DE102021122034A1

DE102021122034A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrischen kontaktieren einer batteriezelle, zellmodul und batterie

Info

Publication number: DE102021122034A1
Application number: DE102021122034.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Weixler; Arnold Lamm
Original assignee: KE TEC GmbH; KE-TEC GmbH
Current assignee: KE TEC GmbH; KE-TEC GmbH
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-03-02
Also published as: WO2023025580A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle (10) mit einem metallischen Verbindungselement (30), welche ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher (12) mit einer Längsachse (15) aufweist, wobei der Gehäusebecher (12) auf einem Außenmantel (20) eine um die Längsachse (15) wenigstens bereichsweise umlaufende Nut (22) aufweist, gekennzeichnet durch
- Bereitstellen des Verbindungselements (30) mit wenigstens einer ersten Öffnung (36, 82), welche an einen Querschnitt und/oder Durchmesser des Gehäusebechers (12), insbesondere an der Nut (22), angepasst ist;
- Zusammenführen von Nut (22) und erster Öffnung (36, 82); und
- kraft- und/oder formschlüssiges Fixieren des Gehäusebechers (12), insbesondere an der Nut (22), in der ersten Öffnung (36, 82) des Verbindungselements (30).
Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung (50) zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle (10).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle mit einem elektrischen Verbindungselement, sowie ein Zellmodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und eine Batterie mit wenigstens einem Zellmodul.
Hochvolt-Batterien für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeuge, oder für Stationäranwendungen, wie beispielsweise Stromversorger oder Stromspeicher, bestehen aus vielen elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen.
Innerhalb einer solchen Hochvolt-Batterie sind die Einzelzellen üblicherweise in sogenannten Batteriemodulen zusammengefasst, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Batteriezellen als Zellpaket inklusive der notwendigen Einrichtungen zu deren mechanischen Fixierung, zur elektrischen Kontaktierung und zur Temperierung (Kühlung, Heizung) enthalten. Die Batteriemodule, typischerweise pro Batterie 8 bis 36 Batteriemodule, sind wiederum in einem stabilen Batteriegehäuse untergebracht, welches zusätzlich die notwendigen Einrichtungen zur elektrischen Steuerung und Absicherung der Batterie enthält.
Solche Einrichtungen umfassen etwa Batteriemanagementsystem (BMS), Sicherungen, Schütze zum Zuschalten und Abschalten des elektrischen Stroms, Zellspannungsüberwachungselektronik (cell supervision electronics CSE), Strommesser sowie die Anschlüsse nach außen, wie etwa Stromzuleitung und Stromableitung, Kühlmittelzuführung und Kühlmittelabführung, Anschluss Batteriesteuerung und dergleichen.
Der Einsatz von Li-lonen-Rundzellen der Bauformen mit der gängigen Bezeichnung 18650 und 21700 (entsprechend Rundzellen mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Länge von 65 mm, bzw. mit einem Durchmesser von 21 mm und einer Länge von 70 mm) erfolgt heute vielfältig in Konsumeranwendungen, Industrieanwendungen und automotiven Batterieapplikationen. Eine weitere Bauform mit der gängigen Bezeichnung 4680 mit einem Durchmesser von 46 mm und einer Länge von 80 mm steht kurz vor dem Serieneinsatz in Hochvolt-Batterien.
Die Kapazitäten bzw. Nennkapazitäten üblicher Zellen des Formats 21700 liegen bei etwa 5 Ah/18,2 Wh. Zur Darstellung einer Hochvolt-Traktionsbatterie mit einem Energieinhalt von ca. 50 kWh und einer Obergrenze der Spannung von 460 V werden 2754 Zellen verschaltet. Beispielsweise werden dabei 27 Zellen elektrisch parallel verschaltet zu einem Zellpaket und 102 dieser Zellpakete elektrisch seriell verschaltet als sogenannte (27p/102s)-Verschaltung. Eine 100 kWh-Batterie mit gleichen Zellen weist dann eine entsprechende Parallel/Seriell-Verschaltung in Form einer (54p/102s)-Verschaltung auf. Dabei stellt die üblicherweise angewendete Kontaktierung in der entsprechenden Verschaltung mit Kontaktierungsschienen und Bonden zum Herstellen elektrischer Verbindungen eine aus Sicht der Konstruktion und Fertigung hohen Aufwand dar. Insbesondere das Bonden, beispielsweise an einer Schulter des Gehäusebechers der Batteriezelle, ist wenig prozesssicher.
Zudem muss bei hoher Leistungsübertragung der Stromfluss über mehrere parallele Bonddrähte pro elektrischem Pol erfolgen, was entsprechend kostenintensiv und zeitaufwändig ist und eine Fehlerquelle darstellen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle mit einem elektrischen Verbindungselement anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung für ein solches Verfahren zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Zellmodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen zu schaffen, welche mit einem solchen Verfahren kontaktiert sind.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Batterie mit wenigstens einem solchen Zellmodul zu schaffen.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle mit einem metallischen Verbindungselement, welche ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher mit einer Längsachse aufweist, wobei der Gehäusebecher auf einem Außenmantel eine um die Längsachse wenigstens bereichsweise umlaufende Nut aufweist.
Erfindungsgemäß wird das Verbindungselement bereitgestellt mit wenigstens einer ersten Öffnung, welche an einen Querschnitt und/oder Durchmesser des Gehäusebechers, insbesondere an der Nut, angepasst ist. Nut und erste Öffnung werden zusammengeführt. Es erfolgt ein kraft- und/oder formschlüssiges Fixieren des Gehäusebechers, insbesondere an der Nut, in der ersten Öffnung des Verbindungselements.
Material des metallischen Verbindungselements an der ersten Öffnung kann nach oder beim Zusammenführen so verformt werden, dass verformtes Material in die Nut der wenigstens einen Batteriezelle fließt, insbesondere diese zumindest bereichsweise ausfüllt. Dies erlaubt eine im Wesentlichen formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement und Gehäusebecher, insbesondere an der Nut.
Alternativ kann ein Befestigen des metallischen Verbindungselements unter Vorspannung in der Nut erfolgen, so dass Material des Verbindungselements die Nut zumindest bereichsweise ausfüllt. Dies erlaubt eine im Wesentlichen kraftschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement und Gehäusebecher, insbesondere an der Nut.
Rundzellen weisen üblicherweise eine Deckelbaugruppe mit Sicherheitselementen auf, die einen elektrischen Pol, beispielsweise den elektrischen Pluspol, bildet, sowie einen zylinderförmigen metallischen Becher als Gehäusebecher, der gleichzeitig den anderen elektrischen Pol, beispielsweise den Minuspol. darstellt. Ein solcher Becher kann beispielsweise aus einem Eisen-Nickel-Werkstoff, Aluminium oder dergleichen bestehen. Das Gehäuse aus Deckelbaugruppe und Gehäusebecher sind üblicherweise über einen isolierenden Dichtring mittels einer Crimpung des Gehäusebechers verbunden.
Diese Crimp-Naht ist als Nut ausgebildet. Vorteilhaft kann diese Crimp-Naht als Nut genutzt werden, welche Material des metallischen Verbindungselements aufnehmen kann.
Das Verbindungselement kann dazu vorteilhaft aus einem duktilen, elektrisch gut leitenden Material wie beispielsweise Kupfer ausgebildet sein. Jedoch können auch andere, elektrisch gut leitende Materialien eingesetzt werden. Ist das Verbindungselement aus einem duktilen Material, kann das Material verformt werden und verformtes Material in der Nut aufgenommen werden. Im Wesentlichen kann hierdurch ein Formschluss gebildet werden.
Ein als Kontaktplatte ausgebildetes Verbindungselement kann vorteilhaft elektrische Leitungen für eine entsprechende Sensorik aufweisen, beispielsweise um eine elektrische Spannung oder Temperaturen zu bestimmen.
Es kann eine kraft- und/oder formschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Gehäusebecher und Verbindungselement durch Ausnutzen der als Nut ausgebildeten Crimp-Naht erreicht werden. Dadurch kann eine sichere elektrische Verbindung über das Verbindungselement auch mit benachbarten Batteriezellen dargestellt werden.
Diese Art der Verbindungstechnik lässt sich mit einer einfachen Vorrichtung als Werkzeug kostengünstig umsetzen.
Das Verbindungselement weist die erste Öffnung auf, mit welcher das Verbindungselement über die Batteriezelle geführt und dann so weit abgesenkt werden kann, bis die Öffnung auf Höhe der Nut des Gehäusebechers der Batteriezelle angeordnet ist.
Dann kann mit einem entsprechenden Werkzeug das Material des Verbindungselements um die Öffnung so verformt werden, dass das Material in die Nut fließt und so eine im Wesentlichen formschlüssige Verbindung des Verbindungselements mit dem Gehäusebecher der Batteriezelle darstellt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass benachbarte Batteriezellen über das Verbindungselement sowohl elektrisch als auch mechanisch verbunden werden können, sodass auf diese Weise eine mechanisch stabile Zellbaugruppe dargestellt werden kann, die beispielsweise auch einzeln transportierbar und montierbar ist. Dies kann günstigerweise mit einem plattenartigen Verbindungselement erfolgen, mit dem zusätzlich mehrere Batteriezellen gleichzeitig kontaktiert werden können. In diesem Fall kann das Verbindungselement eine Kontaktierungsplatte ausbilden, welche direkt mit dem Gehäusebecher der jeweiligen Batteriezellen verbunden ist.
Alternativ kann das Verbindungselement ein geeignet geformtes Drahtelement sein, das in der Nut angeordnet wird und das mit einer Kontaktierungsplatte verbunden ist, welche indirekt, über das Drahtelement, mit der Batteriezelle bzw. einer Mehrzahl von Batteriezellen, verbunden ist.
