-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Einzelzelle
für eine Batterie. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie.
-
Nach
dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien,
für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren
elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen,
beispielsweise so genannten Flachzellen, aufgebaut sind. Um eine
hohe elektrische Leistung und Lebensdauer der Einzelzelle zu erzielen,
ist es erforderlich, dass die Einzelzelle einen geringen elektrischen
Innenwiderstand aufweist und eine erzeugte Verlustwärme
effizient abgeführt wird.
-
Eine
Einzelzelle, die als Rahmenflachzelle für eine solche Hochvolt-Batterie
ausgeführt ist, weist wie aus dem Stand der Technik bekannt,
zwei als planar ausgebildete Gehäuseteile, auch als Hüllbleche bezeichnet,
die durch einen Gehäuserahmen, wie zum Beispiel einen Kunststoffrahmen,
elektrisch sowie räumlich voneinander getrennt sind, auf.
-
Die
mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichteten Elektroden
in Folienform sind im Gehäuserahmen zu einem Elektrodenstapel
zusammengefasst angeordnet, wobei die einzelnen Elektroden in Folienform
durch einen Separator voneinander getrennt sind. Die Gehäuseseitenwände
bestehen im Allgemeinen aus Metall und leiten die durch Laden und
Entladen der Einzelzelle entstehende Wärme an eine mit
einem Wärmeleitmedium oder einem Klimakühlmittel
durchströmte Wärmeleitplatte ab. Die Wärmeleitplatte
besteht ebenfalls aus Metall und ist durch ein Isolationsmedium
von der entsprechenden Gehäuseseitenwand getrennt. Die
Gehäuseseitenwände sind im Bereich der Wärmeleitplatte in
einem Winkel von 90° abgekantet, um einen verbesserten
Wärmeübergang sicherzustellen. Die Enden der Elektrodenfolien
sind als ein nach außen geführter Randbereich
in Form einer Stromableiterfahne elektrisch leitend ausgeführt.
Dabei sind die Stromableiterfahnen der Elektroden in Folienform,
z. B. durch Schweißung, elektrisch leitend zu einem Pol miteinander
verbunden, wobei dieser wiederum mit der metallischen Gehäuseseitenwand
elektrisch leitend verbunden ist. Das Laden und Entladen der Einzelzelle
sowie eine auf diese wirkende Temperatur kann zur Volumenzunahme
des Elektrodenfolienstapels, insbesondere aufgrund von Ausdehnung
führen, wodurch ein Gehäuse der Einzelzelle zerstört werden
kann.
-
Aus
der
EP 1 267 429 A1 sind
eine Batterie und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt, bei welchem
die Pole mittels eines Ultraschallschweißverfahrens kontaktiert
werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie anzugeben.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle für eine Batterie
anzugeben.
-
Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung
einer Einzelzelle für eine Batterie ist jede Einzelzelle
aus einem Elektrodenstapel gebildet, dessen einzelne Elektroden
unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien,
durch einen Separator, vorzugsweise eine Separatorfolie, voneinander
elektrisch isolierend getrennt sind, wobei Elektroden gleicher Polarität
elektrisch leitend miteinander zu einem Pol verbunden sind, wobei
die Pole des Elektrodenstapels jeweils elektrisch mit einer elektrisch
leitfähigen Gehäuseseitenwand mittels einer Ultraschallschweißvorrichtung,
welche zumindest eine Sonotrode und einen Amboss umfasst, verbindbar
sind. Erfindungsgemäß ist der Amboss als ausgeformtes
Gesenk ausgebildet.
-
Durch
die Ausbildung des Ambosses als Gesenk ist die Einzelzelle weitgehend
vollständig oder zumindest seitlich und bodenseitig oder
oberseitig vom Gesenk umgeben, so dass eine reib-, kraft und/oder
formschlüssige Anordnung ermöglicht ist.
