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Die Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung nach dem Gegenstand des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugbauteil mit mindestens einer solchen Batterievorrichtung.
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Batterievorrichtungen weisen zur Speicherung von elektrischer Energie eingerichtete Einzelbatteriezellen auf, die zu ihrer elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähige Kontaktfahnen besitzen. Zur Realisierung von entsprechenden Kontaktierungen ist seither vorgesehen, dass die Kontaktfahnen der Einzelbatteriezellen jeweils einzeln durch einen Zellträger geführt, umgefalzt und niedergehalten werden, wobei dann ein elektrisch leitfähiger Zellverbinder der Batterievorrichtung auf den Kontaktfahnen angeordnet wird. In einem sich daran anschließenden Fügeschritt werden die Kontaktfahnen mit dem Zellverbinder durch Schweißen stoffschlüssig verbunden. Bei Versuchen der Anmelderin hat sich herausgestellt, dass die Kontaktfahnen und/oder der Zellverbinder durch die beim Schweißvorgang in das Material eingebrachte thermische Energie vollständig aufschmelzen können, was dieselben zur Realisierung einer elektrischen Kontaktierung unbrauchbar macht.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform einer Batterievorrichtung bereitzustellen. Insbesondere soll die Realisierung einer elektrischen Kontaktierung der Einzelbatteriezellen durch Schweißen zuverlässiger werden. Weiterhin soll ein Fahrzeugbauteil mit mindestens einer solchen Batterievorrichtung angegeben werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insbesondere durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die Gefahr des vollständigen Aufschmelzens einer Kontaktfahne im Rahmen eines Schweißvorgangs von der beim Schweißen in das Kontaktfahnenmaterial eingebrachten thermischen Energie einerseits und von der Materialdicke der Kontaktfahne andererseits abhängig ist. Hieraus resultiert die Erkenntnis, dass die Realisierung einer elektrischen Kontaktierung der Einzelbatteriezellen durch Schweißen zuverlässiger gemacht werden kann, indem man die Kontaktfahnen der Einzelbatteriezellen zwei- oder mehrfach faltet und die dadurch realisierten Mehrlagenfaltungen mit einem elektrisch leitfähigen Verbinder der Batterievorrichtung durch Schweißen stoffschlüssig verbindet. Die vergleichsweise große Materialdicke einer jeweiligen Mehrlagenfaltung verhindert oder vermindert dabei die Gefahr des vollständigen Aufschmelzens der Kontaktfahne im Rahmen eines Schweißvorgangs.
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Demnach wird konkret eine zur Speicherung von elektrischer Energie eingerichtete Batterievorrichtung vorgeschlagen, die mit insbesondere wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen, insbesondere Pouchzellen, ausgestattet ist, die zu ihrer elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähige Kontaktfahnen aufweisen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Kontaktfahne zumindest einer Einzelbatteriezelle in eine Mehrlagenfaltung aus flächig aufeinander angeordneten Einzellagen gelegt oder gefaltet ist. Die Mehrlagenfaltung kann beispielsweise zumindest zwei oder mehr Einzellagen aufweisen. Die Einzellagen können insbesondere zusammenhängend ausgebildet sein. Zur Realisierung der elektrischen Kontaktierung der zumindest einen Einzelbatteriezelle sind die Einzellagen der Mehrlagenfaltung und ein elektrisch leitfähiger Verbinder der Batterievorrichtung anhand einer durch Schwei-ßen, d.h. im Rahmen eines Schweißvorgangs, erzeugten Verbindungsnaht stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch ist eine vorteilhafte elektrische Kontaktierung zwischen der zumindest einen Einzelbatteriezelle sowie dem elektrisch leitfähigen Verbinder bereitgestellt, wobei der Schweißvorgang zur Realisierung der elektrischen Kontaktierung vergleichsweise zuverlässig ausführbar ist. Dies liegt, wie vorstehend erwähnt, darin begründet, dass die Mehrlagenfaltung der Kontaktfahne eine im Vergleich zur Materialdicke der ungefalteten Kontaktfahne relativ große und durch Variation der Anzahl der Einzellagen leicht einstellbare Materialdicke besitzt. Dadurch genügt die bei der Realisierung der elektrischen Kontaktierung durch Schweißen in das Kontaktfahnenmaterial eingebrachte thermische Energie zum lokalen Aufschmelzen der Kontaktfahne und des Verbinders und damit zur planmäßigen Erzeugung der Verbindungsnaht, die Gefahr des vollständigen Aufschmelzens der Kontaktfahne und/oder des Verbinders besteht jedoch nicht mehr oder ist zumindest reduziert.