Das Drahtelement kann beispielsweise in die Nut eingelegt und insbesondere in diese eingepresst werden. Hierfür ist das Drahtelement duktil ausgebildet.
Alternativ kann das Drahtelement aus einem weniger duktilen Material gebildet sein, das als Federelement, insbesondere als Federdraht, ausgebildet ist, das mit mechanischer Vorspannung in die Nut eingeklipst wird und diese im Wesentlichen kraftschlüssig umschließt.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine kostengünstige Kontaktierung von parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen, insbesondere Rundzellen, erreicht werden. Über ein geeignetes Werkzeug lässt sich eine schnelle, prozesssichere Kontaktierung von parallel geschalteten Zellbaugruppen von Batteriezellen erreichen. Die dargestellte Kontaktierung erreicht durch die im Wesentlichen formschlüssige Verbindung von verformtem Material in der Nut oder dort eingeklipstem Material eine hohe Prozesssicherheit. Ebenso lassen sich elektrische Verbindungen mit hoher Stromtragfähigkeit darstellen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann als Verbindungselement eine Kontaktplatte mit wenigstens einer ersten Öffnung verwendet werden und die wenigstens eine erste Öffnung in Richtung der Längsachse axial von der Nut der wenigstens einen Batteriezelle beabstandet und koaxial zu der Nut angeordnet werden. Weiter können das Verbindungselement und der Gehäusebecher mittels einer Relativbewegung zwischen Verbindungselement und Gehäuse zusammengeführt werden, bis die Nut in der ersten Öffnung angeordnet ist. Dabei kann das Material um die erste Öffnung verformt werden und in die Nut fließen.
Die Kontaktplatte weist in diesem Ausführungsbeispiel die erste Öffnung auf, mit welcher die Kontaktplatte über die Batteriezelle geführt und dann so weit abgesenkt werden kann, bis die Öffnung auf Höhe der Nut des Gehäusebechers der Batteriezelle angeordnet ist. Dann kann mit einem entsprechenden Werkzeug das Material der Kontaktplatte um die Öffnung so verformt werden, dass das Material in die Nut fließt und so eine kraft- und/oder formschlüssige, insbesondere formschlüssige, Verbindung der Kontaktplatte mit dem Gehäusebecher der Batteriezelle darstellt. Durch das als Kontaktplatte ausgebildete Verbindungselement lassen sich gleichzeitig eine Mehrzahl von Batteriezellen kontaktieren.
Hierzu ist eine entsprechende Anzahl von ersten Öffnungen in dem als Kontaktplatte ausgebildeten Verbindungselement vorgesehen. Das Herstellen einer elektrischen Verbindung zu der Mehrzahl von Batteriezellen lässt sich mit einem geeigneten Werkzeug in einem Schritt durchführen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Ausführung der Relativbewegung zwischen dem Verbindungselement und dem Gehäusebecher eine Mehrzahl von Batteriezellen in eine Vorrichtung eingesetzt werden, wobei die Vorrichtung ein erstes Vorrichtungsteil aufweist, auf welcher, insbesondere parallel zu der Längsachse der Batteriezellen stehende, Positionierelemente angeordnet sind, zwischen denen die Batteriezellen zum Zusammenführen mit dem Verbindungselement angeordnet werden. Das Verbindungselement kann mit seinen ersten Öffnungen jeweils über den Batteriezellen positioniert und Verbindungselement und Batteriezellen zusammengeführt werden, bis das Verbindungselement auf Lagerflächen der Positionierelemente aufliegt. Die Batteriezellen sind zweckmäßigerweise von Positionierelementen umgeben. Die Vorrichtung kann ein zweites Vorrichtungsteil mit Stempelelementen aufweisen, welches auf das Verbindungselement aufgelegt wird. Beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil kann die Relativbewegung zwischen Verbindungselement und Gehäusebecher erfolgen. Dabei wird das Material des Verbindungselements an den ersten Öffnungen mit den Stempelelementen um die Nut verformt. Insbesondere wird das Material des Verbindungselements durch Pressen der Stempelelemente auf die Lagerflächen der Positionierelemente verformt.
Die Batteriezellen können in dem ersten Vorrichtungsteil gezielt parallel ausgerichtet und stabil positioniert werden, sodass sie sich bei dem weiteren Verbindungsprozess nicht mehr bewegen können.
Das Verbindungselement kann dann, zentriert über Passstifte, so über die Batteriezellen geführt werden, dass es mit den ersten Öffnungen entlang des äußeren Rands des Gehäusebechers geführt werden kann. Die erste Öffnungen des Verbindungselements sind dabei vorzugsweise so im Querschnitt beschaffen, dass beim Zusammenführen des zweiten Vorrichtungsteils mit dem ersten Vorrichtungsteil das Verbindungselement so über den Gehäusebecher abgesenkt werden kann, dass das Verbindungselement auf Höhe der Nut angeordnet und von Lagerflächen der Positionierelemente des ersten Vorrichtungsteils als Gegenlager gehalten wird. Beim Zusammenpressen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil wird dabei das Material des Verbindungselements um die Öffnung mittels Pressen der Stempelelemente auf die Lagerflächen der Positionierelemente so verformt, dass es in die Nut fließt und dabei die stabile im Wesentlichen formschlüssige Verbindung mit dem Gehäusebecher bildet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Positionierelemente sich im Umfang an ihrem freien Ende verjüngen, insbesondere in Passstiften münden und die Enden der Positionierelemente durch korrespondierende zweite Öffnungen in dem Verbindungselement geführt werden, bis das Verbindungselement an den Lagerflächen der Positionierelemente aufliegt. Über Passstifte kann das Verbindungselement günstig positioniert werden. Beim Verpressen kann das Verbindungselement auf dem oberen Rand der Positionierelemente als Gegenlager zu den Stempelelementen des zweiten Vorrichtungsteils aufliegen, sodass das Material des Verbindungselements beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil verformt werden kann. Die Passstifte können in zweite Öffnungen des Verbindungselements ragen. Am Fuß der Passstifte sind die Lagerflächen der Positionierelemente ausgebildet. Die Lagerflächen der Positionierelemente sind vorzugsweise auf derselben axialen Höhe wie die Nuten der Batteriezellen angeordnet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verbindungselement einen ersten Plattenbereich mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen für eine Mehrzahl von Gehäusebechern von Batteriezellen aufweisen und einen zweiten Plattenbereich mit Kontaktierungsflächen aufweisen, welcher insbesondere einen axialen Höhenversatz zum ersten Plattenbereich aufweist. Dabei kann der erste Plattenbereich über das Verformen des Materials um die ersten Öffnungen in die Nuten der Gehäusebecher mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen gleichzeitig in einem Arbeitsschritt elektrisch verbunden werden und der zweite Plattenbereich durch die Kontaktierungsflächen mit einer zweiten Anzahl von Batteriezellen elektrisch verbunden werden, insbesondere stoffschlüssig verbunden werden. Die Kontaktierungsflächen können günstigerweise flächig mit dem zweiten Plattenbereich verbunden werden.
Auf diese Weise kann günstig eine erste Zellbaugruppe durch Verbindung des Verbindungselements mit den Gehäusebechern der Batteriezellen hergestellt werden und eine zweite Zellbaugruppe durch Verbindung des Verbindungselements mit den Kontaktierungsflächen der Batteriezellen hergestellt werden. Dabei sind die Batteriezellen der ersten Zellbaugruppe über die üblicherweise beispielsweise als negativer Pol ausgebildeten Gehäusebecher elektrisch parallel mit dem Verbindungselement verbunden, während die Batteriezellen der zweiten Zellbaugruppe über die Kontaktierungsflächen des zweiten Pols, welcher üblicherweise als positiver Pol ausgebildet ist, elektrisch parallel mit dem Verbindungselement verbunden. Dadurch sind über das metallische und damit elektrisch leitende Verbindungselement die erste und die zweite Zellbaugruppe elektrisch jeweils in sich parallel und miteinander seriell verschaltet. Auf diese Weise lässt sich ein Zellmodul aus den zwei Zellbaugruppen günstig darstellen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann zusätzlich oder alternativ als Verbindungselement ein metallisches Drahtelement mit einem ringförmigen Bereich verwendet werden, dessen Ringöffnung um die Nut der jeweiligen Batteriezelle angeordnet wird. Insbesondere kann das Drahtelement in die Nut verpresst werden, so dass ein Formschluss gebildet wird. Alternativ kann das Drahtelement als Federdraht ausgebildet sein und mit Vorspannung in die Nut eingeklipst werden und im Wesentlichen eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden.
Das Drahtelement kann insbesondere als Drahtring ausgebildet sein, welches um den Gehäusebecher der Batteriezelle, insbesondere in der Nut, angeordnet wird. Das Drahtelement ist vorzugsweise aus einem elektrisch gut leitfähigen Werkstoff gebildet, beispielsweise Kupfer oder einem anderen geeigneten metallischen Material. Bei einem duktilen Werkstoff kann der Drahtring mit einem entsprechenden Werkzeug dann in die Nut verpresst werden, sodass sich eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Gehäusebecher ergibt. Insbesondere kann verpresstes Material in die Nut fließen und diese wenigstens teilweise ausfüllen.
Alternativ kann der Drahtring unter Vorspannung in die Nut eingeklipst werden und diese kraft- und/oder formschlüssig, insbesondere kraftschlüssig, umschließen. Günstigerweise kann ein solches Federelement, insbesondere Federdraht, aus einer Kupferlegierung bestehen. Ist die Nut als Crimp-Naht ausgebildet, kann ausgenutzt werden, dass beim Einklipsen des Federelements die Deckelbaugruppe geringfügig angehoben wird, was wiederum zu einer günstigen Kontaktierung zwischen Drahtelement und Gehäusebecher führt.
