DE102019108884A1

DE102019108884A1 - Isolierende Abschirmung mit positionellen Steuerungsmerkmalen für geschweisste flexible Zellenlaschen in einem HV-Batteriezellenstapel

Info

Publication number: DE102019108884A1
Application number: DE102019108884.4A
Authority: DE
Inventors: Nicholas Compton; Igor M. Kan; Sami A. Syed; Jason Mazza; Steven D. Lorentz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2019-10-17
Also published as: US10971786B2; CN110379958A; US20190319250A1

Abstract

Ein Zellenstapel umfasst benachbarte erste und zweite Batteriezellen, die jeweils eine positive Zellenlasche, eine negative Zellenlasche und eine äußere Oberfläche aufweisen. Die äußeren Oberflächen sind bündig. Die positive Zellenlasche der ersten Batteriezelle ragt von der äußeren Oberfläche der ersten Batteriezelle hervor und die negative Zellenlasche der zweiten Batteriezelle ragt von der äußeren Oberfläche der zweiten Batteriezelle hervor. Eine isolierende Abschirmung ist benachbart zu den äußeren Oberflächen positioniert und definiert Durchgangsschlitze, in denen jeweils eine der Zellenlaschen aufgenommen wird. Ein Verfahren umfasst das Bereitstellen des Zellenstapels, das Einsetzen der Zellenlaschen in das Paar von Durchgangsschlitzen der isolierenden Abschirmung, das Positionieren einer Hauptfläche der isolierenden Abschirmung benachbart an die äußeren Oberflächen der benachbarten Batteriezellen nach dem Einsetzen der Zellenlaschen und dem Befestigen der Hauptfläche der Isolierabschirmung an dem Zellenstapel.

Description

EINLEITUNG
Elektrochemische Batteriesätze werden in einer Vielzahl von elektrischen Systemen verwendet. Ein Batteriesatz kann aus mehreren miteinander verbundenen Zellenstapeln hergestellt werden, wobei jeder Zellenstapel mehrere Batteriezellen umfasst. In jedem Zellenstapel können einzelne Batteriezellen neben einer Kühlplatte angeordnet und durch eine Schaumstoffschicht von benachbarten Batteriezellen getrennt sein. Ein innerer Stapel innerhalb jeder der jeweiligen Batteriezellen kann eine dünne Schicht aus Isoliermaterial, z. B. Polyethylen- und/oder Polypropylenfilm, umfassen, der zwischen entgegengesetzt geladenen Elektrodenfolien angeordnet ist. Der Stapel kann in einem versiegelten äußeren Beutel eingeschlossen sein, der ein Elektrolytmaterial enthält.
Einzelne Elektrodenfolien einer Batteriezelle, im Allgemeinen als Anoden- und Kathodenfolien bezeichnet, können mit einem anwendungsgeeigneten aktiven Material wie Lithiumoxid oder Graphit beschichtet sein. Zellenlaschen sind elektrisch mit den jeweiligen ladungsspezifischen Elektrodenfolien innerhalb des Beutels verbunden. Die Zellenlaschen ragen ein kurzes Stück über eine äußere Umfangskante des Beutels hinaus. Die hinausragenden Zellenlaschen werden dann zusammengeschweißt, um den Zellenstapel aufzubauen, wobei mehrere Zellenstapel über eine leitende Sammelschiene elektrisch miteinander verbunden sind, um einen Batteriesatz mit einer anwendungsgerechten Spannungskapazität aufzubauen.
Zellenstapel mit dem vorstehend genannten Aufbau können eine Zellenlaschenkonfiguration aufweisen, die entweder symmetrisch oder asymmetrisch ist. In einer symmetrischen Laschenkonfiguration ragen die Kathoden- und Anodenlaschen einer gegebenen Batteriezelle aus diametral gegenüberliegenden Umfangskanten des Beutels hervor, z. B. kann die Anodenlasche einer Batteriezelle von der Oberseite des Stapels hervorragen und die Kathodenlasche kann von der Unterseite des Stapels hervorragen, mit wechselnder Polarität von Zellenlaschen benachbarter Batteriezellen. Im Gegensatz dazu ragen die Zellenlaschen einer asymmetrischen Batteriezelle von derselben Umfangskante hervor, sodass die Anoden- und Kathodenlaschen nebeneinander angeordnet sind. Während beide Laschenkonfigurationen bestimmte Leistungs- oder Verpackungsvorteile aufweisen, kann aufgrund ihrer einzigartigen Anordnung die symmetrische Laschenkonfiguration verwendet werden, um Batteriestapel mit einer relativ hohen Leistungsdichte zu bilden.
