DE102013200428A1

DE102013200428A1 - Materialien und verfahren zum verbinden von batteriezellenanschlüssen und zusammenschaltungssammelschienen

Info

Publication number: DE102013200428A1
Application number: DE102013200428A
Authority: DE
Inventors: Humi Widhalm
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US20130189560A1; CN103219487A

Abstract

In einer Ausführungsform enthält ein Batteriezellenmodul ein Anschlusssubstrat; eine Zusammenschaltungssammelschiene mit einer Sammelschienensubstrat; und eine Beschichtung, die zwischen mindestens einem der Anschluss- und dem Sammelschienensubstrate angeordnet ist und sie berührt, wobei die Beschichtung ein Metall enthält und eine Schmelztemperatur aufweist, die niedriger als eine Schmelztemperatur des Anschluss- oder des Sammelschienensubstrats ist. In einer anderen Ausführungsform enthält die Beschichtung eine erste Beschichtung aus einem Metall M1 und eine zweite Beschichtung aus einem Metall M2, wobei die erste Beschichtung das Anschlusssubstrat berührt und die zweite Beschichtung das Sammelschienensubstrat berührt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material und ein Verfahren zum Verbinden von Batteriezellenanschlüssen und Zusammenschaltungssammelschienen.
STAND DER TECHNIK
In Elektrofahrzeugen (EF) bestehen ein oder mehrere Hochspannungs(HS)-Batteriepacks aus Dutzenden von Batteriemodulen, die elektrisch und thermisch zusammengeschaltet sind. Jedes Batteriemodul kann eine Anzahl von Batteriezellen und Kühlplatten oder -rippen enthalten, die in einem Strukturrahmen gestapelt und elektrisch durch Verbinden der Batteriezellenanschlüsse mit Zusammenschaltungssammelschienen und thermisch durch ein oder mehrere Kühlmittelverteilerrohre zusammen-geschaltet sind.
Diverse Verfahren werden nach dem Stand der Technik verwendet, um das Verbinden der Batteriezellenanschlüsse und der Zusammenschaltungssammelschienen zu begünstigen, einschließlich Ultraschallschweißen, Widerstandspunktschweißen, Löten und andere. Diese Methoden weisen jedoch Begrenzungen auf, aufgrund derer die Methoden nicht zum Verbinden der Batteriezellenanschlüsse und entsprechender Zusammenschaltungssammelschienen geeignet sind. Alter-native Verbindungsmethoden werden benötigt, um das Erfordernis zugeführter Energie zu senken, einheitliche und gleichmäßige Verbindungen über mehrere Schichten sicherzustellen, die Werkzeugstandzeit zu verlängern und/oder Empfindlichkeiten der Verbindungsqualität gegenüber Variationen von Blechanschlüssen, Zusammenschaltungssammelschienen und/oder ihren Beschichtungen zu minimieren.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt wird ein Batteriezellenmodul bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst ein Batteriezellenmodul Folgendes: einen Batteriezellen-anschluss, der ein Anschlusssubstrat umfasst, eine Zusammenschaltungssammelschiene, die ein Sammelschienensubstrat umfasst; und eine Beschichtung, die zwischen mindestens einem der Anschluss- und Sammelschienen-substrate angeordnet ist und sie berührt, wobei die Beschichtung ein Metall umfasst und eine Schmelz-temperatur aufweist, die kleiner als eine Schmelz-temperatur des Anschluss- oder des Sammelschienen-substrats ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beschichtung eine erste Beschichtung aus einem Metall M1 und eine zweite Beschichtung aus einem Metall M2, wobei die erste Beschichtung das Anschlusssubstrat berührt und die zweite Beschichtung das Sammelschienensubstrat berührt. In bestimmten Fällen weist das Anschlusssubstrat eine Schmelztemperatur auf, die größer als eine Schmelztemperatur der ersten Beschichtung ist, wobei der Batteriezellenanschluss über eine oder mehrere metallurgische Bindungen M1–M2 an die Zusammenschaltungssammelschiene geschaltet ist. In bestimmten anderen Fällen weist das Sammelschienensubstrat eine Schmelztemperatur auf, die größer als eine Schmelztemperatur der zweiten Beschichtung ist, wobei der Batteriezellenanschluss über eine oder mehrere metallurgische Bindungen M1–M2 an die Zusammenschaltungssammelschiene geschaltet ist. In bestimmten Fällen berührt die Beschichtung einen Bruchteil einer Gesamtoberfläche des Anschlusssubstrats oder des Sammelschienensubstrats.
In noch einer anderen Ausführungsform enthält das Batteriezellenmodul weiterhin eine zwischen einer Anschlusssubstratoberfläche und der ersten Beschichtung positionierte Konversionsbeschichtung. In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Batteriezellenmodul weiterhin eine zwischen einer Anschlusssubstratoberfläche und der ersten Beschichtung positionierte Diffusionsbarrierebeschichtung.
In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das Batteriezellenmodul weiterhin einen zweiten Batteriezellenanschluss, der an den ersten Batteriezellenanschluss geschaltet ist, sodass der erste Batteriezellenanschluss zwischen dem zweiten Batteriezellenanschluss und der Zusammenschaltungssammelschiene positioniert ist.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Bilden einer Verbindung zwischen einem Batteriezellenanschluss und einer Zusammenschaltungssammelschiene bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Anordnen einer Beschichtung zwischen einem Anschlusssubstrat des Batteriezellenanschlusses und einem Sammelschienensubstrat der Zusammenschaltungssammelschiene, wobei die Beschichtung eine Schmelztemperatur aufweist, die kleiner als eine Schmelztemperatur des Anschlusssubstrats oder des Sammelschienensubstrats ist; und Aussetzen der Beschichtung gegenüber Wärme, um das Anschlusssubstrat und das Sammelschienensubstrat zu verbinden. In bestimmten Fällen wird die Wärme durch Heizplatten oder Elektrodenplatten bereitgestellt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Aussetzens: Erwärmen der ersten und der zweiten Beschichtung auf eine Temperatur, die größer als die höhere einer Schmelztemperatur der ersten Beschichtung und einer Schmelztemperatur der zweiten Beschichtung ist, um zu bewirken, dass sowohl die erste als auch die zweite Beschichtung geschmolzen werden. In bestimmten Fällen wird die Erwärmung in einer Zeitspanne ausgeführt. In bestimmten anderen Fällen beinhaltet das Verfahren weiterhin: Halten der Erwärmung auf einer konstanten Temperatur eine zusätzliche Zeitspanne lang.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Heizplatten-Nennleistung für die Menge von Heizplatten gemäß Gleichung (1) bestimmt:
Dabei gilt: _Comp steht für das von Heizplatten eingeschlossene Volumen (m³) von Batteriezellenanschlüssen und einer Zusammenschaltungssammelschiene; ρ_Comp steht für die durchschnittliche Dichte von V_Comp in kg/m³; c_pCompsteht für die durchschnittliche Wärmekapazität von V_Comp in J/kg K; T_Comp steht für die durchschnittliche Temperatur von V_Comp in K; t steht für die Zeit in s; A_Comp steht für den Berührungsbereich (m²) zwischen einer Heizplatte und einem Batteriezellenanschluss oder einer Zusammenschaltungssammelschiene; h_HotPlate steht für den Wärmeübergangskoeffizienten (W/m²K) zwischen einer Heizplatte und einem Batteriezellenanschluss oder einer Zusammenschaltungssammelschiene auf dem Berührungsbereich; T_HotPlate steht für die Oberflächentemperatur (K) einer Heizplatte an der Berührungsgrenzfläche; T_Air steht für die Zimmertemperatur (K); und R_Total steht für den gesamten Wärmewiderstand (K/W) vom Batteriezellenanschluss durch Oberflächen zwischen Zellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Batteriezellenmodul gemäß einer Ausführungsform;
2A veranschaulicht eine planare Ansicht einer Batteriezelle des Batteriezellenmoduls von 1;
2B veranschaulicht eine Seitenansicht einer Galvanisiervorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf einen Zellenanschluss des Batteriezellenmoduls von 1;
2C veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Rolle von beschichtetem Material, das gestanzt werden soll, um den Zellenanschluss des Batteriezellenmoduls von 1 zu bilden;
3A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Zusammenschaltungssammelschiene des Batteriezellenmoduls von 1;
3B veranschaulicht eine Seitenansicht einer Galvanisiervorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Zusammenschaltungssammelschiene des Batteriezellenmoduls von 1;
3C veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Rolle von beschichtetem Material, das gestanzt werden soll, um die Zusammenschaltungssammelschiene des Batteriezellenmoduls von 1 zu bilden;
4A bis 4C veranschaulichen verschiedene Ansichten eines Batteriezellenmoduls von 1, bevor, während und nachdem die Zusammenschaltungssammelschiene auf die Zellenanschlüsse aufmontiert wird;
5 veranschaulicht eine Batteriezelle mit Anschlüssen im Rahmen dessen, dass sie einer Menge von Heizplatten ausgesetzt wird, gemäß einer anderen Ausführungsform;
6A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Anschluss-Sammelschiene-Komposits, das drei Anschlüsse umfasst, die neben einer Zusammenschaltungssammelschiene zusammen gruppiert sind, gemäß noch einer anderen Ausführungsform;
6B veranschaulicht eine Seitenansicht des Anschluss-Sammelschiene-Komposits von 6A, das innerhalb eines Paars von Heizplatten geschichtet ist, gemäß noch einer anderen Ausführungsform;
6C veranschaulicht eine Seitenansicht des Anschluss-Sammelschiene-Komposits von 6A, das innerhalb eines Paars von Elektrodenplatten geschichtet ist, gemäß noch einer anderen Ausführungsform; und
7 veranschaulicht Strukturvorsprünge zum Leiten von Wärme.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Jedoch sollte es sich verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Deshalb dürfen spezifische Struktur- und Funktionsdetails, die hierin offenbart werden, nicht als begrenzend ausgelegt werden, sondern lediglich als eine Darstellungsgrundlage für die Ansprüche und/oder eine Darstellungsgrundlage, um den Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung verschieden verwendet werden kann.
Des Weiteren, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Mengenangaben in der Beschreibung und in den Ansprüchen so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ beim Beschreiben des weiteren Umfangs dieser Erfindung modifiziert werden. Sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges erklärt wird, wird mit der Beschreibung einer Gruppe oder Kategorie von Material als geeignet oder bevorzugt für einen vorgegebenen Zweck in Verbindung mit der Erfindung angedeutet, dass Mischungen von beliebigen zwei oder mehr Mitgliedern der Gruppe oder Kategorie gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sein können.