Generell kann die Dicke des Drahtelements je nach gewünschten Stromtragfähigkeit ausgelegt sein.
Es können alle Batteriezellen mit einem Drahtelement versehen sein, oder es kann ein Teil der Batteriezellen mit einem Drahtelement und ein anderer Teil der Batteriezellen mit einem als Kontaktplatte ausgebildeten Verbindungselement kontaktiert sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Teil des Drahtelements als ein erstes Kontaktierungselement, insbesondere parallel zur Längsachse der Batteriezelle, von dem Gehäusebecher weggeführt werden. Über dieses Kontaktierungselement kann der Gehäusebecher der Batteriezelle günstig elektrisch kontaktiert werden. Dabei kann der zweite Pol der Batteriezelle direkt oder ebenfalls über ein zweites Kontaktierungselement kontaktiert werden. Insbesondere kann das Kontaktierungselement reproduzierbar und für eine elektrische Kontaktierung leicht zugänglich platziert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das erste Kontaktierungselement mit einer Kontaktplatte, insbesondere einer Kontaktierungsplatine, insbesondere über ein Stanzgitter, insbesondere mit integrierten Stromschienen, elektrisch verbunden werden. Das erste Kontaktierungselement kann zweckmäßigerweise beispielsweise mit einer üblichen Leiterplatte elektrisch verbunden werden. Alternativ kann auch eine Zellverbinderplatine, welche beispielsweise ein Stanzgitter, insbesondere mit integrierten Stromschienen, aufweist, zum Kontaktieren der Batteriezelle über das Kontaktierungselement genutzt werden. Dabei können übliche Lötverfahren oder Schweißverfahren wie Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Bonden eingesetzt werden. Insbesondere kann die elektrische Kontaktierung durch die reproduzierbare und leicht zugänglich Platzierung des Kontaktierungselements erleichtert werden.
Die Kontaktplatte kann vorteilhaft die Stromschienen abbilden und die gewünschte parallele und/oder serielle Verschaltung der Batteriezellen umsetzen. Zusätzlich können Leitungen für Sensoren und/oder die Sensoren selbst zur Bestimmung von Strom, Spannung, Temperatur integriert sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein zweiter Pol der Batteriezelle mit einem zweiten elektrischen Potential mit einem zweiten Kontaktierungselement kontaktiert werden, welches mit der Kontaktierungsplatine elektrisch verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig verbunden wird. Das zweite Kontaktierungselement zum Kontaktieren des zweiten Pols der Batteriezelle kann ebenfalls beispielsweise mit einer Leiterplatte oder einer dezidierten Zellverbinderplatine verbunden werden. Dabei können übliche Lötverfahren oder Schweißverfahren wie Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Bonden eingesetzt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Batteriezellen in dem ersten Vorrichtungsteil angeordnet und mit einer, insbesondere thermisch leitfähigen, Vergussmasse vergossen werden, insbesondere in einer als Blisterfolie ausgebildeten Gießform vergossen werden. Auf diese Weise können die Batteriezellen zu einem festen mechanisch stabilen Zellmodul mechanisch verbunden werden. Dabei bleibt das erste Vorrichtungsteil Teil des Zellmoduls und kann beispielsweise mit einer Kühlplatte oder einer Kühleinrichtung verbunden werden. Wenn die Vergussmasse außerdem noch eine entsprechende thermische Leitfähigkeit aufweist, kann dadurch die Wärmeabfuhr aus den Batteriezellen noch unterstützt werden. Zur elektrischen Kontaktierung kann wie oben beschrieben die Verbindung der Batteriezelle über eine Kontaktplatte oder ein anderes Verbindungselement erfolgen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das erste Vorrichtungsteil als Grundplatte an den Batteriezellen verbleiben und mit einer Kühlplatte verbunden werden. Die Grundplatte stellt dadurch Teil des Zellmoduls dar und kann beispielsweise als Teil eines Modulgehäuses ausgebildet sein. Damit vereinfacht sich der Herstellungsprozess eines Zellmoduls. Gleichzeitig kann eine stabile Ausführung eines Zellmoduls erreicht werden. Auch kann eine effektive Kühlung des Zellmoduls über die Grundplatte erfolgen, welche beispielsweise selbst als Kühlplatte oder zumindest vorteilhaft wärmeleitend ausgebildet sein kann. Wenn die Positionierelemente auch wärmeleitend ausgebildet sind, kann darüber eine besonders effektive Kühlung der Batteriezellen erfolgen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die vergossenen Batteriezellen mit der Grundplatte mit einer Kühleinrichtung, insbesondere einer Kühlplatte, verbunden werden, insbesondere verklebt oder vergossen werden. Eine solche Anbindung des vergossenen Zellmoduls über die Grundplatte an eine Kühleinrichtung kann eine besonders effektive Kühlung des Zellmoduls ermöglichen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle mit einem oben beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, wenigstens umfassend ein erstes Vorrichtungsteil, auf welchem, insbesondere senkrecht stehende, Positionierelemente angeordnet sind, welche an ihrem freien Ende sich im Umfang verjüngen, insbesondere in Passstifte münden, wobei eine Mehrzahl von Batteriezellen zum Kontaktieren in dem ersten Vorrichtungsteil zwischen den Positionierelementen anordenbar sind und die Enden der Positionierelemente durch korrespondierende zweite Öffnungen in einem Verbindungselement, insbesondere einer Kontaktplatte, führbar sind, bis die Kontaktplatte auf einer Lagerfläche der Positionierelemente aufliegt.
Weiter umfasst die Vorrichtung wenigstens ein zweites Vorrichtungsteil, an welchem Stempelelemente angeordnet sind, wobei das zweite Vorrichtungsteil vorgesehen ist, auf die Kontaktplatte gelegt zu werden und beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil das Material um erste Öffnungen der Kontaktplatte mit den Stempelelementen um eine Nut des Gehäusebechers, der Batteriezellen so zu verformen, dass das verformte Material die Nut fließt.
Insbesondere ist die Vorrichtung für ein als Kontaktplatte ausgebildetes Verbindungselement geeignet.
Die Batteriezellen können in dem ersten Vorrichtungsteil gezielt parallel ausgerichtet und fest gehalten werden, sodass sie sich bei dem weiteren Verbindungsprozess nicht mehr bewegen können. Das Verbindungselement kann dann, zentriert über die Positionierelemente, insbesondere über Passstifte, über die Batteriezellen geführt werden, sodass es mit den Öffnungen auf den Lagerflächen der Positionierelemente aufliegt, insbesondere am äußeren Rand der Nut im Gehäusebecher der Batteriezellen. Die erste Öffnung des Verbindungselements ist dabei vorzugsweise so im Querschnitt beschaffen, dass beim Zusammenführen des zweiten Vorrichtungsteils mit dem ersten Vorrichtungsteil das Verbindungselement so über den Gehäusebecher abgesenkt werden kann, dass das Verbindungselement auf Höhe der Nut angeordnet und von Lagerflächen der Positionierelemente des ersten Vorrichtungsteils als Gegenlager gehalten wird. Beim Zusammenpressen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil wird dabei das Material des Verbindungselements um die Öffnung mittels Pressen der Stempelelemente auf die Lagerflächen der Positionierelemente so verformt, dass es in die Nut fließt und dabei die stabile, im Wesentlichen formschlüssige Verbindung mit dem Gehäusebecher bildet.
Auf diese Weise kann über eine einfache und kostengünstige Vorrichtung eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und den Gehäusebechern der Batteriezellen hergestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Zellmodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen vorgeschlagen, welche gemäß eines oben beschriebenen Verfahrens elektrisch kontaktiert sind, wobei die Batteriezellen jeweils ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher mit einer Längsachse aufweisen, dessen Außenmantel einen ersten elektrischen Pol der Batteriezelle mit einem ersten elektrischen Potential bildet und dessen Gehäusedeckel einen zweiten Pol mit einem zweiten elektrischen Potential bildet, wobei der jeweilige Gehäusebecher auf dem Außenmantel eine wenigstens bereichsweise umlaufende Nut aufweist. Die Nut ist jeweils in einem metallischen Verbindungselement angeordnet und Material des Verbindungselements füllt die jeweilige Nut zumindest bereichsweise auf. Dabei ist wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten in einer jeweiligen ersten Öffnung eines als Kontaktplatte ausgebildeten Verbindungselements angeordnet, welche Kontaktplatte sich quer zur Längsachse erstreckt, wobei verformtes Material um die jeweilige erste Öffnung des Verbindungselements die Nut zumindest bereichsweise ausfüllt.
Alternativ oder zusätzlich ist wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten in einer Ringöffnung eines als metallisches Drahtelement ausgebildeten Verbindungselements angeordnet, welches um die Nut angeordnet ist.
Insbesondere kann das Drahtelement im Bereich der Ringöffnung in die Nut verpresst sein und diese zumindest bereichsweise ausfüllen. Insbesondere kann das Drahtelement im Bereich der Ringöffnung im Wesentlichen zumindest bereichsweise formschlüssig angeordnet sein.
Insbesondere kann alternativ kann das Drahtelement im Bereich der Ringöffnung als Federelement, insbesondere als Federdraht, mit Vorspannung in die Nut eingeklipst sein und diese zumindest bereichsweise im Wesentlichen kraftschlüssig ausfüllen.
