DE102012025004A1 - Joint connection between pole terminal of electrical storage cell and pole connector, useful in memory cell pack, where terminal and connector are cohesively connected with each other by laser using laser source with double-focus technique - Google Patents

Joint connection between pole terminal of electrical storage cell and pole connector, useful in memory cell pack, where terminal and connector are cohesively connected with each other by laser using laser source with double-focus technique Download PDF

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Abstract

The joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector (7), is claimed. The pole terminal and the pole connector are cohesively connected with each other by laser using a laser source having multi-focus technique such as a double-focus technique. The double-focus technique is present in a direction of parallel or tandem focal points of the laser beams. The connection between the pole terminal and pole connector is formed as a linear I-weld seam (16), which has a depth corresponding to 91% of a thickness of the pole terminal and pole connector. The joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector (7), is claimed. The pole terminal and the pole connector are cohesively connected with each other by laser using a laser source having multi-focus technique such as a double-focus technique. The double-focus technique is present in a direction of parallel or tandem focal points of the laser beams. The connection between the pole terminal and pole connector is formed as a linear I-weld seam (16), which has a depth corresponding to 91% of a thickness of the pole terminal and pole connector. The weld seam has a connection area of 5-20 mm 2> per 100 Å to achieve the connection. The pole terminal and the pole connector have a plate-shape. Independent claims are included for: (1) a memory cell pack; and (2) a method for forming a joint connection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung zwischen einem Polterminal einer elektrischen Speicherzelle und einem Polverbinder gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Ferner betrifft die Erfindung gemäß Anspruch 8 ein Speicherzellen-Pack mit einer Mehrzahl derartiger Speicherzellen sowie gemäß Anspruch 10 ein Verfahren zur Herstellung besagter Fügeverbindung.The invention relates to a joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector according to the combination of features of claim 1 of the invention. Furthermore, the invention according to claim 8 relates to a memory cell pack with a plurality of such memory cells and according to claim 10, a method for producing said joint connection.

Aus dem Stand der Technik sind seit langem elektrische Leiter, auch als Polverbinder oder Stromschienen bezeichnet, bekannt, um eine Mehrzahl Speicherzellen untereinander zu einem Speicherzellen-Pack zu verbinden bzw. zusammenzuschalten. Besagte Speicherzellen, welches Batterien oder Akkumulatoren sein können, werden dabei parallel und/oder seriell bzw. in Reihe miteinander verbunden, um für einen bestimmten Anwendungsfall eine bestimmte Kapazität, eine höhere Strombelastbarkeit und/oder eine höhere Gesamtspannung zu erreichen. So ist aus der DE 198 47 190 A1 eine Verbindungsplatte für einen Batteriehalter zur Verbindung einer Mehrzahl Batterien in Reihenschaltung bekannt, wobei die Verbindungsplatte eine Kunstharzplatte umfasst, in welche Stromschienen durch Spritzgießen integral eingegossen sind. Jede Stromschiene ist als ein Plattenteil mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, durch das ein großer Strom fließen kann. Die Stromschiene weist beidenends je ein Loch zur Befestigung der Stromschiene mittels einer Befestigungsschraube an einem Anschlusspol respektive Polterminal einer anzuschließenden Batterie auf, wobei besagte Befestigungsschraube in eine Gewindebohrung des Anschlusspols eingeschraubt wird. Die WO 2011/038908 A1 beschreibt einen Zellverbinder in Form von Einfachverbindern zur Verbindung von in Reihenschaltung zu einem Batterie-Pack angeordneten Batteriezellen. Die vorliegend insbesondere mehrfach-bügelartig ausgebildeten Zellverbinder werden aus einem Blechmaterial mit hinreichenden Feder- und Stromleitungseigenschaften, etwa aus Stahlblech, aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und sind auf einer Montageplatte aus elektrisch isolierendem Material festgelegt. In den Scheitelbereichen der Bügel eines Zellverbinders sind Löcher ausgebildet, deren Mittenabstand etwa dem Mittenabstand der mittels des Zellverbinders zusammengeschalteten Zellpole entspricht. Die Lochgeometrie ist kleiner als die Stirnfläche des gegen das Loch im Scheitelbereich andrückenden Zellpols. Etwa koaxial mit jedem Loch weist die Montageplatte Durchgriffsöffnungen auf, durch die und das Loch hindurch die Stirnfläche des Zellpols mit dem Rand des Loches dauerhaft elektrisch leitend, nämlich stofflich durch insbesondere Laserschweißung verbunden wird, wodurch eine niederohmige Verbindung zwischen den Fügepartnern bewirkt wird. Im Wesentlichen wird hierbei eine Kehlnaht erzeugt. Schließlich ist es aus der DE 10 2010 039 893 A1 bekannt, einen ersten mit einem zweiten Fügepartner, nämlich einem Anschlusspol einer Batterie mit einem Zellverbinder derart mit Überlappstoß vermittels eines Laserschweißverfahrens zu fügen, dass die Schweißnaht wenigstens bereichsweise zwischen den Fügepartnern hin und her oszilliert, wodurch der Wärmeeintrag in die Fügepartner gemindert und eine thermische Schädigung derselben verhindert werden soll. Es ist sozusagen ein oszillierender Einschweißtiefenverlauf zu verzeichnen. Der besagte Einschweißtiefenverlauf wird durch eine Variation der Laserleistung über eine relative Vorschubbewegung des Lasers gegenüber den Fügepartnern erzeugt.Electrical conductors, also referred to as pole connectors or busbars, have long been known in the prior art in order to connect or interconnect a plurality of memory cells with one another to form a memory cell pack. Said storage cells, which may be batteries or accumulators, are connected in parallel and / or in series or in series, in order to achieve a specific capacity, a higher current carrying capacity and / or a higher total voltage for a particular application. So is out of the DE 198 47 190 A1 a connection plate for a battery holder for connecting a plurality of batteries in series, the connection plate comprising a synthetic resin plate into which bus bars are integrally molded by injection molding. Each bus bar is formed as a rectangular section plate member through which a large current can flow. The busbar has two ends each a hole for fastening the busbar by means of a fastening screw to a terminal pole or pole terminal of a battery to be connected, wherein said fastening screw is screwed into a threaded bore of the terminal pole. The WO 2011/038908 A1 describes a cell connector in the form of single connectors for connecting battery cells arranged in series to a battery pack. The present particular multi-bow-shaped cell connectors are made of a sheet material with sufficient spring and power line properties, such as sheet steel, copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy and are fixed to a mounting plate made of electrically insulating material. Holes are formed in the vertex areas of the brackets of a cell connector whose center distance corresponds approximately to the center distance of the cell poles connected together by means of the cell connector. The hole geometry is smaller than the end face of the cell pole pressing against the hole in the apex region. Approximately coaxial with each hole, the mounting plate through openings, through which and the hole through the end face of the cell pole with the edge of the hole permanently electrically conductive, namely materially connected by laser welding in particular, whereby a low-resistance connection between the joining partners is effected. Essentially, a fillet weld is produced in this case. Finally it is off the DE 10 2010 039 893 A1 Known to add a first with a second joining partner, namely a terminal pole of a battery with a cell connector so by lap joint by means of a laser welding process that the weld at least partially oscillates back and forth between the joining partners, whereby the heat input into the joint partners mitigated and thermal damage the same should be prevented. It is to be noted, so to speak, an oscillating weld depth. The said welding depth profile is generated by a variation of the laser power via a relative advancing movement of the laser relative to the joining partners.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fügeverbindung zwischen einem Polterminal einer elektrischen Speicherzelle und einem Polverbinder weiter zu optimieren. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es Aufgabe derselben, ein Speicherzellen-Pack mit einer Mehrzahl derartiger Speicherzellen bereitzustellen sowie ein Verfahren zur Herstellung besagter Fügeverbindung anzugeben.On this basis, it is an object of the invention to further optimize a joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector. According to a further aspect of the invention, it is the object of the same to provide a memory cell pack with a plurality of such memory cells and to provide a method for producing said joint connection.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe zunächst mit einer Fügeverbindung zwischen einem Polterminal einer elektrischen Speicherzelle und einem Polverbinder, wobei das Polterminal und der Polverbinder, einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden sind.The object is achieved first with a joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector, wherein the pole terminal and the pole connector, forming a lap joint, are connected to one another by laser welding with the aid of at least one laser source with Mehrfokustechnik cohesively.

