DE102013008831B3 - Battery having a plurality of battery cells and method of manufacturing a battery - Google Patents

Battery having a plurality of battery cells and method of manufacturing a battery Download PDF

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Carina Meier
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Thomas Pauleser
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche einen Stapel bilden. Die Batterie umfasst zumindest ein die Batteriezellen in dem Stapel fixierendes und aus einem Metall gebildetes Fixierelement (20). Zwischen zwei benachbarten Batteriezellen ist ein jeweiliger Separator (24) angeordnet, welcher die benachbarten Batteriezellen elektrisch voneinander isoliert. Der jeweilige Separator (24) weist wenigstens ein aus einem Kunststoff gebildetes Befestigungselement (28) auf, welches in einer korrespondierenden, in dem zumindest einen Fixierelement (20) ausgebildeten Durchtrittsöffnung (34) angeordnet ist. An dem zumindest einen Fixierelement (20) ist im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (32) zumindest ein Kunststoffelement (34) angeordnet. Zum Festlegen des Befestigungselements (28) an dem Fixierelement (20) ist das Befestigungselement (28) mit dem Kunststoffelement (34) stoffschlüssig verbunden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen einer Batterie.The invention relates to a battery having a plurality of battery cells which form a stack. The battery comprises at least one fixing element (20) which fixes the battery cells in the stack and is formed from a metal. A respective separator (24), which electrically isolates the adjacent battery cells from one another, is arranged between two adjacent battery cells. The respective separator (24) has at least one fastening element (28) formed from a plastic, which is arranged in a corresponding passage opening (34) formed in the at least one fixing element (20). At least one plastic element (34) is arranged on the at least one fixing element (20) in the region of the at least one passage opening (32). To fix the fastening element (28) on the fixing element (20), the fastening element (28) is connected to the plastic element (34) in a materially bonded manner. The invention also relates to a method for manufacturing a battery.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche einen Stapel bilden. Die Batterie umfasst zumindest ein die Batteriezellen in dem Stapel fixierendes Fixierelement, welches aus einem Metall gebildet ist. Zwischen zwei benachbarten Batteriezellen ist ein jeweiliger Separator angeordnet, welcher die benachbarten Batteriezellen elektrisch voneinander isoliert. Der jeweilige Separator weist wenigstens ein aus einem Kunststoff gebildetes Befestigungselement auf. Das wenigstens eine Befestigungselement tritt durch eine korrespondierende, in dem zumindest einen Fixierelement ausgebildete Durchtrittsöffnung hindurch. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen einer solchen Batterie.The invention relates to a battery having a plurality of battery cells which form a stack. The battery comprises at least one fixing element which fixes the battery cells in the stack and which is formed from a metal. Between two adjacent battery cells, a respective separator is arranged, which electrically isolates the adjacent battery cells from each other. The respective separator has at least one fastening element formed from a plastic. The at least one fastening element passes through a corresponding passage opening formed in the at least one fixing element. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing such a battery.

Batterien mit einer Mehrzahl von Batteriezellen kommen beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz, wo sie als Energiespeicher für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs dienen. Insbesondere bei der Verwendung im Fahrzeug ist man bestrebt, die Batterie zunehmend leistungsfähiger sowie im Hinblick auf den Bauraum optimiert auszulegen. Jedoch spielt auch die mechanische Belastbarkeit eine Rolle. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden die metallischen Fixierelemente der Batterie mit den aus Kunststoff gebildeten Befestigungselementen verbunden. So ist einerseits für eine elektrische Isolation gesorgt, und andererseits erhöht die Verwendung von metallischen Fixierelementen die Tragfähigkeit der Batterie.Batteries with a plurality of battery cells are used for example in electric vehicles or hybrid vehicles, where they serve as energy storage for an electric drive of the vehicle. In particular, when used in the vehicle, the aim is to design the battery increasingly powerful and optimized in terms of space. However, the mechanical load capacity also plays a role. In order to meet these requirements, the metallic fixing elements of the battery are connected to the fastening elements formed of plastic. Thus, on the one hand provided for electrical insulation, and on the other hand, the use of metallic fixing elements increases the carrying capacity of the battery.

Eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche einen Stapel bilden, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen Separatoren aus Kunststoff angeordnet sind, ist in der DE 10 2011 104 499 A1 beschrieben. Der Stapel der Batteriezellen ist hierbei zwischen metallischen Endplatten angeordnet, welche mit ebenfalls metallischen Seitenplatten verbunden sind. In den als Fixierelemente dienenden Seitenplatten sind Durchtrittsöffnungen vorgesehen, durch welche Kunststoffdome hindurchtreten, welche an den jeweiligen Separatoren angeordnet sind. Nach dem Anbringen der Seitenplatten an dem Stapel der Batteriezellen werden die Dome wie Köpfe von Nieten flach gedrückt, beispielsweise durch Heißverstemmen. So soll eine Fixierung der Separatoren relativ zu den Seitenplatten erreicht werden.A battery having a plurality of battery cells, which form a stack, wherein plastic separators are arranged between the individual battery cells, is in the DE 10 2011 104 499 A1 described. The stack of battery cells is in this case arranged between metallic end plates, which are also connected to metal side plates. In the serving as fixing elements side plates through openings are provided, pass through which plastic domes, which are arranged on the respective separators. After attaching the side panels to the stack of battery cells, the domes are flattened like heads of rivets, such as by heat staking. Thus, a fixation of the separators is to be achieved relative to the side plates.

