DE112011103708T5

DE112011103708T5 - Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen zur elektrischen Kontaktierung

Info

Publication number: DE112011103708T5
Application number: DE112011103708T
Authority: DE
Inventors: Tsun-Yu Chang; Chun-Chieh Chang; Ting-Keng LIN
Original assignee: Changs Ascending Enterprise Co Ltd
Current assignee: Changs Ascending Enterprise Co Ltd
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2031-09-17
Also published as: CN103155208B; JP2013543225A; US20140220406A1; WO2013037124A1; GB2498250A; DE112011103708B4; US9209448B2; CN103155208A; GB2498250B; JP5625119B2

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen, welches hauptsächlich zum Verbinden der unter dem Deckel des Akkumulatormoduls befindlichen Verbindungsabschnitte mit den einzelnen Zellen angewandt wird. Das Verschaltungsschema ist dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich unter dem Deckel befindlichen Verbindungsabschnitte biegbar sind und sich nach außen biegen und klappen lassen, und danach flach zum Deckel positioniert sind. Die seitlich der Zellen stehenden Anoden- und Kathodenanschlussplatten verfügen durch deren Verlängerung über nach außen gerichtete Kontaktabschnitte. Die elektrische Kontaktierung wird durch das Verbinden der Kontaktabschnitte mit den Verbindungsabschnitten zustande gebracht. Durch das gestalterische Modifizieren der Verschaltungsstruktur der Zellen und die gezielten Eingriffe in die seitlich unter dem Deckel befindlichen Verbindungsabschnitte lässt sich der zeitliche Aufwand der Schweißarbeit zwischen den Zellen und Verbindungsabschnitten deutlich reduzieren, was zu einem stabilen Kontakt und einem Rückgang des Personalaufwandes führt.

