DE112019004220T5

DE112019004220T5 - Sammelschienen mit integrierten und gestanzten schmelzbaren Verbindungen

Info

Publication number: DE112019004220T5
Application number: DE112019004220.3T
Authority: DE
Inventors: Tyler David Collins; Kyle William Butterfield; Nathaniel Christopher Wynn; Charles Ed CHANG
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112602231A; CN112602231B; WO2020041764A1

Abstract

Eine Batterie-Zwischenverbindung kann eine gewünschte Stromkapazität, integrierte schmelzbare Verbindungen einschließen und unter Verwendung kostengünstiger Techniken herstellbar sein. In einigen Ausführungsformen schließt eine Batterie-Zwischenverbindung eine Sammelschiene und relativ dünnere Verbindungen ein. Eine Sammelschiene führt größere Stromstärken und dementsprechend sind ihre Querschnittsflächen relativ größer, um ohmsche Verluste zu reduzieren. Eine Verbindung führt eine wesentlich kleinere Stromstärke, und eine schmelzbare Verbindung ist konfiguriert, um den Stromkreis zu unterbrechen, wenn die Stromstärke über einem Schwellenwert liegt, weshalb eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche erforderlich ist. Diesen manchmal unterschiedlichen Längenmaßstäben wird unter Verwendung mehrerer Techniken Rechnung getragen, wie Schichten einer Sammelschiene und eines Folienbogens und Pressen von Abschnitten einer Sammelschiene, um die Verbindungen zu bilden. Die Verbindungen können an einer Vielzahl von Batteriezellen befestigt sein, um die Zellen parallel oder in Reihe zu schalten.

Description

EINFÜHRUNG
Batteriesysteme schließen üblicherweise viele Batteriezellen ein, die in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen miteinander verbunden sind. In vielen Fällen ist es aus Sicherheitsgründen wichtig, eine schmelzbare Verbindung für eine möglichst kleine Gruppe von Zellen in einem Kraftfahrzeugbatteriesatz einzuschließen. Im Idealfall weist jede Zelle mindestens eine schmelzbare Verbindung auf. Der Schmelzstrom ist in erster Linie abhängig von der minimalen Querschnittsfläche (d. h. der Verengung). Zum Beispiel ist für Aluminium 1100 zum Schmelzen an Luft bei etwa 40 A in 1 s ein Querschnitt von etwa 0,2 mm² erforderlich. Damit eine 1 mm dicke Aluminium-Sammelschiene einen zum Schmelzen geeigneten Querschnitt aufweist, muss die Verengung dementsprechend 0,2 mm breit sein. Dies ist für keine produktionsskalierbare Fertigungstechnik geeignet. Zum Beispiel liegt ein typisches Mindestverhältnis zwischen Merkmalsbreite und Blechdicke in der Größenordnung von 5:1 für das Stanzen, 3:1 für Wasserstrahl- oder Laserschneiden, 1:1 für Drahterosionsbearbeitung, jedoch hätte diese Geometrie ein Verhältnis von 1:5. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte schmelzbare Verbindung mit gewünschter Querschnittsfläche bereitzustellen.
Üblicherweise werden Sammelschienen unter Verwendung von Drahtbonden, Laserschweißen und Widerstandsschweißen mit zylindrischen Lithium-Ionen-Batteriezellen verbunden. Beispielsweise zeigt 1 eine drahtgebondete Verbindung der Batteriezelle 110 mit den Stromabnehmern 101 und 102. Die Batteriezelle 110 weist einen Pluspol (+) und einen Minuspol (-) auf. Draht 111 verbindet den Minuspol der Batteriezelle 110 mit dem Stromabnehmer 101 und Draht 112 verbindet den Pluspol der Batteriezelle 110 mit dem Stromabnehmer 102. Die Drähte 111 und 112 sind so bemessen, dass sie als schmelzbare Verbindung fungieren. Ein solches Verbindungsschema erfordert zwei Drähte und vier Bondbereiche pro Zelle. Die Sammelschienen verbinden eine Anordnung von Zellen in den gewünschten Reihen und parallelen Strängen. Das Drahtbonden schließt das Ultraschallschweißen eines leitfähigen Drahts sowohl an die Zelle als auch an die Sammelschiene ein. Die Länge und der Durchmesser des Drahts können so bemessen sein, dass sie bei einer Stromstärke, die über den normalen Betriebsbedingungen der Zelle liegt, als Sicherung wirken, wodurch bei Überstrom- und Kurzschlussbedingungen zusätzliche Sicherheit bereitgestellt wird. Ein Problem beim Drahtbonden besteht darin, dass dies aufgrund der Geschwindigkeit und Erfolgsrate der Bindungen bei einer großen Anzahl von Verbindungen, die in einem Batteriemodul und -pack hergestellt werden müssen, zu einem Engpass in der Produktion werden kann. Zum Beispiel kann es etwa eine Sekunde dauern, um eine Verbindung herzustellen. Ferner liegt die Erfolgsquote im Allgemeinen im Bereich von 99 bis 99,99 %. Auf einem Batteriepack, der 5000 Zellen aufweist, die mit Pluspol und Minuspol verbunden werden müssen, würde dies zu 10000 Verbindungen nur mit den Zellen und insgesamt 20000 Verbindungen führen. Dies deutet im Mittel auf zwei Misserfolge hin, selbst wenn eine Erfolgsquote von 99,99 % erzielt würde. Es wäre vorteilhaft, mit einem schnelleren, zuverlässigeren Verfahren Zellen unter Beibehaltung einer schmelzbaren Verbindung mit einer Sammelschiene zu verbinden.
KURZDARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Batterie-Zwischenverbindungssystem, das mindestens eine Sammelschiene und mindestens einen Folienbogen einschließt. Der Folienbogen ist an einer Schnittstelle an der mindestens einen Sammelschiene befestigt und schließt eine erste Vielzahl von Laschen ein, die sich von der Schnittstelle erstrecken. Die erste Vielzahl von Laschen ist konfiguriert, um entsprechende Pole einer ersten Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren. Jede der ersten Vielzahl von Laschen schließt eine schmelzbare Verbindung ein.
In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Folienbogen an der mindestens einen Sammelschiene an der Schnittstelle durch mindestens eines von Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Pressschweißen und Explosionsschweißen befestigt.
In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine Sammelschiene Verzweigungen ein.
In einigen Ausführungsformen schließt jede der jeweiligen schmelzbaren Verbindungen eine vorbestimmte, lokal minimale Querschnittsfläche ein, die konfiguriert ist, um im Wesentlichen bei einer vorbestimmten elektrischen Stromstärke zu schmelzen.
In einigen Ausführungsformen schließt die Folienschicht eine zweite Vielzahl von Laschen ein, die sich von der Schnittstelle zu einer zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstrecken.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die erste Vielzahl von Laschen zu entsprechenden Polen der ersten Vielzahl von Batteriezellen, die eine erste Polarität aufweisen, und die zweite Vielzahl von Laschen erstreckt sich zu entsprechenden Polen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen, die eine zweite Polarität aufweisen. Zum Beispiel können die erste und die zweite Polarität positiv und negativ sein.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich jede Lasche der zweiten Vielzahl von Laschen zu zwei Polen, die die zweite Polarität aufweisen, von zwei Batteriezellen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen.
In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine Sammelschiene eine erste Dicke ein, die erste Vielzahl von Laschen schließt eine zweite Dicke ein und die zweite Dicke beträgt ein Viertel oder weniger der ersten Dicke. In einigen Ausführungsformen beträgt die zweite Dicke ein Zehntel oder weniger der ersten Dicke.
In einigen Ausführungsformen weist die mindestens eine Sammelschiene eine in der Ebene liegende Form auf, der mindestens eine Folienbogen weist im Wesentlichen die gleiche in der Ebene liegende Form auf und die Schnittstelle ist planar und weist die gleiche in der Ebene liegende Form auf.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Batteriesystem, das eine Vielzahl von Batteriezellen, die in mindestens eine Gruppe von Batteriezellen gruppiert sind, und eine Zwischenverbindung, die mit der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen gekoppelt ist, einschließt. Die Zwischenverbindung schließt eine Sammelschiene und eine Folienschicht ein, die an einer Schnittstelle an die Sammelschiene befestigt ist.
Die Folienschicht schließt eine erste Vielzahl von Laschen ein, die sich von der Schnittstelle zu Polen der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen erstrecken. Jede der ersten Vielzahl von Laschen schließt eine schmelzbare Verbindung ein und jede der ersten Vielzahl von Laschen ist an den Polen befestigt.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Batterie-Zwischenverbindungssystems. Das Verfahren schließt das Ausrichten eines Folienrohlings auf eine Sammelschiene ein. Das Verfahren schließt auch das Befestigen des Folienrohlings an der Sammelschiene ein, um einen Zwischenverbindungsrohling zu erzeugen. Das Verfahren schließt auch das Schneiden des befestigten Folienrohlings ein, um eine Zwischenverbindung mit einer Vielzahl von Folienlaschen zu erzeugen, die mindestens eine schmelzbare Verbindung einschließen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Befestigen eines Trägers an der Zwischenverbindung und mindestens einer zusätzlichen Zwischenverbindung ein, um eine räumliche Anordnung der Zwischenverbindung und der mindestens einen zusätzlichen Zwischenverbindung aufrechtzuerhalten.
In einigen Ausführungsformen schließt das Schneiden des Folienrohlings das Stanzen des Folienrohlings ein, um die Vielzahl von Folienlaschen zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen schließt das Stanzen des Folienrohlings das fortschreitende Stanzen des Folienrohlings ein, um die Vielzahl von Folienlaschen zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine schmelzbare Verbindung eine vorbestimmte Querschnittsfläche ein, die konfiguriert ist, um im Wesentlichen bei einer vorbestimmten elektrischen Stromstärke zu schmelzen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings ein, um mindestens zwei Zwischenverbindungen nach dem Stanzen des befestigten Folienrohlings zu erzeugen. In einigen solchen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings ein. Ferner schließt das Verfahren in einigen Ausführungsformen das Befestigen eines Trägers an den mindestens zwei Zwischenverbindungen ein, um eine räumliche Anordnung der mindestens zwei Zwischenverbindungsrohlinge aufrechtzuerhalten, und die mindestens zwei befestigten Zwischenverbindungen sind elektrisch voneinander isoliert.
In einigen Ausführungsformen schließt der Träger eine Vielzahl von Aussparungen ein, die konfiguriert sind, um das Befestigen der Vielzahl von Folienlaschen an einer Vielzahl von entsprechenden Batteriezellen zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Befestigen der Vielzahl von Folienlaschen an einer Vielzahl von entsprechenden Batteriezellen ein.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Batterie-Zwischenverbindungssystem, das mindestens eine Sammelschiene, die eine ersten Dicke aufweist, und eine erste Vielzahl von gestanzten Laschen, die eine zweite Dicke aufweisen, einschließt, die sich von der Sammelschiene erstrecken und konfiguriert sind, um entsprechende Anschlüsse einer ersten Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren. Die erste Vielzahl von gestanzten Laschen ist zusammenhängend mit der mindestens einen Sammelschiene, wobei jede der ersten Vielzahl von gestanzten Laschen eine schmelzbare Verbindung umfasst und wobei die zweite Dicke ein Viertel oder weniger der ersten Dicke beträgt. Zum Beispiel sind in einigen Ausführungsformen die mindestens eine Sammelschiene und die erste Vielzahl von gestanzten Laschen aus einem einzigen Materialstück gebildet. In einem weiteren Beispiel wird in einigen Ausführungsformen die erste Vielzahl von gestanzten Laschen durch Pressen von Material, das die erste Dicke aufweist, gebildet.
In einigen Ausführungsformen schließt jede der jeweiligen schmelzbaren Verbindungen eine vorbestimmte, lokal minimale Querschnittsfläche ein, die konfiguriert ist, um im Wesentlichen bei einer vorbestimmten elektrischen Stromstärke zu schmelzen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Batterie-Zwischenverbindungssystem eine zweite Vielzahl von gestanzten Laschen ein, die sich von der Sammelschiene zu einer zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstrecken.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die erste Vielzahl von Laschen zu entsprechenden Polen der ersten Vielzahl von Batteriezellen, die eine erste Polarität aufweisen, und die zweite Vielzahl von gestanzten Laschen erstreckt sich zu entsprechenden Polen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen, die eine zweite Polarität aufweisen.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich jede Lasche der zweiten Vielzahl von gestanzten Laschen zu zwei Polen, die die zweite Polarität aufweisen, von zwei Batteriezellen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen.