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Die Erfindung versteht unter einer elektrisch leitfähigen Kontaktfahne einer Einzelbatteriezelle zweckmäßigerweise einen ebenen und gegebenenfalls streifenförmigen Flachkörper aus metallischem Material, wobei es sich beispielsweise um einen Blechstreifen handeln kann. Die Kontaktfahne oder der Flachkörper der Kontaktfahne ist zweckmäßigerweise quer zu seiner Hauptausdehnung duktil faltbar, d.h. insbesondere duktil biegbar, gestaltet, sodass eine Mehrlagenfaltung sich relativ einfach durch ein- oder mehrfaches Umbiegen der Kontaktfahne erzeugen lässt. Die Kontaktfahne bzw. ihr Kontaktfahnenmaterial besitzt zweckmäßigerweise Schweißeignung. D.h. es ist so ausgewählt, dass eine stoffschlüssige Verbindung mit einem elektrisch leitfähigen Verbinder, insbesondere einer anderen Kontaktfahne oder einer Zellverbinderplatte, realisierbar ist. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Kontaktfahne oder der Flachkörper der Kontaktfahne einen Rechteckquerschnitt oder einen anderen vergleichbaren Flachkörperquerschnitt besitzt.
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Gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der besagte Verbinder von einer Kontaktfahne einer weiteren Einzelbatteriezelle gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktfahnen der beteiligten Einzelbatteriezellen direkt, d.h. ohne Zwischenelement, stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies kann dadurch realisiert sein, dass die Kontaktfahne der weiteren, beispielsweise zur besagten Einzelbatteriezelle unmittelbar benachbarten, Einzelbatteriezelle oder ein eigens hierzu eingerichteter Verbindungsabschnitt der Kontaktfahne dieser Einzelbatteriezelle zur Mehrlagenfaltung der Kontaktfahne der Einzelbatteriezelle geführt, dort berührend aufgelegt und dann mit derselben durch Schweißen stoffschlüssig verbunden ist. Die Batterievorrichtung kann dadurch relativ kostengünstig hergestellt werden, da die Anzahl der bereitzustellenden Einzelbauteile verhältnismäßig gering ist, und relativ leichtgewichtig bauen, da aus der geringen Anzahl von Einzelbauteilen ein geringes Gesamtgewicht resultieren kann.
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Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der besagte Verbinder durch eine Zellverbinderplatte aus metallischem Material gebildet ist. Zur Realisierung einer elektrischen Kontaktierung kann die Zellverbinderplatte an die Mehrlagenfaltung der Einzelbatteriezelle angeordnet und durch Schweißen mit derselben stoffschlüssig verbunden sein. Hierbei ist die Mehrlagenfaltung der Einzelbatteriezelle unmittelbar berührend an der Zellverbinderplatte angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die Zellverbinderplatte durch einen mechanisch starren Flachkörper gebildet, der insbesondere an einem Zellträger der Batterievorrichtung angeordnet sein kann.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Mehrlagenfaltung zumindest zwei oder mehr flächig aufeinander angeordnete Einzellagen aufweist. Dadurch kann, wie vorstehend erwähnt, die resultierende Materialdicke der Mehrlagenfaltung relativ einfach eingestellt werden, sodass das eingesetzte Schweißverfahren auch an sich ändernde Randbedingungen angepasst und dann zuverlässig ausgeführt werden kann. Eine entsprechende Anpassung der Materialdicke der Mehrlagenfaltung kann notwendig sein, wenn die Kontaktfahnen der Einzelbatteriezellen aus einem anderen metallischen Material realisiert oder mit einer abweichenden Materialdicke bereitgestellt werden oder falls der besagte Verbinder von einer Zellverbinderplatte statt von einer Kontaktfahne gebildet ist.