Infolge besagter Mehrfokustechnik ist im Vergleich mit einem herkömmlichen Einzelfokus ein äußerst stabiler Laserschweißprozess realisierbar, der seinerseits vorteilhaft mit einer qualitativ hochwertigen Schweißnaht und hohen Schweißgeschwindigkeiten einhergeht.As a result of said Mehrfokustechnik is compared to a conventional single focus an extremely stable laser welding process feasible, which in turn is associated with a high-quality weld and high welding speeds advantageous.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist besagte Mehrfokustechnik durch eine Doppelfokustechnik mit in Vorschubrichtung der Fokuspunkte der Laserstrahlen gesehen Parallel- oder Tandemanordnung besagter Fokuspunkte gebildet, wodurch in Abhängigkeit der zu realisierenden Schweißnaht, insbesondere deren Einschweißtiefe und Nahtbreite, der maschinentechnische Aufwand im Verhältnis zur Schweißleistung besonders optimal ist. Demgegenüber ist durch die Erfindung auch eine Fokusmatrixtechnik mit drei oder mehr Fokuspunkten mit erfasst, wodurch der maschinentechnische Aufwand zwar erhöht, jedoch die Schweißleistung noch weiter verbessert ist. Um den punktuellen Wärmeeintrag und somit die thermische Belastung insbesondere der Speicherzelle während des Schweißprozesses zu minimieren, ist zur stoffschlüssigen Verbindung der Fügepartner Polterminal und Polverbinder eine I-Schweißnaht, vorzugsweise eine geradlinige I-Schweißnaht vorgesehen. Ein ausreichend fester Fügeverbund mit einem geringen elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Fügepartnern Polterminal und Polverbinder ist erzielbar, wenn eine Schweißnaht ausgebildet ist, deren Tiefe „t” etwa 85% bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 91% der Gesamtmaterialstärke „s” der beiden Fügepartner entspricht.According to a preferred embodiment of the invention, said Mehrfokustechnik is formed by a double FOT technology with seen in the feed direction of the focal points of the laser beams parallel or tandem arrangement of said focus points, whereby depending on the weld to be realized, in particular their weld depth and seam width, the mechanical complexity in relation to the welding performance particularly optimal. In contrast, a focus matrix technique with three or more focus points is also covered by the invention, whereby the mechanical engineering effort is increased, but the welding performance is even further improved. To the punctiform heat input and thus to minimize the thermal load, in particular the memory cell during the welding process, an I-weld, preferably a straight I-weld is provided for cohesive connection of the joining partner Polterminal and pole connector. A sufficiently strong joining compound with a low electrical contact resistance between the joining partners Polterminal and pole connector can be achieved if a weld is formed whose depth "t" corresponds to about 85% to about 95%, preferably about 91% of the total material thickness "s" of the two joining partners ,

