DE102010031457A1

DE102010031457A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, Batterie, Batteriesystem und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010031457A1
Application number: DE102010031457A
Authority: DE
Inventors: Ralf Angerbauer; Holger Fink; Conrad Bubeck; Andreas Ruehle
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils wenigstens ein aus einem Batteriezellenkörper (1) herausragendes Terminal (31, 41) aufweisen, wobei ein Terminal (31) einer ersten Batteriezelle (30) unter Einsatz wenigstens einer Fügekraft (8) mit einem verbindenden Element (60) verbunden wird, welches die elektrisch leitfähige Verbindung zum Terminal (41) einer zweiten Batteriezelle (40) herstellt. Die Fügekraft (8) wird mittels eines Werkzeuges (4) auf das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) aufgebracht, wobei gleichzeitig eine der Fügekraft (8) entgegengesetzte Kraft (9) auf dieses Terminal (31) aufgebracht wird, so dass sich das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) beim Fügevorgang im Wesentlichen in einem Kräftegleichgewicht befindet. Außerdem betrifft die Erfindung eine Batterie oder ein Batteriesystem, welche beziehungsweise welches mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist, und ein Kraftfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils wenigstens ein aus einem jeweiligen Batteriezellenkörper herausragendes Terminal aufweisen, wobei ein Terminal einer ersten Batteriezelle unter Einsatz wenigstens einer Fügekraft mit einem verbindenden Element verbunden wird, welches die elektrisch leitfähige Verbindung zum Terminal einer zweiten Batteriezelle herstellt.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder ein Batteriesystem, welche beziehungsweise welches mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist und eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, die jeweils wenigstens ein aus einem jeweiligen Batteriezellenkörper herausragendes Terminal aufweisen. Außerdem ist von der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie oder einem Batteriesystem umfasst.
Stand der Technik
Eine Batterie, die eine oder mehrere galvanische Batteriezellen umfasst, dient als elektrochemischer Energiespeicher und Energiewandler. Bei der Entladung der Batterie beziehungsweise der jeweiligen Batteriezelle wird in der Batterie gespeicherte chemische Energie durch elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann je nach Bedarf von einem Nutzer angefordert werden.
Insbesondere in Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden in so genannten battery packs Lithium-Ionen-Batterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien eingesetzt, die aus einer großen Anzahl in Serie geschalteter elektrochemischer Zellen bestehen. Üblicherweise dient dabei ein Batteriemanagementsystem inklusive einer Batteriezustandserkennung zur Sicherheitsüberwachung und zur Gewährleistung einer möglichst hohen Lebensdauer.
Einzelne Batteriezellen werden dabei mittels Verbindern zu einer Batterie geschaltet, die wiederum durch die Anordnung von weiteren Verbindern zu so genannten Batterie-Packs geschaltet werden.
Es hat sich dabei weitgehend durchgesetzt, dass die Batteriezellen und Verbinder durch Schraubverbindungen miteinander verbunden werden. Die Katode beziehungsweise der Pluspol der Batteriezelle ist dabei aus Aluminium und die Anode beziehungsweise der Minuspol aus Kupfer. Zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Batteriezellen wird ein Zellverbinder eingesetzt, der auf ein Außengewinde am Terminal aufgesetzt wird und mittels einer Mutter festgezogen wird. Zur Herstellung einer dauerhaften Schraubverbindung ist ein relativ hohes Drehmoment aufzubringen. Auf Grund der dadurch erzeugten Kraft in Richtung der Drehachse wird eine Oberfläche des Zellverbinders auf eine Oberfläche des jeweiligen Terminals und/oder der Batteriezelle gepresst. Herkömmliche Zellverbinder sowie Terminals weisen eine gewisse Rauigkeit auf, die trotz relativ hoher Anpresskraft für einen Übergangswiderstand zwischen dem Zellverbinder und dem jeweiligen Terminal verantwortlich ist. Weiterhin werden relativ viele einzelne Bauteile verwendet mit einem dementsprechend erhöhten Montageaufwand. Auf Grund des relativ hohen Drehmomentes und/oder auf Grund der relativ großen Kraft kann sich der Zellverbinder und/oder der Batteriepol möglicherweise verdrehen und somit die Zelle beziehungsweise deren Elektroden beschädigen. Daneben kann es zu Undichtigkeiten auf Grund einer Verlagerung des Batteriepols relativ zum Batteriegehäuse kommen.