KURZDARSTELLUNG
Hier wird ein Batterieabschnitt mit mindestens einem Zellenstapel offenbart. Der Zellenstapel umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, die mit einer symmetrischen Laschenkonfiguration, wie vorstehend beschrieben, konstruiert sind. Das heißt, die Zellenlaschen einer bestimmten der Batteriezellen ragen von gegenüberliegenden äußeren Oberflächen der Batteriezelle hervor. Serien- oder Parallelschweißungen können in dem Zellenstapel gebildet werden, z. B. unter Verwendung eines Laserschweißprozesses. Beim Laserschweißen und anderen Schweißprozessen können jedoch schmelzflüssige Tröpfchen entstehen, die als Schweißspritzer bezeichnet werden. Aufgrund ihrer geringen Größe können die Schweißspritzer-Tröpfchen in den Zellenstapel oder die umgebende Struktur eindringen. Eine isolierende Abschirmung, die wie hier dargelegt konfiguriert ist, ist daher als Teil des Zellenstapels enthalten, um diese potenziellen Fertigungsherausforderungen zu lösen.
Zusätzlich erleichtert die isolierende Abschirmung die Herstellung des Zellenstapels, indem dieser die Positionierung und das Halten freiliegender Zellenlaschen unterstützt. Zellenlaschen sind typischerweise aus relativ dünnen, leicht biegbaren Folienblechen hergestellt. Die relativen Positionen der Zellenlaschen können als Ergebnis der dünnen Folienkonstruktion variieren. Aufgrund der Nähe benachbarter Zellenlaschen, insbesondere während der Handhabung des Zellenstapels vor und während des Schweißvorgangs, können auch Herausforderungen hinsichtlich der elektrischen Isolierung auftreten. Die isolierende Abschirmung der vorliegenden Offenbarung bildet daher eine dünne, aber feste physikalische Barriere gegen herabfallende Tröpfchen von Schweißspritzern und ermöglicht gleichzeitig eine gleichbleibende Laschenpositionierung und -haltung, wie nachstehend beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Zellenstapel benachbarte erste und zweite Batteriezellen, die jeweils eine positive Zellenlasche, eine negative Zellenlasche und eine äußere Oberfläche aufweisen. Die äußere Oberfläche der ersten Batteriezelle schließt bündig mit der äußeren Oberfläche der zweiten Batteriezelle ab. Die positive Zellenlasche der ersten Batteriezelle ragt von der äußeren Oberfläche der ersten Batteriezelle hervor und die negative Zellenlasche der zweiten Batteriezelle ragt von der äußeren Oberfläche der zweiten Batteriezelle hervor. Die isolierende Abschirmung in dieser Ausführungsform ist benachbart zu den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen positioniert, wobei ein Gehäuse der Abschirmung senkrecht zu den Zellenlaschen angeordnet ist. Die isolierende Abschirmung definiert ein Paar Durchgangsschlitze, in denen jeweils eine der positiven und negativen Zellenlaschen aufgenommen wird. Die isolierende Abschirmung ist so konfiguriert, dass diese die positiven und negativen Zellenlaschen vor einem Schweißprozess ausrichtet und strukturell abstützt sowie eine physikalische Barriere gegen das Eindringen von Schweißspritzer-Tröpfchen in die erste und zweite Batteriezelle während des Schweißprozesses bildet.
Der Zellenstapel kann ein leitfähiges Verbindungsglied umfassen, das mit den positiven und negativen Zellenlaschen der angrenzenden ersten und zweiten Batteriezellen leitend verschweißt ist.
Eine Verbindungsplatine (ICB - Interconnect Board) kann zwischen der isolierenden Abschirmung und den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen positioniert sein. In einer solchen Ausführungsform kann eine Hauptfläche des ICB konturiert sein, um mit einer Hauptfläche der isolierenden Abschirmung ineinanderzugreifen.
Die isolierende Abschirmung kann erste und zweite Querrippen definieren, die jeweils eine längliche Spitze aufweisen, die jeweils den ersten und den zweiten Durchgangsschlitz definieren. Eine Presspassung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangsschlitz und den jeweiligen positiven und negativen Zellenlaschen entlang der länglichen Spitze vorgesehen sein.