-
Durch
die Verschweißung der Pole mit den Gehäuseseitenwänden,
welche die elektrischen Polkontakte der Einzelzelle bilden, wird
eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Polen und
den Gehäuseseitenwänden erzeugt, welche sich durch
einen geringen Übergangswiderstand, eine gute Wärmeleitung
und eine hohe Stromtragfähigkeit auszeichnet. Die direkte
elektrische Kontaktierung der Einzelzellen über die Gehäuseseitenwände
ermöglicht es, dass zusätzliche Anordnungen, wie
beispielsweise Zellverbinder, zur elektrischen Verbindung der Einzelzellen
bei der Herstellung der Batterie entfallen können.
-
Das
Gesenk ist als eine Bodenplatte mit einem randseitig umlaufenden
Rahmen ausgebildet. Dadurch wird die Gehäuseseitenwand
sicher gehalten und eine Beschädigung der Oberfläche
der Gehäuseseitenwand wird sicher vermieden.
-
In
einer gewinnbringenden Weiterbildung der Erfindung entsprechen eine
Längenausdehnung und/oder eine Breitenausdehnung einer
Vertiefung des Gesenks in etwa einer Längenausdehnung und/oder
einer Breitenausdehnung der Einzelzelle, so dass die Einzelzelle
im Gesenk sicher und formschlüssig gehalten ist.
-
Das
Gesenk umgibt die in die Vertiefung einbringbare Einzelzelle vorzugsweise
formschlüssig seitlich und zumindest unterseitig.
-
Das
Gesenk ist zweckmäßigerweise aus einem Metall
gebildet und dadurch sehr robust ausgebildet. Durch eine Herstellung
mittels eines Guss-, Schmiede- und/oder Pressverfahrens ist eine
einfache und preiswerte Herstellung ermöglicht.
-
In
einer möglichen Weiterbildung ist das Gesenk gegenüber
der Sonotrode starr angeordnet. Bei einer bodenseitigen Abdeckung
der Einzelzellen durch das Gesenk ist die Sonotrode dann beispielsweise
senkrecht von oben auf das Gesenk zubewegbar und in hochfrequente
Schwingungen versetzbar. Dadurch sind alle Voraussetzungen für
ein Ultraschallschweißen erfüllt.
-
Um
eine verbesserte Anbindung der Pole des Elektrodenstapels an die
Gehäuseseitenwände und somit den geringen Übergangswiderstand
und die gute Wärmeleitung zwischen dem Elektrodenstapel
und den Gehäuseseitenwänden zu erzielen, sind die
Pole in einer gewinnbringenden Weiterbildung der Erfindung zusätzlich
mit der zugehörigen Gehäuseseitenwand verpresst.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelzelle
sind die Pole punktförmig mit der zughörigen Gehäuseseitenwand
und dem zughörigen Andruckblech verschweißt, woraus
eine geringe Fertigungszeit und somit geringe Herstellungskosten
resultieren.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung werden die Pole mit der zugehörigen
Gehäuseseitenwand vor und/oder während des Verschweißens
verpresst, um eine verbesserte Anbindung an die Gehäuseseitenwand
zu erreichen. Insbesondere aus der Verpressung während
des Verschweißens resultieren ein optimierter Wärmeübergang
zwischen dem Pol und der Gehäuseseitenwand sowie ein geringer Übergangswiderstand
zwischen diesen.
-
Die
Gehäuseseitenwand und der Elektrodenstapel sind in einem
als Gesenk ausgebildeten Amboss formschlüssig angeordnet
und werden mittels Amboss und Sonotrode zumindest abschnittsweise
verschweißt. Durch die Verwendung eines kombinierten Schweiß-Press-Fügeverfahrens,
dem Ultraschallschweißverfahren, wird zusätzlich
zu den Vorteilen des Schweißprozesses einerseits durch
die Verpressung ein sicherer Fügeprozess erzielt und andererseits
durch das Ultraschallschweißverfahren ein Wärmeeintrag
in den Elektrodenstapel vermieden oder zumindest vermindert. Durch
die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird eine elektrisch
leitfähige Verbindung mit einem geringen Übergangswiderstand
erzeugt, die eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Pole des Elektrodenstapels
mit der Gehäuseseitenwand verpresst und/oder verschweißt.
