DE102015213129A1

DE102015213129A1 - Akkumulatoranordnung mit einer verbesserten Schweißtechnik für ein Zellverbinderelement

Info

Publication number: DE102015213129A1
Application number: DE102015213129.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Scherer; Philip Kotter; Rüdiger Daub; Christoph Born; Bernhard Nitschke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-19
Also published as: CN107534119A; US20180117714A1; WO2017008947A1; US11806813B2; CN107534119B

Abstract

Die Erfindung offenbart eine Akkumulatoranordnung, mit – einer ersten Akkumulatorzelle mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement; – einer zweiten Akkumulatorzelle mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement; – einem Zellverbinderelement, das ein elektrisches Anschlusselement der ersten Akkumulatorzelle und ein elektrisches Anschlusselement der zweiten Akkumulatorzelle elektrisch miteinander verbindet und das zumindest an einer der elektrischen Anschlusselemente einer der Akkumulatorzellen mittels einer Mehrzahl Schweißorte angeschweißt ist, wobei die Anzahl und der Ort der Schweißorte in Abhängigkeit einer erwarteten Stromdichte so gewählt ist, dass an Orten mit einer höheren erwarteten Stromdichte mehr Schweißorte angeordnet sind und an Orten mit einer niedrigeren erwarten Stromdichte keine oder weniger Schweißorte angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Akkumulatoranordnung mit einer verbesserten Schweißtechnik zum Anbringen eines Zellverbinderelementes an einer Akkumulatorzelle.
Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen werden Akkumulatoranordnungen verwendet, bei denen eine Mehrzahl von Akkumulatorzellen, beispielsweise prismenartige Akkumulatorzellen, zu einem Modul hintereinander geschaltet werden, üblicherweise seriell hintereinander geschaltet werden. Die Module können fest oder während des Betriebes des Kraftfahrzeuges konfigurierbar in Serie und/oder parallel geschaltet werden und bilden einen Traktionsakkumulator. Der Traktionsakkumulator speist eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges. Dem Fachmann sind die Grundlagen elektrischer Antriebe bekannt und im Sinne der Prägnanz werden diese hierin nicht weiter erläutert.
Zellverbinderelemente sind dafür vorgesehen, gegensätzliche Pole zweier benachbarter Zellen zu verbinden. Die Zellverbinder sind mit zwei Anschlusselementen zweier Akkumulatorzellen verbunden, wobei die Anschlusselemente jeder Akkumulatorzelle mit einer Elektrode elektrisch verbunden sind. Es ist bekannt, dass das Zellverbinderelement am Anschlusselement angeschweißt werden kann, beispielsweise mittels kreisförmiger Schweißnähte. Es ist auch bekannt, die Zellverbinderelemente mit den Anschlusselementen zu verschrauben oder an diese zu binden.
Das Laserschweißen eines Zellverbinderelementes an einem Anschlusselement hat den Nachteil, dass ein hoher Energieeintrag in Form von Wärme in den Zellverbinder und das Anschlusselement erfolgt. Dadurch können in der Nähe angeordnete Kunststoffbauteile und im schlimmsten Fall die Akkumulatorzelle selbst beschädigt werden. Ferner erfordert das Laserstrahlschweißen eine Mindestgröße, d. h. Höhe und Breite, der Anschlusselemente und Zellverbinderelemente, wodurch mehr Bauraum erforderlich ist. Ferner erfordert das Laserstrahlschweißen erhebliche Investitionen in die Systemtechnik, die lediglich dann gerechtfertigt sind, wenn der Verbindungsprozess im Vergleich zu alternativen Verfahren erheblich schneller ist.
Die DE 10 2010 020 065 A1 offenbart ein Energiespeichermodul mit einer Mehrzahl prismatischer Zellen und einer Zellkontaktierungseinheit, die einen Träger umfasst, an dem mehrere Zellverbinder angeordnet sind, über die ein jeweiliger Anschluss erster Polarität einer Speicherzelle mit einem jeweiligen Anschluss einer zweiten Polarität einer benachbarten Speicherzelle elektrisch verbunden ist.
Die DE 10 2010 046 529 A1 offenbart ein Rahmensystem zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle.
Die US 2010/0167115 A1 offenbart ein Batteriesystem mit einem Batterieblock mit einer Mehrzahl Batteriezellen, die mittels isolierender Separierelemente aneinander angeordnet sind.
