DE102018109384A1 - Battery cell module and method for contacting the battery cells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Akkumulatorzellenmodul 10 bestehend aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Akkumulatorzellen 1 mit jeweils einem Plus-Pol 1.1 und einem Minus-Pol 1.2, wobei die Plus-Pole 1.1 und die Minus-Pole 1.2 jeweils über mindestens einen Zellverbinder 2 miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei der jeweilige Zellverbinder 2 ein Verbinderpolsegment 2.1 mit einem Kontaktflächenmaß v aufweist, wobei das Verbinderpolsegment 2.1 des Zellverbinders 2 an dem jeweiligen Minus-Pol 1.2 oder dem jeweiligen Plus-Pol 1.1 durch eine Lötverbindung 3 befestigt ist, wobei die Lötverbindung 3 den einzigen elektrischen Kontakt zwischen dem jeweiligen Zellverbinder 2 und der jeweiligen Akkumulatorzelle 1 bildet.

Figure DE102018109384A1_0000
The invention relates to an accumulator cell module 10 consisting of several series and / or parallel connected accumulator cells 1, each having a positive pole 1.1 and a minus pole 1.2, wherein the plus poles 1.1 and the negative poles 1.2 each have at least one Cell connector 2 are electrically conductively connected to each other, wherein the respective cell connector 2 has a Verbinderpolsegment 2.1 with a Kontaktflächenmaß v, wherein the Verbinderpolsegment 2.1 of the cell connector 2 is attached to the respective negative pole 1.2 or the respective positive pole 1.1 by a solder joint 3, wherein the solder joint 3 forms the only electrical contact between the respective cell connector 2 and the respective battery cell 1.
Figure DE102018109384A1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Akkumulatorzellenmodul bestehend aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Akkumulatorzellen mit jeweils einem Plus-Pol und einem Minus-Pol, wobei die Plus-Pole und die Minus-Pole jeweils über mindestens einen Zellverbinder miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei der jeweilige Zellverbinder ein Verbinderpolsegment mit einem Kontaktflächenmaß v aufweist.The invention relates to an accumulator cell module consisting of several series and parallel connected accumulator cells, each having a positive pole and a negative pole, wherein the plus poles and the negative poles are electrically conductively connected to each other via at least one cell connector, said the respective cell connector has a connector pole segment with a contact surface dimension v having.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Kontaktieren von mehreren in Reihe und parallel geschalteten Akkumulatorzellen mit jeweils einem Plus-Pol und einem Minus-Pol über einem Zellverbinder, wobei der Zellverbinder mehrere Verbinderpolsegmente aufweist, wobei das jeweilige Verbinderpolsegment auf einer ersten Oberseite eine Polzone aufweist, wobei die Plus-Pole und die Minus-Pole jeweils über Zellverbinder miteinander elektrisch leitend verbunden werden.The invention further relates to a method for contacting a plurality of battery cells in series and in parallel, each having a plus pole and a minus pole across a cell connector, the cell connector having a plurality of connector pole segments, the respective connector pole segment having a pole zone on a first top side wherein the positive poles and the negative poles are electrically conductively connected to each other via cell connectors.

Aus der DE 10 2015 005 529 A1 ist bereits ein Energiespeichermodul bestehend aus mehreren Akkumulatorzellen bekannt. Das beschriebene Batteriespeichermodul soll vor dem Hintergrund des diskutierten Standes der Technik vorzugsweise ein geringes Raumgewicht haben, mithin eine maximale Leistung, welche letztlich durch eine gleichmäßige thermische und elektrische Belastung der Einzelzellen erreicht wird. Vorgeschlagen wird daher, die jeweilige Zelle über eine kraftschlüssige Verbindung mit einer Kontaktfeder zu verbinden, wobei die Kontaktfeder mit der daran anschließenden Prallplatte mittels eines Laserschweißverfahrens verschweißt wird.From the DE 10 2015 005 529 A1 an energy storage module consisting of several accumulator cells is already known. The battery storage module described should preferably have a low volume weight against the background of the prior art discussed, and thus a maximum power, which is ultimately achieved by a uniform thermal and electrical load on the individual cells. It is therefore proposed to connect the respective cell via a frictional connection with a contact spring, wherein the contact spring is welded to the adjoining baffle plate by means of a laser welding process.

Aus der DE 20 2017 003 647 U1 ist ebenfalls ein Energiespeichermodul bestehend aus mehreren Akkumulatorzellen bekannt. Das hier beschriebene System soll ebenfalls die Aufgabe lösen, eine möglichst hohe Leistung zu bieten und gleichzeitig eine geringe Wärmeentwicklung zu gewährleisten. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die jeweilige Zelle mittels eines Punktschweißverfahrens, insbesondere mittels Lasers mit dem Zellverbindungsmittel verbunden wird. Vorzugweise werden ein bis drei Schweißpunkte angewendet. Die drei Schweißpunkte müssen am Plus-Pol in einem zentralen Bereich platziert werden, wohingegen am Minus-Pol gemäß Abs. 0028 eine Platzierung in einem zentralen Bereich vermieden werden soll.From the DE 20 2017 003 647 U1 is also an energy storage module consisting of several accumulator known. The system described here is also intended to solve the problem of providing the highest possible performance while ensuring low heat generation. For this purpose, it is proposed that the respective cell is connected to the cell connection means by means of a spot welding method, in particular by means of a laser. Preferably, one to three welds are used. The three welding points must be placed at the plus pole in a central area, whereas at the minus pole according to para. 0028 a placement in a central area should be avoided.

Ebenfalls ist aus der EP 2 154 740 A2 ein Batteriespeichermodul bestehend aus mehreren Akkumulatorzellen bekannt. Das hier beschriebene Speichermodul soll möglichst stabil sein, die Stabilität wiederum ist durch das schwächste Glied, mithin die jeweilige Anbindung der jeweiligen Zelle definiert. Ferner soll das Problem gelöst werden, dass die Batterie im Inneren aufgrund der Eigenwärme nicht zu heiß wird. Zudem sollen Herstellungstoleranzen bei der Herstellung der Akkumulatorzellen begegnet werden. Im Rahmen der Lösung wird vorgeschlagen, dass die aus Kupfer gebildeten Zellverbinder und die dazugehörigen Klemmen entweder geschweißt oder gelötet werden. Die Zellverbinder selbst werden lediglich kraftschlüssig gegen den jeweiligen Zellpol vorgespannt. Eine stoffschlüssige Verbindung ist nicht vorgesehen.Also is from the EP 2 154 740 A2 a battery storage module consisting of several accumulator known. The memory module described here should be as stable as possible, the stability in turn is defined by the weakest link, thus the respective connection of the respective cell. Furthermore, the problem is to be solved that the battery inside is not too hot due to the heat of its own. In addition, manufacturing tolerances in the production of the battery cells to be met. The solution proposes either welding or brazing the copper-formed cell connectors and associated terminals. The cell connectors themselves are merely positively biased against the respective cell pole. A cohesive connection is not provided.

Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Akkumulatorzellmodul und ein entsprechendes Herstellungsverfahren derart auszubilden und anzuordnen, dass eine möglichst feste Verbindung zwischen dem Zellenverbinder und der jeweiligen Akkumulatorzelle einerseits sowie ein möglichst guter Kontakt, mithin ein geringer Kontaktwiderstand zwischen der jeweiligen Akkumulatorzelle und dem Zellverbinder gewährleistet ist.On the other hand, the present invention has the object, an accumulator cell module and a corresponding manufacturing method such form and order that the strongest possible connection between the cell connector and the respective accumulator cell on the one hand and the best possible contact, thus a low contact resistance between the respective accumulator cell and the Cell connector is guaranteed.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das Verbinderpolsegment des Zellverbinders an dem jeweiligen Minus-Pol oder dem jeweiligen Plus-Pol durch eine Lötverbindung befestigt ist, wobei die Lötverbindung den einzigen elektrischen Kontakt zwischen dem jeweiligen Zellverbinder und der jeweiligen Akkumulatorzelle bildet.The object is achieved in that the connector pole segment of the cell connector is attached to the respective negative pole or the respective positive pole by a solder connection, wherein the solder connection forms the only electrical contact between the respective cell connector and the respective battery cell.