Eine alternative Art der Zellverbindung liegt in der Herstellung eines Materialschlusses zwischen dem Zellverbinder und dem jeweiligen Terminal, wie zum Beispiel durch Schweißen oder Löten. Die üblicherweise verwendeten unterschiedlichen Werkstoffe der einzelnen Terminals, nämlich Aluminium und Kupfer-Werkstoffe, weisen sehr unterschiedliche Schmelzpunkte auf, was zu einem technologischen Mehraufwand führt.
Weitere alternative Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel die Herstellung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung (z. B. Nieten) sind ebenfalls mit sehr hohen Kräften verbunden, die gegebenenfalls zu einer Verlagerung des Batteriepols oder des Verbinders und/oder zu einer Beschädigung der Batteriezelle führen könnten.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils wenigstens ein aus einem Batteriezellenkörper herausragendes Terminal aufweisen, zur Verfügung gestellt, wobei ein Terminal einer ersten Batteriezelle unter Einsatz wenigstens einer Fügekraft mit einem verbindenden Element verbunden wird, welches die elektrisch leitfähige Verbindung zum Terminal einer zweiten Batteriezelle herstellt. Die Fügekraft wird dabei mittels eines Werkzeuges auf das Terminal der ersten Batteriezelle aufgebracht, wobei gleichzeitig eine der Fügekraft entgegengesetzte Kraft auf dieses Terminal aufgebracht wird, so dass sich das Terminal der ersten Batteriezelle beim Fügevorgang im Wesentlichen in einem Kräftegleichgewicht befindet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich das Terminal beim Fügevorgang tatsächlich in einem Kräftegleichgewicht befindet. Die Batteriezellen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verbindbar sind, sind insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezellen. Ein Terminal im Sinne der Erfindung umfasst einen Batteriepol, der mit einer Elektrode der Batterie elektrisch leitfähig verbunden ist. Statt einer Kraft kann auch ein Drehmoment zur Herstellung der Fügeverbindung verwendet werden, wobei gleichzeitig ein Gegen-Moment aufgebracht wird und das Terminal sich demzufolge im Momenten-Gleichgewicht befindet. Das heißt, dass im Sinne der Erfindung ein Drehmoment synonym zur Kraft verwendet werden kann.
Vorzugsweise wird die entgegengesetzte Kraft ebenfalls von dem Werkzeug aufgebracht, welches zur Erstellung und Einleitung der Fügekraft dient, und ist zur Erzeugung des Kräftegleichgewichts so groß wie die Fügekraft.
Das Werkzeug zur Herstellung der Fügeverbindung kann dabei mehrere Komponenten aufweisen, die gegebenenfalls nicht mechanisch miteinander verbunden sind.
