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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gehäusedeckel für einen elektrochemischen Energiespeicher mit einem becherförmigen Gehäuse, insbesondere für eine nach galvanischen Prinzipien arbeitende Einrichtung, wie insbesondere eine Batterie bzw. ein Akkumulator, insbesondere eine Lithiumionenbatterie, insbesondere für Fahrzeuganwendungen.
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Hochvolt-Batterien für Fahrzeuganwendungen bestehen aus einer Mehrzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen. Bekannt sind sogenannte Hardcase-Zellen, die ein metallisches Gehäuse besitzen, durch welches die Zellpole elektrisch isoliert herausgeführt sind. Die Zellpole mit außen liegenden Terminals sind mit den Anoden und Kathoden im Zellinneren verbunden und ermöglichen so die Stromzufuhr bei Laden und die Stromabfuhr beim Entladen.
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Die
US 2005/0118501 A1 zeigt (
2) einen derartigen elektrochemischen Energiespeicher mit einem becherförmigen Gehäuse (
2) und mit Zellpolen (
7,
8), die am Deckel bzw. am Boden des becherförmigen Gehäuses nach außen geführt sind. Diese Zellpole sind (
3) elektrisch über Ableiterfahnen (
4a,
5a) mit den Elektroden-Platten (
4) und (
5) im Inneren des Gehäuses verbunden.
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Ebenfalls bekannt sind Zellen, bei denen ein Pol direkt auf dem Zellgehäuse liegt (sog. „polare Zelle”). Hier muss nur noch ein Pol isoliert durch die Gehäusewandung hindurch geführt werden. Die
DE 2 235 299 zeigt (
1) eine derartige Zelle.
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Die
WO 2008/086417 A1 zeigt (
7) eine polare Zelle, bei der die Ableiterfähnchen eines Pols direkt auf die Innenseite des Zellgehäuses geschweißt sind, wodurch das Gehäuse auch als Kollektor wirkt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine technische Lehre zur möglichst kostengünstigen Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Erzeugnis bzw. durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Unteransprüche sollen vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung unter Schutz stellen.
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Erfindungsgemäß ist ein Gehäusedeckel für einen elektrochemischen Energiespeicher mit einem becherförmigen Gehäuse vorgesehen, der wenigstens einen ersten Zellkontakt aufweist, welcher derart geformt ist, dass ein planares Teilstück dieses ersten Zellkontaktes, wenn der Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einem becherförmigen Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers ein mit wenigstens einem Gehäusedeckel verschließbares, vorzugsweise mit einer von wenigstens einem in einer Ebene liegenden Rand begrenzten Wandung versehenen Gehäuse verstanden werden, das auf der dem Gehäusedeckel gegenüberliegenden („unteren”) Seite geschlossen oder von wenigstens einem Gehäuseboden verschließbar ausgestaltet sein kann. Ein derartiger Gehäuseboden ist vorzugsweise wie ein Gehäusedeckel ausgestaltet. Die begriffliche Unterscheidung zwischen den Ausdrücken Boden und Deckel folgt hier der umgangsprachlichen Übung also auch in den Fällen, in denen kein funktioneller Unterschied zwischen Boden und Deckel besteht, der eine begriffliche Unterscheidung erfordern oder rechtfertigen würde. Wenn in diesem Zusammenhang der sprachlichen Einfachheit wegen nur von einem Gehäusedeckel oder nur von einem Gehäuseboden gesprochen wird, soll stets auch der Gehäuseboden bzw. der Gehäusedeckel oder beides gemeint sein.