Bevorzugt sollte die durch die Schweißnaht realisierte unmittelbare Anbindungsfläche „A” mindestens 10 mm2, vorzugweise etwa 15 bis etwa 20 mm2 je 100 A zu gewährleistender Stromtragfähigkeit im Fügebereich der Fügepartner Polterminal und Polverbinder betragen. Dies wirkt sich im Hinblick auf einen zu erzielenden festen Fügeverbund mit einem geringen elektrischen Übergangswiderstand weiter vorteilhaft aus. Gemäß einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung der Erfindung sind das Polterminal und der Polverbinder plattenförmig ausgebildet, wodurch zum einen die Komplettierung der Speicherzelle/n mit Polverbindern und zum anderen der Fügeprozess an sich vereinfacht sind. Als Werkstoff für das Polterminal und den Polverbinder wird bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gewählt, welcher kostengünstig ist und eine gute Stromleitfähigkeit mit einer guten Schweißeignung bezüglich Laserstrahlschweißung kombiniert.Preferably, the direct connection surface "A" realized by the weld seam should be at least 10 mm 2 , preferably approximately 15 to approximately 20 mm 2 per 100 A to be ensured current carrying capacity in the joining region of the joining partner Polterminal and Polverbinder. This has a further advantageous effect with regard to a solid joining composite to be achieved with a low electrical contact resistance. According to a simple and inexpensive embodiment of the invention, the pole terminal and the pole connector are plate-shaped, whereby on the one hand the completion of the memory cell (s) with pole connectors and, on the other hand, the joining process per se are simplified. As the material for the pole terminal and the pole connector is preferably selected aluminum or an aluminum alloy, which is inexpensive and combines a good current conductivity with a good weldability with respect to laser beam welding.

Aus der Anwendung eines Laserschweißverfahrens in der Batteriefertigung ergeben sich allgemein folgende weitere Vorteile:

  • – weniger Bauraumbedarf
  • – geringere Toleranzempfindlichkeit
  • – geringerer Montageaufwand
  • – geringeres Gewicht
  • – keine mechanische Belastung der Batteriezellen.
From the application of a laser welding process in battery production, the following further advantages generally result:
  • - less space required
  • - lower tolerance sensitivity
  • - Lower installation costs
  • - lower weight
  • - no mechanical stress on the battery cells.

Die Erfindung betrifft auch ein Speicherzellen-Pack mit einer Mehrzahl in einem Gehäuse angeordneter und mittels Polverbinder in Parallel- und/oder Reihenschaltung zusammengeschalteter elektrischer Speicherzellen, wobei die Speicherzellen Polterminals aufweisen, die mit einem/dem Polverbinder, einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden sind. Vorteilhaft sind dabei die Polverbinder derart an einer Montageplatte durch Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss gehaltert, dass dieselben mittels der Montageplatte mit ihrer einen Seite gleichzeitig auf die betreffenden Polterminals aufsetzbar und von der anderen Seite her durch Laserschweißung mit den betreffenden Polterminals verbindbar sind. Durch diese Maßnahme ist die Komplettierung der Speicherzellen des Speicherzellen-Packs mit besagten Polverbindern vereinfacht.The invention also relates to a memory cell pack having a plurality of arranged in a housing and interconnected by means of pole connector in parallel and / or series electrical memory cells, wherein the memory cells Polterminals having a / the pole connector, forming a lap joint, with the aid of at least one Laser source with Mehrfokustechnik interconnected materially connected by laser welding. Advantageously, the pole connectors are supported on a mounting plate by form, force and / or material connection that the same by means of the mounting plate with its one side can be placed simultaneously on the Polterminals concerned and from the other side by laser welding to the respective Polterminals , By this measure, the completion of the memory cells of the memory cell pack is simplified with said pole connectors.

Das Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen einem Polterminal einer elektrischen Speicherzelle und einem Polverbinder zeichnet sich dadurch aus, dass das Polterminal und der Polverbinder, einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden werden.The method for producing a joint connection between a pole terminal of an electrical storage cell and a pole connector is characterized in that the pole terminal and the pole connector, forming a lap joint, are connected to one another in a material-locking manner by laser welding with the aid of at least one laser source with multi-focal technology.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the embodiment schematically illustrated in the drawings. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Speicherzellen-Packs mit einer Mehrzahl in einem Gehäuse angeordneter und mittels Polverbinder zusammengeschalteter elektrischer Speicherzellen nach dem Stand der Technik, 1 1 is a perspective view of a first embodiment of a memory cell pack having a plurality of electrical memory cells arranged in a housing and interconnected by means of a pole connector, according to the prior art;

2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Speicherzellen-Packs nach dem Stand der Technik mit einer Montageplatte, mittels derer eine Mehrzahl Polverbinder integral zusammengefasst sind, 2 1 is a perspective view of a second embodiment of a memory cell pack according to the prior art with a mounting plate, by means of which a plurality of pole connectors are integrally combined,

3 eine perspektivische Darstellung eines Speicherzellen-Packs mit einer Montageplatte und mit von derselben gehalterten Polverbindern, unmittelbar vor dem erfindungsgemäßen Fügen der Polterminals der Speicherzellen mit den Polverbindern, 3 a perspective view of a memory cell pack with a mounting plate and held by the same pole connectors, immediately before joining the pole terminals of the memory cells with the pole connectors according to the invention,

4 eine perspektivische Einzeldarstellung einer Speicherzelle des Speicherzellen-Packs nach 3, 4 an individual perspective view of a memory cell of the memory cell pack after 3 .

