DE102019205051A1 - Method for contacting a battery cell and battery contact arrangement designed as a round cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren mindestens einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle (10) mit einer Kontakteinheit (12), welche zumindest einen ersten elektrischen Kontakt (18, 20) aufweist, wobei die Batteriezelle (10) eine erste Seite (10a) aufweist, an welcher zumindest ein erster Zellkontakt (14, 16) angeordnet ist, wobei beim Kontaktieren der zumindest einen Batteriezelle (10) der erste Zellkontakt (14, 16) der Batteriezelle (10) mit dem ersten Kontakt (18, 20) der Kontakteinheit (12) elektrisch leitend verbunden wird. Dabei wird vor dem elektrisch leitenden Verbinden die mindestens eine Batteriezelle (10) derart relativ zu der Kontakteinheit (12) positioniert, dass sich die mindestens eine Batteriezelle (10) bezüglich einer Richtung der Schwerkraft (G) oberhalb der Kontakteinheit (12) befindet und die erste Seite (10a) der mindestens einen Batteriezelle (10) der Kontakteinheit (12) zugewandt ist. The invention relates to a method for contacting at least one battery cell (10) designed as a round cell with a contact unit (12) which has at least one first electrical contact (18, 20), the battery cell (10) having a first side (10a), on which at least one first cell contact (14, 16) is arranged, wherein when the at least one battery cell (10) is contacted, the first cell contact (14, 16) of the battery cell (10) with the first contact (18, 20) of the contact unit (12 ) is electrically connected. Before the electrically conductive connection, the at least one battery cell (10) is positioned relative to the contact unit (12) in such a way that the at least one battery cell (10) is above the contact unit (12) with respect to a direction of gravity (G) and the the first side (10a) of the at least one battery cell (10) facing the contact unit (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren mindestens einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle mit einer Kontakteinheit, welche zumindest einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, wobei die Batteriezelle eine erste Seite aufweist, an welcher zumindest ein erster Zellkontakt angeordnet ist, und wobei beim Kontaktieren der zumindest einen Batteriezelle der erste Zellkontakt der Batteriezelle mit dem ersten Kontakt der Kontakteinheit elektrisch leitend verbunden wird. Zur Erfindung gehört auch eine Batterie-Kontaktanordnung mit mindestens einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle und einer Kontakteinheit.The invention relates to a method for contacting at least one battery cell designed as a round cell with a contact unit which has at least one first electrical contact, the battery cell having a first side on which at least one first cell contact is arranged, and when contacting the at least one battery cell the first cell contact of the battery cell is electrically conductively connected to the first contact of the contact unit. The invention also includes a battery contact arrangement with at least one battery cell designed as a round cell and a contact unit.
Als Rundzellen ausgebildete Batteriezellen, zum Beispiel für Hochvoltbatterien von Kraftfahrzeugen, weisen üblicherweise eine zylinderförmige Geometrie auf, wobei üblicherweise an einer oder beiden Stirnseiten dieser zylinderförmigen Geometrie die Zellpole angeordnet sind. Um höhere Spannungen und/oder Kapazitäten zu erreichen, können solche Batteriezellen durch entsprechende Serien- und/oder Parallelschaltungen miteinander verschaltet werden. Zu diesem Zweck werden üblicherweise mehrere solcher Batteriezellen zueinander in Reihen und/oder Spalten mit ihren jeweiligen Mantelflächen einander zugewandt angeordnet und dann stirnseitig elektrisch leitend miteinander kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt üblicherweise über den jeweiligen Batteriezellen zugeordnete Kontakteinheiten, die beispielsweise auf gemeinsamen Trägerelementen oder einer Trägerplatte oder Ähnlichem angeordnet sein können. Die jeweiligen auf einem solchen gemeinsamen Träger angeordneten Kontakteinheiten können wiederum untereinander in geeigneter Weise elektrisch leitend verbunden sein, um die entsprechend gewünschte Serien- und/oder Parallelschaltung der jeweiligen Batteriezellen zu realisieren.Battery cells designed as round cells, for example for high-voltage batteries in motor vehicles, usually have a cylindrical geometry, the cell poles usually being arranged on one or both end faces of this cylindrical geometry. In order to achieve higher voltages and / or capacities, such battery cells can be interconnected by appropriate series and / or parallel connections. For this purpose, a plurality of such battery cells are usually arranged in rows and / or columns with their respective jacket surfaces facing one another and then electrically conductively contacted with one another at the end. This contact is usually made via contact units assigned to the respective battery cells, which can be arranged, for example, on common carrier elements or a carrier plate or the like. The respective contact units arranged on such a common carrier can in turn be electrically conductively connected to one another in a suitable manner in order to implement the correspondingly desired series and / or parallel connection of the respective battery cells.
