-
EINLEITUNG
-
Die Offenbarung betrifft allgemein ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Herstellen des Batteriemoduls.
-
Batteriemodule können aus einer Vielzahl von einzelnen Batteriezellen aufgebaut sein, die übereinander geschichtet sind. Jede der Batteriezellen umfasst mindestens eine Lasche. Die Lasche jeder der Batteriezellen ist mit einer Lasche an einer zweiten der Vielzahl von Batteriezellen oder alternativ mit einer Busplatte oder einer Sammelschiene fest angebracht und elektrisch verbunden. Zum Beispiel kann eine Lasche einer ersten Batteriezelle mit einer Lasche einer zweiten Batteriezelle verschweißt sein. Die Schweißnaht stellt sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung dazwischen bereit.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Ein Verfahren zur Fertigung eines Batteriemoduls wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Aufbringen eines haftenden Lötmittels auf einer Lasche einer Batteriezelle. Das haftende Lötmittel umfasst eine Mischung aus einer Haftmittelzusammensetzung und einer Vielzahl von Lötmittelelementen. Das haftende Lötmittel wird zwischen der Lasche der ersten Batteriezelle und einem elektrisch leitenden Element verdichtet. Das haftende Lötmittel wird dann gehärtet, wodurch die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element durch die Haftmittelzusammensetzung fest aneinander verbunden werden und die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element durch die Vielzahl der Lötelemente elektrisch miteinander verbunden werden.
-
Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zum Herstellen des Batteriemoduls sind die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element nicht miteinander verschweißt. Stattdessen haften diese durch die Haftmittelzusammensetzung aneinander und bilden die feste Verbindung zwischen diesen, und die Vielzahl von Lötmittelelementen verbindet diese elektrisch, wodurch die elektrische Verbindung zwischen ihnen bereitgestellt wird.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das elektrisch leitfähige Element mindestens eines von einer Lasche einer zweiten Batteriezelle oder einer Busplatte.
-
Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zum Herstellen des Batteriemoduls umfasst das Aushärten des haftenden Lötmittels das Erhitzen des haftenden Lötmittels auf eine Temperatur, die gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Maximaltemperatur ist, für eine Zeitdauer gleich oder kürzer als eine vordefinierte maximale Zeitspanne. In einer Ausführungsform beträgt die vorbestimmte maximale Temperatur ungefähr zweihundert Grad Celsius (200 °C). In einer anderen Ausführungsform beträgt die vorbestimmte maximale Temperatur ungefähr einhundert Grad Celsius (100 °C). In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das haftende Lötmittel mit einer beheizten Klemme erhitzt. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird das haftende Lötmittel mit einem elektrischen Induktionsverfahren erhitzt.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Batteriemoduls umfassen die Vielzahl von Lötmittelelementen ein Niedrigtemperaturlötmittel mit einer Schmelztemperatur von gleich oder weniger als einhundertachtzig Grad Celsius (180 °). Die vorbestimmte maximale Temperatur ist größer als die Schmelztemperatur der Vielzahl von Lötmittelelementen und ist gleich oder weniger als zweihundert Grad Celsius (200 °C).
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen des Batteriemoduls ist das Aushärten des haftenden Lötmittels ferner so definiert, dass das haftende Lötmittel erhitzt wird, während das haftende Lötmittel zwischen der Lasche der ersten Batteriezelle und dem elektrisch leitenden Element verdichtet wird.
-
Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens zur Fertigung des Batteriemoduls umfasst das Verfahren das Kühlen des haftenden Lötmittels nach dem Erhitzen des haftenden Lötmittels auf die Temperatur, die gleich oder kleiner als die vorbestimmte Maximaltemperatur ist, für eine Zeitdauer gleich oder kürzer als dem vordefinierten Maximalzeitraum. In einer Ausführungsform ist das Kühlen des haftenden Lötmittels ferner als Kühlen des haftenden Lötmittels definiert, während der Verdichtungsdruck auf das haftende Lötmittel zwischen der Lasche der ersten Batteriezelle und dem elektrisch leitenden Element aufrechterhalten wird.
-
Ein Batteriemodul wird ebenfalls bereitgestellt. Das Batteriemodul umfasst eine erste Batteriezelle mit einer Lasche und ein elektrisch leitendes Element. Ein haftendes Lötmittel verbindet die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element. Das haftende Lötmittel umfasst eine Mischung aus einer Haftmittelzusammensetzung und einer Vielzahl von Lötmittelelementen. Die Haftmittelzusammensetzung verbindet die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element mitaneinander, um eine sichere Verbindung zwischen diesen bereitzustellen. Die Vielzahl von Lötmittelelementen verbindet die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element in einer elektrischen Verbindung. In einer Ausführungsform des Batteriemoduls weist das elektrisch leitfähige Element eine Lasche einer zweiten Batteriezelle auf. In einer anderen Ausführungsform des Batteriemoduls umfasst das elektrisch leitfähige Element eine Busplatte.