Das Drahtelement weist ein erstes Kontaktierungselement auf, das mit einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Kontaktplatte elektrisch verbunden ist.
Mittels der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen der Kontaktplatte und dem Gehäusebecher der Batteriezellen bzw. dem Drahtelement sind benachbarte Batteriezellen in dem Zellmodul über das Verbindungselement sowohl elektrisch als auch mechanisch zuverlässig verbunden, sodass eine mechanisch stabile Zellbaugruppe dargestellt werden kann, die beispielsweise auch einzeln transportierbar und montierbar ist.
Je nach erforderlicher Stromtragfähigkeit des Verbindungselements kann das Drahtelement als Einfach- oder Mehrfach-Drahtelement ausgebildet sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zellmoduls kann die Kontaktplatte einen ersten Plattenbereich mit den Öffnungen für Gehäusebecher von Batteriezellen aufweisen und einen zweiten Plattenbereich, welcher insbesondere einen axialen Höhenversatz zum ersten Plattenbereich aufweist, mit Kontaktierungsflächen aufweisen.
Dabei ist der erste Plattenbereich über das Verformen des Materials um die ersten Öffnungen in die jeweiligen Nuten von Batteriezellen mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen elektrisch verbunden und der zweite Plattenbereich ist durch Kontaktieren von zweiten Polen einer zweiten Anzahl von Batteriezellen über die Kontaktierungsflächen elektrisch verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden.
Auf diese Weise kann das Zellmodul günstig eine erste Zellbaugruppe durch Verbindung des Verbindungselements mit den Gehäusebechern der Batteriezellen und eine zweite Zellbaugruppe durch Verbindung des Verbindungselements mit den Kontaktierungsflächen der Batteriezellen umfassen. Dabei sind die Batteriezellen der ersten Zellbaugruppe über die Gehäusebecher, welche üblicherweise als negativer Pol ausgebildet sind, elektrisch parallel mit dem Verbindungselement verbunden, während die Batteriezellen der zweiten Zellbaugruppe über die Kontaktierungsflächen des zweiten Pols, welcher üblicherweise als positiver Pol ausgebildet ist, elektrisch parallel mit dem Verbindungselement verbunden. Dadurch sind über das metallische und damit elektrisch leitende Verbindungselement die erste und die zweite Zellbaugruppe elektrisch jeweils in sich parallel und miteinander seriell verschaltet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zellmoduls können auf einer Grundplatte Positionierelemente, insbesondere parallel zu der Längsachse der Zellen stehende Positionierelemente, angeordnet sein, welche an ihrem freien Ende sich im Umfang verjüngen, insbesondere in Passstifte mit kleinerem Umfang als das jeweilige der Positionierelemente münden. Die Batteriezellen können zwischen den Positionierelementen angeordnet sein und die Enden der Positionierelemente können durch korrespondierende zweite Öffnungen in der Kontaktplatte geführt sein, sodass die Kontaktplatte auf Lagerflächen der Positionierelemente aufliegt.
Dabei können die Batteriezellen mit einer Vergussmasse, insbesondere in einer als Blisterfolie ausgebildeten Gießform, vergossen sein und mittels der Kontaktplatte kontaktiert sein.
Alternativ können auf einer Grundplatte Positionierelemente, insbesondere parallel zu der Längsachse der Zellen stehende Positionierelemente, angeordnet sein, wobei die Batteriezellen zwischen den Positionierelementen angeordnet sind und mit ersten Kontaktierungselementen mit der Kontaktplatte kontaktiert sind.
Auf diese Weise können die Batteriezellen zu einem festen mechanisch stabilen Zellmodul mechanisch verbunden und gleichzeitig elektrisch zuverlässig kontaktiert sein. Die Handhabung des Zellmoduls beim Transport und bei der Montage einer Batterie ist vorteilhaft vereinfacht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zellmoduls können die vergossenen Batteriezellen mit der Grundplatte mit einer Kühleinrichtung, insbesondere einer Kühlplatte, verbunden sein, insbesondere verklebt oder vergossen sein. Auf diese Weise kann eine stabile Ausführung eines Zellmoduls erreicht werden. Auch kann eine effektive Kühlung des Zellmoduls über die Grundplatte erfolgen, welche beispielsweise selbst als Kühlplatte oder zumindest vorteilhaft wärmeleitend ausgebildet sein kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zellmoduls können die Positionierelemente thermisch leitend ausgebildet sein und mit den Gehäusebechern der Batteriezellen sowie mit der Kühleinrichtung thermisch leitend verbunden sein. Insbesondere kann die Vergussmasse thermisch leitend ausgebildet sein. Dadurch kann eine besonders effektive Kühlung des Zellmoduls ermöglicht werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Zellmoduls kann eine Crimp-Naht zwischen Gehäusedeckel und Gehäusebecher die jeweilige Nut bilden.
Rundzellen weisen üblicherweise eine Deckelbaugruppe mit Sicherheitselementen auf, die beispielsweise den elektrischen Pluspol bildet, sowie einen zylindrischen metallischen Becher, der gleichzeitig beispielsweise den elektrischen Minuspol, darstellt. Deckelbaugruppe und Gehäusebecher sind üblicherweise über einen isolierenden Dichtring mittels einer Crimpung des Gehäusebechers verbunden. Diese Crimp-Naht ist als Nut ausgebildet, in welche das verformte Material des metallischen Verbindungselements fließen kann. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen formschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Gehäusebecher und Verbindungselement durch Ausnutzen der als Nut ausgebildeten Crimp-Naht erreicht werden. Dadurch kann eine sichere elektrische Verbindung über das Verbindungselement auch mit benachbarten Batteriezellen dargestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie mit wenigstens einem Zellmodul und einem Batteriegehäuse mit wenigstens einem elektrischen Kontaktierungselement vorgeschlagen, wobei das Zellmodul in dem Batteriegehäuse angeordnet und mit dem wenigstens einen elektrischen Kontaktierungselement elektrisch verbunden ist. Das Zellmodul umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche gemäß eines oben beschriebenen Verfahrens elektrisch kontaktiert sind. Die Batteriezellen weisen jeweils ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher mit einer Längsachse auf, dessen Außenmantel einen ersten elektrischen Pol der Batteriezelle mit einem ersten elektrischen Potential bildet und dessen Gehäusedeckel einen zweiten Pol mit einem zweiten elektrischen Potential bildet, wobei der jeweilige Gehäusebecher auf dem Außenmantel eine zumindest bereichsweise umlaufende Nut aufweist.
Die Nut ist in einem metallischen Verbindungselement angeordnet. Material des Verbindungselements umschließt die jeweilige Nut zumindest bereichsweise kraft- und/oder formschlüssig.
Das Material des Verbindungselements kann dabei verformt sein, so dass es in die Nut fließt und eine im Wesentlichen formschlüssige Verbindung herstellt. Alternativ kann das Verbindungselement mit einem Bereich in die Nut eingeklipst sein, so dass eine im Wesentlichen kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
Die Batterie kann vorteilhaft mehrere der oben beschriebenen Zellmodule aufweisen, welche jeweils parallel oder seriell verschaltet sein können, je nach erforderlicher Spannungslage und Leistungsanforderung. Mittels der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement, beispielsweise einer Kontaktplatte, und dem Gehäusebecher der Batteriezellen bzw. dem Drahtelement sind benachbarte Batteriezellen in den Zellmodulen über das Verbindungselement sowohl elektrisch als auch mechanisch zuverlässig verbunden. Dadurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine zuverlässige Batterie, insbesondere für elektrisch antreibbare Fahrzeuge dargestellt werden. Durch das flexible Verschalten der Zellmodule lässt sich eine vorteilhafte Flexibilität im Aufbau der Batterie erreichen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:

1 eine isometrische Darstellung eines Zellmoduls nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Vorrichtungsteil der Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen;
2 einen Längsschnitt durch das Zellmodul nach 1 ;
3 eine isometrische Darstellung des Zellmoduls nach 1 mit von oben zugeführtem zweitem Vorrichtungsteil;
4 eine Draufsicht auf Stempelelemente des zweiten Vorrichtungsteils;
5 eine vergrößerte angeschnittene isometrische Ansicht des Zellmoduls nach 1 in dem ersten Vorrichtungsteil vor dem Zuführen des zweiten Vorrichtungsteils;
6 das Zellmodul nach 1 mit zugeführtem zweiten Vorrichtungsteil;
7 das Zellmodul nach 1 nach dem Verpressen der Kontaktplatte mit dem zweiten Vorrichtungsteil;
8 das Zellmodul nach 1 nach dem Verpressen der Kontaktplatte mit entfernter Vorrichtung;
9 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine Batteriezelle nach dem Verpressen der Kontaktplatte;
10 eine isometrische Darstellung eines Zellmoduls nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zellbaugruppen in einem ersten Vorrichtungsteil der Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen;
11 einen Längsschnitt durch das Zellmodul nach 10;
12 eine isometrische Darstellung des Zellmoduls nach 10 mit von oben zugeführtem zweiten Vorrichtungsteil;
13 eine isometrische Darstellung eines Zellmoduls nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zellbaugruppen in einem ersten Vorrichtungsteil der Vorrichtung, mit einer Vergussmasse vergossen in einem Modulgehäuse;
14 einen Längsschnitt durch das Zellmodul nach 13;
15 einen schematischen Längsschnitt durch eine Batteriezelle mit einem als Drahtelement ausgebildeten Verbindungselement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 eine isometrische Ansicht der Batteriezelle mit einem als Drahtelement ausgebildeten Verbindungselement nach 15;
17 eine weitere isometrische Ansicht der Batteriezelle mit einem als Drahtelement ausgebildeten Verbindungselement nach 15;
18 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Batteriezelle mit einem als Drahtelement ausgebildeten Verbindungselement nach 15 vor dem Verpressen des Drahtelements;
19 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Batteriezelle mit einem als Drahtelement ausgebildeten Verbindungselement nach 15 nach dem Verpressen des Drahtelements;
20 einen schematischen Längsschnitt durch drei mit einer Kontaktierungsplatine elektrisch verbundene Batteriezellen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
21 einen schematischen Längsschnitt durch eine Batterie mit zwei in einem Batteriegehäuse angeordneten Zellmodulen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Bezugszeichen von gleichartigen Elementen sind der Übersichtlichkeit halber in einer Figur jeweils nur an einem entsprechenden Element angebracht.