Die DE 10 2008 059 970 A1 offenbart eine Batterie, bei der flexible Zellverbinder auf einer starren Zellverbinderplatine angeordnet sind.
Die DE 10 2011 080 977 A1 offenbart einen Zellverbinder zur elektrischen Verbindung von Anschlüssen von Batteriezellen mit einer Schicht aus einem ersten Material und einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material, wobei die beiden Schichten mit jeweils einem kleinen Loch und einem größeren Loch versehen sind und die Schichten derart übereinander angeordnet sind, dass das kleine Loch einer Schicht im Wesentlichen koaxial zum größeren Loch der jeweils anderen Schicht angeordnet ist.
Die DE 10 2006 015 566 A1 offenbart einen Polverbinder zur elektrischen Verbindung zweier elektrischer Pole von Einzelzellen eines elektrochemischen Energiespeichers, der ein Bündel von mindestens zwei, jeweils den Zwischenraum zwischen miteinander zu verbindenden Polen überbrückenden Leiterelementen, umfasst.
Die DE 10 2011 075 853 A1 offenbart einen Zellverbinder mit mindestens zwei Kompensationsabschnitten die sich jeweils längs einer Verbindungsrichtung von dem ersten Kontaktbereich zu dem zweiten Kontaktbereich erstrecken und quer zur Verbindungsrichtung voneinander getrennt sind.
Die DE 25 16 530 A1 offenbart das Anbringen eines Verbinderelementes an eine Batterie mittels einer Mehrzahl von Schweißpunkten.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine Akkumulatoranordnung mit einer verbesserten Schweißverbindung zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Akkumulatoranordnung nach Anspruch 1 gelost.
Eine erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung umfasst eine erste Akkumulatorzelle mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement, eine zweite Akkumulatorzelle mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement, einem Zellverbinderelement, das ein elektrisches Anschlusselement der ersten Akkumulatorzelle und ein elektrisches Anschlusselement der zweiten Akkumulatorzelle elektrisch miteinander verbindet und das zumindest an einer der elektrischen Anschlusselemente einer der Akkumulatorzellen mittels einer Mehrzahl Schweißorte angeschweißt ist. Die Anzahl und der Ort der Schweißorte werden in Abhängigkeit einer erwarteten Stromdichte so gewählt, dass an Orten mit einer höheren erwarteten Stromdichte mehr Schweißorte angeordnet sind und an Orten mit einer niedrigeren erwarteten Stromdichte keine oder weniger Schweißorte angeordnet sind. Das elektrische Anschlusselement entnimmt Ladung aus der Akkumulatorzelle und/oder führt Ladung der Akkumulatorzelle zu. Das elektrische Anschlusselement, an der das Zellverbinderelement angeschlossen ist, der ersten Akkumulatorzelle kann eine zum elektrischen Anschlusselement, an den das Zellverbinderelement angeschlossen ist, der zweiten Akkumulatorzelle entgegengesetzte Polarität aufweisen. Dadurch kann eine Serienschaltung von Akkumulatorzellen erzielt werden, wie sie beispielsweise in Traktionsakkumulatoren erwünscht ist. Der Ausdruck Ort mit einer niedrigeren erwarteten Stromdichte umfasst auch, dass an diesem Ort kein Strom fließt. An Orten mit einer höheren erwarteten Stromdichte ist die erwartete Stromdichte höher als an Orten mit einer niedrigeren erwarteten Stromdichte. Die Schweißorte können eine oder mehrere Schweißflächen bilden.