Vorteile der Erfindung
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Fügekraft nicht alleine vom Terminal aufgenommen werden muss, sondern durch die entgegengesetzte Kraft am Terminal aufgehoben wird. Dadurch ist keine Verformung und/oder Einbringung von Spannungen in das Terminal und somit auch keine Störung der Verbindung zwischen dem Terminal und der Elektrode der Batteriezelle und auch keine Verschiebung oder Verdrehung des Terminals zu befürchten, welche zu Undichtigkeiten zwischen dem Batteriezellen-Körper und dem Terminal führen könnte. Das heißt, dass zumindest außerhalb des unmittelbaren Bereiches der Beaufschlagung mit der Fügekraft und der entgegengesetzten Kraft die Zelle und das Terminal durch das erfindungsgemäße Verfahren weniger stark mechanisch beansprucht werden als bei herkömmlichen Verbindungsverfahren. Das Verbindungsverfahren lässt sich im kalten Zustand durchführen, so dass unterschiedliche Schmelztemperaturen von Materialien keine Rolle spielen. Es lassen sich dabei Verbindungsverfahren einsetzen, die sehr große Fügekräfte auf das Terminal bewirken. Dadurch, dass die jeweilige Fügekraft durch die entgegengesetzte Kraft wieder aufgehoben wird, folgt keine unnötige Beanspruchung des Terminals. Somit lässt sich insgesamt eine Vielzahl von Verbindungstechniken nutzen, die gegebenenfalls auch mit sehr großen Fügekräften funktionieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen das Terminal der ersten Batteriezelle und das verbindende Element als die beiden Fügepartner jeweils eine im Wesentlichen ebene Oberfläche auf, welche aneinander angelegt werden. Die Fügekraft wird in das verbindende Element eingeleitet und die entgegengesetzte Kraft wird in das Terminal auf der der ebenen Oberfläche gegenüberliegenden Seite eingeleitet, so dass die beiden Oberflächen der Fügepartner aneinander gedrückt werden. Durch die Einleitung der Fügekraft in das verbindende Element wird die Fügekraft auch auf das Terminal aufgebracht, jedoch nur indirekt über das verbindende Element.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Terminal der ersten Batteriezelle und das verbindende Element als die beiden Fügepartner jeweils eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisen, welche aneinander angelegt werden, wobei die Fügekraft in das Terminal eingeleitet wird und die entgegengesetzte Kraft in das verbindende Element auf der der ebenen Oberfläche gegenüberliegenden Seite eingeleitet wird, so dass die beiden Oberflächen der Fügepartner aneinander gedrückt werden.
Je nach Härte, Festigkeit, Verformbarkeit, Dicke und Oberflächenbeschaffenheit der Fügepartner kann die Fügekraft in einen der Fügepartner direkt eingeleitet werden und die entgegengesetzte Kraft auf der der Fügekraft entgegengesetzten Seite auf den jeweils anderen Fügepartner gerichtet werden.
Vorteilhafterweise ist das verbindende Element ein Zellverbinder, der mit dem Terminal der zweiten Batteriezelle verbunden wird. Dabei erfolgt die Verbindung des Zellverbinders mit dem Terminal der zweiten Batteriezelle ebenfalls mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausgestaltungen. Der Zellverbinder ist vorteilhafterweise aus Kupfer beziehungsweise einer Kupferlegierung hergestellt, um den Vorteil der relativ guten Leiteigenschaften auszunutzen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt in einer einfach handhabbaren Montage und in einer hohen Flexibilität hinsichtlich der Ausrichtung des Zellverbinders und der Positionierung der Batteriezelle. Alternativ ist vorgesehen, dass das verbindende Element das Terminal der zweiten Batteriezelle ist, welches derart geformt oder formbar ist, dass es in einer Position und Lage des bestimmungsgemäßen Gebrauchs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Terminal der ersten Batteriezelle verbindbar ist.
Vorteilhafterweise wird die elektrisch leitfähige Verbindung des Terminals der ersten Batteriezelle mit dem verbindenden Element mittels Durchsetzfügens hergestellt. Das heißt, dass die Verbindung durch Clinchen oder Toxen hergestellt wird. Alternativ können auch Verbindungsverfahren wie Schrauben oder Schweißen beziehungsweise Löten angewendet werden, wobei bei den Wärme einbringenden Prozessen die Fügekraft und die entgegengesetzte Kraft hauptsächlich zur Positionierung der Fügepartner dienen. Auch ein Punktschweißverfahren ist einsetzbar, wobei die beiden Punktschweißelektroden die Fügekraft und die entgegengesetzte Kraft aufbringen.
Beim bevorzugten Durchsetzfügen beziehungsweise Toxen drückt ein flacher, runder Dorn die zu verbindenden Materialstreifen in eine Matrize mit einer ringförmigen Vertiefung. Dabei werden die beiden Fügepartner umgeformt und verhaken sich ineinander. Alternativ lassen sich auch Durchsetzfüge-Verfahren verwenden, bei denen die gegenüberliegende Seite flach bleibt oder ein Niet mit eingeführt wird.