-
Dementsprechend verwendet das vorstehend beschriebene Verfahren die Haftmittelzusammensetzung, um die strukturelle Verbindung zu bilden, die die Lasche der ersten Batteriezelle und das elektrisch leitfähige Element zusammenhält, und verwendet die Vielzahl von Lötmittelelementen, um die elektrische Verbindung zwischen der Lasche der ersten Batteriezelle und dem elektrisch leitenden Element zu bilden.
-
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Batteriemoduls in einem nicht zusammengebauten Zustand.
- 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Batteriemoduls in einem zusammengebauten Zustand, die ein haftendes Lötmittel zeigt, das unter Druck und mit angewandter Hitze ausgehärtet wird.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
-
Unter Bezugnahme auf die Figuren, wobei gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile bezeichnen, ist ein Batteriemodul allgemein bei 20 dargestellt. Das Batteriemodul 20 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 22, 24, die in elektrischer Verbindung miteinander stehen, wie dieses in der Technik bekannt ist.
-
Die beispielhafte Ausführungsform des Batteriemoduls 20, das in den Figuren gezeigt und hierin beschrieben ist, umfasst eine erste Batteriezelle 22 und eine zweite Batteriezelle 24. Während die beispielhafte Ausführungsform des Batteriemoduls 20 zwei Batteriezellen 22, 24 zeigt, sollte erkannt werden, dass das Batteriemodul 20 eine andere Anzahl von Batteriezellen enthalten kann, wie dieses in der Technik bekannt ist. Die beispielhafte Ausführungsform des Batteriemoduls 20 umfasst ferner eine Busplatte 26, die an der zweiten Batteriezelle 24 angebracht ist.
-
Die erste Batteriezelle 22 umfasst eine Lasche 28. Die zweite Batteriezelle 24 umfasst ebenfalls eine Lasche 30. Die Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22, die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und die Busplatte 26 können als elektrisch leitende Elemente betrachtet oder beschrieben werden, da diese elektrisch miteinander verbunden sind. Zum Beispiel können die Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 ein vernickeltes Kupfer, Aluminium oder Kupfer enthalten und daraus hergestellt sein. In ähnlicher Weise kann die Busplatte 26 Kupfer oder Aluminium enthalten und daraus hergestellt sein. Ferner sollte erkannt werden, dass die Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22, die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und die Busplatte 26 ein anderes elektrisch leitendes Material aufweisen und daraus hergestellt sein können, das hierin nicht speziell beschrieben ist.
-
Ein haftendes Lötmittel 32 ist zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und einem elektrisch leitenden Element angeordnet und verbindet diese miteinander, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf die Busplatte 26. Wie in der beispielhaften Ausführungsform der Figuren gezeigt, ist das haftende Lötmittel 32 zwischen der Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 angeordnet und verbindet diese. Zusätzlich ist das haftende Lötmittel 32 zwischen der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und der Busplatte 26 angeordnet und verbindet diese.
-
Das haftende Lötmittel 32 enthält eine Mischung aus einer Haftmittelzusammensetzung 34 und einer Vielzahl von Lötmittelelementen 36. Die Lötmittelelemente 36 können alternativ als Lötkugeln bezeichnet werden. Durch die Haftmittelzusammensetzung 34 haftet die Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und das elektrisch leitfähige Element aneinander, um eine sichere Verbindung dazwischen zu schaffen. Wie hierin verwendet, ist der Begriff „anhaftend“, „haften“ oder „haftend“ so definiert, dass durch eine molekulare Kraft, die auf einen Kontaktbereich wirkt, eine dauerhafte Befestigung oder Fixierung aneinander erfolgt. Die Haftmittelzusammensetzung kann eine Substanz oder Zusammensetzung enthalten, die in der Lage ist, die beiden Elemente, d. h., die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26, sicher zu verbinden. Die Haftmittelzusammensetzung kann als ein Klebstoff oder eine andere ähnliche Substanz angesehen werden. Der spezifische Typ und die chemische Zusammensetzung der Haftmittelzusammensetzung 34 hängen von den spezifischen Materialien ab, die zur Formung der Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 verwendet werden.