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Ein Gehäusedeckel oder Gehäuseboden kann ein becherförmiges Gehäuse verschließen, wenn der Rand des Gehäusedeckels oder des Gehäusebodens mit einem Rand des becherförmigen Gehäuses wenigstens stellenweise formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden werden kann. Vorzugsweise dichtet diese Verbindung das Gehäuse gegen einen Stoffaustausch mit der Umgebung des Gehäuses ab. Vorzugsweise sind diese Gehäuse prismatisch, besonders vorzugsweise rechteckig oder quaderförmig oder abgerundet prismatisch geformt. Andere bevorzugte Ausführungsformen, sogenannte Rundzellen, weisen runde Querschnitte auf.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einem Gehäusedeckel eines solchen becherförmigen Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers ein Erzeugnis verstanden werden, das so ausgestaltet ist, dass es ein becherförmiges Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers im oben genannten Sinne verschließen kann. Vorzugsweise sind solche Erzeugnisse als reliefartig geformte Wandungen ausgestaltet, die von einem vorzugsweise ebenen Rand begrenzt werden. Besonders vorzugsweise handelt es sich um durch ein Umformverfahren, besonders vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformte flächige Bauteile, vorzugsweise Bleche, besonders bevorzugt mit wenigstens einem Durchbruch oder einer Ausnehmung zur Durchführung wenigstens eines gegenüber dem Gehäusedeckel elektrisch isolierten Zellkontaktes.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einem Zellkontakt ein elektrischer Anschluss der Zelle an ihre elektrische Umgebung verstanden werden, also an elektrische Leiter von Stromverbrauchern oder von Stromquellen. Zellkontakte werden auch als Polkontakte, Pole, Polanschlüsse oder in ähnlicher Weise bezeichnet.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einem planaren Teilstück eines Zellkontaktes ein Teilstück des Zellkontaktes verstanden werden, welches, wenn der Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann. Das planare Teilstück weist also wenigstens eine vorzugsweise ebene Fläche auf, mit der wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig, vorzugsweise formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig, verbunden werden kann. Die wenigstens eine Fläche ist dabei vorzugsweise parallel zu den Ableiterfahnen ausgerichtet, die mit dieser Fläche verbunden, vorzugsweise an dieser Fläche befestigt werden sollen. Dabei handelt es sich um wenigstens einen Teil derjenigen Ableiterfahnen, welche elektrisch leitend mit Elektrodenplatten verbunden sind, die die Polarität der Zellkontaktes aufweisen, dessen planares Teilstück mit dieses Ableiterfahnen verbunden werden sollen.
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Vorzugsweise kann das planare Teilstück auch mehrere Teilflächen aufweisen, die vorzugsweise jeweils parallel zu Gruppen von Ableiterfahnen ausgerichtet sind, die in unterschiedlichen, nicht notwendig parallelen Ebenen aus dem Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragen, und welche vorzugsweise mit den jeweils zu ihnen parallel ausgerichteten Ableiterfahnen flächig und elektrisch leitend verbunden werden.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einer Ableiterfahne einen aus einem Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragenden Teil einer Elektrode, über den diese Elektrode mit dem Zellkontakt elektrisch verbunden ist oder werden kann. Die Ableiterfahne ist vorzugsweise der an dieser Stelle unbeschichtete Teil eines flächigen Leiters, der im Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel vorzugsweise mit dem elektrochemisch aktiven Material der Elektrode beschichtet ist. Der elektrochemisch aktive Teil der Zelle ist der Elektrodenstapel bzw. Elektrodenwickel, der vorzugsweise durch Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien, besonders im Fall von Zellen auf der Grundlage der Li-Ion-Zellchemie vorzugsweise durch beschichtete Aluminium- oder Kupferfolien, gebildet wird, die vorzugsweise jeweils durch Lagen aus einem Separator-Material getrennt werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, einzelne Blätter aus Kathoden, Anoden und Separatoren zu stapeln, oder Bänder aus diesen zu wickeln bzw. flach zu wickeln oder einen bandförmigen Separator in Z-Form zu falten und die Kathoden- bzw. Anodenblätter seitlich in die sich bildenden Taschen einzuschieben. Anoden- und Kathodenlagen sind vorzugsweise an mindestens einem Rand unbeschichtet und ragen aus dem Elektrodenstapel bzw. -wickel wie Fähnchen als sogenannte Ableiterfahnen oder Ableiterfähnchen heraus, die vorzugsweise über sogenannte Kollektoren mit den Zellkontakten oder den Zellpolen bzw. vorzugsweise mit der Gehäuseinnenseite und einem Zellpol bei polaren Zeilen verbunden werden. Hierzu kommen vorzugsweise Press- oder Schmelzschweißverfahren, vorzugsweise eine Widerstandspunktschweißung, eine Ultraschallschweißung oder eine Laserschweißung zum Einsatz. Bevorzugt ist auch eine kraftschlüssige Anbindung, vorzugsweise durch Nietung.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter einer flächigen Verbindung eine vorzugsweise formschlüssige, kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung zweier Flächen verstanden werden, die nicht punktförmig ist, sondern bei der sich größere Flächenanteile als nur einzelne Punkte berühren, so dass vorzugsweise ein möglichst geringer elektrischer Widerstand mit dieser Verbindung entsteht.