In einigen Ausführungsformen beträgt die zweite Dicke ein Zehntel oder weniger der ersten Dicke.
In einigen Ausführungsformen wird die erste Vielzahl von gestanzten Laschen durch Pressen von Material, das die erste Dicke aufweist, gebildet.
In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine Sammelschiene eine oder mehrere Verzweigungen ein, und die erste Vielzahl von gestanzten Laschen erstreckt sich von der einen oder den mehreren Verzweigungen.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Batteriesystem, das eine Vielzahl von Batteriezellen, die in mindestens eine Gruppe von Batteriezellen gruppiert sind, und eine Zwischenverbindung, die mit der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen gekoppelt ist, einschließt. Die Zwischenverbindung schließt mindestens eine Sammelschiene, die eine erste Dicke aufweist, und eine erste Vielzahl von gestanzten Laschen, die eine zweiten Dicke aufweisen, ein, die sich von der Sammelschiene erstrecken und konfiguriert sind, um entsprechende Pole einer ersten Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren. Die erste Vielzahl von gestanzten Laschen ist zusammenhängend mit der mindestens einen Sammelschiene. Jede der ersten Vielzahl von gestanzten Laschen schließt eine schmelzbare Verbindung ein. Die zweite Dicke beträgt ein Viertel oder weniger der ersten Dicke.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Batterie-Zwischenverbindungssystems. Das Verfahren schließt das Erzeugen eines Zwischenverbindungsrohlings ein, der eine erste Dicke umfasst. Das Verfahren schließt auch das Pressen eines Abschnitts des Zwischenverbindungsrohlings ein, um eine Vielzahl von groben Laschen, die eine zweite Dicke aufweisen, zu bilden. Die zweite Dicke beträgt ein Viertel oder weniger der ersten Dicke. Das Verfahren schließt auch das Schneiden der Vielzahl von groben Laschen ein, um eine Zwischenverbindung mit einer Vielzahl von Laschen einschließlich mindestens einer schmelzbaren Verbindung zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Pressen des Abschnitts des Zwischenverbindungsrohlings das fortschreitende Pressen und Beschneiden des Abschnitts ein, um die Vielzahl von groben Laschen zu bilden.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Befestigen eines Trägers an der Zwischenverbindung und mindestens einer zusätzlichen Zwischenverbindung ein, um eine räumliche Anordnung der Zwischenverbindung und der mindestens einen zusätzlichen Zwischenverbindung aufrechtzuerhalten.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Schneiden der Vielzahl von groben Laschen das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings, um die Vielzahl von Laschen zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine schmelzbare Verbindung eine vorbestimmte Querschnittsfläche ein, die konfiguriert ist, um im Wesentlichen bei einer vorbestimmten elektrischen Stromstärke zu schmelzen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings ein, um mindestens zwei Zwischenverbindungen nach dem Schneiden der Vielzahl von groben Laschen zu erzeugen. In einigen solchen Ausführungsformen schließt das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings ein. Ferner schließt das Verfahren in einigen solchen Ausführungsformen das Befestigen eines Trägers an den mindestens zwei Zwischenverbindungen ein, um eine räumliche Anordnung der mindestens zwei Zwischenverbindungsrohlinge aufrechtzuerhalten, und die mindestens zwei befestigten Zwischenverbindungen sind elektrisch voneinander isoliert.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Befestigen der Vielzahl von Laschen an einer Vielzahl von entsprechenden Batteriezellen durch Aussparungen in dem Träger ein.
In einigen Ausführungsformen schließt das Erzeugen des Zwischenverbindungsrohlings das Bilden einer Sammelschiene mit einer Vielzahl von Vorsprüngen ein, und der Abschnitt des Zwischenverbindungsrohlings schließt die Vielzahl von Vorsprüngen ein. Zum Beispiel werden die Vorsprünge gestanzt, um die Vielzahl von Laschen zu bilden.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.

1 zeigt eine drahtgebondete Verbindung einer Batteriezelle mit einem Stromabnehmer;
2 zeigt eine Draufsicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls mit einer Vielzahl von Batterie-Zwischenverbindungen, die zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des veranschaulichenden Batteriemoduls von 2, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt veranschaulichender Zwischenverbindungsrohlinge, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts der veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlinge von 4 nach dem Pressen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts der veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlinge von 5 nach dem Beschneiden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts der veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlinge von 6, nachdem die Verarbeitung abgeschlossen ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden Verbindung zwischen einer Sammelschiene und zwei Batteriezellen und einen Abschnitt einer veranschaulichenden schmelzbaren Verbindung zwischen einer Sammelschiene und einer Batteriezelle, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts der veranschaulichenden schmelzbaren Verbindung zwischen der Sammelschiene und der Batteriezelle von 8, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
10 zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts einer veranschaulichenden Batterie-Zwischenverbindung, die mit einer Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
11 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Bilden einer gepressten Batterie-Zwischenverbindung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines veranschaulichenden Sammelschienenrohlings und eines Folienbogens vor dem Verbinden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des veranschaulichenden Sammelschienenrohlings und des Folienbogens von 12 nach dem Verbinden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
14 zeigt eine Draufsicht des veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlings von 13 nach dem Beschneiden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
15 zeigt eine Draufsicht des veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlings von 14 nach der Trennung in einzelne Zwischenverbindungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
16 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Bilden einer Batterie-Zwischenverbindung durch Verbinden von zwei Schichten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
17 zeigt eine Unteransicht eines veranschaulichenden Trägers, der an einer Vielzahl von Batterie-Zwischenverbindungen befestigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
18 zeigt eine Unteransicht des veranschaulichenden Trägers von 17 ohne befestigte Zwischenverbindungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Batterie-Zwischenverbindung, die eine gewünschte Stromkapazität sowie integrierte schmelzbare Verbindungen aufweist und unter Verwendung kostengünstiger Techniken herstellbar ist. In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren zum Herstellen der Batterie-Zwischenverbindung.
In einigen Ausführungsformen soll eine Batterie-Zwischenverbindung räumliche Merkmale in einem Bereich von Längenmaßstäben einschließen. Zum Beispiel muss eine Sammelschiene (d. h. ein Stromabnehmer) wahrscheinlich größere Stromstärken führen und dementsprechend sind ihre Querschnittsflächen relativ größer, um ohmsche Verluste zu reduzieren. In einem weiteren Beispiel muss eine schmelzbare Verbindung wahrscheinlich eine viel kleinere Stromstärke führen und soll den Stromkreis unterbrechen, wenn die Stromstärke über einem Schwellenwert liegt, wodurch eine relativ kleine Querschnittsfläche erforderlich ist. Diese manchmal unterschiedlichen Längenmaßstäbe werden in den beschriebenen Ausführungsformen unter Verwendung mehrerer Techniken angesprochen.
In einigen Ausführungsformen wird eine Batterie-Zwischenverbindung in einem ersten Fertigungsprozess grob ausgearbeitet und anschließend bearbeitet, um Merkmale in feineren Längenmaßstäben (z. B. schmelzbare Verbindungen und schweißbare Verbindungen für die einzelnen Batteriezellen) zu bilden. Zum Beispiel kann eine Batterie-Zwischenverbindung gestanzt oder geschnitten werden, um die großflächigen Merkmale wie die Sammelschiene zu bilden, einschließlich einer Vielzahl von Vorsprüngen an gewünschten Stellen. In einem oder mehreren nachfolgenden Verarbeitungsschritten kann die Vielzahl von Vorsprüngen gepresst (z. B. in einer Matrize gestanzt, um eine oder mehrere räumliche Dimensionen zu reduzieren) und in abwechselnden Schritten beschnitten werden, um schmelzbare Verbindungen zu bilden, die zum Laserschweißen an einzelne Batteriezellen geeignet sind. Zur Veranschaulichung: Die Vorsprünge können nach dem Pressen kleine Längenmaßstäbe erreichen, die einem Folienbogen ähneln.
In einigen Ausführungsformen wird eine Batterie-Zwischenverbindung gebildet, indem zwei Verbindungselemente mit einzigartigen Eigenschaften miteinander verbunden werden. Zum Beispiel kann eine Batterie-Zwischenverbindung durch Befestigen einer Sammelschiene an einem gestanzten Folienbogen gebildet werden (z. B. durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Pressschweißen und Explosionsschweißen, Hartlöten oder jedes andere geeignete Verfahren). In einem oder mehreren nachfolgenden Verarbeitungsschritten können Abschnitte des angrenzenden Folienbogens durch Stanzen (z. B. unter Verwendung einer Stanzform) beschnitten werden, um feinere Merkmale zu bilden, die zum Laserschweißen an einzelne Batteriezellen geeignet sind.
Die hierin beschriebenen Zwischenverbindungen (z. B. geschichtete und gepresste Zwischenverbindungen) ermöglichen eine reduzierte Anzahl von Verbindungen zu Batteriezellen im Vergleich zum Drahtbonden. Da beispielsweise das Sammelschienenende jeder Verbindung in die Sammelschiene integriert ist, wird die Anzahl der Gesamtverbindungen im Vergleich zum Drahtbonden halbiert (z. B. muss nur ein Ende jeder Verbindung gebondet werden).
2 zeigt eine Draufsicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls 200 mit einer Vielzahl von Batterie-Zwischenverbindungen (z. B. Batterie-Zwischenverbindungen 211-217), die zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen 210 angeordnet sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Batteriezellen 210 sind in einer Anordnung angeordnet, die ein regelmäßiges Muster sein kann (z. B. eine sechseckige dichte Packung), aber nicht sein muss. Die Batteriezellen 210 sind in Gruppen von Batteriezellen angeordnet, die parallel gekoppelt sind, und die Gruppen sind in Reihe gekoppelt. Zum Beispiel gibt es, wie in 2 gezeigt, sechs Gruppen von Zellen, die über die Batterie-Zwischenverbindungen 211-217 in Reihe gekoppelt sind. Jede Zelle ist konfiguriert, um mit zwei benachbarten Batterie-Zwischenverbindungen gekoppelt zu werden, wobei der Pluspol mit der einen und der Minuspol mit der anderen gekoppelt ist. Zwischen den Batterie-Zwischenverbindungen 211 und 217 steht die volle Spannung des Batteriemoduls 200 zur Verfügung, während zwischen jedem anderen Paar von Batterie-Zwischenverbindungen Zwischenspannungen vorhanden sind. Abschnitt 250 ist in 3 vergrößert dargestellt, um weitere Details zu veranschaulichen. Es versteht sich, dass das Batteriemodul 200 von 2 der Übersichtlichkeit halber ohne Verbindungen veranschaulicht ist.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts 250 aus 2 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3 veranschaulicht, sind die Batteriezellen 301 und 302 so konfiguriert, dass sie parallel an die Batterie-Zwischenverbindungen 211 und 212 gekoppelt sind. Dementsprechend ist ein Pluspol jeder der Batteriezellen 301 und 302 konfiguriert, um mit einer der Batterie-Zwischenverbindungen 211 und 212 gekoppelt zu werden, und ein Minuspol jeder der Batteriezellen 301 und 302 ist konfiguriert, um mit der anderen der Batterie-Zwischenverbindungen 211 und 212 gekoppelt zu werden (z. B. sind die Batterie-Zwischenverbindungen 211 und 212 miteinander in Reihe geschaltet). Ferner ist die Batteriezelle 303 so konfiguriert, dass sie mit beiden Batteriezellen 301 und 302 in Reihe geschaltet ist. Zum Beispiel ist die Batteriezelle 303 konfiguriert, um mit den Batterie-Zwischenverbindungen 213 und 213 gekoppelt zu werden (z. B. ein Pluspol der Batteriezelle 303 mit der einen und ein Minuspol der Batteriezelle 303 mit der anderen). Dementsprechend ist jede in 3 veranschaulichte Batteriezelle konfiguriert, um mit zwei Batterie-Zwischenverbindungen gekoppelt zu werden. Zur Veranschaulichung umfasst jede Reihe von acht Batteriezellen zwei benachbarte Gruppen von vier Batteriezellen, die parallel geschaltet sind, wobei die linke und die rechte Gruppe in Reihe geschaltet sind. Die linken Gruppen von vier Batteriezellen sind parallel zueinander geschaltet und die rechten Gruppen von vier Batteriezellen sind parallel zueinander geschaltet. Dementsprechend koppelt die Zwischenverbindung 212, wie in 3 gezeigt, die 24 Batteriezellen in den linken Gruppen (z. B. einschließlich den Batteriezellen 301 und 302) in Reihe mit den 24 Batteriezellen in den rechten Gruppen (z. B. einschließlich der Batteriezelle 303).
