-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle und eine Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle.
-
Stand der Technik
-
Eine Batteriezelle kann ein Gehäuse aufweisen, welches an einer Seite mit einer Deckelplatte verschlossen ist. Ein Terminal kann in die Deckelplatte einer Batteriezelle genietet werden. Dabei wird ein elektrischer Isolator zwischen dem Terminal und der Deckelplatte angeordnet. Beispielsweise zeigt die
US 2009 087 737 eine versiegelte Batterie und ein Herstellungsverfahren dafür.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle und eine Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Vorteile der Erfindung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein Terminal in eine Deckelplatte für eine Batteriezelle einzusetzen und durch ein Einklemmen eines Dichtungsmaterials zwischen dem Terminal und der Deckelplatte eine mediendichte Abdichtung des Terminals gegen die Deckelplatte sowie eine elektrische Isolation des Terminals von der Deckelplatte zu erreichen. Dabei wird das Dichtungsmaterial auf beiden Seiten der Deckelplatte geklemmt.
-
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein crimpbares Terminal um eine Kante einer Deckelplatte der Deckelbaugruppe gecrimpt wird und ein zwischen dem Terminal und der Deckelplatte angeordnetes Dichtungsmaterial auf einer Innenseite der Deckelplatte und einer Außenseite der Deckelplatte zwischen dem Terminal und der Deckelplatte in einem entlang der Kante verlaufenden Falzbereich geklemmt wird.
-
Weiterhin wird eine Deckelbaugruppe für eine Batteriezelle vorgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein um eine Kante einer Deckelplatte der Deckelbaugruppe gecrimptes Terminal ein zwischen dem Terminal und der Deckelplatte angeordnetes Dichtungsmaterial auf einer Innenseite der Deckelplatte und einer Außenseite der Deckelplatte zwischen dem Terminal und der Deckelplatte in einem entlang der Kante verlaufenden Falzbereich klemmt.
-
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
-
Unter einem crimpbaren Terminal kann ein Terminal mit einem plastisch verformbaren Crimpbereich verstanden werden. Der Crimpbereich kann eine im Wesentlichen gleichmäßige geringe Wandstärke aufweisen. Der Crimpbereich ist ringförmig geschlossen. Zumindest der Crimpbereich kann mit einem plastisch umformbaren Metallmaterial ausgebildet sein, d.h. insbesondere teilweise oder vollständig aus dem plastisch umformbaren Metallmaterial bestehen. Das Terminal kann mit einem elektrisch leitenden Metallmaterial ausgebildet sein. Der Crimpbereich kann ein Randbereich des Terminals sein.
-
Eine Deckelplatte ist ein im Wesentlichen plattenförmiges Bauteil und weist einen Durchbruch beziehungsweise eine Öffnung oder ein Loch für das Terminal auf. Die Kante verläuft entlang einer Kontur des Durchbruchs. Die Deckelplatte kann mit einem elektrisch leitenden Metallmaterial ausgebildet sein.
-
Ein Dichtungsmaterial ist elektrisch isolierend und resistent gegen die in der Batteriezelle verwendeten Medien, wie beispielsweise einen Elektrolyt. Weiterhin ist das Dichtungsmaterial feuchtigkeitsresistent.
-
Der Crimpbereich wird beim Herstellen einer Deckelbaugruppe im Bereich der Kante angeordnet, wobei das Dichtungsmaterial zwischen der Deckelplatte und dem Terminal angeordnet wird. Das Terminal und die Deckelplatte berühren sich nicht. Beim Crimpen wird der Crimpbereich so umgeformt, dass er neben der Kante auf beiden Seiten der Deckelplatte an dem Dichtungsmaterial anliegt. Der Crimpbereich wird zu dem die Kante und das Dichtmaterial umschließenden Falzbereich umgeformt. Der Crimpbereich kann während des Crimpens auf ein kleineres Maß zusammengepresst beziehungsweise gestaucht werden, als der Falzbereich in einem Endzustand aufweist, da das Material des Crimpbereichs elastisch zurückfedert. Der Falzbereich des Terminals kann eine zumindest U-förmige Querschnittsfläche aufweisen. Das Dichtungsmaterial verläuft im Falzbereich zwischen dem Terminal und der Deckelplatte vorzugsweise ebenso zumindest U-förmig. Der Crimpbereich kann beim Crimpen beidseitig um die Kante des Durchbruchs herum umgeformt werden, um den Falzbereich auszubilden. Ebenso kann der Crimpbereich einseitig vorgeformt sein und in eine Richtung um die Kante herum umgeformt werden, um den Falzbereich auszubilden. Beispielsweise kann der Crimpbereich eine vorgeformte Schulter zum Anliegen auf einer Seite der Deckelplatte beziehungsweise des Dichtmaterials aufweisen.