Diverse Verfahren sind nach dem Stand der Technik genutzt worden, um das Verbinden der Batteriezellenanschlüsse und der Zusammenschaltungssammelschienen zu begünstigen. Ein Verfahren ist beispielsweise Laserschweißen. Laserschweißen kann für das Verbinden dünner Nähte und Verbinden winziger Punkte aus den gleichen Metallen in einem offenen Raum geeignet sein. Eine Verbindung dünner Nähte und/oder winziger Punkte kann das Problem eines hohen elektrischen Widerstands in Batterieanwendungen mit sich bringen. Ein Erhöhen der Anzahlen von Nähten oder Punkten erhöht die Prozesszykluszeit. Laserschweißen verbindet passende Metalloberflächen durch lokales Schmelzen der Metalle unter Nutzung fokussierter Energie von einem Laserstrahl, der spröde intermetallische Bindungen und eine Wärmeeinflusszone (WEZ) bilden kann. Spröde intermetallische Bindungen können sich ungünstig auf mechanische und elektrische Eigenschaften der Verbindungen auswirken, vor allem in der Bildung von Kriech- und Grenzflächenwiderstand, woraus reduzierte Haltbarkeit und Leistungsverlust und Aufheizung während des Betriebs resultieren. Zum Verbinden von Batteriezellenanschlüssen mit Zusammenschaltungssammelschienen, die aus denselben oder unähnlichen Blechen mit Beschichtungen bei höherer Schmelztemperatur hergestellt sind, kann es besonders schwierig, wenn nicht völlig unmöglich sein, Laserschweißen in einer Mehrschichtkonfiguration zu nutzen. Die hohen Schmelztemperaturen der Metalle/Beschichtungen erfordern hohe Verarbeitungstemperaturen, welche die benachbarten Materialien zerstören oder zersetzen können. Eine länger dauernde Aufwärmung erhöht die Prozesszykluszeit. Der begrenzte Raum zwischen Zusammenschaltungssammelschienen kann auch eine komplizierte Werkzeugausstattung und eine Nutzung eines Faserlasers erfordern. Wenn wärmeleitfähige Materialien wie Aluminium oder Kupfer genutzt werden, wird die Nutzung von Laserschweißen noch schwieriger.
Auch nutzt beispielsweise Widerstandspunktschweißen zwei geformte Kupferlegierungselektroden zum Klemmen von Blechen, während ein großer elektrischer Strom durch den kleinen berührenden Punkt geschickt wird. Durch den elektrischen Widerstand von Blechen verursachte Wärme schmilzt die Metalle am Punkt und bildet eine Punktschweißung. Viel Energie kann in sehr kurzer Zeit, in annähernd ein paar Millisekunden, an den Punkt geliefert werden, was zulässt, dass Schweißen ohne exzessives Erwärmen des Rests der Bleche erfolgt. Eine Modifizierung des Widerstandspunktschweißens, das Buckelschweißen, geht mit durch den elektrischen Widerstand von Blechen verursachter Wärme einher, wobei die Wärme an erhöhten Buckeln auf einem oder beiden der Bleche konzentriert wird, was Schweißen schwererer Teilabschnitte oder eine engere Beabstandung von Schweißungen zulässt. Wie beim Widerstandspunktschweißen treten auch beim Laserschweißen ähnliche Schwierigkeiten aufgrund des Erwärmens und des Schmelzens von Metallen auf. Zusätzlich verursacht der begrenzte Raum zwischen Zusammenschaltungssammelschienen dieselbe Herausforderung hinsichtlich der Technik und der Automatisierung von Werkzeugen/Aufspannvorrichtungen. Obwohl die Punkte aus dem Widerstandspunktschweißen viel größer als aus Laserschweißen sein können, können für einen minimalen Grenzflächenwiderstand nach wie vor mehrere Punkte erforderlich sein, was die Prozesszykluszeit weiter erhöht.
Auch erfordert beispielsweise das Hartlöten eine hohe Prozesstemperatur, ein Flussmittel und ein Hartlot, das Legierungen mit passenden Metalloberflächen bildet und spröde intermetallische Bindungen bilden kann. Zusätzlich erhöhen die Aufwärmung und die Abkühlung die Prozesszykluszeit.
Auch ist beispielsweise das Befestigen/Nieten ein relativ einfaches Fügeverfahren und relativ einfach zu automatisieren. Jedoch machen für Batteriezellenanschlüsse und Zusammenschaltungssammelschienen in einer Mehrschichtblechkonfiguration der begrenzte Raum und die große Anzahl erforderlicher winziger Befestigungsmittel/Nieten dieses Verfahren nicht sehr praktisch. Die erforderliche Kraft zum Nieten von Anschlüssen aus hochfestem Blech an Zusammenschaltungssammelschienen ist hoch. Zusätzlich machen Befestigungsmittel/Nieten Batteriemodule schwerer. Obwohl das Nieten aufgrund seiner Einfachheit und geringerer Werkzeugausstattungskosten verglichen mit Laser- oder Ultraschallschweißen ein guter Kandidat für das Verbinden von Batteriezellenfahnen mit Anschlüssen in einem offenen Raum sein kann, kann das Befestigen/Nieten eine sehr praktische Lösung für das Verbinden von Batteriezellenanschlüssen mit Zusammenschaltungssammelschienen in einer Mehrschichtblechkonfiguration und innerhalb eines begrenzten Raums sein.
Auch verbindet beispielsweise das Bördeln/Falzen zwei oder mehr Schichten aus Blechen durch lokalisiertes Kaltformen der Metalle, um eine feste Zusammenfügung unter ihnen zu produzieren. Es wird jedoch angenommen, dass das Bördeln/Falzen mit denselben Nachteilen behaftet ist wie vor allem Ultraschallschweißen, das oft übermäßig hohe mechanische Energie zum Verbinden mehrerer Schichten aus Blechmaterialien erfordert und woraus somit eine kurze Werkzeugstandzeit resultiert. Aus mehreren Bördel-/Falz-Festzusammenfügungen resultiert eine längere Zykluszeit und ein begrenzter Raum begrenzt auch die Anwendung von Bördeln/Falzen.
Auch erfordert beispielsweise das Löten ein Flussmittel und einen Zusatzwerkstoff (Lot), um zwei oder mehr Metalloberflächen zu verbinden, indem das Lot geschmolzen und in die Verbindung strömen gelassen wird. Jedoch sind Löttemperaturen wie 215 ºC oder weniger für Pb-Lot und 245 ºC oder weniger für Pb-freies Lot viel geringer als bei Hartlötung. Verglichen mit den meisten Schweißprozessen schmilzt Löten nicht die zu verbindenden Grundmetalle, sondern verklebt die Metalle vielmehr durch Benetzungshandlungen. Somit sind die resultierenden Verbindungen nicht so stark wie die Grundmetalle, sondern weisen eine adäquate Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit für zahlreiche elektrische Anwendungen auf. Zum Verbinden von Batteriezellenanschlüssen mit Zusammenschaltungssammelschienen in einer Mehrschichtblechkonfiguration und innerhalb eines begrenzten Raums ist Punkt- oder Naht-/Rand-Löten unter Nutzung eines Eisen- und Lötdrahts eventuell nicht robust, und das Aufschmelzen von Lötpaste oder -film geht mit vielen Prozessschritten, Aufspannvorrichtungen und einem Aufschmelzofen einher. Beides erfordert Flussmittelbehandlung, Vorwärmen und Nachkühlen und somit eine lange Zykluszeit zum Durchführen. Umfangreiche Entwicklungen werden benötigt, um Löten zu einer tragfähigen Lösung zum Verbinden von Batteriezellenanschlüssen mit Zusammenschaltungssammelschienen in einer Mehrschichtblechkonfiguration und innerhalb eines begrenzten Raums zu machen.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung, in einer oder mehreren Ausführungsformen, ein System und ein Verfahren im Bereich des Verbindens der Batteriezellenanschlüsse und entsprechender Zusammenschaltungssammelschienen mit Vorzügen und/oder Verbesserungen bereitstellt, die ansonsten im Stand der Technik nicht umgesetzt sind.
In einem Aspekt wird ein Batteriezellenmodul bereitgestellt. In einer Ausführungsform, und wie in 1 veranschaulicht, enthält ein Batteriezellenmodul 100 einen Batteriezellenstapel 100a und eine Zusammenschaltungssammelschiene 100b. Der Batteriezellenstapel 100a enthält eine oder mehrere Batteriezellen 102, die jeweils einen positiven Anschluss 104 und einen negativen Anschluss 106 enthalten. Ein oder mehrere, und insbesondere zwei bis drei, von angrenzenden positiven Anschlüssen 104 können gemeinsam innerhalb einer einzelnen Zusammenschaltungssammelschiene 108 aufgenommen werden. Ein oder mehrere, und insbesondere zwei bis drei, von angrenzenden negativen Anschlüssen 106 können gemeinsam innerhalb einer einzelnen Zusammenschaltungssammelschiene 110 aufgenommen werden. Die Zusammenschaltungssammelschienen 108 und 110 können hinsichtlich der Form und des Materials identisch sein. Jedoch können bestimmte Variationen eingeführt werden, ohne vom vorgesehenen Zweck dieser Sammelschienen abweichen zu müssen. In bestimmten besonderen Fällen können die positiven Anschlüsse 104 aus Aluminiumblech/-folien gebildet sein, und die negativen Anschlüsse 106 können aus Kupferblech/-folien gebildet sein.
2A veranschaulicht eine planare Ansicht einer einzelnen Batteriezelle 102, wobei entsprechende Anschlüsse in 1 genannt werden. Der positive (negative) Anschluss 104 (106) enthält drei Abschnitte 104a (106a), 104b (106b) und 104c (106c). Abschnitt 104a (106a) betrifft einen Abschnitt des Anschlusses, der innerhalb der Batteriezelle 102 aufgenommen wird. Abschnitt 104c (106c) betrifft einen Abschnitt des Anschlusses, der eine Beschichtung aus einem Metall „Mc“ enthält. Der Abschnitt zwischen den Abschnitten 104a (106a) und 104c (106c) ist Abschnitt 104b (106b), der mit einem Metall „Mb“, das sich vom Metall in Abschnitt 104c (106c) unterscheidet, nicht beschichtet oder beschichtet ist. In bestimmten besonderen Fällen weist das Metall Mb eine höhere Schmelztemperatur als das Metall Mc auf. Obwohl die Abschnitte 104b (106b) und 104c (106c) in 2A als im Wesentlichen zwei gleiche Teile veranschaulicht sind, müssen die Abschnitte 104b (106b) und 104c (106c) hinsichtlich der Form nicht identisch sein und können durch eine Linie 204 (206), die gerade, gekrümmt oder in beliebiger anderer geeigneter Weise geformt ist, unterteilt sein. In bestimmten besonderen Fällen kann der Abschnitt 104b (106b) wie beim Abschnitt 104c (106c) ähnlich beschichtet sein. In diesem Zusammenhang besteht kein absichtlicher Unterschied zwischen den Abschnitten 104b (106b) und 104c (106c) implementiert, die als ein einstückiger Abschnitt betrachtet werden können.
In bestimmten Fällen umfasst das Metall, wie es in der Beschichtung auf dem Abschnitt 104c des positiven Anschlusses oder dem Abschnitt 106c des negativen Anschlusses vorliegt, Zinn (Sn).
Die wärmeempfindlichen Beschichtungen, wie sie auf dem Abschnitt 104c des positiven Anschlusses und/oder dem Abschnitt 106c des negativen Anschlusses vorliegen, können aufgebracht werden, bevor oder nachdem die Anschlüsse 104, 106 an der Batteriezelle 102 angebracht werden. Jedoch werden für den Zweck der Beschreibung folgende Prozeduren in dem Szenario beschrieben, dass die wärmeempfindlichen Beschichtungen vor ihrer anschließenden Anbringung an die Batteriezelle 102 aufgebracht werden.
Wie in 2B veranschaulicht, kann die wärmeempfindliche Beschichtung über Galvanisieren in einem Chargen- oder kontinuierlichen Plattierungsprozess auf den Abschnitt 104c, 106c aufgebracht werden. Der übrige Anschluss 104, 106 kann für den negativen Anschluss 106 vernickelt oder für den positiven Anschluss 104 unplattiert sein. Wie in 2C veranschaulicht, werden die vollständig oder teilweise plattierten Bleche gemäß der ausgelegten Abmessung von Batteriezellenanschlüssen geschnitten oder gestanzt. Die vollständig oder teilweise plattierten Batteriezellenanschlüsse werden dann anschließend an der Zelle 102 angebracht.
In bestimmten Fällen sind der positive und der negative Batteriezellenanschluss 104, 106 aus Sn-plattierten Aluminiumfolien/-blechen bzw. Sn-plattierten Kupferfolien/ -blechen hergestellt, während die Zusammenschaltungssammelschienen aus Sn-plattierten Kupferblechen hergestellt sind.
In einer anderen Ausführungsform, und wie in 3A veranschaulicht, werden, bevor die Zusammenschaltungssammelschienen 108 bei einem Zusammenschaltungsplatinenmontageprozess an einer Zusammenschaltungsplatine 112 montiert werden, die Bleche für die Zusammenschaltungssammelschienen mit einer Beschichtung aus einem Metall wie Sn in einem Chargen- oder kontinuierlichen Überziehprozess plattiert, um ein plattiertes Blech zu bilden. Wie in 3B veranschaulicht, werden die plattierten Bleche geschnitten oder gestanzt und werden gemäß der ausgelegten Abmessung von Zusammenschaltungssammelschienen gebildet. Beim Prog-Die-Prozess wird Stanzen weggelassen, und Zusammenschaltungssammelschienen werden während kontinuierlicher Coilzuführung gebildet und abgeschnitten. Wie in 3C veranschaulicht, werden die plattierten Zusammenschaltungssammelschienen beim Zusammenschaltungsplatinenmontageprozess mit der Zusammenschaltungsplatine unter Nutzung von mechanischen und Lötverfahren verbunden.