Zum Verbinden von Kunststoffen mit Metallen sind des Weiteren aus dem Stand der Technik unterschiedliche Verfahren bekannt. So beschreibt die EP 0 160 425 A2 das Verbinden einer Kunststoffplatte mit einer Metallplatte, bei welcher die Metallplatte eine Durchtrittsöffnung aufweist. In die Durchtrittsöffnung wird ein Einsetzteil eingesetzt, welches dadurch mit der Kunststoffplatte in Anlage gebracht wird. Das Einsetzteil ist aus einem Kunststoff gebildet, welcher für die Wellenlänge eines Lasers durchlässig ist. Beim Laserschweißen tritt der Laserstrahl also durch das Einsetzteil hindurch und schmilzt die Kunststoffplatte im Bereich des Einsetzteils auf. So verbinden sich das Einsetzteil und die Kunststoffplatte.Furthermore, different methods for joining plastics with metals are known from the prior art. That's how it describes EP 0 160 425 A2 the joining of a plastic plate with a metal plate, wherein the metal plate has a passage opening. In the passage opening an insert part is used, which is thereby brought into abutment with the plastic plate. The insert is formed of a plastic which is transparent to the wavelength of a laser. During laser welding, the laser beam thus passes through the insert part and melts the plastic plate in the region of the insert part. This is how the insert part and the plastic plate connect.

Des Weiteren beschreibt die DE 103 38 588 A1 ein Verfahren zum Verbinden eines Formteils aus Metall mit einem Formteil aus thermoplastischem Kunststoff. Die Formteile werden in Kontakt gebracht und im Kontaktbereich des Formteils aus Metall mit einem Laser bestrahlt. So soll eine bessere Adhäsion des Kunststoffs auf dem Metall bewirkt werden als beim Umspritzen eines Metallteils mit Kunststoff.Furthermore, the describes DE 103 38 588 A1 a method for joining a molded part made of metal with a molded part made of thermoplastic material. The moldings are brought into contact and irradiated in the contact region of the metal part with a laser. Thus, a better adhesion of the plastic is to be effected on the metal than when molding a metal part with plastic.

Die DE 102 01 543 A1 und die DE 103 35 446 A1 beschreiben Verfahren zum Verbinden von Kunststoffbauteilen durch Laserschweißen.The DE 102 01 543 A1 and the DE 103 35 446 A1 describe methods for joining plastic components by laser welding.

Bei der Auswahl geeigneter Technologien für die Verbindung von Kunststoffen mit Metallen spielen die Anforderungen des Anwendungsfalls, der Temperatureintrag, die Prozesssicherheit und Fertigungszeiten eine wesentliche Rolle. Allen diesen Anforderungen gleichermaßen gerecht zu werden, stellt weiterhin eine Herausforderung dar.In the selection of suitable technologies for the connection of plastics to metals, the requirements of the application case, the temperature input, process reliability and production times play an essential role. Meeting all these requirements in equal measure continues to be a challenge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Fertigen einer solchen Batterie zu schaffen, welche besonders robust ist.Object of the present invention is therefore to provide a battery of the type mentioned above and a method for manufacturing such a battery, which is particularly robust.

Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a battery having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 8. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist an dem zumindest einen Fixierelement durch Umspritzen des zumindest einen Fixierelements im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung zumindest ein Kunststoffelement angeordnet. Dadurch fassen jeweilige Schenkel des zumindest einen Kunststoffelements das Fixierelement im Bereich der Durchtrittsöffnung zu beiden Seiten hin ein. Das zumindest eine Kunststoffelement ist stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement verbunden. Durch das stoffschlüssige Verbinden des Befestigungselements mit dem Kunststoffelement wird ein spielfreier Verbund des Befestigungselements mit dem Fixierelement erzielt und so das wenigstens eine Befestigungselement an dem zumindest einen Fixierelement festgelegt. Dies ist vorteilhaft, da bei einer Anordnung der Batterie in einem Fahrzeug üblicherweise über eine Fahrzeugstruktur Kräfte in das Fixierelement eingetragen werden. Das Fixierelement gehört nämlich zur tragenden Struktur der Batterie, und diese tragende Struktur der Batterie ist ihrerseits Kraft übertragend mit der Fahrzeugstruktur gekoppelt.In the case of the battery according to the invention, at least one plastic element is arranged on the at least one fixing element by encapsulation of the at least one fixing element in the region of the at least one passage opening. As a result, respective legs of the at least one plastic element grip the fixing element in the region of the passage opening on both sides. The at least one plastic element is materially connected to the at least one fastening element. By the cohesive connection of the fastening element with the plastic element, a play-free composite of the fastening element is achieved with the fixing element and so set the at least one fastening element on the at least one fixing element. This is advantageous because in an arrangement of the battery in a vehicle Usually be entered via a vehicle structure forces in the fixing. Namely, the fixing member belongs to the supporting structure of the battery, and this supporting structure of the battery is in turn coupled to transmit power to the vehicle structure.

Durch die im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte und Vibrationen kann es jedoch zu einer Relativbewegung zwischen den Separatoren und den Fixierelementen kommen, wenn die Befestigungselemente nicht spielfrei an dem Fixierelement befestigt sind. Dies ist für den Zusammenhalt der einzelnen Komponenten der Batterie ungünstig, und es kann möglicherweise Gefährdungen mit sich bringen. Wenn jedoch, wie vorliegend, über das Befestigungselement die Separatoren spielfrei an dem Fixierelement festgelegt sind, ist ein besonders robuster Verbund der Komponenten der Batterie geschaffen. Es sind so Relativbewegungen zwischen den Separatoren und dem zumindest einen Fixierelement wirksam unterbunden.Due to the forces and vibrations occurring during driving, however, a relative movement between the separators and the fixing elements can occur if the fastening elements are not secured to the fixing element without play. This is unfavorable for the cohesion of the individual components of the battery, and it may possibly pose hazards. However, if, as in the present case, the separators are fixed without play to the fixing element via the fastening element, a particularly robust composite of the components of the battery is created. Relative movements between the separators and the at least one fixing element are thus effectively prevented.