Description

Technisches Gebiet
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verschaltungsschema von Akkumulatorzellen zur elektrischen Kontaktierung. Gemeint ist hierbei insbesondere die Verbindungsstruktur zwischen den Akkumulatorzellen und den Anschlüssen der Anode und Kathode auf dem Deckel des Akkumulatormoduls.
Technischer Hintergrund
Aufgrund des materialtechnischen Durchbruchs finden Lithiumakkumulatoren zunehmend Anwendung als Energiespeicher für hohe Energiemengen (z. B. Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator), die überwiegend in Elektrorädern und Elektrorollstühlen zum Einsatz kommen, wo großer Leistungsbedarf herrscht. Derartige Lithiumakkumulatoren mit nicht – wässerigem Elektrolyten weisen eine größere Energiedichte und Leistungskapazität im Vergleich zu herkömmlichen Lithiumakkumulatoren auf.
Wie in der 1 dargestellt ist, weisen derzeitige Lithiumakkumulatoren mit hoher Leistungskapazität mehrere Zellen (10) auf (der Akku in der 1 besteht beispielsweise aus 3 Zellen), wobei eine Zelle dadurch gebildet wird, dass die Anode und Kathode, getrennt von einem Separator, aufeinander angeordnet werden. An den beiden Seiten der Zellen sind Anoden- und Kathodenanschlussplatten (11, 12) vorgesehen. Die Anoden- und Kathodenanschlussplatten der einzelnen Zellen werden mit den unter dem Deckel (20) befindlichen Verbindungsabschnitten (21, 22) verbunden und die Verbindungsabschnitte (21, 22) ragen aus dem Deckel zur Kontaktierung mit den Elektrodenanschlüssen (31, 32) heraus. Somit sind die Zellen miteinander zu einem Modul verschaltet. Letzten Endes werden die Zellen durch die Öffnung des Metallgehäuses im Gehäuse verstaut. Durch verschiedene Abdichtungstechnologien werden die Fugen zwischen dem Deckel (20) und der Öffnung des Gehäuses (40) verschlossen und abgedichtet. Soweit zum Aufbau des Zellenmoduls.
Hinsichtlich der derzeitigen inneren Struktur des Akkumulators stehen die unter dem Deckel (20) befindlichen Verbindungsabschnitte (21, 22) senkrecht zur Unterseite des Deckels (20) und die Anoden- und Kathodenanschlussplatten (11, 12) der einzelnen Zellen (10), die ebenfalls senkrecht zum Deckel (20) stehen, werden mit den Verbindungsabschnitten der Elektroden (21, 22) in der richtigen Reihenfolge verschweißt. Aus dem Grunde müssen die Verbindungsabschnitte der Anzahl der Zellen im Gehäuse strukturell angepasst werden. Wie aus der 1 hervorgeht, beträgt die Anzahl der Verbindungsabschnitte drei. Demnach sollen die Anoden- und Kathodenanschlussplatten der Reihe nach an die korrespondierenden Verbindungsabschnitte der Elektroden geschweißt bzw. mit diesen verbunden werden. Die Probleme, die auf Schweißprozesse oder andere Verbindungstechnologien zurückzuführen sind, sind unter anderem: hoher Zeit- und Personalaufwand für die Schweißarbeiten und die Schwierigkeit der elektrischen Kontaktierung der Anoden- und Kathodenanschlussplatten (11, 12) mit den Verbindungsabschnitten (21, 22). Dies führt öfters zum Misserfolg beim Zusammenbau.
Gegenstand der Erfindung
Deshalb stellt die vorliegende Erfindung zur Beseitigung oben erwähnter Probleme eine andere Verschaltungsstruktur bereit, wobei die Verbindungsstruktur der einzelnen Zellen mitsamt den unter dem Deckel liegenden Verbindungsabschnitten gestalterisch so modifiziert wird, dass der riesige Zeit – und Personalaufwand für die mühseligen Schweißarbeiten erspart bleiben, und die realen Ansprüche besser erfüllt werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass durch die Modifizierung der Verschaltungsstruktur der einzelnen Zellen und die gestalterische Umstellung der Verbindungsabschnitte die Kontaktierung zwischen den Anoden- und Kathodenanschlussplatten und den Verbindungsabschnitten stabiler wird und folglich die Zusammenbauprozesse erleichtert werden.
Um die obigen Ziele zu erreichen, wurde das vorliegende Verschaltungsschema der einzelnen Zellen erfunden, um den elektrischen Kontakt der unter dem Deckel auf den beiden Seiten befindlichen Verbindungsabschnitte mit mindestens einer Zelle herzustellen, wobei die unter dem Deckel liegenden Verbindungsabschnitte biegbar sind und solche Verbindungsabschnitte sich flach nach außen klappen und parallel zum Deckel anordnen lassen. Außerdem bilden sich durch die Verlängerung der seitlich stehenden Anode- und Kathodenanschlussplatten Kontaktabschnitte heraus. Solche Kontaktabschnitte dienen als Kontaktflächen mit den Verbindungsabschnitten.
Die Kontaktabschnitte sind durch die Biegungen mit den Anoden- und Kathodenanschlussplatten elektrisch verbunden, sodass sich der Kontakt zwischen den Kontaktabschnitten und den Verbindungsabschnitten einstellen lässt. Somit erreicht man die maximale elektrische Kontaktfläche.
Entweder entspricht an dieser Stelle die Anzahl der seitlichen Verbindungsabschnitte der der Anoden- und Kathodenanschlussplatten oder der unter dem Deckel angeordnete Verbindungsabschnitt besteht aus einem großflächigen Metallblech zur Kontaktierung.
Nachdem die elektrische Kontaktierung des Verbindungsabschnitts mit den Kontaktabschnitten hergestellt ist, wird der Verbindungsabschnitt noch unten gebogen und senkrecht zum Deckel verstellt.
Figurenliste
1 zeigt eine demontierte schematische Darstellung eines normalen Akkumulators,
2 zeigt die Strukturansicht der Zellen und des Deckels bezüglich der vorliegenden Erfindung,
3 zeigt die zweite Strukturansicht der Zellen und des Deckels bezüglich der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt die schematische Darstellung der Zellen und des Deckels bei der Montage gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt die modifizierte, schematische Darstellung des Verbindungsabschnitts des Deckels gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt die schematische Darstellung der Akkumulatoren bei der Zellenmontage gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