Die Batterie-Zwischenverbindungen 211-217, wie in den 2-3 veranschaulichend gezeigt, sind so geformt, dass sie eine Vielzahl von Batteriezellen erreichen und somit eine verzweigte Struktur aufweisen (z. B. mit einem „Rückgrat“ mit Verzweigungen, die sich zu den Zellen erstrecken). Die Batterie-Zwischenverbindungen schließen Sammelschienen (z. B. die fingerartigen Strukturen, die konfiguriert sind, um über Verbindungen mit Batteriezellen verbunden zu werden) ein, die bemessen sind, um erhebliche Stromstärken von vielen Batteriezellen zu führen, ohne prohibitive ohmsche Verluste zu verursachen. Eine Zwischenverbindung kann eine Vielzahl von fingerartigen Verzweigungen einschließen, die durch ein Rückgrat miteinander gekoppelt sind, wobei die gesamte Struktur hierin als Sammelschiene bezeichnet wird. Der individuelle Anschluss an mindestens einen Pol jeder Batteriezelle erfordert jedoch eine kleinere Querschnittsfläche (z. B. und entsprechend einen kleineren räumlichen Längenmaßstab in mindestens einer Dimension), um als schmelzbare Verbindung zu fungieren. In einigen Ausführungsformen ist es erwünscht, ein Schnellmontageverfahren zu verwenden, um eine einzelne Verbindung zwischen einer Batteriezelle und einer Sammelschiene herzustellen. Zum Beispiel wird diese Verbindung in einigen Ausführungsformen über Laserschweißen hergestellt. Obwohl Sammelschienen dick genug sein müssen, um ausreichend Strom zu führen (z. B. in der Größenordnung von mindestens 1 mm für Aluminium 1100), sind sie jedoch zu dick, um zuverlässig Laserschweißen zu ermöglichen (z. B. wofür in der Regel die Größenordnung von 0,5 mm oder weniger für Aluminium 1100 erforderlich ist). Die Verbindungen zwischen Batteriezellen und einer oder mehreren Sammelschienen können daher Merkmale im kleineren Maßstab einschließen. In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Bildung dieser individuellen Verbindung jeder Zwischenverbindung mit entsprechenden Batteriezellen. Zum Beispiel bezieht sich die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den 4-11 auf gepresste Batterie-Zwischenverbindungen, die Sammelschienen und schmelzbare Verbindungen einschließen. In einem weiteren Beispiel bezieht sich die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den 12-16 auf geschichtete Batterie-Zwischenverbindungen, die Sammelschienen und schmelzbare Verbindungen einschließen.
Unter gewissen Umständen ist es wünschenswert, die Verwendung mehrteiliger Baugruppen zu vermeiden, um die Kosten eines Batteriepacks zu reduzieren. Eine gepresste Batterie-Zwischenverbindung kann einstückig ausgebildet sein und Sammelschienen, eine schmelzbare Verbindung und andere Verbindungen einschließen. Unter gewissen Umständen ist es auch erwünscht, dass die Batterie-Zwischenverbindung das Laserschweißen zum Herstellen der Batteriezellenverbindungen ermöglicht. Das Laserschweißen ist eine Verbesserung des Drahtbondingverfahrens in Bezug auf Zuverlässigkeit und Fertigungszeit. Obwohl beispielsweise Fertigungsmittel zum Laserschweißen teurer sein können, kann das Verfahren billiger sein, wenn die Produktionsrate, die parallel durchgeführt werden kann, berücksichtigt wird. Die Beschreibung der 4-11 liefert weitere Details zu gepressten Batterie-Zwischenverbindungen.
4 zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts veranschaulichender Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen können die Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430 grob geschnitten sein (z. B. und eine nachfolgende Verarbeitung erfahren, um Merkmale zu verfeinern). Die Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430, wie in 4 gezeigt, sind zu Referenzzwecken relativ zueinander und zu den Batteriezellen 401 angeordnet, obwohl sie während der Verarbeitung nicht angeordnet werden müssen (z. B. während der im Zusammenhang mit 4-7 beschriebenen Verfahren). In einigen Ausführungsformen wird ein Zwischenverbindungsrohling durch Stanzen, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden, maschinelles Bearbeiten, ein anderes geeignetes Fertigungsverfahren oder eine Kombination davon hergestellt. Die Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430, wie veranschaulichend in 4 gezeigt, schließen im grob geschnittenen Stadium eine ungefähr gleichmäßige Dicke ein. Eine gleichmäßige Dicke ist nicht erforderlich, und ein grob geschnittener Zwischenverbindungsrohling kann verjüngt oder abgestuft sein oder anderweitig unterschiedliche Dicken aufweisen. Ferner können Merkmale in der Ebene des Zwischenverbindungsrohlings (d. h. der Ebene der Achsen 490 und 491) mit mindestens einer geeigneten räumlichen Mindestabmessung ausgebildet werden, um die Bearbeitbarkeit sicherzustellen. Die Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430 schließen jeweilige Sammelschienen 412 und 432 ein, von denen sich Vorsprünge erstrecken können. Die Vorsprünge 411 des Zwischenverbindungsrohlings 410 und die Vorsprünge 431 und 433 des Zwischenverbindungsrohlings 430 sind dazu vorgesehen, gepresst und beschnitten zu werden, um Verbindungen zu bilden (z. B. durch Verfahren, die im Zusammenhang mit den 5-7 beschrieben sind), um die Zwischenverbindungsrohlinge an geeigneten Batteriezellen der Batteriezellen 401 zu befestigen. In einigen Ausführungsformen müssen die Vorsprünge 411 nicht als Erweiterungen enthalten sein, und lokale Abschnitte einer Sammelschiene können in nachfolgenden Verarbeitungsstufen gepresst und beschnitten werden (z. B. diejenigen, die im Zusammenhang mit den 5-7 beschrieben werden). Dementsprechend kann sich in einigen Ausführungsformen die Querschnittsfläche einer Sammelschiene leicht ändern (z. B. eine leichte Querschnittsverminderung), wenn lokale Bereiche gepresst werden, um Verbindungen zu bilden.
Die Ebene der Achsen 490 und 491 wird hierin als „in der Ebene“ bezeichnet. Abmessungen wie Breite und Länge werden in erster Linie in Bezug auf diese Ebene angegeben. Abmessungen wie Dicke werden senkrecht zu dieser Ebene angegeben (z. B. in die Seite von 4 hinein, wie veranschaulicht).
5 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts veranschaulichender Zwischenverbindungsrohlinge 410 und 430 von 4 nach dem Pressen (d. h. jetzt die jeweiligen Zwischenverbindungsrohlinge 510 und 530) gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen schließt das Pressen das Platzieren von Zwischenverbindungsrohlingen in jeweiligen Matrizen und das Anwenden eines Stanzverfahrens ein, um Werkstofffluss und Verformung zu bewirken (d. h. Material wird nicht notwendigerweise entfernt). Die resultierenden Vorsprünge 511 des Zwischenverbindungsrohlings 510 und die resultierenden Vorsprünge 531 und 533 des Zwischenverbindungsrohlings 530 weisen eine Dicke auf, die geringer ist als die der Vorsprünge 411, 431 bzw. 433. Dementsprechend können die Vorsprünge 511, 531 und 531 eine durch Verformung vergrößerte Fläche in der Ebene aufweisen, die durch die Achsen 490 und 491 definiert ist.
6 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts veranschaulichender Zwischenverbindungsrohlinge 510 und 530 von 5 nach dem Beschneiden (d. h. jetzt die jeweiligen Zwischenverbindungsrohlinge 610 und 630) gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen schließt das Beschneiden das Platzieren von Zwischenverbindungsrohlingen in jeweiligen Matrizen und das Anwenden eines Stanzverfahrens, um Material zu scheren, ein (d. h. Material wird notwendigerweise entfernt). Die resultierenden Vorsprünge 611 des Zwischenverbindungsrohlings 610 und die resultierenden Vorsprünge 631 und 633 des Zwischenverbindungsrohlings 630 haben eine geringere Dicke als die Vorsprünge 411, 431 bzw. 433 und eine Fläche in der Ebene der Achsen 490 und 491, die gegenüber den Vorsprüngen 511, 531 bzw. 533 reduziert ist. Durch Beschneiden können genauere Abmessungen gebildet werden, die zur Bildung von schmelzbaren Verbindungen beitragen können.
7 zeigt eine Draufsicht des Abschnitts veranschaulichender Zwischenverbindungen 710 und 730, nachdem die Verarbeitung abgeschlossen ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 7 veranschaulicht, sind die Verbindungen 711, 731 und 733 aus anfänglichen Vorsprüngen 411, 431 bzw. 433 gebildet und konfiguriert, um an geeigneten Zellen der Batteriezellen 401 befestigt zu werden (z. B. durch Laserschweißen oder ein anderes geeignetes Verfahren).
In einigen Ausführungsformen können Pressen, Beschneiden oder beides mehr als einmal nacheinander erfolgen (z. B. fortlaufendes Stanzen und Beschneiden). Zum Beispiel können Pressen, Beschneiden oder beides wiederholt werden, bis eine gewünschte Dicke, Form oder Materialeigenschaft (z. B. Härte) erreicht ist. In einigen Ausführungsformen kann ein einzelner Arbeitsgang verwendet werden, um Verbindungen 711, 731 und 733 zu bilden. Zum Beispiel kann eine Stanzform konfiguriert sein, um einen Abschnitt eines Zwischenverbindungsrohlings in einem einzigen Stanzvorgang zu formen und zu beschneiden. Jede geeignete Technik kann verwendet werden, um aus einem dickeren Materialabschnitt Verbindungen zu bilden, die zum Befestigen an Batteriezellen geeignet sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Verbindungen 711, 731 und 733 können als gestanzte Laschen bezeichnet werden, da sie materialmäßig durchgehend zu den Sammelschienen 710 und 730 sind und durch Stanzen von Material der Sammelschienen gebildet wurden.
Wie veranschaulichend in 7 gezeigt, ist jede der Verbindungen 711 und 733 konfiguriert, um mit zwei jeweiligen Batteriezellen der Zellen 401 gekoppelt zu werden. Die Verbindungen 711 und 733 können, müssen aber nicht, schmelzbare Verbindungen sein. In einigen Ausführungsformen können die Verbindungen 711 und 733 Gabeln, Gabelungen, Verzweigungen, beliebige andere geeignete Merkmale zum Erweitern auf mehr als eine Zelle oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Obwohl in 7 nicht gezeigt, können in einigen Ausführungsformen die Verbindungen 711 und 733 konfiguriert sein, um an einer einzelnen, jeweiligen Batteriezelle befestigt zu werden (z. B. können doppelt so viele Verbindungen vorhanden sein, wie in 7 gezeigt sind).
Obwohl in den 4-7 nicht gezeigt, können zusätzliche Verbindungen unter Verwendung der im Zusammenhang mit den 4-7 beschriebenen Verfahren gebildet werden, die als Instrumentierungsmerkmale, Ausrichtungsmerkmale, Messmerkmale, zu jedem anderen geeigneten Zweck oder in einer beliebigen Kombination davon verwendet werden können. Zum Beispiel kann eine Verbindung eingeschlossen sein, um als Spannungsabgriff verwendet zu werden, und dementsprechend konfiguriert sein, um einen daran geschweißten Draht aufzuweisen. In einem weiteren Beispiel kann eine kreisförmige Referenzverbindung ausgebildet sein, um die visuelle oder mechanische Ausrichtung während der Montage zu unterstützen. Aus einem Zwischenverbindungsrohling können neben den Verbindungen auch beliebige andere geeignete Merkmale gepresst werden.