Um den Wärmeeintrag in die Akkumulatorzelle zu reduzieren und um die Taktzeit beim Anbringen des Zellverbinderelementes zu reduzieren, schlagen die Erfinder vor, die Länge der Schweißnaht zwischen dem Zellverbinderelement und dem Anschlusselement bei gleichbleibenden Übergangswiderstand zu minimieren. Das wird dadurch erreicht, wenn die Geometrie der Schweißnaht und/oder Schweißpunkte hinsichtlich des Stromflusses, insbesondere der Stromdichte optimal gewählt wird. Im Stand der Technik werden Schweißkreise auf den Anschlusselementen erzeugt, die als Mindestanforderung eine Anbindungsfläche von etwa 40 mm² haben. Die Erfinder schlagen im Gegensatz dazu durchgehende und/oder segmentierte Schweißnähte bzw. Schweißpunkte vor, die hinsichtlich der Fläche deutlich kleiner als die im Stand der Technik eingesetzten Schweißkreise sind. Beispielsweise kann die Fläche der Schweißnaht und/oder Schweißpunkte um etwa die Hälfte reduziert werden, ohne den Übergangswiderstand von einer Akkumulatorzelle zur anderen Akkumulatorzelle zu erhöhen. Vorzugsweise beträgt die Fläche der Schweißorte, an denen ein Zellverbinderelement an einem elektrischen Anschlusselement angebracht ist maximal etwa 30 mm², vorzugsweise maximal 20 mm², höchstvorzugsweise maximal 15 mm².
Ein Schweißort kann ein einzelner Schweißpunkt sein. Mehrere Schweißorte können eine Schweißnaht bzw. eine Schweißfläche bilden. Dies kann der Fall sein, wenn die Orte nebeneinander liegen. Die Schweißorte können eine kontinuierliche Schweißnaht bzw. kontinuierliche Schweißfläche bilden oder eine unterbrochene Schweißnaht bzw. eine unterbrochene Schweißfläche bilden, wobei jedes Segment der unterbrochenen Schweißnaht bzw. Schweißfläche eine Mehrzahl nebeneinander bzw. aneinander angeordnete Schweißorte umfasst.
Die Schweißorte können einzelne Schweißpunkte, eine unterbrochene Schweißnaht und/oder eine kontinuierliche Schweißnaht aufweisen. Die Schweißorte können die Form eines kontinuierlichen Teilkreises bestehend aus einer Schweißnaht, eines unterbrochenen Teilkreises bestehend aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkten, eines kontinuierlichen Halbkreises bestehend aus einer Schweißnaht, eines unterbrochenen Halbkreises bestehend aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkte, zwei sich berührende kontinuierliche gerade Linien bestehend aus einer Schweißnaht, zwei sich berührende unterbrochene gerade Linien bestehend aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkte, zwei sich berührende kontinuierliche gerade Linien bestehend aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, zwei sich berührende unterbrochene gerade Linien bestehend aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind und/oder eine unterbrochene gerade Linie bestehend aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkte aufweisen. Eine kontinuierliche gerade Linie, ein kontinuierlicher Teilkreis und ein kontinuierlicher Halbkreis kann eine Mehrzahl aneinander gereihter sich berührender Schweißorte oder eine linienförmige Schweißnaht aufweisen. Ein unterbrochener Teilkreis, ein unterbrochener Halbkreis und eine unterbrochene gerade Linie kann eine Mehrzahl Segmente aufweisen, an denen sich die Schweißorte berühren oder die eine Schweißnaht bilden. Die Schweißpunkte bzw. die Schweißnaht kann beispielsweise durch Laserschweißen erzeugt werden. Eine Linie, die aus Schweißorten gebildet ist, und ein Teilkreis bzw. Halbkreis, der aus Schweißorten gebildet ist, weist eine Breite auf, die der Breite der Schweißorte je nach eingesetzter Schweißtechnologie entspricht.
Die erste Akkumulatorzelle und die zweite Akkumulatorzelle können eine mit dem Anschlusselement gekoppelte Elektrode aufweisen, die Ladung aus der jeweiligen Akkumulatorzelle entnimmt. Die Elektrode kann einen runden Querschnitt aufweisen. Die Elektrode kann sich vom Anschlusselement in die Akkumulatorzelle erstrecken. Der kontinuierliche Teilkreis kann um die Elektrode angeordnet sein. Der unterbrochene Teilkreis kann um die Elektrode angeordnet sein. Die unterbrochene gerade Linie kann in einem Randbereich des Anschlusselementes angeordnet sein, der in Richtung der anderen Akkumulatorzelle gerichtet ist.
Das Zellverbinderelement kann einen offenen Bereich aufweisen, der sich zwischen der Elektrode der ersten Akkumulatorzelle und der Elektrode der zweiten Akkumulatorzelle erstreckt. Bei einer Ausführungsform kann die Elektrode nicht durch das Zellverbinderelement bedeckt sein, d. h. der offene Bereich erstreckt sich über die Elektrode. Der offene Bereich erhöht die Elastizität des Zellverbinders, um Herstelltoleranzen und Größenveränderungen der Akkumulatorzellen während des Betriebes aufzunehmen.