In noch einer anderen Ausführungsform weist die erste Beschichtung oder die zweite Beschichtung eine planare Abmessung von 90 bis 110 Prozent, oder 95 bis 110 Prozent, einer planaren Abmessung des Anschlusssubstrats oder des Sammelschienensubstrats auf.
In noch einer anderen Ausführungsform liegt die Schmelztemperatur der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung 100 Grad Celsius, 200 Grad Celsius, 300 Grad Celsius, 400 Grad Celsius, 500 Grad Celsius, 600 Grad Celsius, 700 Grad Celsius, 800 Grad Celsius oder 900 Grad Celsius unter einer Schmelztemperatur des Anschlusssubstrats oder einer Schmelztemperatur des Sammelschienensubstrats.
4A veranschaulicht illustrativ eine Anzahl von Batteriezellen 102 mit plattierten Batteriezellenanschlüssen, die gestapelt sind, um einen Strukturrahmen zu bilden. Abhängig von der Kühlungsstrategie, d. h. Unter-, Seiten- oder Flächenkühlung, können Kühlplatten unten oder an der Seite montiert oder Kühlrippen zwischen den Batteriezellen gestapelt sein. Eine Anzahl der plattierten Batteriezellenanschlüsse kann zusammen gruppiert werden. In bestimmten Auslegungen müssen die plattierten Batteriezellenanschlüsse vor dem Schritt der Batteriezellenstapelung, abhängig von der Batteriezellendicke, der Anzahl von Batteriezellenanschlüssen in jeder Gruppe und davon, ob zwischen den Batteriezellen eine Kühlrippe gestapelt ist, eventuell unterschiedlich weit gebogen werden, um besser an den Zusammenschaltungssammelschienen ausgerichtet zu sein. Wie in 4C illustrativ veranschaulicht, sind die plattierten Zusammenschaltungssammelschienen jeweils an einer Gruppe der plattierten Batteriezellenanschlüsse ausgerichtet. Die Zusammenschaltungsplatine kann durch ein mechanisches Verfahren oder Schweißen, abhängig von Zusammenschaltungsplatinen- und Batteriemodulauslegungen, mit dem Rahmen verbunden werden.
Jede Gruppe der plattierten Batteriezellenanschlüsse und eine der plattierten Zusammenschaltungssammelschienen werden geklemmt und Wärme wird für die wärmeempfindliche Beschichtung auf den Abschnitten 104c, 106c der Anschlüsse und der Zusammenschaltungssammelschiene bereitgestellt. Die Wärme kann über Platzieren der Anschlüsse und der Zusammenschaltungssammelschiene in einer Menge von Heizplatten bereitgestellt oder kann über Einspeisen von elektrischem Strom bereitgestellt werden. Wenn die Wärme bereitgestellt ist, schmelzen die wärmeempfindlichen Beschichtungen auf den Batteriezellenanschlüssen und der Zusammenschaltungssammelschiene und verbinden die Batteriezellenanschlüsse mit der Zusammenschaltungssammelschiene. Der Fügeprozess kann wiederholt werden, bis alle Gruppen der Batteriezellenanschlüsse und der verbleibenden Zusammenschaltungssammelschienen verbunden sind. So wird die Montage eines Batteriemoduls mit der erforderlichen elektrischen Zusammenschaltung durchgeführt.
In bestimmten Fällen weist die erste oder die zweite Beschichtung eine Schmelztemperatur von mindestens 100, 200 oder 300 Grad Celsius unter der des positiven Anschlusses, des negativen Anschlusses oder der Zusammenschaltungssammelschiene auf, sodass die aufgebrachte Wärme nicht bewirkt, dass der Anschluss selbst schmilzt. In bestimmten besonderen Fällen weist die galvanisierte Beschichtung eine Schmelztemperatur von 100 bis 350, 150 bis 300 oder 200 bis 250 Grad Celsius auf.
In bestimmten Fällen weist die erste oder die zweite Beschichtung eine Dicke auf, die 0,5 % bis 7,5 %, 1,5 % bis 6,0 % oder 2,5 % bis 5,0 % der Dicke des positiven Anschlusses oder des negativen Anschlusses beträgt. In bestimmten besonderen Fällen weist die galvanisierte Beschichtung eine Dicke von 1 bis 15, 3 bis 12 oder 5 bis 10 Mikrometern auf.
Wenn die Heizplatten verwendet werden, um die Wärme bereitzustellen, kann folgende Analyse genutzt werden, um bestimmte Betriebsparameter zum Ausführen der Heizplattenklemmung der Batteriezellenanschlüsse und der entsprechenden Zusammenschaltungssammelschiene zu bestimmen.
Eine Klemmkraft wird angewendet, um eine gute Berührung in der Verbindung zwischen den plattierten Batteriezellenanschlüssen 104, 106 und der Zusammenschaltungssammelschiene 108 während der Erwärmung, des Schmelzens/Verbindens und der Verfestigung aufrechtzuerhalten. Die Klemmkraft kann ohne Weiteres durch eine Versuchsplanung für Variationen von Batteriezellenanschluss- und/oder Zusammenschaltungssammelschienenmaterialien und Geometrien von Batteriezellenanschlüssen, Zusammenschaltungssammelschienen und/oder Heizplatten bestimmt werden. In bestimmten Fällen kann ein Klemmdruck von 5 bis 10 psi oder eine Klemmkraft von 15 bis 30 N (oder etwa 3,5–7 lbf) genutzt werden, um den thermischen Berührungswiderstand an den Berührungsgrenzflächen zwischen Schichten zu minimieren und die Wärmeübergangsrate zu maximieren und um somit die Prozesszeit zu minimieren.
Insbesondere muss die Klemmkraft eventuell erhöht werden, falls die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene nicht flach ist oder nicht parallel zu den plattierten Batteriezellenanschlüssen in der x-y-Ebene und/oder in der y-z-Ebene verläuft. Eine höhere Klemmkraft wird eventuell benötigt, falls die plattierten Batteriezellenanschlüsse nicht flach, nicht an der plattierten Zusammenschaltungssammelschiene ausgerichtet und/oder auf einen hohen Grad von Vorformungen vorgebogen sind.
Jedoch erhöht eine erhöhte Klemmkraft die Schmelztemperatur des Aufplattierungsmetalls wie Sn. Daher kann der Klemmprozess in 2 Stadien unterteilt werden: (1) Einwirkung und Ausrichtungsverformung und (2) Klemmen. Im Einwirkungs- und Ausrichtungsverformungsstadium können relativ höhere Kräfte zum schnellen Ausrichten der plattierten Batteriezellenanschlüsse auf die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene zum Erwärmen genutzt werden. Dann werden die Batteriezellenanschlüsse unter einer stabilisierten Klemmkraft an die Zusammenschaltungssammelschiene geklemmt, die etwas geringer ist als im ersten Stadium, um ein schnelles Schmelzen von Aufplattierungsschichten zuzulassen und die Änderungen im durch die Heizplatten eingeschlossenen Volumen auszugleichen, das heißt Ausdehnung während des Schmelzens/Verbindens (Änderung von Fest- zu Flüssigphase) und Schrumpfung während der Verfestigung (Änderung von Flüssig- zu Festphase).
Wie in Gleichung (1) ausgedrückt, kann ein ideal gerührter Thermobehälter genutzt werden, um die Heizplatten-Nennleistung zu bestimmen.
Wie in Gleichung (1) genannt, steht V_Comp für das von Heizplatten eingeschlossene Volumen (m³) von Batteriezellenanschlüssen und einer Zusammenschaltungssammelschiene; ρ_Comp (kg/m³) steht für die durchschnittliche Dichte von V_Comp; c_pComp (J/kg K) steht für die durchschnittliche Wärmekapazität von V_Comp; T_Comp (K) steht für die durchschnittliche Temperatur von V_Comp; t steht für die Zeit in s; A_Comp steht für den Berührungsbereich (m²) zwischen einer Heizplatte und einem Batteriezellenanschluss oder einer Zusammenschaltungssammelschiene; h_HotPlate steht für den Wärmeübergangskoeffizienten (W/m²K) zwischen einer Heizplatte und einem Batteriezellenanschluss oder einer Zusammenschaltungssammelschiene auf dem Berührungsbereich; T_HotPlate steht für die Oberflächentemperatur (K) einer Heizplatte an der Berührungsgrenzfläche; T_Air steht für die Zimmertemperatur (K); und R_Total steht für den gesamten Wärmewiderstand (K/W) vom Batteriezellenanschluss durch Oberflächen zwischen Zellen.
Das Modell von Gleichung (1) als eine Näherung erster Ordnung kann zu der unten gezeigten Gleichung (2) vereinfacht werden.
Wie in Gleichung (2) genannt, steht Q_HotPlate für die Heizplattenleistung (W).
Gleichung (3) kann durch Integrieren von Gleichung (2) mit dem Anfangswert T_Comp = T_Air bei t = 0 erlangt werden.
Die Kompositeigenschaften können unter Nutzung der folgenden Gleichungen (4) bis (9) bestimmt werden.
Wie in den Gleichungen (4) bis (9) genannt, stehen t_Int, t_Term, t_Plating für die Dicke (m) einer Zusammenschaltungssammelschiene, eines Batteriezellenanschlusses bzw. einer galvanisierten Beschichtung; V_Int, V_Term, V_Platin stehen für das Volumen (m³) einer Zusammenschaltungssammelschiene, eines Batteriezellenanschlusses bzw. der galvanisierten Beschichtung; ρ_Int, ρ_Term, ρ_Plating stehen für die Dichte (kg/m³) einer Zusammenschaltungssammelschiene, eines Batteriezellenanschlusses bzw. der galvanisierten Beschichtung; c_pInt, c_pTerm, c_pPlatingstehen für die Wärmekapazität (J/kg K) einer Zusammenschaltungssammelschiene, eines Batteriezellenanschlusses bzw. der galvanisierten Beschichtung; m_Int, m_Term, m_Plating stehen für die Masse (kg) einer Zusammenschaltungssammelschiene, eines Batteriezellenanschlusses bzw. der galvanisierten Beschichtung; und m_Comp steht für die von Heizplatten eingeschlossene Masse (kg) von Batteriezellenanschlüssen und einer Zusammenschaltungssammelschiene. Es ist zu beachten, dass die in den Gleichungen (4) bis (9) genannten Zahlen 3 und 8 ein Komposit darstellen, das eine Zusammenschaltungssammelschiene, drei Anschlüsse und acht galvanisierte Beschichtungen aufweist, wie in 6 illustrativ veranschaulicht. Diese Zeichen können basierend auf der Gesamtzahl von innerhalb einer einzelnen Zusammenschaltungssammelschiene gruppierten Anschlüssen und darauf variieren, wie viele Beschichtungen genutzt werden.
Die Zeit, t_Tm, die benötigt wird, um die Temperatur der plattierten Batteriezellenanschlüsse und der plattierten Zusammenschaltungssammelschiene, die von den Heizplatten eingeschlossen werden, auf die Schmelztemperatur, T_m, der Aufplattierung zu steigern, kann anhand der folgenden Gleichung (10) bestimmt werden.
Die Zeit, t_L, die benötigt wird, um alle Aufplattierungsschichten auf den plattierten Batteriezellenanschlüssen und der plattierten Zusammenschaltungssammelschiene, die von Heizplatten eingeschlossen werden, komplett zu schmelzen, kann anhand der folgenden Gleichung (11) bestimmt werden.
Dabei gilt: ΔH_m steht für die latente Schmelzwärme (kJ/kg) der galvanisierten Beschichtung und n steht für die Anzahl der Beschichtungsschichten.
Ein in Gleichung (12) ausgedrücktes Wärmeübergangsmodell kann genutzt werden, um die maximale Temperatur von Batteriezellenanschlüssen am Zellenrand 110 zu bestimmen.
Wie in Gleichung (12) genannt, steht V_Rest für das Volumen (m³) von Batteriezellenanschlüssen & ihrer galvanisierten Beschichtungsschichten außerhalb des eingeschlossenen Volumens; ρ_Rest steht für die Dichte (kg/m³) von Batteriezellenanschlüssen & ihrer galvanisierten Beschichtungsschichten außerhalb des eingeschlossenen Volumens; c_pRest steht für die Wärmekapazität (J/kg K) von Batteriezellenanschlüssen & ihrer Sn-Aufplattierungsschichten außerhalb des eingeschlossenen Volumens; T_Pouch steht für die Temperatur (K) von Batteriezellenanschlüssen am Zellen-Pouch-Rand, entsprechend der durchschnittlichen Temperatur von V_Rest; K_Rest steht für die Wärmeleitfähigkeit (W/m K) von Batteriezellenanschlüssen & ihrer galvanisierten Beschichtungsschichten; A_Cross steht für den Querschnittsbereich (m²) von Batteriezellenanschlüssen & ihrer galvanisierten Beschichtungsschichten; T_Interface steht für die Temperatur (K) von Batteriezellenanschlüssen an der Grenze des eingeschlossenen Volumens, entsprechend T_Comp; und L_Boundary steht für die Dicke (m) der Grenzschicht zwischen dem eingeschlossenen und dem äußeren Volumen.
