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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der Erfindung sind auch ein Batteriepack, ein Batteriemodul, eine Batterie und ein Fahrzeug.
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Aus
DE 10 2012 223 026 A1 ist eine Verbindungsanordnung zum Verbinden von zwei Zellen eines Batteriepacks, aufweisend zumindest eine Batteriezelle und ein flexibles Leiterelement, bekannt; wobei das flexible Leiterelement mit einem Pol der Batteriezelle leitfähig verbunden ist und das Leiterelement aus Aluminium ausgebildet ist.
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Aus
DE 10 2012 223 561 A1 ist eine Batteriezelle mit wenigstens einer negativen Elektrode und wenigstens einer positiven Elektrode bekannt, wobei die Batteriezelle von einem Zellgehäuse umgeben ist und zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle ein erstes Zellterminal, welches mit der wenigstens einen negativen Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, und ein zweites Zellterminal, welches mit der wenigstens einen positiven Elektrode elektrisch leitfähig verbunden ist, aufweist, wobei das erste Zellterminal und / oder das zweite Zellterminal eine in das Zellgehäuse weisende Kontaktöffnung aufweist. Ferner ist ein Zellverbinder zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung wenigstens eines ersten Zellterminals einer ersten Batteriezelle mit wenigstens einem zweiten Zellterminal einer zweiten Batteriezelle bekannt, wobei der Zellverbinder wenigstens eine erste Kontaktierungsstelle zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung eines Zellterminals und wenigstens eine zweite Kontaktierungsstelle zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung eines Zellterminals aufweist, und wobei die wenigstens eine erste Kontaktierungsstelle und / oder die wenigstens eine zweite Kontaktierungsstelle als Kontaktstecker ausgebildet ist. Zudem ist eine Batterie mit wenigstens zwei der Batteriezellen bekannt, welche mittels der Zellverbinder elektrisch miteinander verschaltet sind, wobei die Kontaktstecker der Zellverbinder in die Kontaktöffnung der jeweiligen Zellterminals der Batteriezellen eingesteckt sind.
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Aus
DE 10 2012 223 812 A1 ist ein eine Batteriezelle bekannt, welche von einem Zellgehäuse umgeben ist und zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezelle wenigstens ein Zellterminal aufweist, wobei das Zellterminal mit einer Elektrode der Batteriezelle verbunden ist und ein Bereich des Zellterminals mit einem freien Ende aus dem Zellgehäuse herausragt, wobei der Bereich einen ersten Abschnitt, welcher sich von dem Zellgehäuse erstreckt, einen zweiten Abschnitt, welcher sich bis zu dem freien Ende erstreckt, und einen dritten Abschnitt, welcher den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verbindet, aufweist, wobei der dritte Abschnitt derart ausgebildet ist, dass der zweite Abschnitt über den dritten Abschnitt elastisch rückstellend an dem ersten Abschnitt angeordnet ist. Zudem ist ein Zellverbinder zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung von Zellterminals der Batteriezellen bekannt, wobei der Zellverbinder eine Mehrzahl von Kontaktierungsstellen zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung der Zellterminals aufweist, von denen wenigstens zwei Kontaktierungsstellen zu einer elektrisch leitfähigen Verbindung miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens zwei elektrisch leitfähige Verbindungen durch ein Isolierelement elektrisch isoliert miteinander verbunden sind. Ferner ist eine Batterie mit wenigstens zwei der Batteriezellen bekannt, welche mittels Zellverbinder elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, wobei die Zellverbinder mit den Zellterminals mittels eines Durchsetzfügeverfahrens verbunden sind.