Der kontinuierliche Teilkreis aus einer Schweißnaht, der unterbrochene Teilkreis aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkte, der kontinuierliche Halbkreis aus einer Schweißnaht, der unterbrochene Halbkreis aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkte, die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien aus einer Schweißnaht, die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeten Schweißpunkte, die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, können neben dem offenen Bereich und der Elektrode in Richtung der jeweils anderen Akkumulatorzelle versetzt angeordnet sein. Die zuvor genannten Schweißorte können an beiden Seiten neben dem offenen Bereich und der Elektrode und in Richtung der jeweils anderen Akkumulatorzelle versetzt angeordnet sein.
Das Zellverbinderelement kann in dem Bereich zwischen dem elektrischen Anschlusselement der ersten Akkumulatorzelle und dem elektrischen Anschlusselement der zweiten Akkumulatorzelle eine Wölbung aufweisen. Der Wölbung erhöht auch die Elastizität des Zellverbinders, um Herstelltoleranzen und Größenveränderungen der Akkumulatorzellen während des Betriebes aufzunehmen.
Die höchste Linie der Wölbung kann senkrecht zum offenen Bereich angeordnet sein.
Die Erfindung ermöglicht, die Fläche der Naht um ca. 50% zu reduzieren. Dadurch kann auch die Prozesszeit beim Herstellen der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung reduziert werden, was insbesondere bei hohen Stückzahlen einen deutlichen Einfluss auf die für die Systemtechnik erforderliche Investition hat. Ferner bedeutet eine Halbierung der Fläche der Schweißnaht, dass der Energieeintrag in die Bauteile beim Schweißen ebenfalls etwa halbiert wird. Dadurch wird es möglich, das Zellverbinderelement und die elektrischen Anschlusselemente kleiner auszugestalten, wodurch Bauraum und Gewicht reduziert werden. Zusätzlich wird die thermische Belastung der Akkumulatorzelle und naheliegender Kunststoffbauteile reduziert, was bei der Entwicklung neuer Akkumulatormodule einen größeren konstruktiven Freiheitsgrad schafft.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter und nicht beschränkend beschrieben, wobei
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung zeigt;
2 einen schematischen Schnitt durch ein Verbindungselement und zwei elektrische Anschlusselemente zeigt;
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit zwei unterschiedlichen Arten von Schweißnähten zeigt;
4 eine dritte Ausführungsform mit einer unterbrochenen geraden Schweißnaht zeigt;
5 eine vierte Ausführungsform mit mehreren kontinuierlichen geraden Schweißnähten zeigt;
6 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der die Schweißnähte die Form von Teilkreisen aufweisen;
7 eine sechste Ausführungsform zeigt, bei der die Schweißnähte eine Form von unterbrochenen Teilkreisen aufweisen;
8 eine siebte Ausführungsform zeigt, bei der die Schweißnähte die Form von kontinuierlichen geraden Linien aufweisen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind;
9 eine achte Ausführungsform mit unterbrochenen geraden Linien zeigt, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind; und
10 eine Draufsicht auf eine Akkumulatoranordnung zeigt.
Es wird auf 10 Bezug genommen, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ferner wird auf 1 Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht von Anschlusselementen 104 und einem Verbinderelement 105 zeigt, und auf 2 Bezug genommen, die einen Schnitt durch das Verbinderelement 105 und die Anschlusselemente 104, 106 zeigt.
Eine Mehrzahl Akkumulatorzellen 101 ist nebeneinander angeordnet. Jede Akkumulatorzelle 101 umfasst ein erstes Anschlusselement 104 und ein zweites Anschlusselement 106, in die sich je eine Elektrode 108 mit einem runden Querschnitt erstreckt. Die Elektrode erstreckt sich auch in das Innere der Akkumulatorzelle 101, um Ladung der Akkumulatorzelle 101 zuzuführen und/oder dieser zu entnehmen.
Das erste Anschlusselement 104 einer ersten Akkumulatorzelle 101 ist mittels eines Zellverbinders 105 mit dem zweiten Anschlusselement 106 einer zweiten 101 Akkumulatorzelle verbunden. Bei der ersten Ausführungsform sind die Zellverbinderelemente 105 mittels einer Mehrzahl Schweißpunkte befestigt, die einen unterbrochenen Teilkreis 120 bilden.