Die isolierende Abschirmung ist in einigen Ausführungsformen thermogeformt oder aus formgepresstem oder spritzgegossenem Kunststoff hergestellt und kann eine Dicke von weniger als ungefähr 1 mm haben. Die isolierende Abschirmung kann auch ein Paar flacher Endflansche mit einer Unterseite, die auf den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen aufliegt, aufweisen.
Hier wird auch ein Verfahren zum Konstruieren eines Zellenstapels offenbart. Das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Bereitstellen des vorstehend genannten Zellenstapels und das anschließende Einfügen der positiven und negativen Zellenlaschen in ein Paar Durchgangsschlitze einer isolierenden Abschirmung. Das Verfahren umfasst auch das Positionieren einer primären Oberfläche der isolierenden Abschirmung, die zu den Außenoberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezelle nach dem Einsetzen der positiven und negativen Zellenlaschen sowie dem Befestigen der primären Oberfläche der isolierenden Abschirmung an dem Zellenstapel benachbart ist. In einer tatsächlichen Anwendung variiert die Anzahl der Durchgangsschlitze und Zellenlaschen, und daher beschreibt „ein Paar“, wie hierin hier zu Veranschaulichungszwecken verwendet, die kleinste mögliche Ausführungsform eines mehrzelligen Zellenstapels, wie für den durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich ist.
Es wird auch eine isolierende Abschirmung zur Verwendung mit einem Zellenstapel mit benachbarten Batteriezellen mit entsprechenden äußeren Oberflächen offenbart, wobei die äußeren Oberflächen miteinander bündig sind und eine Vielzahl von Zellenlaschen der Batteriezellen in Form einer Säule von den äußeren Oberflächen herausragen. Die isolierende Abschirmung umfasst ein rechteckiges gewelltes Gehäuse mit einer Länge und umfasst auch ein Paar von flachen Endflanschen, die an den distalen Enden des rechteckigen gewellten Gehäuses angeordnet sind. Die Endflansche sind zur Befestigung am Zellenstapel konfiguriert. Die Abschirmung umfasst eine Vielzahl von Querrippen, die sich orthogonal in Bezug auf die Länge des rechteckigen gewellten Gehäuses erstrecken, wobei jede der Querrippen einen jeweiligen Durchgangsschlitz entlang einer länglichen Spitze definiert. Die Durchgangsschlitze haben eine Breite, die, um einen Betrag, der ausreicht, um eine Presspassung mit den Zellvorsprüngen zu bilden, geringer als eine Breite der Zellenlaschen ist.
Die vorstehend beschriebene Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hierin offenbarten neuartigen Aspekte und Merkmale exemplarisch veranschaulichen. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht eines beispielhaften Batterieabschnitts mit mehreren Zellenstapeln, die jeweils mit einer isolierenden Abschirmung konfiguriert sind, wie hierin dargelegt.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer isolierenden Abschirmung, die als Teil des Batterieabschnitts von 1 verwendet werden kann.
3A ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Zellenstapels entlang der Schnittlinie 3-3 von 1.
3B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines leitfähigen Verbindungselements, das als Teil des Zellenstapels von 1 verwendet werden kann.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Zellenstapels von 1, der die isolierende Abschirmung in einer installierten Position in Bezug auf eine ausgerichtete Reihe freiliegender Zellenlaschen darstellt.
5 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Abschnitts der isolierenden Abschirmung, des Verbindungselements und des ICB entlang der Schnittlinie 5-5 von 3B.

Für die vorliegende Offenbarung können Modifikationen und alternative Formen in Betracht gezogen werden, wobei repräsentative Ausführungsformen exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Erfindungsgemäße Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen Formen dieser Offenbarung beschränkt. Vielmehr zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen zum Identifizieren gleicher oder identischer Komponenten in den verschiedenen Ansichten verwendet werden, stellt 1 schematisch eine Explosionsansicht eines beispielhaften Batterieabschnitts 10 dar, der alleine oder als Teil eines größeren Batteriesatzes (nicht dargestellt) verwendet werden kann. Der Batterieabschnitt 10 ist aus einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen Zellenstapeln 12 hergestellt, die jeweils eine jeweilige isolierende Abschirmung 20 verwenden, wie hierin beschrieben. Die einzelnen Zellenstapel 12 des Batterieabschnitts 10 sind benachbart zu den Schutzseitenplatten 13 angeordnet, z. B. aus Kunststoff oder anderen leichten und strukturell starren Platten, die zusammen eine schützende und strukturell stützende äußere Barriere neben den Zellenstapeln 12 bilden. Während in 1 vier identisch konfigurierte Zellenstapel 12 dargestellt sind, kann die tatsächliche Anzahl von Zellenstapeln 12, die in einer gegebenen Anwendung verwendet werden, variieren, und daher ist der in 1 dargestellte Batterieabschnitt 10 nicht einschränkend und beispielhaft für die vorliegenden Lehren.