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Aus
DE 10 2012 222 712 A1 ist ein Zellterminal zur elektrischen Kontaktierung einer Elektrode einer Batteriezelle bekannt, wobei das Zellterminal derart mit der Elektrode einer Batteriezelle verbindbar ist, dass das Zellterminal mit einem freien Ende aus einem die Batteriezelle umgebenden Zellgehäuse herausragt, und wobei das Zellterminal an seinem freien Ende eine Vertiefung mit einer Grundfläche aufweist, wobei die Vertiefung zu wenigstens einer Seite des Zellterminals durchgängig ist und die Vertiefung zu der Grundfläche hin in wenigstens einem Abschnitt der Vertiefung verbreitert ist. Ferner ist ein Kontaktierungselement aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich bekannt, wobei der erste Bereich zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet ist, und wobei der zweite Bereich korrespondierend der Vertiefung des Zellterminals ausgebildet ist. Zudem sind eine Batteriezelle mit den Zellterminals sowie eine Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen mit den Zellterminals bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Vorrichtung und das Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass sich, aufgrund ihrer Größe und Anzahl, eine bessere Handhabung der Bauteile ergibt. Außerdem kann die Anzahl an Varianten reduziert werden. Somit können die Kosten wie Lagerhaltungskosten und / oder Herstellungskosten wie Bestückungskosten reduziert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Vorrichtung und des Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche möglich.
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Wird das Endlosmaterial als Band oder Strang bereitgestellt, hat dies den Vorteil, dass die Lagerung und Handhabung des Endlosmaterials vereinfacht werden können.
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Wird das Endlosmaterial in Rollenform, Stabform, Stangenform oder Strangform bereitgestellt, hat dies den Vorteil, dass die Lagerung und Handhabung des Endlosmaterials weiter vereinfacht werden können.
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Umfasst das Konfektionieren ein Ablängen wie Abtrennen oder Abschneiden oder Austanzen des Zellverbinders, hat dies den Vorteil, dass das Verbinden der Batteriezellen, dass das Konfektionieren des Endlosmaterials höher integriert werden kann.
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Umfasst der Konfektionieren ein Biegen des Zellverbinders, hat dies den Vorteil, dass das Konfektionieren des Endlosmaterials noch weiter konfektioniert werden kann.
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Erfolgt das Ablängen, Abtrennen oder Abschneiden mittels eines Laserstrahls, hat dies den Vorteil, dass das Konfektionieren weiter vereinfacht werden kann.
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Erfolgt das Befestigen mittels eines oder des Laserstrahls, hat dies den Vorteil, dass das Konfektionieren weiter vereinfacht werden kann. Weiterhin können mechanische Belastungen beim Befestigen reduziert werden. Außerdem können die Laserstrahlen für das Ablängen, Abtrennen oder Abschneiden und das Befestigen mittels einer Laserlichtquelle erzeugt werden. Dazu können das Verfahren bzw. die Vorrichtung vereinfacht werden. Somit können die Kosten weiter reduziert werden.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise als Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug, Plug-In Hybridfahrzeug, Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike) oder Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), Luftfahrzeug oder Raumfahrzeug ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine beispielhafte Perspektivansicht eines Batteriepacks 10, umfassend Zellverbinder 200 12, 200 23 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 bis 5 zeigen eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden von Batteriezellen 100 1, 100 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
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6 bis 9 zeigen eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden von Batteriezellen 100 1, 100 2 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine beispielhafte Perspektivansicht eines Batteriepacks 10, umfassend Zellverbinder 200 12, 200 23 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das Batteriepack 10 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 100 1, ... 100 3. Und eine Vielzahl von Zellverbindern 200 12, 200 23.
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Die Batteriezellen 100 1, ... 100 3 sind, wie in 1 beispielhaft gezeigt, als Quader bzw. quadratische Platte ausgebildet. Die Batteriezellen 100 1, ... 100 3 umfassen jeweils ein erstes, zum Beispiel positives, Zellterminal (Terminal) 110 11, ... 110 13 und ein zweites, zum Beispiel negatives, Terminal 110 21, ... 110 23. Die Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 sind in einer Höhenrichtung der Batteriezellen 100 1, ... 100 3 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch oben angeordnet. Die Batteriezellen 100 1, ... 100 3 sind in Bezug auf die Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 zueinander anti-parallel ausgerichtet nebeneinander angeordnet.
