DE102018204360A1 - Electric storage and method for producing an electrical storage - Google Patents
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Abstract
Elektrischer Speicher, umfassend zumindest einen Anschlusspol, wobei der Anschlusspol über ein Einsatzteil in einem Durchgang eines Gehäuses des Speichers angeordnet ist, und wobei das Einsatzteil mittels eines Spritzgussverfahrens an den Anschlusspol angespritzt und thermisch an das Gehäuse gefügt ist.Electrical memory, comprising at least one terminal pole, wherein the terminal pole is arranged via an insert part in a passage of a housing of the memory, and wherein the insert member is injection molded by means of an injection molding method to the terminal pole and thermally joined to the housing.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Speicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Speichers.The present invention relates to an electrical memory, in particular a lithium-ion battery, and a method for producing an electrical memory.
Bei dem Speicher der in Rede stehenden Art handelt es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie wie sie mehr und mehr in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Diese Batterien bzw. Akkumulatoren weisen beispielsweise ein prismatisches Metallgehäuse auf, in welchem eine Vielzahl von Einzelzellen angeordnet ist. Das Gehäuse weist eine oder mehrere Pol- oder Elektrodendurchführungen auf, welche dem Anschluss bzw. der Verschaltung dienen. Aus der
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Speicher sowie ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Speichers anzugeben, welche sich insbesondere durch eine geringe Komplexität auszeichnen und dabei höchsten Anforderungen hinsichtlich Isolation und Dichtigkeit gerecht werden.It is therefore an object of the present invention to provide an electrical memory and a method for producing an electrical memory, which are characterized in particular by a low complexity and thereby meet the highest requirements in terms of insulation and tightness.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Speicher gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.This object is achieved by an electrical memory according to claim 1 and by a method according to claim 11. Further advantages and features will become apparent from the dependent claims and the description and the accompanying figures.
Erfindungsgemäß umfasst ein elektrischer Speicher zumindest einen Anschlusspol, wobei der Anschlusspol über oder mittels eines Einsatzteils in und/oder an einem Durchgang eines Gehäuses des Speichers angeordnet ist, und wobei das Einsatzteil mittels eines Spritzgussverfahrens an den Anschlusspol angespritzt und thermisch an das Gehäuse gefügt ist. Bei dem Durchgang handelt es sich beispielsweise um eine Öffnung oder um eine Durchbrechung in einem Gehäuse bzw. einer Gehäuseaußenwand des Speichers, insbesondere beispielsweise in einem Gehäusedeckel des elektrischen Speichers. In diese kann das Einsatzteil mit Vorteil einfach und unkompliziert eingesetzt oder eingesteckt werden. Die (endgültige) Befestigung am Gehäuse, beispielsweise am Gehäusedeckel, erfolgt dann mit Vorteil durch den Eintrag von Wärme, beispielsweise auf das Gehäuse und/oder das Einsatzteil. Zweckmäßigerweise sind bzw. werden das Gehäuse und das Einsatzteil also formschlüssig oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Eine ausgezeichnete Dichtwirkung ist die Folge. Ein großer Vorteil, welcher auch zu einer Reduzierung der Komplexität der gesamten Anordnung führt, besteht unter anderem auch darin, dass das Einsatzteil nicht als separates Bauteil hergestellt wird, sondern dieses direkt an den Anschlusspol (an-)gespritzt wird. Hierzu wird beispielsweise der Anschlusspol in ein entsprechend ausgebildetes Spritzgusswerkzeug eingelegt (und dann umspritzt). Beim Anordnen des Einsatzteils ist dann quasi der Anschlusspol automatisch mit montiert, ohne dass weitere Verfahrensschritte notwendig sind. Durch das direkte Anspritzen des Anschlusspols sind weiter keine zusätzlichen Dichtelemente oder dergleichen notwendig. Hinzu kommt, dass das Einsatzteil sich quasi jeder beliebigen Geometrie des Anschlusspols anpassen kann. Zwischen dem Anschlusspol und dem Einsatzteil kann eine entsprechende Struktur oder dergleichen vorgesehen sein, um einen dazwischen wirkenden Formschluss zu verbessern. Durch die Einleitung von Wärme kann ebenfalls zusätzlich ein Form- und/oder Stoffschluss vorgesehen sein, welcher unter anderem der Lebensdauer der gesamten Anordnung zugutekommen kann.According to the invention, an electrical memory comprises at least one terminal pole, wherein the terminal pole is arranged above or by means of an insert part in and / or at a passage of a housing of the memory, and wherein the insert part is injected by means of an injection molding process to the terminal pole and