Zudem lässt sich die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Fixierelement prozesssicher und besonders rasch realisieren, so dass eine besonders einfache und in Bezug auf die Fertigungszeiten günstige Fertigung der Batterie gegeben ist.In addition, the cohesive connection between the fastening element and the fixing can be realized process-reliable and particularly quickly, so that a particularly simple and favorable in terms of manufacturing times manufacturing the battery is given.

Eine besonders innige Verbindung des Kunststoffelements mit dem Fixierelement im Bereich der Durchtrittsöffnung ist erreicht, weil gemäß der Erfindung das Kunststoffelement durch Umspritzen des Fixierelements im Bereich der Durchtrittsöffnung an dem Fixierelement angeordnet ist. Ein entsprechendes Hybridbauteil, welches durch Umspritzen der Durchtrittsöffnungen des metallischen Fixierelements mit Kunststoff gebildet ist, lässt sich zudem fertigungstechnisch besonders einfach bereitstellen.A particularly intimate connection of the plastic element with the fixing element in the region of the passage opening is achieved because, according to the invention, the plastic element is arranged by encapsulation of the fixing element in the region of the passage opening on the fixing element. A corresponding hybrid component, which is formed by encapsulation of the passage openings of the metallic fixing element with plastic, can also be provided in a particularly simple manufacturing technology.

Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zumindest eine Kunststoffelement mit dem wenigstens einen Befestigungselement durch Laserschweißen verbunden ist. Entsprechend ist zwischen dem Kunststoffelement und dem Befestigungselement eine Laserschweißnaht vorhanden. Eine solche Verbindung lässt sich einfach und präzise herstellen und führt zu einem besonders belastbaren Verbund zwischen dem Befestigungselement und dem Kunststoffelement.It has proven to be advantageous if the at least one plastic element is connected to the at least one fastening element by laser welding. Accordingly, a laser weld is present between the plastic element and the fastener. Such a connection can be produced easily and precisely and leads to a particularly strong bond between the fastening element and the plastic element.

Das zumindest eine Kunststoffelement ist bevorzugt aus einem für die Wellenlänge eines beim Laserschweißen eingesetzten Lasers durchlässigen Kunststoff gebildet und das wenigstens eine Befestigungselement aus einem die Energie des Lasers absorbierenden Kunststoff. Dann ist die Verbindungsstelle zwischen dem Kunststoffelement und dem Befestigungselement besonders gut mittels des Lasers erreichbar. Der Laserstrahl kann nämlich von der Seite des Kunststoffelements her in das Befestigungselement eingebracht werden.The at least one plastic element is preferably formed of a permeable to the wavelength of a laser used in laser welding plastic and the at least one fastener of a laser energy absorbing the plastic. Then the connection point between the plastic element and the fastening element is particularly well accessible by means of the laser. The laser beam can namely be introduced into the fastening element from the side of the plastic element.

Hierbei kann das Kunststoffelement aus, insbesondere unverstärktem, Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet sein. Ein entsprechender Kunststoff ist beispielsweise unter der Bezeichnung Crastin® erhältlich. Dieser kann insbesondere weiß bzw. farblos sein.In this case, the plastic element may be formed from, in particular unreinforced, polybutylene terephthalate (PBT). A corresponding plastic is obtainable for example under the name Crastin ®. This can be especially white or colorless.

Demgegenüber kann das Befestigungselement aus faserverstärktem, insbesondere glasfaserverstärktem PBT gebildet sein, beispielsweise aus unter der Bezeichnung Ultradur® erhältlichem Kunststoff mit einem Anteil an Glasfasern von 10%.In contrast, the fastening element may be formed of fiber-reinforced, in particular glass fiber-reinforced PBT, for example, from commercially available under the name ® Ultradur plastic with a glass fiber content of 10%.