1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Zellmoduls 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Vorrichtungsteil 52 der Vorrichtung 50 zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen 10, während in 2 ein Längsschnitt durch das Zellmodul 100 dargestellt ist. 3 zeigt eine isometrische Darstellung des Zellmoduls 100 mit von oben zugeführtem zweitem Vorrichtungsteil 60. 4 zeigt eine Draufsicht auf Stempelelemente 62 des zweiten Vorrichtungsteils 60.
Das Zellmodul 100 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 10, welche als zylindrische Rundzellen ausgebildet sind, und in einer dichten Packung der zylinderförmigen Zellgehäuse nebeneinander stehend angeordnet sind.
Wie im Längsschnitt einer Batteriezelle 10 in 5 zu erkennen, weisen die Batteriezellen 10 jeweils ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher 12 mit einer Längsachse 15 auf, dessen Außenmantel 20 einen ersten elektrischen Pol 16 der Batteriezelle 10 mit einem ersten elektrischen Potential bildet und dessen Gehäusedeckel 14 einen zweiten Pol 18 mit einem zweiten elektrischen Potential bildet. Der erste Pol 16 ist üblicherweise der elektrische Minuspol, während der zweite Pol 18 den elektrischen Pluspol der Batteriezelle 10 darstellt. Der Gehäusedeckel 14 und der Gehäusebecher 12 sind üblicherweise über einen isolierenden Dichtring 26 mittels einer Crimpung des Gehäusebechers 12 mit einem Bördelrand 24 verbunden. Die Crimp-Naht ist zwischen Gehäusedeckel 14 und Gehäusemantel 20 und bildet jeweils eine Nut 22. So weist der jeweilige Gehäusebecher 12 auf dem Außenmantel 20 eine wenigstens bereichsweise umlaufende Nut 22 auf.
Der Gehäusebecher 12 ist üblicherweise als metallischer Becher, beispielsweise aus einem Eisen-Nickel-Werkstoff, aus Aluminium oder dergleichen, ausgebildet.
Die Nut 22 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Zellmoduls 100 jeweils in einem metallischen Verbindungselement 30 angeordnet. Verformtes Material 34 des Verbindungselements 30 füllt die jeweilige Nut 22 zumindest bereichsweise auf und stellt so eine kraft- und/oder formschlüssige, insbesondere eine im Wesentlichen formschlüssige, Verbindung zwischen dem Verbindungselement 30 und dem Gehäusebecher 12 dar.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten 22 in einer jeweiligen ersten Öffnung 36 des als Kontaktplatte 32 ausgebildeten Verbindungselements 30 angeordnet. Die Kontaktplatte 32 erstreckt sich quer zur Längsachse 15, wobei verformtes Material 34 um die jeweilige erste Öffnung 36 des Verbindungselements 30 die Nut 22 zumindest bereichsweise ausfüllt.
Das in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Zellmodul 100 wird mit einem Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle 10 mit einem elektrischen Verbindungselement 30 gefertigt, bei dem das Verbindungselement 30 mit wenigstens einer ersten Öffnung 36 bereitgestellt wird, welche mindestens einen Querschnitt und/oder Durchmesser des Gehäusebechers 12 an der Nut 22 aufweist. Danach werden Nut 22 und erste Öffnung 36 zusammengeführt. Nach oder beim Zusammenführen von Nut 22 und erster Öffnung 36 wird Material 34 des metallischen Verbindungselements 30 an der ersten Öffnung 36 so verformt, dass verformtes Material 34 in die Nut 22 der wenigstens einen Batteriezelle 10 fließt, und insbesondere diese zumindest bereichsweise ausfüllt.
Als Verbindungselement 30 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kontaktplatte 32 mit wenigstens einer ersten Öffnung 36 verwendet. Dabei wird die wenigstens eine erste Öffnung 36, in Richtung der Längsachse 15 axial von der Nut der wenigstens einen Batteriezelle 10 beabstandet und koaxial zu der Nut 22 angeordnet. Das Verbindungselement 30 und der Gehäusebecher 12 werden mittels einer Relativbewegung zwischen Verbindungselement 30 und Gehäusebecher 12 zusammengeführt, bis die Nut 22 in der ersten Öffnung 36 angeordnet ist, wobei das Material 34 um die erste Öffnung 36 verformt wird und in die Nut 22 fließt.
Zur Ausführung der Relativbewegung zwischen dem Verbindungselement 30 und dem Gehäusebecher 12 wird eine Mehrzahl von Batteriezellen 10 in eine Vorrichtung 50 eingesetzt. Die Vorrichtung 50 weist ein erstes Vorrichtungsteil 52 auf, auf welcher, insbesondere parallel zu der Längsachse 15 der Batteriezellen 10 stehende, Positionierelemente 56 angeordnet sind, zwischen denen die Batteriezellen 10 zum Zusammenführen mit dem Verbindungselement 30 angeordnet werden und so für die Kontaktierung fixiert sind.
In den 1 bis 3 sind die Batteriezellen 10 in einem solchen ersten Vorrichtungsteil 52 angeordnet.
Danach wird das Verbindungselement 30 mit seinen ersten Öffnungen 36 über den Batteriezellen 10 positioniert und Verbindungselement 30 und Batteriezellen 10 zusammengeführt, bis das Verbindungselement 30 auf Lagerflächen 59 der Positionierelemente 56 aufliegt.
Die Positionierelemente 56 münden an ihrem freien Ende in Passstifte 58 mit kleinerem Umfang als die Positionierelemente 56. Diese Passstifte 58 werden durch korrespondierende zweite Öffnungen 38 (in 8 zu erkennen) in dem Verbindungselement 30 geführt, bis das Verbindungselement 30 am Ende der Passstifte 58 an Lagerflächen (59) der Positionierelemente 56 aufliegt.
Ein solches als Kontaktplatte 32 ausgeführtes Verbindungselement 30 ist bei dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 mit den Batteriezellen 10 zusammengeführt.
Die Vorrichtung 50 weist weiter ein zweites Vorrichtungsteil 60 mit Stempelelementen 62 auf, welches auf das Verbindungselement 30 aufgelegt wird und welches in den 3 und 4 zu erkennen ist. Beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil 52, 60 erfolgt die Relativbewegung zwischen Verbindungselement 30 und Gehäusebecher 12, wobei das Material 34 des Verbindungselements 30 an den ersten Öffnungen 36 mit den Stempelelementen 62 um die Nut 22 verformt wird. Insbesondere wird das Material 34 durch Pressen der Stempelelemente 62 auf die Lagerflächen 59 der Positionierelemente 56 verformt.
Das in den 1 bis 4 dargestellte Zellmodul 100 weist neun über die Gehäusebecher 12, also den Minuspol, parallel verschaltete Batteriezellen auf. Die Kontaktierung der zweiten Pole 18 der Batteriezellen 10, also der Pluspole, kann beispielsweise auf bekannte Art über das Anbringen von zweiten Kontaktierungselementen mittels Bonding, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder andere geeignete Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden erfolgen.
In den 5 bis 9 ist der Kontaktierungsprozess in Schnittbildern einer Batteriezelle 10 in verschiedenen Stadien erkennbar.
5 zeigt eine vergrößerte angeschnittene isometrische Ansicht des Zellmoduls 100 nach 1 in dem ersten Vorrichtungsteil 52 vor dem Zuführen des zweiten Vorrichtungsteils 60.
Die Batteriezellen 10 sind zwischen den der Positionierelementen 56 angeordnet. Das als Kontaktplatte 32 ausgebildete Verbindungselement 30 ist durch die Passstifte 58 der Positionierelemente 56 geführt und liegt auf den Lagerflächen 59 der Positionierelemente 56 auf. Das Material 34 der Kontaktplatte 32 ist jedoch noch nicht verformt. Die Nut 22 ist noch frei von Material 34.
6 zeigt das Zellmodul 100 mit zugeführtem zweitem Vorrichtungsteil 60. Die Stempelelemente 62 sind über die Passstifte 58 geführt und nehmen diese in sich auf. Die Stempelelemente 62 liegen so auf der Kontaktplatte 32 auf. Das entsprechende Gegenlager zum Druckaufbau über die Stempelelemente 62 stellen die Lagerflächen 59 der Positionierelemente 56 dar, auf denen die Kontaktplatte 32 aufliegt. Da bereits durch die Stempelelemente 62 Druck auf das Material 34 der Kontaktplatte 32 ausgeübt wurde, ist ein Teil des Materials 34 bereits in die Nut 22 geflossen, wie in 6 im Schnitt erkennbar ist.
In 7 ist das Zellmodul 100 nach dem Verpressen der Kontaktplatte 32 mit dem zweiten Vorrichtungsteil 60 dargestellt. Das zweite Vorrichtungsteil 62 ist wieder entfernt. Im Schnitt ist erkennbar, wie das Material 34 der Kontaktplatte 32 die Nut 22 ausfüllt und so eine stabile, insbesondere im Wesentlichen formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktplatte 32 und Gehäusebecher 12 der Batteriezelle 10 ergibt.