Jeder Zellenstapel 12 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 16, d. h., zwei oder mehr Batteriezellen 16. Die Batteriezellen 16 eines gegebenen Zellenstapels 12, die von Batteriezellen 16 eines benachbarten Zellenstapels 12 durch Abstandshalter 19 getrennt sind, können als polymerbeschichtete Folienbeutel-Batteriezellen der vorstehend beschriebenen Art ausgeführt sein. Somit umfasst jede Batteriezelle 16 innere positive und negative Elektrodenfolien (nicht dargestellt), die in einer ladungsspezifischen Zellenlasche 17 enden, wobei die einzelnen Zellenlaschen 17 der in einem gegebenen Zellenstapel 12 verwendeten Batteriezellen 16 einem jeweiligen Zellenstapel als Spalte, wie dargestellt, ausgerichtet sind. Die Zellenlaschen 17 ragen orthogonal von den diametral gegenüberliegenden, zueinander bündigen äußeren Oberflächen 18 und 180 der Batteriezellen 16 und somit der entsprechenden Zellenstapel 12 hervor.
In Bezug auf die vorstehend erwähnte Ausrichtung der Zellenlaschen 17 sind die Zellenlaschen 17 auf einer gegebenen äußeren Oberfläche 18 oder 180 mit abwechselnden positiven und negativen Polaritäten angeordnet. Die wechselseitige Polarität ist am besten in 4 dargestellt, wobei benachbarte Zellenlaschen 17 von zwei benachbarten Batteriezellen 16 entgegengesetzte Ladungen aufweisen, sodass eine negative Zellenlasche 17-(Anodenlasche) einer gegebenen Batteriezelle 16 unmittelbar benachbart zu einer positiven Zellenlasche 17+ (Kathodenlasche) einer anderen Batteriezelle 16 positioniert ist. Mit anderen Worten bilden Zellenlaschen 17 mit entgegengesetzter Polarität der benachbarten Batteriezellen 16, in Bezug aufeinander, benachbarte Zellenlaschen.
Obwohl aus der Perspektive von 1 nicht ersichtlich, erstreckt sich ein identischer Satz von Zellenlaschen 17 von der äußeren Oberfläche 180. In der beispielhaften Orientierung von 1 bilden die äußeren Oberflächen 18 und 180 jeweils die obere bzw. untere Oberfläche der Zellenstapel 12. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3A, 3B und 5 beschrieben wird, umfasst 3A insbesondere eine Ansicht, die durch die Schnittlinie 3-3 hindurchgeführt wird, wobei der Batterieabschnitt 10 auch eine Vielzahl von leitfähigen Verbindungselementen 50 umfasst, die in parallelen Reihen oberhalb der Zellenlaschen 17 angeordnet sind und gemeinsam eine elektrische Verbindung oder eine lokale Sammelschiene zwischen angrenzenden freiliegenden Zellenlaschen 17 bilden.