5 eine perspektivische Einzeldarstellung einer Montageplatte des Speicherzellen-Packs nach 3 zur Halterung der Polverbinder (Einzelheit „Z” nach 3), 5 an individual perspective view of a mounting plate of the memory cell pack after 3 for holding the pole connector (detail "Z" after 3 )

6 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Speicherzellen-Packs im Endmontagezustand mit Speicherzellen, deren Polterminals mit Polverbindern gefügt sind (Einzelheit „Y” nach 3), 6 a perspective view of an inventively designed memory cell pack in the final assembly state with memory cells, the Polterminals are joined with pole connectors (detail "Y" after 3 )

7a–b äußerst schematisch eine erste Ausführungsform (Einzelfokustechnik) und eine zweite Ausführungsform (Doppelfokustechnik) einer Laserschweißanordnung zum stoffschlüssigen Fügen eines Polterminals einer Speicherzelle mit einem Polverbinder, 7a Very schematically a first embodiment (single-focus technique) and a second embodiment (dual-field technique) of a laser welding arrangement for materially joining a pole terminal of a memory cell with a pole connector,

8a–d bezüglich der Doppelfokustechnik äußerst schematisch beispielgebend vier Ausgestaltungen der Laseroptik, 8a -D with respect to the double-focus technique very schematically exemplifying four embodiments of the laser optics,

9a–b bezüglich der Doppelfokustechnik beispielgebend zwei Anordnungen der durch die Laseroptik realisierten Fokuspunkte, und 9a -B with respect to the double-focus technique exemplifying two arrangements of the realized by the laser optics focus points, and

10 äußerst schematisch eine perspektivische Schnittansicht einer Fügeverbindung zwischen einem Polterminal einer Speicherzelle und einem Polverbinder, erfindungsgemäß realisiert mit einer Laserquelle mit Doppelfokustechnik. 10 very schematically a perspective sectional view of a joint connection between a pole terminal of a memory cell and a pole connector, realized according to the invention with a laser source with dual-fold technology.

1 zeigt zunächst ein Speicherzellen-Pack 1 nach dem Stand der Technik, welches durch eine Mehrzahl in einem Gehäuse 2 angeordneter elektrischer Speicherzellen 3 gebildet ist und insbesondere der Versorgung von Elektrofahrzeugen mit elektrischer Energie dient. Die besagten Speicherzellen 3 sind überwiegend durch Lithium-Ionen-Akkumulatoren gebildet. Jede der vorliegend prismatischen Speicherzellen 3 weist zwei Polterminals 4 (Plus- und Minus-Pol) auf. Die Polterminals 4 sind jeweils durch eine Grundplatte 5 und einen mit derselben verbundenen Stehbolzen in Form eines Gewindebolzens 6, insbesondere eines Schweißbolzens, gebildet. Um die besagten Speicherzellen 3 in Parallel- und/oder Reihenschaltung zusammenschalten zu können, sind sogenannte Polverbinder 7 vorgesehen, die ihrerseits plattenförmig ausgebildet sind und entsprechend der Anzahl untereinander zu verbindender Speicherzellen 3 Aufnahmebohrungen 8 aufweisen. Die Polverbinder 7 sind somit auf die betreffenden Gewindebolzen 6 auffädelbar und werden auf die Grundplatten 5 abgelegt. Mittels auf besagte Gewindebolzen 6 aufgeschraubter Gewindemutter 9 wird ein jeder Polverbinder 7 kraftschlüssig mit den betreffenden Polterminals 4 der Speicherzellen 3 kraftschlüssig verbunden. 1 first shows a memory cell pack 1 according to the prior art, which by a plurality in a housing 2 arranged electrical memory cells 3 is formed and in particular the supply of electric vehicles with electrical energy is used. The said memory cells 3 are predominantly formed by lithium ion accumulators. Each of the present prismatic memory cells 3 has two pole terminals 4 (Plus and minus pole) on. The pole terminals 4 are each by a base plate 5 and a bolt connected thereto in the form of a threaded bolt 6 , in particular a welding stud formed. To the said memory cells 3 can connect together in parallel and / or series connection, so-called pole connector 7 provided, which in turn are plate-shaped and according to the number of memory cells to be interconnected 3 mounting holes 8th exhibit. The pole connectors 7 are thus on the relevant threaded bolt 6 threadable and are on the base plates 5 stored. By means of said threaded bolts 6 screwed nut 9 becomes each pole connector 7 non-positively with the relevant Polterminals 4 the memory cells 3 positively connected.

2 zeigt eine Weiterbildung des Speicherzellen-Packs 1 nach dem Stand der Technik dahingehend, dass besagte Polverbinder 7 von einer Montageplatte 10 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig gehaltert sind. Es ist ein Modul geschaffen, welches eine schnelle und demgemäß kostengünstige Bestückung der Speicherzellen 3 mit Polverbindern 7 erlaubt. Bevorzugt besteht die Montageplatte 10 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff. Vorliegend sind die Polverbinder 7 mit der Montageplatte 10 mittels Clipsverbindung 11 (vgl. insbes. 6) formschlüssig verbunden. Demgegenüber können die Polverbinder 7 auch bei der Herstellung der Montageplatte 10 nach beispielsweise einem Kunststoff-Spritzgießverfahren bereits in dieselbe eingespritzt werden (nicht zeichnerisch dargestellt). 2 shows a development of the memory cell pack 1 in the prior art in that said pole connector 7 from a mounting plate 10 are held in a positive, force and / or material fit. It is a module created which a fast and therefore inexpensive assembly of the memory cells 3 with pole connectors 7 allowed. Preferably, the mounting plate 10 of an electrically insulating material, in particular a plastic. In the present case are the pole connectors 7 with the mounting plate 10 by means of clip connection 11 (see esp. 6 ) positively connected. In contrast, the pole connector 7 also in the production of the mounting plate 10 for example, after a plastic injection molding process already injected into the same (not shown in the drawing).