Ferner wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verbinderpolsegment des Zellverbinders an dem jeweiligen Minus-Pol oder dem jeweiligen Plus-Pol durch eine Lötverbindung befestigt wird, wobei die Lötverbindung als einziger elektrischer Kontakt zwischen dem jeweiligen Zellverbinder und der jeweiligen Akkumulatorzelle angewendet wird und mit einer Kontaktquerschnittsfläche k ausgestattet wird,

  • - wobei der Zellverbinder mit dem Verbinderpolsegment gegen den zu kontaktierenden Minus-Pol oder Plus-Pol gehalten wird,
  • - wobei zwischen dem Verbinderpolsegment und dem zu kontaktierenden Minus-Pol oder Plus-Pol Lot vorgehalten wird,
  • - wobei die Polzone mittels eines Laserstrahls erwärmt wird, bis das Verbinderpolsegment auf einer Unterseite mindestens eine Temperatur S aufweist, ab der das Lot schmilzt,
  • - wobei eine Oberflächentemperatur O des jeweiligen Minus-Pols oder des jeweiligen Plus-Pols überwacht wird und ein Wärmeeintrag des Lasers derart begrenzt wird, dass die Oberflächentemperatur O einen vorgegebenen Grenzwert G nicht überschreitet. Die Oberflächentemperatur O wird vorzugsweise kontaktlos erfasst. Der Grenzwert für G liegt bei etwa 60°C. Der Laser wird zwecks Begrenzung des Wärmeeintrags abgeschaltet. Alternativ zur Oberflächentemperatur O des jeweiligen Minus-Pols oder des jeweiligen Plus-Pols kann auch die Oberflächentemperatur O der Polzone überwacht werden.
Furthermore, the object is achieved in that the connector pole segment of the cell connector is attached to the respective negative pole or the respective positive pole by a solder connection, wherein the solder joint is used as a single electrical contact between the respective cell connector and the respective battery cell and with a Contact cross-sectional area k is equipped
  • the cell connector with the connector pole segment being held against the minus pole or plus pole to be contacted,
  • wherein solder is held between the connector pole segment and the minus pole or plus pole to be contacted,
  • - Wherein the pole zone is heated by means of a laser beam until the connector pole segment on a bottom at least one temperature S from which the solder melts,
  • - where one surface temperature O the respective negative pole or the respective plus pole is monitored and a heat input of the laser is limited so that the surface temperature O a predetermined limit G does not exceed. The surface temperature O is preferably detected contactless. The limit for G is about 60 ° C. The laser is switched off to limit the heat input. Alternative to the surface temperature O of the respective negative pole or the respective plus pole can also the surface temperature O the pole zone are monitored.

Im Vordergrund steht die Problematik, dass bei der stoffschlüssigen Kontaktierung einer Akkumulatorzelle wegen des Aufschmelzens des Metalls ein verhältnismäßig großer Wärmeeintrag einher geht. Die Akkumulatorzelle darf im Inneren jedoch in der Regel nicht über 60°C erhitzt werden, da dies sonst nachhaltig beschädigt wird. Deshalb muss ein Verbindungsverfahren mit sehr stark beschränktem Wärmeeintrag Anwendung finden. Vor diesem Hintergrund sind aus dem Stand der Technik entsprechende Verbindungsverfahren bekannt, die einen sehr beschränkten Wärmeeintrag gewährleisten. Alternativ zu der mechanischen, mithin kraftschlüssigen Kontaktierung zwischen Akkumulatorzelle und Zellenverbinder, wird das Punktschweißen genannt. Dem Punktschweißen kommt der große Vorteil zu, dass der Schweißpunkt selbst sehr klein gehalten werden kann und damit auch der damit einhergehende spezifische Wärmeeintrag pro Schweißpunkt in der Zelle. Jedoch ist aufgrund der Innenarchitektur der Zelle am Minus-Pol eine Platzierung von Schweißpunkten in einem zentralen Bereich zu vermeiden.In the foreground is the problem that in the cohesive contacting an accumulator cell due to the melting of the metal is accompanied by a relatively large heat input. The accumulator cell inside may, however, usually not be heated above 60 ° C, otherwise this will be permanently damaged. Therefore, a connection method with very limited heat input must be used. Against this background, connection methods known from the prior art are known which ensure a very limited heat input. As an alternative to the mechanical, thus non-positive contact between battery cell and cell connector, the spot welding is called. Spot welding has the great advantage that the welding point itself can be kept very small and thus also the associated specific heat input per spot weld in the cell. However, due to the interior design of the cell at the minus pole, placement of spot welds in a central area is to be avoided.

In Bezug auf den Wärmehaushalt einer Akkumulatorzelle bzw. des Akkumulatorzellmoduls wurde von der Anmelderin festgestellt, dass eine solche Punktschweißverbindung eine relativ kleine Kontaktquerschnittsfläche und somit einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist. Dieser elektrische Widerstand wirkt sich negativ auf den Wärmehaushalt aus, denn er begründet eine weitere Erwärmung des Akkumulatorzellmoduls. Demnach wäre es vorteilhaft, wenn eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Akkumulatorzelle und Zellenverbinder erreicht wird. Nach der Lehre des Standes der Technik ist es vorgesehen, dass bis zu drei Schweißpunkte zum Verbinden angewendet werden.With regard to the heat balance of an accumulator cell or the accumulator cell module, it has been found by the applicant that such a spot welded joint has a relatively small contact cross-sectional area and thus a relatively high electrical resistance. This electrical resistance has a negative effect on the heat balance, because it justifies a further heating of the accumulator cell module. Accordingly, it would be advantageous if the largest possible contact surface between the battery cell and cell connector is achieved. According to the teaching of the prior art, it is envisaged that up to three welding points are used for joining.

Hintergrund der Problematik betreffend den spezifischen Wärmeeintrag pro Schweißpunkt ist, dass der Wärmeeintrag mit der Größe des Schweißpunktes proportional zunimmt, sodass die Größe des Schweißpunktes bei den bisher bekannten Akkumulatorzellengrößen auf etwa 1 mm2 bis 3 mm2 zu beschränken ist.Background of the problem regarding the specific heat input per spot weld is that the heat input proportionally increases with the size of the spot weld, so that the size of the spot weld is limited to about 1 mm 2 to 3 mm 2 in the previously known Akkumulatorzellengrößen.

Erfindungsgemäß wird für diese stoffschlüssige Verbindung nunmehr ein Lötverfahren angewendet, um die Kontaktquerschnittsfläche des Kontaktpunkts zu vergrößern. Das Lötverfahren hat jedoch zunächst den vermeintlichen Nachteil, dass damit auch die zu erhitzende Fläche um ein Vielfaches größer wird, womit eine nachteilige Erhöhung des spezifischen Wärmeeintrags pro Verbindungsschritt einher geht.According to the invention, a soldering process is now used for this cohesive connection in order to increase the contact cross-sectional area of the contact point. However, the soldering process initially has the supposed disadvantage that it also increases the area to be heated by a multiple, which is accompanied by a disadvantageous increase in the specific heat input per connecting step.