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Weiter zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Mehrlagenfaltung an einem freien Fahnenende der Kontaktfahne der Einzelbatteriezelle ausgebildet ist oder dasselbe bildet. Dies ist zweckmäßigerweise dadurch realisiert, dass die ungefaltete Kontaktfahne der Einzelbatteriezelle ein vom Zellkörper der Einzelbatteriezelle wegragendes, freies Fahnenende aufweist, das zur Realisierung der Mehrlagenfaltung ein- oder mehrfach umgefaltet ist. Umfalten kann im Sinne von umfalzen verstanden werden.
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In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, wenn die Kontaktfahne der Einzelbatteriezelle so umgefaltet ist, dass eine erste, ein freies Fahnenende der ungefalteten Kontaktfahne bildende Einzellage der Mehrlagenfaltung über einen Umfaltrandbereich stoffschlüssig mit einer zweiten Einzellage der Mehrlagenfaltung verbunden ist. Die erste Einzellage ist dabei bezüglich der zweiten Einzellage bevorzugt so umgefaltet, dass sie an einer einem Zellkörper der Einzelbatteriezelle zu- oder abgewandten Großfläche der zweiten Einzellage flächig abgestützt ist. Hierbei kann optional vorgehsehen sein, dass die erste Einzellage oder die zweite Einzellage der Mehrlagenfaltung an einer von den Einzelbatteriezellen wegweisenden Anlagefläche eines Zellträgers der Batterievorrichtung fixiert oder zumindest abgestützt sind. Dadurch ist eine vorteilhafte, sich relativ kostengünstig bereitstellbare Mehrlagenfaltung aus zwei Einzellagen angegeben die optional an einem Zellträger der Batterievorrichtung festlegbar ist.
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Wenn die erste Einzellage an der dem Zellkörper der Einzelbatteriezelle zugewandten Großfläche der zweiten Einzellage, die auch als erste Großfläche bezeichnet ist, angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfahne oder ihre Mehrlagenfaltung über die erste Einzellage an dem besagten Zellträger der Batterievorrichtung fixiert oder zumindest an demselben abgestützt ist. Dadurch ist die Kontaktfahne oder ihre Mehrlagenfaltung relativ zum Zellträger unbeweglich oder zumindest in einer senkrecht auf dem Zellträger stehenden Arbeitsachse in Richtung zum Zellträger unbeweglich. Dadurch kann ein Schweißverfahren zur Realisierung einer elektrischen Kontaktierung der Einzelbatteriezelle relativ einfach und zuverlässig ausgeführt werden. Weiterhin, wenn alternativ die erste Einzellage an der dem Zellkörper der Einzelbatteriezelle abgewandten Großfläche der zweiten Einzellage, die auch als zweite Großfläche bezeichnet ist, angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfahne oder ihre Mehrlagenfaltung über die zweite Einzellage an dem Zellträger der Batterievorrichtung fixiert oder zumindest abgestützt ist, wodurch sich ebenfalls eine vorteilhafte Fixierung der Kontaktfahne oder ihrer Mehrlagenfaltung am Zellträger oder zumindest eine Unbeweglichkeit relativ zum Zellträger in einer senkrecht auf dem Zellträger stehenden Arbeitsachse in Richtung zum Zellträger ergibt.
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Um das Verschweißen der Einzellagen der Mehrlagenfaltung und des Verbinders zu erleichtern kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Kontaktfahne L-förmig gestaltet ist. Eine dementsprechend L-förmig gestaltete Kontaktfahne besitzt zweckmäßigerweise eine unmittelbar an einem Zellkörper der Einzelbatteriezelle angeordnete Fahnenbasis und bezüglich der Fahnenbasis winkelig oder rechtwinkelig umgefaltete Einzellagen.