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Es wird erfindungsgemäß mit anderen Worten vorgeschlagen, vorzugsweise den Kollektor des auf dem Gehäuse liegenden Pols in den vorzugsweise metallischen Gehäusedeckel zu integrieren, besonders vorzugsweise aus diesem auszuformen. Durch diese Maßnahme ist der Zugang zu beiden Schweißstellen vor dem Verschluss der Zelle möglich, wodurch insbesondere der Fügevorgang beim Punktschweißung (zwei gegenüberliegende Schweißelektroden), beim US-Schweißen (Sonotrode und Amboss gegenüberliegend) und Nietung (Nietwerkzeug und Gegenhalter) ermöglicht wird. Der Gehäusedeckel ist vorzugsweise vor dem Verschluss der Zelle komplett bestückt. Das Gehäuse kann zweiteilig, bestehend nur aus einem Becher und einem Deckel, ausgeführt werden. Durch den Wegfall eines separaten Kollektors wird der Aufwand (d. h. insbesondere die Kosten, der Bauraum, das Gewicht) gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Die Stromleitung wird durch das Entfallen einer Schweißsteile mit elektrischem Übergangswiderstand verbessert.
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Die vorgeschlagene Lösung lässt sich sinngemäß anwenden, wenn die Zelle vom Boden her verschlossen wird und aus einem „kopfstehenden” Becher (durch den der zweite Zellpol isoliert geführt ist) und einem unten eingesetzten Boden mit angeformtem Kollektor besteht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, bei dem wenigstens ein erster Zellkontakt mit dem Gehäusedeckel elektrisch leitend und vorzugsweise einstückig verbunden ist. Die elektrisch leitende Verbindung eines Zellkontaktes mit dem Gehäusedeckel ist mit dem Vorteil verbunden, dass der gesamte Gehäusedeckel oder zumindest der mit dem Zellkontakt elektrisch verbundene Teil des – gegebenenfalls aus einer Mehrzahl von gegeneinander elektrisch isolierten elektrischen Leitern aufgebauten – Gehäusedeckels auf dem selben Potential liegt wie der Zellkontakt, so dass diese Spannung am gesamten Gehäusedeckel bzw. an dem mit dem Zellkontakt elektrisch verbundenen Teil des Gehäusedeckels abgegriffen werden kann.
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Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel durch ein Umformverfahren, besonders vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformt und mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen, der lokal fahnenartig verlängert ist. Derartige Ausführungsformen der Erfindung sind mit dem Vorteil verbunden, dass das planare Teilstück zusammen mit dem Gehäusedeckel gemeinsam gefertigt wird, wodurch die Zahl der Fertigungsschritte verringert wird.
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Der Gehäusedeckel wird bei diesen Ausführungsformen vorzugsweise in Aluminium ausgeführt, besonders vorzugsweise durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen, oder Fließpressen und vorzugsweise mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen, welcher an einer Stelle fahnenartig verlängert ist. Diese nach innen gebogene Fahne stellt den Kollektor dar, an den die Kathodenfähnchen, vorzugsweise in Form einer Alu-Trägerfolie des Elektrodenstapels vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweißung angebracht werden. Die gewählte Konstruktion ermöglicht den beidseitigen Zugang eines aus Amboss und Sonotrode bestehenden Ultraschall-Schweißwerkzeugs. Nach dem Anschweißen der Fähnchen wird der Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel einschließlich des Gehäusedeckels in den Zellbecher (d. h. in das becherförmige Gehäuse) geschoben und die Zelle wird vorzugsweise zugeschweißt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, bei dem wenigstens ein erster Zellkontakt als erhabene Struktur auf der Außenseite des Gehäusedeckels ausgestaltet ist. Diese Ausführung bietet den Vorteil einer verkürzten Stückliste. Vorzugsweise ist die Verbindung von planarem Teilstück und erhabener Struktur innerhalb des elektrochemischen Energiespeichers angeordnet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Verbindung von planarem Teilstück und erhabener Struktur gegen Belastungen aus der Umgebung geschützt ist. Diese Ausführung bietet den weiteren Vorteil, dass mit Reduzierung der Fügestellen der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden und den Zellpolen verringert ist.