Andererseits wäre ein Lötprozess, bei dem die letztlich erreichte Größe des Lötpunkts ein vorgenanntes Maximalmaß von 1 mm2 bis 3 mm2 nicht überschreitet, nicht realisierbar. Denn vor dem Hintergrund der bestehenden Fertigungstoleranzen einerseits und der zur Verfügung stehenden Lotdosierungsdüsen kann keine Prozesssicherheit erreicht werden. Die zu verbindenden Kontaktflächen müssten äußerst präzise und aufwendig gearbeitet sein, um eine gewünschte Lotverteilung und die genannte Kontaktquerschnittsfläche des Lotkontakts von 1 mm2 bis 3 mm2 zu gewährleisten. Entsprechend aufwendig wäre die Anordnung von drei Lotpunkten dieser Größe.On the other hand, a soldering process, in which the ultimately achieved size of the soldering point does not exceed an aforementioned maximum dimension of 1 mm 2 to 3 mm 2 , would not be feasible. Because against the background of existing manufacturing tolerances on the one hand and the available Lotdosierungsdüsen no process reliability can be achieved. The contact surfaces to be connected would have to be extremely precise and expensive in order to ensure a desired solder distribution and the said contact cross-sectional area of the solder contact of 1 mm 2 to 3 mm 2 . Accordingly complex would be the arrangement of three solder points of this size.

Erfindungsgemäß kann dieses Problem jedoch dadurch gelöst werden, dass zur Erwärmung der Lotstelle ein Laser verwendet wird. Hierdurch kann der notwendige Wärmeeintrag sowohl räumlich als auch zeitlich äußerst präzise definiert werden, um letztlich trotz Gewährleistung wesentlich größerer Kontaktquerschnitte die kritische Akkumulatorzellentemperatur nicht zu überschreiten.According to the invention, however, this problem can be solved by using a laser to heat the soldering spot. In this way, the necessary heat input both spatially and temporally extremely precisely defined to ultimately not exceed the critical Akkumulatorzellentemperatur despite ensuring much larger contact cross-sections.

Zudem wurde festgestellt, dass die Anwendung von Lot die folgenden Vorteile mit sich bringt. Während beim Widerstandsschweißen die beiden zu verbindenden Kontakte gleichzeitig erwärmt werden, wird bei den erfindungsgemäßen Lötverfahren zunächst der Zellverbinder erwärmt, über den wiederrum zunächst das Lot erwärmt wird. Der Akkumulatorzellenpol steht in der Erwärmungskette am Ende, womit eine Reduktion eines nachteiligen Wärmeeintrags einher geht. Das Lot dient sozusagen anfänglich als Isolator. Beim Laserschweißprozess wird der Akkumulatorzellenpol ebenfall unmittelbar mit der notwendigen Prozesswärme beaufschlagt, denn der Wärmeeintrag in den Akkumulatorzellenpol erfolgt unmittelbar durch den Laserstrahl, nachdem dieser den Zellverbinder durchgeschmolzen hat. Eine anfängliche Wärmeleitung von dem vom Laserstrahl beaufschlagten Zellverbinder an den Akkumulatorzellenpol ist dabei zu vernachlässigen.It has also been found that the use of solder has the following advantages. While in resistance welding, the two contacts to be connected are heated simultaneously, the cell connector is first heated in the soldering process according to the invention, on the other hand, first the solder is heated. The Akkumulatorzellenpol is in the heating chain at the end, which is accompanied by a reduction of adverse heat input. The solder initially serves as an insulator, so to speak. During the laser welding process, the accumulator cell pole is likewise directly exposed to the necessary process heat, because the heat input into the accumulator cell pole takes place directly through the laser beam after it has melted through the cell connector. An initial heat conduction from the acted upon by the laser beam cell connector to the Akkumulatorzellenpol is negligible.

Beim Löten ist der spezifische Wärmeeintrag in das Lot am größten, weil dieses aufschmelzen muss, mithin den Aggregatzustand von fest nach flüssig wechselt. Das ist beim Schweißen gerade nicht der Fall. Beide Kontaktpartner müssen aufgeschmolzen werden.During soldering, the specific heat input into the solder is the greatest, because this must melt, thus changing the state of aggregation from solid to liquid. That's just not the case with welding. Both contact partners must be melted.

Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn die Lötverbindung eine Kontaktquerschnittsfläche k aufweist, die mit einer maßgebenden Reduktion des elektrischen Widerstands der Lötverbindung einhergeht, wobei für die Kontaktquerschnittsfläche k folgende Bedingung gilt:
Amin <= k <= Amax, mit
Amin = Wert der Wertegruppe
{7 mm2; 13 mm2; 30 mm2; 50 mm2; 80 mm2; 150 mm2} und Amax = Wert aus der Wertegruppe {p; v}.
It may also be advantageous for this purpose if the solder joint has a contact cross-sectional area k which is accompanied by a significant reduction of the electrical resistance of the solder joint, wherein for the contact cross-sectional area k the following condition applies:
Amine <= k <= Amax, with
Amin = value of the value group
{7 mm 2 ; 13 mm 2 ; 30 mm 2 ; 50 mm 2 ; 80 mm 2 ; 150 mm 2 } and Amax = value from the value group {p; v}.

Durch Anwendung einer Kontaktquerschnittsfläche k von mindestens 7 mm2 wird der damit einhergehende elektrische Widerstand vermindert, womit eine deutlich geringere Temperatur im Betrieb einhergeht. Es ist sogar davon auszugehen, dass die Lotstelle des Kontaktes insgesamt kühler ausfällt als die Akkumulatorzelle selbst.By applying a contact cross-sectional area k of at least 7 mm 2 , the associated electrical resistance is reduced, which is accompanied by a significantly lower temperature during operation. It can even be assumed that the soldering spot of the contact will be cooler overall than the accumulator cell itself.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Verbinderpolsegment des Zellverbinders im Randbereich mindestens eine Ausnehmung aufweist, durch die eine Temperatur des jeweiligen Pols erfassbar ist. Die Ausnehmung gewährleistet einen direkten Zugang zum jeweiligen Pol der Akkumulatorzelle zwecks Ermittlung der Temperatur des Pols während des Lötvorgangs. Zudem wird der Leiterquerschnitt zwischen dem Verbinderpolsegment und dem übrigen Zellverbinder verringert, so dass während des Lötvorgangs eine geringere Wärmeabfuhr vom Verbinderpol in den übrigen Zellverbinder erfolgt.Furthermore, it may be advantageous if the connector pole segment of the cell connector has at least one recess in the edge region, by means of which a temperature of the respective pole can be detected. The recess ensures direct access to the respective pole of the battery cell in order to determine the temperature of the pole during the soldering process. In addition, the conductor cross-section between the connector pole segment and the remaining cell connector is reduced, so that during the soldering process, less heat dissipation from the connector pole into the remaining cell connector takes place.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Zellverbinder eine Oberseite und auf der Oberseite im Bereich des Verbinderpolsegments eine Polzone aufweist, wobei zumindest die Polzone eine Aufrauung, eine Satinierung und/oder eine Beschichtung aufweist, die eine verminderte Reflexion bewirkt. Insbesondere durch Anwendung einer Beschichtung kann auf eine einfache Weise der Emissionsgrad der Oberfläche maximiert werden, so dass dieser bestenfalls nur knapp unterhalb von 1 anzusiedeln ist. Dies wird vor allem durch Anwendung eines schwarzen Lackes erreicht, der bestenfalls matt ausgebildet ist.It may also be advantageous if the cell connector has a top side and on the top side in the region of the connector pole segment a pole zone, wherein at least the pole zone has a roughening, a satin finish and / or a coating which causes a reduced reflection. In particular, by applying a coating can be maximized in a simple way, the emissivity of the surface, so that it is to settle only slightly below 1 at best. This is achieved mainly by using a black paint, which is at best matte finished.

Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der jeweilige Pol eine Oberfläche und der Zellverbinder eine Unterseite aufweist, wobei die Oberfläche und/oder die Unterseite zumindest im Bereich des Verbinderpolsegments aufgeraut ist. Durch Aufrauung der Oberfläche des Pols bzw. der Unterseite des Zellverbinders wird eine verbesserte Haftung zum Lot erreicht.It may be advantageously provided that the respective pole has a surface and the cell connector has a bottom, wherein the surface and / or the underside is roughened at least in the region of the connector pole segment. By roughening the surface of the pole or the bottom of the cell connector improved adhesion to the solder is achieved.

Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn das Verbinderpolsegment als tellerförmige Ausformung ausgebildet ist und einen erhabenen Zellverbinderpol mit dem Kontaktflächenmaß v ausbildet. Durch die tellerförmige Ausformung können Fertigungstoleranzen im Rahmen der Lagerung bzw. des Gehäuses sehr gut ausgeglichen werden. Zudem wird die Lotverteilung während des Lötprozesses begünstigt, weil der zwischen der Akkumulatorzelle und dem Zellverbinder bestehende Spalt auf das Verbinderpolsegment beschränkt ist.Of particular importance may be for the present invention, when the connector pole segment is formed as a plate-like shape and a raised cell connector pole with the contact surface dimension v formed. Due to the plate-shaped shape manufacturing tolerances can be compensated very well in the context of storage or the housing. In addition, the solder distribution during the soldering process is favored, because the gap between the battery cell and the cell connector is limited to the connector pole segment.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn der Zellverbinderpol relativ zu der Unterseite um 0,3 bis 1,9 mm oder 0,8 bis 1,4 mm vorsteht. Ein Überstand von etwa 1,1 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.In connection with the design and arrangement according to the invention, it can be advantageous if the cell connector pole protrudes by 0.3 to 1.9 mm or 0.8 to 1.4 mm relative to the underside. A supernatant of about 1.1 mm has proved to be advantageous.

Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Zellverbinder aus Kupfer, aus Messing oder aus Aluminium gebildet ist. Kupfer hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, weil damit eine ausgezeichnete Wärmeleitung, mithin eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Zellverbinders gewährleistet ist.It can also be advantageous if the cell connector is formed from copper, brass or aluminum. Copper has proved to be very advantageous, because it ensures excellent heat conduction, thus ensuring uniform heat distribution within the cell connector.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Verbinderpolsegment eine Ausnehmung aufweist, durch die die Temperatur des jeweiligen Minus-Pols oder des jeweiligen Plus-Pols ermittelt wird. Die Temperaturerfassung erfolgt vorzugsweise kontaktlos, wie beispielsweise durch ein Pyrometer oder sonstigen Temperaturmesseinrichtungen. Durch Vorsehen der Ausnehmung kann unmittelbar die Poltemperatur erfasst werden, womit kurze Reaktionszeiten, mithin ein reproduzierbarer und schneller Verbindungs- bzw. Kontaktierungsprozess gewährleistet werden.Furthermore, it may be advantageous if the connector pole segment has a recess, by which the temperature of the respective negative pole or of the respective plus pole is determined. The temperature detection is preferably carried out contactless, such as by a pyrometer or other temperature measuring devices. By providing the recess, the pole temperature can be detected directly, thus ensuring short reaction times, and consequently a reproducible and faster connection or contacting process.

Durch Anwendung des Vorspannmittels kann eine sichere Positionierung des Zellverbinders gewährleistet werden.By applying the biasing means, a secure positioning of the cell connector can be ensured.

Schließlich kann es von Vorteil sein, wenn ein Laserkopf mit einem Laserkopfantrieb vorgesehen wird, mittels dem der Laserkopf in die Richtungen x, y, z verfahren wird, wobei das Vorspannmittel mittel- oder unmittelbar am Laserkopfantrieb befestigt ist und gleichzeitig mit einer Fokussierbewegung des Laserkopfs in Richtung z das Vorspannmittel gegen den Zellverbinder angelegt wird. Gleichzeitig in der Fokussierbewegung kann nicht nur das Vorspannmittel sondern bestenfalls auch das Pyrometer in Position gebracht werden. Somit wird die Positionierung aller drei vorgenannter Elemente durch eine Verstellbewegung erreicht.Finally, it may be advantageous if a laser head is provided with a laser head drive, by means of which the laser head in the directions x . y . z is moved, wherein the biasing means is medium or directly attached to the laser head drive and simultaneously with a focusing movement of the laser head in the direction z the biasing means is applied against the cell connector. At the same time in the focusing movement not only the biasing means but at best the pyrometer can be brought into position. Thus, the positioning of all three aforementioned elements is achieved by an adjustment.

Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Zellverbinder und die Akkumulatorzelle während des Lötvorgangs gegen eine Relativbewegung in eine Richtung x und eine Richtung y gesichert werden. Die Sicherung des Zellverbinders kann ergänzend oder alternativ zum Vorspannmittel durch Kraft oder auch formschlüssige Verbindung erreicht werden. Denkbar hierbei sind beispielsweise ein Lochstiftmuster, über welches der Zellverbinder mit der Akkumulatorzelle oder einer Akkumulator-Zellenaufnahme in Verbindung steht.It may also be advantageous for this purpose if the cell connector and the accumulator cell during the soldering operation against a relative movement in one direction x and one direction y be secured. The securing of the cell connector can be achieved additionally or alternatively to the biasing means by force or positive connection. Conceivable here are, for example, a Lochstiftmuster, via which the cell connector with the accumulator cell or an accumulator cell receptacle is in communication.

Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn ein viskoses Lot Anwendung findet, das tröpfchenweise auf den jeweiligen Pol derart aufgetragen wird, dass das Lot durch das Auflegen des Zellverbinders über das Verbinderpolsegment und den jeweiligen Pol innerhalb des entstehenden Spaltes verteilt wird, wobei der jeweilige Pol im Bereich der eine Ausnehmung weitestgehend frei gehalten wird von Lot. Das Lot wird im hochviskosen Zustand dosiert und in Bezug auf das Verbinderpolsegement derart platziert, dass beim Anlegen des Verbinderpolsegments gegen den jeweiligen Pol eine gleichmäßige Verteilung des Lots innerhalbes des Spaltes erfolgt. Damit einher geht eine optimale Verteilung des Lots.Furthermore, it may be advantageous if a viscous solder is used, which is applied in droplets to the respective pole such that the solder by placing the cell connector on the Verbinderpolsegment and the respective pole is distributed within the resulting gap, wherein the respective pole in the region of a recess is kept largely free of solder. The solder is dosed in the high-viscosity state and placed with respect to the connector pole segment such that when the connector pole segment is applied against the respective pole, a uniform distribution of the solder within the gap occurs. This is accompanied by an optimal distribution of the solder.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

  • 1 eine Prinzipskizze eines Zellverbinders mit Akkumulatorzellen;
  • 2 eine Prinzipskizze der Akkumulatorzelle;
  • 3a einen Zellverbinder in der Ansicht von oben;
  • 3b der Zellverbinder nach 3a in der Ansicht von unten;
  • 4 eine Prinzipskizze der Seitenansicht einer Akkumulatorzelle mit endseitig angeordneten Zellverbindern;
  • 5 einen Ausschnitt der Polzone mit Kontaktquerschnittsfläche k;
  • 6 eine Prinzipskizze der Lötvorrichtung mit Akkumulatorzelle und Zellverbinder;
  • 7 ein Akkumulatorzellenmodul.
Further advantages and details of the invention are explained in the patent claims and in the description and illustrated in the figures. It shows:
  • 1 a schematic diagram of a cell connector with accumulator cells;
  • 2 a schematic diagram of the battery cell;
  • 3a a cell connector in the top view;
  • 3b the cell connector after 3a in the view from below;
  • 4 a schematic diagram of the side view of an accumulator cell with end-mounted cell connectors;
  • 5 a section of the pole zone with contact cross-sectional area k ;
  • 6 a schematic diagram of the soldering device with accumulator cell and cell connector;
  • 7 an accumulator cell module.