-
Die Lötmittelelemente 36 des haftenden Lötmittels 32 verbinden die Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26 in einer elektrischen Verbindung. Die haftenden Lötmittelelemente 36 können irgendein weiches Metall umfassen, das verwendet wird, um zwei härtere Metalle durch Schmelzen und Verschmelzen mit den Teilen der Verbindung miteinander zu verbinden, und das heißt, eine elektrische Verbindung zwischen den Teilen der Verbindung herzustellen. Die Lötmittelelemente 36 können ein Niedrigtemperaturlötmittel mit einer Schmelztemperatur von gleich oder weniger als einhundertachtzig Grad Celsius (180°) enthalten. Vorzugsweise weist das Niedrigtemperaturlötmittel der Lötmittelelemente 36 eine Schmelztemperatur auf, die ungefähr gleich neunzig Grad Celsius (90 °C) ist. Beim Schmelzen umschließen die Lötmittelelemente 36 die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 und verbinden sich mit diesen. Beim Abkühlen und Wiedererstarren bilden die Lötmittelelemente 36 eine elektrische Verbindung zwischen den miteinander verbundenen Elementen. Zum Beispiel verbinden die Lötmittelelemente 36, die zwischen der Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 angeordnet sind, diese in elektrischer Verbindung, während die zwischen der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und der Busplatte 26 angeordneten Lötmittelelemente 36 die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und die Busplatte 26 elektrisch miteinander verbinden.
-
Ein Verfahren zum Herstellen des Batteriemoduls 20 wird hierin beschrieben. Das Verfahren umfasst das Aufbringen des haftenden Lötmittels 32 auf eine Lasche einer Batteriezelle. Bei dem in den beispielhaften Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 1 das haftende Lötmittel 32 auf eine Seite der Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 aufgebracht und ebenfalls auf eine Seite der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24. Das haftende Lötmittel 32 kann in geeigneter Weise aufgetragen werden. Zum Beispiel kann das haftende Lötmittel 32 aufgesprüht, aufgepinselt, abgelagert usw. werden.
-
Sobald das haftende Lötmittel 32 auf die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 aufgebracht worden ist, wird das haftende Lötmittel 32 zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 verdichtet. Eine Verdichtungskraft wird allgemein durch die Pfeile 38 angezeigt, die in 2 gezeigt sind. Die Verdichtungskraft 38, die zum Verdichten des haftenden Lötmittels 32 verwendet wird, kann in einer geeigneten Weise angelegt werden. Das Verfahren erfordert eine leichte Verdichtungskraft 38, die ausreicht, um sicherzustellen, dass die Lötmittelelemente 36 die angrenzenden elektrisch leitfähigen Elemente kontaktieren und dass die Haftmittelzusammensetzung 34 eine sichere Verbindung zwischen diesen bilden kann. Es sollte beachtet werden, dass ein übermäßiger Druck oder übermäßiger Verdichtungsdruck auf das haftende Lötmittel 32 das haftende Lötmittel 32 aus der Verbindung herausdrücken kann. Der spezifische Wert der Verdichtungskraft 38, die angewendet wird, um das haftende Lötmittel 32 zu verdichten, hängt von der spezifischen Zusammensetzung des haftenden Lötmittels ab und kann experimentell für jede spezielle Anwendung bestimmt werden.
-
Sobald das haftende Lötmittel 32 zwischen den elektrisch zu verbindenden elektrischen Elementen verdichtet ist, wird das haftende Lötmittel 32 ausgehärtet. Das Aushärten des haftenden Lötmittels 32 bewirkt, dass die Haftmittelzusammensetzung 34 die Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 sowie die Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und den Bus 26 fest verbindet oder zusammenfügt. Zusätzlich bewirkt ein Aushärten des haftenden Lötmittels 32, dass die Lötmittelelemente 36 mit der Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 sowie der Lasche 30 der zweiten Batteriezelle 24 und der Busplatte 26 verbunden werden und diese elektrisch verbunden werden. Die Klebstoffzusammensetzung 34 wird gehärtet, damit die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26 aneinander haften und die Lötmittelelemente 36 schmelzen, sodass diese sich mit den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 verbinden können und diese elektrisch miteinander verbunden werden.
