DE102017112860A1

DE102017112860A1 - Zellenverbinder von Akkupacks mit Lithium-Ionen-Zellen und Verfahren zur Herstellung einer Zellenverbindung mittels der Zellenverbinder in Akkupacks

Info

Publication number: DE102017112860A1
Application number: DE102017112860.3A
Authority: DE
Inventors: Karl-Joachim Heyner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zellenverbinder zu schaffen, der eine bessere Leitfähigkeit gegenüber Nickelbändern oder Hiluminbändern besitzt und ein günstiges Verbindungsverfahren zwischen einzelner Zelle und dem Zellenverbinder zu schaffen. Als Zellenverbinder (1) wird vorzugsweise für zylindrische Zellen (4) eine ein- oder beidseitig kupferkaschierte Platine (1) mit einem flexiblen Basismaterial mit 0,8 mm bis 1 mm Dicke und einer Kaschierungsdicke von vorzugsweise 35 µm verwendet. Die Zellenverbinder (1) besitzen an den Zellen (4) angepasste Durchgangslöcher (2) mit einen Durchmesser zwischen 1 mm bis 10 mm. Beim Vorzugsverfahren wird ein Punktschweißverfahren vorgeschlagen. Auf die Durchgangslöcher (2) der Zellenverbinder (1) werden so große Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) aufgelegt, dass vorzugsweise eine 4-fache Punktverschweißung, jeweils um 90 Grad versetzt, erfolgen kann. Anschließend werden diese Zellenverbinder (1) mit der Seite der aufgeschweißten Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) zentral auf die Oberseite bzw. Unterseite der Zellen (4) entsprechend der gewünschten elektrischen Schaltung im Akkupack aufgelegt und über die Durchgangslöcher (2) im Zellenverbinder (1) erfolgt eine Punktverschweißung der Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) mit der gewünschten Zelle (4).