-
Zum Crimpen wird ein Crimpwerkzeug verwendet. Das Crimpwerkzeug kann beispielsweise eine entlang der Kante bewegliche Rolle mit einer Nut aufweisen. Das Werkzeug kann auch einen Gegenhalter zum Abstützen der Kräfte während des Crimpprozesses aufweisen.
-
Das Dichtungsmaterial kann ein während eines Herstellungsvorgangs flüssig verarbeitbares Material sein und kann an die Kante oder an das Terminal angegossen sein. Das Dichtungsmaterial kann beispielsweise in eine im Bereich des Durchbruchs angeordnete Gussform gegossen werden und bereits im Wesentlichen U-förmig angegossen werden.
-
Alternativ kann das Dichtungsmaterial in eine am Terminal angeordnete Gussform gegossen werden. Dann kann das Dichtungsmaterial beim Crimpen mit dem Terminal verformt werden.
-
Alternativ kann das Dichtungsmaterial vorgeformt sein und auf die Kante oder auf das Terminal aufgesetzt sein. Das Dichtungsmaterial kann beispielsweise in einer separaten Form U-förmig hergestellt werden und auf die Kante aufgesteckt werden. Ebenso kann das Dichtungsmaterial beispielweise als Schlauchmaterial auf das Terminal aufgezogen werden und mit dem Crimpbereich verformt werden.
-
Das Terminal kann mit einer Vorspannung zum Klemmen des Dichtungsmaterials um die Kante gecrimpt sein. Das Dichtungsmaterial kann beim Crimpen elastisch verformt werden. Insbesondere kann das Dichtungsmaterial komprimiert werden. Eine Rückstellkraft des Dichtungsmaterials kann den Falzbereich elastisch aufweiten und mit einer Federkraft des Falzbereichs im Gleichgewicht stehen.
-
Das Dichtungsmaterial kann auf der Innenseite über den Dichtungsbereich hinausgehen. Das Dichtungsmaterial kann als elektrische Isolation der Deckelplatte gegen Komponenten der Batteriezelle dienen, die mit dem Terminal elektrisch leitend verbunden werden.
-
Das Dichtungsmaterial kann auf der Außenseite über den Dichtungsbereich hinausgehen. Das Dichtungsmaterial kann eine der Zellspannung angepasste Luft- und Kriechstrecke bereitstellen, damit ein elektrischer Überschlag beziehungsweise ein Kriechstrom zwischen dem Terminal und der Deckelplatte unterbunden wird.
-
Die Kante kann aus einer Haupterstreckungsebene der Deckelplatte heraus gebogen sein. Die Kante kann einen Kragen um den Durchbruch ausbilden. Die Kante kann tiefgezogen sein. Durch die aufgebogene Kante kann das Crimpen in einer Arbeitsrichtung quer zu der Haupterstreckungsrichtung erfolgen. Das Terminal kann auch gecrimpt werden, wenn die Deckelplatte bereits mit einem Gehäuse der Batteriezelle verbunden ist.
-
Die Kante kann umgebogen sein, insbesondere von der Haupterstreckungsebene der Deckelplatte hin zu einer Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene der Deckelplatte umgebogen sein. Die Kante kann im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Haupterstreckungsrichtung der Deckelplatte, d.h. weg von dem von der Kante umgebenen Durchbruch, umgebogen sein. Die Kante kann einen Flansch um den Durchbruch ausbilden. Die Kante kann gebördelt sein. Durch den Flansch kann das Crimpen in einer im Wesentlichen der Haupterstreckungsrichtung entsprechenden Arbeitsrichtung beabstandet zu einer Ebene der Deckelplatte erfolgen. Das Terminal kann auch gecrimpt werden, wenn die Deckelplatte bereits mit einem Gehäuse der Batteriezelle verbunden ist.