-
Das Aushärten des haftenden Lötmittels 32 umfasst das Erwärmen des haftenden Lötmittels 32 auf eine Temperatur, die gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Maximaltemperatur für eine Zeitspanne ist, die gleich oder kleiner als eine vordefinierte maximale Zeitspanne ist. Die hinzugefügte Hitze zum Erhitzen des haftenden Lötmittels 32 wird allgemein durch Hitzewellen 40 angezeigt, die in 2 dargestellt sind. Insbesondere kann das Aushärten des haftenden Lötmittels 32 so definiert werden, dass das haftende Lötmittel 32 erhitzt wird, während das haftende Lötmittel 32 verdichtet wird, wie beispielsweise zwischen der Lasche 28 der ersten Batteriezelle 22 und einem anderen elektrisch leitenden Element.
-
Die vorbestimmte maximale Temperatur kann so definiert sein, dass diese gleich einer Temperatur ist, die geringer ist als die Schmelztemperatur des Materials, das die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26 bildet. Ferner ist die vorbestimmte maximale Temperatur höher als die Schmelztemperatur der mehreren Lötmittelelemente 36. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schmelztemperatur des Lötmittelelements gleich oder geringer als 180 °C und die vorbestimmte maximale Temperatur ist gleich oder geringer als zweihundert Grad Celsius (200 °C). In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schmelztemperatur der Lötmittelelemente 36 ungefähr gleich 90 °C und die vorbestimmte maximale Temperatur ist ungefähr gleich einhundert Grad Celsius (100 °C). Die vordefinierte maximale Zeitspanne hängt von der vorbestimmten maximalen Temperatur und der Schmelztemperatur der Lötmittelelemente 36 ab. Dementsprechend kann die spezifische erforderliche Zeitmenge experimentell für jede Anwendung bestimmt werden, um sicherzustellen, dass die haftende Lötmittelzusammensetzung 34 vollständig ausgehärtet ist und dass die Lötmittelelemente 36 ihre Schmelztemperatur erreichen.
-
Das haftende Lötmittel 32 kann in geeigneter Weise erhitzt werden. Beispielsweise kann das haftende Lötmittel 32 mit einer beheizten Klemme erhitzt werden, die auch dazu verwendet werden kann, das haftende Lötmittel 32 zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und der Busplatte 26 zu zusammenzudrücken. Alternativ kann ein elektrischer Induktionsprozess verwendet werden, um das haftende Lötmittel 32 zu erhitzen. Es sollte beachtet werden, dass das haftende Lötmittel 32 auf irgendeine andere Weise erhitzt werden kann, unabhängig davon, ob dieses hierin beschrieben ist oder nicht.
-
Insbesondere sind die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26 nicht miteinander verschweißt. Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck „geschweißt“ oder „schweißen“ als das Verbinden von zwei Objekten durch Erhitzen beider Objekte auf ihre jeweiligen Schmelzpunkte definiert, um eine Ansammlung aus geschmolzenem Material zu bilden, das Vermischen des geschmolzenen Materials miteinander und das erneute Erstarren des geschmolzenen Materials, wodurch eine homogene Verbindung gebildet wird. Stattdessen haften die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und die Busplatte 26 durch die Haftmittelzusammensetzung aneinander. Daher ist es die Haftmittelzusammensetzung 34, die die strukturelle Verbindung zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 bildet. Ferner bilden die Lötmittelelemente 36 keine Schweißverbindung, da die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und die Busplatte 26 nicht auf ihre jeweilige Schmelztemperaturen erhitzt werden. Somit können sich die geschmolzenen Lötmittelelemente 36 nicht mit den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 vermischen. Es sind die Lötmittelelemente 36, die auf ihre jeweilige Schmelztemperatur erhitzt werden, sodass diese gegen die zusammen zu fügenden und damit zu verbindenden Elemente, d. h., die Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder die Busplatte 26 fließen können.
-
Nachdem das haftende Lötmittel 32 auf eine Temperatur erhitzt wurde, die gleich oder geringer als die vorbestimmte Maximaltemperatur und höher als die Schmelztemperatur der Lötmittelelemente 36 ist, wird das haftende Lötmittel 32 gekühlt. Das Abkühlen des haftenden Lötmittels 32 verfestigt die Vielzahl der Lötmittelelemente 36. Das haftende Lötmittel 32 kann gekühlt werden, während der Verdichtungsdruck auf das haftende Lötmittel 32 zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und/oder der Busplatte 26 aufrechterhalten wird. Alternativ kann das haftende Lötmittel 32 nach dem Entfernen der Verdichtungskraft 38, die auf das Batteriemodul 20 aufgebracht wurde, um das haftende Lötmittel 32 zwischen den Laschen 28, 30 der Batteriezellen 22, 24 und der Busplatte 26 zu verdichten, abgekühlt werden.
-
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