Infolge der hervorragenden Wärmeleitfähigkeiten der Batteriezellenanschlüsse wird angenommen, dass die Temperatur innerhalb der Batteriezellenanschlüsse im durch die Heizplatten eingeschlossenen Volumen einheitlich ist, T_Interface = T_Comp. Ähnlich ist die Temperatur innerhalb der Batteriezellenanschlüsse außerhalb des eingeschlossenen Volumens annähernd einheitlich, T_Pouch, außer in der Grenzschicht zwischen den zwei Volumina. Die Grenzschicht kann sehr dünn sein, beispielsweise mit einer Dicke von 1 mm, die an der Grenzfläche vorliegt, an der sich die zwei Volumina überdecken.
Gleichung (12a) wird erhalten, wenn T_Interface in Gleichung (12) durch T_Comp von Gleichung (3) ersetzt wird.
Gleichung (13) kann aus Gleichung (12) erhalten werden.
Gleichung (12a) kann darauf reduziert werden, was in Gleichung (12b) ausgedrückt ist.
Gleichung (14) stellt die Anfangsbedingung dar.
Gleichung (15) stellt die Temperatur von Batteriezellenanschlüssen am Zellenrand 110 durch Lösen des Anfangswerts von Gleichung (14) dar.
Wenn die Wärme von Elektrodenplatten bereitgestellt und elektrischer Strom über die Elektrodenplatten auf die plattierten Batteriezellenanschlüsse und die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene angewendet wird, wird Wärme Q (J) abhängig von drei Grundfaktoren, wie in der folgenden Gleichung (16) ausgedrückt, erzeugt.
Dabei gilt: I (A) ist der durch die plattierten Batteriezellenanschlüsse und die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene fließende elektrische Strom; R (Ω) ist der elektrische Widerstand des Blechs/Folienmetalls, der Aufplattierungen und der Berührungsgrenzflächen; und t (s) ist die Zeit des Strömens von elektrischem Strom.
Die Wärmeerzeugung kann linear proportional zur Zeit sein, während der der elektrische Strom angelegt wird, wie in Gleichung (16) gezeigt. Ein minimaler elektrischer Strom und eine minimale Zeit sind erforderlich, um ausreichende Wärme zum Verbinden der Bleche/Folienmetalle über Schmelzen/ Verbinden von Aufplattierungsschichten auf ihnen und auch zum Ausgleichen der Wärmeverluste aufgrund des Wärmeübergangs zu erzeugen. Falls der elektrische Strom zu gering ist, kann durch einfaches Erhöhen der Zeit allein keine Verbindung produziert werden. Falls der elektrische Strom adäquat ist, steigt die Größe der Verbindung mit der Zeit, bis sie die Größe des Elektrodenvorsprungsberührungsbereichs erreicht. Falls die Zeit weiter vergrößert wird, kann eine Auspressung vorkommen oder die Elektrodenplatten können an den Blechen/Folienmetallen anhaften. Daher sollte eine Versuchsplanung vorgenommen werden, um den elektrischen Strom und die Zeit für individuelle Verbindungsanwendungen zu optimieren.
Der elektrische Strom ist ein Faktor, da er die Wärmeerzeugung beeinflussen kann, wie in Gleichung (16) gezeigt. Die tatsächliche Größe der Verbindungen nimmt schnell dem elektrischen Strom zu. Jedoch resultieren aus zu hohem elektrischem Strom Auspressung und Elektrodenplattenschädigung. Die typischen Arten des beim Verbinden angewendeten elektrischen Stroms umfassen den Einphasenwechselstrom (AC), der in der Produktion am meisten genutzt wird, den Dreiphasengleichstrom (DC), die Kondensatorentladung (CD) und den relativ neuen Mittelfrequenzumrichter DC. Im Betrieb sollten für Prozessparametereinstellungen und -steuerungen die Effektivwerte des elektrischen Stroms genutzt werden.
Die Elektrodenplattenleistung kann gemäß Gleichung (17), die durch Umordnen von Gleichung (16) erhalten wird, berechnet werden.
Beim Verwenden von Elektrodenplatten mit Vorsprüngen mit einem Durchmesser von 1 mm in einer Matrix, wie in 9 gezeigt, kann der elektrische Strom, der über jeden Vorsprung durch die plattierten Batteriezellenanschlüsse und die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene fließt, über die folgende Gleichung (18) bestimmt werden.
In bestimmen Fällen können Strukturvorsprünge auf einer berührenden Fläche der Elektrodenplatten gebildet werden, um den elektrischen Strom zu vergrößern. Wie in 7 illustrativ veranschaulicht, können die Vorsprünge eine beliebige geometrische Form annehmen und können mit einer beliebigen geeigneten Beabstandungsdistanz voneinander beabstandet sein.
Eine Klemmkraft dient dazu, die plattierten Batteriezellenanschlüssen und die plattierten Zusammenschaltungssammelschiene, die verbunden werden sollen, während der Erwärmung, des Schmelzens/Verbindens und der Verfestigung in engem Kontakt halten. Die von Elektrodenplatten gelieferte Klemmkraft kann gemäß einem/einer oder mehreren derselben Prinzipien und Methodiken wie bei der hierin beschriebenen Heizplattenprozedur bestimmt werden. Beispielhaft wird eine Klemmkraft von 15 bis 30 N (3,5 bis 7 lbf) genutzt, um das Anlegen des elektrischen Stroms zu ermöglichen, um ein schnelles Auffüllen von Oberflächenrauheitsmulden mit geschmolzenem Aufplattierungsmaterial wie geschmolzenem Sn zu begünstigen und um die Bildung von Poren während der Verfestigung der geschmolzenen Aufplattierungsschichten zu minimieren. Die Klemmkraft kann erhöht werden, falls die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene nicht flach oder nicht parallel zu den plattierten Batteriezellenanschlüssen in der x-y-Ebene und/oder in der y-z-Ebene ist. Eine höhere Klemmkraft kann genutzt werden, falls die plattierten Batteriezellenanschlüsse nicht flach, nicht an der plattierten Zusammenschaltungssammelschiene ausgerichtet und/oder auf einen hohen Grad von Vordehnungen vorgebogen sind. Jedoch nimmt mit der Klemmkraft die Schmelztemperatur des Aufplattierungsmaterials wie Sn zu. Daher kann die Klemmkraft unter Nutzung einer Versuchsplanung angepasst werden, die bestimmte wichtige Prozesseinflussgrößen (Key Process Input Variables, KPIVs), ihre Wechselwirkungen und ihre Variationen, vor allem Batteriezellenanschluss- und/oder Zusammenschaltungssammelschienenmaterialien, Geometrien und Vordehnungen von Batteriezellenanschlüssen, Zusammenschaltungssammelschienen und/oder Elektrodenplatten beinhaltet.
Eine Auswahl des Materials und der Auslegung der Oberflächengüte und der Härte für die Elektrodenplatten kann gemäß einer/einem oder mehreren derselben Strategien und Prinzipien ausgeführt werden, die in Bezug auf die Heizplattenprozedur hierin dargelegt sind. Ein oder mehrere derselben Erfordernisse können auch auf die Elektrodenplattenprozedur hinsichtlich Funktionalität, Haltbarkeit und Kompatibilität mit den Materialen und den Prozessbedingungen zutreffen. Demzufolge können Molybdän oder Wolfram bearbeitet und poliert werden, um die Elektrodenplatten zu bilden. In bestimmten Fällen kann die Oberflächengüte der Elektrodenplatten besser als die plattierten Batteriezellenanschlüsse und/oder die plattierte Zusammenschaltungssammelschiene sein, wobei ein Wert von etwa 0,3–0,5 Mikrometer Ra vorliegt. Allgemein gesagt, je glatter und weniger haftend die Oberfläche, desto weniger Wartung und mehr Einheitlichkeit existiert auf dem Berührungsbereich. In bestimmten besonderen Fällen weisen die Elektrodenplattenmaterialien eine Härte von mehr als 75 HRC auf. In dieser Hinsicht können Molybdän und Wolfram, die je eine Vickers-Härte von 1530 bzw. 3430 aufweisen, das Material der Wahl sein.
Ohne auf irgendeine bestimmte Theorie begrenzt sein zu wollen, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung, in einer oder mehreren Ausführungsformen, einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweist. Erstens können die Heizplatten oder die Elektrodenplatten relativ dünn, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 5 mm, hergestellt werden, was ermöglicht, dass die Platten ohne Weiteres in den begrenzten Raum zwischen den Zusammenschaltungssammelschienen in einer kompakten Auslegung passen, und deshalb die Automatisierungstechnik für den Fügeprozess vereinfacht und die Werkzeugausstattungseinschränkungen eliminiert, die bei den meisten anderen Fügemethoden auftreten können. Zweitens minimiert die geringe Schmelztemperatur beim Sn-Aufplattieren die Energiezufuhr und die Klemmkraft und minimiert daher die Wärmeeinwirkung auf Batteriezellen und die Zusammenschaltungssammelschiene, im Gegensatz zu vielen anderen Fügemethoden, die auf der Zufuhr großer Wärme oder großer Energie beruhen, wie Laserschweißen, Widerstandspunktschweißen, Hartlöten und Ultraschallschweißen. Drittens unterstützt das Erfordernis reduzierter Energie die Werkzeugstandzeitverlängerung und somit die Reduzierung der Gesamtzykluszeit aufgrund einer reduzierten Stillstandszeit zum Werkzeugaustausch. Viertens ermöglicht Sn-Aufplattieren bei geringer Schmelztemperatur auf denselben oder verschiedenen Blechen/Folienmetallen mit verschiedenen Dicken rasches Schmelzen/Verbinden über die Sn-Schichten und minimiert die Bildung spröder intermetallischer Bindungen, die oft mit vielen anderen Fügemethoden in Zusammenhang stehen. Fünftens kann die Verbindungszeit für 2-Zellen-Anschlüsse bis 3-Zellen-Anschlüsse für eine vorgegebene Nennleistung mit der Nutzung von Heizplatten auf nur 15–33 % dessen reduziert werden, was bei herkömmlichen Methoden wie Ultraschallschweißen erforderlich ist. Sechstens eliminiert das weiche Sn-Aufplattieren bei geringer Schmelztemperatur auf einer Mehrfachschicht aus Blechen/Folienmetallen auch die Notwendigkeit, dass hohe mechanische Energie die Bleche/Folienmetalle verformt (kaltformt), was bei vielen anderen herkömmlichen Methoden wie Nieten, Bördeln oder Falzen erforderlich sein kann. Siebtens zeichnen sich die metallurgischen Sn-Sn-Bindungen unter Batteriezellenanschlüssen und zwischen Batteriezellenanschlüssen und Zusammenschaltungssammelschienen für eine vorgegebene Energiezufuhr verglichen mit bestimmten herkömmlichen Methoden wie Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Widerstandspunktschweißen, Befestigen, Nieten, Bördeln oder Falzen durch einen geringeren Grenzflächenwiderstand und somit einen geringeren Leistungsverlust überall an den Verbindungen und weniger Wärmeaufbau während des Einsatzes aus. Schließlich sind die metallurgischen Sn-Sn-Bindungen unter Batteriezellenanschlüssen und zwischen Batteriezellenanschlüssen und Zusammenschaltungssammelschienen zuverlässiger als bestimmte herkömmliche Methoden wie viele Verfahren zur mechanischen Verbindung, insbesondere unter für die Fahrzeugnutzung typischen Abriebbedingungen.
In bestimmten Fällen können die Heizplatten und die Elektrodenplatten hinsichtlich eines oder mehrerer der folgenden Merkmale identisch sein: Geometrie, Längen-, Breiten- oder Dickenabmessung, Material, Oberflächengüte und Härte.
In bestimmten Fällen weisen die Heizplatten und/oder die Elektrodenplatten einen planaren Bereich auf, der größer als die beschichteten Abschnitte 104c der Batteriezellenanschlüsse und/oder des beschichteten Abschnitts 106c der Zusammenschaltungssammelschiene ist. In bestimmten besonderen Fällen weisen die Heizplatten und/oder die Elektrodenplatten einen planaren Bereich auf, der hinsichtlich jeder der drei pseudo-adiabatischen Abmessungen um 0,1 mm bis 5 mm größer ist als die beschichteten Abschnitte 104c und/oder 106c.
In bestimmten Fällen sind die Heizplatten und/oder die Elektrodenplatten von den Batteriezellen, den Batteriezellenanschlüssen und/oder den Zusammenschaltungssammelschienen beabstandet.
BEISPIELE
Beispiel 1