8-10 zeigen veranschaulichende Zwischenverbindungen, die elektrisch mit Batteriezellen gekoppelt sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel kann jedes der veranschaulichenden Verfahren, die im Zusammenhang mit den 4-7 beschrieben wurden, verwendet werden, um Batterie-Zwischenverbindungen zu bilden, die mit Batteriezellen gekoppelt sein können, wie in den 8-10 veranschaulicht.
8 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt der veranschaulichenden Verbindung 811 zwischen der Sammelschiene 810 und zwei Batteriezellen 801 und 802 und einen Abschnitt der veranschaulichenden schmelzbaren Verbindung 813 zwischen der Sammelschiene 810 und der Batteriezelle 803 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Verbindung 811 und die schmelzbare Verbindung 813 können unter Verwendung eines der veranschaulichenden Verfahren gebildet werden, die beispielsweise im Zusammenhang mit den 4-7 beschrieben wurden.
Die Verbindung 811 ist an den Batteriezellen 801 und 802 an den Schweißstellen 815 bzw. 816 befestigt. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Verbindung 811 mit den Batteriezellen 801 und 802 laserverschweißt, und die Schweißstellen 815 und 816 können an jeder geeigneten Stelle an der Schnittstelle der Verbindung 811 und der Batteriezellen 801 und 802 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Verbindung an mehr als einer Stelle an jede Batteriezelle geschweißt werden. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Verbindung 811 mit einer ersten Polarität der Batteriezellen 801 und 802 (z. B. positiv oder negativ) gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Verbindung so konfiguriert sein, dass sie nur eine Schnittstelle zu einer Batteriezelle bildet, und dementsprechend können weitere Verbindungen erforderlich sein (z. B. doppelt so viele). Obwohl in 8 nicht gezeigt, kann die Verbindung 811 in einigen Ausführungsformen einen Sicherungsabschnitt einschließen, der konfiguriert ist, um den elektrischen Kontakt zu unterbrechen, wenn die kombinierte Stromstärke der Batteriezellen 801 und 802 für eine geeignete Zeitdauer über einem Schmelzstrom liegt. In einigen Ausführungsformen, für die die Verbindung 811 keinen beabsichtigten Sicherungsabschnitt einschließt, kann die Querschnittsfläche an jedem Punkt der Verbindung 811 notwendigerweise größer sein als eine Querschnittsfläche einer entsprechenden schmelzbaren Verbindung.
Die schmelzbare Verbindung 813 ist an den Schweißstellen 817 bzw. 818 an der Batteriezelle 803 befestigt. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Verbindung 811 mit den Batteriezellen 801 und 802 laserverschweißt, und die Schweißstellen 815 und 816 können an jeder geeigneten Stelle an der Schnittstelle der Verbindung 811 und der Batteriezellen 801 und 802 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann eine schmelzbare Verbindung an einer einzigen Stelle an eine Batteriezelle angeschweißt werden. In einigen Ausführungsformen ist/sind die Schweißstelle(n) zwischen einer schmelzbaren Verbindung und einer Batteriezelle so konfiguriert, dass sie einen geringeren elektrischen Widerstand als der Sicherungsabschnitt bereitstellen (z. B. mit einer effektiven Querschnittsfläche, die größer ist als die Querschnittsfläche der Verengung), und dementsprechend wirkt die schmelzbare Verbindung immer noch an der Verengung 814 als Sicherung statt an der/den Schweißstelle(n). Die Verengung 814 schließt eine Querschnittsfläche ein, die ein lokales Minimum ist, so dass große Stromstärken bewirken, dass die schmelzbare Verbindung 813 an der Verengung 814 versagt (d. h. dort wo der elektrische Widerstand und die entsprechende ohmsche Erwärmung am größten sind). In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel die schmelzbare Verbindung 813 mit einer ersten Polarität der Batteriezelle 803 (z. B. positiv oder negativ) gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen können alle Verbindungen eines Batteriesystems schmelzbare Verbindungen einschließen, so dass jede Batteriezelle zwei Sicherungen in Reihe aufweist (z. B. eine Sicherung pro Verbindung und je eine Verbindung pro Pluspol und Minuspol). Die veranschaulichende Verbindung 811 und die schmelzbare Verbindung 813 können beispielsweise gegenüber Drahtverbindungen bevorzugt werden, da jede nur einen einzigen Verbindungspunkt pro Batteriezelle erfordert (z. B. obwohl optional mehr Verbindungen hergestellt werden können), da keine Verbindung an der Sammelschienenschnittstelle erforderlich ist (d. h. die Zwischenverbindung ist ein einstückiges Design).
9 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer veranschaulichenden schmelzbaren Verbindung 813 zwischen der Sammelschiene 810 und der Batteriezelle 803 von 8 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 9 veranschaulicht, weist die Sammelschiene 810 im Vergleich zur schmelzbaren Verbindung 813 eine relativ große Dicke auf.
10 zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts einer veranschaulichenden Batterie-Zwischenverbindung 1010, die mit einer Vielzahl von Batteriezellen 1001 und einer Vielzahl von Batteriezellen 1002 gekoppelt ist (z. B. ist der positive zentrale Pol der Klarheit halber schraffiert), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Batterie-Zwischenverbindung 1010 schließt die Sammelschiene 1013, die Verbindungen 1011 und die schmelzbare Verbindungen 1012 ein. Die Verbindungen 1011 sind jeweils mit zwei der Batteriezellen 1001 gekoppelt (z. B. laserverschweißt), wie in 10 veranschaulicht. Die schmelzbare Verbindungen 1012 sind jeweils mit einer der Batteriezellen 1002 gekoppelt (z. B. laserverschweißt) (z. B. gibt es doppelt so viele schmelzbare Verbindungen 1012 wie Verbindungen 1011 pro Batteriemodul, wie veranschaulicht). Wie in 10 veranschaulicht, liegen die Batteriezellen 1001 in Reihe mit den Batteriezellen 1002, wie durch die Zwischenverbindung 1010 verbunden. Zum Beispiel ist die Zwischenverbindung 1010 mit den Minuspolen der Batteriezellen 1001 und den Pluspolen der Batteriezellen 1002 verbunden. In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Spannung zwischen den Pluspolen der Batteriezellen 1001 und den Minuspolen der Batteriezellen 1002, wie durch die Zwischenverbindung 1010 verbunden, nominal doppelt so groß sein wie die einer einzelnen Batteriezelle. Die Batterie-Zwischenverbindung 1010 schließt zwei verschiedene Verbindungstypen ein (z. B. Verbindungen 1011 und schmelzbare Verbindungen 1012). Eine Batterie-Zwischenverbindung kann eine beliebige geeignete Anzahl von Verbindungen, schmelzbare Verbindungen und Messmerkmalen mit beliebigen geeigneten geometrischen Eigenschaften (z. B. Dicken, Breiten, Längen, Formen, Querschnittsflächen) gemäß der vorliegenden Offenbarung einschließen. Eine Batterie-Zwischenverbindung kann jedes geeignete Material einschließen, wie zum Beispiel Aluminium (z. B. Aluminium 1100), Kupfer, Stahl (z. B. Edelstahl), eine Legierung, jedes andere geeignete Metall oder jede geeignete Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann ein Batteriemodul eine Vielzahl von Batterie-Zwischenverbindungen einschließen, die in Reihe, parallel oder einer Kombination davon gekoppelt sind, um eine Vielzahl von Batteriezellen mit einer Gleichstromlast zu koppeln. Es versteht sich, dass, obwohl eine einzelne Zwischenverbindung in 10 veranschaulicht ist, zusätzliche Zwischenverbindungen (nicht gezeigt) eingeschlossen sein können, so dass jede Batteriezelle mit zwei Zwischenverbindungen verbunden ist.
Zum Beispiel kann eine erste zusätzliche Zwischenverbindung mit den Pluspolen der Batteriezellen 1001 (z. B. über schmelzbare Verbindungen) verbunden sein, und eine zweite zusätzliche Zwischenverbindung kann mit den Minuspolen der Batteriezellen 1002 verbunden sein. In einem weiteren Beispiel können die zusätzlichen Zwischenverbindungen Sammelschienen einschließen, die sich zwischen Merkmalen der Zwischenverbindung 1010 (z. B. wie veranschaulichend in 2 gezeigt) erstrecken.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 1100 zum Bilden einer gepressten Batterie-Zwischenverbindung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Schritt 1102 schließt das Bilden eines Zwischenverbindungsrohlings ein. In einigen Ausführungsformen wird ein Zwischenverbindungsrohling durch Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden oder Plasmaschneiden eines Metallplattenrohlings gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Zwischenverbindungsrohling unter Verwendung von Funkenerosionsbearbeitung (z. B. Drahterosionsbearbeitung) gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Zwischenverbindungsrohling durch Stanzen einer Metallplatte unter Verwendung einer geeigneten Stanzform gebildet, um Bereiche, die offen sein sollen, wegzuschneiden. In einigen Ausführungsformen schließt das Bilden eines Zwischenverbindungsrohlings das Bilden von großflächigen Merkmalen ein, die beispielsweise stromführende Bereiche und Verzweigungsbereiche einschließen. Ein Zwischenverbindungsrohling kann einer Zwischenverbindung ähneln, muss es aber nicht. Zum Beispiel kann ein Sammelschienenrohling mehr als eine Zwischenverbindung einschließen, die als ein einzelnes Teil angeordnet ist und durch Bereiche verbunden ist, die zur Entfernung in einem späteren Verarbeitungsschritt vorgesehen sind (z. B., nicht gezeigt, jedoch können Zwischenverbindungen durch Stanzen, maschinelle Bearbeitung oder jedes andere geeignete Verfahren getrennt werden). In einigen Ausführungsformen kann der Zwischenverbindungsrohling Vorsprünge oder andere Vorwölbungen einschließen, die als Verbindungen vorgesehen sind (z. B. nach dem Pressen). In einigen Ausführungsformen muss der Zwischenverbindungsrohling keine Vorsprünge oder anderen Vorwölbungen einschließen, und ein kleiner Bereich des Rohlings kann gepresst werden (z. B. wodurch eine leichte Kerbe in dem Sammelschienenabschnitt verbleibt). In einigen Ausführungsformen kann ein Zwischenverbindungsrohling Vorsprünge einschließen, die als Verbindungen vorgesehen sind, und die Dicke der Vorsprünge kann vor dem Pressen durch maschinelle Bearbeitung reduziert werden. Obwohl zum Beispiel das Erreichen der gewünschten Verbindungsdicke durch herkömmliche maschinelle Bearbeitung aufwendig ist, kann die Dicke der Vorsprünge gegenüber der des Sammelschienenbereichs halbiert oder anderweitig reduziert werden, um das anschließende Pressen zu unterstützen.
Schritt 1104 schließt das Pressen des Zwischenverbindungsrohlings ein. In einigen Ausführungsformen wird eine Matrize relativ zu dem Zwischenverbindungsrohling angeordnet, und eine Presse wird verwendet, um Vorsprünge oder geeignete Bereiche des Sammelschienenbereichs in eine flachere Geometrie (z. B. dünner) zu pressen. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1104 fortschreitendes Pressen geeigneter Bereiche des Zwischenverbindungsrohlings ein, bis eine gewünschte Dicke erreicht ist (z. B. die Dicke ist kleiner als ein Schwellenwert). In einigen Ausführungsformen werden alle Verbindungen des Zwischenverbindungsrohlings in einem einzigen Vorgang gepresst. In einigen Ausführungsformen wird nur eine Teilmenge von Verbindungen oder sogar eine einzelne Verbindung in einem einzigen Vorgang gepresst (z. B. um mehr Kontrolle bereitzustellen, einfachere Matrizen zu ermöglichen, weniger Kraft zu erfordern oder den Prozess auf andere Weise zu vereinfachen). Die vorgesehenen Verbindungen können sich beim Pressen in der Ebene spreizen. Zum Beispiel führt eine Verringerung der Dicke bei einem gegebenen Materialvolumen zu einer Vergrößerung einer oder mehrerer anderer räumlicher Dimensionen. Verbindungen können eine gleichmäßige Dicke aufweisen, müssen es aber nicht.
Schritt 1106 schließt das Beschneiden des Zwischenverbindungsrohlings ein. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1106 das Schneiden, Stanzen, Scheren oder anderweitige Reduzieren der in der Ebene liegenden Fläche des Zwischenverbindungsrohlings ein. Zum Beispiel kann Schritt 1106 Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Funkenerodieren, Prägen, Stanzen oder eine Kombination davon einschließen. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1106 das Beschneiden der Verbindungen auf eine gewünschte Form und Größe ein.