8 zeigt das Zellmodul 100 nach dem Verpressen der Kontaktplatte 32 mit entfernter Vorrichtung 50. Jetzt sind die über die Kontaktplatte 32 miteinander verbundenen Batteriezellen 10 aus dem zweiten Vorrichtungsteil 52 entnommen worden und stellen so ein eigenständig mechanisch stabiles Zellmodul 100 dar.
9 zeigt dazu in einem vergrößerten Längsschnitt durch eine Batteriezelle 10 nach dem Verpressen der Kontaktplatte die im Wesentlichen formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktplatte 32 und Gehäusebecher 12 der Batteriezelle 10. Das Material 34 der Kontaktplatte 32 füllt die Nut 22 vollständig aus.
Die Vorrichtung 50 zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle 10 mit dem beschriebenen Verfahren ist als Einheit nicht gesondert dargestellt und umfasst wenigstens das erste Vorrichtungsteil 52, auf welchem, insbesondere senkrecht stehende, Positionierelemente 56 angeordnet sind, welche in Passstifte 58 münden. Dabei kann eine Mehrzahl von Batteriezellen 10 zum Kontaktieren in dem ersten Vorrichtungsteil 52 zwischen den Positionierelementen 56 angeordnet werden. Die Passstifte 58 können durch korrespondierende zweite Öffnungen 38 in einem Verbindungselement 30, insbesondere einer Kontaktplatte 32, geführt werden, bis die Kontaktplatte 32 auf einer Lagerfläche 59 der Positionierelemente 56 aufliegt. Weiter umfasst die Vorrichtung 50 ein zweites Vorrichtungsteil 60, an welchem Stempelelemente 62 angeordnet sind. Dabei ist das zweite Vorrichtungsteil 60 vorgesehen, auf die Kontaktplatte 32 gelegt zu werden und beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil 52, 60 das Material 34 um erste Öffnungen 36 der Kontaktplatte 32 mit den Stempelelementen 62 um eine Nut 22 des Gehäusebechers 12 der Batteriezellen 10 so zu verformen, dass das verformte Material 34 die Nut 22 fließt.
In 10 ist ein Zellmodul 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zellbaugruppen in einem ersten Vorrichtungsteil 52 der Vorrichtung 50 zum elektrischen Kontaktieren der Batteriezellen 10 isometrisch dargestellt. 11 zeigt einen Längsschnitt durch das Zellmodul 100; in 12 ist das Zellmodul 100 mit von oben zugeführtem zweitem Vorrichtungsteil 60 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Kontaktplatte 32 einen ersten Plattenbereich 40 mit den ersten Öffnungen 36 für Gehäuse bzw. Gehäusebecher 12 von Batteriezellen 10 auf und einen zweiten Plattenbereich 42, welcher insbesondere einen axialen Höhenversatz 44 zum ersten Plattenbereich 40 aufweist. Dieser zweite Plattenbereich 42 weist Kontaktierungsflächen 46 auf. Wenn die Kontaktplatte 32 beispielsweise als Kupferblech ausgebildet ist, kann der Höhenversatz 44 durch einfaches Biegen des Kupferblechs erreicht werden.
Der erste Plattenbereich 40 ist dabei, wie bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, über das Verformen des Materials 34 der Kontaktplatte 32 um die ersten Öffnungen 36 in die jeweiligen Nuten 22 von Batteriezellen 10 mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen 10 elektrisch verbunden.
Der zweite Plattenbereich 42 ist dagegen durch Kontaktieren von zweiten Polen 18 einer zweiten Anzahl von Batteriezellen 10 über die Kontaktierungsflächen 46 elektrisch verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden.
Auf diese Weise kann günstig eine erste Zellbaugruppe durch Verbindung der Kontaktplatte 32 mit den Gehäusebechern 12 der Batteriezellen 10 hergestellt werden und eine zweite Zellbaugruppe durch Verbindung der Kontaktplatte 32 mit den Kontaktierungsflächen des zweiten Pols 18 der Batteriezellen 10 hergestellt werden.
Dabei sind die Batteriezellen 10 der ersten Zellbaugruppe über die Gehäusebecher 12, welche üblicherweise als negativer Pol ausgebildet sind, elektrisch parallel mit der Kontaktplatte 32 verbunden, während die Batteriezellen 10 der zweiten Zellbaugruppe über die Kontaktierungsflächen des zweiten Pols 18, welcher üblicherweise als positiver Pol ausgebildet ist, elektrisch parallel mit der Kontaktplatte 32 verbunden. Dadurch sind über das metallische und damit elektrisch leitende Verbindungselement 30 die erste und die zweite Zellbaugruppe elektrisch jeweils in sich parallel und miteinander seriell verschaltet. Auf diese Weise lässt sich ein Zellmodul 100 aus den zwei Zellbaugruppen günstig darstellen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Li-lonen-Rundzellen würde sich als Spannung für die einzelne Zellbaugruppe mit je neun parallel geschalteten Batteriezellen 10 eine Spannung von ca. 3,0 V bis 4,3 V und als Spannung für die zwei seriell geschalteten Zellbaugruppen des gesamten Zellmoduls 100 eine Spannung von ca. 6,0 V bis 8,6 V ergeben.
Die Kontaktplatte 32 weist um die Kontaktierungsflächen 46 angeordnete Öffnungen 48 auf, welche beispielsweise aus Sicherheitsgründen als Ventingöffnungen zum Ableiten von im Schadensfall aus den Batteriezellen 10 austretenden Gasen dienen können.
13 zeigt eine isometrische Darstellung eines Zellmoduls 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zellbaugruppen in einem ersten Vorrichtungsteil 52 der Vorrichtung 50, mit einer Vergussmasse 64 vergossen in einem Modulgehäuse 72. In 14 ist ein Längsschnitt durch das vergossene Zellmodul 100 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auf einer Grundplatte 102, welche auch als erstes Vorrichtungsteil 52 dient, Positionierelemente 56, insbesondere parallel zu der Längsachse 15 der Zellen 10 stehende Positionierelemente 56, angeordnet, welche in Passstifte 58 mit kleinerem Umfang als das jeweilige der Positionierelemente 56 münden. Die Batteriezellen 10 sind zwischen den Positionierelementen 56 angeordnet. Die Passstifte 58 sind durch korrespondierende zweite Öffnungen 38 in der Kontaktplatte 32 geführt, sodass die Kontaktplatte 32 auf den Positionierelementen 56 aufliegt.
Die Batteriezellen 10 sind mit einer Vergussmasse 64, insbesondere in einer als Blisterfolie ausgebildeten Gießform, vergossen und anschließend mittels der Kontaktplatte 32 kontaktiert sind. Die Kontaktierung kann dabei wie bei dem in den 10 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgeführt sein.
Das als Grundplatte 102 ausgebildete erste Vorrichtungsteil 52 kann dabei als integraler Bestandteil der Konstruktion an den vergossenen Batteriezellen 10 verbleiben und beispielsweise mit einer Kühleinrichtung 70, insbesondere einer Kühlplatte 70, verbunden werden. Insbesondere kann die Grundplatte 102 mit der Kühlplatte 70 verklebt oder vergossen werden.
Die Positionierelemente 56 können thermisch leitend ausgebildet sein und mit den Gehäusebechern 12 der Batteriezellen 10 sowie mit der Kühleinrichtung 70 thermisch leitend verbunden sein. Insbesondere kann die Vergussmasse 64 thermisch leitend ausgebildet sein, um eine möglichst effektive Kühlung der Batteriezellen 10 zu erreichen.
Die vergossenen und kontaktierten Batteriezellen 10 können in einem Modulgehäuse 72 angeordnet sein. Dabei kann die Kühlplatte 70 beispielsweise als Teil des Modulgehäuses 72, beispielsweise als Bodenplatte ausgebildet sein.
In 13 ist das Zellmodul 100 in einem Modulgehäuse 72 angeordnet und bis zu einer Vergusshöhe 66 unterhalb der Kontaktplatte 32 mit einer Vergussmasse 64 vergossen.
Im Längsschnitt in 14 ist die Anordnung des vergossenen und kontaktierten Zellmoduls 100 im Modulgehäuse 72 zu erkennen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlplatte 70 als Teil des Modulgehäuses 72 ausgebildet. Das Zellmodul 100 ist mit dem Modulgehäuse 72 und der Kühlplatte 70 auf einer Bodenplatte 74, beispielsweise eines Batteriegehäuses, in dem das Zellmodul 100 angeordnet ist, verbunden.
15 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Batteriezelle 10 mit einem als Drahtelement 80 ausgebildeten Verbindungselement 30 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 16 und 17 sind isometrische Ansichten der Batteriezelle 10 mit dem als Drahtelement 80 ausgebildeten Verbindungselement 30 dargestellt.
Das metallische Drahtelement 80 weist einen ringförmigen Bereich auf, dessen Ringöffnung 82 um die Nut 22 der jeweiligen Batteriezelle 10 angeordnet und beispielsweise in die Nut 22 verpresst wird. Alternativ kann das Drahtelement 80 als Federelement, insbesondere als Federdraht, ausgebildet sein, das unter Vorspannung die Nut 22 eingeklipst werden kann. Insbesondere kann hierdurch eine im Wesentlichen kraftschlüssige Verbindung gebildet werden.
Dabei wird wenigstens ein Teil des Drahtelements 80 als ein erstes Kontaktierungselement 84, insbesondere parallel zur Längsachse 15 der Batteriezelle 10, von dem Gehäusebecher 12 weggeführt. Über dieses erste Kontaktierungselement 84, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Drahtenden jeweils als Kontaktierungselemente 84 weggeführt, kann der Gehäusebecher 12 mit einer Kontaktierungsplatine elektrisch verbunden werden.