-
Die Deckelplatte kann einen weiteren crimpbaren Crimpbereich aufweisen. Der weitere Crimpbereich kann zu einem auf einer Innenseite des Terminals und einer Außenseite des Terminals an dem Dichtungsmaterial anliegenden weiteren Falzbereich gecrimpt sein. der weitere Falzbereich kann eine zumindest U-förmige Querschnittsfläche aufweisen. Der Falzbereich des Terminals und der weitere Falzbereich können unmittelbar aneinander anschließen. Der Falzbereich des Terminals und der weitere Falzbereich können zusammen eine S-förmige Querschnittsfläche aufweisen. Das Terminal kann alternativ auch ohne den Crimpbereich ausgeführt sein.
-
Das Terminal kann ein tiefgezogenes Blechteil sein. Das Terminal kann eine im Wesentlichen einheitliche Wandstärke aufweisen. Durch Tiefziehen kann eine vorteilhafte Materialstruktur des Terminals erreicht werden.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale der Deckelbaugruppe und des Verfahrens zum Herstellen in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- die 1 bis 3 zeigen Schnittdarstellungen durch Deckelbaugruppen gemäß Ausführungsbeispielen.
-
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
-
Batteriezellen mit einem festen Gehäuse werden immer wichtiger, da die Elektrifizierung von Fahrzeugen fortschreitet. Positive und negative Terminals von Batterien mit festem Gehäuse sind aufgrund der verschiedenen elektrischen Schnittstellen, die sowohl elektrische Isolation als auch Abdichtung gegen Leckage von Elektrolyt und Einsickern von Wasser benötigen, komplex.
-
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann der Terminalbereich sowohl am positiven als auch am negativen Terminal vereinfacht werden. Dabei wird ein Crimpprozess verwendet, wie er näherungsweise bei Sprühdosen oder Getränkedosen verwendet wird. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine notwendige Anzahl an Teilen reduziert und der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
-
Das Gehäuse und die Deckelplatte einer Batteriezelle schließen den Stapel oder einen Wickel aus aktivem Material und den Elektrolyten ein. Das Gehäuse und die Deckelplatte können auf einem niederohmigen, hochohmigen oder schwebenden beziehungsweise undefinierten Potenzial mit einem der Terminals der Batteriezelle verbunden sein. In der Deckelplatte können ein oder zwei Terminals angeordnet sein. Die Deckelplatte kann aus Aluminium, Hilumin, Stahl oder einem anderen Werkstoff bestehen.
-
Das bei dem hier vorgestellten Ansatz zwischen dem Terminal und der Deckelplatte angeordnete Dichtungsmaterial fungiert als Dichtung beispielsweise gegen Wasser und/oder Elektrolytleckage und als elektrische Isolation zwischen der Deckelplatte und dem Terminal. Das Dichtungsmaterial kann direkt an die Deckelplatte angespritzt werden. Das Dichtungsmaterial wird zwischen dem Terminal und der Dichtungsplatte gecrimpt. Die Dichtungsfunktion wird durch das Einklemmen des Dichtungsmaterials zwischen der Deckelplatte und dem Terminal erreicht. Das Dichtungsmaterial kann beispielsweise PFA, FKM oder EPDM sein.
-
Das Terminal funktioniert sowohl als Kontaktpunkt für Zelle-zu-Zelle-Verbindungen, als auch als Verbindung des Stapels aus aktivem Material zu einer Außenseite der Zelle. Das Terminal stellt dabei das Material zum Crimpen bereit. Das Terminal kann beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, aluminiumplattiertem/kupferplattiertem Material, Hilumin oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material sein. Das Material kann schweißbar sein. Beispielsweise kann das Material dazu geeignet sein, per Laserschweißen, Widerstandsschweißen und/oder Ultraschallschweißen mit Elektrodenfahnen, Stromsammlern und/oder Zelle-zu-Zelle Verbindern geschweißt zu werden.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Die 1 bis 3 zeigen Schnittdarstellungen durch Deckelbaugruppen 100 gemäß Ausführungsbeispielen. Die Deckelbaugruppen 100 weisen je eine Deckelplatte 102 und ein elektrisch von der Deckelplatte 102 isoliertes Terminal 104 auf. Zwischen der Deckelplatte 102 und dem Terminal 104 ist jeweils ein Dichtungsmaterial 106 eingeklemmt. Das Dichtungsmaterial 106 ist elektrisch isolierend und verhindert einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Deckelplatte 102 und dem Terminal 104.