In diesem Beispiel werden eine Gruppe von Sn-plattierten Batteriezellenanschlüssen und eine der Sn-plattierten Zusammenschaltungssammelschienen durch zwei Heizplatten geklemmt, wobei Wärme angewendet wird. Die galvanisierte Sn-Beschichtung schmilzt und verbindet die Batteriezellenanschlüsse mit der Zusammenschaltungssammelschiene. Tabelle 1 führt illustrativ bestimmte mechanische, thermische, metallurgische und elektrische Eigenschaften auf, die wichtig für Verbinden und Verbindungen sind. Tabelle 1 – Eigenschaften von Batteriezellenanschlüssen & Zusammenschaltungssammelschienen

Batteriezellenanschlüsse				Zusammen schaltungsammelschiene
	Al (+) *	Cu (–) *	Sn (+/–)	Cu	Sn
Dicke (µm)	200	200	5–10	800	5–10
Zugfestigkeit (MPa)	77	240	19 **	245	19 **
Zugkraft (%)	18	46	43**	10	43**
Härte (HV0,1) ***	15 HV	< 70 HV	30	90 HV	30
Dichte – Fest (kg/m³)	2700	8950	7298(β)	8890	7298(β)
Wärmeleitfähigkeit – Fest (W/m K)	238	397	62,2	388	62,2
Wärmekapazität – Fest (J/kg K)	917	386	226	385	226
Schmelztemperatur, Tm (ºC)	660	1083	232	1083	232
Latente Schmelzwärme (kJ/kg)	388	205	59,61	205	59,61
Dichte – Flüssig bei T_m (kg/m³)	2385	8000	7000	8000	7000
Wärmeleitfähigkeit – Flüssig (W/m K)	100	165	31,4	165	31,4
Wärmekapazität – Flüssig (J/kg K)	1178	490	242	490	242
Wärmeausdehnungskoeffizient (10^–6K^–1)	25,5	17,7	23	17,7	23
Oberflächenspannung – Flüssig bei T_m (N/m)	0,914	1,285	0,544	1,285	0,544
Selbstdiffusivität in Flüssigkeit bei T_m (10^–9 m²/s)	4,87	3,97	2,31	3,97	2,31
Effektiver Moleküldurchmesser – Flüssig bei Tm(10^–10 m)	2,66	2,37	3,05	2,37	3,05
Viskosität – Flüssig bei Tm(mN s/m²)	1,250	4,502	4,459	4,502	4,459
Elektrische Leitfähigkeit (% IACS) ****	65	101	15,6	100	15,6
Elektrische Leitfähigkeit (MegaS/m)	37,67	58,69	9,05	58,11	9,05
Elektrische Resistivität (µΩ cm)	2,65	1,71	12,1	1,72	12,1