In 18 ist ein vergrößerter Längsschnitt durch eine Batteriezelle 10 mit einem als Drahtelement 80 ausgebildeten Verbindungselement 30 vor dem Verpressen des Drahtelements 80 und in 19 nach dem Verpressen des Drahtelements 80 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten 22 in einer Ringöffnung 82 eines als metallisches Drahtelement 80 ausgebildeten Verbindungselements 30 angeordnet, welches um die Nut 22 angeordnet und beispielsweise in die Nut 22 verpresst ist. Das Drahtelement 80 weist ein erstes Kontaktierungselement 84 auf, das mit einer sich quer zur Längsachse 15 erstreckenden Kontaktplatte 32 elektrisch verbunden werden kann.
In 19 ist deutlich zu erkennen, wie das Material 34 des Drahtelements 80 in die Nut 22 des Gehäusebechers 12 geflossen ist und so eine kraft- und/oder formschlüssige, insbesondere formschlüssige Verbindung mit dem Gehäusebecher 12 darstellt. Das Verpressen des Drahtelements 80 kann dabei beispielsweise über eine Manschette geschehen, die rundum um den Gehäusebecher 12 mit Drahtelement 80 gelegt wird.
20 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch drei mit einer Kontaktierungsplatine 88 elektrisch verbundene Batteriezellen 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst die einzelne Batteriezelle 10 mit dem ersten Kontaktierungselement 84 kontaktiert. Danach kann dann das Kontaktierungselement 84 mit einer Kontaktplatte 32, insbesondere einer Kontaktierungsplatine 88 verbunden werden.
Diese Kontaktierungsplatine 88 kann beispielsweise als herkömmliche Leiterplatte ausgebildet sein. Die Kontaktierungsplatine 88 kann jedoch insbesondere ein Stanzgitter, insbesondere mit integrierten Stromschienen, zum geeigneten Verschalten der kontaktierten Batteriezellen 10 aufweisen.
Ein zweiter Pol 18 der Batteriezelle 10 mit einem zweiten elektrischen Potential kann mit einem zweiten Kontaktierungselement 86 kontaktiert werden, welches mit der Kontaktierungsplatine 88 elektrisch verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig verbunden wird. Alternativ kann jedoch auch der zweite Pol 18 der Batteriezelle 10 direkt mit der Kontaktierungsplatine 88 verbunden werden.
Ein Vorteil bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass die Verschaltung der Batteriezellen 10 miteinander durch die Kontaktierungsplatine 88 festgelegt wird und im Nachhinein durch Austauschen der Kontaktierungsplatine auch wieder geändert werden kann. So kann eine erhöhte Flexibilität in der Verschaltung der Batteriezellen 10 erreicht werden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können in einer alternativen Ausgestaltung die Batteriezellen 10 auf einer Grundplatte 102 angeordnet sein, welche Positionierelemente 56, insbesondere parallel zu der Längsachse 15 der Zellen 10 stehende Positionierelemente 56, aufweist. Die Batteriezellen 10 können zwischen den Positionierelementen 56 angeordnet werden und mit ersten Kontaktierungselementen 84 mit der Kontaktplatte 32 kontaktiert werden. Zusätzlich können die Batteriezellen 10 auch bei diesem Ausführungsbeispiel zu einem Zellmodul vergossen werden, um eine entsprechende mechanische Stabilität des Zellmoduls zu erreichen und/oder die Kühlung der Batteriezellen 10 effektiver zu gestalten.
21 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Batterie 200 mit zwei in einem Batteriegehäuse 202 angeordneten Zellmodulen 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zellmodule 100 jeweils mit einer Mehrzahl an miteinander auf die beschriebene Weise kontaktierten Batteriezellen 10 sind miteinander elektrisch verschaltet und mit einem elektrischen Kontaktierungselement 204 elektrisch verbunden. Die Zellmodule 100 können parallel oder seriell verschaltet sein. Das Kontaktierungselement 204 ist rein schematisch angedeutet und kann übliche Hochvoltstecker und Signalstecker zur Ansteuerung der Batterie 200 umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Batteriezelle
12: Gehäusebecher
14: Gehäusedeckel
15: Längsachse
16: erster Pol
18: zweiter Pol
20: Außenmantel
22: Nut
24: Bördelrand
26: Isolierung
30: Verbindungselement
32: Kontaktplatte
34: Material
36: erste Öffnung
38: zweite Öffnung
40: erster Plattenbereich
42: zweiter Plattenbereich
44: Höhenversatz
46: Kontaktierungsfläche
48: Öffnung
50: Vorrichtung
52: erstes Vorrichtungsteil
56: Positionierelement
58: Passstift
59: Lagerfläche
60: zweites Vorrichtungsteil
62: Stempelelement
64: Vergussmasse
66: Vergusshöhe
68: Vertiefung
70: Kühleinrichtung
72: Modulgehäuse
74: Boden
80: Drahtelement
82: Ringöffnung
84: erstes Kontaktierungselement
86: zweites Kontaktierungselement
88: Kontaktierungsplatine
90: Kontaktierung
92: Kontaktierung
100: Zellmodul
102: Grundplatte
200: Batterie
202: Batteriegehäuse
204: Kontaktierungselement

Claims

Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle (10) mit einem metallischen Verbindungselement (30), welche ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher (12) mit einer Längsachse (15) aufweist, wobei der Gehäusebecher (12) auf einem Außenmantel (20) eine um die Längsachse (15) wenigstens bereichsweise umlaufende Nut (22) aufweist, gekennzeichnet durch - Bereitstellen des Verbindungselements (30) mit wenigstens einer ersten Öffnung (36, 82), welche an einen Querschnitt und/oder Durchmesser des Gehäusebechers (12), insbesondere an der Nut (22), angepasst ist; - Zusammenführen von Nut (22) und erster Öffnung (36, 82); und - kraft- und/oder formschlüssiges Fixieren des Gehäusebechers (12), insbesondere an der Nut (22), in der ersten Öffnung (36, 82) des Verbindungselements (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Verbindungselement (30) eine Kontaktplatte (32) mit wenigstens einer ersten Öffnung (36) verwendet wird, und - die wenigstens eine erste Öffnung (36) in Richtung der Längsachse (15) axial von der Nut der wenigstens einen Batteriezelle (10) beabstandet und koaxial zu der Nut (22) angeordnet wird; - das Verbindungselement (30) und der Gehäusebecher (12) mittels einer Relativbewegung zwischen Verbindungselement (30) und Gehäusebecher (12) zusammengeführt werden, bis die Nut (22) in der ersten Öffnung (36) angeordnet ist, wobei das Material (34) um die erste Öffnung (36) verformt wird und in die Nut (22) fließt, insbesondere diese zumindest bereichsweise ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Ausführung der Relativbewegung zwischen dem Verbindungselement (30) und dem Gehäusebecher (12) eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) in eine Vorrichtung (50) eingesetzt wird, wobei die Vorrichtung (50) ein erstes Vorrichtungsteil (52) aufweist, auf welcher, insbesondere parallel zu der Längsachse (15) der Batteriezellen (10) stehende, Positionierelemente (56) angeordnet sind, zwischen denen die Batteriezellen (10) zum Zusammenführen mit dem Verbindungselement (30) angeordnet werden, wobei das Verbindungselement (30) mit seinen ersten Öffnungen (36) über den Batteriezellen (10) positioniert und Verbindungselement (30) und Batteriezellen (10) zusammengeführt werden, bis das Verbindungselement (30) auf Lagerflächen (59) der Positionierelemente (56) aufliegt, wobei die Vorrichtung (50) ein zweites Vorrichtungsteil (60) mit Stempelelementen (62) aufweist, welches auf das Verbindungselement (30) aufgelegt wird und beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil (52, 60) die Relativbewegung zwischen Verbindungselement (30) und Gehäusebecher (12) erfolgt, wobei das Material (34) des Verbindungselements (30) an den ersten Öffnungen (36) mit den Stempelelementen (62) um die Nut (22) verformt wird, insbesondere durch Pressen der Stempelelemente (62) auf die Lagerflächen (59) der Positionierelemente (56) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Positionierelemente (56) an ihrem freien Ende sich im Umfang verjüngen, insbesondere in Passstifte (58) münden, und die Enden der Positionierelemente (56) durch korrespondierende zweite Öffnungen (38) in dem Verbindungselement (30) geführt werden, bis das Verbindungselement (30) an den Lagerflächen (59) der Positionierelemente (56) aufliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Verbindungselement (30) einen ersten Plattenbereich (40) mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen (36) für eine Mehrzahl von Gehäusebechern (12) von Batteriezellen (10) aufweist und einen zweiten Plattenbereich (42) mit Kontaktierungsflächen (46) aufweist, welcher insbesondere einen axialen Höhenversatz (44) zum ersten Plattenbereich (40) aufweist, wobei der erste Plattenbereich (40) über das Verformen des Materials (34) um die ersten Öffnungen (36) in die Nuten (22) der Gehäusebecher (12) mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen (10) elektrisch verbunden wird und der zweite Plattenbereich (42) durch die Kontaktierungsflächen (46) mit einer zweiten Anzahl von Batteriezellen (10) elektrisch verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Verbindungselement (30) ein metallisches Drahtelement (80) mit einem ringförmigen Bereich verwendet wird, dessen Ringöffnung (82) um die Nut (22) der jeweiligen Batteriezelle (10) angeordnet wird, insbesondere wobei das Drahtelement (80) in die Nut (22) verpresst wird, und verformtes Material (34) in die Nut (22) der wenigstens einen Batteriezelle (10) fließt, insbesondere diese zumindest bereichsweise ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Verbindungselement (30) ein als Federelement, insbesondere als Federdraht, ausgebildetes metallisches Drahtelement (80) mit Vorspannung in die Nut (22) kraft- und/oder formschlüssig eingeklipst wird, insbesondere wobei Material (34) des Verbindungselements (30) die Nut (22) der wenigstens einen Batteriezelle (10) zumindest bereichsweise ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei wenigstens ein Teil des Drahtelements (80) als ein erstes Kontaktierungselement (84), insbesondere parallel zur Längsachse (15) der Batteriezelle (10), von dem Gehäusebecher (12) weggeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Kontaktierungselement (84) mit einer Kontaktplatte (32), insbesondere einer Kontaktierungsplatine (88), insbesondere über ein Stanzgitter, insbesondere mit integrierten Stromschienen, elektrisch verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein zweiter Pol (18) der Batteriezelle (10) mit einem zweiten elektrischen Potential mit einem zweiten Kontaktierungselement (86) kontaktiert wird, welches mit der Kontaktierungsplatine (88) elektrisch verbunden wird, insbesondere stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Batteriezellen (10) in dem ersten Vorrichtungsteil (52) angeordnet und mit einer, insbesondere thermisch leitfähigen, Vergussmasse (64) vergossen werden, insbesondere in einer als Blisterfolie ausgebildeten Gießform.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei das erste Vorrichtungsteil (52) als Grundplatte (102) an den Batteriezellen (10) verbleibt und mit einer Kühlplatte (70) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die vergossenen Batteriezellen (10) mit der Grundplatte (102) mit einer Kühleinrichtung (70), insbesondere einer Kühlplatte (70), verbunden werden, insbesondere verklebt oder vergossen werden.