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Die Zellverbinder 200 12, 200 23 umfassen ein elektrisch leitfähiges Element zur elektrischen Verbindung der Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23. Die Zellverbinder 200 12, 200 23 sind an den Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 befestigt und verbinden, wie in 1 beispielhaft gezeigt, jeweils ein erstes Terminal 110 11, 110 12 einer Batteriezelle 100 1, 100 2 und ein zweites Terminal 110 22, ... 110 23 einer benachbart angeordneten Batteriezelle 100 2, 100 3 miteinander elektrisch, sodass die Batteriezellen 100 1, ... 100 3, aufgrund ihrer anti-parallelen Anordnung, miteinander seriell verbunden sind. Die Elemente der Zellverbinder 200 12, 200 23 sind aus einem Endlosmaterial bzw. Quasi-Endlosmaterial beispielsweise einem Bandmaterial oder Strangmaterial beim Verbinden der Batteriezellen 100 1, ... 100 3 hergestellt bzw. konfektioniert beispielsweise abgelängt wie abgetrennt oder abgeschnitten oder ausgestanzt und / oder gebogen. Die Begriffe „Endlosmaterial“ und „Quasi-Endlosmaterial“ bezeichnen somit ein Rohmaterial, das in eine Vielzahl von Zellverbinder 200 12, 200 23 unterteilbar ist. Das Endlosmaterial bzw. Quasi-Endlosmaterial kann beispielsweise als in Rollenform oder gestreckter Form, wie Stab oder Stange, bereitgestellt werden. Das Endlosmaterial bzw. Quasi-Endlosmaterial kann einen konstanten bzw. homogenen Querschnitt bezüglich einer Richtung entlang des Materials (Längsrichtung) aufweisen. Der Querschnitt kann an die Erfordernisse beispielsweise bezüglich der elektrischen Stromstärke angepasst sein. Alternativ kann das Endlosmaterial bzw. Quasi-Endlosmaterial beispielsweise aufgrund einer Kerbe, Perforation, Rille, Sollbruchstelle, Sollknickstelle oder Sollschnittstelle bzw. Solltrennstelle einen periodischen Verlauf in der Längsrichtung aufweisen.
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Das Abtrennen der Zellverbinder 200 12, 200 23 kann beispielsweise mittels einer Trenneinrichtung bzw. Schneideinrichtung wie Schere oder eines Laserstrahls erfolgen.
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Das Befestigen der Zellverbinder 200 12, 200 23 an / auf den Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 kann beispielsweise mittels Befestigungsnähten oder Befestigungspunkten wie Schweißnähten 300 11, 300 12, 300 12, 300 23 oder Schweißpunkten, die beispielsweise durch Bonden oder Schweißen wie Laserschweißen, Reibschweißen oder Ultraschallscheißen erzeugt werden können, erfolgen.
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Das Abtrennen kann vor dem Befestigen erfolgen. Alternativ kann das Befestigen vor dem Abtrennen erfolgen.
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2 bis 5 zeigen eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden von Batteriezellen 100 1, 100 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Zum Verbinden der Batteriezellen 100 1, 100 2 werden Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 der Batteriezellen 100 1, 100 2 mit Zellverbindern 200 12, 200 23, die aus Bandmaterial 200 hergestellt bzw. konfektioniert werden, miteinander verbunden. Das Bandmaterial 200 kann, wie in 2 bis 5 beispielhaft gezeigt, in Rollenform 28 bereitgestellt werden. Das Bandmaterial 200 kann in einem elektrisch isolierten Behälter (nicht gezeigt) angeordnet sein.