Durch die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird eine
elektrisch leitfähige Verbindung mit einem geringen Übergangswiderstand
erzeugt, die eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.
-
Ferner
werden die Pole punktförmig mit der zugehörigen
Gehäuseseitenwand und dem zugehörigen Andruckblech
verschweißt, wodurch in vorteilhafter Weise der Zeitaufwand
des Schweißprozesses verringert wird.
-
Die
Einzelzelle ist bevorzugt als eine so genannte bipolare Rahmenflachzelle
ausgebildet. Dadurch ist ein Bauraum innerhalb eines Batteriegehäuses
optimal genutzt.
-
Eine
Batterie umfasst eine vorgebbare Anzahl elektrisch seriell und/oder
parallel miteinander verbundener Einzelzellen, wobei die Einzelzellen, insbesondere
Flachzellen, vorzugsweise dicht hintereinander angeordnet und parallel
zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist eine optimal Bauraum sparende
Anordnung der Einzelzellen erreicht. Da Pole der Einzelzellen auf
den Gehäuseseitenwänden liegen, sind die Einzelzellen
vorzugsweise durch ein Aneinanderpressen ihrer Gehäuseseitenwände,
wobei jeweils zwei miteinander kontaktierte Gehäuseseitenwände
eine unterschiedliche Polarität aufweisen, elektrisch seriell
miteinander verbindbar. Auf diese Weise ist eine optimale elektrische
Kontaktierung der Einzelzellen erreichbar und eine Fertigung der
Batterie erheblich erleichtert. Vorteilhafterweise sind die Einzelzellen
auf diese Weise auch thermisch miteinander gekoppelt
-
Beim
einem Aufeinanderstapeln und/oder einem Aneinanderpressen der Einzelzellen,
um eine elektrische Kontaktierung herzustellen, liegen diese mit
ihren Gehäuseseitenwänden großflächig
aneinander an, wobei jeweils zwei miteinander kontaktierte Gehäuseseitenwände
eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Dadurch erhöht
sich eine Kontaktsicherheit, insbesondere bei in Reihe verschalteten
Rahmenflachzellen durch eine Erhöhung einer Flächenpressung
bei einer wärmebedingten Ausdehnung des jeweiligen im Gehäuse
der Einzelzelle angeordneten Elektrodenstapels.
-
Die
erfindungsgemäße Batterie eignet sich aufgrund
ihrer Eigenschaften insbesondere zu einer Verwendung in einem Fahrzeug,
insbesondere einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug.
-
Dabei
zeigen:
-
1 schematisch
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit eingelegter Einzelzelle,
-
2 schematisch
eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung und der Einzelzelle,
-
3 schematisch
eine Schnittdarstellung der Vorrichtung und der eingelegten Einzelzelle.
-
Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
In 1 ist
eine Vorrichtung zum Verschweißen der Pole 6 des
Elektrodenstapels 4 einer Einzelzelle 8 mit einer
Gehäuseseitenwand 3 für eine nicht näher
dargestellte Batterie sowie eine in der Vorrichtung angeordnete
Einzelzelle 8 dargestellt.
-
Als
Schweißverfahren wird ein so genanntes Ultraschallschweißverfahren
angewandt.
-
Die
Vorrichtung umfasst zumindest einen Amboss und eine Sonotrode 2.
Der Amboss ist erfindungsgemäß als ein Gesenk 1 ausgebildet.
Dieses Gesenk 1 ist als eine Bodenplatte 1.1 mit
einem randseitig umlaufenden Rahmen 1.2 ausgebildet. Das Gesenk 1 ist
beispielsweise als ein Bauteil ausgebildet und wird beispielsweise
mittels eines Guß-, Schmiede- und/oder Pressverfahrens
vorzugsweise aus einem Metall hergestellt. Das Metall ermöglicht eine
gute Wärmeableitung nach dem Schweißvorgang und
vermindert einen Wärmeeintrag in den Elektrodenstapel 4.