-
Die Deckelplatte 102 weist einen Durchbruch 108 auf, der durch das Terminal 104 verschlossen ist. Das Terminal 104 weist in einem Randbereich einen crimpbaren Crimpbereich 110 auf, der beim Verbinden des Terminals 104 mit der Deckelplatte 102 durch einen Crimpprozess zu einem Falzbereich 112 umgeformt worden ist. Der Falzbereich 112 umschließt eine Kante 114 des Durchbruchs 108 so, dass das Terminal 104 auf einer Innenseite 116 der Deckelplatte 102 und einer Außenseite 118 der Deckelplatte 102 an dem Dichtungsmaterial 106 anliegt.
-
Im Falzbereich 112 ist der Crimpbereich 110 U-förmig verformt. Die Kante 114 ist innerhalb der U-Form angeordnet. Das Dichtungsmaterial 106 umschließt die Kante 114 ebenfalls U-förmig. Das Terminal 104 kann über den Falzbereich 112 hinaus verlängert sein.
-
Das Dichtungsmaterial 106 ist in einem Ausführungsbeispiel vor dem Crimpen des Crimpbereichs 110 an die Deckelplatte 102 angegossen worden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Dichtungsmaterial 106 vor dem Crimpen an das Terminal 104 angegossen worden.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist das Dichtungsmaterial 106 separat zu einer Dichtung geformt worden und entweder auf der Kante 114 oder auf dem Crimpbereich 110 angeordnet worden. Zum Aufschieben auf der Kante 114 kann die Dichtung U-förmig geformt werden. Das Dichtungsmaterial 106 kann vor dem Crimpen auch im Wesentlichen wie der Crimpbereich 110 geformt sein. Beim Crimpen wird das Dichtungsmaterial 106 dann mit dem Crimpbereich 110 zu dem Falzbereich 112 umgeformt.
-
In einem Ausführungsbeispiel geht das Dichtungsmaterial 106 auf der Innenseite 116 und/oder der Außenseite 118 der Deckelplatte 102 über den Falzbereich 112 hinaus. Durch die über den Falzbereich 112 hinausgehende elektrisch isolierende Schicht werden Kurzschlüsse, Überschläge und Kriechströme zwischen dem Terminal 104 und der Deckelplatte 102 verhindert, auch wenn sie auf unterschiedlichen elektrischen Potenzialen liegen.
-
In 1 ist die Kante 114 in Verlängerung einer Haupterstreckungsrichtung beziehungsweise in einer Ebene der Deckelplatte 102 angeordnet. Der Crimpbereich 110 ist in den Durchbruch 108 eingeführt worden und von der Innenseite 116 der Deckelplatte 102 zu dem Falzbereich 112 gecrimpt worden.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist der Crimpbereich 110 zum Einführen in den Durchbruch 108 eine im Wesentlichen einer Kontur des Durchbruchs 108 angepasste Schulter auf, die vor dem Crimpen auf dem Dichtungsmaterial 106 auf der Außenseite 118 aufliegt. Während des Crimpens wird dann nur noch eine auf der Innenseite 116 überstehende Kante des Crimpbereichs 110 umgebogen, bis sie auf der Innenseite 116 an das Dichtungsmaterial 106 zwischen dem Terminal 104 und der Deckelplatte 102 klemmt.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Terminal 104 vor der Schweißung des Deckels aufs Gehäuse gecrimpt werden.
-
In 2 ist die Kante 114 quer zu der Ebene der Deckelplatte 102 zu einem um den Durchbruch 108 umlaufenden Kragen 200 aufgebogen. Der Kragen 200 steht hier auf der Außenseite 118 über die Deckelplatte 102 über. Das Terminal 102 ist leicht vertieft in dem Durchbruch 108 angeordnet. Der Falzbereich 112 steht in Richtung der Außenseite 118 über.
-
In 3 ist die Kante 114 im Wesentlichen um 180 Grad zu einem Flansch 300 umgebogen. Der Flansch 300 ist auf der Außenseite 118 angeordnet. Der Falzbereich 112 ist mit einem Höhenversatz im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Deckelplatte 102 angeordnet.
-
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Terminal 104 nach der Schweißung des Deckels aufs Gehäuse gecrimpt werden.
-
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