Um die Fügeverbindung zwischen einem Polterminal 4 einer elektrischen Speicherzelle 3 und einem Polverbinder 7 weiter zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Polterminal 4 und der Polverbinder 7, einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle 12 mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden sind (vgl. 7b bis 8d).To the joint connection between a pole terminal 4 an electrical storage cell 3 and a pole connector 7 to optimize further, the invention provides that the pole terminal 4 and the pole connector 7 , forming a lap joint, with the aid of at least one laser source 12 With Mehrfokustechnik interconnected material by laser welding are connected (see. 7b to 8d ).

Dazu sind gemäß den 3 und 4 im Gehäuse 2 des Speicherzellen-Packs 1 eine Mehrzahl in Parallel- und/oder Reihenschaltung zusammenzuschaltende Speicherzellen 3 angeordnet, deren Polterminals 4 ausschließlich eben, d. h. plattenförmig ausgebildet sind. Bestückt werden derartige plattenförmige Polterminals 4 mit plattenförmigen Polverbindern 7, die plan auf besagte Polterminals 4 aufgelegt werden. Um die Bestückung der Polterminals 4 mit derartigen Polverbindern 7 zu vereinfachen, sind in Anlehnung an den oben beschriebenen Stand der Technik die Polverbinder 7 ebenfalls integraler Bestandteil einer Montageplatte 10 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff, und durch Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss an der Montageplatte 10 gehaltert (vgl. 3, 5 und 6).These are in accordance with the 3 and 4 in the case 2 of the memory cell pack 1 a plurality of memory cells to be interconnected in parallel and / or series connection 3 arranged, their pole terminals 4 exclusively flat, ie formed plate-shaped. Equipped such plate-shaped pole terminals 4 with plate-shaped pole connectors 7 that plan on said pole terminals 4 be hung up. To the assembly of the Polterminals 4 with such pole connectors 7 To simplify, are based on the above-described prior art, the pole connector 7 also an integral part of a mounting plate 10 of an electrically insulating material, in particular a plastic, and by form, force and / or material connection to the mounting plate 10 held (cf. 3 . 5 and 6 ).

Sind die plattenförmigen Polverbinder 7 nunmehr gleichzeitig, d. h. in einem einzigen Montageschritt, mittels der Montageplatte 10 mit ihrer einen Seite auf die betreffenden plattenförmigen Polterminals 4 aufgesetzt, können diese von der anderen Seite her nach dem oben bereits erwähnten Laserschweißverfahren unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle 12 mit Mehrfokustechnik mit besagten Polterminals 4 im Überlappstoß stoffschlüssig verbunden werden. Bevorzugt bestehen die Polterminals 4 und Polverbinder 7 aus einem kostengünstigen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Mit Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung ist ein Werkstoff gewählt, der eine gute Stromleitfähigkeit mit einer guten Schweißeignung bezüglich besagter Laserstrahlschweißung kombiniert.Are the plate-shaped pole connector 7 now simultaneously, ie in a single assembly step, by means of the mounting plate 10 with her one side on the relevant plate-shaped pole terminals 4 attached, they can from the other side after the above-mentioned laser welding process with the aid of at least one laser source 12 with Mehrfokustechnik with said Polterminals 4 be connected cohesively in the lap joint. Preferably, the pole terminals exist 4 and pole connectors 7 from a low-cost aluminum or an aluminum alloy. With aluminum or an aluminum alloy, a material is selected which combines a good current conductivity with a good weldability with respect to said laser beam welding.

Die Mehrfokustechnik gemäß den 7b, 8a–d dient im Vergleich zur herkömmlichen Einzelfokustechnik gemäß 7a (ein Fokuspunkt 13) im Wesentlichen der Prozessstabilisierung beim Laserschweißen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen mittels Laserstrahl 14; 14a, 14b, insbesondere zur Stabilisierung der sich beim Schweißen ausbildenden Dampfkapillare 15. Durch das gleichzeitige Verwenden mehrerer Fokuspunkte 13a, 13b (7b) gelingt es im Vergleich zur Einzelfokustechnik (7a), den Durchmesser der besagten Dampfkapillare 15 zu vergrößern, auf diese Weise ein nachteiliges Einschnüren der Dampfkapillare 15 zu verhindern und schließlich das ungehinderte Abströmen des sich beim Schweißen ausbildenden Metalldampfes zu gewährleisten. Das Abströmen des Metalldampfes stellt die Grundvoraussetzung für einen stabilen Laserschweißprozess dar. Die insbesondere bei Aluminium auftretenden laserspezifischen Schweißnahtfehler in Form von Prozessporen und Schmelzbadauswürfen können stark reduziert oder sogar vermieden werden. Im Ergebnis ist eine qualitativ hochwertige Schweißnaht 16 zu verzeichnen (6 und 10).The multi-technology according to the 7b . 8a -D is used in comparison to the conventional single-frame technology according to 7a (a focal point 13 ) essentially the process stabilization in the laser welding of aluminum or aluminum alloys by means of laser beam 14 ; 14a . 14b in particular for stabilizing the vapor capillary forming during welding 15 , By using multiple focus points at the same time 13a . 13b ( 7b ) succeeds in comparison to the single-focus technique ( 7a ), the diameter of said vapor capillary 15 To increase, in this way an adverse constriction of the vapor capillary 15 to prevent and finally the unhindered outflow of the during welding To ensure educating metal vapor. The outflow of metal vapor is the basic prerequisite for a stable laser welding process. The laser-specific weld seam defects, in particular in the case of aluminum, in the form of process pores and molten bath ejections can be greatly reduced or even avoided. The result is a high quality weld 16 to record ( 6 and 10 ).