Ein Akkumulatorzellenmodul 10 besteht aus mehreren Akkumulatorzellen 1, die über sogenannte Zellverbinder 2 elektrisch verbunden werden. Bei dem Zellverbinder 2 handelt es sich um ein Metallblech, welches im Bereich verschiedener Polzonen 2.3 mit einem Plus- oder Minus-Pol 1.1, 1.2 einer Akkumulatorzelle 1 elektrisch verbunden wird.An accumulator cell module 10 consists of several accumulator cells 1 that via so-called cell connectors 2 be electrically connected. In the cell connector 2 It is a metal sheet, which in the range of different pole zones 2.3 with a plus or minus pole 1.1 . 1.2 an accumulator cell 1 is electrically connected.

Die jeweilige Akkumulatorzelle 1 weist wie in 2 dargestellt einen Plus-Pol 1.1 und ein gegenüberliegend angeordneten Minus-Pol 1.2 auf, wobei der jeweilige Plus- oder Minus-Pol 1.1, 1.2 über die jeweilige Oberfläche 1.3 mit der Polzone 2.3 des Zellverbinders 2 verbunden wird. Der jeweilige Pol 1.1, 1.2 weist dabei ein Kontakflächemaß p auf, welches der Oberfläche des jeweiligen Pols 1.1, 1.2 entspricht.The respective accumulator cell 1 points as in 2 represented a plus pole 1.1 and an opposing minus pole 1.2 on, with the respective plus or minus pole 1.1 . 1.2 over the respective surface 1.3 with the pole zone 2.3 of the cell connector 2 is connected. The respective pole 1.1 . 1.2 has a Kontakflächemaß p on which of the surface of the respective pole 1.1 . 1.2 equivalent.

Nach 1 weist der Zellverbinder 2 für jeden anzuschließenden Pol 1.1, 1.2 eine Polzone 2.3 auf, in welcher ein Verbinderpolsegment 2.1 des Zellverbinders 2 als Zellverbinderpol ausgebildet ist, hier in Form einer Ausformung, welches mit dem jeweiligen Pol 1.1, 1.2 elektrisch verbunden wird. Der Zellverbinder 2 ist mit dem Zellverbinderpol 2.1 gegen den jeweiligen Plus- oder Minus-Pol 1.1, 1.2 der Akkumulatorzelle 1 zur Anlage gebracht und dort wie nachgehend weiter beschrieben zwecks Kontaktierung und Befestigung verlötet. Zur Herstellung dieser Lötverbindung weist der Zellverbinder 2 im Bereich der Polzone 2.3 bzw. im Bereich des Zellverbinderpols 2.1 eine Ausnehmung 2.2 auf. Der Zellverbinderpol 2.1 weist ein Kontakflächenmaß v auf, welches der Kreisform des Zellverbinderpols 2.1 entspricht abzüglich der Fläche der Ausnehmung 2.2.To 1 has the cell connector 2 for each pole to be connected 1.1 . 1.2 a pole zone 2.3 in which a connector pole segment 2.1 of the cell connector 2 is designed as Zellverbinderpol, here in the form of a molding, which with the respective pole 1.1 . 1.2 is electrically connected. The cell connector 2 is with the cell connector pole 2.1 against the respective plus or minus pole 1.1 . 1.2 the accumulator cell 1 brought to the plant and soldered as described further below for the purpose of contacting and fastening. To manufacture this solder joint, the cell connector 2 in the area of the pole zone 2.3 or in the region of the cell connector pole 2.1 a recess 2.2 on. The cell connector pole 2.1 has a contact surface dimension v on which of the circular shape of the Zellverbinderpols 2.1 corresponds less the area of the recess 2.2 ,

In Ausführungsbeispiel 3a ist der Zellverbinder 2 in der Ansicht von oben dargestellt. Die jeweiligen Verbinderpolsegmente bzw. Zellverbinderpole 2.1 sind auf der Oberseite 2.4 eingeprägt, wobei die Ausnehmung 2.2 im Zellverbinderpol 2.1 vorgesehen ist. Zudem ist der Zellverbinderpol 2.1 mit einer dunklen Beschichtung 7 versehen, so dass dessen Emissionsgrad in Hinblick auf die Wärmeaufnahme bzw. den Wärmeeintrag in den Zellverbinderpol 2.1 maximiert wird. Der blechförmige Zellverbinder 2 weist ergänzend zu den verschiedenen Polzonen 2.3 mehrere Aussparungen 2.5 zwischen den verschiedenen Polzonen 2.3 auf zwecks Material- und Gewichtseinsparung.In exemplary embodiment 3a is the cell connector 2 shown in the view from above. The respective connector pole segments or cell connector poles 2.1 are on the top 2.4 imprinted, wherein the recess 2.2 in the cell connector pole 2.1 is provided. In addition, the Zellverbinderpol 2.1 with a dark coating 7 provided so that its emissivity in terms of heat absorption or the heat input into the Zellverbinderpol 2.1 is maximized. The sheet-shaped cell connector 2 indicates complementary to the different pole zones 2.3 several recesses 2.5 between the different pole zones 2.3 for the purpose of saving material and weight.

Nach 3b, obere Bildhälfte ist die Unterseite 2.6 des Zellverbinders 2 dargestellt. Dort ist der jeweilige Zellverbinderpol 2.1 bzw. die Polzone 2.3 von unten zu sehen. Innerhalb der jeweiligen Polzonen 2.3 ist der Zellverbinderpol 2.1 im Rahmen der Ausformung ausgebildet inklusive der Ausnehmung 2.2 innerhalb des Zellverbinderpols 2.1.To 3b , upper half is the bottom 2.6 of the cell connector 2 shown. There is the respective cell connector pole 2.1 or the pole zone 2.3 to be seen from below. Within the respective pole zones 2.3 is the cell connector pole 2.1 formed as part of the shaping including the recess 2.2 within the cell connector pole 2.1 ,

Gemäß Ausführungsbespiel 3b, untere Bildhälfte können alternativ zu der einen Ausnehmung 2.2 auch mehrere Ausnehmungen 2.2 innerhalb des Zellverbinderpols 2.1 vorgesehen sein.According to execution example 3b The lower half of the picture can be used as an alternative to the one recess 2.2 also several recesses 2.2 within the cell connector pole 2.1 be provided.