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Gemäß einer werteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäusedeckel vorgesehen, mit wenigstens einem Durchbruch oder mit wenigstens einer Ausnehmung im Gehäusedeckel zur Durchführung wenigstens eines gegenüber dem Gehäusedeckel elektrisch isolierten zweiten Zellkontaktes, der vorzugsweise derart geformt ist, dass ein planares Teilstück dieses zweiten Zellkontaktes, wenn der Gehäusedeckel auf das Gehäuse aufgesetzt ist, in das Innere des Gehäuses derart hineinragt, dass wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit diesem Teilstück elektrisch leitend und flächig verbunden werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Gehäusedeckel mehrere planare Teilstücke auf, welche vorzugsweise je mit Ableiterfahnen derselben Polarität verbunden sind. Besonders bevorzugt sind die mehreren planaren Teilstücke mit Ableiterfahnen derselben Polarität stoffschlüssig verbunden, insbesondere mittels Ultraschallschweißen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Strom durch je ein planares Teilstück vermindert ist. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung bzw. Verlustleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Gehäusedeckel eine Stromsammelbaugruppe auf. Die insbesondere metallische Stromsammelbaugruppe weist wenigstens zwei planare Teilstücke auf, welche insbesondere der elektrischen Verbindung mit je einer Ableiterfahne dienen. Vorzugsweise sind die planaren Teilstücke mit Ableiterfahnen derselben Polarität elektrisch leitend verbunden. Die Stromsammelbaugruppe weist weiterhin einen insbesondere zylindrischen Stift auf, welche insbesondere der elektrischen Verbindung mit einem Zellkontakt dient. Vorzugsweise ist der Stift gegenüber dem Gehäusedeckel insbesondere mittels einer Dichtung und oder einer Isolierung abgedichtet bzw. elektrisch isoliert. So ist die Stromsammelbaugruppe elektrisch gegenüber dem Gehäusedeckel isoliert. Diese Ausführungsform mit einer Stromsammelbaugruppe bietet den Vorteil, dass die elektrische Strom zeitgleich durch mehrere planare Teilstücke fließt. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein elektrochemischer Energiespeicher mit einem Gehäusedeckel nach einer der angegebenen Ausführungsformen vorgesehen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrochemischen Energiespeichers ist gekennzeichnet durch einen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel mit wenigstens vier herausragenden Ableiterfahnen, wobei je zwei Ableiterfahnen dieselbe elektrische Polarität aufweisen. Auch weist diese Ausführungsform einen Gehäusedeckel mit wenigstens zwei planaren Teilstücken auf, wobei der Gehäusedeckel und dessen planaren Teilstücke elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die wenigstens zwei planaren Teilstücke des Gehäusedeckels sind mit zwei Ableiterfahnen derselben elektrischen Polarität elektrisch leitend verbunden. Weiter weist diese Ausführungsform eine Stromsammelbaugruppe mit wenigstens zwei planaren Teilstücken auf, wobei die Stromsammelbaugruppe und deren planare Teilstücke elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die wenigstens zwei planaren Teilstücke der Stromsammelbaugruppe sind mit zwei Ableiterfahnen derselben elektrischen Polarität elektrisch leitend verbunden. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass der mit dem elektrochemischen Energiespeicher ausgetauschte elektrische Strom zeitgleich durch mehrere planare Teilstücke fließt. Damit wird die zugehörige elektrische Heizleistung verringert und vorteilhaft einer Alterung der insbesondere stoffschlüssigen Verbindung entgegengewirkt.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäusedeckels nach einer der angegebenen Ausführungsformen vorgesehen, bei dem der Gehäusedeckel durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch Prägen, Pressen, Tiefziehen oder durch Fließpressen, aus einem metallischen Werkstoff geformt und mit einem nach innen gestülpten Kragen versehen wird, der lokal fahnenartig verlängert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers vorgesehen, bei dem wenigstens eine aus einem von dem Gehäuse umgebenen Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel herausragende Ableiterfahne mit dem in das Innere des Gehäuses ragenden planaren Teilstück wenigstens eines ersten und/oder zweiten Zellkontaktes elektrisch leitend und flächig, vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweißung, verbunden wird, und bei dem in einem nachfolgenden Schritt der Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel zusammen mit dem Deckel in das becherförmige Gehäuse geschoben und der Deckel mit dem Gehäuse, vorzugsweise mittels Ultraschall-Schweißung, verbunden wird.