Die 8a–d stellen ohne Anspruch auf Vollständigkeit äußerst schematisch vier bevorzugte Ausgestaltungen der Laseroptik/en 17 von Laserquellen 12 mit bevorzugter Doppelfokustechnik dar. So zeigt 8a zwei getrennte Bearbeitungs- respektive Laseroptiken 17a, 17b, denen je eine Laserquelle 12a, 12b zugeordnet ist. Hier ist eine sogenannte Addition der Laserstrahlen 14a, 14b zu verzeichnen, bei der die Fokuspunkte 13a, 13b während des Laserschweißprozesses mit einem bestimmten Fokusdurchmesser dF” und in einem bestimmten Fokusabstand „a” in Längs- bzw. Tandemanordnung (9a) oder in Parallelanordnung (9b) in Vorschubrichtung 18 relativ zu den Fügepartnern Polterminal 4 und Polverbinder 7 geführt werden. Gemäß 8b wird demgegenüber eine sogenannte Doppelfaser benutzt. Bei der Doppelfaser werden die Laserstrahlen 14a, 14b aus zwei Laserquellen 12a, 12b in ein Lichtleiterkabel 19 mit zwei Kernen 20a, 20b eingekoppelt und anschließend über ein und dieselbe Laseroptik 17 fokussiert. Des Weiteren ist es bei entsprechend hoher Laserleistung beispielsweise auch möglich, mittels optischer Keilplatte 21 (8c) oder eines geteilten Spiegels 22 (8d) einen Laserstrahl 14 zu teilen und somit zwei Fokuspunkte 13a, 13b zu erzeugen.The 8a -D represent without any claim to completeness very schematically four preferred embodiments of the laser optics / s 17 from laser sources 12 with preferred double-fold technique. So shows 8a two separate processing respectively laser optics 17a . 17b which each have a laser source 12a . 12b assigned. Here is a so-called addition of laser beams 14a . 14b to record at which the focus points 13a . 13b during the laser welding process with a specific focus diameter d F "and at a specific focal distance" a "in longitudinal or tandem arrangement ( 9a ) or in parallel arrangement ( 9b ) in the feed direction 18 relative to the joining partners Polterminal 4 and pole connectors 7 be guided. According to 8b In contrast, a so-called double fiber is used. The double fiber becomes the laser beams 14a . 14b from two laser sources 12a . 12b in a fiber optic cable 19 with two cores 20a . 20b coupled and then on the same laser optics 17 focused. Furthermore, it is also possible with a correspondingly high laser power, for example, by means of optical wedge plate 21 ( 8c ) or a split mirror 22 ( 8d ) a laser beam 14 to share and thus two focus points 13a . 13b to create.

Die vorstehend näher beschriebenen Ausführungen zu den Laseroptiken 17; 17a, 17b beziehen sich auf besagte Doppelfokustechnik mit im Ergebnis zwei Fokuspunkten 13a, 13b. Durch die Erfindung mit erfasst ist jedoch auch eine sogenannte Fokusmatrix mit drei oder mehr Fokuspunkten 13a, 13b, 13c, ... in verschiedensten Anordnungen zueinander (nicht zeichnerisch dargestellt).The above-described embodiments of the laser optics 17 ; 17a . 17b refer to said double-fold technique with the result two focus points 13a . 13b , However, a so-called focus matrix with three or more focus points is also covered by the invention 13a . 13b . 13c , ... in various arrangements (not shown graphically).

Gemäß den 6 und 10 ist vorliegend zur stoffschlüssigen Verbindung der Fügepartner Polterminal 4 und Polverbinder 7 im Überlappstoß eine I-Schweißnaht 16, vorzugsweise eine geradlinige I-Schweißnaht 16 ausgebildet, wodurch ein überwiegend punktueller Wärmeeintrag in die besagten Fügepartner Polterminal 4 und Polverbinder 7 vermieden und eine etwaige thermische Überbelastung insbesondere der Speicherzelle 3 während des Schweißprozesses vermieden sind. Ferner kann bei einer I-Schweißnaht 16, die im Nachhinein als nicht in Ordnung eingeschätzt wird, einfacher eine zweite I-Schweißnaht 16 aufgebracht werden, als bei einer durch den Stand der Technik favorisierten Kehlnaht.According to the 6 and 10 is presently the material connection of the joining partners Polterminal 4 and pole connectors 7 in the lap joint an I-weld 16 , preferably a straight I-weld 16 formed, whereby a predominantly punctual heat input into said joint partner Polterminal 4 and pole connectors 7 avoided and any thermal overload, in particular the memory cell 3 avoided during the welding process. Furthermore, in an I-weld 16 , which is considered in hindsight to be out of order, easier a second I-weld 16 be applied than in a preferred by the prior art fillet weld.