Wird für das Befestigungselement ein schwarz gefärbter Kunststoff verwendet, so können unterschiedliche Laser eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass das Befestigungselement die Energie des Lasers besonders weitgehend absorbiert. Beispielsweise kann ein Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 808 nm oder 940 nm oder 980 nm zum Einsatz kommen. Es ist auch möglich, einen Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm einzusetzen oder einen Faserlaser mit Wellenlängen aus dem Bereich von 1060 bis 1100 nm. Falls das Befestigungselement eine andere Farbe als Schwarz aufweist, so kann die Wellenlänge des Lasers entsprechend der Einfärbung derart abgestimmt werden, dass die Energie des Lasers besonders weitgehend von dem Kunststoff absorbiert wird.If a black-colored plastic is used for the fastening element, different lasers can be used to ensure that the fastening element particularly largely absorbs the energy of the laser. For example, a diode laser with a wavelength of 808 nm or 940 nm or 980 nm can be used. It is also possible to use a Nd: YAG laser with a wavelength of 1064 nm or a fiber laser with wavelengths in the range of 1060 to 1100 nm. If the fastener has a different color than black, the wavelength of the laser can be adjusted according to the Coloring be tuned such that the energy of the laser is particularly largely absorbed by the plastic.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das wenigstens eine Befestigungselement stiftförmig ausgebildet ist, wobei ein Außenmaß des wenigstens einen Befestigungselements geringer ist als ein Innenmaß der mit dem Kunststoffelement versehenen Durchtrittsöffnung. Wenn nämlich zwischen dem Befestigungselement und der Durchtrittsöffnung ein gewisser Abstand vorliegt, so lässt sich das Fixierelement besonders einfach und insbesondere unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen an dem Stapel der Batteriezellen anbringen, wobei die stiftförmigen Befestigungselemente in die Durchtrittsöffnungen eingeführt werden. Eine derartige Gestaltung des Befestigungselements erleichtert somit die Fertigung der Batterie.As a further advantage, it has been shown, if the at least one fastening element is pin-shaped, wherein an outer dimension of the at least one fastening element is less than an inner dimension of the provided with the plastic element passage opening. Namely, if there is a certain distance between the fastening element and the passage opening, then the fixing element can be attached to the stack of battery cells in a particularly simple manner and, in particular taking into account manufacturing tolerances, wherein the pin-shaped fastening elements are introduced into the passage openings. Such a design of the fastener thus facilitates the manufacture of the battery.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das zumindest eine Kunststoffelement einen durch das zumindest eine Fixierelement gebildeten Rand der wenigstens einen Durchtrittsöffnung überdeckt und im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung sowohl an einer dem Separator zugewandten Seite als auch an einer dem Separator abgewandten Seite des zumindest einen Fixierelements angeordnet ist. Dann umgreift nämlich das Kunststoffelement den Rand der Durchtrittsöffnung, und das Kunststoffelement ist besonders sicher an dem Fixierelement gehalten.It is furthermore advantageous if the at least one plastic element covers an edge of the at least one passage opening formed by the at least one fixing element and in the region of the at least one passage opening both on a side facing the separator and on a side of the at least one fixing element facing away from the separator is arranged. The plastic element then encompasses the edge of the passage opening, and the plastic element is held particularly securely on the fixing element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zumindest eine Kunststoffelement einen die wenigstens eine Durchtrittsöffnung überdeckenden Teilbereich auf, und in diesem Teilbereich ist das Kunststoffelement stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement verbunden. So lässt sich eine Anlage des Befestigungselements an dem Kunststoffelement in dem Teilbereich bereits vor dem stoffschlüssigen Verbinden realisieren. Zudem kann durch den Teilbereich hindurch beispielsweise ein Laserstrahl auf das Befestigungselement gerichtet werden, um für einen innigen Verbund des Befestigungselements mit dem Kunststoffelement zu sorgen. In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one plastic element has a partial area covering the at least one passage opening, and in this partial area the plastic element is connected in a material-locking manner to the at least one fastening element. Thus, a system of the fastening element can be realized on the plastic element in the sub-region already before the cohesive bonding. In addition, for example, a laser beam can be directed onto the fastening element through the partial region, in order to ensure an intimate bonding of the fastening element to the plastic element.

Besonders einfach lässt sich das wenigstens eine Befestigungselement bereitstellen, wenn es einstückig mit dem jeweiligen Separator ausgebildet ist.The at least one fastening element can be provided in a particularly simple manner if it is formed in one piece with the respective separator.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen einer Batterie wird eine Mehrzahl von Batteriezellen so angeordnet, dass sie einen Stapel bilden. Zwischen zwei benachbarten Batteriezellen wird ein jeweiliger Separator angeordnet, welcher die benachbarten Batteriezellen elektrisch voneinander isoliert. Die Batteriezellen werden in dem Stapel mit zumindest einem aus einem Metall gebildeten Fixierelement fixiert. Der jeweilige Separator weist hierfür wenigstens ein aus einem Kunststoff gebildetes Befestigungselement auf, welches durch eine korrespondierende, in dem zumindest einen Fixierelement ausgebildete Durchtrittsöffnung hindurchtritt. An dem zumindest einen Fixierelement wird durch Umspritzen des zumindest einen Fixierelements im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung zumindest ein Kunststoffelement angeordnet, wodurch das zumindest eine Fixierelement im Bereich der Durchtrittsöffnung durch jeweilige Schenkel des zumindest einen Kunststoffelements zu beiden Seiten hin eingefasst wird. Das zumindest eine Kunststoffelement wird stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement verbunden, wobei durch das stoffschlüssige Verbinden des wenigstens einen Befestigungselements mit dem zumindest einen Kunststoffelement ein spielfreier Verbund des wenigstens einen Befestigungselements mit dem zumindest einen Fixierelement erzielt wird. Dadurch wird das wenigstens eine Befestigungselement an dem zumindest einen Fixierelement festgelegt. Durch ein solches Verfahren lässt sich eine besonders robuste Batterie bereitstellen.In the method of manufacturing a battery of the present invention, a plurality of battery cells are arranged to form a stack. Between two adjacent battery cells, a respective separator is arranged, which electrically isolates the adjacent battery cells from each other. The battery cells are fixed in the stack with at least one fixing element formed of a metal. For this purpose, the respective separator has at least one fastening element formed from a plastic which passes through a corresponding through opening formed in the at least one fixing element. At least one plastic element is arranged on the at least one fixing element in the region of the at least one passage opening by encapsulation of the at least one fixing element, whereby the at least one fixing element is bordered on both sides in the region of the passage opening by respective legs of the at least one plastic element. The at least one plastic element is materially connected to the at least one fastening element, wherein a backlash-free bond of the at least one fastening element is achieved with the at least one fixing element by the cohesive bonding of the at least one fastening element with the at least one plastic element. As a result, the at least one fastening element is fixed to the at least one fixing element. Such a method makes it possible to provide a particularly robust battery.