Allerdings weisen Rundzellen fertigungsbedingt Toleranzen in ihren Abmessungen auf, insbesondere auch in Bezug auf die Länge ihres zylindrischen Körpers. Entsprechend können die stirnseitig angeordneten Zellkontakte mehr oder weniger große Abstände zu ihren zugeordneten Kontakten der Kontakteinheit aufweisen, was das Verbinden bzw. Fügen der Batteriezellkontakte an ihre jeweiligen Kontakteinheiten erschwert. Entsprechend müssen also diese toleranzbedingten Längenunterschiede ausgeglichen werden. Dazu sind üblicherweise sehr aufwändige Ausgleichmechanismen erforderlich, da die Längenunterschiede von Batteriezelle zu Batteriezelle unterschiedlich sein können und somit eine individuelle Anpassung für jede der Batteriezellen bereitgestellt werden muss. Dies macht die Fertigung von Batteriemodulen mit Rundzellen besonders aufwändig und teuer.However, due to the manufacturing process, round cells have tolerances in their dimensions, in particular with regard to the length of their cylindrical body. Correspondingly, the cell contacts arranged on the end face can have more or less great distances from their associated contacts of the contact unit, which makes it more difficult to connect or join the battery cell contacts to their respective contact units. Accordingly, these tolerance-related differences in length must be compensated for. This usually requires very complex compensation mechanisms, since the differences in length from battery cell to battery cell can be different and an individual adaptation must therefore be provided for each of the battery cells. This makes the production of battery modules with round cells particularly complex and expensive.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Kontaktieren mindestens einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle mit einer Kontakteinheit, sowie eine Batterie-Kontaktanordnung bereitzustellen, die eine möglichst effiziente und einfache Kontaktierung einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle mit der Kontakteinheit ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a method for contacting at least one battery cell designed as a round cell with a contact unit, as well as a battery contact arrangement which enable a battery cell designed as a round cell to contact the contact unit as efficiently and simply as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und durch eine Batterie-Kontaktanordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.This object is achieved by a method and by a battery contact arrangement having the features according to the respective independent claims. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kontaktieren mindestens einer Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle mit einer Kontakteinheit, welche zumindest einen ersten elektrischen Kontakt aufweist, und wobei die Batteriezelle eine erste Seite aufweist, an welcher zumindest ein erster Zellkontakt angeordnet ist, wird beim Kontaktieren der zumindest einen Batteriezelle der erste Zellkontakt der Batteriezelle mit dem ersten Kontakt der Kontakteinheit elektrisch leitend verbunden, insbesondere gefügt. Dabei wird vor dem elektrisch leitenden Verbinden, insbesondere dem Fügen, die mindestens eine Batteriezelle derart relativ zu der Kontakteinheit positioniert, dass sich die mindestens eine Batteriezelle bezüglich einer Richtung der Schwerkraft oberhalb der Kontakteinheit befindet und die erste Seite der mindestens einen Batteriezelle der Kontakteinheit zugewandt ist.In a method according to the invention for contacting at least one round cell formed battery cell with a contact unit which has at least one first electrical contact, and wherein the battery cell has a first side on which at least one first cell contact is arranged, when contacting the at least one battery cell, the first Cell contact of the battery cell electrically conductively connected to the first contact of the contact unit, in particular joined. Before the electrically conductive connection, in particular the joining, the at least one battery cell is positioned relative to the contact unit in such a way that the at least one battery cell is above the contact unit with respect to a direction of gravity and the first side of the at least one battery cell faces the contact unit .
Mit anderen Worten wird die mindestens eine als Rundzelle ausgebildete Batteriezelle sozusagen über Kopf auf der Kontakteinheit positioniert. Schwerkraftbedingt wird die Batteriezelle somit automatisch gegen die Kontakteinheit gedrückt. Somit spielen unterschiedliche Toleranzen in der Länge der Batteriezellen bei der Kontaktierung mehrerer Batteriezellen mit jeweils zugeordneten Kontakteinheiten keine Rolle mehr. Folglich sind auch keine Ausgleichsmechanismen mehr erforderlich, um solche Toleranzunterschiede auszugleichen. Der mindestens eine Zellkontakt der Batteriezelle kann somit auf besonders einfache, effektive und kostengünstige Art und Weise in direkten Kontakt mit dem ersten Kontakt der Kontakteinheit gebracht werden, und dann beispielsweise an diesem angeschweißt werden oder durch ein anderes Fügeverfahren vorzugsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden werden. Statt also eine gemeinsame Kontaktplatte auf aufrecht stehenden Batteriezellen zu positionieren, was bei unterschiedlichen Längen der Batteriezellen zu mehr oder wenig großen Spalten zwischen ihren Stirnseiten und der Kontaktplatte führen würde, können die Batteriezellen einfach gedreht und kopfüber auf einer gemeinsamen Kontaktplatte angeordnet werden, wodurch Längentoleranzen und Längenunterschiede unter den Batteriezellen beim Fügen keine Rolle mehr spielen beziehungsweise durch die Schwerkraft automatisch ausgeglichen werden. Somit sind vorteilhafterweise keine Ausgleichselemente oder Ausgleichsmechanismen erforderlich. Damit kann die Kontaktierung der mindestens einen Batteriezelle mit der zugeordneten Kontakteinheit auf besonders einfache, effiziente, zeitsparende und somit effektive Art und Weise erfolgen.In other words, the at least one battery cell designed as a round cell is positioned upside down on the contact unit, so to speak. Due to the force of gravity, the battery cell is therefore automatic pressed against the contact unit. Thus, different tolerances in the length of the battery cells no longer play a role when several battery cells are contacted with the respectively assigned contact units. Consequently, compensation mechanisms are no longer required to compensate for such tolerance differences. The at least one cell contact of the battery cell can thus be brought into direct contact with the first contact of the contact unit in a particularly simple, effective and inexpensive manner, and then, for example, welded to it or connected to it by another joining method, preferably materially. So instead of positioning a common contact plate on upright battery cells, which would lead to more or less large gaps between their end faces and the contact plate with different lengths of the battery cells, the battery cells can simply be rotated and arranged upside down on a common contact plate, which results in length tolerances and Differences in length between the battery cells no longer play a role during joining or are automatically compensated for by gravity. Thus, advantageously, no compensation elements or compensation mechanisms are required. In this way, the at least one battery cell can be contacted with the associated contact unit in a particularly simple, efficient, time-saving and thus effective manner.