Wie bereits oben ausgeführt, wurde in umfangreichen Versuchen zum Gegenstand der Erfindung gefunden, dass ein ausreichend fester Fügeverbund mit geringem elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Fügepartnern Polterminal 4 und Polverbinder 7 erzielbar ist, wenn die Schweißnaht 16 eine Tiefe „t” von etwa 85% bis etwa 95%, vorzugsweise von etwa 91% der Gesamtmaterialstärke „s” der beiden Fügepartner Polterminal 4 und Polverbinder 7 aufweist (10). Bevorzugt beträgt die durch die Schweißnaht 16 realisierte unmittelbare Anbindungsfläche „A” mindestens 10 mm2, vorzugweise etwa 15 bis etwa 20 mm2 je 100 A zu gewährleistender Stromtragfähigkeit im Fügebereich der Fügepartner Polterminal 4 und Polverbinder 7. Dies wirkt sich im Hinblick auf einen zu erzielenden festen Fügeverbund mit geringem elektrischen Übergangswiderstand weiter vorteilhaft aus.As already stated above, it has been found in extensive experiments relating to the subject matter of the invention that a sufficiently strong joining compound with low electrical contact resistance between the joining partners Polterminal 4 and pole connectors 7 achievable when the weld 16 a depth "t" of about 85% to about 95%, preferably about 91% of the total material thickness "s" of the two joining partner Polterminal 4 and pole connectors 7 having ( 10 ). Preferably, that is through the weld 16 realized immediate connection surface "A" at least 10 mm 2 , preferably about 15 to about 20 mm 2 per 100 A to be ensured current carrying capacity in the joint area of the joint partner Polterminal 4 and pole connectors 7 , This has a further advantageous effect with regard to a solid joining composite with low electrical contact resistance to be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Laserschweißanordnung sind im Hinblick auf eine Doppelfokusoptik bei einem Fokusabstand „a” von etwa 0,6 mm, einer parallelen Fokusanordnung, einer Laserleistung von 4.200 bis 4.300 W und einer Vorschubgeschwindigkeit des Lasers von 3 m/min hohe Einschweißtiefen „t” von ≥ 3,5 mm erzielbar. Bei einer Materialstärke „s1” des Polterminals 4 aus Aluminium von 1,8 mm und einer Materialstärke „s2” des Polverbinders 7 aus Aluminium von 2,5 mm ergab sich im Versuch konkret eine Einschweißtiefe „t” von 3,9 mm. Die Breite „b” der Anbindungsfläche „A” betrug dabei 2 mm.According to a preferred laser welding arrangement, high welding depths "t" of .about.3 m / min are desirable with respect to a double focus optics at a focal distance "a" of about 0.6 mm, a parallel focus arrangement, a laser power of 4,200 to 4,300 W and a feed speed of the laser ≥ 3.5 mm achievable. At a material thickness "s 1 " of the pole terminal 4 made of aluminum of 1.8 mm and a material thickness "s 2" of said pole 7 made of aluminum of 2.5 mm was found in the test specifically a weld depth "t" of 3.9 mm. The width "b" of the attachment surface "A" was 2 mm.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Speicherzellen-PackMemory cell pack
22
Gehäusecasing
33
Speicherzellememory cell
44
PolterminalPolterminal
55
Grundplattebaseplate
66
Gewindebolzenthreaded bolt
77
Polverbinderpole connector
88th
Aufnahmebohrunglocation hole
99
Gewindemutterthreaded nut
1010
Montageplattemounting plate
1111
Clipsverbindungclip connection
1212
Laserquellelaser source
12a, b12a, b
Laserquellenlaser sources
1313
Fokuspunktfocus point
13a, b13a, b
Fokuspunktefocal points
1414
Laserstrahllaser beam
14a, b14a, b
Laserstrahlenlaser beams
1515
Dampfkapillarevapor capillary
1616
SchweißnahtWeld
1717
Laseroptiklaser optics
17a, b17a, b
Laseroptikenlaser optics
1818
Vorschubrichtungfeed direction
1919
Lichtleitkabeloptical cable
20a, b20a, b
Kerne (Lichtleitkabel 19)Cores (fiber optic cable 19 )
2121
optische Keilplatteoptical wedge plate
2222
geteilter Spiegelsplit mirror
„dF " F "
FokusdurchmesserFocus diameter
„a”"A"
Fokusabstandfocus distance
„t”"T"
Einschweißtiefewelding depth
„s”"S"
Gesamtmaterialstärke der Fügepartner Polterminal 4 und Polverbinder 7 Total material thickness of the joint partner Polterminal 4 and pole connectors 7
„s1"S 1 "
Materialstärke Polterminal 4 Material thickness Polterminal 4
„s2"S 2 "
Materialstärke Polverbinder 7 Material thickness of the pole connector 7
„A”"A"
durch die Schweißnaht 16 realisierte Anbindungsfläche zwischen den Fügepartnern Polterminal 4 und Polverbinder 7 (Stoffschluss)through the weld 16 realized connection surface between the joining partners Polterminal 4 and pole connectors 7 (Adhesive bond)
„b”"B"
Breite der Anbindungsfläche „A”Width of the connection surface "A"

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • WO 2011/038908 A1 [0002] WO 2011/038908 A1 [0002]
  • DE 102010039893 A1 [0002] DE 102010039893 A1 [0002]

Claims (10)