* -- Mechanische Eigenschaften werden gemessen, und die restlichen Eigenschaften stammen aus theoretischen Berechnungen oder Publikationen. ** -- Eigenschaften in Freiform. *** -- Härtedaten dienen nur zum Vergleich. Die tatsächliche Härte ist von der Wärmebehandlung abhängig & sollte basierend auf der Anwendung spezifiziert werden. **** -- 172,41 / Resistivität = % IACS; 100 % IACS = 58 MegaS/m.

In bestimmten Fällen können Heizplatten etwas größer als die Batteriezellenanschlüsse und die Zusammenschaltungssammelschiene sein, um einen so großen Berührungsbereich wie möglich zu produzieren, um den Grenzflächenwiderstand zu reduzieren. In diesem Beispiel betragen die Länge und die Breite des Berührungsbereichs 45 mm bzw. 5 mm. Die Länge, die Breite und die Dicke der Heizplatte betragen 50 mm, 6 mm bzw. 5 mm. Auslegungsparameter, physikalische Eigenschaften und berechnete Parameter sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2 – Zusammenfassung von Auslegungsparametern, physikalischen Eigenschaften und berechneten Parametern

	Zusammen schaltungsammelschiene	Zellen anschluss	Auf plattierung	Komposit
Berührungsfläche (m²)	AComp
	0,005 × 0,045 = 0,000225
Dicke (cm)	t_Int	t_Term	t_Plating	t_Comp
2 Zellenanschlüsse	0,8	0,2	0,01	1,26
3 Zellenanschlüsse	0,8	0,2	0,01	1,48
Volumen (cm³)	V_Int	V_Term	V_Plating	V_Comp
2 Zellenanschlüsse	180	45	2	280
3 Zellenanschlüsse	180	45	2	330
Dichte - Fest (kg/m³)	ρ_Int	ρ_Term	ρ_Plating	ρ_Comp
2 Zellenanschlüsse	8890	8950	7298	8833
3 Zellenanschlüsse	8890	8950	7298	8828
Masse (g)	m_Int	m_Term	m_Plating	m_Comp
2 Zellenanschlüsse	1,6	0,4	0,02	2,5
3 Zellenanschlüsse	1,6	0,4	0,02	2,9
Wärmekapazität (J/kgK)	c_pInt	c_pTerm	c_pPlating	c_pComp
2 Zellenanschlüsse	385	386	226	379
3 Zellenanschlüsse	385	386	226	378

Für das Sn-Aufplattieren sind die berechnete Zeit zur Schmelztemperatur und die Zeit zum Durchführen des Schmelzens sowie die Gesamtzeit zum Durchführen des Schmelzens/Verbindens in Tabelle 4 für verschiedene Heizplatten-Nennleistungen jeweils zusammengefasst. Tabelle 3 – Zusammenfassung von Auslegungsparametern, Materialeigenschaften und berechneten Parametern