Unter dem elektrisch leitenden Verbinden soll im Rahmen der Erfindung dabei vorzugsweise eine Fügeverbindung verstanden werden, als zum Beispiel ein dauerhaftes oder stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere mittels eines geeigneten Fügeverfahrens, zum Beispiel Schweißen. Besonders geeignet ist hierzu Stahl-Schweißen, insbesondere mittels eines Lasers. Unter dem elektrisch leitenden Verbinden soll als nicht lediglich das Berühren des zumindest einen ersten Zellkontakts und des ersten Kontakts der Kontakteinheit verstanden werden. Auch im Folgenden soll unter einem elektrisch leitenden Verbinden vorzugsweise ein Fügen, insbesondere ein stoffschlüssiges Verbinden, verstanden werden und nicht lediglich ein berührendes miteinander In-Kontakt-Stehen.In the context of the invention, the electrically conductive connection is preferably to be understood as a joint connection, for example as a permanent or material connection, in particular by means of a suitable joining method, for example welding. Steel welding is particularly suitable for this, in particular by means of a laser. The electrically conductive connection should not be understood as merely touching the at least one first cell contact and the first contact of the contact unit. Also in the following, an electrically conductive connection should preferably be understood to mean a joining, in particular a material connection, and not just a touching contact with one another.
Die als Rundzelle ausgebildete mindestens eine Batteriezelle kann dabei wie eingangs beschrieben hinsichtlich ihrer Geometrie, das heißt also zylinderförmig, ausgebildet sein. Der mindestens eine Zellkontakt kann dann entsprechend ein Pluspol oder ein Minuspol der Batteriezelle darstellen. Ein solcher Zellkontakt ist dabei an einer Stirnseite der zylinderförmig ausgebildeten Rundzelle angeordnet, wobei eine solche Stirnseite von der Mantelfläche der Batteriezelle verschieden ist. Mit anderen Worten weist die mindestens einen Batteriezelle zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten auf, die durch die zylindrische Mantelfläche der mindestens einen Batteriezelle miteinander verbunden sind. Die Stirnseiten selbst müssen dabei nicht notwendigerweise eben ausgebildet sein. Bevorzugt sind dabei beide Zellkontakte, das heißt also ein positiver Zellkontakt und ein negativer Zellkontakt, auf der gleichen Seite der Batteriezelle angeordnet, das heißt also auf der gleichen Stirnseite. Eine der beiden Zellkontakte kann zum Beispiel in einem zentralen Bereich der Stirnseite angeordnet sein und der andere der beiden Zellkontakte in einem Randbereich der Stirnseite. Entsprechend kann die der Batteriezelle zugeordnete Kontakteinheit zusätzlich zum genannten ersten Kontakt auch einen zweiten Kontakt zum Kontaktieren des korrespondierenden zweiten Zellkontakts aufweisen. Dass beide Zellkontakte auf der gleichen Seite der Batteriezelle angeordnet sind, hat dabei den großen Vorteil, dass eine Verschaltung der jeweiligen Batteriezellen untereinander über zugeordnete Kontakteinheiten auf einer Seite der Batteriezellen-Anordnung mit mehreren solchen Batteriezellen erfolgen kann, und zum Beispiel keine zwei Kontaktlatten, eine oberseitige und eine unterseitige Kontaktplatte, verwendet werden müssen. Dadurch vereinfacht sich die Montage. Zusätzlich hat dies jedoch den besonders großen Vorteil, dass der Längentoleranzausgleich unter den Batteriezellen durch Ausnutzung der Schwerkraft beim Über-Kopf-Fügen für die Kontaktierung sowohl des ersten als auch des zweiten Zellkontakts der mindestens einen Batteriezelle gleichzeitig genutzt werden kann.The at least one battery cell designed as a round cell can be designed as described above with regard to its geometry, that is to say cylindrical. The at least one cell contact can then correspondingly represent a positive pole or a negative pole of the battery cell. Such a cell contact is arranged on an end face of the cylindrical round cell, such an end face being different from the lateral surface of the battery cell. In other words, the at least one battery cell has two opposite end faces which are connected to one another by the cylindrical outer surface of the at least one battery cell. The end faces themselves do not necessarily have to be flat. Both cell contacts, that is to say a positive cell contact and a negative cell contact, are preferably arranged on the same side of the battery cell, that is to say on the same end face. One of the two cell contacts can, for example, be arranged in a central area of the end face and the other of the two cell contacts in an edge area of the end face. Correspondingly, the contact unit assigned to the battery cell can also have a second contact for making contact with the corresponding second cell contact in addition to the first contact mentioned. The fact that both cell contacts are arranged on the same side of the battery cell has the great advantage that the respective battery cells can be connected to one another via assigned contact units on one side of the battery cell arrangement with several such battery cells, and for example not two contact bars, one contact plate on the top and one on the bottom must be used. This simplifies assembly. In addition, however, this has the particularly great advantage that the length tolerance compensation under the battery cells can be used simultaneously by using gravity during overhead joining for contacting both the first and the second cell contact of the at least one battery cell.