Description

In der Praxis werden die einzelnen Zellen von Akkupacks, z. B. für Pedelecs, mittels Nickelbänder bzw. Hiluminbänder miteinander verbunden, wobei Nickelbänder gegenüber Hiluminbänder eine bessere Leitfähigkeit besitzen. Die Verbindung erfolgt dann durch löten oder elektropunktschweißen.
In der DE 10 2008 040 343 A1 wird ein Verbindungselement zur elektrisch leitenden Verbindung von mindestens zwei in einem Akkumulatorgehäuse angeordneten Akkumulatorzellen eines Akkumulators beschrieben, wobei an dem Verbindungselement zumindest eine Klebefläche vorgesehen ist, an der das Verbindungselement über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff mit zumindest einer der Akkumulatorzellen verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zellenverbinder zu schaffen, der eine bessere Leitfähigkeit gegenüber Nickelbändern oder Hiluminbändern besitzt und ein günstiges Verbindungsverfahren zwischen einzelner Zelle und dem Zellenverbinder zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Einsatz von ein- oder beidseitig kupferkaschierten Polymerplatten mit einem flexiblen Basismaterial mit 0,8 mm bis 1 mm Dicke und einer Kaschierungsdicke von 35 µm gelöst. Diese Zellenverbinder besitzen vorteilhaft eine Breite, die dem halben bis 2/3-Durchmesser der verwendeten Zellen entspricht. Die Länge dieser Zellenverbinder richtet sich vorteilhaft nach dem Durchmesser der verwendeten Zellen, multipliziert mit der Anzahl der zu verbindenden Zellen, reduziert um einen halben Durchmesser bis 1/4-Durchmesser. Die Zellenverbinder besitzen im Abstand von einem Durchmesser der verwendeten Zellen Durchgangslöcher.
Diese erfindungsgemäßen Zellenverbinder besitzen einen direkten Kontakt zur Zelle und können mit dieser mittels Punktschweißung verbunden werden. Weitere Vorteile dieser Lösung sind der geringere Widerstand gegenüber Nickelbänder oder Hiluminbänder, gute Wärmeableitung und damit Vermeidung von thermischen Problemen im Akkupack, eine gute Stabilität und trotzdem eine gewisse Flexibilität der Zellenverbinder.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Zellenverbinder mit einer Reihe von Durchgangslöchern, eine Seite mit einem abgerundeten Ende,
2 eine Draufsicht auf einen Zellenverbinder mit einer Doppelreihe von Durchgangslöchern und
3 eine Schnittdarstellung im Bereich eines Durchgangsloches mit angeschweißten Nickelbandabschnitten und Zellen.
Die Zellenverbinder 1 bestehen aus ein- oder beidseitig kupferkaschierten Platinen 1. Diese Zellenverbinder 1 bestehen aus einem flexiblen Basismaterial, z. B. aus einer Polymerplatte 1 oder aus GFK bestehend mit 0,8 mm bis 1 mm Dicke. Als Kaschierungsdicke wird vorzugsweise eine Dicke von 35 µm gewählt. Es sind jedoch auch andere Kaschierungsdicken möglich, z. B. weniger als 35 µm oder auch bis 0,5 mm.
Die Breite der Zellenverbinder 1 richtet sich nach der Größe/Durchmesser der zu verbindenden Zellen 4, vorzugsweise einen halben bis 2/3 Durchmesser der verwendeten Zellen 4. Die Länge errechnet sich aus dem Durchmesser multipliziert mit der Anzahl der zu verbindenden Zellen 4, reduziert um einen halben Durchmesser bis 1/4 Durchmesser. Die Zellenverbinder 1 besitzen im Abstand von einem Durchmesser der verwendeten Zellen 4 Durchgangslöcher 2, wobei bei Auflage der Zellenverbinder 1 auf die Oberseite bzw. Unterseite der Zellen 4 diese Durchgangslöcher 2 mit dem Mittelpunkt bzw. Mittelpunkten der Oberseite/Oberseiten bzw. Unterseite/Unterseiten übereinstimmen. Die Durchgangslöcher 2 der Zellenverbinder 1 besitzen einen Durchmesser zwischen 1 mm bis 10 mm. Die Größe der Durchgangslöcher richtet sich nach dem Verbindungsverfahren. Größere Durchgangslöcher 2 werden für das Punktschweißverfahren benötigt. Vorteilhaft besitzen die Zellenverbinder 1 abgerundete Enden. Dadurch kann die Breite des Zellenverbinders 1 größer gewählt werden, da die sonst überstehenden Ecken nicht mehr vorhanden sind.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Zellenverbindung mittels Zellenverbinder 1 aus kupferkaschierten Platinen oder z. B. Polymerplatten in Li-Ionen-Akkupacks benutzt das Elektropunktschweißen. Hierzu werden auf die Durchgangslöcher 2 der Zellenverbinder 1 so große Nickelblechtäfelchen 3 oder Hilumintäfelchen 3 bzw. Abschnitte von Nickelbändern aufgelegt, dass um das Durchgangsloch 2 herum vorzugsweise eine 4-fache Punktverschweißung, jeweils um 90 Grad versetzt, erfolgen kann. Anschließend werden diese Zellenverbinder 1 mit der Seite der aufgeschweißten Nickelblechtäfelchen 3 oder Hilumintäfelchen 3 zentral auf die Oberseite bzw. Unterseite der Zellen 4 entsprechend der gewünschten elektrischen Schaltung im Akkupack aufgelegt. Durch die Durchgangslöcher 2 im Zellenverbinder 1 hindurch erfolgt nun eine Punktverschweißung der Nickelblechtäfelchen 3 oder Hilumintäfelchen 3 mit der gewünschten Zelle 4. Es ist klar, dass sich die Größe der Durchgangslöcher 2 nach den verwendeten Elektroden beim Punktschweißen richtet.
Wie bereits oben beschrieben, können Platinen 1 mit unterschiedlichster Kupferkaschierungsdicke verwendet werden. Bei einer Dicke über 0,5 mm wirkt sich jedoch die starke Wärmeableitung in der Kupferschicht negativ auf den Punktschweißvorgang aus.
Ein weiteres Verfahren ist das Lötverfahren beim Verlöten der Zellenverbinder 1 mit den Zellen 4, welches jedoch mehrere Nachteile gegenüber dem Punktschweißverfahren besitzt, wie z. B. die thermische Belastung der Zelle 4 und zusätzlicher Aufwand von Lot und Arbeitszeit. Bei diesem Verfahren wird auf die zu verbindenden Oberseiten bzw. Unterseiten der Zellen 4 ein Lot aufgetragen. Anschließend wird ein entsprechender, beidseitig kupferkaschierter Zellenverbinder 1 mit seinen Durchgangslöchern 2 auf die Lotstellen gelegt. Mittels eines Lötkolbens und durch Zuführung weiteren Lots wird das jeweilige Durchgangsloch 2 bis zur Oberseite des Zellenverbinders 1 mit Lot ausgefüllt.
Als Variante zum Lötverfahren wird ein Zellenverbinder 1 derart vorbereitet, dass die Durchgangslöcher 2 mit Lot gefüllt werden und die so vorbereiteten Zellenverbinder 1 auf die punktförmig mit Lot versehenen Zellen 4 aufgelegt wird und die mit Lot gefüllten Durchgangslöcher 2 von oben mittels Lötkolben erwärmt werden. Nach Verflüssigung des Lotpunktes auf der Zelle 4 wird die Wärmezufuhr unterbrochen und auch kein Lot mehr zugeführt.
Bezugszeichenliste