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Die 2 bis 5 zeigen eine Vorrichtung 20 zum Verbinden der Batteriezellen 100 1, 100 2. Die Vorrichtung 20 zum Verbinden der Batteriezellen 100 1, 100 2 kann eine Steuerungseinrichtung 22 zum Steuern und / oder Regeln der Vorrichtung 20 bzw. ihrer Einrichtungen, eine Befestigungseinrichtung 26, die mit der Steuerungseinrichtung 22 verbunden ist, zum Befestigen der Zellverbinder 200 12, 200 23 an / auf den Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23, und eine Handhabungseinrichtung 24, die mit der Steuerungseinrichtung 22 verbunden ist, zum Positionieren und / oder vorübergehenden bzw. temporären Fixieren wie Niederhalten oder Andrücken der Zellverbinder 200 12, 200 23 an / auf den Terminals 110 11, ... 110 13, 110 21, ... 110 23 umfassen. Die Befestigungseinrichtung 26 ist als Laserschweißeinrichtung, die einen Laserstrahl 260 zum Laserschweißen und / oder Lasertrennen erzeugen kann, ausgebildet. Die Handhabungseinrichtung 24 ist als Niederhalter, der sich in einer ausgefahrenen Haltestellung 240 oder einer eingefahrenen Ruhestellung 240‘ befinden kann, ausgebildet.
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Wie in 2 beispielhaft gezeigt, wird das Bandmaterial 200 an ein Terminal 110 11 einer Batteriezelle 100 1 geführt, auf dem Terminal 110 11 positioniert und mittels der Handhabungseinrichtung 24, die sich in der ausgefahrenen Haltestellung 240 befindet, vorübergehend fixiert. Das Bandmaterial 200 wird mittels des Laserstahls 260 der Befestigungseinrichtung 26, der eine Schweißnaht 300 11 erzeugt, auf dem Terminal 110 11 befestigt, sodass das Bandmaterial 200 mit dem Terminal 110 11 elektrisch verbunden ist. Nach dem Befestigen des Terminals 110 11 können die Befestigungseinrichtung 26 ausgeschaltet und die Handhabungseinrichtung 24 in die eingefahrene Ruhestellung 240‘ gebracht werden.
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Wie in 3 beispielhaft gezeigt, wird das Bandmaterial 200 auf einem anderen Terminal 110 22 einer anderen Batteriezelle 100 2 positioniert und mittels der Handhabungseinrichtung 24, die sich in der ausgefahrenen Haltestellung 240 befindet, vorübergehend fixiert. Das Bandmaterial 200 wird mittels des Laserstahls 260 der Befestigungseinrichtung 26, der eine weitere Schweißnaht 300 22 erzeugt, auf dem anderen Terminal 110 22 befestigt, sodass das andere Terminal 110 22 mit dem Bandmaterial 200 und dem Terminal 110 11 elektrisch verbunden ist. Nach dem Befestigen des anderen Terminals 110 22 können die Befestigungseinrichtung 26 ausgeschaltet und die Handhabungseinrichtung 24 in die eingefahrene Ruhestellung 240‘ gebracht werden.
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Wie in 4 bespielhaft gezeigt, wird ein Zellverbinder 200 12 mit der Schweißnaht 300 11 und der weiteren Schweißnaht 300 22 von dem Bandmaterial 200 mittels des Laserstahls 260 der Befestigungseinrichtung 26 abgetrennt. Nach dem Abtrennen des Zellverbinders 200 12 kann die Befestigungseinrichtung 26 ausgeschaltet werden.
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Alternativ kann das Abtrennen des Zellverbinders 200 12 vor dem Befestigen an dem Terminal 110 11 und / oder vor dem Befestigen an dem anderen Terminal 110 22 erfolgen.
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5 zeigt die mittels des Zellverbinders 200 12 miteinander verbundenen Batteriezellen 100 1, 100 2. Zum Verbinden weiterer oder anderer Batteriezellen können die Schritte des Verfahrens wiederholt ausgeführt werden. Somit kann eine Vielzahl von Batteriezellen seriell und / oder parallel beispielsweise zu einem Batteriepack oder Batteriemodul miteinander elektrisch verbunden werden.