Der erste Kontakt der Kontakteinheit, sowie auch der optionale zweite Kontakt der Kontakteinheit, können beispielsweise als korrespondierende Kontaktfahnen bereitgestellt sein. Aufgrund ihrer sehr dünnen Ausbildung sind solche Kontaktfahnen flexibel und können damit weitere Fertigungstoleranzen zwischen den beiden Zellkontakten der Batteriezelle ausgleichen.The first contact of the contact unit, as well as the optional second contact of the contact unit, can for example be provided as corresponding contact lugs. Because of their very thin design, such contact lugs are flexible and can thus compensate for further manufacturing tolerances between the two cell contacts of the battery cell.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Positionieren und vor dem elektrisch leitenden Verbinden die mindestens eine Batteriezelle derart in einer Halteeinrichtung gehalten, dass die mindestens eine Batteriezelle zumindest in Richtung der Schwerkraft relativ zur Halteeinrichtung beweglich ist, sodass der erste Zellkontakt der mindestens einen Batteriezelle zumindest aufgrund der auf die mindestens eine Batteriezelle wirkenden Schwerkraft gegen den erste Kontakt der Kontakteinheit gedrückt wird.In an advantageous embodiment of the invention, after the positioning and before the electrically conductive connection, the at least one battery cell is held in a holding device in such a way that the at least one battery cell is movable at least in the direction of gravity relative to the holding device, so that the first cell contact of the at least one battery cell is pressed against the first contact of the contact unit at least due to the force of gravity acting on the at least one battery cell.
Mittels der Halteeinrichtung ist es vorteilhafterweise möglich, die Batteriezellen in zumindest einer Richtung senkrecht zur Schwerkraft, vorzugsweise in zwei voneinander unabhängige Richtungen senkrecht zur Schwerkraft bezüglich der Kontakteinheit auszurichten, und dadurch insbesondere den ersten Zellkontakt relativ zum ersten Kontakt der Kontakteinheit auszurichten. Durch diese Ausrichtung kann es erreicht werden, dass sich der erste Zellkontakt der Batteriezelle direkt oberhalb des ersten Kontakts der Kontakteinheit befindet. Durch die Schwerkraft wird die Batteriezelle dann automatisch gegen die Kontakteinheit gedrückt und dadurch der erste Zellkontakt gegen den ersten Kontakt der Kontakteinheit. Gleiches gilt in entsprechender Weise auch für den zweiten Zellkontakt der Batteriezelle und den zweiten Kontakt der Kontakteinheit. Die Halteeinrichtung ermöglicht damit vorteilhafterweise eine Beweglichkeit der Batteriezelle in Richtung der Schwerkraft, sodass ein Toleranzausgleich unter Ausnutzung der Schwerkraft bereitgestellt kann.By means of the holding device, it is advantageously possible to align the battery cells in at least one direction perpendicular to gravity, preferably in two mutually independent directions perpendicular to gravity with respect to the contact unit, and thereby in particular the align the first cell contact relative to the first contact of the contact unit. As a result of this alignment, it can be achieved that the first cell contact of the battery cell is located directly above the first contact of the contact unit. The battery cell is then automatically pressed against the contact unit by gravity and the first cell contact is thereby pressed against the first contact of the contact unit. The same applies in a corresponding manner to the second cell contact of the battery cell and the second contact of the contact unit. The holding device thus advantageously enables the battery cell to be moved in the direction of gravity, so that tolerance compensation can be provided using gravity.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Positionieren und vor dem elektrisch leitenden Verbinden der erste Zellkontakt der mindestens einen Batteriezelle zusätzlich zu der auf die mindestens eine Batteriezelle wirkenden Schwerkraft durch ein eine Kraft auf eine zweite Seite der mindestens einen Batteriezelle ausübendes Federelement gegen den ersten Kontakt der Kontakteinheit gedrückt. Die zweite Seite der mindestens einen Batteriezelle stellt dabei die der ersten Seite gegenüberliegende Seite, d.h. ebenfalls eine Stirnseite, dar. Durch ein solches zusätzliches Federelement kann die Anpresskraft des Zellkontakts auf den ersten Kontakt erhöht werden und dadurch bei Bedarf eine noch robustere Verbindung zwischen den beiden Kontakten geschaffen werden, wodurch zum Beispiel ein Verrutschen dieser beiden Kontakte zueinander während des Schweißvorgangs oder anderen Fügevorgangs zusätzlich erschwert wird. Bevorzugt ist es allerdings, kein solches zusätzliches Federelement zu verwenden, da bei üblichen Batteriezellen die durch diese Batteriezellen bereitgestellte Gewichtskraft vollkommend ausreichend ist, um eine zuverlässige Kontaktierung der Zellkontakte mit der Kontakteinheit zu ermöglichen. Durch Verzicht auf eine solche zusätzlichen Spann- und Federelemente kann der Aufwand vorteilhafterweise noch weiter verringert werden.In a further embodiment of the invention, after the positioning and before the electrically conductive connection, the first cell contact of the at least one battery cell is in addition to the force of gravity acting on the at least one battery cell by a spring element exerting a force on a second side of the at least one battery cell against the first Contact of the contact unit pressed. The second side of the at least one battery cell represents the side opposite the first side, i.e. also an end face. Such an additional spring element can increase the pressing force of the cell contact on the first contact and, if necessary, create an even more robust connection between the two contacts, which means, for example, that these two contacts slip with respect to one another during the welding process or other joining process is additionally made more difficult. However, it is preferred not to use such an additional spring element, since in conventional battery cells the weight force provided by these battery cells is completely sufficient to enable reliable contacting of the cell contacts with the contact unit. By dispensing with such additional tensioning and spring elements, the effort can advantageously be reduced even further.