Für jeden Zellenstapel 12, der im Batterieabschnitt 10 von 1 verwendet wird, ist eine isolierende Abschirmung 20 oder 120, z. B. eine rechteckige isolierende Abschirmung 20, wie dargestellt, angrenzend an die äußeren Oberflächen 18 und 180 angeordnet, wobei die Struktur der isolierenden Abschirmung 20 im Folgenden unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 2 und 4 näher beschrieben wird. Die einzelnen Zellenlaschen 17 sind so angeordnet und zusammengebaut, dass diese durch die isolierende Abschirmung 20 hindurch hervorragen. Die Zellenlaschen 17 werden danach miteinander verschweißt und elektrisch mit einer Verbindungsplatine (ICB) 22 oder 122 verbunden, die auf oder in der Nähe der äußeren Oberflächen 18 oder 180 angeordnet ist. Obwohl aus Gründen der Einfachheit der Darstellung in den verschiedenen Figuren weggelassen, kann eine (nicht dargestellte) Batteriesteuerung in Verbindung mit dem Batterieabschnitt 10 verwendet werden. Eine solche Batteriesteuerung kann mit den ICBs 22 und 122 verbunden sein und als elektrische Mehrzweck-Sensorplatine ausgeführt sein, z. B. über einen Mehrfachstecker und/oder eine drahtlose Verbindung, die zum Messen einzelner Zellenspannungen und/oder -ströme, Temperaturen sowie möglicherweise anderer Steuerparameter für jede der Batteriezellen 16 der verschiedenen Zellenstapel 12 verwendet wird.
Im Folgenden wird eine Beschreibung für die isolierende Abschirmung 20 bereitgestellt, die auch für die identisch konfigurierte isolierende Abschirmung 120 gelten soll. Bezugnehmend auf 2 dargestellt, kann die isolierende Abschirmung 20 aus einem Gehäuse 29 aufgebaut sein, z. B. einem allgemein gewellten Gehäuse 29, wie nachstehend beschrieben, wobei das Gehäuse 29 in einem Paar flacher Endflansche 21 endet, die an den distalen Enden E1 und E2 des Gehäuses 29 angeordnet sind. Die isolierende Abschirmung 20 kann ein dünnes, im Allgemeinen flaches oder planares Stück temperaturbeständigen Materials sein. Zum Beispiel kann die isolierende Abschirmung 20 thermogeformt sein oder kann durch Pressen oder Spritzgießen unter Verwendung eines anwendungsgeeigneten geeigneten thermoplastischen Materials mit einer Länge (L) und einer Breite (W_P ) hergestellt werden. Die isolierende Abschirmung 20 kann eine Dicke aufweisen, die ausreicht, um den Tröpfchen aus geschmolzenem Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen zu widerstehen, die beim Aufbau der Zellenlaschen 17 verwendet werden. Solche Schweißspritzer-Tröpfchen weisen typischerweise eine Größenordnung von ungefähr 0,05-0,1 mm auf und daher kann eine ausreichende Dicke in einigen Ausführungsformen weniger als ungefähr 1 mm betragen, oder weniger als ungefähr 0,5 mm in anderen Ausführungsformen, wobei „ungefähr“ verwendet wird, um diese Ausführungsform innerhalb von ± 10 Prozent zu beschreiben.
Die Endflansche 21 erstrecken sich zusammen mit der Breite (W_P ) und können optional eine oder mehrere Öffnungen 23 definieren. Befestigungselemente (nicht dargestellt) können durch die Öffnungen 23 geführt werden, um die isolierende Abschirmung 20 an der in den 1 und 4 dargestellten äußeren Oberfläche 18 zu fixieren und/oder sicher zu befestigen, wobei eine Unterseite 30 der isolierenden Abschirmung 20 auf der äußeren Oberfläche 18 und einem Abschnitt der Seitenplatten 13 (siehe 1) ruht, wenn sich die isolierende Abschirmung 20 in einer Einbauposition befindet, sodass das Gehäuse 29 der isolierenden Abschirmung 20 senkrecht zu den darin enthaltenen Zellenlaschen 17 ist. Alternativ kann Klebstoffmaterial auf die Unterseite 30 und/oder die äußere Oberfläche 18 aufgebracht werden, um die isolierende Abschirmung 20 mit der äußeren Oberfläche 18 zu verkleben.
Die isolierende Abschirmung 20 kann in ihrer Konstruktion im Allgemeinen gewellt sein und kann daher eine Vielzahl von Rippen oder Querrippen 24 aufweisen, d. h., sich entlang der Breite (W_P ) in einer orthogonalen Richtung in Bezug auf die Länge (L) der isolierenden Abschirmung 20 erstrecken. Die Querrippen 24 verlaufen parallel zueinander und sind durch eine konturierte Oberfläche 26 voneinander getrennt, wobei die Querrippen 24 einen entsprechenden langgestreckten Durchgangsschlitz 25 entlang einer länglichen Spitze 124 der Querrippen 24 definieren. Die Durchgangsschlitze 25 können sich, wie dargestellt, mit jeder der Querrippen 24 zusammen erstrecken. Die entgegengesetzten Oberflächen 26, z. B. allgemein halbkreisförmige oder oval geformte Mulden, wie dargestellt, können konfiguriert werden, um sich an ein Profil des ICB 22 anzupassen, wie es am besten in 3A dargestellt ist.
