和这样的连接元件，使得连接元件的横截面形状与穿孔的区段的横截面形状一致或者至少基本上一致。这例如表示连接元件具有形状优选与所述侧壁的区段一致的元件壁，其中，所述形状具有至少两个围成小于180°的角的元件侧面。连接元件和导体母线优选这样设计，使得连接元件能够形状配合地布置在导体母线上。这具有的优点是，通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法实现了单池极耳在连接元件与导体母线之间的改善的夹紧。以此方式增大了单池极耳与导体母线以及连接元件之间的电气接触面并且由此减小了接触电阻。
优选提供导体母线，在所述导体母线中，穿孔的宽度随着离电池单池的距离的增加而至少区段性地增加。这种穿孔例如具有斜面，因此穿孔的背离电池单池的第一开口优选大于穿孔的中部区域和/或朝向电池单池的第二开口。进一步优选的是，穿孔在中部区域中具有恒定的宽度。进一步优选的是，中部区域的宽度与第二开口的宽度一致。这具有的优点是，通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法实现了单池极耳在连接元件与导体母线之间的改善的夹紧。以此方式增大了单池极耳与导体母线以及连接元件之间的电气接触面并且由此减小了接触电阻。
按照本发明的一种优选的实施方式，提供导体母线，在所述导体母线中，穿孔具有倒圆部(Abrundung)和/或凸肩和/或倒角。倒角优选布置在第一开口上并且改善了连接元件相对于穿孔的定向。凸肩优选布置在穿孔的中部区域中并且优选设计用于形状配合地限制连接元件向导体母线的移动靠近。借助倒圆部能够实现单池极耳在侧壁上的改善的贴靠。这具有的优点是，通过简单的器件以及以成本低廉的方式方法实现了单池极耳在连接元件与导体母线之间的改善的夹紧。以此方式增大了单池极耳与导体母线以及连接元件之间的电气接触面并且由此减小了接触电阻。
特别优选的是，提供由特别能导电的材料制成的连接元件。在本发明的范围内，特别能导电的材料理解为导电能力例如处于银和铝之间的材料。此外优选的是，提供由可焊接的材料制成的连接元件。连接元件的材料优选与导体母线的材料一致。进一步优选的是，所述材料特别适合于电阻焊接。这具有的优点是，能够以简单的器件以及以成本低廉的方式方法实现改善的焊接连接并且因此实现接触电阻的减小。
按照本发明优选的是，提供这样的连接元件，使得在连接元件移动靠近时，第一单池极耳的一个区域和第二单池极耳的一个区域被按压在导体母线的背离第一电池单池和第二电池单池的上侧上，其中，借助电阻焊接也与第一单池极耳的这个区域和第二单池极耳的这个区域实施材料接合式的连接。以此方式在多个位置上、即在导体母线的上侧和穿孔的侧壁上实现焊接。这具有的优点是，用简单的器件以及以成本低廉的方式方法在一个工作步骤中实施单池极耳与导体母线的多个区域的焊接。因此能够进一步降低制造耗费和成本。
按照本发明的第二方面，所述技术问题通过一种电池模块解决。所述电池模块具有多个相互电气耦合的电池单池。按照本发明，所述电池模块借助按照本发明的方法制造。
因此，电池单池至少成对地这样布置在电池模块的导体母线的穿孔上，使得电池模块的单池极耳导引穿过所述穿孔并且通过电阻焊接与导体母线以及电池模块的连接元件焊接。
在按照本发明的电池模块中，形成了所有已经针对按照本发明的第一方面的用于建立电池模块的电池单池的电气耦合的方法描述的优点。因此，按照本发明的电池模块相对于传统的电池模块具有的优点是，用简单的器件以及以成本低廉的方式方法提供了电池单池的改善的电气耦合。有待电气耦合的构件的制造和位置公差相比由US 2015/0037634A1已知的具有导体杆和预成型的单池极耳的电池模块对电气耦合的质量的影响更小。以此方式能够在确保质量的情况下明显降低按照本发明的电池模块的制造耗费和制造成本。由于增大的电气接触面和由此减小的接触电阻，按照本发明的电池模块具有改善的电池单池电气耦合。
附图说明
以下根据附图详细阐述按照本发明的方法和按照本发明的电池模块。在附图中分别示意性地：
图1以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第一状态；
图2以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第二状态；
图3以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第三状态并且
图4以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第四状态。
具有相同的功能和作用方式的元件在图1至图4中分别配设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示意性地以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第一状态。在第一状态中，两个电池单池1、即第一电池单池1a和第二电池单池1b这样布置在导体母线4上，使得第一电池单池1a的第一单池极耳3a和第二电池单池1b的第二单池极耳3b突出穿过导体母线4的穿孔5。此外，电池单池1分别具有有源部件16，其中，有源部件16全部布置在导体母线4的相同侧上。第一单池极耳3a和第二单池极耳3b分别具有远离有源部件16指向的第一端部区域17以及导引进入有源部件16中的第二端部区域18，其中，第一端部区域17和第二端部区域18基本上布置在导体母线4的不同侧上。第一端部区域17弯折90°并且由此与导体母线4的上侧10平行地以及沿相反的方向延伸。第二端部区域18分别接触穿孔5的侧壁7的一个区段，其中，这些区段布置在穿孔5的相对置的侧面上。穿孔5与上侧10相邻地具有倒角9，因此穿孔5的直径在倒角9的区域中朝上侧10的方向增加。