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Weiter zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsnaht durch Laser-Schweißen erzeugt ist. Dadurch kann eine besonders kostengünstige und zugleich mechanisch robuste elektrische Kontaktierung ausgebildet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Laser-Schweißverfahren beschränkt, vielmehr können auch andere Schweißverfahren eingesetzt und dieselben Vorteile erzielt werden.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung liegt darin ein vorteilhaftes Fahrzeugbauteil bereitzustellen. Dies wird durch ein Fahrzeugbauteil, insbesondere ein Fahrzeugbatteriesystem, weiter insbesondere ein Fahrzeugtraktionsbatteriesystem, gelöst, das zumindest eine Batterievorrichtung nach der vorhergehenden Beschreibung aufweist.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft zweckmäßigerweise eine Batterievorrichtung mit Einzelbatteriezellen, insbesondere Pouchzellen, die miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind und zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähige Kontaktfahnen aufweisen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass zumindest eine solche Kontaktfahne in eine Mehrlagenfaltung aus beispielsweise zumindest zwei flächig aufeinander angeordneten, zusammenhängenden Einzellagen gelegt ist, die durch Schweißen miteinander sowie mit einem elektrisch leitfähigen Verbinder der Batterievorrichtung stoffschlüssig verbunden sind. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Fahrzeugbauteil mit mindestens einer solchen Batterievorrichtung.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Schnittansicht einer Batterievorrichtung,
- 2 einen Ausschnitt der Batterievorrichtung aus 1,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Zellträgers der Batterievorrichtung aus 1.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform einer im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Batterievorrichtung, die zur Speicherung von elektrischer Energie eingerichtet ist und bevorzugt in einem Fahrzeugbauteil, insbesondere einem Fahrzeugtraktionsbatteriesystem eines Fahrzeuges zum Einsatz kommt.
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Die Batterievorrichtung 1 besitzt eine Vielzahl von auf einer geraden Stapelbahn 20 hintereinanderliegend angeordneten, wiederaufladbaren Einzelbatteriezellen 2, 3, die rein exemplarisch durch Pouchzellen realisiert sind. Die Einzelbatteriezellen 2, 3 besitzen jeweils einen Zellkörper 15, die in einem gehäuseartigen Zellträger 18 jeweils in einem separaten Steckplatz gehaltert sind. Die Einzelbatteriezellen 2, 3 weisen weiterhin eine vom jeweiligen Zellkörper 15 zu einer Steckplatz-Öffnung wegragende elektrisch leitfähige Kontaktfahne 4, 5 auf, anhand welcher eine jeweilige Einzelbatteriezelle 2, 3 elektrisch kontaktierbar ist. Die Kontaktfahnen 4, 5 sind rein exemplarisch durch einen im ungefalteten Zustand ebenen, streifenförmigen Flachkörper aus metallischem Material realisiert und duktil faltbar, d.h. insbesondere biegbar, sodass sie sich relativ einfach und ggf. mit relativ geringem Kraftaufwand falten oder umbiegen lassen. Der unmittelbar an einem Zellkörper 15 einer Einzelbatteriezelle 2, 3 befindliche Abschnitt einer Kontaktfahne 4, 5 wird vorliegend als Fahnenbasis 13 einer Einzelbatteriezelle 2, 3 verstanden, während ein sich an einer bezüglich dem Zellkörper 15 abgewandten Seite der Fahnenbasis 13 an die Fahnenbasis 13 anschließender Abschnitt einer Kontaktfahne 4, 5 als freies Fahnenende 12 einer Kontaktfahne 4, 5 einer Einzelbatteriezelle 2, 3 bezeichnet ist.