Wie bereits ausgeführt, wird die jeweilige Akkumulatorzelle 1 an dem jeweiligen Plus-Pol 1.1 bzw. dem Minus-Pol 1.2 über einen entsprechenden Zellverbinder 2 kontaktiert. Hierbei wird zwischen dem Zellverbinder 2 und dem jeweiligen Pol 1.1, 1.2 mittels Lot eine Lötverbindung 3 eingebracht. Nach dem Erwärmen des Lots und anschließendem Erkalten entstehen zwischen dem jeweiligen Pol 1.1, 1.2 und dem jeweiligen Zellverbinder 2 bzw. dessen Zellverbinderpol 2.1 eine feste, elektrisch gut leitende Verbindung mit einer entsprechend großen Kontaktquerschnittsfläche k.As already stated, the respective accumulator cell 1 at the respective plus pole 1.1 or the minus pole 1.2 via a corresponding cell connector 2 contacted. This is between the cell connector 2 and the respective pole 1.1 . 1.2 by solder a solder joint 3 brought in. After heating the solder and then cooling arise between the respective pole 1.1 . 1.2 and the respective cell connector 2 or its cell connector pole 2.1 a solid, good electrical connection with a correspondingly large contact cross-sectional area k ,

Nach 4 ist die Lötverbindung 3 der Deutlichkeit halber in ihrer Dicke überhöht dargestellt. Tatsächlich wird der Zellverbinder 2 mit dem jeweiligen Zellverbinderpol 2.1 bzw. seiner Polzone 2.3 gegen den jeweiligen Plus- oder Minus-Pol 1.1, 1.2 der Akkumulatorzelle 1 zur Anlage gebracht unter vorheriger Dosierung von flüssigem Lotmittel auf eine der gegeneinander in Kontakt zu bringenden Flächen. Dabei verteilt sich das Lot 3 innerhalb des damit entstehenden Spaltes zwischen beiden Oberflächen. Dies ist gemäß 5 skizziert dargestellt. Der Zellverbinder 2 weist im Bereich seiner Polzone 2.3 den Zellverbinderpol 2.1 auf, der wie gesagt als Ausformung ausgebildet ist. Der Zellverbinderpol 2.1 weist ein Kontaktflächenmaß v auf, welches mit Ausnahme der Ausnehmung 2.2 dem Kreisflächenmaß des kreisförmigen Zellverbinderpols 2.1 entspricht. Nach Aufbringen des Lots 3 auf den jeweiligen Pol 1.1, 1.2 bzw. die jeweilige Unterseite 2.6 des Zellverbinderpols 2.1 und anschließendem gegeneinander Anlegen von Zellverbinder 2 und Akkumulatorzelle 1 verteilt sich das Lot 3 in den dabei entstehenden Spalt und bildet entsprechend der dosierten Lotmenge letztlich eine Kontaktquerschnittsfläche k aus. Bei einer weiter erhöhten Lotmenge wird sich entsprechend die Kontaktquerschnittsfläche k vergrößern. Ein Austreten des Lotes 3 in den Bereich der Ausnehmung 2.2 ist zunächst auszuschließen, solange weitere Anteile des Kontaktflächenmaßes v des Zellverbinderpols 2.1 noch von Lot 3 freigehalten sind. Die hier dargestellte Ausnehmung 2.2 weist einen Durchmesser a von etwa von etwa 3 mm auf.To 4 is the solder connection 3 For the sake of clarity, the thickness is exaggerated. In fact, the cell connector 2 with the respective cell connector pole 2.1 or its pole zone 2.3 against the respective plus or minus pole 1.1 . 1.2 the accumulator cell 1 brought to the plant with prior dosing of liquid solder on one of the surfaces to be brought into contact. The lot is distributed 3 within the resulting gap between both surfaces. This is according to 5 outlined. The cell connector 2 points in the area of its pole zone 2.3 the cell connector pole 2.1 on, which is formed as mentioned as a molding. The cell connector pole 2.1 has a contact surface dimension v on, with the exception of the recess 2.2 the circular area dimension of the circular cell connector pole 2.1 equivalent. After applying the solder 3 to the respective pole 1.1 . 1.2 or the respective underside 2.6 of the cell connector pole 2.1 and then against each other applying cell connectors 2 and accumulator cell 1 the lot is distributed 3 in the resulting gap and forms according to the metered Lotmenge ultimately a contact cross-sectional area k out. With a further increase in solder quantity, the contact cross-sectional area correspondingly becomes k enlarge. A leakage of the solder 3 in the area of the recess 2.2 is to be excluded at first, as long as further shares of Kontaktflächenmaßes v of the cell connector pole 2.1 still from Lot 3 are kept free. The recess shown here 2.2 has a diameter a of about 3 mm.

Nach 6 ist dargestellt eine Lötvorrichtung im Prinzip bestehend aus einem Laserkopf 5, einem Laserkopfantrieb 5.1 sowie einem am Laserkopf 5 angeordneten Pyrometer 6 und einem Vorspannmittel 4. Nach Auflegen des Zellverbinders 2 auf den Pol 1.1 wird der Laserkopf 5 mit seinem Vorspannmittel 4 nach unten in Richtung z verfahren, so dass das Vorspannmittel 4 den Zellverbinder 2 gegen den Pol 1.1 anlegt. Vorab dieser Anlage ist wie vorgehend geschildert auf den Pol 1.1 eine zu bestimmende Menge Lot 3 dosiert, welche in der hier dargestellten Position bereits innerhalb des ausgebildeten Spaltes bzw. Zwischenraumes ausgebreitet ist. Anschließend wird über den Laserkopf 5 und den damit erzeugbaren Laserstrahl 5.2 der Zellverbinderpol 2.1 bzw. dessen Oberseite 2.4 unmittelbar erwärmt, so dass sich die damit eingetragene Wärme auch auf das darunter befindliche Lot 3 ausbreitet. Über das Pyrometer 6 wird unmittelbar die Oberflächentemperatur O des Pols 1.1 erfasst. Bei Erreichen einer gewünschten Grenztemperatur G wird der Wärmeeintrag in den Zellverbinderpol 2.1 beendet. Das Lot 3 kühlt ab und nach Erreichen der Abkühltemperatur ist mithin eine nicht nur feste, sondern gleichfalls großflächige elektrisch leitende Lötverbindung 3 zwischen dem Zellverbinder 2 und der Akkumulatorzelle 1 erreicht. Der Zellverbinder 3 kann ungeachtet der Vorspannung in Richtung z durch das Vorspannelement 4 ebenfalls auch in Richtung der beiden anderen Raumachsen x, y wie nach 3a dargestellt während des Lötvorgangs fixiert werden, um eine Relativbewegung während des Lötvorgangs zu unterbinden. Diese Fixierung, insbesondere in Richtung x, y, kann auch erfolgen durch Anwendung eines Formschlusses zwischen dem Zellverbinder 2 und einer nicht weiter dargestellten Akkumulatorzellenaufnahme, in welcher die Akkumulatorzellen 1 gelagert sind.To 6 is shown a soldering device in principle consisting of a laser head 5 , a laser head drive 5.1 as well as one on the laser head 5 arranged pyrometer 6 and a biasing means 4 , After placing the cell connector 2 on the pole 1.1 becomes the laser head 5 with its biasing agent 4 down towards z proceed so that the biasing agent 4 the cell connector 2 against the pole 1.1 invests. Vorab this system is as previously described on the pole 1.1 a quantity of solder to be determined 3 metered, which is already spread in the position shown here within the formed gap or gap. Subsequently, over the laser head 5 and the laser beam producible therewith 5.2 the cell connector pole 2.1 or its top 2.4 heated immediately, so that the heat entered with it also on the solder underneath 3 spreads. About the pyrometer 6 immediately becomes the surface temperature O of the pole 1.1 detected. When reaching a desired limit temperature G the heat input into the cell connector pole 2.1 completed. The lot 3 cools and after reaching the cooling temperature is therefore not only solid but also large-area electrically conductive solder joint 3 between the cell connector 2 and the accumulator cell 1 reached. The cell connector 3 regardless of the bias in the direction z through the biasing element 4 also in the direction of the other two spatial axes x . y like after 3a can be fixed during the soldering process to prevent relative movement during the soldering process. This fixation, especially in the direction x . y , can also be done by applying a positive connection between the cell connector 2 and an accumulator cell receptacle, not shown, in which the accumulator cells 1 are stored.