Die Durchgangsschlitze 25 haben eine entsprechende Schlitzbreite (Ws), die etwas kleiner ist als eine Breite der Zellenlaschen 17 von 1, sodass entlang der länglichen Spitze 124 (3B) zwischen den Querrippen 24 und den Zellenlaschen 17 eine enge Presspassung bereitgestellt wird, wie in den 3A und 4 dargestellt, d. h. die Schlitzbreite (Ws) der Durchgangsschlitze 25 ist so bemessen, dass die Zellenlaschen 17 in der Lage sind, mit etwas Umfangskontakt und resultierender Reibungskraft während des Einführens in die Durchgangsschlitze 25 zu gleiten, und das mit einer Umfangskraft, die von den Querrippen 24 nach einem solchen Einsetzen auf die Zellenlaschen 17 ausgeübt wird. Beispielhafte Dicken der Zellenlaschen 17 betragen in einigen Ausführungsformen ungefähr 0,2 mm-0,4 mm, und daher ist die Schlitzbreite (W_S ) um einen Betrag, der ausreicht, um die offengelegte Presspassung bereitzustellen, kleiner als die Dicke der Zellenlaschen 17.
Bezugnehmend auf 3A kann die Installation der isolierenden Abschirmung 20 durchgeführt werden, indem die Zellenlaschen 17 der einzelnen Batteriezellen 16 mit einem entsprechenden der durch die isolierende Abschirmung 20 definierten Durchgangsschlitze 25 ausgerichtet werden, wobei die Ausrichtung durch die Pfeile A angegeben ist. Die Installation der isolierenden Abschirmung 20 fährt mit dem Einsetzen der Zellenlaschen 17 in einen entsprechenden der Durchgangsschlitze 25 fort, bis die Unterseite 30 der isolierenden Abschirmung 20 die äußere Oberfläche 18 berührt. Die Endflansche 21 werden dann an der äußeren Oberfläche 18 befestigt oder angeklebt, um eine Einbauposition zu erreichen, wie am besten in 4 dargestellt. Die konturierten Oberflächen 26 der isolierenden Abschirmung 20 können in einigen Ausführungsformen so geformt oder konturiert sein, dass diese mit einer Hauptoberfläche 51 der ICB 22 ineinandergreifen. Das nachfolgende Verschweißen der Verbindungselemente 50 mit den Zellenlaschen 17 kann erfolgen, sobald sich das ICB 22, mit einer Sammelschiene und einer Schweißkappenanordnung 56, die an beiden Enden des ICB 22 dargestellt sind, an Ort und Stelle befindet.
Durchschnittliche Fachleute werden erkennen, dass ein Verfahren zum Konstruieren des Zellenstapels 12 von 1 über die vorliegende Offenbarung möglich gemacht wird. Ein solches Verfahren kann das Bereitstellen des Zellenstapels 12, d. h., mit benachbarten Batteriezellen 16, und das anschließende Einsetzen der positiven und negativen Zellenlaschen 17+ und 17- von 4 in die Durchgangsschlitze 25 der isolierenden Abschirmung 20, umfassen. Das Verfahren kann auch das Positionieren einer Hauptfläche der isolierenden Abschirmung 20, z. B. der Unterseite 30, benachbart zu den äußeren Oberflächen 18 der benachbarten Batteriezellen 16 nach dem Einsetzen der positiven und negativen Zellenlaschen 17+ und 17-, umfassen. Die Oberfläche 30 der isolierenden Abschirmung 20 wird dann an dem Zellenstapel 12 befestigt.
Das Verfahren kann das Schweißen oder das anderweitige Verbinden des leitfähigen Verbindungselements 50 mit den positiven und negativen Zellenlaschen 17+ und 17- auf einer Seite der isolierenden Abschirmung 20, die der Oberfläche 30 gegenüberliegt, beispielsweise unter Verwendung eines Laserschweißprozesses, umfassen. Das Verfahren kann auch ein Verbinden des ICB 22 mit den Batteriezellen 16 umfassen, sodass die isolierende Abschirmung 20 zwischen dem ICB 22 und den äußeren Oberflächen 18 der Batteriezellen 16 angeordnet ist. Das Verbinden des ICB 22 mit den benachbarten Batteriezellen 16 kann das Anordnen einer konturierten Oberfläche des ICB 22 in Eingriff mit einer gewellten Oberfläche der isolierenden Abschirmung 20 umfassen, wie vorstehend erwähnt.