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Einzelbatteriezellen 2, 3 ist vorgesehen, dass die ungefalteten Kontaktfahnen 4, 5 durch die Steckplatz-Öffnung eines Steckplatzes durchgesteckt und deren freien Fahnenenden 12 jeweils in eine Mehrlagenfaltung 6 aus exemplarisch zwei zusammenhängenden, flächig aufeinander angeordneten Einzellagen 7, 8 gelegt oder gefaltet werden. Die Einzellagen 7, 8 hängen integral zusammen, in der Art, dass eine erste, ein freies Fahnenende 12 der ungefalteten Kontaktfahne 4, 5 bildende Einzellage 7 der jeweiligen Mehrlagenfaltung 6 über einen Umfaltrandbereich 14 stoffschlüssig mit einer zweiten Einzellage 8 der jeweiligen Mehrlagenfaltung 6 verbunden ist, was insbesondere in 1 und 2 zu erkennen ist. Dort ist auch zu erkennen, dass die erste Einzellage 7 bezüglich der zweiten Einzellage 8 so umgefaltet ist, dass sie sich an einer bezüglich dem Zellkörper 15 zugewandten ersten Großfläche 16 der zweiten Einzellage 8 flächig abstützt und dass die Einzellagen 7, 8 bezüglich der jeweiligen Fahnenbasis 13 an einem weiteren, bezüglich dem Umfaltrandbereich 14 entgegengesetzten Umfaltrandbereich 22 winkelig oder bevorzugt rechtwinkelig umgefaltet sind, sodass sich mit Blick von der Seite eine in etwa L-förmige Gestalt der Kontaktfahnen 4, 5 ergibt. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein elektrisch leitfähiger Verbinder 9 der Batterievorrichtung 1, der vorliegend durch eine ebene, elektrisch leitfähige Zellverbinderplatte 11 realisiert ist, auf einer zweiten, bezüglich der ersten Großfläche 16 der zweiten Einzellage 8 entgegengesetzten Großfläche 17 der zweiten Einzellage 8 angeordnet ist. Weiterhin ist zur Realisierung einer stoffschlüssigen Verbindung der Einzelbatteriezellen 2, 3 mit dem Verbinder 9 vorgesehen, dass die Einzellagen 7, 8 der jeweiligen Mehrlagenfaltungen 6 sowie die Zellverbinderplatte 11 durch eine durch Laser-Schweißen erzeugte Verbindungsnaht 10 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. In 1 und 2 ist ein Wirkbereich, beispielsweise ein thermischer Einflussbereich, des beim Laser-Schweißverfahrens eingesetzten Laserstrahls durch einen gestrichelten Rahmen 21 angedeutet. Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung der Einzelbatteriezellen 2, 3 bereitgestellt, wobei durch die Mehrlagenfaltungen 6 der Schweißvorgang vergleichsweise zuverlässig ausführbar ist. Dies liegt, wie vorstehend erwähnt, darin begründet, dass die Mehrlagenfaltungen 6 der Kontaktfahnen 4, 5 eine im Vergleich zur Materialdicke der ungefalteten Kontaktfahne 4, 5 relativ große Materialdicke besitzt, wodurch die im Rahmen des Schweißvorgangs in das Kontaktfahnenmaterial eingebrachte thermische Energie zwar zum lokalen Aufschmelzen der Kontaktfahnen 4, 5 und des Verbinders 9, 11 und damit zur planmäßigen Erzeugung der Verbindungsnaht 10 genügt, die Gefahr des vollständigen Aufschmelzens der Kontaktfahnen 4, 5 und/oder des Verbinders 9, 11 jedoch nicht mehr besteht oder ist zumindest reduziert ist.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass vorliegend die Kontaktfahnen 4, 5 über ihre ersten Einzellagen 7 an ebenen, von den Zellkörpern 15 wegweisenden Anlagefläche 19 des Zellträgers 18 fixiert oder zumindest an denselben abgestützt sind. Dadurch sind die Kontaktfahnen 4, 5 oder ihre Mehrlagenfaltungen 6 relativ zum Zellträger 18 unbeweglich oder zumindest in einer senkrecht auf der Anlagefläche 19 des Zellträgers 18 stehenden Arbeitsachse in Richtung zum Zellträger 18 unbeweglich gehalten, wodurch vorteilhafterweise der Schweißvorgang noch zuverlässiger realisiert werden kann.