thermally joined to the housing. The passage is, for example, an opening or an aperture in a housing or a housing outer wall of the memory, in particular, for example, in a housing cover of the electrical memory. In this, the insert can be used or plugged in with advantage simple and straightforward. The (final) attachment to the housing, for example, on the housing cover, then takes place with advantage by the entry of heat, for example, on the housing and / or the insert part. Conveniently, the housing and the insert are so form-locking or positive and / or cohesively connected. An excellent sealing effect is the result. One major advantage, which also leads to a reduction in the complexity of the entire arrangement, is, inter alia, that the insert is not manufactured as a separate component, but this is injected directly to the terminal pole (on). For this purpose, for example, the terminal pole is inserted in a suitably designed injection molding tool (and then encapsulated). When arranging the insert part, the connection pole is then virtually automatically mounted, without further process steps being necessary. Due to the direct injection of the terminal pole further no additional sealing elements or the like are necessary. In addition, the insert part can be adapted to virtually any geometry of the terminal pole. Between the terminal pole and the insert part, a corresponding structure or the like may be provided in order to improve an interlocking positive engagement. By the introduction of heat, a form and / or material connection can also be provided in addition, which among other things can benefit the life of the entire arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Einsatzteil einen Stützabschnitt auf, welcher eine Stützfläche umfasst, welche an eine Innenseite oder an eine Außenseite des Gehäuses gefügt ist. Eine Anordnung an der Innenseite ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da ein Druck im Gehäuseinneren zu einer verstärkten Dichtung durch das Einsatzteil führt und damit in keiner Weise schädlich ist. Mit anderen Worten kann sich das Einsatzteil über seine Stützfläche innen am Gehäuse abstützen, wodurch die Dichtwirkung sogar erhöht wird. Eine Anordnung an der Außenseite kann aus Platzgründen vorteilhaft sein.According to a preferred embodiment, the insert part has a support section, which comprises a support surface, which is joined to an inner side or to an outer side of the housing. An arrangement on the inside is particularly advantageous because a pressure inside the housing leads to a reinforced seal through the insert part and is thus in no way harmful. In other words, the insert can be supported on the inside of the housing via its support surface, whereby the sealing effect is even increased. An arrangement on the outside can be advantageous for reasons of space.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Innenseite oder die Außenseite des Gehäuses zur Verbindung mit der Stützfläche strukturiert, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise mittels eines Lasers, wodurch ein Strukturbereich gebildet ist. Mittels Laserstrukturieren können definierte Oberflächenstrukturen geschaffen werden, welche geeignet sind, eine Adhäsion für das thermische Fügen zu erhöhen. Darüber hinaus können Verschmutzungen, wie Öle und Fette, entfernt werden. Durch die hohen Temperaturen beim Laserstrukturieren können mit Vorteil Oxidschichten erzeugt werden, welche maßgeblich zur Verbesserung der Verbindung beitragen. Das Gehäuse ist insbesondere in einem zur Stützfläche des Einsatzteils korrespondierenden Bereich strukturiert. Auch die vorgenannte Durchbrechung bzw. Öffnung kann strukturiert werden, sodass das Einsatzteil auch in radialer Richtung optimal formschlüssig beziehungsweise ggf. auch stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Struktur Rillen, Löcher, punktförmige Vertiefungen, Hinterschneidungen etc. Wie bereits angedeutet, kann auch der Anschlusspol gemäß einer Ausführungsform einen Strukturbereich umfassen. Die vorgenannten Vorteile gelten entsprechend.According to one embodiment, the inside or the outside of the housing is structured for connection to the support surface, according to a preferred embodiment for example by means of a laser, whereby a structural region is formed. By means of laser structuring, defined surface structures can be created which are suitable for increasing adhesion for thermal joining. In addition, soiling such as oils and greases can be removed. Due to the high temperatures during laser structuring, oxide layers can advantageously be produced, which contribute significantly to improving the connection. The housing is in particular structured in a region corresponding to the support surface of the insert part. Also, the aforementioned opening or opening can be structured, so that the insert is also optimally positive or possibly also materially connected to the housing in the radial direction. According to one embodiment, the structure comprises grooves, holes, punctiform depressions, undercuts, etc. As already indicated, according to one embodiment, the terminal pole may also comprise a structural region. The aforementioned advantages apply accordingly.