Nach 7 ist stilisiert dargestellt ein Akkumulatorzellenmodul 10 bestehend aus mehreren Akkumulatorzellen 1, die über eine nicht dargestellte Aufnahme gelagert sind. Das Akkumulatorzellenmodul 10 ist zu ergänzen durch besagten Zellverbinder 2 in der Art wie beispielsweise für zwei Zellen nach 1 dargestellt. Die Anzahl der zu verbindenden Akkumulatorzellen 1, mithin die Größe des Zellverbinders 2 und die Anzahl der Zellverbinderpole 2.1 sind der Anzahl der zu verbindenden Akkumulatorzellen 1 entsprechend anzupassen. Die beschriebene Kontaktierung findet sowohl für den hier dargestellten Plus-Pol 1.1 der Akkumulatorzelle 1 als natürlich auch für den nicht zu sehenden Minus-Pol 1.2 statt. Die Akkumulatorzellen 1 können innerhalb eines solchen Akkumulatorzellenmoduls 10 einzeln und/oder auch gruppenweise in Reihe und/oder parallel geschaltet sein.To 7 is stylized represented an accumulator cell module 10 consisting of several accumulator cells 1 , which are mounted on a receptacle, not shown. The accumulator cell module 10 is to be supplemented by said cell connector 2 such as for two cells, for example 1 shown. The number of accumulator cells to be connected 1 , hence the size of the cell connector 2 and the number of cell connector poles 2.1 are the number of accumulator cells to be connected 1 adjust accordingly. The described contacting takes place both for the positive pole shown here 1.1 the accumulator cell 1 as of course also for the not to be seen minus pole 1.2 instead of. The accumulator cells 1 can within such a battery cell module 10 individually and / or groupwise connected in series and / or in parallel.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Akkumulatorzelleaccumulator cell
1.11.1
Plus-PolPlus pole
1.21.2
Minus-PolNegative pole
1.31.3
Oberflächesurface
22
Zellverbindercell connectors
2.12.1
Verbinderpolsegment, Zellverbinderpol, AusformungConnector pole segment, cell connector pole, molding
2.22.2
Ausnehmungrecess
2.32.3
PolzonePolzone
2.42.4
Oberseitetop
2.52.5
Aussparungrecess
2.62.6
Unterseitebottom
33
Lötverbindung, LotSolder joint, solder
44
Vorspannmittelbiasing means
55
Laserkopflaser head
5.15.1
LaserkopfantriebLaser head drive
5.25.2
Laserstrahllaser beam
66
Pyrometerpyrometer
77
Beschichtungcoating
1010
AkkumulatorzellenmodulAkkumulatorzellenmodul
AminAmin
Minimum von k Minimum of k
A-PolA-Pol
Maximum von k Maximum of k
aa
Breite von 2.2, DurchmesserWidth of 2.2 , Diameter
GG
Grenzwert für O [°C]Limit for O [° C]
kk
Kontaktquerschnittsfläche [mm2]Contact cross section area [mm 2 ]
O O
Oberflächentemperatur [°C]Surface temperature [° C]
pp
Kontaktflächenmaß [mm2] von 1.1, 1.2 Contact surface dimension [mm 2 ] of 1.1 . 1.2
SS
Temperatur [°C]Temperature [° C]
vv
Kontaktflächenmaß [mm2] von 2.1 Contact surface dimension [mm 2 ] of 2.1
xx
Richtung im kartesischen KoordinatensystemDirection in the Cartesian coordinate system
yy
Richtung im kartesischen KoordinatensystemDirection in the Cartesian coordinate system
zz
Richtung im kartesischen KoordinatensystemDirection in the Cartesian coordinate system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015005529 A1 [0003]DE 102015005529 A1 [0003]
  • DE 202017003647 U1 [0004]DE 202017003647 U1 [0004]
  • EP 2154740 A2 [0005]EP 2154740 A2 [0005]

Claims (14)