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Zur Sicherstellung des beidseitigen Zugangs zu den bei polaren Zellen mit auf der Innenseite verschweißten Ableiterfähnchen möglicherweise vorhandenen zwei Fügestellen, der bei einer Ultraschall-Schweißung zum zangenartigen Ansetzen von Amboss und Sonotrode bzw. zur Verpressung auf Nullspalt mit einem Gegenhalter bei einer Strahlschweißung erforderlich sein kann, ist es vorzugsweise vorgesehen, das Gehäuse entweder dreiteilig – also mit Gehäusedeckel, Gehäuseseitenwand und Gehäuseboden auszuführen, oder den Kollektor des durch das Gehäuse geführten Pols oder Zellkontakts nach dem Anschweißen an die Ableiterfähnchen von außen mit dem Zellkontakt zu verbinden.
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Vorzugsweise werden Gruppen von Ableiterfahnen elektrisch leitend und flächig mit dem planaren Teilstück verbunden, so dass die Kontaktierung verbessert werden kann und interne Kontaktierungsschienen entbehrlich werden.
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Vorzugsweise werden Ableiterfahnen gleicher Polarität vor oder während ihrer Verbindung mit den planaren Teilstücken miteinander schlüssig, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden, besonders vorzugsweise durch Zwischenlagen, ein Band oder ein anderes Konstruktionsteil aus wenigstens stellenweise elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise mit Hilfe von sog. Spacern aus Kupfer oder aus einem Verbundmaterial aus einem Metall und einem elektrischen Isolator.
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Einzelne Merkmale dieser und weiterer Ausführungsformen der Erfindung können auch in vorteilhafter Weise miteinander zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, deren erschöpfende Darstellung den Rahmen dieser Beschreibung sprengen würde.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
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Dabei zeigt 1 in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers;
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2 in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
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3 in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Energiespeichers;
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4 in schematischer Weise eine Seitenquerschnittsansicht des in 3 gezeigten elektrochemischen Energiespeichers;
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5 eine Querschnittsansicht des in 3 gezeigten elektrochemischen Energiespeichers von vorn sowie eine Ansicht des Gehäusedeckels dieses elektrochemischen Energiespeichers von unten;
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6 in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers;
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7 in schematischer Weise ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers;
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8 eine Seitenquerschnittsansicht des in 7 gezeigten elektrochemischen Energiespeichers;
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9 eine Querschnittsansicht des in 7 gezeigten elektrochemischen Energiespeichers von vorn sowie eine Ansicht des Gehäusedeckels dieses elektrochemischen Energiespeichers von unten;
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10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers beim Verschweißen der Ableiterfahne mit dem planaren Teilstück;
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11 eine schematische Darstellung des Schweißvorgangs im Zusammenhang mit der in 10 gezeigten Anordnung,
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12 eine perspektivische Ansicht auf einen Gehäusedeckel mit einer erhabenen Struktur insbesondere für einen Zellkontakt,
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13 eine schematische Darstellung einer Stromsammelbaugruppe,
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14 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines elektrochemischen Energiespeichers mit der Stromsammelbaugruppe gemäß 13.
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Wie die 1 zeigt, weist ein erfindungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher ein becherförmiges Gehäuse 1 auf, welches mit einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist, welcher Zellkontakte 3 und 4 aufweist, über welche der elektrochemische Energiespeicher elektrisch mit seiner Umgebung verbunden werden kann. Wie in 2 dargestellt, ist in dem becherförmigen Gehäuse 1 ein Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel 5 untergebracht, aus welchem Ableiterfahnen 6 und 7 herausragen, die mit den planaren Teilstücken 8 und 9 der Zellkontakte 3 und 4 flächig und elektrisch leitend verbunden sind.
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Das planare Teilstück 9 ist dabei vorzugsweise mit dem Gehäusedeckel 2 einstückig verbunden, so dass der Gehäusedeckel 2 auf dem gleichen elektrischen Potential liegt, wie das planare Teilstück 9. Weil der Zellkontakt 3 eine andere Polarität aufweist als der Zellkontakt 4, ist das planare Teilstück 8 nicht elektrisch leitend mit dem Gehäusedeckel 2 verbunden. Dieses planare Teilstück 8 ist jedoch mit den Ableiterfähnchen 6 der Elektroden einer ersten Polarität des Elektrodenstapels 5 elektrisch leitend verbunden. In ähnlicher Weise ist das planare Teilstück 9 mit den Ableiterfähnchen der Elektroden der anderen Polarität elektrisch leitend verbunden.