Der unterbrochene Teilkreis ist neben der Elektrode 108 angeordnet. Die Schweißpunkte des unterbrochenen Teilkreises 120 befinden sich in einem Bereich, in dem hohe Stromdichten zu erwarten sind. Dort weist der Übergang vom Anschlusselement 104, 106 zum Verbinderelement 105 einen niedrigen elektrischen Widerstand auf. Das Verbinderelement 105 weist ferner einen offenen Bereich auf, der sich von der Elektrode einer Akkumulatorzelle 101 zu einer Elektrode 108 einer anderen Akkumulatorzelle 101 erstreckt und schmaler als die Elektrode ist. Ferner sind die Elektroden 101 nicht durch den freien Bereich bedeckt. Der offene Bereich 114 dient dem Aufnehmen von mechanischen Toleranzen und Größenänderungen, beispielsweise aufgrund der Temperatur und des Ladezustandes.
Ferner umfasst das Verbinderelement 105 eine im Wesentlichen U-förmige Wölbung 112, die sich im Wesentlichen senkrecht zum offenen Bereich 114 erstreckt. Die im Wesentlichen U-förmige Wölbung 112 dient auch dem Aufnehmen mechanischer Toleranzen und Größenänderungen aufgrund von Temperatur und Ladezustand.
Bei der ersten Ausführungsform Ist der unterbrochene Teilkreis 120, der aus Schweißpunkten gebildet ist, im Wesentlichen ein Halbkreis.
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei im Sinne der Prägnanz nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform Bezug genommen wird. Das Verbinderelement 105 ist an den Anschlusselementen 104, 106 mittels einer teilkreisförmigen Schweißpunktanordnung 220 verbunden. Die teilkreisförmig angeordneten Schweißpunkte 220 bilden an jeder Elektrode zwei Teilkreise, die in etwa einem Viertelkreis entsprechen. Ferner ist das Verbinderelement 105 mittels einer unterbrochenen geraden Linie 222 aus Schweißpunkten an den Anschlusselementen 104, 106 befestigt, um das Verbinderelement 105 elektrisch mit den Anschlusselementen 104, 106 verbinden. Optionale einzelne Schweißpunkte 228 dienen der mechanischen Fixierung des Verbinderelementes 105 an den Anschlusselementen 104, 106.
Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine dritte Ausführungsform 300 der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der das Verbinderelement 105 mittels einer unterbrochenen geraden Linie 322 aus Schweißpunkten angebracht ist. Die unterbrochene Linie 322 ist an dem Randbereich des Anschlusselementes 104, 106 angeordnet, der in Richtung des anderen Anschlusselementes gerichtet ist. Jeder Schweißpunkt kann eine Kantenlänge von etwa 1 mm aufweisen.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der das Verbinderelement 105 an den Anschlusselementen 104, 106 mittels einer kontinuierlichen geraden Linie an Schweißorten elektrisch verbunden ist, die eine Schweißnaht 422 bilden.
Es wird auf 6 bis 9 Bezug genommen, die unterschiedliche Möglichkeiten für Schweißorte zeigen, wobei 6 eine fünfte Ausführungsform 500 der Erfindung zeigt, 7 eine sechste Ausführungsform 600 der Erfindung zeigt, 8 eine siebte Ausführungsform 700 der Erfindung zeigt und 9 eine achte Ausführungsform 800 der Erfindung zeigt. Bei der fünften bis neunten Ausführungsform werden Schweißorte 530, 630, 740, 840 neben der Elektrode 108 und dem offenen Bereich erzeugt, wobei die Schweißorte 530, 630, 740, 840 vom Mittelpunkt der Elektrode 108 in Richtung dem jeweils anderen Anschlusselement 104, 106 versetzt angeordnet sind.
Bei der fünften Ausführungsform gemäß 6 bilden die Schweißorte 530 eine teilkreisförmige kontinuierliche Schweißnaht 530. Das konvexe Ende der teilkreisförmigen Schweißnaht 530 ist in Richtung des jeweils anderen Anschlusselementes 104, 106 gerichtet.