1: Zellenverbinder, kupferkaschierte Platine, kupferkaschierte Polymerplatte
2: Durchgangsloch
3: Nickelblechtäfelchen, Hilumintäfelchen, Nickelbandabschnitt
4: Zelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008040343 A1 [0002]

Claims

Zellenverbinder von Akkupacks mit Lithium-Ionen-Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellenverbinder (1) vorzugsweise für zylindrische Zellen (4) ein- oder beidseitig kupferkaschierte Platinen (1) mit einem flexiblen Basismaterial mit 0,8 mm bis 1 mm Dicke und einer Kaschierungsdicke von vorzugsweise 35 µm verwendet werden, die eine Breite besitzen, die dem halben bis 2/3-Durchmesser der verwendeten Zellen (4) entsprechen und eine Länge besitzen, die dem Durchmesser multipliziert mit der Anzahl der zu verbindenden Zellen (4), reduziert um einen halben Durchmesser bis 1/4 Durchmesser, entsprechen und die Zellenverbinder (1) im Abstand von einem Durchmesser der verwendeten Zellen (4) Durchgangslöcher (2) besitzen, wobei bei Auflage der Zellenverbinder (1) auf die Oberseite bzw. Unterseite der Zellen (4) diese Durchgangslöcher (2) mit dem Mittelpunkt bzw. Mittelpunkten der Oberseite/Oberseiten bzw. Unterseite/Unterseiten übereinstimmen.
Zellenverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (2) der Zellenverbinder (1) einen Durchmesser zwischen 1 mm bis 10 mm besitzen.
Zellenverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenverbinder (1) abgerundete Enden besitzen.
Verfahren zur Herstellung einer Zellenverbindung mittels Zellenverbinder nach den Ansprüchen 1 bis 3 in Li-Ionen-Akkupacks durch Elektropunktschweißen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Durchgangslöcher (2) der Zellenverbinder (1) so große Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) aufgelegt werden, dass vorzugsweise eine 4-fache Punktverschweißung, jeweils um 90 Grad versetzt, erfolgen kann und anschließend diese Zellenverbinder (1) mit der Seite der aufgeschweißten Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) zentral auf die Oberseite bzw. Unterseite der Zellen (4) entsprechend der gewünschten elektrischen Schaltung im Akkupack aufgelegt werden und über die Durchgangslöcher (2) im Zellenverbinder (1) eine Punktverschweißung der Nickelblechtäfelchen (3) oder Hilumintäfelchen (3) mit der gewünschten Zelle (4) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung einer Zellenverbindung mittels Zellenverbinder nach den Ansprüchen 1 bis 3 in Li-Ionen-Akkupacks durch Löten, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zu verbindenden Oberseiten bzw. Unterseiten der Zellen (4) ein Lot aufgetragen wird, anschließend ein entsprechender, beidseitig kupferkaschierter Zellenverbinder (1) mit seinen Durchgangslöchern (2) auf die Lotstellen gelegt wird und nun mittels eines Lötkolbens und durch Zuführung weiteren Lots das jeweilige Durchgangsloch (2) bis zur Oberseite des Zellenverbinders (1) mit Lot ausgefüllt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Zellenverbindung mittels Zellenverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellenverbinder (1) derart vorbereitet wird, dass die Durchgangslöcher (2) mit Lot gefüllt werden und die so vorbereiteten Zellenverbinder (1) auf die punktförmig mit Lot versehenen Zellen (4) aufgelegt wird und die mit Lot gefüllten Durchgangslöcher (2) von oben mittels Lötkolben erwärmt werden und nach Verflüssigung des Lotpunktes auf der Zelle 4 die Wärmezufuhr unterbrochen und auch kein Lot mehr zugeführt wird.