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Positionieren der mindestens einen Batteriezelle relativ zur Kontakteinheit die mindestens eine Batteriezelle mittels einer Positioniervorrichtung ausgehend von einer bestimmten Ausgangsorientierung der mindestens einen Batteriezelle, in welcher sich eine der ersten Seite der mindestens einen Batteriezelle gegenüberliegende zweite Seite der mindestens einen Batteriezelle bezüglich der Richtung der Schwerkraft unterhalb der ersten Seite der mindestens einen Batteriezelle befindet, gedreht, insbesondere um 180 Grad. Das Drehen der Batteriezelle, um diese kopfüber relativ zur zugeordneten Kontakteinheit zu positionieren, kann damit vorteilhafterweise automatisiert erfolgen. Dabei kann die Positioniervorrichtung beispielsweise auch mit der oben beschriebenen Halteeinrichtung identisch sein, das heißt nach dem Drehen der Batteriezelle durch die Positioniervorrichtung kann diese dann als Halteeinrichtung zum Halten und richtigen Ausrichten der Batteriezelle senkrecht zur Schwerkraft, wie im Zusammenhang mit der Halteeinrichtung bereits beschrieben, fungieren. Beispielsweise kann die Positioniervorrichtung dazu ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle zu greifen, indem die Positioniervorrichtung beispielsweise dazu ausgelegt ist, eine Haltekraft beziehungsweise Klemmkraft auf die Mantelfläche der Rundzelle auszuüben. Eine solche Haltekraft ist damit senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Rundzelle ausgerichtet, wobei die Längserstreckungsrichtung in Richtung von der zweiten Seite zur ersten Seite der Batteriezelle oder umgekehrt verläuft. Dadurch lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass nach dem Positionieren der Batteriezelle, das heißt nach deren Drehen, insbesondere um 180 Grad, diese Klemmkraft beziehungsweise Haltekraft reduziert wird, sodass nunmehr eine schwerkraftbedingte Ausrichtung der Batteriezelle in Richtung der Schwerkraft möglich ist, das heißt die Batteriezelle sich unter dem Einfluss der Schwerkraft in Richtung der zugeordneten Kontakteinheit bewegen kann. Somit lässt es sich also vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass durch ein und dieselbe Vorrichtung ein Positionieren sowie Ausrichten der Batteriezelle gegenüber der Kontakteinheit auf besonders einfache Weise ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment of the invention, in order to position the at least one battery cell relative to the contact unit, the at least one battery cell is moved by means of a positioning device based on a specific starting orientation of the at least one battery cell in which a second side of the at least one opposite the first side of the at least one battery cell is located a battery cell is located below the first side of the at least one battery cell with respect to the direction of gravity, rotated, in particular by 180 degrees. The rotation of the battery cell in order to position it upside down relative to the assigned contact unit can thus advantageously be automated. The positioning device can, for example, also be identical to the holding device described above, i.e. after the battery cell has been rotated by the positioning device, it can then function as a holding device for holding and correctly aligning the battery cell perpendicular to gravity, as already described in connection with the holding device . For example, the positioning device can be designed to grip the at least one battery cell in that the positioning device is designed, for example, to exert a holding force or clamping force on the outer surface of the round cell. Such a holding force is thus oriented perpendicular to the direction of longitudinal extension of the round cell, the direction of longitudinal extension running in the direction from the second side to the first side of the battery cell or vice versa. This advantageously makes it possible to reduce this clamping force or holding force after the battery cell has been positioned, i.e. after it has been rotated, in particular by 180 degrees, so that the battery cell can now be aligned in the direction of gravity, i.e. the battery cell can move under the influence of gravity in the direction of the associated contact unit. It is thus advantageously possible to use one and the same device to enable the battery cell to be positioned and aligned with respect to the contact unit in a particularly simple manner.
Wie bereits beschrieben, ist es bevorzugt, dass gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an der ersten Seite der mindestens einen Batteriezelle ein zweiter Zellkontakt angeordnet ist, der beim Kontaktieren elektrisch leitend mit einem zweiten elektrischen Kontakt der Kontakteinheit verbunden wird. Dies kann wie oben bereits beschrieben erfolgen. Insbesondere kann die Kontaktierung des zweiten Zellkontakts mit dem zweiten elektrischen Kontakt der Kontakteinheit ganz analog zur Kontaktierung des ersten Zellkontakts mit dem ersten Kontakt der Kontakteinheit erfolgen.As already described, it is preferred that, according to a further advantageous embodiment of the invention, a second cell contact is arranged on the first side of the at least one battery cell, which when contacting is electrically connected to a second electrical contact of the contact unit. This can be done as described above. In particular, the contacting of the second cell contact with the second electrical contact of the contact unit can take place quite analogously to the contacting of the first cell contact with the first contact of the contact unit.