-
Durch
den umlaufenden Rahmen 1.2 ist das Gesenk 1 vorzugsweise
mittig mit einer Vertiefung 7 versehen. Diese Vertiefung 7 ist
derart ausgebildet, dass eine reib-, kraft- und/oder formschlüssige
Einspannung der Einzelzelle 8 ermöglicht ist.
Dadurch wird die Gehäuseseitenwand 3 sicher gehalten
und eine Beschädigung der Oberfläche der Gehäuseseitenwand 3 wird
sicher vermieden.
-
In
einer weiteren Ausführung der Erfindung ist eine Ausbildung
des Gesenks 1 aus einem Kunststoff möglich.
-
Das
Gesenk ist beliebig oft wieder verwendbar.
-
Dazu
entsprechen eine Längenausdehnung und/oder eine Breitenausdehnung
der Vertiefung 7 des Gesenks 1 in etwa einer Längenausdehnung und/oder
einer Breitenausdehnung der Außenmaße der Einzelzelle 8.
Dadurch wird eine formschlüssige Einspannung der Einzelzelle 8 im
Gesenk 1 ermöglicht und die Einzelzelle 8 ist
während des Ultraschallschweißens sicher gehalten.
-
Das
Gesenk 1 weist eine insbesondere zu einer Außenkontur
der Einzelzelle 8 korrespondierende Form, insbesondere
eine Innenkontur der Vertiefung 7, auf. Die Tiefe der Vertiefung 7 des
Gesenks 1 entspricht in etwa der Höhe der Einzelzelle 8,
insbesondere der Höhe des Elektrodenstapels 4.
-
Für
unterschiedliche Einzelzellen mit unterschiedlichen Abmessungen
ist jeweils ein angepasstes Gesenk 1 erforderlich.
-
In
einer besonders günstigen Ausführungsform ist
der Rahmen 1.2 des Gesenks derart variabel ausgebildet,
dass die Vertiefung 7 in der Länge und/oder Breite
verstellbar ausgebildet ist. Dadurch kann ein Gesenk 1 für
eine Produktion mehrerer in Breite und/oder Länge unterschiedlicher
Einzelzellen 8 verwendet werden
-
Das
Gesenk 1 ist gegenüber der Sonotrode 2 starr
und/oder unbeweglich angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform
können das Gesenk beweglich und die Sonotrode starr zueinander
angeordnet sein.
-
Im
Ausführungsbeispiel ist die Sonotrode 2 senkrecht
von oben in Richtung X auf das Gesenk 1 zubewegbar. Je
nach Anordnung von Sonotrode 2 und Gesenk 1 können
diese auch in einer anderen geeigneten Richtung aufeinander zubewegbar
angeordnet sein.
-
Die
Sonotrode 2 ist beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet
und entlang den an einer Längsseite des Elektrodenstapels 4 befindlichen
Polen 6 durch Drehung und/oder Abrollen entlang bewegbar.
-
In
einer möglichen Ausführungsform ist die Sonotrode 2 an
ihrem zum Gesenk 1 weisenden Ende zahnradförmig
ausgebildet, wodurch bei einem Abrollen entlang der Pole 6 des
Elektrodenstapels 4 voneinander beabstandete Schweißpunkte
erzeugt werden. Der Abstand dieser Schweißpunkte ist von einem
Durchmesser der Sonotrode 2 und einer Anzahl von Zähnen 9 abhängig.
Die Sonotrode 2 sieht aus wie eine Drehwelle, an welcher
endseitig in Richtung Bearbeitungsfläche ein Zahnrad angeordnet
ist.
-
Während
des Schweißverfahrens wird die Sonotrode 2 im
Bereich der Pole 6 des Elektrodenstapels 4 senkrecht
von oben in Richtung X auf das Gesenk 1 zubewegt und dadurch
wird die Gehäuseseitenwand 3 und der darauf befindliche
Elektrodenstapel 4 verpresst.