Zur Veranschaulichung kann Schritt 1104 angewendet werden, um eine gewünschte Dicke einer Verbindung zu erreichen, während Schritt 1106 angewendet wird, um eine gewünschte Form und Größe einer Verbindung in der Ebene zu erreichen. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen die Schritte 1104 und 1106 kombiniert, wiederholt oder anderweitig modifiziert werden, um in einer gewünschten Form zu resultieren. Ferner schließen die Schritte 1104 und 1106 das Umformen von vorhandenem Material oder das Entfernen von vorhandenem Material ohne Hinzufügen von neuem Material ein. Darüber hinaus werden die Schritte 1104 und 1106 in Zusammenhang mit einem einzelnen Teil durchgeführt, obwohl jeder der Schritte 1104 und 1106 für alle Verbindungen, einen Teil der Verbindungen oder eine einzelne Verbindung durchgeführt werden kann.
Die veranschaulichenden Schritte 1108, 1110, 1112 und 1114 können durchgeführt werden, nachdem die Verbindungen gebildet wurden (z. B. durch Pressen). Die Schritte 1108, 1110, 1112 und 1114 können gemäß der vorliegenden Offenbarung in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt, kombiniert, vollständig weggelassen oder anderweitig modifiziert werden.
Schritt 1108 schließt das Trennen von Zwischenverbindungen ein. Schritt 1108 kann durchgeführt werden, wenn ein Zwischenverbindungsrohling mehr als eine vorgesehene Verbindung einschließt, die durch Material miteinander verbunden sein können (z. B. schließt der Verbindungsrohling durchgehendes Material ein). In Ausführungsformen, in denen ein Zwischenverbindungsrohling als eine einzelne Zwischenverbindung vorgesehen ist, kann zum Beispiel Schritt 1108 weggelassen werden. In einigen Ausführungsformen schließt ein Zwischenverbindungsrohling einen Abschnitt ein, der einer gewünschten Zwischenverbindung entspricht, und einen Abschnitt, der vorhanden sein kann, um die Herstellung zu erleichtern. Zum Beispiel kann ein Zwischenverbindungsrohling Material einschließen, welches für Steifigkeit zwischen den Sammelschienenbereichen sorgt und es ermöglicht, dass große Kräfte auf den Zwischenverbindungsrohling ausgeübt werden können. Nachdem die Schritte 1104 und 1106 (d. h., wenn Verbindungen gebildet werden) durchgeführt wurden und keine weiteren großen Kräfte oder Bearbeitungen mehr erforderlich sind, kann das zusätzliche Material entfernt werden, so dass der gewünschte Verbindungsrohling übrig bleibt. Schritt 1108 kann Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden, Plasmaschneiden, Funkenerodieren, Prägen, Stanzen oder eine Kombination davon einschließen, um die einzelnen Zwischenverbindungen zu trennen.
Schritt 1110 schließt das Befestigen eines Trägers an einer oder mehreren Zwischenverbindungen ein. Ein Träger ist eine Abdeckung, die eine relative Anordnung von Zwischenverbindungen aufrechterhält, Zwischenverbindungen schützt und die Installation von Zwischenverbindungen erleichtert, die beispielsweise nach ihrer Bildung in ein Batteriesystem aufgenommen werden sollen. Ein Träger kann erwünscht sein, da Zwischenverbindungen Verbindungen einschließen, die zum Beispiel aufgrund ihrer relativ geringen Dicke anfällig für Beschädigung sein können. Ferner müssen in der Regel Zwischenverbindungen vor dem Befestigen an die Batteriezellen präzise auf die Batteriezellen und aufeinander ausgerichtet werden. Das Handhaben von Zwischenverbindungen, das Transportieren von Zwischenverbindungen, das Anordnen von Zwischenverbindungen relativ zu einer Vielzahl von Batteriezellen und das Befestigen von Zwischenverbindungen an der Vielzahl von Batteriezellen kann unter Verwendung eines Trägers erreicht werden.
Schritt 1110 kann an einer einzelnen Zwischenverbindung oder an mehreren Zwischenverbindungen (ob bereits getrennt oder nicht) durchgeführt werden. Schritt 1110 kann Kleben (z. B. mittels eines geeigneten Klebstoffs), Punktschweißen (z. B. Laserschweißen, Ultraschallschweißen, MIG-Heftschweißen), Arretieren (z. B. eine Klemme, Verriegelung oder einen anderen Mechanismus zum Aufrechterhalten der relativen Position), Befestigen (z. B. mit Gewindebolzen) oder jedes andere geeignete Mittel zum vorübergehenden und lösbaren Befestigen des Trägers an der Zwischenverbindung, den Zwischenverbindungen oder dem Zwischenverbindungsrohling einschließen. Weitere Einzelheiten in Bezug auf die Träger werden hierin im Zusammenhang mit den 17-18 beschrieben.
Schritt 1112 schließt das Instrumentieren der Zwischenverbindung ein. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1112 das Anbringen eines oder mehrerer Sensoren an einer Zwischenverbindung ein. Zum Beispiel kann ein Thermoelement oder ein Widerstandstemperaturdetektor an einer Zwischenverbindung befestigt sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Prüfleitung an einer Zwischenverbindung befestigt sein. Zum Beispiel kann eine Drahtleitung an einer Zwischenverbindung (z. B. an einer Instrumentierungsverbindung, die unter Verwendung eines der hierin beschriebenen veranschaulichenden Verfahren gebildet werden kann) befestigt sein und kann mit einer Steuerschaltung gekoppelt sein, die konfiguriert ist, um eine Spannung der Zwischenverbindung zu messen. In einem weiteren Beispiel kann jede Zwischenverbindung über Testdrähte mit einer Steuerschaltung gekoppelt sein.
Schritt 1114 schließt das Befestigen einer oder mehrerer Zwischenverbindungen an einer Vielzahl von Batteriezellen ein. Schritt 1114 kann das Anordnen der einen oder mehreren Zwischenverbindungen zum Befestigen einschließen. Zum Beispiel kann Schritt 1114 das Anordnen einer oder mehrerer Zwischenverbindungen relativ zu der Vielzahl von Batteriezellen, das Ausrichten der einen oder mehreren Zwischenverbindungen zueinander, das Ausrichten der einen oder mehreren Zwischenverbindungen mit den Batteriezellen oder einer Teilmenge davon, das Ausrichten der einen oder mehreren Zwischenverbindungen mit einem Referenzmerkmal eines Batteriesystems, beliebige andere geeignete Anordnungsüberlegungen oder beliebige Kombinationen davon einschließen. Wenn angeordnet, kann Schritt 1114 das Schweißen jeder Verbindung an eine oder mehrere geeignete Batteriezellen der Vielzahl von Batteriezellen einschließen. Zum Beispiel kann Schritt 1114 das Laserschweißen oder Ultraschallschweißen einer Verbindung mit einer oder mehreren geeigneten Batteriezellen einschließen.
In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel Schritt 1114 nach Schritt 1110 durchgeführt werden, während die eine oder die mehreren Zwischenverbindungen an einem Träger befestigt sind. Da der Träger Handhabungsfunktionalität bereitstellt und die Ausrichtung aufrechterhält, kann es erwünscht sein, den Träger während des Befestigens von Verbindungen an Batteriezellen in Position zu halten. In einigen Ausführungsformen kann der Träger offene Merkmale einschließen, die Schweißgeräte aufnehmen können, so dass das Schweißen der Verbindungen an die Batteriezellen durchgeführt werden kann, während sich der Träger in Position befindet.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Schritte oder Beschreibungen von 11 mit beliebigen anderen Ausführungsformen dieser Offenbarung verwendet werden können.
Zusätzlich können die in Bezug auf 11 beschriebenen Schritte und Beschreibungen in alternativen Reihenfolgen oder parallel zu weiteren Zwecken dieser Offenbarung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Zwischenverbindungsrohling in Schritt 1106 beschnitten und dann in Schritt 1104 gepresst werden. Jeder dieser Schritte kann auch übersprungen oder aus dem Verfahren ausgelassen werden.
Unter gewissen Umständen ist es erwünscht, eine geschichtete Zwischenverbindung zu verwenden, um eine Stromführungskapazität, eine einfache Befestigung der Zwischenverbindung an Batteriezellen und eine schmelzbare Verbindungsfunktionalität zu erreichen. Eine geschichtete Batterie-Zwischenverbindung kann als zwei oder mehr Teile mit unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften gebildet sein, die als Schichten verbunden sein können. Unter gewissen Umständen ist es auch erwünscht, dass die Batterie-Zwischenverbindung das Laserschweißen zum Herstellen der Batteriezellenverbindungen ermöglicht. Die Beschreibung der 12-16 stellt weitere Details bezüglich geschichteter Batterie-Zwischenverbindungen bereit.
Die Einbeziehung einer Sicherung für jede Batteriezelle kann durch Laserschweißen einer dünnen Folie aus leitfähigem Material (d. h. Aluminium, Kupfer oder Nickel) mit einer kleinen Querschnittsfläche (z. B. einer Verengung) an einen oder beide Pole der Batteriezelle erreicht werden. Da eine dünne Folie den Strom mehrerer Batteriezellen wahrscheinlich nicht aufnehmen kann, ist es wünschenswert, dass die Folie in eine Sammelschiene mit größerer Querschnittsfläche (z. B. dickeres Material) übergeht, um größere Stromstärken zu führen. Da es schwierig sein kann, diesen Übergang von dünner Folie zu dicker Sammelschiene herzustellen (z.B. insbesondere wenn so viele Verbindungen vorhanden sind, und die dünne Folie schwierig zu handhaben ist, wird die dünne Folie mit der dickeren Sammelschiene verbunden, was eine schnellere und kostengünstigere Herstellung ermöglicht (z. B. insbesondere für große Volumina).
12 zeigt eine perspektivische Ansicht des veranschaulichenden Sammelschienenrohlings 1210 und des Folienbogens 1220 vor dem Verbinden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Eine geschichtete Zwischenverbindung kann aus einem Sammelschienenrohling (z. B. der einem grob geschnittenen Zwischenverbindungsrohling ähnlich sein kann) und einem Folienbogen (z. B. auf Maß zugeschnitten oder gestanzt) gebildet sein. Der Sammelschienenrohling 1210 kann eine einzelne beabsichtigte Zwischenverbindung oder mehr als eine beabsichtigte Zwischenverbindung (z. B., die in einem Verarbeitungsschritt getrennt werden kann) einschließen. Zum Beispiel kann ein Sammelschienenrohling den Stromabnahmeabschnitt einer einzelnen Zwischenverbindung einschließen. In einem weiteren Beispiel kann ein Sammelschienenrohling die Stromabnahmeabschnitte mehrerer Zwischenverbindungen einschließen, die aus Gründen der Einfachheit und Kosten als ein einziges Stück verarbeitet werden können und dann in einem späteren Verarbeitungsschritt getrennt werden.
In einigen Ausführungsformen schließt der Sammelschienenrohling 1210 Merkmale 1211 ein, die zum Beispiel Schlitze, Verzweigungen, Gabeln, Löcher oder andere geeignete Merkmale oder Kombinationen davon einschließen können, die in einer Zwischenverbindung gewünscht sein können (z. B. mit der Struktur einer beliebigen der veranschaulichenden Zwischenverbindungen 211-217 von 2).
Der Folienbogen 1220 ist dünner als der Sammelschienenrohling 1210 und kann dementsprechend anfälliger für Beschädigungen sein. In einigen Ausführungsformen kann es sich aufgrund der relativen Dünnheit des Folienbogens 1220 um einen ebenen Bogen handeln, ohne Ausschnitte, Verlängerungen oder andere Merkmale, die anfällig für Beschädigung sein können. Der Folienbogen 1220 kann flach, gerollt, gefaltet, plissiert oder als ein Teil in jeder geeigneten Form, Größe und Konfiguration verfügbar sein.