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste und zweite elektrische Kontakt der Kontakteinheit auf einem Träger angeordnet sind, insbesondere auf einem gemeinsamen Träger, wobei zumindest einer der beiden elektrischen Kontakte derart flexibel ausgebildet ist, dass sich ein Abstand eines mit dem korrespondierenden Zellkontakt elektrisch leitend zu verbindenden Kontaktendes des flexiblen Kontakts zum Träger bei Kraftbeaufschlagung des Kontaktendes mit einer Kraft in Richtung des Trägers verringert. Mit anderen Worten kann durch eine solche flexible Ausbildung zumindest eines der beiden elektrischen Kontakte der Kontakteinheit ein Toleranzausgleich eines Höhenunterschieds, d.h. in Richtung de Schwerkraft, zwischen den beiden Zellkontakten der zumindest einen Batteriezelle bereitgestellt werden. Auch die beiden Zellkontakte der Batteriezelle können sich in ihrer Höhe, das heißt in Längserstreckungsrichtung der Batteriezelle fertigungsbedingt von Batteriezelle zu Batteriezelle unterscheiden. Um auch hierbei eine geeignete Anpassungsmöglichkeit bereitzustellen, kann auf einfache Weise zumindest eine der beiden elektrischen Kontakte der Kontakteinheit wie oben beschrieben flexibel ausgebildet sein. Auch können beide elektrische Kontakte der Kontakteinheit derart flexibel ausgebildet sein. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte der Kontakteinheit oder zumindest einer der beiden Kontakte durch eine jeweilige Kontaktfahne bereitgestellt sein. Eine solche Kontaktfahne stellt üblicherweise einen sehr dünnen beziehungsweise flachen elektrischen Leiter dar, der zum Beispiel eine Dicke im Bereich von maximal einem Millimeter, vorzugsweise weniger, zum Beispiel 0,5 Millimeter, aufweisen kann. Dadurch ist eine solche Fahne elastisch biegbar und kann somit Fertigungstoleranzen ausgleichen.Furthermore, it is advantageous if the first and second electrical contacts of the contact unit are arranged on a carrier, in particular on a common carrier, with at least one of the two electrical contacts being flexible in such a way that a distance between one and the corresponding cell contact becomes electrically conductive connecting contact end of the flexible contact to the carrier when a force is applied to the contact end with a force in the direction of the carrier. In other words, such a flexible design of at least one of the two electrical contacts of the contact unit allows a tolerance compensation of a height difference, ie in the direction of gravity, between the two cell contacts the at least one battery cell can be provided. The two cell contacts of the battery cell can also differ in their height, that is to say in the longitudinal direction of the battery cell, from battery cell to battery cell due to the manufacturing process. In order to provide a suitable adaptation option in this case as well, at least one of the two electrical contacts of the contact unit can easily be designed to be flexible, as described above. Both electrical contacts of the contact unit can also be designed so flexibly. For example, the electrical contacts of the contact unit or at least one of the two contacts can be provided by a respective contact tab. Such a contact tab usually represents a very thin or flat electrical conductor which, for example, can have a thickness in the range of a maximum of one millimeter, preferably less, for example 0.5 millimeter. As a result, such a flag is elastically bendable and can thus compensate for manufacturing tolerances.
Weiterhin können solche Fahnen beispielsweise eine Länge von drei Millimetern und eine Breite von einem Millimeter aufweisen. Solche Kontaktfahnen stellen also sehr filigrane Strukturen dar, die entsprechend ein hohes Maß an Flexibilität erlauben.Furthermore, such flags can have a length of three millimeters and a width of one millimeter, for example. Such contact lugs therefore represent very filigree structures that accordingly allow a high degree of flexibility.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere als jeweilige Rundzellen ausgebildeten Batteriezellen umfassend die mindestens eine Batteriezelle mit jeweils zugeordneten Kontakteinheiten, die vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, kontaktiert, indem zumindest ein jeweiliger erster Zellkontakt einer jeweiligen Batteriezelle mit einem ersten Kontakt der jeweils zugeordneten Kontakteinheit elektrisch leitend, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden wird, wobei vor einem jeweiligen elektrisch leitenden Verbinden eine jeweilige Batteriezelle derart relativ zu der zugeordneten Kontakteinheit positioniert wird, dass sie die jeweilige Batteriezelle bezüglich der Richtung der Schwerkraft oberhalb der Kontakteinheit befindet und die jeweilige erste Seite der jeweiligen Batteriezelle der zugeordneten Kontakteinheit zugewandt ist.In a further advantageous embodiment of the invention, a plurality of battery cells designed as respective round cells comprising the at least one battery cell with respectively assigned contact units, which are preferably arranged on a common carrier, are contacted by at least one respective first cell contact of a respective battery cell with a first contact of the respective associated contact unit is electrically conductively, preferably cohesively connected, with a respective battery cell being positioned relative to the associated contact unit prior to a respective electrically conductive connection such that the respective battery cell is located above the contact unit with respect to the direction of gravity and the respective first side of the respective battery cell facing the associated contact unit.