Bevorzugt wird das Fixierelement bereits mit dem im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung angeordneten Kunststoffelement, also als Hybridbauteil bereitgestellt, und anschließend wird das Kunststoffelement mit dem Befestigungselement beispielsweise durch Laserschweißen verbunden.Preferably, the fixing element is already provided with the arranged in the region of at least one passage opening plastic element, ie as a hybrid component, and then the plastic element is connected to the fastening element, for example by laser welding.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings, in which functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:

1 ausschnittsweise eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug, bei welcher zwischen einzelnen Batteriezellen Spacer angeordnet sind, wobei an dem Spacer vorgesehene Dome durch eine Seitenplatte hindurchgeführt sind, welche an einer Seite eines Stapels der Batteriezellen angeordnet ist; 1 a section of a known from the prior art high-voltage battery for a vehicle in which spacers are arranged between individual battery cells, wherein provided on the spacer dome are passed through a side plate which is arranged on one side of a stack of battery cells;

2 schematisch das Verbinden eines der aus Kunststoff gebildeten Dome der Spacer mit der Seitenplatte durch Heißverstemmen gemäß dem Stand der Technik; und 2 schematically the joining of one of the plastic formed dome of the spacer with the side plate by hot caulking according to the prior art; and

3 stark schematisiert das Verbinden eines aus Kunststoff gebildeten Doms eines Spacers mit einem Kunststoffelement, welches durch Umspritzen der Seitenplatte im Bereich der Durchtrittsöffnung mit Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei zum stoffschlüssigen Verbinden des Kunststoffelements mit dem Dom des Spacers ein Laser zum Einsatz kommt. 3 strongly schematized connecting a formed from plastic dome of a spacer with a plastic element, which is formed by encapsulation of the side plate in the region of the passage opening with plastic material, wherein for the material-locking connection of the plastic element with the dome of the spacer, a laser is used.

Eine in 1 ausschnittsweise gezeigte Batterie 10 gemäß dem Stand der Technik ist als Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug ausgebildet. Die Batterie 10 umfasst eine Vielzahl von prismatischen Batteriezellen 12, von denen in 1 lediglich eine gezeigt ist. Die einzelnen Batteriezellen 12 weisen üblicherweise metallische Gehäuse auf, und sie sind in der Batterie 10 elektrisch in Reihe geschaltet und/oder parallel geschaltet. Zum elektrischen Isolieren der einzelnen Batteriezellen 12 voneinander sind aus einem Kunststoff gebildete Separatoren vorgesehen, welche auch als Spacer 14 bezeichnet werden. Die jeweiligen Spacer 14 weisen stiftförmige Vorsprünge in Form von Domen 16 auf, welche seitlich aus einem die Batteriezellen 12 umfassenden Stapel 18 hervorstehen.An in 1 partial battery shown 10 According to the prior art is designed as a high-voltage battery for a vehicle. The battery 10 includes a plurality of prismatic battery cells 12 of which in 1 only one is shown. The individual battery cells 12 usually have metallic housing, and they are in the battery 10 electrically connected in series and / or connected in parallel. For electrically isolating the individual battery cells 12 from each other separators formed of a plastic are provided which also as a spacer 14 be designated. The respective spacers 14 have pin-shaped projections in the form of domes 16 on which side of one of the battery cells 12 comprehensive stack 18 protrude.

Der Stapel 18 der Batteriezellen 12 ist zur Seite hin von Fixierelementen in Form von Seitenplatten 20 eingefasst. Diese Seitenplatten 20 sind aus einem Metall gebildet, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung. Das Vorsehen dieser metallischen Seitenplatten 20, welche mit (nicht gezeigten) metallischen Endplatten des Stapels 18 verbunden sind, sorgt für eine gute Stabilität des Stapels 18. Da die Seitenplatten 20, welche auch als Seitenbinder bezeichnet werden, zur tragenden Struktur der Batterie 10 gehören, über welche die Batterie 10 an eine Fahrzeugstruktur festgelegt ist, werden über die Seitenplatten 20 Kräfte in die Batterie 10 eingeleitet.The stack 18 the battery cells 12 is to the side of fixing in the form of side plates 20 edged. These side plates 20 are made of a metal, for example, a Aluminum alloy. The provision of these metallic side plates 20 , which with (not shown) metallic end plates of the stack 18 connected, ensures good stability of the stack 18 , Because the side plates 20 , which are also referred to as Seitenbinder, to the supporting structure of the battery 10 belong, over which the battery 10 is fixed to a vehicle structure are via the side plates 20 Forces into the battery 10 initiated.

Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Batterie 10 gemäß 1 sind die Dome 16 durch entsprechende Durchtrittsöffnungen durchgeführt, welche in der Seitenplatte 20 vorgesehen sind. Insbesondere aus 2 ist ersichtlich, dass zwischen dem Dom 16 des Spacers 14 und der Seitenplatte 20 ein gewisser Spalt vorliegt, es besteht also Spiel zwischen der Seitenplatte 20 und dem Dom 16.In the battery known from the prior art 10 according to 1 are the dome 16 performed by corresponding passage openings, which in the side plate 20 are provided. In particular from 2 it can be seen that between the dome 16 of the spacer 14 and the side plate 20 there is a certain gap, so there is play between the side plate 20 and the cathedral 16 ,

Anhand von 2 ist zudem erkennbar, wie der Spacer 14 über den Dom 16 an der Seitenplatte 20 fixiert wird. Hierfür wird ein über die Seitenplatte 20 überstehender Teilbereich des Doms 16 flach gedrückt, etwa durch Heißverstemmen. Auch hierbei verbleibt jedoch zwischen dem Außenumfang des Doms 16 und dem durch die Seitenplatte 20 gebildeten Rand der Durchtrittsöffnung Spiel, ein Spalt 22 ist also weiterhin vorhanden. Dies ist im Hinblick auf die Fixierung der Spacer 14 und mit diesen der Batteriezellen 12 in dem Stapel 18 ungünstig.Based on 2 is also recognizable as the spacer 14 over the cathedral 16 on the side plate 20 is fixed. This is done via the side plate 20 protruding part of the cathedral 16 pressed flat, for example by staking. Again, however, remains between the outer circumference of the cathedral 16 and through the side plate 20 formed edge of the passage game, a gap 22 So it's still there. This is with regard to the fixation of the spacer 14 and with these the battery cells 12 in the pile 18 unfavorable.