Der Folienbogen 1220 kann jedes geeignete leitfähige Material einschließen, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Nickel. In einigen Ausführungsformen wird die Dicke des Folienbogens 1220 durch die Anforderungen des Verbindungsverfahrens (z. B. Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen), das verwendet wird, um Verbindungen an einer oder mehreren Batteriezellen zu befestigen, bestimmt. Ferner muss der Folienbogen 1220 ausreichend dünn sein, um eine Verbindung zu bilden, die die notwendige Querschnittsfläche aufweist, um bei Überstrom als Sicherung zu wirken. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der Sammelschienenrohling 1210 im Bereich von 2- bis 30-mal dicker als der Folienbogen 1220 sein, um die erforderliche Stromstärke ohne Überhitzung zu führen.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des veranschaulichenden Sammelschienenrohlings 1210 und des Folienbogens 1220 von 12 nach dem Verbinden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Folienbogen 1220 kann an dem Sammelschienenrohling 1210 unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik befestigt werden, einschließlich zum Beispiel Laserschweißen, Ultraschall-Rollschweißen, Punktschweißen (z. B. unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Schweißtechnik), Hartlöten, Löten oder einer Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann der Folienbogen 1220 vor der Anwendung der vorstehenden Verfahren an dem Sammelschienenrohling 1210 befestigt werden (z. B. unter Verwendung eines Befestigungselements wie einer Niete, einem Bolzen oder einem Widerhaken). Schweißen, Hartlöten und Löten führen zu großen Kontaktoberflächen zwischen dem Folienbogen 1220 und dem Sammelschienenrohling 1210, wodurch die elektrische Leitfähigkeit verbessert wird, der Grenzflächenwiderstand reduziert wird und strukturelle Steifigkeit bereitgestellt wird (z. B. durch Reduzieren von Spannungskonzentrationen durch begrenzten Kontakt). Die aneinandergefügten Elemente Folienbogen und Sammelschiene werden zu Erörterungszwecken als Zwischenverbindungsrohling bezeichnet. Die aneinandergefügten Elemente Folienbogen 1220 und Sammelschienenrohling 1210 werden als Zwischenverbindungsrohling 1300 bezeichnet.
Der Zwischenverbindungsrohling 1300 schließt zwei primäre Dicken ein, die des Stromabnahmeabschnitts (z. B. Sammelschienenrohling 1210) und die der Folie (z. B. Folienbogen 1220). Der Folienabschnitt des Zwischenverbindungsrohlings 1300 kann beschnitten oder anderweitig zu Verbindungen geformt werden, die konfiguriert sind, um an Batteriezellen befestigt zu werden. Dadurch, dass die Folie starr an der Sammelschiene befestigt ist, wird die Struktursteifigkeit verbessert und die Folie ist weniger anfällig für Beschädigungen, insbesondere da Merkmale mit feineren geometrischen Eigenschaften (z. B. schmelzbaren Verbindungen) gebildet werden.
14 zeigt eine Draufsicht eines veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlings 1300 von 13 nach dem Beschneiden gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Nach dem Beschneiden wird der Zwischenverbindungsrohling 1300, wie in 14 gezeigt, als Zwischenverbindungsrohling 1400 bezeichnet. Der Zwischenverbindungsrohling 1400 schließt Verbindungen 1411 und 1433 und schmelzbare Verbindungen 1431 ein. Wie gezeigt, ist der Zwischenverbindungsrohling 1400 einstückig und weist zwei Schichten auf, einschließlich der dickeren Schicht aus dem Sammelschienenrohling 1210 und der dünneren Folienschicht aus dem Folienbogen 1220. Die Bereiche 1412, 1413 und 1414 sollen nicht in der/den endgültigen Zwischenverbindung(en) verbleiben, sondern sind im Zwischenverbindungsrohling 1400 vorhanden, um strukturelle Unterstützung bereitzustellen und die relative Position der Bereiche des Zwischenverbindungsrohlings 1400 aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann der Zwischenverbindungsrohling 1300 in einer einzelnen Matrize gestanzt werden, statt einzelne Rohlinge für jede Zwischenverbindung einzeln zu stanzen. In einigen Ausführungsformen wird der Zwischenverbindungsrohling 1300 unter Verwendung von Folgeverbundwerkzeugen fortschreitend gestanzt, um die endgültige Form von Verbindungen 1411 und 1433 und schmelzbaren Verbindungen 1431 zu erreichen. Die Batteriezellen 1401 werden als Referenz und Kontext in 14 gezeigt. In der Regel sind die Batteriezellen 1401 während der Bildung von Zwischenverbindungen nicht voreingestellt, und die endgültigen Zwischenverbindungen werden an den Batteriezellen 1401 befestigt (z. B. wie veranschaulichend in 15 gezeigt).
15 zeigt eine Draufsicht des veranschaulichenden Zwischenverbindungsrohlings 1400 von 14 nach Trennung in einzelne Zwischenverbindungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Nach dem Trennen des Zwischenverbindungsrohlings 1400, wie in 15 gezeigt, werden die resultierenden Zwischenverbindungen als Zwischenverbindungen 1510 und 1530 bezeichnet. Die Bereiche 1412, 1413 und 1414 werden entfernt (z. B. durch Bearbeiten, Stanzen oder ein anderes geeignetes Verfahren), wodurch die Zwischenverbindungen 1510 und 1530 getrennt werden und elektrisch unabhängige Zwischenverbindungen gebildet werden. Zum Beispiel können die Zwischenverbindungen 1510 und 1530 dann über geeignete Batteriezellen der Zellen 1401 elektrisch in Reihe geschaltet werden. Ferner sind die Verbindungen 1411 und 1433, obwohl sie eine ähnliche Form aufweisen, jetzt in separaten Zwischenverbindungen (d. h. Zwischenverbindungen 1510 bzw. 1530) eingeschlossen. Die Verbindungen 1411 und 1433 und die schmelzbaren Verbindungen 1431 können an geeigneten Zellen der Batteriezellen 1401 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens, wie beispielsweise Schweißen (z. B. Laserschweißen oder Ultraschallschweißen), befestigt werden. Die Zwischenverbindungen 1510 und 1530 schließen stromführende Sammelschienenabschnitte 1512 bzw. 1532 und vergleichsweise dünnere Verbindungen 1411 bzw. 1433 ein. Die Zwischenverbindung 1530 schließt schmelzbare Verbindungen 1431 ein, die jeweils eine Verengung einschließen, die konfiguriert ist, um als Sicherung zu wirken, und die einen geeigneten Schmelzstrom aufweist. In einigen Ausführungsformen können die Zwischenverbindungen 1510 und 1530, obwohl geschichtet, in ihrer Funktion (z. B. Stromverteilung und Sicherung) und Form (z. B. verzweigte dicke Bereiche und dünne Verbindungsstrukturen) den veranschaulichenden gepressten Zwischenverbindungen 710 und 730 von 7 ähnlich sein. Dementsprechend sind Presstechniken (z. B. im Kontext der 4-11) und Schichttechniken (z. B. im Kontext der 12-16) veranschaulichende Techniken zum Bilden von Zwischenverbindungen mit gewünschten Eigenschaften.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 1600 zum Bilden einer Batterie-Zwischenverbindung durch Verbinden von zwei Schichten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Schritt 1602 schließt das Bilden eines Sammelschienenrohlings ein. In einigen Ausführungsformen wird ein Sammelschienenrohling durch maschinelle Bearbeitung (z. B. Fräsen, Bohren, Schleifen oder eine Kombination davon) eines Metallplattenrohlings gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Sammelschienenrohling durch Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden oder Plasmaschneiden eines Metallplattenrohlings gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Sammelschienenrohling unter Verwendung von Funkenerosionsbearbeitung (z. B. Drahterosionsbearbeitung) gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Sammelschienenrohling gebildet, indem eine Metallplatte unter Verwendung einer geeigneten Matrize gestanzt wird, um Bereiche wegzuschneiden, die offen sein sollen. In einigen Ausführungsformen wird ein Sammelschienenrohling gebildet, indem eine Metallplatte unter Verwendung einer Revolverstanzpresse (z. B. automatisiert oder manuell) gestanzt wird. In einigen Ausführungsformen schließt das Bilden eines Sammelschienenrohlings das Bilden von großflächigen Merkmalen ein, die beispielsweise stromführende Bereiche und Verzweigungsbereiche einschließen. Ein Sammelschienenrohling kann einer Zwischenverbindung ähneln, muss es aber nicht. Zum Beispiel kann ein Sammelschienenrohling mehr als eine Zwischenverbindung einschließen, die als ein einzelnes Teil angeordnet ist und durch Bereiche verbunden ist, die dafür vorgesehen sind, in einem späteren Verarbeitungsschritt entfernt zu werden.
Schritt 1604 schließt das Bilden eines Folienbogens ein. In einigen Ausführungsformen wird ein Folienbogen durch Stanzen oder Schneiden eines Abschnitts eines größeren Folienbogens gebildet. In einigen Ausführungsformen wird ein Metallrohling (z. B. eine Platte, eine Stange oder ein anderer Rohling) flach gepresst, bis er eine Dicke aufweist, die zum Befestigen an Batteriezellen und zum Bilden einer schmelzbaren Verbindung geeignet ist. Der Folienbogen darf keine Durchgangsmerkmale wie Löcher, Schlitze oder Ausschnitte aufweisen, um die Gefahr von Beschädigungen zu verringern. Ferner kann der Folienbogen einen Außenumfang einschließen, der dem Außenumfang eines Sammelschienenrohlings entspricht oder grob entspricht. In einigen Ausführungsformen kann mehr als ein Folienbogen auf einen Sammelschienenrohling aufgebracht werden. Zum Beispiel können anstelle eines einzigen großen Folienbogens, der die gleiche Größe wie ein Sammelschienenrohling aufweist, mehrere Folienstreifen gebildet werden, wobei die Streifen, wenn sie nebeneinander angeordnet sind, eine ähnliche Form wie der Sammelschienenrohling aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann Schritt 1604 ausgelassen werden. Zum Beispiel muss der Folienbogen vor dem Befestigen an dem Sammelschienenrohling nicht beschnitten werden, und dementsprechend kann der Folienbogen nach dem Befestigen entlang der Außenkante des Sammelschienenrohlings beschnitten werden.
Der Folienbogen und der Sammelschienenrohling können das gleiche Material oder unterschiedliche Materialien einschließen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Folienbogen Aluminium, Nickel oder Edelstahl einschließen, während der Sammelschienenrohling Kupfer, Aluminium oder jeden anderen geeigneten Leiter einschließen kann (z. B. Kupfer 110, Kupfer 101, Aluminium 1100 und/oder Aluminium 6101 zur Erläuterung). In einem veranschaulichenden Beispiel ist Aluminium ein geeignetes Material für den Folienbogen, da es sich gut zum Verschmelzen eignet. In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel weist Kupfer eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit auf und könnte daher als ein Sammelschienenrohling mit einer relativ kleineren Dicke als ein Sammelschienenrohling aus Aluminium eingeschlossen sein (z. B. in Fällen, in denen Platzbeschränkungen vorliegen). Jedes geeignete Material kann gemäß der vorliegenden Offenbarung als Folienbogen oder Sammelschienenrohling verwendet werden. In einigen Ausführungsformen weist ein Folienbogenmaterial einen relativ niedrigen Schmelzpunkt auf, wodurch es geeignet ist, als Sicherung (z. B. als schmelzbare Verbindung) zu wirken. In einigen Ausführungsformen werden das Folienbogenmaterial und das Sammelschienenrohlingmaterial so ausgewählt, dass sie ähnliche oder anderweitig kompatible Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Schritt 1606 schließt das Ausrichten des Folienbogens auf den Sammelschienenrohling ein. In einigen Ausführungsformen schließt der Folienbogen eine ähnliche Außenform wie der Sammelschienenrohling ein und kann dementsprechend an den Außenkanten auf den Sammelschienenrohling ausgerichtet sein. In einigen Ausführungsformen schließen der Folienbogen, der Sammelschienenrohling oder beide eine Referenzmarkierung ein, um die Ausrichtung zu unterstützen. Schritt 1606 kann das Ausrichten des Folienbogens und des Sammelschienenrohlings in einer Ebene (z. B. entlang einer oder beider Richtungen der Schnittstellenebene), senkrecht zu der Ebene (z. B. senkrecht zu der Oberfläche des Folienbogens) oder beides einschließen. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1606 das Legen des Folienbogens auf die Oberseite oder Unterseite des Sammelschienenrohlings ein.