Heizplattenleistung, Q_HotPlate (W)	1000	2000	3000	4000
Zimmertemperatur, TAir(ºC) (K)	2 3 ºC = 296 K
V_Compρ_Compc_pComp (J/K)
2 Zellenanschlüsse	0,949
3 Zellenanschlüsse	1,112
Schmelztemperatur, Tm (ºC) (K)	232 ºC = 505 K
(T_m – T_Air)(V_Compρ_Compc_pComp)/2 (J)
2 Zellenanschlüsse	99,198
3 Zellenanschlüsse	116,220
Zeit zur Schmelztemperatur, t_Tm (s)
2 Zellenanschlüsse	0,099	0,050	0,033	0,025
3 Zellenanschlüsse	0,116	0,058	0,039	0,029
Latente Schmelzwärme, ΔH_m (kJ/kg)	59,61
Zeit zum Durchführen des Schmelzens, t_L (s)
2 Zellenanschlüsse = 6 Aufplattierungsschichten	0,003	0,001	0,001	0,001
3 Zellenanschlüsse = 8 Aufplattierungsschichten	0,004	0,002	0,001	0,001
Gesamtzeit zum Durchführen des Schmelzens/Verbindens, t_T = t_Tm + t_L (s)
2 Zellenanschlüsse = 6 Aufplattierungsschichten	0,102	0,051	0,034	0,026
3 Zellenanschlüsse = 8 Aufplattierungsschichten	0,120	0,060	0,040	0,030

Bestimmen der Heizplatten-Haltezeit

Das Maximum der Komponententemperatur und der Heizplatten-Haltezeit kann basierend auf einer oder mehreren der Grenztemperaturen und zulässiger Zeiten des Pouch-Isolierfilms, des Separators zwischen positiven oder negativen Elektroden, Elektrolyt- und Aktivelektrodenbeschichtungen der Batteriezellen und der Zusammenschaltungssammelschiene bestimmt werden. Nicht begrenzende Beispiele der Grenztemperaturen sind in Tabelle 4 unten zusammengefasst. Tabelle 4 – Grenztemperaturen von Zellen-Pouch-Isolierfilm, Separator, Elektrolyt- und Aktivelektrodenbeschichtungen von Batteriezellen und Zusammenschaltungssammelschiene

Materialien	Temperaturgrenzen
Zellen-Pouch-Isolierfilm • Filmabdichtschicht mit PP-Homo + Copolymer PP + PE (CPP) • Extrusionsbeschichtung mit modifiziertem Polypropylen (PP) • Film mit orientiertem Polyamid (ONy) • Film auf der Basis von Polyethylenterephthalat (PET)	158 ºC
Polyethylen-Polypropylen(PE-PP)- Separator	123 ºC
Elektrolyt mit Lithiumsalz (LiPF6 + Additive)	236 ºC
Aktivelektrodenbeschichtungen & SBR oder PVDF, CB, SFG-6 Bindemittel/Lösungsmittel/Additive • Anode: Graphit oder Graphen • Katode: LiNixMnyCozO₂, LiNiCoAlO₂, LiMn₂O₄, LiCoO2 oder C-LiFePO₄	140 ºC
Zusammenschaltungssammelschiene	260 ºC

Wie in Tabelle 4 gezeigt, scheint der Separator die niedrigste Grenztemperatur aufzuweisen. Jedoch überträgt jeder Batteriezellenanschluss Wärme an Dutzende Batteriezellenfahnen innerhalb eines Pouch, der wiederum Wärme an Dutzende Separatoren zwischen Katoden und Anoden überträgt. Die Masse der Elektroden und der Separatoren ist um Größenordnungen größer als diejenige des Batteriezellenanschlusses, mit dem sie über die Batteriezellenfahnen verbunden sind. Zusätzlich zeichnen sich die Elektroden durch hervorragende Wärmeleitfähigkeiten aus. Daher dienen sie als riesige Wärmesenke, um Wärme vom Batteriezellenanschluss so schnell abzuleiten, dass die Separatoren und die Aktivelektrodenbeschichtungen durch die Wärme intakt bleiben. Somit erweist sich der Zellen-Pouch-Isolierfilm als das schwächste Glied und der anfälligste Durchgang in der Wärmekette, da er am nächsten zu den Batteriezellenanschlüssen und der allererste ist, der ‚die Wärme annimmt‘. Demzufolge würden 158 ºC binnen 10 Sekunden am Zellen-Pouch-Rand die Grenze des Wärmestroms von Heizplatten durch Batteriezellenanschlüsse zu den Batteriezellen festsetzen.

Die Heizplatten-Haltezeit kann gleich der oder etwas länger als die Gesamtzeit für ein vollständiges Schmelzen/Verbinden für die jeweiligen, in Tabelle 3 aufgeführten Heizplatten-Nennleistungen sein und kann kürzer als 10 Sekunden sein, um Wärmeschäden an den Batteriezellen zu verhindern. Demzufolge können für die Heizplatten-Nennleistungen von 1000 bis 4000 W die Heizplatten-Haltezeiten gemäß den Gleichungen (10) bis (11) bestimmt werden und sind in Tabelle 5 unten zusammengefasst. Tabelle 5 – Heizplatten-Haltezeiten bei verschiedenen Heizplatten-Nennleistungen

Heizplattenleistung, Q_HotPlate (W)	1000	2000	3000	4000
Heizplatten-Haltezeit (ms)
2 Zellenanschlüsse = 6 Aufplattierungsschichten	102	51	34	26
3 Zellenanschlüsse = 8 Aufplattierungsschichten	120	60	40	30

Für diese Heizplatten-Nennleistungen und entsprechende Heizplatten-Haltezeiten werden maximale Temperaturen von Batteriezellenanschlüssen am Zellen-Pouch-Rand, T_Pouch, gemäß Gleichung (15) bestimmt und sind in Tabelle 6 unten zusammengefasst. Tabelle 6 – Temperaturen von Batteriezellenanschlüssen am Zellen-Pouch-Rand für verschiedene Heizplatten-Nennleistungen

Querschnitts- / Restflächen (cm²) & Restlängen (cm)	A_Cross	A_Rest	L_Rest	L_Boundary
2 Zellenanschlüsse	0,20	8,4	1,9	0,1
3 Zellenanschlüsse	0,30	8,4	1,9	0,1
Dicke (cm) / Volumen (cm³)	t_Rest	V_Term	V_Plating	V_Rest
2 Zellenanschlüsse	0,044	0,2	0,008	0,4
3 Zellenanschlüsse	0,066	0,2	0,008	0,6
Dichte (kg/m³) / Masse (kg)	ρ_Rest	m_Term	m_Plating	m_Rest
2 Zellenanschlüsse	8800	0,00150	0,00006	0,00324
3 Zellenanschlüsse	8800	0,00150	0,00006	0,00486
Wärmekapazität (J/kg K) & -leitfähigkeit (W/m K)	c_pRest	K_Term	K_Plating	K_Rest
2 Zellenanschlüsse	374	397	62	367
3 Zellenanschlüsse	374	397	62	367
C₁, C₂, C₃, C₅	C₁	C₂	C₃	C₅
2 Zellenanschlüsse	1,212	0,949	5,989	1773
3 Zellenanschlüsse	1,818	1,112	5,989	1773
Heizplattenleistung, Q_HotPlate(W)	1000	2000	3000	4000
C₄
2 Zellenanschlüsse	12618 2	5237 3	7855	50474
3 Zellenanschlüsse	10770 2	1541 3	2311	43082
T_Pouch (K)
2 Zellenanschlüsse	350	326	317	312
3 Zellenanschlüsse	358	331	320	314
T_Pouch (ºC)
2 Zellenanschlüsse	77	53	44	39
3 Zellenanschlüsse	85	58	47	41

Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, sind diese Temperaturen viel niedriger als die maximal zulässige Temperatur am Zellen-Pouch-Rand und von viel kürzerer Zeitdauer als die Grenzzeit, 158 ºC binnen 10 Sekunden am Zellen-Pouch-Rand, wie durch die Einschränkungen vom Zellen-Pouch-Isolierfilm festgelegt. Diese Auslegung bewirkt keine Wärmeschäden an den Separatoren, da die Temperatur und die Zeit viel niedriger/kürzer als die Grenzbedingungen, 123 ºC binnen 10 Sekunden an Separatoren, sind. Daher sind die in Tabelle 6 gezeigten Heizplatten-Haltezeiten sichere Betriebszeiten, innerhalb derer die Batteriezellen nicht thermisch geschädigt werden, während die Sn-plattierten Batteriezellenanschlüsse mit der Sn-plattierten Zusammenschaltungssammelschiene verbunden werden. Es wird auch angemerkt, dass die Betriebstemperaturen und -zeiten in der aktuellen Auslegung aufgrund der geringeren Energiezufuhren und der niedrigeren Schmelztemperatur der Sn-Aufplattierung auf den Batteriezellenanschlüssen und Zusammenschaltungssammelschienen niedrieger und viel kürzer sind als diejenigen beim Ultraschallschweißen.
Beispiel 2
In diesem Beispiel werden jede Gruppe der Sn-plattierten Batteriezellenanschlüsse und eine der Sn-plattierten Zusammenschaltungssammelschienen durch zwei Elektrodenplatten geklemmt, während elektrischer Strom an die Sn-plattierten Batteriezellenanschlüsse und die Zusammenschaltungssammelschiene angelegt wird. Die Sn-Aufplattierungsschichten auf den Batteriezellenanschlüssen und der Zusammenschaltungssammelschiene schmelzen und verbinden die Batteriezellenanschlüsse mit der Zusammenschaltungssammelschiene, wie in 8 veranschaulicht.
In diesem Beispiel betragen die Länge, die Breite und die Dicke der Elektrodenplatte 45 mm, 5 mm bzw. 5 mm. Für flache Elektrodenplatten beträgt die Berührungsfläche 45 mm × 5 mm auf den Oberflächen des äußersten Sn-plattierten Batteriezellenanschlusses bzw. der äußersten Sn-plattierten Zusammenschaltungssammelschiene. Für Elektrodenplatten mit Vorsprüngen mit einem Durchmesser von 1 mm in einer Matrix, wie in 9 gezeigt, beträgt die Berührungsfläche jedes Vorsprungs 0,785 mm² auf den Oberflächen des äußersten Sn-plattierten Batteriezellenanschlusses bzw. der äußersten Sn-plattierten Zusammenschaltungssammelschiene.