-
Zu
einem Verschweißen der Pole 6 des Elektrodenstapels 4 mit
den Gehäuseseitenwänden 3 werden die
auf den Innenseiten der Gehäuseseitenwände 3 aufliegenden
Pole 6 und die Gehäuseseitenwände 3 zwischen
der Sonotrode 2 und dem Gesenk 1 angeordnet und
verpresst. Gleichzeitig erzeugt die Sonotrode 2 eine Schwingung
mit einer Frequenz im Ultraschallbereich, so dass die Pole 6 und
die Gehäuseseitenwände 3 unter großer
Reibung gegeneinander bewegt werden. Durch eine dabei entstehende
große Reibungshitze entsteht eine nicht näher
dargestellte Schweißnaht oder ein nicht näher
dargestellter Schweißpunkt, so dass eine stoffschlüssige
und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Polen 6 und
den Gehäuseseitenwänden 3 entsteht.
-
In 2 ist
schematisch eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung und der Einzelzelle 8 dargestellt.
-
Die
Einzelzelle 8 umfasst einen in einem Zellengehäuse
angeordneten Elektrodenstapel 4, wobei das Zellengehäuse
zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände 3,
insbesondere Flachseiten, und einen dazwischen angeordneten, randseitig
umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 5 aufweist.
Die Gehäuseseitenwände 3 sind als Flachseiten
ausgebildet, so dass die Einzelzelle 8 eine so genannte
Rahmenflachzelle ist. Die Rahmenflachzelle ist insbesondere für
eine Hochvolt-Batterie, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie,
ausgeführt.
-
Zwischen
den Gehäuseseitenwänden 3 ist der Elektrodenstapel 4 angeordnet,
welcher von dem Rahmen 5 randseitig umlaufen wird.
-
Der
Elektrodenstapel 4 ist dabei insbesondere aus nicht näher
dargestellten Elektrodenfolien gebildet, wobei in einem mittleren
Bereich des Elektrodenstapels 4 Elektrodenfolien unterschiedlicher
Polarität, insbesondere Aluminium- und/oder Kupferfolien
und/oder Folien aus einer Metalllegierung, übereinander
gestapelt und mittels eines nicht näher dargestellten Separators,
insbesondere einer Separatorfolie, elektrisch voneinander isoliert
sind.
-
In
einem über den mittleren Bereich des Elektrodenstapels 4 überstehenden
Randbereich der Elektrodenfolien sind Elektrodenfolien gleicher
Polarität elektrisch miteinander verbunden und bilden die Pole 6 des
Elektrodenstapels 4.
-
Durch
die elektrisch isolierende Ausführung des Rahmens 5 sind
die Pole 6 unterschiedlicher Polarität elektrisch,
voneinander isoliert, so dass in vorteilhafter Weise auf zusätzliche
Anordnungen zu einer elektrischen Isolation verzichtet werden kann.
-
Aus
der stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung
der Gehäuseseitenwände 3 an dem Rahmen 5 resultiert
neben der hohen Stabilität eine dichte Ausführung
des Zellengehäuses, so dass keine Fremdstoffe in dieses
eindringen können. Weiterhin ist sichergestellt, dass ein
nach der Befestigung der Gehäuseseitenwände 3 an
dem Rahmen 5 eingefülltes Elektrolyt nicht austreten
kann und ein Umfeld der aus den Einzelzellen 8 gebildeten,
nicht näher dargestellten Batterie schädigt.
-
Der
Rahmen 5 ist insbesondere aus einem thermoplastischen Material
gebildet, so dass die Gehäuseseitenwände 3 in
einem Heißpressverfahren mit dem Rahmen 5 verbunden
werden. Bei dem Heißpressverfahren werden zumindest Abschnitte des
Rahmens 5 aufgeschmolzen, wobei die Gehäuseseitenwände 3 an
den Rahmen gepresst werden, so dass eine dichte Verbindung zwischen
den Gehäuseseitenwänden 3 und dem Rahmen 5 erzeugt wird.