Schritt 1608 schließt das Befestigen des Folienrohlings an dem Sammelschienenrohling ein. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1608 Ultraschallschweißen (z. B. Ultraschall-Rollenschweißen) ein. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1608 Laserschweißen ein (z. B. Laserschweißen an einer Vielzahl von Stellen). In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1608 Hartlöten oder Löten des Folienbogens an den Sammelschienenrohling ein. In einigen Ausführungsformen kann eine Kombination von Techniken verwendet werden, um den Folienrohling an dem Sammelschienenrohling zu befestigen.
Schritt 1610 schließt das Beschneiden des Folienrohlings ein, um Folienverbindungen zu bilden. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1610 Stanzen, fortschreitendes Stanzen, Prägen oder andere geeignete Techniken zum Entfernen von Folienmaterial ein. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 1610 das Beschneiden der Folie am Außenumfang des Sammelschienenrohlings ein (z. B. wenn der Folienbogen größer als der Sammelschienenrohling ist oder wenn der Folienbogen zuvor nicht beschnitten wurde). Schritt 1610 schließt das Bilden von Verbindungen, schmelzbaren Verbindungen und optionalen Instrumentierungsmerkmalen ein. In einigen Ausführungsformen verbleiben einige Folienreste, die weder von dem Sammelschienenrohling bedeckt noch in einer Sicherung oder schmelzbaren Verbindung eingeschlossen sind. Zum Beispiel kann Schritt 1610 das Stanzen der Verbindungen und schmelzbaren Verbindungen einschließen, und etwas Folienmaterial kann zurückbleiben, das von dem Sammelschienenrohling unbedeckt bleibt. In einem veranschaulichenden Beispiel kann Schritt 1610 das Entfernen von ausreichend Folienmaterial einschließen, so dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen einem Batteriezellenpol, einer Verbindung und einem anderen nahegelegenen Metall bei einer Potentialdifferenz nicht wahrscheinlich ist (z. B. durch Entfernen von Folie mit Ausnahme der Verbindungen in der Nähe von Batteriepolen).
In einem veranschaulichenden Beispiel ist die befestigte Folienbogen- und Sammelschienenanordnung an einem Stanzwerkzeug angeordnet, das konfiguriert ist, um alle Laschen in der Folienschicht (d. h. die Verbindungen), die mit den Batteriezellenpolen verbunden werden, auszuschneiden und zu formen. Das Stanzwerkzeug kann auch konfiguriert sein, um die Anordnung in die vorgesehene Anzahl von Zwischenverbindungen zu schneiden.
Die Schritte 1612-1618 (z. B. die gleich oder ähnlich den jeweiligen Schritten 1108-1114 von 11 sein können) können auch auf geschichtete Zwischenverbindungen angewendet werden. Zum Beispiel können geschichtete Zwischenverbindungen in Schritt 1612 (z. B. ähnlich wie in Schritt 1108) getrennt werden, geschichtete Zwischenverbindungen können in Schritt 1614 (z. B. ähnlich wie in Schritt 1110) an einem Träger befestigt werden, geschichtete Zwischenverbindungen können in Schritt 1616 (z. B. ähnlich wie in Schritt 1112) instrumentiert werden und geschichtete Zwischenverbindungen können in Schritt 1618 (z. B. ähnlich wie in Schritt 1114) an geeigneten Batteriezellen befestigt werden.
In einem veranschaulichenden Beispiel von Schritt 1614 kann ein wiederverwendbarer oder einmal verwendbarer Träger so konfiguriert sein, dass er alle einzelnen Zwischenverbindungen für den Transport und die Installation auf dem Batteriemodul in Ausrichtung hält. Die Träger- und Verbindungsanordnung kann beispielsweise mit Befestigungselementen oder Klebstoff an einem Batteriemodul befestigt sein. Die Trägerbefestigung kann dann entfernt werden, nachdem die Befestigungselemente installiert sind oder der Klebstoff ausgehärtet ist, wodurch die Zwischenverbindungen an Ort und Stelle gehalten werden, wenn der Träger entfernt wird.
Während der Verarbeitung kann eine Gruppe von Zwischenverbindungen (z. B. bestimmt für ein Batteriemodul) vor der Trennung ein einziges starres Teil sein. Nach der Trennung können die Zwischenverbindungen, die relativ kleine Merkmale wie Verbindungen, einschließen, während der Lagerung, des Transports und der Installation in ein Batteriemodul anfällig für Beschädigung sein. Um das Beschädigungsrisiko zu verringern und die Ausrichtung aufrechtzuerhalten, kann ein Trägersystem verwendet werden. Das Trägersystem dient dazu, die Ausrichtung (z. B. eine relative Position) der Zwischenverbindungen aufrechtzuerhalten und die Merkmale kleiner Längenmaßstäbe (z. B. Verbindungen) vor Beschädigung zu schützen. Unter gewissen Umständen ist es einfacher, möglichst viele Bearbeitungsschritte an einem einzigen größeren Werkstück (z. B. einschließlich aller Zwischenverbindungen für ein Batteriemodul) zu handhaben und durchzuführen, bis das Werkstück in einzelne Komponenten (z. B. einzelne Zwischenverbindungen) getrennt werden muss. Ein Träger ist konfiguriert, um ausgerichtete Zwischenverbindungen zu halten und aufrechtzuerhalten, nachdem die Zwischenverbindungen getrennt wurden (z. B. wenn ihre relative Position nicht mehr eingeschränkt ist), bis sie an den Batteriezellen befestigt sind, woraufhin der Träger entfernt werden kann. Zum Beispiel schließt ein Träger in einigen Ausführungsformen einen relativ einfachen Kunststoffträger mit Klebstoffrückseite (z. B. ähnlich einem dicken Aufkleber und mit geeigneter Steifigkeit) ein. In einem weiteren Beispiel kann der Träger ein Einwegartikel sein.
17 zeigt eine Unteransicht des veranschaulichenden Trägers 1701, der an Batterie-Zwischenverbindungen 1710-1716 befestigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 18 zeigt eine Unteransicht des veranschaulichenden Trägers 1701 von 17, ohne dass die Zwischenverbindungen angebracht sind, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass, obwohl Verbindungen der Klarheit halber nicht explizit in 17 gezeigt sind, Zwischenverbindungen 1710-1716 geeignete Verbindungen (z. B. schmelzbar und nicht schmelzbar) einschließen, die unter Verwendung eines der hierin offenbarten veranschaulichenden Verfahren gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen ist, wie in 17 veranschaulicht, der Träger 1701 an den Zwischenverbindungen 1710-1716 befestigt, wodurch eine relative Position der Zwischenverbindungen 1710-1716 beibehalten wird (z. B. die relative Position, die gewünscht ist, wenn sie in einem Batteriesystem installiert werden). Der veranschaulichende Träger 1701 schließt Handgriffe 1703 und 1704, Zugangslöcher 1702, Leitungsverwaltungsmerkmale 1717, 1718 und 1719 und Lokalisierungsmerkmale 1720 und 1721 ein. Wie in den 17-18 veranschaulicht, sind die Zugangslöcher 1702 ähnlich einer Anordnung von Batteriezellen angeordnet, an denen die Zwischenverbindungen 1710-1716 befestigt werden sollen. In einigen Ausführungsformen sind weniger und größere Öffnungen anstelle der Zugangslöcher 1702 enthalten. Die Zugangslöcher können jede geeignete Form und Größe der durchgehenden Aussparung einschließen, die konfiguriert ist, um einen durchgehenden Zugang zum Befestigen von Zwischenverbindungen an Batteriezellen zu ermöglichen. Die Drahtverwaltungsmerkmale 1717, 1718 und 1719 sind Schlitze, wie in den 17-18 veranschaulicht. Die Leitungsverwaltungsmerkmale 1717-1719 können konfiguriert sein, um Leitungen (z. B. Instrumentierungsleitungen wie Spannungsabgriffe) zu führen, Leitungen während des Schweißens zu sichern oder Leitungen, die während der Installation vorhanden sein können, anderweitig zu verwalten. Die Handgriffe 1703 und 1704 sind so konfiguriert, dass sie den Transport der Baugruppe aus Träger und Zwischenverbindung ermöglichen. Die Lokalisierungsmerkmale 1720 und 1721 sind so konfiguriert, dass sie zur Ausrichtung des Trägers 1701 auf eine Vielzahl von Batteriezellen, ein Batteriemodul oder jede andere geeignete Referenz verwendet werden können. Zum Beispiel können die Lokalisierungsmerkmale 1721 kreisförmige Löcher, rechteckige Löcher, Schlitze, Vorsprünge, Stifte, Befestigungselemente, jede andere geeignete Aussparung oder Verlängerung oder jede Kombination davon einschließen, die beim Positionieren des Trägers 1701 und der befestigten Zwischenverbindungen 1710-1716 unterstützen kann.
In einigen Ausführungsformen können beliebige oder alle Leitungsverwaltungsmerkmale 1717, 1718 oder 1719 weggelassen werden. In einigen Ausführungsformen können einer oder beide der Handgriffe 1703 und 1704 weggelassen werden. In einigen Ausführungsformen können eines oder beide der Lokalisierungsmerkmale 1720 und 1721 weggelassen werden. Jede geeignete Anzahl und Art von Handgriff, Lokalisierungsmerkmal, Leitungsverwaltungsmerkmal und Zugangslöchern kann gemäß der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sein und kann beliebige geeignete Eigenschaften einschließen.
Der Träger 1701 kann jedes geeignete Material einschließen, wie zum Beispiel Kunststoff, Gummi, Metall, Holz, jedes andere geeignete Material oder jede Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann der Träger 1701 ein einzelnes Material einschließen, das in einer einzelnen Schicht angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen schließt der Träger 1701 mehr als eine Schicht ein, wobei jede Schicht das gleiche oder unterschiedliche Materialien einschließt. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein Träger eine relativ steife Schicht, die konfiguriert ist, um die Form des Trägers 1701 beizubehalten, und ein relativ weiches Material zum Verbinden mit den Zwischenverbindungen (z. B. um Beschädigung zu verhindern) einschließen.
Zur Veranschaulichung schließen die Zwischenverbindungen 710 und 730, die vollständig gebildet wurden (z. B. mittels des Verfahrens 1100 von 11), die Verbindungen 711, 731 und 733 ein. Die Verbindungen 711, 731 und 733 sind relativ dünn (z. B. viel dünner als die Sammelschienen 412 und 432), und bei der Handhabung der Verbindungen 710 und 730 besteht die Gefahr einer Beschädigung der Verbindungen. Ferner kann das Platzieren von Zwischenverbindungen in ein Batteriemodul zum Verbinden mit Batteriezellen ein weiteres Risiko einer Beschädigung, einer Fehlausrichtung oder beidem mit sich bringen. Ein Träger kann nach der Bildung an den Zwischenverbindungen 710 und 730 befestigt werden, um die gepressten Verbindungen zu schützen. Zum Beispiel kann Schritt 1110 von 11 unmittelbar nach Schritt 1108 von 11 durchgeführt werden. Der Träger wird nach der Trennung befestigt, wodurch ein Mittel bereitgestellt wird, um die Ausrichtung aufrechtzuerhalten und das Aufbringen der Zwischenverbindungen auf die Batteriezellen vorzubereiten. Nachdem die gepressten Verbindungen an geeigneten Batteriezellenpolen befestigt sind (z. B. lasergeschweißt), die Zwischenverbindung an dem Batteriemodul befestigt ist (z. B. über Gewindebefestigungen, Crimps, Klemmen oder jede andere Befestigung), oder beides, kann der Träger dann entfernt werden. Zum Beispiel kann der Träger eine temporäre und vorläufige Funktion zum Aufrechterhalten der Ausrichtung und zum Verhindern von Schäden zwischen der Verarbeitung und Installation von Verbindungen bereitstellen.