Mit anderen Worten können nunmehr mehrere Batteriezelle ganz analog wie zur mindestens einen Batteriezelle beschrieben mit jeweils zugeordneten Kontakten einer zugeordneten Kontakteinheit elektrisch leitend verbunden werden, wobei die jeweils zugeordneten Kontakteinheiten durch einen gemeinsamen Träger bereitgestellt sind beziehungsweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Gerade im Zusammenhang mit der Kontaktierung mehrerer solcher als Rundzellen ausgebildeter Batteriezellen mit korrespondierenden Kontakteinheiten zeigt sich die Effizienz des Verfahrens, denn gerade dann können auch fertigungsbedingte Toleranzen unter den Batteriezellen hinsichtlich ihrer Längen durch die beschriebene Kopfüberpositionierung auf einfache Weise unter Ausnutzung der Schwerkraft ausgeglichen werden. Unter dem Einfluss der Schwerkraft werden also die jeweiligen Batteriezellen automatisch korrekt bezüglich ihrer zugeordneten Kontakteinheiten ausgerichtet, nämlich so, dass ihre jeweiligen Zellkontakte gegen die korrespondierenden Kontakte ihrer zugeordneten Kontakteinheit gedrückt werden, vorzugsweise ausschließlich basierend auf ihrer jeweiligen Gewichtskraft.In other words, a plurality of battery cells can now be electrically conductively connected to the respectively assigned contacts of an assigned contact unit in a manner analogous to that described for at least one battery cell, the respectively assigned contact units being provided by a common carrier or being arranged on a common carrier. The efficiency of the method becomes apparent precisely in connection with the contacting of several such battery cells designed as round cells with corresponding contact units, because it is precisely then that production-related tolerances among the battery cells with regard to their lengths can be compensated for in a simple manner by using the force of gravity by the above-described positioning. Under the influence of gravity, the respective battery cells are automatically correctly aligned with respect to their assigned contact units, namely such that their respective cell contacts are pressed against the corresponding contacts of their assigned contact unit, preferably based exclusively on their respective weight force.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden weiterhin alle der Batteriezellen zuerst relativ zur zugeordneten Kontakteinheit positioniert, bevor irgendeine der Batteriezellen elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, mit der zugeordneten Kontakteinheit verbunden wird. Mit anderen Worten können zunächst alle der Batteriezellen korrekt bezüglich ihrer zugeordneten Kontakteinheit ausgerichtet und gegen diese gepresst werden, insbesondere wiederum schwerkraftbedingt, und anschließend können die jeweiligen zugeordneten Kontaktelemente miteinander verschweißt werden. Denkbar wäre es jedoch auch, dass jede Batteriezelle zunächst einzeln relativ zu ihrer zugeordneten Kontakteinheit korrekt positioniert und verschweißt wird, dann die nächste Batteriezelle, und so weiter. Die erste Variante hat jedoch den Vorteil, dass die Batteriezellen beispielsweise mit einer gemeinsamen Positionier- und/oder Halteeinrichtung zunächst gleichzeitig korrekt bezüglich ihrer jeweiligen Kontakteinheiten ausgerichtet werden können und anschließend der Verbindungsprozess bzw. Fügeprozess, zum Beispiel der Schweißprozess, stattfinden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, all of the battery cells are first positioned relative to the associated contact unit before any of the battery cells is connected to the associated contact unit in an electrically conductive, in particular materially, bonded manner. In other words, all of the battery cells can first be correctly aligned with respect to their assigned contact unit and pressed against it, in particular again as a result of gravity, and then the respective assigned contact elements can be welded to one another. However, it would also be conceivable that each battery cell is initially correctly positioned and welded individually relative to its assigned contact unit, then the next battery cell, and so on. The first variant, however, has the advantage that the battery cells can initially be correctly aligned with respect to their respective contact units at the same time, for example with a common positioning and / or holding device, and the connection process or joining process, for example the welding process, can then take place.
Entsprechend stellt es eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn alle der Batteriezellen vor dem Kontaktieren vor dem Kontaktieren gleichzeitig relativ zur zugeordneten Kontakteinheit positioniert werden. Da dies, wie bereits beschrieben, durch eine gemeinsame Vorrichtung, wie zum Beispiel die oben beschriebene Positioniervorrichtung und/oder die oben genannte Halteeinrichtung, erfolgen kann, lässt sich dieses Positionierverfahren besonders effizient und zeitsparend ausgestalten. Beispielsweise können zunächst alle der Batteriezellen in eine solche Positionier- und Halteeinrichtung eingesetzt werden und/oder von dieser gegriffen werden oder Ähnliches, insbesondere entsprechend fixiert werden, dann wird diese Gesamtanordnung der einzelnen Batteriezellen insgesamt um 180 Grad oder um einen anderen Winkel, je nach Ausgangsorientierung der Batteriezellenanordnung, gedreht und auf den Träger mit den jeweiligen Kontakteinheiten aufgesetzt und die Fixierung gelöst, sodass nunmehr die einzelnen Batteriezellen in Richtung der Schwerkraft allein basierend auf ihrer jeweiligen Gewichtskraft korrekt zu ihren zugeordneten Kontakteinheiten ausgerichtet werden können. Weiterhin kann auch eine korrekte Ausrichtung senkrecht zur Schwerkraft durch die Halteeinrichtung erfolgen. Anschließend werden die jeweiligen Zellkontakte mit den zugeordneten Kontakten ihrer zugeordneten Kontakteinheit verschweißt. Somit können die Rundzellen durch Ausnutzung der Schwerkraft ohne zusätzliche Spanntechnik auf besonders einfache und effiziente Weise auf die Kontaktanschlüsse gedrückt werden und ebenfalls über Kopf per Laser-Remote-Schweißen angebunden werden. Durch dieses Verfahren und diese dadurch bereitgestellte Aufbauanordnung kann damit vorteilhafterweise auf jegliche Art von Spannmimik verzichtet werden, um einen Toleranzausgleich der Längentoleranz unter den Batteriezellen bereitzustellen.Accordingly, it represents a further particularly advantageous embodiment of the invention if all of the battery cells are positioned simultaneously relative to the assigned contact unit before contacting before contacting. Since this, as already described, can be done by a common device, such as the positioning device described above and / or the holding device mentioned above, this positioning method can be designed to be particularly efficient and time-saving. For example, all of the battery cells can first be inserted into such a positioning and holding device and / or gripped by it or the like, in particular fixed accordingly, then this overall arrangement of the individual battery cells is a total of 180 degrees or another angle, depending on the initial orientation the battery cell arrangement, rotated and placed on the carrier with the respective contact units and the fixation released so that now the individual battery cells in the direction of gravity based solely on their respective weight force correctly to their assigned contact units can be aligned. Furthermore, correct alignment perpendicular to gravity can also take place by the holding device. The respective cell contacts are then welded to the assigned contacts of their assigned contact unit. In this way, the round cells can be pressed onto the contact connections in a particularly simple and efficient manner by using gravity without additional clamping technology and can also be connected overhead using laser remote welding. With this method and this structure arrangement provided thereby, it is advantageously possible to dispense with any type of tensioning mimic in order to provide a tolerance compensation of the length tolerance among the battery cells.