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei einem Werkstoff des Einsatzteils um einen Kunststoff. Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann es sich dabei um einen Thermoplast oder um einen thermoplastischen Elastomer handeln. Mit Vorteil kann also zwischen dem Einsatzteil und dem Gehäuse, welches beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. einer Aluminiumlegierung besteht, eine hybride Werkstoffverbindung geschaffen werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass das thermische Fügen gemäß einer Ausführungsform unter Druckbeaufschlagung stattfindet. Insbesondere wirkt also insbesondere im Bereich der Stützfläche beispielsweise ein Fügedruck gleichzeitig mit der Wärmeeinbringung.According to one embodiment, a material of the insert part is a plastic. According to various embodiments, this may be a thermoplastic or a thermoplastic elastomer. Advantageously, therefore, between the insert part and the housing, which consists for example of an aluminum material or an aluminum alloy, a hybrid material connection can be created. At this point it should be mentioned that the thermal joining according to one embodiment takes place under pressurization. In particular, in particular in the area of the support surface, for example, a joint pressure acts simultaneously with the heat input.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Einsatzteil einen Schaftabschnitt auf, welcher den Durchgang durchragt. Liegt die Stützfläche an der Innenseite des Gehäuses an, überragt der Schaftabschnitt das Gehäuse zweckmäßigerweise nach außen, andernfalls nach innen. Mit Vorteil endet das Einsatzteil also nicht innerhalb der Durchbrechung bzw. der Öffnung, sondern geht durch diese hindurch und überragt sogar das Gehäuse nach außen bzw. ggf. nach innen. Gemäß einer Ausführungsform schließt das Einsatzteil auch bündig mit dem Gehäuse ab, durchdringt dabei die Durchbrechung bzw. Öffnung aber vollständig. Durch das vollständige Durchragen der Öffnung wird eine sehr stabile Anordnung geschaffen, welche durch den allseitigen bzw. umseitigen Formschluss auch höchste Stabilität verleiht. Zudem kann durch das vollumfängliche Anliegen innerhalb und entlang der Öffnung eine ausgezeichnete Dicht- wie auch Isolationswirkung sichergestellt werden.According to one embodiment, the insert part has a shank portion which projects through the passage. If the support surface on the inside of the housing, the shaft portion expediently projects beyond the housing to the outside, otherwise to the inside. Advantageously, the insert part does not end within the opening or the opening, but passes through it and even projects beyond the housing to the outside or possibly to the inside. According to one embodiment, the insert also terminates flush with the housing, while penetrating the opening or opening but completely. Through the complete protrusion of the opening, a very stable arrangement is created, which also gives the highest stability by the all-round or overlapping form-fitting. In addition, by the full concern within and along the opening an excellent sealing as well as insulating effect can be ensured.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Stützabschnitt flanschartig bzw. radial von dem Schaftabschnitt weg. Das Einsatzteil weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform also eine etwa T-förmige Gestalt auf. Ein Querschnitt der Einsatzteils kann rund, beispielsweise kreisrund, aber auch eckig, insbesondere mehreckig, ausgeführt sein. Der Spritzguss ermöglicht an dieser Stelle eine sehr hohe Gestaltungsfreiheit.According to one embodiment, the support portion extends in a flange or radially away from the shaft portion. The insert part therefore has an approximately T-shaped configuration according to a preferred embodiment. A cross section of the insert part may be round, for example circular, but also angular, in particular polygonal, executed. The injection molding allows a very high freedom of design at this point.