Vorrichtung (50) zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Batteriezelle (10) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens umfassend ein erstes Vorrichtungsteil (52), auf welchem, insbesondere senkrecht stehende, Positionierelemente (56) angeordnet sind, welche an ihrem freien Ende sich im Umfang verjüngen, insbesondere in Passstifte (58) münden, wobei eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) zum Kontaktieren in dem ersten Vorrichtungsteil (52) zwischen den Positionierelementen (56) anordenbar sind und die Enden der Positionierelemente (56) durch korrespondierende zweite Öffnungen (38) in einem Verbindungselement (30), insbesondere einer Kontaktplatte (32), führbar sind, bis die Kontaktplatte (32) auf einer Lagerfläche (59) der Positionierelemente (56) aufliegt, ein zweites Vorrichtungsteil (60), an welchem Stempelelemente (62) angeordnet sind, wobei das zweite Vorrichtungsteil (60) vorgesehen ist, auf die Kontaktplatte (32) gelegt zu werden und beim Zusammenführen von erstem und zweitem Vorrichtungsteil (52, 60) das Material (34) um erste Öffnungen (36) der Kontaktplatte (32) mit den Stempelelementen (62) um eine Nut (22) des Gehäusebechers (12) der Batteriezellen (10) so zu verformen, dass das verformte Material (34) die Nut (22) fließt.
Zellmodul (100) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (10), welche gemäß eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 elektrisch kontaktiert sind, wobei die Batteriezellen (10) jeweils ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher (12) mit einer Längsachse (15) aufweisen, dessen Außenmantel (20) einen ersten elektrischen Pol (16) der Batteriezelle (10) mit einem ersten elektrischen Potential bildet und dessen Gehäusedeckel (14) einen zweiten Pol (18) mit einem zweiten elektrischen Potential bildet, wobei der jeweilige Gehäusebecher (12) auf dem Außenmantel (20) eine wenigstens bereichsweise umlaufende Nut (22) aufweist, wobei die Nut (22) jeweils in einem metallischen Verbindungselement (30) angeordnet ist und Material (34) des Verbindungselements (30) die jeweilige Nut (22) zumindest bereichsweise auffüllt, wobei wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten (22) in einer jeweiligen ersten Öffnung (36) eines als Kontaktplatte (32) ausgebildeten Verbindungselements (30) angeordnet ist, welche Kontaktplatte (32) sich quer zur Längsachse (15) erstreckt, wobei verformtes Material (34) um die jeweilige erste Öffnung (36) des Verbindungselements (30) die Nut (22) zumindest bereichsweise ausfüllt, und/oder wobei wenigstens ein Teil der jeweiligen Nuten (22) in einer Ringöffnung (82) eines als metallisches Drahtelement (80) ausgebildeten Verbindungselements (30) angeordnet ist, welches um die Nut (22) angeordnet ist, insbesondere wobei das Drahtelement (80) im Bereich der Ringöffnung (82) in die Nut (22) verpresst ist und diese zumindest bereichsweise ausfüllt, insbesondere im Wesentlichen zumindest bereichsweise formschlüssig angeordnet ist, oder insbesondere wobei das Drahtelement (80) im Bereich der Ringöffnung (82) als Federelement, insbesondere als Federdraht, mit Vorspannung in die Nut (22) eingeklipst ist und diese zumindest bereichsweise im Wesentlichen kraftschlüssig ausfüllt, und wobei das Drahtelement (80) ein erstes Kontaktierungselement (84) aufweist, das mit einer sich quer zur Längsachse (15) erstreckenden Kontaktplatte (32) elektrisch verbunden ist.
Zellmodul nach Anspruch 15, wobei die Kontaktplatte (32) einen ersten Plattenbereich (40) mit den ersten Öffnungen (36) für Gehäusebecher (12) von Batteriezellen (10) aufweist und einen zweiten Plattenbereich (42), welcher insbesondere einen axialen Höhenversatz (44) zum ersten Plattenbereich (40) aufweist, mit Kontaktierungsflächen (46) aufweist, wobei der erste Plattenbereich (40) über das Verformen des Materials (34) um die ersten Öffnungen (36) in die jeweiligen Nuten (22) von Batteriezellen (10) mit einer ersten Anzahl von Batteriezellen (10) elektrisch verbunden ist und der zweite Plattenbereich (42) durch Kontaktieren von zweiten Polen (18) einer zweiten Anzahl von Batteriezellen (10) über die Kontaktierungsflächen (46) elektrisch verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist.
Zellmodul nach Anspruch 15 oder 16, wobei auf einer Grundplatte (102) Positionierelemente (56), insbesondere parallel zu der Längsachse (15) der Zellen (10) stehende Positionierelemente (56), angeordnet sind, welche an ihrem freien Ende sich im Umfang verjüngen, insbesondere in Passstifte (58) mit kleinerem Umfang als das jeweilige der Positionierelemente (56) münden, wobei die Batteriezellen (10) zwischen den Positionierelementen (56) angeordnet sind und die Enden der Positionierelemente (56) durch korrespondierende zweite Öffnungen (38) in der Kontaktplatte (32) geführt sind, sodass die Kontaktplatte (32) auf Lagerflächen (59) der Positionierelemente (56) aufliegt, wobei die Batteriezellen (10) mit einer Vergussmasse (64), insbesondere in einer als Blisterfolie ausgebildeten Gießform, vergossen sind und mittels der Kontaktplatte (32) kontaktiert sind, oder wobei auf einer Grundplatte (102) Positionierelemente (56), insbesondere parallel zu der Längsachse (15) der Zellen (10) stehende Positionierelemente (56), angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (10) zwischen den Positionierelementen (56) angeordnet sind und mit ersten Kontaktierungselementen (84) mit der Kontaktplatte (32) kontaktiert sind.
Zellmodul nach Anspruch 17, wobei die vergossenen Batteriezellen (10) mit der Grundplatte (102) mit einer Kühleinrichtung (70), insbesondere einer Kühlplatte (70), verbunden sind, insbesondere verklebt oder vergossen sind.
Zellmodul nach Anspruch 18, wobei die Positionierelemente (56) thermisch leitend ausgebildet sind und mit den Gehäusebechern (12) der Batteriezellen (10) sowie mit der Kühleinrichtung (70) thermisch leitend verbunden sind, insbesondere wobei die Vergussmasse (64) thermisch leitend ausgebildet ist.
Zellmodul nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei eine Crimp-Naht zwischen Gehäusedeckel (14) und Gehäusemantel (20) die jeweilige Nut (22) bildet.
Batterie (200) mit wenigstens einem Zellmodul (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 20 und einem Batteriegehäuse (202) mit wenigstens einem elektrischen Kontaktierungselement (204), wobei das Zellmodul (100) in dem Batteriegehäuse (202) angeordnet und mit dem wenigstens einen elektrischen Kontaktierungselement (204) elektrisch verbunden ist, wobei das Zellmodul (100) eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) umfasst, welche gemäß eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 elektrisch kontaktiert sind, wobei die Batteriezellen (10) jeweils ein Gehäuse mit einem metallischen Gehäusebecher (12) mit einer Längsachse (15) aufweisen, dessen Außenmantel (20) einen ersten elektrischen Pol (16) der Batteriezelle (10) mit einem ersten elektrischen Potential bildet und dessen Gehäusedeckel (14) einen zweiten Pol (18) mit einem zweiten elektrischen Potential bildet, wobei der jeweilige Gehäusebecher (12) auf dem Außenmantel (20) eine zumindest bereichsweise umlaufende Nut (22) aufweist, wobei die Nut (22) in einem metallischen Verbindungselement (30) angeordnet ist und Material (34) des Verbindungselements (30) die jeweilige Nut (22) zumindest bereichsweise kraft- und/oder formschlüssig umschließt.