Denkbar wäre im Zusammenhang mit diesen mehreren Batteriezellen aber auch eine Unterstützung durch beispielsweise Federkraft, wie durch das oben beschriebene Federelement bereitgestellt. Eine solche zusätzlich durch ein solches Federelement bereitgestellte Anpresskraft lässt sich besonders einfach realisieren, da das betreffende Federelement außerhalb des Fügebereichs liegend umsetzbar ist. Dieses kann nämlich an der zweiten Seite der jeweiligen Batteriezellen angreifen.In connection with these multiple battery cells, support would also be conceivable, for example, by spring force, as provided by the spring element described above. Such a pressing force, which is additionally provided by such a spring element, can be implemented in a particularly simple manner, since the relevant spring element can be implemented lying outside the joining area. This can namely attack the second side of the respective battery cells.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie-Kontaktanordnung mit mindestens einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle und einer Kontakteinheit, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eine seiner Ausgestaltungen miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Mit anderen Worten soll auch eine mittels des erfindungsgemäßen Kontaktierungsverfahrens oder einer seiner Ausgestaltungen bereitgestellte Batterie-Kontaktanordnung als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Furthermore, the invention also relates to a battery contact arrangement with at least one battery cell in the form of a round cell and a contact unit, which are electrically conductively connected to one another by means of a method according to the invention or one of its configurations. In other words, a battery contact arrangement provided by means of the contacting method according to the invention or one of its configurations should also be regarded as belonging to the invention.
Entsprechend soll auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie-Kontaktanordnung als zur Erfindung gehörend angesehen werden.Accordingly, a motor vehicle with such a battery contact arrangement should also be regarded as belonging to the invention.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der Batterie-Kontaktanordnung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der Batterie-Kontaktanordnung hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the battery contact arrangement which have features as they have already been described in connection with the further developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the battery contact arrangement are not described again here.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer als Rundzelle ausgebildeten Batteriezelle in ihrer Ausgangsposition sowie eine Kontakteinheit, mit welcher die Batteriezelle mittels eines Kontaktierungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung elektrisch leitend verbunden wird; -
2 eine schematische Darstellung der Batteriezelle und der Kontakteinheit aus1 , wobei nunmehr die Batteriezelle kopfüber bezüglich der Kontakteinheit ausgerichtet wurde, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
3 eine schematische Darstellung der Batteriezelle und der Kontakteinheit aus1 , wobei die Batteriezelle kopfüber bezüglich der Kontakteinheit positioniert wurde und zusätzlich mittels eines Federelements in Richtung der Kontakteinheit gedrückt wird, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 a schematic representation of a battery cell designed as a round cell in its starting position and a contact unit to which the battery cell is electrically conductively connected by means of a contacting method according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of the battery cell and the contact unit1 , the battery cell has now been aligned upside down with respect to the contact unit, according to an embodiment of the invention; and -
3 a schematic representation of the battery cell and the contact unit1 , wherein the battery cell was positioned upside down with respect to the contact unit and is additionally pressed in the direction of the contact unit by means of a spring element, according to a further exemplary embodiment of the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Um mehrere solcher Batteriezellen
Die jeweiligen den einzelnen Batteriezellen
In diesen Beispielen wird nun ein Kontaktierungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung exemplarisch anhand lediglich einer einzelnen Batteriezelle
Sollen mehrere solcher Batteriezellen
Die Positionier- und Halteeinrichtung
Weiterhin sind die Kontakte
Um die Batteriezelle
Die jeweiligen Batteriezellen
Bei einer weiteren, leicht modifizierten Variante, die in
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Anordnung zum Fügen von Rundzell-Modulen an Kontaktierungen im Zuge eines korrespondierenden Fertigungsverfahrens für Batteriemodule bereitgestellt werden kann, gemäß welcher der Aufbau und das Verbinden der Zellen mit den Kontaktbahnen upsidedown, das heißt über Kopf erfolgt, sodass die Rundzellen durch Ausnutzung der Schwerkraft ohne zusätzliche Spanntechnik auf die Kontaktanschlüsse gedrückt werden können und ebenfalls über Kopf per Laser-Remote-Schweißen angebunden werden können. Durch diese Aufbauanordnung können aufwändige Ausgleichsmechanismen für den Toleranzausgleich vermieden werden und das Kontaktierungsverfahren lässt sich damit deutlich kostengünstiger, einfacher und zeitsparender und gestalten.Overall, the examples show how the invention can provide an arrangement for joining round cell modules to contacts in the course of a corresponding manufacturing process for battery modules, according to which the construction and connection of the cells with the contact tracks takes place upsidedown, i.e. overhead, so that the round cells can be pressed onto the contact connections by using gravity without additional clamping technology and also overhead using laser remote welding can be connected. With this structural arrangement, complex compensation mechanisms for tolerance compensation can be avoided and the contacting method can thus be designed and made significantly more cost-effective, simpler and more time-saving.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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2019
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