Der Vorteil des Durchsetzfügens liegt insbesondere darin, dass die Fügekraft zum Beispiel in den Zellverbinder eingeleitet wird, der mit einer ebenen Oberfläche an einer ebenen Oberfläche des Terminals anliegt. Die entgegengesetzte Kraft wird auf das Terminal gerichtet, vorzugsweise genau gegenüber der Stelle der Einleitung der Fügekraft. Dies lässt sich in einfacher Weise mit einem Durchsetzfüge-Werkzeug realisieren. Es erfolgt die Verformung des Zellverbinders sowie des Terminals, wobei sich ein Hinterschnitt im Material des Terminals ausbildet, in den das Material des Zellverbinders fließt. Durch die Relativbewegung der Fügepartner zueinander kommt es im Verbindungsbereich zu Anpassungen etwaiger Unebenheiten der Oberflächen der Fügepartner im Mikrobereich. Es kommt dabei zu einer regelrechten Verhakung und/oder Verzahnung von Oberflächenelementen. Dadurch wird im Verbindungsbereich mehr tatsächliche Kontaktfläche geschaffen als bei herkömmlichen Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel beim Schrauben. Dadurch lässt sich eine bessere Leitfähigkeit der Verbindung erzielen. Außerdem wird durch die Ausbildung von Hinterschneidungen eine form- und kraftschlüssige Verbindung geschaffen, die eine hohe Festigkeit aufweist. Zudem sind in einfacher Weise unterschiedliche Materialien wie Kupfer und Aluminium beziehungsweise deren Legierungen miteinander verbindbar, ohne einen aufwendigen Schweißprozess mit dem damit verbundenen Nachteil der Wärmeeinbringung in Kauf nehmen zu müssen. Insgesamt lässt sich somit das erfindungsgemäße Verfahren mittels Durchsetzfügen einfach und kostengünstig realisieren, so dass der Montageaufwand insgesamt minimiert wird.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie zur Verfügung gestellt, oder ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt, welche beziehungsweise welches mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbindbar ist und eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, die jeweils wenigstens ein aus einem jeweiligen Batteriezellenkörper herausragendes Terminal aufweisen. Die Terminals sind dabei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung verbunden. Das heißt, dass ein Terminal einer ersten Batteriezelle unter Einsatz wenigstens einer Fügekraft mit einem verbindenden Element verbunden ist, welches die elektrisch leitfähige Verbindung zum Terminal einer zweiten Batteriezelle herstellt, wobei die Fügekraft mittels eines Werkzeuges auf das Terminal der ersten Batteriezelle aufgebracht wurde und gleichzeitig eine der Fügekraft entgegengesetzte Kraft auf dieses Terminal aufgebracht wurde, so dass sich das Terminal der ersten Batteriezelle beim Fügevorgang im Wesentlichen in einem Kräftegleichgewicht befand. Dadurch liegt das Terminal der ersten Batteriezelle nicht in einem verformten und/oder vorgespannten Zustand vor, beziehungsweise es fand keine Verschiebung oder Verdrehung des Terminals im Batteriezellenkörper statt, so dass sämtliche Dichtungsfunktionen des Batteriezellenkörpers gegenüber dem Terminal unvermindert aufrechterhalten wurden. Es können dabei Batteriezellen einer Batterie untereinander verbunden sein und/oder mehrere Batterien untereinander, um ein Batteriesystem herzustellen.