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Wie 3 in schematischer Weise zeigt, ist der Zellkontakt 3 mit Hilfe eines isolierenden Ringes 12 von dem Gehäusedeckel 2 elektrisch isoliert. Das planare Teilstück 8 wird mit dem Zellkontakt 3 über einen Zylinder 11 elektrisch verbunden, der durch eine Dichtung 10 durch einen Durchbruch oder durch eine Ausnehmung 13 im Gehäusedeckel 2 hindurchgeführt wird und mit dem Zellkontakt 3 elektrisch leitend verbunden ist. In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das planare Teilstück 9 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäusedeckel oder mit dem Zellkontakt 4 verbunden. Es ist vorzugsweise an der Unterseite des Gehäusedeckels angeschweißt. Der Dichtungsring 10 ist ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, so dass dieser die elektrische Isolation des planaren Teilstücks 8 und des zylindrischen Teilstücks 11 gegenüber dem Gehäusedeckel 2 gewährleisten kann.
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Die 4 zeigt das in der 3 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Seitenquerschnittsansicht. Von dem Gehäusedeckel 2, auf dem der Zellkontakt 4 vorzugsweise einstückig angebracht ist, ragt das planare Teilstück 9 in das Innere des becherförmigen Gehäuses und ist dort flächig und elektrisch leitend mit den Ableiterfahnen 7 verbunden, die aus dem in dem Gehäusebecher 1 untergebrachten Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel 5 herausragen.
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Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers, bei dem das in das Gehäuseinnere ragende planare Teilstück 9 nicht nur einstückig an dem Gehäusedeckel 2 angebracht ist, sondern vorzugsweise durch einen Umformvorgang des Gehäusedeckels zusammen mit Gehäusedeckel hergestellt worden ist. Die 7 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung. Die 8 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in einer Seitenquerschnittsansicht. Die 9 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht von vorn und dem entsprechenden Gehäusedeckel von unten.
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Die 10 und 11 zeigt schematisch das Verbinden eines planaren Teilstückes mit einer Ableiterfahne mittels Ultraschallschweißen. Dargestellt sind die Sonotrode 111 sowie der Gegenhalter bzw. Amboss 112.
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Die 12 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemäßen Gehäusedeckel 2 von unten (links) sowie von oben (rechts). Der Gehäusedeckel 2 weist eine erhabene Struktur 20 auf, dessen Gestalt an ein nicht dargestelltes planares Teilstück angepasst ist. Diese erhabene Struktur 20 ist in den Gehäusedeckel 2 mittels eines Tiefziehverfahrens eingebracht, vorzugsweise geprägt bzw. gepresst. Die erhabene Struktur 20 erfüllt die Funktion eines Zellkontakts. Nicht dargestellt ist ein planares Teilstück, welches mit dem Gehäusedeckel 2 insbesondere in der erhabenen Struktur 20 verschweißt ist. Diese Ausbildung ist die Stückliste des elektrochemischen Energiespeichers verringert.
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Die 13 zeigt eine Stromsammelbaugruppe 21 in einer Seitenansicht. Die Stromsammelbaugruppe 21 weist mehrere planare Teilstücke 8, 8a auf, welche elektrisch und vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Zylinderstift 11 verbunden sind. Die mehreren planaren Teilstücke 8, 8a dienen der Verringerung der Stromdichte und wirken somit eine Alterung der Verbindung entgegen.
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Die 14 zeigt schematisch einen elektrochemischen Energiespeicher mit einem becherförmigen Gehäuse 1, einem erfindungsgemäßen Gehäusedeckel 2 sowie einem Elektrodenstapel 5. Das Gehäuse 1 umgibt den Elektrodenstapel 5. Der Elektrodenstapel 5 weist eine erste Gruppe Ableiterfahnen 6, 6a von erster Polarität sowie eine zweite Gruppe Ableiterfahnen 7, 7a von zweiter Polarität auf. Die erste Gruppe Ableiterfahnen 6, 6a ist mit den planaren Teilstücken 9, 9a des Gehäusedeckels 2 verbunden. Die zweite Gruppe Ableiterfahnen 7, 7a ist mit den planaren Teilstücken 8, 8a des Stromsammelbaugruppe 21 verbunden. Der Zylinderstift 11 ist isoliert und abgedichtet durch eine Ausnehmung des Gehäusedeckels 2 geführt und elektrisch mit dem Zellkontakt 3 elektrisch leitend verbunden. Mit dieser Ausbildung ist der elektrische Strom und somit der elektrischen Heizleistung je Verbindung von planarem Teilstück und Ableiterfahne verringert. Dadurch wird einer Alterung dieser Verbindungen begegnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0118501 A1 [0003]
- DE 2235299 [0004]
- WO 2008/086417 A1 [0005]