10: Zellen
12: Kathodenanschlussplatte
21, 22: Verbindungsabschnitte
40: Gehäuse
110: Anodenanschlussplatte
111, 121: Kontaktabschnitte
11: Anodenanschlussplatte
20: Deckel
31, 32: Elektrodenanschlüsse
100: Zellen
120: Kathodenanschlussplatte
112 122: Biegungen
200: Deckel
310, 320: Elektrodenanschlüsse
210 220: Verbindungsabschnitte
400: Gehäuse

Technische Ausführung
Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung und deren technischer Details wird ein Beispiel erläutert. Das Beispiel dient nur der Erklärung und soll nicht als Beschränkung bei der Ausführung interpretiert werden.
Die schematischen Strukturansichten der Zellen und des Deckels sind in den 2 und 3 abgebildet. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen zur elektrischen Kontaktierung. Die technische Ausführung wird nachstehend anhand eines prismatischen Lithiumakkumulators erklärt. Die vorliegende Erfindung kommt hauptsächlich dort zum Einsatz, wo die unter dem Deckel befindlichen Verbindungsabschnitte (210, 220) mit mindestens einer Zelle (100) zur elektrischen Kontaktierung verbunden werden sollen (In den Figuren setzt sich das Modul aus 3 Zellen zusammen). Die Anode, Kathode und der Separator werden aufeinander angeordnet. Seitlich der Zellen sind jeweils Anoden- und Kathodenanschlussplatten (110, 120) angeordnet. Weiterhin bilden sich durch die Verlängerung der Anoden- und Kathodenanschlussplatten (110, 120) seitlich der Zelle jeweils die Kontaktabschnitte (111, 121) aus und die unter dem Deckel liegenden Verbindungsabschnitte sind biegbar. Die Verbindungsabschnitte werden waagerecht zum Deckel flach nach außen geklappt. Bei der technischen Ausführung wird durch den elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktabschnitten (111, 121) und dem Verbindungsabschnitt (210, 220) die elektrische Kontaktierung zwischen der Zelle (100) und den zwei unter dem Deckel ansässigen Verbindungsabschnitten (210, 220) erreicht. Des Weiteren werden die Verbindungsabschnitte (210, 220) durch den Deckel (200) hindurch geführt und an die Elektrodenanschlüsse (310, 320) angeschlossen.
Durch diese Struktur lässt sich das Zellenmodul an eine äußere Schaltung anschließen und das Modul entlädt sich.
Die seitlich befindlichen Kontaktabschnitte (111, 121) bestehen aus hauchdünnem Metallblech (Kupfer oder Aluminium). Zwischen den Kontaktabschnitten (111, 121) und den Anoden-/Kathodenanschlussplatten (110, 120) bilden sich Biegungen (112, 122) aus. Durch die Biegungen (112, 122) lässt sich der Kontakt zwischen den Kontaktabschnitten (111, 121) und Verbindungsabschnitten (210, 220) einstellen. Das Optimum erzielt man, wenn die Kontaktabschnitte (111, 121) und die Verbindungsabschnitte (210, 220) die maximale Kontaktfläche aufweisen. Es lässt sich je nach Entwurf durch das Modifizieren eine maximale elektrische Kontaktfläche erreichen. Dadurch erniedrigt sich der Widerstand der Kontaktfläche zwischen den Zellen (100) und den Verbindungsabschnitten (210, 220), was auch zu einer besseren Auf- und Entladeeffizienz führt.
Hinsichtlich der technischen Umsetzung muss bei einer elektrischen Kontaktierung der Zellen (100) mit den Verbindungsabschnitten (210, 220) des Deckels (200) die Anzahl der unter dem Deckel (200) befindlichen Verbindungsabschnitte (210, 220) der der Anoden- bzw. Kathodenanschlussplatten entsprechen (siehe 2). Bei der optimalen Ausführung weisen die Verbindungsabschnitte (210, 220) die gleiche Kontaktfläche wie die Kontaktabschnitte (111, 121) auf, sodass das Maximum der Kontaktfläche vorliegt. Andernfalls bestehen die sich unter dem Deckel (200) befindlichen Verbindungsabschnitte zur Kontaktierung mit den Anoden- und Kathodenanschlussplatten aus einstückigen, großflächigen Metallblechen. Diese Ausführungsvariante mit einstückigen, großflächigen Metallblechen eignet sich besser für die Herstellung der elektrischen Kontaktierung durch Verschweißen oder Verkleben. Zudem lassen sich die Kontaktflächen zwischen den Zellen und den Verbindungsabschnitten (210, 220) des Deckels (200) einfach maximieren, und folglich werden die Kontakte zwischen den Zellen (100) und den Verbindungsabschnitten (210, 220) stabiler.
Wie in 4 abgebildet, bietet sich für die technische Umsetzung noch die Möglichkeit an, den Deckel (200) andersherum zu gestalten, wobei in diesem Fall die Kontaktflächen der Verbindungsabschnitte (210, 220) nach oben und die Zellen nach unten gerichtet sind. Die Kontaktabschnitte (111, 121) werden dann einer nach dem anderen auf die Verbindungsabschnitte (210, 220) gelegt und durch Verschweißen oder Verkleben mit den Verbindungsabschnitten fest verbunden. Nachdem die elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktabschnitten (111, 121) und den Verbindungsabschnitten (210, 220) hergestellt ist, werden die Verbindungsabschnitte gebogen und nach oben geklappt, sodass die Verbindungsabschnitte senkrecht zur Unterseite des Deckels stehen (siehe 5).
Wie aus der 6 hervorgeht, werden bei der Realisierung die verschalteten Zellen in einem Metallgehäuse verstaut. Gleichzeitig befindet sich der Deckel über der Öffnung des Metallgehäuses. Als nächstes werden die Fugen zwischen dem Deckel (200) und der Öffnung des Gehäuses (400) durch verschiedene Abdichtungsverfahren abgedichtet, sodass ein Akkumulatorzellenmodul aufgebaut ist.
All das oben Erwähnte stellt nur bewährte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung soll sich nicht ausschließlich auf diese beschränken. Alle Gegenstände der vorliegenden Erfindung mitsamt deren Abwandlungen und einfach modifizierten Ausführungsformen gelten patentrechtlich als geschütztes geistiges Eigentum.