Vorteilhafterweise ist die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Zellverbinder und dem jeweiligen Terminal mittels wenigstens einer Durchsetzfüge-Verbindung realisiert. Dadurch wird eine bessere Leitfähigkeit der Verbindung gewährleistet sowie geringe Spalte, so dass einer Spaltkorrosion vorgebeugt wird. Außerdem wird eine höhere Festigkeit der Verbindung mit einer höheren Lebensdauer und einem geringeren elektrischen Widerstand erreicht.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie oder des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist eine ebene Oberfläche des Terminals, welche zur Herstellung der Verbindung dient, im Wesentlichen planparallel zu einer Oberfläche des ersten Batteriezellenkörpers angeordnet, aus der das Terminal herausragt. Vorzugsweise sind beide Terminals, also das Terminal der ersten Batteriezelle und das Terminal der zweiten Batteriezelle, derart geformt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt in der leichteren Montage, da keine Schwenkbewegung des Fügewerkzeuges notwendig ist. Der Zellverbinder kann in einfacher Weise im Wesentlichen als ein Materialstreifen geformt sein.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die zur Verbindung dienende Oberfläche des Terminals der ersten Batteriezelle im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Batteriezellenkörpers angeordnet, aus dem das Terminal herausragt. Auch bei dieser Ausgestaltung sind vorzugsweise beide Terminals – also das Terminal der ersten Batteriezelle und das Terminal der zweiten Batteriezelle – derart geformt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt in der leichteren Montage, da auch hier keine Schwenkbewegung des Fügewerkzeuges notwendig ist. Außerdem ist eine derartige Ausgestaltung kostengünstig, da das Terminal eine einfach zu realisierende Form aufweist. Dabei kann die ebene Oberfläche parallel oder quer zu einer langen Seite des Batteriezellenkörpers ausgerichtet sein. Bei einer Anordnung längs der langen Seite des Batteriezellenkörpers kann ein Zellverbinder im Wesentlichen U-förmig ausgestaltet sein, wobei jeweils ein Schenkel sich von außen an ein Terminal von nebeneinander angeordneten Batteriezellen anlegt, so dass die Fügekraft von außen auf den jeweiligen Schenkel des U-förmigen Profils nach innen gerichtet werden kann und die entgegengesetzte Kraft jeweils vom Innenraum des U-Profils nach außen gerichtet werden kann, oder umgekehrt.
Von der Erfindung ist außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einem erfindungsgemäßen Batteriesystem umfasst, wobei die Batterie oder das Batteriesystem mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Durchsetzfüge-Vorganges in Ansicht von der Seite,
2 mit dem Zellverbinder verbundene Batteriezellen in Ansicht von der Seite,
3 gemäß einer ersten Variante verbundene Batteriezellen in perspektivischer Darstellung,
4 die in 3 dargestellten Batteriezellen in Ansicht von oben,
5 die in 3 dargestellten Batteriezellen in Ansicht von der Seite,
6 gemäß einer zweiten Variante verbundene Batteriezellen in perspektivischer Darstellung,
7 die in 6 dargestellten Batteriezellen in Ansicht von oben,
8 gemäß einer dritten Variante verbundene Batteriezellen in perspektivischer Darstellung, und
9 die in 8 dargestellten Batteriezellen in Ansicht von oben.
In 1 ist ein Durchsetzfüge-Vorgang ersichtlich, bei dem ein erster Fügepartner 10 und ein zweiter Fügepartner 20 flächig aufeinander gelegt einem Werkzeug 4, umfassend einen Stempel 5 und eine Matrize 6, zugeführt werden. Durch den Stempel 5 wird eine Fügekraft 8 auf den ersten Fügepartner 10 und somit auch auf den zweiten Fügepartner 20 aufgebracht. Im rechten Teil der 1 ist dargestellt, wie der Stempel 5 aufgrund der Fügekraft 8 die Fügepartner 10, 20 verformt. Eine Verlagerung der Fügepartner 10, 20 wird jedoch durch die Matrize 6 verhindert, die eine entgegengesetzte Kraft 9 auf die Fügepartner 10, 20 aufbringt. Dadurch wird im zweiten Fügepartner 20 eine Hinterschneidung 7 ausgebildet, die vom Material des ersten Fügepartners 10 ausgefüllt wird, so dass es zu einer form- und meistens auch kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Fügepartnern 10, 20 kommt. Ein derartiges Durchsetzfüge-Verfahren ist einfach und in schneller Weise an Fügepartnern mit relativ geringer Dicke realisierbar und eignet sich somit zur Verbindung von Zellverbindern und Terminals.