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Anschlusspol eine Verbindungsstelle auf, an welcher ein Leitungselement befestigt ist, wobei die Verbindungsstelle in das Einsatzteil eingebettet ist. Mit anderen Worten umgibt das Einsatzteil die Verbindungsstelle mit Vorteil vollständig, wodurch diese bestmöglich geschützt und zusätzlich stabilisiert ist. Die Verbindungsstelle wird gemäß einer Ausführungsform stoffschlüssig, beispielsweise mittels eines Laserschweißprozesses, gebildet bzw. realisiert.According to one embodiment, the connection pole has a connection point to which a line element is fastened, wherein the connection point is embedded in the insert part. In other words, the insert part advantageously surrounds the connection point completely, as a result of which it is optimally protected and additionally stabilized. According to one embodiment, the connection point is formed or realized in a materially bonded manner, for example by means of a laser welding process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem elektrischen Speicher um eine Lithium-Ionen-Zelle bzw. um eine/n Lithium-Ionen-Batterie/Akku, wobei das Leitungselement ein Ableiter ist, welcher mit der entsprechenden Elektrode bzw. allgemein dem Zellwickel des Speichers elektrisch leitend verbunden ist. Bevorzugt ist der Speicher eine prismatische Zelle, gemäß VDA-Standard. Anstelle des Ausdrucks Anschlusspol wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff Terminal oder auch nur „Pol“ verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in Rede stehenden Anschlusspol um die Anodenkontaktierung des Speichers. Diese ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus Kupfer oder auch aus Kupfer und Aluminium (wegen der besseren Schweißbarkeit). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anschlusspol als walzplattierte Aluminium-Kupfer-Scheibe ausgebildet, welche mittels des vorgenannten Laserschweißprozesses mit dem entsprechenden Ableiter verbunden ist. Die vorgenannte Werkstoffkombination kann alternativ auch z. B. mittels Reibschweißen realisiert werden. Der Ableiter auf der Anodenseite ist aus Kupfer. Typischerweise ist ein zweiter Anschlusspol vorgesehen, welcher die Kathodenkontaktierung bereitstellt. Diese ist ebenfalls über ein Leitungselement bzw. einen Ableiter entsprechend mit dem Zellwickel verbunden, wobei der Ableiter sowie das Terminal auf der Kathodenseite aus Aluminium gebildet sind. Gemäß einer Ausführungsform sind die Kathodenkontaktierung sowie die Elektrodenkontaktierung der Kathode mit Hilfe eines Laserschweißprozesses an den Gehäusedeckel gefügt. Gemäß einer Ausführungsform wird (auch) auf der Kathodenseite ein Einsatzteil verwendet. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Anschlusspol also um die Kathodenkontaktierung des Speichers. Der Grundaufbau entspricht dem auf der Anodenseite, lediglich bei den verwendeten Materialen kann es Unterschiede geben. So sind der Anschlusspol und der Ableiter beispielsweise aus Aluminium. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Speicher zwei Anschlusspole, wobei beide Anschlusspole jeweils über Einsatzteile in den entsprechenden Öffnungen eines Gehäuses des Speichers angeordnet sind, und wobei die Einsatzteile mittels Spritzguss an die Anschlusspole angespritzt und thermisch an das Gehäuse gefügt sind.According to a preferred embodiment, the electrical storage is a lithium-ion cell or a / n lithium-ion battery / rechargeable battery, wherein the line element is an arrester, which with the corresponding electrode or generally the cell winding of the Memory is electrically connected. Preferably, the memory is a prismatic cell, according to the VDA standard. Instead of the term terminal pole, the term terminal or even "pole" is used in this context. According to a preferred embodiment, the terminal pole in question is the anode contact of the memory. This is according to a preferred embodiment of copper or copper and aluminum (because of better weldability). According to a preferred embodiment, the terminal pole is formed as a roll-clad aluminum-copper disc, which is connected by means of the aforementioned laser welding process with the corresponding arrester. The aforementioned material combination may alternatively also z. B. be realized by means of friction welding. The arrester on the anode side is made of copper. Typically, a second terminal pole is provided, which provides the cathode contact. This is likewise connected to the cell winding via a line element or an arrester, the arrester and the terminal on the cathode side being made of aluminum. According to one embodiment, the cathode contacting and the electrode contacting of the cathode are joined to the housing cover by means of a laser welding process. According to one embodiment, an insert part is (also) used on the cathode side. According to one embodiment, the terminal pole is thus the cathode contact of the memory. The basic structure corresponds to that on the anode side, only with the materials used there may be differences. For example, the terminal pole and arrester are made of aluminum. According to one embodiment, the memory comprises two terminal poles, wherein both terminal poles are respectively arranged via insert parts in the corresponding openings of a housing of the memory, and wherein the insert parts are injection-molded by injection molding to the terminal poles and thermally joined to the housing.