-
Die
Gehäuseseitenwände 3 sind vorzugsweise
aus einem elektrisch gut leitenden Metall, beispielsweise aus Kupfer
oder Aluminium, gefertigt.
-
In
einer besonders günstigen Ausführungsform sind
Gehäuseseitenwände 3 mit einer Korrossionsschutzsicht
versehen.
-
Zur
elektrisch leitfähigen Verbindung der Pole 6 mit
den Gehäuseseitenwänden 3 wird der Elektrodenstapel 4 auf
die Gehäuseseitenwand 3 aufgelegt und die überstehenden
Randbereiche der Elektrodenfolien, welche die Pole 6 bilden,
liegen übereinander gestapelt und plan auf der Innenseiten der
Gehäuseseitenwand 3 auf. Eine dabei notwendig relative
Biegung der überstehenden Randbereiche der Elektrodenfolien
zu dem mittleren Bereich des Elektrodenstapels 4 wird durch
die Flexibilität der verwendeten Elektrodenfolien erreicht.
-
Zu
einem Verschweißen der Pole 6 des Elektrodenstapels 4 mit
den Gehäuseseitenwänden 3 werden die
auf den Innenseiten der Gehäuseseitenwände 3 aufliegenden
Pole 6 und die Gehäuseseitenwände 3 zwischen
der Sonotrode 2 und dem Gesenk 1 angeordnet und
verpresst. Gleichzeitig erzeugt die Sonotrode 2 eine Schwingung
mit einer Frequenz im Ultraschallbereich, so dass die Pole 6 und
die Gehäuseseitenwände 3 unter großer
Reibung gegeneinander bewegt werden. Durch eine dabei entstehende
große Reibungshitze entsteht eine nicht näher
dargestellte Schweißnaht oder ein nicht näher
dargestellter Schweißpunkt, so dass eine stoffschlüssige
und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Polen 6 und
den Gehäuseseitenwänden 3 entsteht.
-
Dadurch
sind die Pole 6 des Elektrodenstapels 4 jeweils
elektrisch mit einer Gehäuseseitenwand 3 verbunden,
so dass die Gehäuseseitenwände 3 die
Pole 6 der Einzelzelle 8 bilden.
-
Eine
flächige elektrisch leitfähige Verbindung der
Gehäuseseitenwände 3 mit den Polen 6 wird
insbesondere durch mehrere in Reihe und/oder parallel angeordnete
Schweißnähte und/oder Schweißpunkte erzielt.
-
In 3 ist
schematisch eine Schnittdarstellung der Vorrichtung und der eingelegten
Einzelzelle abgebildet.
-
Das
Gesenk 1 weist die Vertiefung 7 auf, in welche
die Einzelzelle 8 formschlüssig eingespannt ist.
-
Dazu
entsprechen eine Längenausdehnung und/oder eine Breitenausdehnung
der Vertiefung 7 des Gesenks 1 in etwa einer Längenausdehnung und/oder
einer Breitenausdehnung der Außenmaße der Einzelzelle 8.
Dadurch wird eine formschlüssige Einspannung der Einzelzelle 8 im
Gesenk 1 ermöglicht und die Einzelzelle 8 ist
während des Ultraschallschweißens sicher gehalten.
-
Die
Einzelzelle 8 umfasst einen in einem Zellengehäuse
angeordneten Elektrodenstapel 4, wobei das Zellengehäuse
zwei elektrisch leitende Gehäuseseitenwände 3,
insbesondere Flachseiten, und einen dazwischen angeordneten, randseitig
umlaufenden sowie elektrisch isolierenden Rahmen 5 aufweist.
Die Gehäuseseitenwände 3 sind als Flachseiten
ausgebildet, so dass die Einzelzelle 8 eine so genannte
Rahmenflachzelle ist. Die Rahmenflachzelle ist insbesondere für
eine Hochvolt-Batterie, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie,
ausgeführt.