Die vorhergehenden Montageschritte können vor der Installation der ICB 22 abgeschlossen werden. Eine solche Fertigungssequenz hat den Vorteil der Isolierung und Positionierung der Zellenlaschen 17, was wiederum dazu beiträgt, sicherzustellen, dass sich benachbarte Zellenlaschen 17 vor dem Beginn des Schweißprozesses nicht berühren. Die Zellenlaschen 17 sind ebenfalls von dem Material der isolierenden Abschirmung 20 umgeben und daher einwandfrei ausgerichtet sowie strukturell gehalten oder abgestützt. Alternativ kann die isolierende Abschirmung 20 mit ICB 22 verbunden werden, bevor ICB 22 installiert wird. Ein solcher Ansatz kann die Herstellung erleichtern, insbesondere, wenn die isolierende Abschirmung 20 zusammen mit ICB 22 geformt oder integral mit dieser geformt werden könnte.
Wie in 4 dargestellt, werden, sobald sich die isolierende Abschirmung 20 in der installierten Position befindet, eine Reihe von positiven Zellenlaschen (17+) und negativen Zellenlaschen (17-) von angrenzenden Batteriezellen 16 ausgerichtet und strukturell innerhalb der Durchgangsschlitze 25 abgestützt. Das heißt, wie vorstehend erwähnt, sind die Durchgangsschlitze 25 so konfiguriert, dass diese eine Presspassung mit den Zellenlaschen 17+ und 17- bereitstellen und somit die Zellenlaschen 17+ und 17- orthogonal in Bezug auf die äußere Oberfläche 18 ausrichten. Danach können die Verbindungselemente 50 auf den Zellenlaschen 17 installiert werden, beispielsweise unter Verwendung eines Laserschweißprozesses.
3B zeigt die relative Positionierung der Verbindungselemente 50 in Bezug auf die Zellenlaschen 17 gemäß einer möglichen Konfiguration, die zur Vereinfachung mit einer exemplarischen negativen Zellenlasche 17- dargestellt ist. Die in den 1, 3A und 5 dargestellten Zellenlaschen 17 umfassen positive Zellenlaschen 17+, d. h., Kathodenlaschen, die optional aus Aluminium hergestellt sind, und negative Zellenlaschen 17-, d. h., Anodenlaschen, die optional aus Kupfer hergestellt sind. Während Kupfer und Aluminium exemplarische Materialien sind, die innerhalb des Umfangs der Offenbarung verwendbar sind, können andere leitfähige Materialien verwendet werden und/oder ein einzelnes Material kann verwendet werden, um leitfähige Verbindungen innerhalb des Batterieabschnitts 10 zu bilden.
In einer möglichen Ausführungsform kann das Verbindungselement 50 als ein langgestrecktes Element ausgeführt sein, das aus parallelen U-förmigen Wandabschnitten 50A und 50B aufgebaut ist, wobei die U-förmigen Wandabschnitte 50A und 50B miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet sind, um dadurch das Verbindungselement 50 aufzubauen. Die U-förmigen Wandabschnitte 50A können aus den gleichen Materialien wie die positiven Elektroden 17+ aufgebaut sein. In ähnlicher Weise können die U-förmigen Wandabschnitte 50B aus demselben Material wie die negativen Elektroden 17- aufgebaut sein.
Wie in 5 dargestellt, die eine Ansicht durch die Schnittlinie 5-5 in 3B ist, können die U-förmigen Wandabschnitte 50A und 50B des Verbindungselements 50 durch einen Boden 52 getrennt sein, wobei der Boden 52 und die benachbarten U-förmigen Wandabschnitte 50A und 50B zusammen einen allgemein U-förmigen Querschnitt bilden. Die U-förmigen Wandabschnitte 50A und 50B können sich jeweils um die distalen Ränder 40A und 40B der jeweiligen positiven und negativen Zellenlaschen 17+ und 17- biegen und sich zur äußeren Oberfläche 18 hin erstrecken, wodurch enge U-förmige Kanäle 54A und 54B gebildet werden, worin die jeweiligen positiven und negativen Zellenlaschen 17+ und 17- angeordnet sind. Andere leitende Verbindungselemente 50 können innerhalb des Umfangs der Offenbarung betrachtet werden, und daher ist die besondere Konfiguration der 3A und 5 beispielhaft und nicht einschränkend.