Akkumulatorzellenmodul (10) bestehend aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Akkumulatorzellen (1) mit jeweils einem Plus-Pol (1.1) und einem Minus-Pol (1.2), wobei die Plus-Pole (1.1) und die Minus-Pole (1.2) jeweils über mindestens einen Zellverbinder (2) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wobei der jeweilige Zellverbinder (2) ein Verbinderpolsegment (2.1) mit einem Kontaktflächenmaß v aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderpolsegment (2.1) des Zellverbinders (2) an dem jeweiligen Minus-Pol (1.2) oder dem jeweiligen Plus-Pol (1.1) durch eine Lötverbindung (3) befestigt ist, wobei die Lötverbindung (3) den einzigen elektrischen Kontakt zwischen dem jeweiligen Zellverbinder (2) und der jeweiligen Akkumulatorzelle (1) bildet.Battery cell module (10) comprising a plurality of battery cells (1) connected in series and / or in parallel, each having a plus pole (1.1) and a minus pole (1.2), the plus poles (1.1) and the minus poles ( 1.2) are each electrically conductively connected to one another via at least one cell connector (2), wherein the respective cell connector (2) has a connector pole segment (2.1) with a contact surface dimension v, characterized in that the connector pole segment (2.1) of the cell connector (2) on the respective negative pole (1.2) or the respective positive pole (1.1) by a solder joint (3) is fixed, wherein the solder joint (3) forms the only electrical contact between the respective cell connector (2) and the respective accumulator cell (1) , Akkumulatorzellenmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung (3) eine Kontaktquerschnittsfläche k aufweist, die mit einer maßgebenden Reduktion des elektrischen Widerstands der Lötverbindung (3) einhergeht, wobei für die Kontaktquerschnittsfläche k folgende Bedingung gilt: Amin <= k <= Amax, mit Amin = Wert der Wertegruppe {7 mm2; 13 mm2; 30 mm2; 50 mm2; 80 mm2; 150 mm2} und Amax = Wert aus Wertegruppe {p; v}.Accumulator cell module (10) according to Claim 1 , characterized in that the solder joint (3) has a contact cross-sectional area k, which is accompanied by a significant reduction of the electrical resistance of the solder joint (3), wherein for the contact cross-sectional area k the following condition applies: amine <= k <= Amax, with amine = Value of the value group {7 mm 2 ; 13 mm 2 ; 30 mm 2 ; 50 mm 2 ; 80 mm 2 ; 150 mm 2 } and Amax = value from value group {p; v}. Akkumulatorzellenmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderpolsegment (2.1) des Zellverbinders (2) im Randbereich mindestens eine Ausnehmung (2.2) aufweist, durch die eine Temperatur des jeweiligen Pols (1.1, 1.2) erfassbar ist.Accumulator cell module (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the connector pole segment (2.1) of the cell connector (2) has at least one recess (2.2) in the edge region, by which a temperature of the respective pole (1.1, 1.2) can be detected. Akkumulatorzellenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (2) eine Oberseite (2.4) und auf der Oberseite (2.4) im Bereich des Verbinderpolsegments (2.1) eine Polzone (2.3) aufweist, wobei zumindest die Polzone (2.3) eine Aufrauung, eine Satinierung und/oder eine Beschichtung (7) aufweist, die eine verminderte Reflexion bewirkt.Battery cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connector (2) has a top side (2.4) and on the top side (2.4) in the region of the connector pole segment (2.1) has a pole zone (2.3), wherein at least the pole zone ( 2.3) has a roughening, a satin finish and / or a coating (7), which causes a reduced reflection. Akkumulatorzellenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Pol (1.1, 1.2) eine Oberfläche (1.3) und der Zellverbinder (2) eine Unterseite (2.6) aufweist, wobei die Oberfläche (1.3) und/oder die Unterseite (2.6) zumindest im Bereich des Verbinderpolsegments (2.1) aufgeraut ist.Battery cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective pole (1.1, 1.2) has a surface (1.3) and the cell connector (2) has a bottom side (2.6), wherein the surface (1.3) and / or the Bottom (2.6) is roughened at least in the region of the connector pole segment (2.1). Akkumulatorzellenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderpolsegment (2.1) als tellerförmige Ausformung ausgebildet ist und einen erhabenen Zellverbinderpol 2.1 mit dem Kontaktflächenmaß v ausbildet.Battery cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connector pole segment (2.1) is designed as a plate-shaped formation and forms a raised cell connector pole 2.1 with the contact surface dimension v. Akkumulatorzellenmodul (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinderpol (2.1) relativ zu der Unterseite (2.6) um 0,3 bis 1,9 mm oder 0,8 bis 1,4 mm vorsteht.Accumulator cell module (10) according to Claim 6 , characterized in that the Zellverbinderpol (2.1) relative to the underside (2.6) protrudes by 0.3 to 1.9 mm or 0.8 to 1.4 mm. Akkumulatorzellenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (2) aus Kupfer, aus Messing oder aus Aluminium gebildet ist.Battery cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connector (2) made of copper, brass or aluminum is formed. Verfahren zum Kontaktieren von mehreren in Reihe und parallel geschalteten Akkumulatorzellen (1) mit jeweils einem Plus-Pol (1.1) und einem Minus-Pol (1.2) über einen Zellverbinder (2), wobei der Zellverbinder (2) mehrere Verbinderpolsegmente (2.1) aufweist, wobei das jeweilige Verbinderpolsegment (2.1) auf einer ersten Oberseite (2.4) eine Polzone (2.3) aufweist, wobei die Plus-Pole (1.1) und die Minus-Pole (1.2) jeweils über den Zellverbinder (2) miteinander elektrisch leitend verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderpolsegment (2.1) an dem jeweiligen Minus-Pol (1.2) oder dem jeweiligen Plus-Pol (1.1) durch eine Lötverbindung (3) befestigt wird, wobei die Lötverbindung (3) als einziger elektrischer Kontakt zwischen dem jeweiligen Zellverbinder (2) und der jeweiligen Akkumulatorzelle (1) angewendet wird und mit einer Kontaktquerschnittsfläche k ausgestattet wird, - wobei der Zellverbinder (2) mit dem Verbinderpolsegment (2.1) gegen den zu kontaktierenden Minus-Pol (1.2) oder Plus-Pol (1.1) gehalten wird, - wobei zwischen dem Verbinderpolsegment (2.1) und dem zu kontaktierenden Minus-Pol (1.2) oder Plus-Pol (1.1) Lot vorgehalten wird; - wobei die Polzone (2.3) mittels eines Laserstrahls erwärmt wird, bis das Verbinderpolsegment (2.1) auf einer Unterseite (2.6) mindestens eine Temperatur S aufweist, ab der das Lot schmilzt, - wobei eine Oberflächentemperatur O des jeweiligen Minus-Pols (1.2) oder des jeweiligen Plus-Pols (1.1) überwacht wird und ein Wärmeeintrag durch den Laser gestoppt wird, wenn die Oberflächentemperatur O einen vorgegebenen Grenzwert G erreicht.A method for contacting a plurality of battery cells (1) connected in series and in parallel, each having a plus pole (1.1) and a minus pole (1.2) via a cell connector (2), the cell connector (2) having a plurality of connector pole segments (2.1) in which the respective connector pole segment (2.1) has a pole zone (2.3) on a first upper side (2.4), wherein the positive poles (1.1) and the negative poles (1.2) are electrically conductively connected to each other via the cell connector (2) , characterized in that the connector pole segment (2.1) at the respective negative pole (1.2) or the respective positive pole (1.1) by a solder joint (3) is fixed, wherein the solder joint (3) as a single electrical contact between the respective Cell connector (2) and the respective accumulator cell (1) is applied and provided with a contact cross-sectional area k, - wherein the cell connector (2) with the connector pole segment (2.1) against the negative to be contacted Pole (1.2) or plus pole (1.1) is held, - wherein between the connector pole segment (2.1) and to be contacted negative pole (1.2) or positive pole (1.1) Lot is kept; wherein the pole zone (2.3) is heated by means of a laser beam until the connector pole segment (2.1) has at least one temperature S on a lower side (2.6) from which the solder melts, - a surface temperature O of the respective minus pole (1.2) or the respective plus pole (1.1) is monitored and a heat input by the laser is stopped when the surface temperature O reaches a predetermined limit value G. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderpolsegment (2.1) eine Ausnehmung (2.2) aufweist, durch die die Temperatur des jeweiligen Minus-Pols (1.2) oder des jeweiligen Plus-Pols (1.1) ermittelt wird.Method according to Claim 9 , characterized in that the Verbinderpolsegment (2.1) has a recess (2.2), by which the temperature of the respective negative pole (1.2) or the respective positive pole (1.1) is determined. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorspannmittel (4) vorgesehen ist, mittels dem das Verbinderpolsegment (2.1) beim Lötvorgang mittel- oder unmittelbar gegen den zu kontaktierenden Minus-Pol (1.2) oder Plus-Pol (1.1) in eine Richtung z angelegt wird.Method according to Claim 9 or 10 , characterized in that a biasing means (4) is provided, by means of which the connector pole segment (2.1) during the soldering medium or directly against the negative pole to be contacted (1.2) or positive pole (1.1) is applied in a direction z. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserkopf (5) mit einem Laserkopfantrieb (5.1) vorgesehen wird, mittels dem der Laserkopf (5) in Richtungen x, y, z verfahren wird, wobei das Vorspannmittel (4) mittel- oder unmittelbar am Laserkopfantrieb (5.1) befestigt ist und gleichzeitig mit einer Fokussierbewegung des Laserkopfs (5) in Richtung z das Vorspannmittel (4) gegen den Zellverbinder (2) angelegt wird. Method according to one of the preceding Claims 9 to 11 , characterized in that a laser head (5) with a laser head drive (5.1) is provided, by means of which the laser head (5) is moved in directions x, y, z, wherein the biasing means (4) middle or directly on the laser head drive (5.1 ) is attached and at the same time with a focusing movement of the laser head (5) in the direction z, the biasing means (4) against the cell connector (2) is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (2) und die Akkumulatorzelle (1) während des Lötvorgangs gegen eine Relativbewegung in eine Richtung x und eine Richtung y gesichert werden.Method according to one of the preceding Claims 9 to 12 , characterized in that the cell connector (2) and the accumulator cell (1) are secured during the soldering operation against a relative movement in a direction x and a direction y. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein viskoses Lot Anwendung findet, das tröpfchenweise auf den jeweiligen Pol (1.1, 1.2) derart aufgetragen wird, dass das Lot durch das Auflegen des Zellverbinders (2) über das Verbinderpolsegment (2.1) und den jeweiligen Pol (1.1, 1.2) verteilt wird, wobei der jeweilige Pol (1.1, 1.2) im Bereich der eine Ausnehmung (2) weitestgehend frei gehalten wird von Lot.Method according to one of the preceding Claims 9 to 13 , characterized in that a viscous solder is used, which is applied in droplets to the respective pole (1.1, 1.2) such that the solder by placing the cell connector (2) on the connector pole segment (2.1) and the respective pole (1.1, 1.2) is distributed, wherein the respective pole (1.1, 1.2) in the region of a recess (2) is kept largely free of solder.
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