Eine derartige Verbindung von Terminals mittels eines Zellverbinders ist in 2 dargestellt. Eine erste Batteriezelle 30 weist ein Terminal 31 auf und eine zweite Batteriezelle 40 weist ein Terminal 41 auf. Zwischen den beiden Terminals 31 und 41 ist ein Zellverbinder 60 angeordnet. Dieser Zellverbinder 60 ist mit jeweils einer Durchsetzfüge-Verbindung 80 mit dem Terminal der ersten Batteriezelle 31 sowie mit dem Terminal der zweiten Batteriezelle 41 elektrisch leitfähig verbunden.
Die Formen der Terminals können dabei vielfältig sein, wie insbesondere den 3 bis 9 entnehmbar ist.
In 3 sind Terminals 31, 41 dargestellt, deren ebene Oberflächen 50 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Batteriezellenkörpers 3 angeordnet sind, aus der sie herausragen. Der Zellverbinder 60 ist im Wesentlichen als flacher Materialstreifen ausgebildet, der auf den ebenen Oberflächen 50 der Terminals 31, 41 aufliegt. Ein Werkzeug zur Erzeugung einer Durchsetzfüge-Verbindung des Zellverbinders 60 mit den Terminals 31, 41 kann, wie in 4 dargestellt, auf die Oberseite des Zellverbinders 60 aufgesetzt werden.
Wie in 5 dargestellt, lässt sich durch das Werkzeug beziehungsweise durch dessen Stempel 5 von oben eine Fügekraft 8 auf den Zellverbinder 60 aufbringen. Von unten wird eine entgegengesetzte Kraft 9 in die Unterseite des Terminals 31 aufgebracht, so dass beim Fügevorgang das Terminal sowie auch der Zellverbinder im Wesentlichen in einem Kräftegleichgewicht sind. Zwar werden dabei der Zellverbinder 60 sowie auch das Terminal 31 bleibend verformt, jedoch werden keine Kräfte beziehungsweise Momente derart in das Terminal 31 beziehungsweise den Zellverbinder 60 eingeleitet, dass diese sich verschieben oder verdrehen oder Vorspannungen außerhalb der unmittelbaren Durchsetzfüge-Verbindungsstelle aufweisen.
Der Abstand x zwischen der Unterseite der Terminals 31 beziehungsweise 41 zur Oberfläche des Batteriezellenkörpers 3 ist dabei möglichst gering zu halten, wobei jedoch ausreichend Platz vorhanden sein sollte, um die Matrize 6 des Werkzeuges 5 anordnen zu können.
In 6 ist eine alternative Anordnung des Zellverbinders 60 sowie eine alternative Form der Terminals 31 beziehungsweise 41 dargestellt, wobei die Terminals 31 beziehungsweise 41 quer zur langen Seite des Batteriezellenkörpers 2 verlaufen. Wie dargestellt, kann in dieser Ausgestaltung der Zellverbinder 60 ebenfalls als ein flacher Materialstreifen ausgebildet sein, wobei, wie in 7 gezeigt, das Werkzeug 4 derart angesetzt wird, dass die Fügekraft 8 beziehungsweise die entgegengesetzte Kraft 9 parallel zur langen Seite des Batteriezellenkörpers verlaufen.
In 8 ist die dritte Variante der Verbindung der Terminals 31 und 41 gezeigt, wobei ein im Wesentlichen U-förmiger Zellverbinder 60 verwendet wird und jeweils ein Schenkel 61 auf der Außenseite des Terminals 31 beziehungsweise des Terminals 41 angeordnet wird.