Anhand von 3 soll daher ein alternatives Verfahren zum Verbinden eines Spacers 24 einer Batterie 26 mit der Seitenplatte 20 veranschaulicht werden. Auch bei dieser Batterie 26 dienen die Spacer 24 der elektrischen Isolation von Batteriegehäusen benachbarter (in 3 nicht gezeigter) Batteriezellen der Batterie 26. Hierbei werden jedoch Dome 28 der Spacer 24 durch Laserschweißen spielfrei relativ zu der Seitenplatte 20 fixiert.Based on 3 Therefore, an alternative method for connecting a spacer 24 a battery 26 with the side plate 20 be illustrated. Also with this battery 26 serve the spacers 24 the electrical insulation of battery housings adjacent (in 3 not shown) battery cells of the battery 26 , However, here are dome 28 the spacer 24 by laser welding clearance relative to the side plate 20 fixed.

Hierfür wird zunächst ein Hybridbauteil 30 bereitgestellt, welches im Bereich von für die Dome 28 vorgesehenen Durchtrittsöffnungen 32 in der Seitenplatte 20 ein jeweiliges Kunststoffelement 34 aufweist. Das Kunststoffelement 34 wird durch Umspritzen der Seitenplatte 20 im Bereich der jeweiligen Durchtrittsöffnung 32 mit Kunststoff hergestellt. Das Kunststoffelement 34 überdeckt hierbei in einem Bereich 36 einen durch die Seitenplatte 20 gebildeten Rand der Durchtrittsöffnung 32. Mit anderen Worten ist die in der Seitenplatte 20 vorgesehene Durchtrittsöffnung 32 zum Dom 28 hin durch den Bereich 36 des Kunststoffelements 34 verkleidet.For this purpose, initially a hybrid component 30 provided in the area of for the dome 28 provided passage openings 32 in the side plate 20 a respective plastic element 34 having. The plastic element 34 is done by molding the side plate 20 in the region of the respective passage opening 32 made with plastic. The plastic element 34 covers in one area 36 one through the side plate 20 formed edge of the passage opening 32 , In other words, that's in the side plate 20 provided passage opening 32 to the dome 28 out through the area 36 of the plastic element 34 dressed.

Zudem umfasst das Kunststoffelement 34 einen ersten Schenkel 38, welcher um die Durchtrittsöffnung 32 umlaufend an einer dem Spacer 24 zugewandten Seite der Seitenplatte 20 angeordnet ist. Ein weiterer Schenkel 40 ist an einer dem Spacer 24 abgewandten Seite der Seitenplatte 20 im Bereich der Durchtrittsöffnung 32 vorgesehen. Die beiden Schenkel 38, 40 fassen somit die Seitenplatte 20 im Bereich der Durchtrittsöffnung 32 zu beiden Seiten hin ein. Durch diese Ausgestaltung des Kunststoffelements 34 mit den die Seitenplatte 20 jeweils hintergreifenden Schenkeln 38, 40 ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffelement 34 und der Seitenplatte 20 hergestellt.In addition, the plastic element comprises 34 a first leg 38 , which around the passage opening 32 encircling one of the spacers 24 facing side of the side plate 20 is arranged. Another thigh 40 is at a the spacer 24 opposite side of the side plate 20 in the region of the passage opening 32 intended. The two thighs 38 . 40 thus grasp the side plate 20 in the region of the passage opening 32 on both sides. By this configuration of the plastic element 34 with the side plate 20 each behind engaging thighs 38 . 40 is a positive connection between the plastic element 34 and the side plate 20 produced.

Zudem weist das Kunststoffelement 34 einen die Durchtrittsöffnung 32 überdeckenden Teilbereich 42 auf. Wenn die Seitenplatte 20 so an den Spacern 24 angebracht wird, dass die Dome 28 durch die Durchtrittsöffnungen 32 hindurchtreten, so gelangt der Teilbereich 42 mit einer Oberseite des Doms 28 in Anlage. Die aus dem gleichen Kunststoff wie der Spacer 24 gebildeten Dome 28 fügen sich also im Teilbereich 42 an das Kunststoffelement 34 an. Anschließend wird das Hybridbauteil 30 im Bereich der jeweiligen Durchtrittsöffnungen 32 mit einem Laserstrahl eines Lasers 44 beaufschlagt, welcher in 3 schematisch gezeigt ist.In addition, the plastic element has 34 one the passage opening 32 covering subarea 42 on. If the side plate 20 so on the spacers 24 is attached to the dome 28 through the passages 32 pass through, then enters the subarea 42 with a top of the dome 28 in Appendix. Made of the same plastic as the spacer 24 formed dome 28 So they fit in the subarea 42 to the plastic element 34 at. Subsequently, the hybrid component 30 in the region of the respective passage openings 32 with a laser beam of a laser 44 which is in 3 is shown schematically.