Die sechste Ausführungsform gemäß 7 entspricht im Wesentlichen der fünften Ausführungsform 500 gemäß 6, wobei bei der sechsten Ausführungsform 600 die Schweißorte 630 durch einen unterbrochenen Teilkreis 630 mit einer Mehrzahl Schweißsegmente bzw. beabstandete Schweißpunkte gebildet werden.
Bei der siebten Ausführungsform gemäß 8 werden die Schweißorte 740 durch zwei sich berührende rechtwinklige Linien 740 gebildet. Eine erste Linie ist im Wesentlichen parallel zu den Kanten der Anschlusselemente 104, 106 angeordnet, die zum jeweils gegenüberliegenden Anschlusselement 104, 106 gerichtet ist. Die zweite kontinuierliche gerade Schweißnaht ist rechtwinklig zur Kante des Anschlusselementes 104, 106 ausgerichtet, die zum gegenüberliegenden Anschlusselement 104, 106 gerichtet ist. Die Verbindungspunkte der Schweißorte 740, die durch die zwei linienförmigen Schweißnähte 740 gebildet werden, sind in Richtung Mitte und/oder offenen Bereich 114 des Verbindungselementes 105 gerichtet.
Die achte Ausführungsform der Erfindung 800 gemäß 9 entspricht im Wesentlichen der siebten Ausführungsform 700 gemäß 8, wobei die unterbrochenen Linien durch eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Segmente bzw. beabstandete Schweißnähte mit je einer Mehrzahl von Schweißpunkten bzw. Schweißorten gebildet sind.
Die Schweißorte, Schweißpunkte, Schweißnähte und dergleichen können beispielsweise durch Laserschweißen gebildet sein. Laserschweißverfahren sind derzeit wegen des vergleichsweise niedrigen Wärmeeintrages in die Akkumulatorzellen bevorzugt.
Eine unterbrochene Linie, ein unterbrochener Teilkreis, ein unterbrochener Halbkreis oder dergleichen umfasst eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Segmenten. Jedes Segment kann einen Schweißpunkt oder einen Schweißort aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass jedes Segment eine Mehrzahl von aneinandergereihten Schweißorten aufweist, die beispielsweise eine (kurze) kontinuierliche Schweißnaht bilden. Jeder Schweißort weist eine Erstreckung in die Länge und Breite auf. Ein Schweißort im Sinne dieser Erfindung ist folglich zweidimensional. Eine Linie oder ein Teilkreis oder ein Segment werden durch eine Mehrzahl nebeneinanderliegender Schweißorte gebildet. Der Ausdruck nebeneinanderliegender Schweißorte impliziert nicht, dass einzelne Punkte im Sinne eines Punktschweißens erzeugt werden müssen. Eine kontinuierliche Linie, ein kontinuierlicher Teilkreis, ein kontinuierlicher Halbkreis oder dergleichen kann auch durch einen kontinuierlichen Schweißvorgang erzeugt werden, wodurch die nebeneinanderliegenden Schweißorte erzeugt werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass ein Verbindungselement 105 an Anschlusselementen 104, 106 einer Akkumulatorzelle mittels vergleichsweiser kurzer Schweißnähte und/oder mittels einer vergleichsweisen niedrigen Anzahl an Schweißpunkten an einem Anschlusselement 104, 106 einer Akkumulatorzelle 110 angeschweißt werden kann, wenn sich die Schweißorte, Schweißpunkte, Schweißnähte oder dergleichen in einem Bereich befinden, in dem eine höhere Stromdichte zu erwarten ist als an anderen Orten. Durch die geringere Anzahl an Schweißorten, Schweißpunkten, Schweißnähten oder dergleichen kann die thermische Belastung der Akkumulatorzelle 101 bei der Herstellung reduziert werden. Ferner kann die Taktzeit für den Schweißvorgang reduziert werden, was bei hohen Stückzahlen hoch relevant ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010020065 A1 [0005]
DE 102010046529 A1 [0006]
US 2010/0167115 A1 [0007]
DE 102008059970 A1 [0008]
DE 102011080977 A1 [0009]
DE 102006015566 A1 [0010]
DE 102011075853 A1 [0011]
DE 2516530 A1 [0012]

Claims

Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800), mit – einer ersten Akkumulatorzelle (101) mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement (104); – einer zweiten Akkumulatorzelle (101) mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement (106); – einem Zellverbinderelement (105), das ein elektrisches Anschlusselement (104) der ersten Akkumulatorzelle (101) und ein elektrisches Anschlusselement (108) der zweiten Akkumulatorzelle (101) elektrisch miteinander verbindet und das zumindest an einem der elektrischen Anschlusselemente (104, 106) einer der Akkumulatorzellen (101) mittels einer Mehrzahl Schweißorte (120; 220; 222; 322; 422; 530; 630; 740; 840) angeschweißt ist, wobei die Anzahl und der Ort der Schweißorte (120; 220; 222; 322; 422; 530; 630; 740; 840) in Abhängigkeit einer erwarteten Stromdichte so gewählt ist, dass an Orten mit einer höheren erwarteten Stromdichte mehr Schweißorte (120; 220; 222; 322; 422; 530; 630; 740; 840) angeordnet sind und an Orten mit einer niedrigeren erwarten Stromdichte keine oder weniger Schweißorte angeordnet sind.