Beim Verwenden von Elektrodenplatten mit Vorsprüngen mit einem Durchmesser von 1 mm in einer Matrix, wie in 9 gezeigt, kann der elektrische Strom, der über jeden Vorsprung durch die aufplattierten Batteriezellenanschlüsse und die aufplattierte Zusammenschaltungssammelschiene fließt, über Gleichung (18) bestimmt werden und wird in Tabelle 8 zusammengefasst. Die Querschnittsfläche, durch die der elektrische Strom fließt, ist A_Electrode = 0,785 mm², die Werte der elektrischen Resistivität der Bleche/Folienmetalle und der Sn-Aufplattierung stammen aus Tabelle 1, und die Werte des elektrischen Widerstands werden basierend auf der elektrischen Resistivität, der Dicke der Bleche/Folienmetalle und der Sn-Aufplattierung und der Querschnittsfläche A_Electrode berechnet. Der erforderliche tatsächliche elektrische Strom ist kleiner als der in Tabelle 8 aufgeführte, weil der elektrische Widerstand der Berührungsgrenzflächen in den vorliegenden Berechnungen nicht enthalten ist. Der elektrische Widerstand der Berührungsgrenzflächen muss durch Versuchsmessungen des tatsächlichen Aufbaus bestimmt werden. Dennoch kann der Fügeprozess für diese elektrischen Stromhöhen innerhalb von ein paar Millisekunden durchgeführt werden. Dasselbe Verfahren, das im Anwendungsbeispiel 1 oben genutzt wird, kann zum Berechnen der Gesamtzeit für ein vollständiges Verbinden genutzt werden. Tabelle 7 – Elektrischer Strom durch Batteriezellenanschlüsse & Zusammenschaltungssammelschiene für verschiedene Elektrodenplatten-Nennleistungen

	Zusammen schaltungssammel schiene	Anschluss	Auf plattierung	Komposit
Dicke (m)	t_Int	t_Term	t_Plating	t_Comp
2 Zellenanschlüsse	8E-04	2E-04	0,1E-04	12,6E-04
3 Zellenanschlüsse				14,8E-04
Elektrische Resistivität, ρ (µΩ.cm)	1,7	1,7	12,1
Elektrischer Widerstand, R = ρ·t_X/A_Electrode (Ω)	18E-06	4,4E-06	1,5E-06
2 Zellenanschlüsse				35E-06
3 Zellenanschlüsse				43E-06
Elektrodenplatten leistung, Q (W)	1000	2000	3000	4000
Elektrischer Strom, I (kA)
2 Zellenanschlüsse	5	8	9	11
3 Zellenanschlüsse	5	7	8	10

Einige der hierin genannten Symbole und Gleichungen können gemäß Tabelle 8 spezifiziert werden. Tabelle 8 – nicht begrenzende Definitionen für bestimmte Symbole und Gleichungen

Symbole	Definitionen	Einheiten
A_Comp	Berührungsfläche zwischen einer Heizplatte und einem beschichteten Batteriezellenanschluss oder einer beschichteten Zusammenschaltungssammelschiene, wo Wärme angewendet wird	m²
A_Cross	Querschnittsfläche von Batteriezellenanschlüssen	m²
A_Electrode	Berührungsfläche zwischen einer Elektrodenplatte und einem beschichteten Batteriezellenanschluss oder einer beschichteten Zusammenschaltungssammelschiene, durch die elektrischer Strom fließt	m²
A_Rest	Flächeninhalt eines Batteriezellenanschlusses außerhalb des eingeschlossenen Volumens	m²
c_pComp	Durchschnittliche Wärmekapazität von V_Comp	J/kg K
c_pInt, c_pTerm, c_pPlating	Wärmekapazität von Zusammenschaltungssammelschienen-Substratmaterial, Batteriezellenanschluss-Substratmaterial bzw. Beschichtungsmaterial	J/kg K
c_pRest	Wärmekapazität von Batteriezellenanschlüssen außerhalb des eingeschlossenen Volumens	J/kg K
C₁, C₂, C₃,	Zeitunabhängige Konstanten
C4, C5
h_HotPlate	Wärmeübergangskoeffizient zwischen einer Heizplatte und einem beschichteten Batteriezellenanschluss oder einer beschichteten Zusammenschaltungssammelschiene über der Berührungsfläche A_Comp	W/m² K
ΔH_m	Latente Schmelzwärme von Beschichtungsmaterial	kJ/kg
I	Elektrischer Strom, der durch beschichtete Batteriezellenanschlüsse und eine beschichtete Zusammenschaltungssammelschiene fließt	A
K_Plating	Wärmeleitfähigkeit von Beschichtungsmaterial	W/m K
K_Rest	Wärmeleitfähigkeit von Batteriezellenanschlüssen in V_Rest	W/m K
K_Term	Wärmeleitfähigkeit von Batteriezellenanschluss-Substratmaterial	W/m K
L_Boundary	Dicke von Grenzschicht zwischen dem eingeschlossenen und dem Außenvolumen	m
L_Rest	Länge von Batteriezellenanschlüssen außerhalb des eingeschlossenen Volumens	m
m_Comp	Masse beschichteter Batteriezellenanschlüsse und einer beschichteten Zusammenschaltungssammelschiene, die von Heizplatten eingeschlossen sind	kg
m_Int, m_Term, m_Plating	Masse einer unbeschichteten Zusammenschaltungssammelschiene, eines unbeschichteten Batteriezellenanschlusses bzw. einer Beschichtung in einem spezifizierten Volumen	kg
m_Rest	Masse von Batteriezellenanschlüssen außerhalb des eingeschlossenen Volumens	kg
n	Anzahl von Beschichtungsschichten in Anschluss-Sammelschiene-Komposit
Q	Wärme, die erzeugt wird, wenn elektrischer Strom über Elektrodenplatten an beschichtete Batteriezellenanschlüsse und eine beschichtete Zusammenschaltungssammelschiene angelegt wird	J
Q	Elektrodenplattenleistung	W
Q_HotPlate	Heizplattenleistung	W

Wenngleich der beste Weg zum Ausführen der Erfindung detailliert beschrieben wurde, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung, wie von den folgenden Ansprüchen definiert, erkennen.

Claims

Batteriezellenmodul, das Folgendes umfasst: einen Batteriezellenanschluss, der ein Anschlusssubstrat enthält; eine Zusammenschaltungssammelschiene, die ein Sammelschienensubstrat enthält; und eine Beschichtung, die zwischen mindestens einem der Anschluss- und Sammelschienensubstrate angeordnet ist und diese berührt, wobei die Beschichtung ein Metall enthält und eine Schmelztemperatur aufweist, die niedriger als eine Schmelztemperatur des Anschluss- oder des Sammelschienensubstrats ist.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine erste Beschichtung aus einem Metall M1 und eine zweite Beschichtung aus einem Metall M2 enthält, wobei die erste Beschichtung das Anschlusssubstrat berührt und die zweite Beschichtung das Sammelschienensubstrat berührt.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 2, wobei das Anschlusssubstrat eine Schmelztemperatur aufweist, die größer als eine Schmelztemperatur der ersten Beschichtung ist, wobei der Batteriezellenanschluss über eine oder mehrere metallurgische Bindungen M1–M2 an die Zusammenschaltungssammelschiene geschaltet ist.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 2, wobei das Sammelschienensubstrat eine Schmelztemperatur aufweist, die größer als eine Schmelztemperatur der zweiten Beschichtung ist, wobei der Batteriezellenanschluss über eine oder mehrere metallurgische Bindungen M1–M2 an die Zusammenschaltungssammelschiene geschaltet ist.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 2, wobei das Metall M1 und das Metall M2 dieselben sind.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 1, das weiterhin einen zweiten Batteriezellenanschluss umfasst, der an den ersten Batteriezellenanschluss geschaltet ist, sodass der erste Batteriezellenanschluss zwischen dem zweiten Batteriezellenanschluss und der Zusammenschaltungssammelschiene positioniert ist.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine planare Abmessung aufweist, die 90 bis 110 Prozent einer planaren Abmessung des Anschlusssubstrats oder des Sammelschienensubstrats beträgt.