Zur weiteren Veranschaulichung schließen die Zwischenverbindungen 1510 und 1530, die vollständig gebildet wurden (z. B. mittels des Verfahrens 1600 von 16), die Verbindungen 1411, 1431 und 1433 ein. Die Verbindungen 1411, 1431 und 1433 sind relativ dünn (z. B. ist die Folie viel dünner als die Sammelschienen 1512 und 1532), und bei der Handhabung der Verbindungen 1510 und 1530 besteht die Gefahr einer Beschädigung der Verbindungen. Ferner kann das Platzieren von Zwischenverbindungen in ein Batteriemodul zum Verbinden mit Batteriezellen ein weiteres Risiko einer Beschädigung, einer Fehlausrichtung oder beidem mit sich bringen. Ein Träger kann nach der Bildung an den Zwischenverbindungen 1510 und 1530 befestigt werden, um die Folienverbindungen zu schützen. Zum Beispiel kann Schritt 1614 von 16 unmittelbar nach Schritt 1612 von 16 durchgeführt werden. Der Träger wird nach der Trennung befestigt, wodurch ein Mittel bereitgestellt wird, um die Ausrichtung aufrechtzuerhalten und das Aufbringen der Zwischenverbindungen auf die Batteriezellen vorzubereiten. Nachdem die Folienverbindungen an geeigneten Batteriezellenpolen befestigt sind (z. B. lasergeschweißt), die Zwischenverbindung an dem Batteriemodul befestigt ist (z. B. über Gewindebefestigungen, Crimps, Klemmen oder jede andere Befestigung), oder beides, kann der Träger dann entfernt werden. Zum Beispiel kann der Träger eine temporäre und vorläufige Funktion zum Aufrechterhalten der Ausrichtung und zum Verhindern von Schäden zwischen der Verarbeitung und Installation von Verbindungen bereitstellen.
Die veranschaulichenden Techniken der vorliegenden Offenbarung können zum Beispiel eine verbesserte Verbindungserfolgsrate bereitstellen, die weniger Nachbearbeitung erfordert. Zum Beispiel weist das Laserschweißen in vielen Fällen eine höhere Leistungsrate als das Drahtbonden auf. Ferner können die veranschaulichenden Techniken der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit bereitstellen. Beispielsweise ist das Laserschweißen wesentlich schneller als das Drahtbonden. Ferner können die veranschaulichenden Techniken der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel beispielsweise niedrigere Gesamtkosten in der Produktion ermöglichen. Beispielsweise sind die Kosten pro Ausstoßrate beim Laserschweißen geringer als beim Drahtbonden. Ferner können die veranschaulichenden Techniken der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel individualisierte Schmelzströme bereitstellen. Beispielsweise kann eine gestanzte Sammelschiene individuell angepasste Sicherungsabmessungen aufweisen, während das Drahtbonden üblicherweise einen Draht mit festem Durchmesser verwendet.
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zu Veranschaulichungszwecken und nicht einschränkend dargestellt. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die hierin ausdrücklich beschriebenen. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen davon einschließen soll, die innerhalb des Geistes der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

Batterie-Zwischenverbindungssystem, umfassend: mindestens eine Sammelschiene, mindestens einen Folienbogen, der an einer Schnittstelle an der mindestens einen Sammelschiene befestigt ist und eine erste Vielzahl von Laschen umfasst, die sich von der Schnittstelle erstrecken und konfiguriert sind, um entsprechende Pole einer ersten Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren, wobei jede der ersten Vielzahl von Laschen eine schmelzbare Verbindung umfasst.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Folienbogen an der mindestens einen Sammelschiene an der Schnittstelle durch mindestens eines von Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Pressschweißen und Explosionsschweißen befestigt ist.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Sammelschiene Verzweigungen umfasst.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei jede der jeweiligen schmelzbaren Verbindungen eine vorbestimmte, lokal minimale Querschnittsfläche umfasst, die konfiguriert ist, um bei einem im Wesentlichen vorbestimmten elektrischen Strom zu schmelzen.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei die Folienschicht ferner eine zweite Vielzahl von Laschen umfasst, die sich von der Schnittstelle zu einer zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstrecken.
Batteriesystem nach Anspruch 5, wobei sich die erste Vielzahl von Laschen zu entsprechenden Polen der ersten Vielzahl von Batteriezellen, die eine erste Polarität aufweisen, erstreckt und wobei sich die zweite Vielzahl von Laschen zu entsprechenden Polen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen, die einer zweite Polarität aufweisen, erstreckt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 6, wobei sich jede Lasche der zweiten Vielzahl von Laschen zu zwei Polen, die die zweite Polarität aufweisen, von zwei Batteriezellen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstreckt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Sammelschiene eine erste Dicke umfasst und wobei die erste Vielzahl von Laschen eine zweite Dicke umfasst und wobei die zweite Dicke ein Viertel oder weniger der ersten Dicke beträgt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 8, wobei die zweite Dicke ein Zehntel oder weniger der ersten Dicke beträgt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Sammelschiene eine in der Ebene liegende Form umfasst, und wobei der mindestens eine Folienbogen im Wesentlichen die gleiche in der Ebene liegende Form umfasst, und wobei die Schnittstelle planar ist und die gleiche in der Ebene liegende Form umfasst.
Batteriesystem, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen, die in mindestens eine Gruppe von Batteriezellen gruppiert sind; und eine Zwischenverbindung, die mit der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen gekoppelt ist und Folgendes umfasst: eine Sammelschiene; und eine Folienschicht, die an einer Schnittstelle an die Sammelschiene befestigt ist, wobei die Folienschicht Folgendes umfasst: eine erste Vielzahl von Laschen, die sich von der Schnittstelle zu Polen der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen erstrecken, wobei jede der ersten Vielzahl von Laschen eine schmelzbare Verbindung umfasst und wobei jede der ersten Vielzahl von Laschen an den Polen befestigt ist.
Verfahren zum Erzeugen eines Batterie-Zwischenverbindungssystems, das Verfahren umfassend: Ausrichten eines Folienrohlings auf eine Sammelschiene; Befestigen des Folienrohlings an der Sammelschiene, um einen Zwischenverbindungsrohling zu erzeugen; und Schneiden des befestigten Folienrohlings, um eine Zwischenverbindung zu erzeugen, die eine Vielzahl von Folienlaschen umfasst, die mindestens eine schmelzbare Verbindung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Befestigen eines Trägers an der Zwischenverbindung und mindestens einer zusätzlichen Zwischenverbindung, um eine räumliche Anordnung der Zwischenverbindung und der mindestens einen zusätzlichen Zwischenverbindung aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Schneiden des Folienrohlings das Stanzen des Folienrohlings umfasst, um die Vielzahl von Folienlaschen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Stanzen des Folienrohlings fortschreitendes Stanzen des Folienrohlings umfasst, um die Vielzahl von Folienlaschen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine schmelzbare Verbindung eine vorbestimmte Querschnittsfläche umfasst, die konfiguriert ist, um bei einem im Wesentlichen vorbestimmten elektrischen Strom zu schmelzen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings, um mindestens zwei Zwischenverbindungen nach dem Stanzen des befestigten Folienrohlings zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Befestigen eines Trägers an den mindestens zwei Zwischenverbindungen, um eine räumliche Anordnung der mindestens zwei Zwischenverbindungsrohlinge aufrechtzuerhalten, und wobei die mindestens zwei befestigten Zwischenverbindungen elektrisch voneinander isoliert sind.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Träger eine Vielzahl von Aussparungen umfasst, die konfiguriert sind, um das Befestigen der Vielzahl von Folienlaschen an einer Vielzahl von entsprechenden Batteriezellen zu ermöglichen.
Batterie-Zwischenverbindungssystem, umfassend: mindestens eine Sammelschiene mit einer ersten Dicke, und eine erste Vielzahl von gestanzten Laschen, die eine zweiten Dicke aufweisen, die sich von der Sammelschiene erstrecken und konfiguriert sind, um entsprechende Pole einer ersten Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren, wobei die erste Vielzahl von gestanzten Laschen zusammenhängend mit der mindestens einen Sammelschiene ist, wobei jede der ersten Vielzahl von gestanzten Laschen eine schmelzbare Verbindung umfasst, und wobei die zweite Dicke ein Viertel oder weniger der ersten Dicke beträgt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Sammelschiene und die erste Vielzahl von gestanzten Laschen aus einem einzigen Materialstück gebildet sind.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, wobei jede der jeweiligen schmelzbaren Verbindungen eine vorbestimmte, lokal minimale Querschnittsfläche umfasst, die konfiguriert ist, um bei einem im Wesentlichen vorbestimmten elektrischen Strom zu schmelzen.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, ferner umfassend eine zweite Vielzahl von gestanzten Laschen, die sich von der Sammelschiene zu einer zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstrecken.
Batteriesystem nach Anspruch 24, wobei sich die erste Vielzahl von Laschen zu entsprechenden Polen der ersten Vielzahl von Batteriezellen, die eine erste Polarität aufweisen, erstreckt und wobei sich die zweite Vielzahl von gestanzten Laschen zu entsprechenden Polen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen, die eine zweite Polarität aufweisen, erstreckt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 25, wobei sich jede Lasche der zweiten Vielzahl von gestanzten Laschen zu zwei Polen, die die zweite Polarität aufweisen, von zwei Batteriezellen der zweiten Vielzahl von Batteriezellen erstreckt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, wobei die erste Vielzahl von gestanzten Laschen durch Pressen von Material, das die erste Dicke aufweist, gebildet ist.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, wobei die zweite Dicke ein Zehntel oder weniger der ersten Dicke beträgt.
Batterie-Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Sammelschiene eine oder mehrere Verzweigungen umfasst und wobei sich die erste Vielzahl von gestanzten Laschen von der einen oder den mehreren Verzweigungen erstreckt.
Batteriesystem, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen, die in mindestens eine Gruppe von Batteriezellen gruppiert sind; eine Zwischenverbindung, die mit der mindestens einen Gruppe von Batteriezellen gekoppelt ist und Folgendes umfasst: mindestens eine Sammelschiene, die eine ersten Dicke aufweist, und eine Vielzahl von gestanzten Laschen, die eine zweiten Dicke aufweisen, die sich von der Sammelschiene erstrecken und konfiguriert sind, um entsprechende Anschlüsse einer Vielzahl von Batteriezellen zu kontaktieren, wobei die Vielzahl von gestanzten Laschen zusammenhängend mit der mindestens einen Sammelschiene ist, wobei jede der Vielzahl von gestanzten Laschen eine schmelzbare Verbindung umfasst und wobei die zweite Dicke ein Viertel oder weniger der ersten Dicke beträgt.
Verfahren zum Erzeugen eines Batterie-Zwischenverbindungssystems, das Verfahren umfassend: Erzeugen eines Zwischenverbindungsrohlings, der eine erste Dicke umfasst; Pressen eines Abschnitts des Zwischenverbindungsrohlings, um eine Vielzahl von groben Laschen, die eine zweiten Dicke aufweisen, zu bilden, wobei die zweite Dicke ein Viertel oder weniger der ersten Dicke beträgt; und Schneiden der Vielzahl von groben Laschen, um eine Zwischenverbindung zu erzeugen, die eine Vielzahl von Laschen umfasst, die mindestens eine schmelzbare Verbindung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Pressen des Abschnitts des Zwischenverbindungsrohlings fortschreitendes Pressen und Beschneiden des Abschnitts umfasst, um die Vielzahl von groben Laschen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend das Befestigen eines Trägers an der Zwischenverbindung und mindestens einer zusätzlichen Zwischenverbindung, um eine räumliche Anordnung der Zwischenverbindung und der mindestens einen zusätzlichen Zwischenverbindung aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Schneiden der Vielzahl von groben Laschen das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings umfasst, um die Vielzahl von Laschen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die mindestens eine schmelzbare Verbindung eine vorbestimmte Querschnittsfläche umfasst, die konfiguriert ist, um bei einem im Wesentlichen vorbestimmten elektrischen Strom zu schmelzen.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings, um mindestens zwei Zwischenverbindungen nach dem Schneiden der Vielzahl von groben Laschen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Schneiden des Zwischenverbindungsrohlings das Stanzen des Zwischenverbindungsrohlings umfasst.
Verfahren nach Anspruch 36, ferner umfassend das Befestigen eines Trägers an den mindestens zwei Zwischenverbindungen, um eine räumliche Anordnung der mindestens zwei Zwischenverbindungsrohlinge aufrechtzuerhalten, und wobei die mindestens zwei befestigten Zwischenverbindungen elektrisch voneinander isoliert sind.
Verfahren nach Anspruch 38, ferner umfassend das Befestigen der Vielzahl von Laschen an einer Vielzahl von entsprechenden Batteriezellen durch Aussparungen in dem Träger.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Erzeugen des Zwischenverbindungsrohlings das Bilden einer Sammelschiene mit einer Vielzahl von Vorsprüngen umfasst und wobei der Abschnitt des Zwischenverbindungsrohlings die Vielzahl von Vorsprüngen umfasst.