Der Gehäusedeckel bzw. das ganze Gehäuse sind bevorzugt aus Aluminium. Es hat sich gezeigt, dass durch das thermische Fügen des Einsatzteils an das Aluminiumgehäuse eine alterungsbeständige Verbindung geschaffen werden kann, welche zwischen Kupfer und Kunststoff so nicht möglich wäre. Insofern ist es besonders von Vorteil, dass der Ableiter, zumindest abschnittsweise zum Formen des Einsatzteils umspritzt ist und anschließend an das Gehäuse gefügt wird. The housing cover or the entire housing are preferably made of aluminum. It has been found that by thermal joining of the insert to the aluminum housing an age-resistant compound can be created, which would not be possible between copper and plastic. In this respect, it is particularly advantageous that the arrester, at least partially encapsulated for molding of the insert part and is then joined to the housing.
Gemäß einer Ausführungsform ragt das Leitungselement, insbesondere also der Ableiter bzw. das Leitungselement durch den Durchgang bzw. die Öffnung des Gehäuses hindurch. Mit Vorteil ist in diesem Bereich das Einsatzteil vorgesehen, sodass das Leitungselement vorteilhafterweise durch das Einsatzteil gestützt wird.According to one embodiment, the conduit element, in particular therefore the arrester or the conduit element, projects through the passage or the opening of the housing. Advantageously, the insert is provided in this area, so that the line element is advantageously supported by the insert.
Zweckmäßigerweise umgibt der Schaftabschnitt das Leitungselement zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Stützwirkung erreicht werden, welche insbesondere bei den im Fahrzeugbetrieb auftretenden Vibrationen von Vorteil sein kann. Auch die Verbindungsstelle ist gut geschützt, da sie ebenfalls in das Einsatzteil eingebettet ist. Zweckmäßigerweise wird der Ableiter an den Anschlusspol befestigt, in ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug eingelegt und dann umspritzt. Die gesamte Anordnung kann einfach gehandhabt und als Ganzes in das Gehäuse bzw. in den Gehäusedeckel eingesetzt werden.Conveniently, the shank portion surrounds the conduit element at least in sections. In this way, a support effect can be achieved, which can be particularly advantageous in the case of the vibrations occurring during vehicle operation. The joint is also well protected because it is also embedded in the insert. Appropriately, the arrester is attached to the terminal pole, inserted into a corresponding injection molding tool and then encapsulated. The entire arrangement can be handled easily and used as a whole in the housing or in the housing cover.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Speichers, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Anschlusspols sowie eines Gehäuses;
- - Bereichsweise Umspritzen des Anschlusspols und Formen eines Einsatzteils;
- - Thermisches Fügen des Einsatzteils an das Gehäuse.
- - Providing a terminal pole and a housing;
- - Partial encapsulation of the terminal pole and forms an insert part;
- - Thermal joining of the insert to the housing.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Fügen des Einsatzteils von innen oder außen an das Gehäuse.
- - Add the insert to the housing from inside or outside.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Befestigen eines Leitungselements an den Anschlusspol und abschnittsweise Umspritzen zusammen mit dem Anschlusspol.
- - Attaching a line element to the terminal pole and sections of the encapsulation together with the terminal pole.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Anschlusspols bzw. Einsatzteils mit Bezug auf die beigefügten.Further advantages and features will become apparent from the following description of an embodiment of a Anschlußpols or insert part with reference to the accompanying.
Es zeigen:
-
1 : eine Ausführungsform eines Anschlusspols nebst Leitungselement; -
2 : ein Einsatzteil, angespritzt an die aus1 bekannte Anordnung; -
3 : das aus der2 bekannte Einsatzteil, angeordnet in einem Gehäuse einer Batterie.
-
1 an embodiment of a connection pole together with line element; -
2 : an insert, molded to the1 known arrangement; -
3 : that from the2 known insert part, arranged in a housing of a battery.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2020
- Anschlusspol, KontaktierelementConnection pole, contacting element
- 2222
- Verbindungsstellejunction
- 2424
- Leitungselementline element
- 4040
- Einsatzteilinsert
- 4242
- Stützabschnittsupport section
- 4444
- Schaftabschnittshank portion
- 4646
- Stützflächesupport surface
- 6060
- Gehäusecasing
- 6262
- Durchgang, ÖffnungPassage, opening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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