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheißorte Schweißpunkte (220; 222; 228; 322) und/oder eine unterbrochene Schweißnaht (120; 422; 630; 840) und/oder eine kontinuierliche Schweißnaht (530; 740) aufweisen.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißorte zumindest eine der folgenden Formen aufweisen: – einen kontinuierlichen Teilkreis (530) aus einer Schweißnaht; – einen unterbrochenen Teilkreis (630) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten; – einen kontinuierlichen Halbkreis aus einer Schweißnaht; – einen unterbrochenen Halbkreis (120) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten; – zwei sich berührende kontinuierliche gerade Linien (740) aus einer Schweißnaht; – zwei sich berührende unterbrochene gerade Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten; – zwei sich berührende kontinuierliche gerade Linien (740) aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind; – zwei sich berührende unterbrochene gerade Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind; und/oder – eine unterbrochene gerade Linie (323) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Akkumulatorzelle eine mit dem elektrischen Anschlusselement gekoppelte Elektrode (108) aufweist, die Ladung aus der jeweiligen Akkumulatorzelle entnimmt, wobei – der kontinuierliche Teilkreis um die Elektrode angeordnet ist; – der unterbrochene Teilkreis um die Elektrode angeordnet ist (120; 220); und/oder – die unterbrochene gerade Linie (322) an einem Randbereich des Anschlusselementes angeordnet ist.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellverbinderelement (105) einen offenen Bereich (114) aufweist, der sich zwischen der Elektrode (108) der ersten Akkumulatorzelle und der Elektrode der zweiten Akkumulatorzelle erstreckt.
Akkumulatoranordnung (100; 500; 600; 700; 800) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der kontinuierliche Teilkreis (530) aus einer Schweißnaht, – der unterbrochene Teilkreis (630) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – der kontinuierliche Halbkreis aus einer Schweißnaht, – der unterbrochene Halbkreis (120) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien (740) aus einer Schweißnaht, – die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien (740) aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, und/oder – die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, neben dem offenen Bereich (114) und der Elektrode (108) und in Richtung der jeweils anderen Akkumulatorzelle (101) versetzt angeordnet sind.
Akkumulatoranordnung (100; 500; 600; 700; 800) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der kontinuierliche Teilkreis (530) aus einer Schweißnaht, – der unterbrochene Teilkreis (630) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – der kontinuierliche Halbkreis aus einer Schweißnaht, – der unterbrochene Halbkreis (120) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien (740) aus einer Schweißnaht, – die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, – die sich berührenden kontinuierlichen geraden Linien (740) aus einer Schweißnaht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, und/oder – die sich berührenden unterbrochenen geraden Linien (840) aus einer Mehrzahl beabstandeter Schweißnähte oder beabstandeter Schweißpunkten, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, an beiden Seiten neben dem offenen Bereich (114) und der Elektrode (108) und in Richtung der jeweils anderen Akkumulatorzelle (101) versetzt angeordnet sind.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der offene Bereich (114) über die Elektrode (108) erstreckt.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellverbinderelement (105) in dem Bereich zwischen dem elektrischen Anschlusselement (104) der ersten Akkumulatorzelle (101) und dem elektrischen Anschlusselement (106) der zweiten Akkumulatorzelle (101) eine Wölbung (112) aufweist.
Akkumulatoranordnung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) nach Anspruch 9, wobei die höchste Linie der Wölbung (112) senkrecht zum offenen Bereich (114) angeordnet ist.