图2示意性地以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第二状态。在第二状态中，电池单池1这样沿着箭头方向移动，使得第一单池极耳3a的第一端部区域17以及第二单池极耳3b的第一端部区域17支撑在导体母线4的上侧10上。基本上呈楔形的、具有设计为窄侧8的钝的楔形顶部的连接元件6这样沿箭头方向朝导体母线4移动，使得窄侧8伸入穿孔5中。连接元件6尚未接触第一单池极耳3a和第二单池极耳3b。
在图3中示意性地以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第三状态。在第三状态中，连接元件6这样朝导体母线4的方向移动，使得窄侧8进一步地伸入穿孔5中并且连接元件6的楔形面19将第一单池极耳3a和第二单池极耳3b按压在穿孔5的倒角9上。因此，第一单池极耳3a和第二单池极耳3b贴靠在倒角9上。在连接元件6的背离电池单池1的一侧上布置有在这个视图中只示意性示出的电阻焊接装置20的第一电极11。在导体母线4的一侧上布置有电阻焊接装置20的第二电极12。
图4示意性地以侧视图示出在实施按照本发明的方法的优选实施方式时的第四状态。在第四状态中，第一单池极耳3a和第二单池极耳3b分别通过电阻焊接缝14与倒角9材料接合式地连接并且分别通过电阻焊接缝14与连接元件6材料接合式地连接。此外，第一端部区域17分别通过多个激光焊接缝15与导体母线4的上侧10材料接合式地连接。以此方式提供电池模块2，所述电池模块具有通过减小的接触电阻获得的特别有利的、电池单池1的电气耦合。
附图标记清单
1 电池单池
1a 第一电池单池
1b 第二电池单池
2 电池模块
3a 第一单池极耳
3b 第二单池极耳
4 导体母线
5 穿孔
6 连接元件
7 侧壁
8 窄侧
9 倒角
10 上侧
11 第一电极
12 第二电极
13 斜面
14 电阻焊接缝
15 激光焊接缝
16 有源部件
17 第一端部区域
18 第二端部区域
19 楔形面
20 电阻焊接装置
Claims (10)
1.一种用于建立蓄电池模块(2)的蓄电池单池(1)的电气耦合的方法，具有以下步骤：
-提供具有第一单池极耳(3a)的第一蓄电池单池(1a)和具有第二单池极耳(3b)的第二蓄电池单池(1b)，
-提供用于对所述蓄电池单池(1)进行电气耦合的导体母线(4)，其中，所述导体母线(4)具有用于供所述第一单池极耳(3a)和所述第二单池极耳(3b)导引穿过的穿孔(5)，
-提供用于将所述第一单池极耳(3a)和所述第二单池极耳(3b)与所述导体母线(4)连接的连接元件(6)，
-将所述第一单池极耳(3a)以及所述第二单池极耳(3b)这样布置在所述穿孔(5)上，使得所述第一单池极耳(3a)的一个区域和所述第二单池极耳(3b)的一个区域处于所述穿孔(5)内部并且布置在所述穿孔(5)的相对置的侧壁(7)上，
-将所述连接元件(6)在所述第一单池极耳(3a)与所述第二单池极耳(3b)之间这样移动靠近所述穿孔(5)，使得所述第一单池极耳(3a)和所述第二单池极耳(3b)被所述连接元件(6)按压在所述导体母线(4)上，并且
-通过电阻焊接将所述第一单池极耳(3a)和所述第二单池极耳(3b)与所述导体母线(4)在所述穿孔(5)的区域中材料接合式地连接以及与所述连接元件(6)材料接合式地连接。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述连接元件(6)在从所述导体母线(4)的与所述蓄电池单池(1)相对置的一侧朝导体母线(4)的方向进行所述移动靠近时这样被按压，使得所述第一单池极耳(3a)和所述第二单池极耳(3b)夹紧在所述连接元件(6)与所述导体母线(4)之间。
3.按权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述连接元件(6)在所述移动靠近时至少部分地插入所述穿孔(5)中。
4.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供具有楔形横截面或者至少区段性地具有楔形横截面的连接元件(6)，其中，在所述移动靠近时，所述连接元件(6)的窄侧(8)、倒棱部或者棱边指向所述穿孔(5)的方向。
5.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供这样的导体母线(4)和这样的连接元件(6)，使得所述连接元件(6)的横截面形状与所述穿孔(5)的区段的横截面形状一致或者至少基本上一致。
6.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供导体母线(4)，在所述导体母线中，所述穿孔(5)的宽度随着离所述蓄电池单池(1)的距离的增加而至少区段性地增加。
7.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供导体母线(4)，在所述导体母线中，所述穿孔(5)具有倒圆部和/或凸肩和/或倒角(9)。
8.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供由特别能导电的材料制成的连接元件(6)。
9.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
提供这样的连接元件(6)，使得在所述连接元件(6)的所述移动靠近时，所述第一单池极耳(3a)的一个区域和所述第二单池极耳(3b)的一个区域被压在导体母线(4)的背离所述第一蓄电池单池(1a)和所述第二蓄电池单池(1b)的上侧(10)上，其中，借助电阻焊接也与所述第一单池极耳(3a)的这个区域和所述第二单池极耳(3b)的这个区域实施材料接合式的连接。
10.一种蓄电池模块(2)，具有多个相互电气耦合的蓄电池单池(1)，
其特征在于，
所述蓄电池模块(2)借助按权利要求1至9之一所述的方法制造。
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