Die isolierende, vorstehend unter Bezugnahme auf die 1-5 beschriebene Abschirmung 20 soll die Bildung der einzelnen Zellenstapel 12 von 1, und schließlich des Batterieabschnitts 10, unter Verwendung eines Laserschweißprozesses oder eines anderen Prozesses, bei dem umherfliegende Schweißspritzer als Produkt des Schweißprozesses anfallen, erleichtern. Die isolierende Abschirmung 20 hilft dabei, die elektrische Isolierung der freiliegenden positiven und negativen Zellenlaschen 17 der 3A vor dem Durchführen des Schweißvorgangs zu gewährleisten und gleichzeitig eine temperaturbeständige physikalische Barriere für Schweißspritzer zu bilden. Diese und andere begleitende Vorteile können von einem durchschnittlichen Fachmann im Hinblick auf die Offenbarung realisiert werden.
Während ein paar der besten Ausführungsformen und anderen Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus umfassen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Teilkombinationen der beschriebenen Elemente und Merkmale. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, wobei der Geltungsbereich der vorliegenden Lehren ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims

Zellenstapel, umfassend: Benachbarte erste und zweite Batteriezellen, die jeweils eine positive Zellenlasche, eine negative Zellenlasche und eine äußere Oberfläche aufweisen, wobei die äußere Oberfläche der ersten Batteriezelle mit der äußeren Oberfläche der zweiten Batteriezelle bündig ist, die positive Zellenlasche der ersten Batteriezelle orthogonal von der äußeren Oberfläche der ersten Batteriezelle hervorragt und die negative Zellenlasche der zweiten Batteriezelle orthogonal von der äußeren Oberfläche der zweiten Batteriezelle hervorragt, und eine isolierende Abschirmung mit einem Gehäuse, das in Bezug auf die Laschen der positiven und negativen Zellenlaschen in einer senkrechten Richtung angeordnet und benachbart zu den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen positioniert ist, wobei die isolierende Abschirmung ein Paar von Durchgangsschlitzen definiert, die jeweils eine der positiven und negativen Zellenlaschen aufnehmen; wobei die isolierende Abschirmung so konfiguriert ist, dass diese positiven und negativen Zellenlaschen vor einem Schweißprozess ausrichtet und strukturell abstützt und eine physikalische Barriere gegen das Eindringen von Schweißspritzern in die erste und zweite Batteriezelle während des Schweißprozesses bildet.
Zellenstapel nach Anspruch 1, ferner umfassend ein leitfähiges Verbindungselement, das mit den positiven und negativen Zellenlaschen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen leitfähig verschweißt ist.
Zellenstapel nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Verbindungsplatine (ICB), die zwischen der isolierenden Abschirmung und den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen angeordnet ist.
Zellenstapel nach Anspruch 3, wobei eine Hauptfläche des ICB konturiert ist, um mit einer Hauptfläche der isolierenden Abschirmung ineinanderzugreifen.
Zellenstapel nach Anspruch 1, wobei die isolierende Abschirmung erste und zweite Querrippen definiert, die jeweils eine längliche Spitze aufweisen, die jeweils einen ersten und einen zweiten der Durchgangsschlitze definiert.
Zellenstapel nach Anspruch 5, wobei eine Presspassung zwischen dem ersten und zweiten Durchgangsschlitz und den jeweiligen positiven und negativen Zellenlaschen entlang der länglichen Spitze vorgesehen ist.
Zellenstapel nach Anspruch 1, wobei die isolierende Abschirmung aus warmgeformtem, spritzgegossenem oder formgepresstem Kunststoff hergestellt ist.
Zellenstapel nach Anspruch 7, wobei die isolierende Abschirmung eine Dicke von weniger als 1 mm hat.
Zellenstapel nach Anspruch 1, wobei die isolierende Abschirmung ein Paar flache Endflansche mit einer Unterseite aufweist, die auf den äußeren Oberflächen der benachbarten ersten und zweiten Batteriezellen aufliegt.