Claims

Verschaltungsschema von Akkumulatorzellen zur elektrischen Kontaktierung, bei dem die unter dem Deckel des Akkumulatormoduls befindlichen Verbindungsabschnitte mit den einzelnen Zellen verbunden sind, gekennzeichnet durch bieg- und klappbare Verbindungsabschnitte, die seitlich unter dem Deckel in eine flache Position der Verbindungsabschnitte nach außen klappbar sind, und durch verlängerte Kontaktabschnitte der seitlich der Zellen stehenden Anoden- und Kathodenanschlussplatten.
Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich der Zellen befindlichen Kontaktabschnitte durch Biegungen mit den Anoden- und Kathodenanschlüssen verbunden sind.
Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktabschnitten und den Verbindungsabschnitten das Maximum an Kontaktflächen vorliegt.
Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der seitlich der Zellen befindlichen Verbindungsabschnitte der der Anoden- bzw. Kathodenanschlussplatten entspricht.
Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen, unter dem Deckel befindlichen Verbindungsabschnitte zur elektrischen Kontaktierung mit allen Anoden- und Kathodenanschlussplatten durch einstückige, großflächige Metallbleche gefertigt sind.
Verschaltungsschema der Akkumulatorzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der elektrischen Kontaktierung der Kontaktabschnitte mit den Verbindungsabschnitten sich die Verbindungsabschnitte so verformen lassen, dass sie senkrecht zur Unterseite des Deckels stehen.