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Die Vorrichtung 20 kann weiterhin, wie mit Bezug auf 6 bis 9 näher beschrieben, eine Zurichteinrichtung 29, die mit der Steuerungseinrichtung 22 verbunden ist, zum Zurichten bzw. Konfektionieren der Zellverbinder 200 12, 200 23 aus dem Bandmaterial 200 wie Ablängen und / oder Biegen der Zellverbinder 200 12, 200 23 umfassen. Die Zurichteinrichtung 29 kann beispielsweise als spanlose Trenneinrichtung wie Schere oder als spanende Trenneinrichtung wie Säge ausgebildet sein. Das Zurichteinrichtung 29 und / oder ihre Elemente wie Trennelemente können elektrisch isoliert ausgebildet sein. Das Bandmaterial 200 kann die Zurichteinrichtung 29 durchlaufen, wenn sich die Trennelemente in einer geöffneten Ruhestellung 290 befinden. Die Zurichteinrichtung 29 trennt einen Zellverbinder 200 12, 200 23 von dem Bandmaterial 200 ab, wenn sich die Trennelemtente in einer geschlossenen Trennstellung 290‘ befinden.
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6 bis 9 zeigen eine vereinfachte Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden von Batteriezellen 100 1, 100 2 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Die in 6 bis 9 gezeigte Vorrichtung 20‘ entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf die 2 bis 5 beschriebenen Vorrichtung 20 zum Verbinden von Batteriezellen 100 1, 100 2. Das Bandmaterial 200 durchläuft die Zurichteinrichtung 29, die sich in der Ruhestellung 290 befindet.
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Wie in 6 beispielhaft gezeigt, wird das Bandmaterial 200 an das Terminal 110 11 der Batteriezelle 100 1 geführt, auf dem Terminal 110 11 positioniert und mittels der Handhabungseinrichtung 24, die sich in der ausgefahrenen Haltestellung 240 befindet, vorübergehend fixiert. Das Bandmaterial 200 wird mittels des Laserstahls 260 der Befestigungseinrichtung 26, der eine Schweißnaht 300 11 erzeugt, auf dem Terminal 110 11 befestigt, sodass das Bandmaterial 200 mit dem Terminal 110 11 elektrisch verbunden ist. Nach dem Befestigen des Terminals 110 11 können die Befestigungseinrichtung 26 ausgeschaltet und die Handhabungseinrichtung 24 in die eingefahrene Ruhestellung 240‘ gebracht werden.
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Wie in 7 bespielhaft gezeigt, wird der Zellverbinder 200 12 mit der Schweißnaht 300 11 von dem Bandmaterial 200 mittels der Zurichteinrichtung 29, die sich in der Trennstellung 290‘ befindet, abgetrennt. Nach dem Abtrennen des Zellverbinders 200 12 kann die Zurichteinrichtung 29 in die Ruhestellung 290 gebracht werden.
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Alternativ kann das Abtrennen des Zellverbinders 200 12 vor dem Befestigen an dem Terminal 110 11 erfolgen.
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Wie in 8 beispielhaft gezeigt, wird der Zellverbinder 200 12 auf dem anderen Terminal 110 22 der anderen Batteriezelle 100 2 positioniert und mittels der Handhabungseinrichtung 24, die sich in der ausgefahrenen Haltestellung 240 befindet, vorübergehend fixiert. Der Zellverbinder 200 12 wird mittels des Laserstahls 260 der Befestigungseinrichtung 26, der eine weitere Schweißnaht 300 22 erzeugt, auf dem anderen Terminal 110 22 befestigt, sodass das andere Terminal 110 22 mit dem Terminal 110 11 elektrisch verbunden ist. Nach dem Befestigen des anderen Terminals 110 22 können die Befestigungseinrichtung 26 ausgeschaltet und die Handhabungseinrichtung 24 in die eingefahrene Ruhestellung 240‘ gebracht werden.
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Alternativ kann das Befestigen an dem anderen Terminal 110 22 vor dem Abtrennen des Zellverbinders 200 12 erfolgen.
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9 zeigt die mittels des Zellverbinders 200 12 miteinander verbundenen Batteriezellen 100 1, 100 2. Zum Verbinden weiterer oder anderer Batteriezellen können die Schritte des Verfahrens wiederholt ausgeführt werden. Somit kann eine Vielzahl von Batteriezellen seriell und / oder parallel beispielsweise zu einem Batteriepack oder Batteriemodul miteinander elektrisch verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223026 A1 [0002]
- DE 102012223561 A1 [0003]
- DE 102012223812 A1 [0004]
- DE 102012222712 A1 [0005]