Fügeverbindung zwischen einem Polterminal (4) einer elektrischen Speicherzelle (3) und einem Polverbinder (7), wobei das Polterminal (4) und der Polverbinder (7), einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle (12; 12a, 12b) mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden sind.Joint connection between a pole terminal ( 4 ) an electrical storage cell ( 3 ) and a pole connector ( 7 ), whereby the pole terminal ( 4 ) and the pole connector ( 7 ), forming a lap joint, with the aid of at least one laser source ( 12 ; 12a . 12b ) are connected to each other by means of laser welding material-locking with multi-technology. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Mehrfokustechnik eine – Doppelfokustechnik mit in Vorschubrichtung (18) der Fokuspunkte (13a, 13b) der Laserstrahlen (14a, 14b) gesehen Parallel- oder Tandemanordnung besagter Fokuspunkte (13a, 13b) oder eine – Fokusmatrixtechnik mit drei oder mehr Fokuspunkten (13a, 13b, 13c, ...) ist.Joint connection according to claim 1, characterized in that said Mehrfokustechnik a - double-fold technology with in the feed direction ( 18 ) of the focus points ( 13a . 13b ) of the laser beams ( 14a . 14b ) parallel or tandem arrangement of said focus points ( 13a . 13b ) or one - focus matrix technique with three or more focus points ( 13a . 13b . 13c , ...) is. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung von Polterminal (4) und Polverbinder (7) eine I-Schweißnaht (16), vorzugsweise eine geradlinige I-Schweißnaht (16) ausgebildet ist.Joining connection according to claim 1 or 2, characterized in that for the cohesive connection of pole terminal ( 4 ) and pole connectors ( 7 ) an I-weld ( 16 ), preferably a rectilinear I-weld ( 16 ) is trained. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung von Polterminal (4) und Polverbinder (7) eine Schweißnaht (16) ausgebildet ist, deren Tiefe „t” etwa 85% bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 91% der Gesamtmaterialstärke „s” der beiden Fügepartner entspricht.Joining connection according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the cohesive connection of Polterminal ( 4 ) and pole connectors ( 7 ) a weld ( 16 ) is formed, the depth "t" corresponds to about 85% to about 95%, preferably about 91% of the total material thickness "s" of the two joining partners. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (16) derart ausgebildet ist, dass die durch die Schweißnaht (16) realisierte unmittelbare Anbindungsfläche „A” mindestens 10 mm2, vorzugweise etwa 15 bis etwa 20 mm2 je 100 A zu gewährleistender Stromtragfähigkeit im Fügebereich von Polterminal (4) und Polverbinder (7) beträgt.Joining connection according to one of claims 1 to 4, characterized in that the weld ( 16 ) is formed such that through the weld ( 16 ) realized immediate connection surface "A" at least 10 mm 2 , preferably about 15 to about 20 mm 2 per 100 A to be ensured current carrying capacity in the joining area of Polterminal ( 4 ) and pole connectors ( 7 ) is. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polterminal (4) und der Polverbinder (7) plattenförmig ausgebildet sind.Joining connection according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pole terminal ( 4 ) and the pole connector ( 7 ) are plate-shaped. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polterminal (4) und der Polverbinder (7) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.Joining connection according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pole terminal ( 4 ) and the pole connector ( 7 ) consist of aluminum or an aluminum alloy. Speicherzellen-Pack (1) mit einer Mehrzahl in einem Gehäuse (2) angeordneter und mittels Polverbinder (7) in Parallel- und/oder Reihenschaltung zusammengeschalteter elektrischer Speicherzellen (3), wobei die Speicherzellen (3) Polterminals (4) aufweisen, die mit einem/dem Polverbinder (7), einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle (12; 12a, 12b) mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden sind.Memory cell pack ( 1 ) with a plurality in a housing ( 2 ) arranged and by means of pole connector ( 7 ) in parallel and / or series connection of interconnected electrical memory cells ( 3 ), wherein the memory cells ( 3 ) Polterminals ( 4 ) with a / the pole connector ( 7 ), forming a lap joint, with the aid of at least one laser source ( 12 ; 12a . 12b ) are connected to each other by means of laser welding material-locking with multi-technology. Speicherzellen-Pack (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polverbinder (7) an einer Montageplatte (10) durch Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss derart gehaltert sind, dass dieselben mittels der Montageplatte (10) mit ihrer einen Seite gleichzeitig auf die betreffenden Polterminals (4) aufsetzbar und von der anderen Seite her durch Laserschweißung mit den betreffenden Polterminals (4) verbindbar sind.Memory cell pack ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the pole connectors ( 7 ) on a mounting plate ( 10 ) are held by form, force and / or material connection such that the same by means of the mounting plate ( 10 ) with its one side at the same time on the Polterminals concerned ( 4 ) and from the other side by laser welding to the respective pole terminals ( 4 ) are connectable. Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen einem Polterminal (4) einer elektrischen Speicherzelle (3) und einem Polverbinder (7), wobei das Polterminal (4) und der Polverbinder (7), einen Überlappstoß ausbildend, unter Zuhilfenahme zumindest einer Laserquelle (12; 12a, 12b) mit Mehrfokustechnik untereinander stoffschlüssig durch Laserschweißung verbunden werden.Method for producing a joint connection between a pole terminal ( 4 ) an electrical storage cell ( 3 ) and a pole connector ( 7 ), whereby the pole terminal ( 4 ) and the pole connector ( 7 ), forming a lap joint, with the aid of at least one laser source ( 12 ; 12a . 12b ) with Mehrfokustechnik interconnected by laser welding.
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