-
Zu
einem Verschweißen der Pole 6 des Elektrodenstapels 4 mit
den Gehäuseseitenwänden 3 werden die
auf den Innenseiten der Gehäuseseitenwände 3 aufliegenden
Pole 6 und die Gehäuseseitenwände 3 zwischen
der Sonotrode 2 und dem Gesenk 1 angeordnet und
verpresst. Dazu wird die Sonotrode 2 im Bereich der Pole 6 des
Elektrodenstapels 4 senkrecht von oben in Richtung X auf
das Gesenk 1 zubewegt und dadurch wird die Gehäuseseitenwand 3 und
der darauf befindliche Elektrodenstapel 4 verpresst. Gleichzeitig
erzeugt die Sonotrode 2 eine Schwingung mit einer Frequenz
im Ultraschallbereich, so dass die Pole 6 und die Gehäuseseitenwände 3 unter
großer Reibung gegeneinander bewegt werden. Durch eine
dabei entstehende große Reibungshitze entsteht eine nicht
näher dargestellte Schweißnaht oder ein nicht
näher dargestellter Schweißpunkt, so dass eine
stoffschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung
zwischen den Polen 6 und den Gehäuseseitenwänden 3 entsteht.
-
Zur
Herstellung der nicht näher dargestellten Batterie werden
mehrere der Einzelzellen 8 vorzugsweise elektrisch seriell
miteinander verschaltet und in einem nicht näher dargestellten
Batteriegehäuse angeordnet oder mittels weiterer Elemente,
beispielsweise Spannbändern, verbunden. Zusätzlich
kann eine Wärmeleitplatte zur Abführung einer
Verlustwärme der Einzelzellen 8 vorgesehen sein,
welche in wärmeleitendem Kontakt mit den Einzelzellen 8 steht.
Die entstehende Verlustwärme aus dem Inneren der Einzelzellen 8 wird über
die elektrische Verbindung der Pole 6 des Elektrodenstapels 4 mit
den Gehäuseseitenwänden 3 aus der Einzelzelle 8 geleitet.
Um eine Vergrößerung der Wärmeabgabe
der Einzelzellen 8 an die Wärmeleitplatte zu erzielen, weist
zumindest eine der Gehäuseseitenwände 3 in vorteilhafter,
nicht näher dargestellter Weise ein zumindest abschnittsweise über
die Länge der jeweiligen Einzelzelle 8 hinausgehendes,
insbesondere der Wärmeleitplatte zugewandtes, Seitenwandelement auf,
das gegenüber der Gehäuseseitenwand 3 in Richtung
zum Zelleninneren abgewinkelt ist.
-
Beim
einem Aufeinanderstapeln und/oder einem Aneinanderpressen der Einzelzellen 8,
um eine elektrische Kontaktierung herzustellen, liegen diese mit
ihren Gehäuseseitenwänden 3 großflächig
aneinander an, wobei jeweils zwei miteinander kontaktierte Gehäuseseitenwände 3 eine
unterschiedliche Polarität aufweisen. Dadurch erhöht
sich eine Kontaktsicherheit, insbesondere bei in Reihe verschalteten Rahmenflachzellen
durch eine Erhöhung einer Flächenpressung bei
einer wärmebedingten Ausdehnung des jeweiligen im Gehäuse
der Einzelzelle 8 angeordneten Elektrodenstapels 4.
-
Die
Batterie ist vorzugsweise eine Fahrzeugbatterie, welche insbesondere
in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb oder in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug
einsetzbar ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gesenk
- 1.1
- Bodenplatte
- 1.2
- Rahmen
- 2
- Sonotrode
- 3
- Gehäuseseitenwand
- 4
- Elektrodenstapel
- 5
- Rahmen
- 6
- Pol
- 7
- Vertiefung
- 8
- Einzelzelle
- 9
- Zahn
- X
- Pressrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