Das Kunststoffelement 34 ist für die Wellenlänge des Laserstrahls durchlässig, während der Dom 28 dem Laserstrahl gegenüber absorbierende Eigenschaften aufweist. So wird der Dom 28 im Bereich seines Kontakts mit dem Teilbereich 42 aufgeschmolzen, und es bildet sich eine Schweißverbindung 46 aus. Durch die stoffschlüssige Verbindung des Doms 28 mit dem Kunststoffelement 34 ist dafür gesorgt, dass das Hybridbauteil 30 und die Spacer 24 spielfrei miteinander verbunden sind. Eine Relativbewegung zwischen der Seitenplatte 20 und dem Spacer 24 ist somit unterbunden.The plastic element 34 is permeable to the wavelength of the laser beam while the dome 28 has absorbent properties opposite the laser beam. This is how the cathedral becomes 28 in the area of his contact with the subarea 42 melted, and it forms a welded joint 46 out. Due to the integral connection of the dome 28 with the plastic element 34 is ensured that the hybrid component 30 and the spacers 24 are connected together without clearance. A relative movement between the side plate 20 and the spacer 24 is thus prevented.

Die stoffschlüssige, durch das Laserschweißen bewirkte Verbindung des Kunststoffelements 34 mit dem Dom 28 sorgt also bei der Batterie 26 für die spielfreie Verbindung des Hybridbauteils 30 mit den Spacern 24.The cohesive, caused by the laser welding connection of the plastic element 34 with the cathedral 28 So take care of the battery 26 for the backlash-free connection of the hybrid component 30 with the spacers 24 ,

Das Kunststoffelement 34 kann insbesondere aus Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet sein und der Spacer 24 zusammen mit dem einstückig mit diesem ausgebildeten Dom 28 aus einem faserverstärkten PBT-Material. Zudem kann das Kunststoffelement 34 farblos ausgebildet sein, so dass es den Laserstrahl besonders gut hindurchlässt.The plastic element 34 may be formed in particular from polybutylene terephthalate (PBT) and the spacer 24 together with the integrally formed with this dome 28 made of a fiber-reinforced PBT material. In addition, the plastic element 34 be designed colorless, so that it lets the laser beam particularly well.

Damit sich die Hybridbauteile 30 besonders einfach vor dem Verschweißen der Dome 28 mit den jeweiligen Kunststoffelementen 34 passgenau an dem Stapel 18 anbringen lassen, ist vorliegend ein kleiner, um den Dom 28 umlaufender Spalt 48 zwischen dem Dom 28 und dem Bereich 36 des Kunststoffelements 34 vorgesehen. Mit anderen Worten ist ein Außenmaß des stiftförmigen Doms 28 geringer als ein Innenmaß der mit dem Kunststoffelement 34 versehenen Durchtrittsöffnung 32.So that the hybrid components 30 especially easy before welding the dome 28 with the respective plastic elements 34 precisely fitting the stack 18 attach, is present a small, around the cathedral 28 circumferential gap 48 between the cathedral 28 and the area 36 of the plastic element 34 intended. In other words, an outer dimension of the pin-shaped dome 28 less than an inside dimension of the plastic element 34 provided passage opening 32 ,

Claims (8)

Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12), welche einen Stapel (18) bilden, und mit zumindest einem die Batteriezellen (12) in dem Stapel (18) fixierenden und aus einem Metall gebildeten Fixierelement (20), wobei zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) ein jeweiliger Separator (24) angeordnet ist, welcher die benachbarten Batteriezellen (12) elektrisch voneinander isoliert, wobei der jeweilige Separator (24) wenigstens ein aus einem Kunststoff gebildetes Befestigungselement (28) aufweist, welches durch eine korrespondierende, in dem zumindest einen Fixierelement (20) ausgebildete Durchtrittsöffnung (32) hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen Fixierelement (20) durch Umspritzen des zumindest einen Fixierelements (20) im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (32) zumindest ein Kunststoffelement (34) angeordnet ist, wodurch jeweilige Schenkel (38, 40) des zumindest einen Kunststoffelements (34) das zumindest eine Fixierelement (20) im Bereich der Durchtrittsöffnung (32) zu beiden Seiten hin einfassen und wobei das zumindest eine Kunststoffelement (34) stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement (28) verbunden ist, wobei durch das stoffschlüssige Verbinden des wenigstens einen Befestigungselements (28) mit dem zumindest einen Kunststoffelement (34) ein spielfreier Verbund des wenigstens einen Befestigungselements (28) mit dem zumindest einen Fixierelement (20) erzielt ist und so das wenigstens eine Befestigungselement (28) an dem zumindest einen Fixierelement (20) festgelegt ist.Battery with a plurality of battery cells ( 12 ), which has a stack ( 18 ) and at least one of the battery cells ( 12 ) in the stack ( 18 ) fixing and formed from a metal fixing element ( 20 ), wherein between two adjacent battery cells ( 12 ) a respective separator ( 24 ) is arranged, which the neighboring battery cells ( 12 ) electrically isolated from each other, wherein the respective separator ( 24 ) at least one fastening element formed from a plastic ( 28 ), which by a corresponding, in the at least one fixing element ( 20 ) formed passage opening ( 32 ), characterized in that on the at least one fixing element ( 20 ) by encapsulation of the at least one fixing element ( 20 ) in the region of the at least one passage opening ( 32 ) at least one plastic element ( 34 ), whereby respective legs ( 38 . 40 ) of the at least one plastic element ( 34 ) the at least one fixing element ( 20 ) in the region of the passage opening ( 32 ) border on both sides and wherein the at least one plastic element ( 34 ) cohesively with the at least one fastening element ( 28 ), wherein by the material-locking connection of the at least one fastening element ( 28 ) with the at least one plastic element ( 34 ) a play-free composite of the at least one fastening element ( 28 ) with the at least one fixing element ( 20 ) is achieved and so the at least one fastener ( 28 ) on the at least one fixing element ( 20 ). Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kunststoffelement (34) mit dem wenigstens einen Befestigungselement (28) durch Laserschweißen verbunden ist.Battery according to claim 1, characterized in that the at least one plastic element ( 34 ) with the at least one fastening element ( 28 ) is connected by laser welding. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kunststoffelement (34) aus einem für die Wellenlänge eines beim Laserschweißen eingesetzten Lasers (44) durchlässigen Kunststoff und das wenigstens eine Befestigungselement (28) aus einem die Energie des Lasers absorbierenden Kunststoff gebildet ist.Battery according to claim 2, characterized in that the at least one plastic element ( 34 ) of a laser used for the wavelength of a laser used in laser welding ( 44 ) permeable plastic and the at least one fastening element ( 28 ) is formed from a plastic absorbing the energy of the laser. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Befestigungselement (28) stiftförmig ausgebildet ist, wobei ein Außenmaß des wenigstens einen Befestigungselements (28) geringer ist als ein Innenmaß der mit dem Kunststoffelement (34) versehenen Durchtrittsöffnung (32).Battery according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one fastening element ( 28 ) is formed pin-shaped, wherein an outer dimension of the at least one fastening element ( 28 ) is less than an internal dimension of the plastic element ( 34 ) provided passage opening ( 32 ). Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kunststoffelement (34) einen durch das zumindest eine Fixierelement (20) gebildeten Rand der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (32) überdeckt und im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (32) sowohl an einer dem Separator (24) zugewandten Seite als auch an einer dem Separator (24) abgewandten Seite des zumindest einen Fixierelements (20) angeordnet ist.Battery according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one plastic element ( 34 ) by the at least one fixing element ( 20 ) formed edge of the at least one passage opening ( 32 ) and in the region of the at least one passage opening ( 32 ) both at a separator ( 24 ) side as well as on a separator ( 24 ) facing away from the at least one fixing element ( 20 ) is arranged. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kunststoffelement (34) einen die wenigstens eine Durchtrittsöffnung (32) überdeckenden Teilbereich (42) aufweist und in diesem Teilbereich (42) stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement (28) verbunden ist.Battery according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one plastic element ( 34 ) one the at least one passage opening ( 32 ) covering subarea ( 42 ) and in this subarea ( 42 ) cohesively with the at least one fastening element ( 28 ) connected is. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Befestigungselement (28) einstückig mit dem jeweiligen Separator (24) ausgebildet ist.Battery according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one fastening element ( 28 ) in one piece with the respective separator ( 24 ) is trained. Verfahren zum Fertigen einer Batterie, bei welchem eine Mehrzahl von Batteriezellen (12) so angeordnet werden, dass sie einen Stapel (18) bilden, wobei zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) ein jeweiliger Separator (24) angeordnet wird, welcher die benachbarten Batteriezellen (12) elektrisch voneinander isoliert, wobei die Batteriezellen (12) in dem Stapel (18) mit zumindest einem aus einem Metall gebildeten Fixierelement (20) fixiert werden, wobei der jeweilige Separator (24) wenigstens ein aus einem Kunststoff gebildetes Befestigungselement (28) aufweist, welches durch eine korrespondierende, in dem zumindest einen Fixierelement (20) ausgebildete Durchtrittsöffnung (32) hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einen Fixierelement (20) durch Umspritzen des zumindest einen Fixierelements (20) im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (32) zumindest ein Kunststoffelement (34) angeordnet wird, wodurch das zumindest eine Fixierelement (20) im Bereich der Durchtrittsöffnung (32) durch jeweilige Schenkel (38, 40) des zumindest einen Kunststoffelements (34) zu beiden Seiten hin eingefasst wird, wobei das zumindest eine Kunststoffelement (34) stoffschlüssig mit dem wenigstens einen Befestigungselement (28) verbunden wird und wobei durch das stoffschlüssige Verbinden des wenigstens einen Befestigungselements (28) mit dem zumindest einen Kunststoffelement (34) ein spielfreier Verbund des wenigstens einen Befestigungselements (28) mit dem zumindest einen Fixierelement (20) erzielt wird und so das wenigstens eine Befestigungselement (28) an dem zumindest einen Fixierelement (20) festgelegt wird.Method for manufacturing a battery, in which a plurality of battery cells ( 12 ) are arranged so that they are a stack ( 18 ), wherein between two adjacent battery cells ( 12 ) a respective separator ( 24 ) is arranged, which the adjacent battery cells ( 12 ) electrically isolated from each other, wherein the battery cells ( 12 ) in the stack ( 18 ) with at least one fixing element formed from a metal ( 20 ), the respective separator ( 24 ) at least one fastening element formed from a plastic ( 28 ), which by a corresponding, in the at least one fixing element ( 20 ) formed passage opening ( 32 ), characterized in that on the at least one fixing element ( 20 ) by encapsulation of the at least one fixing element ( 20 ) in the region of the at least one passage opening ( 32 ) at least one plastic element ( 34 ), whereby the at least one fixing element ( 20 ) in the region of the passage opening ( 32 ) by respective legs ( 38 . 40 ) of the at least one plastic element ( 34 ) is bordered on both sides, wherein the at least one plastic element ( 34 ) cohesively with the at least one fastening element ( 28 ) and wherein by the material-locking connection of the at least one fastening element ( 28 ) with the at least one plastic element ( 34 ) a play-free composite of the at least one fastening element ( 28 ) with the at least one fixing element ( 20 ) is achieved and so the at least one fastener ( 28 ) on the at least one fixing element ( 20 ).
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