Wie in 9 dargestellt, kann das Werkzeug 4 derart betätigt werden, dass zum Beispiel der Stempel 5 die Fügekraft 8 von außen auf den Schenkel 61 am ersten Terminal 31 richtet und die entgegengesetzte Kraft 9 aus dem Innenbereich des U-förmigen Profils gegen das Terminal 31 gerichtet wird und der beschriebene Durchsetzfüge-Vorgang realisiert wird.
Die Ausführungsform der 6 beziehungsweise 7 sind dabei bevorzugte Varianten, da die Geometrie des Zellverbinders am einfachsten herstellbar ist und gleichzeitig die Zellverbinder am kürzesten und damit materialsparendsten ausgeführt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils wenigstens ein aus einem Batteriezellenkörper (1) herausragendes Terminal (31, 41) aufweisen, wobei ein Terminal (31) einer ersten Batteriezelle (30) unter Einsatz wenigstens einer Fügekraft (8) mit einem verbindenden Element (60) verbunden wird, welches die elektrisch leitfähige Verbindung zum Terminal (41) einer zweiten Batteriezelle (40) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekraft (8) mittels eines Werkzeuges (4) auf das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) aufgebracht wird, wobei gleichzeitig eine der Fügekraft (8) entgegengesetzte Kraft (9) auf dieses Terminal (31) aufgebracht wird, so dass sich das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) beim Fügevorgang im Wesentlichen in einem Kräftegleichgewicht befindet.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung nach Anspruch 1, bei dem das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) und das verbindende Element (60) als zwei Fügepartner (10, 20) jeweils eine im Wesentlichen ebene Oberfläche (50) aufweisen, wobei die Fügekraft (8) in das verbindende Element (60) eingeleitet wird und die entgegengesetzte Kraft (9) in das Terminal (31) auf der der ebenen Oberfläche (50) gegenüberliegenden Seite eingeleitet wird, so dass die beiden Oberflächen (50) der Fügepartner (10, 20) aneinander gedrückt werden.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung nach Anspruch 1, bei dem das Terminal (31) der ersten Batteriezelle (30) und das verbindende Element (60) als zwei Fügepartner (10, 20) jeweils eine im Wesentlichen ebene Oberfläche (50) aufweisen, wobei die Fügekraft (8) in das Terminal (31) eingeleitet wird und die entgegengesetzte Kraft (9) in das verbindende Element (60) auf der der ebenen Oberfläche (50) gegenüberliegenden Seite eingeleitet wird, so dass die beiden Oberflächen (50) der Fügepartner (10, 20) aneinander gedrückt werden.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das verbindende Element (60) ein Zellverbinder ist, der mit dem Terminal (41) der zweiten Batteriezelle (40) verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrisch leitfähige Verbindung des Terminals (31) der ersten Batteriezelle (30) mit dem verbindenden Element (60) mittels Durchsetzfügen hergestellt wird.
Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie, oder Batteriesystem, welche beziehungsweise welches mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist, umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, die jeweils wenigstens ein aus einem jeweiligen Batteriezellenkörper (1) herausragendes Terminal (31, 41) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Terminals (31, 41) mittels des Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden sind.
Batterie oder Batteriesystem nach Anspruch 6, wobei das Terminal (31) einer ersten Batteriezelle (30) mittels eines Zellverbinders (60) mit dem Terminal (41) einer zweiten Batteriezelle (40) verbunden ist, wobei die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Zellverbinder (60) und dem jeweiligen Terminal (31, 41) mittels wenigstens einer Durchsetzfüge-Verbindung (80) realisiert ist.
Batterie oder Batteriesystem nach wenigstens einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die ebene Oberfläche (50) des Terminals (31) der ersten Batteriezelle (30) im Wesentlichen planparallel zu einer Oberfläche des Batteriezellenkörpers (3) angeordnet ist, aus der das Terminal (31) herausragt.
Batterie oder Batteriesystem nach wenigstens einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die ebene Oberfläche (50) des Terminals (31) der ersten Batteriezelle (30) im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Batteriezellenkörpers (3) angeordnet ist, aus der das Terminal (31) herausragt.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie oder einem Batteriesystem nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Batterie oder das Batteriesystem mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.