EP4430693A2 - Flüssigkeitsbehälter zum temperieren von batteriezellen umfassend zwei grundkörper - Google Patents

Flüssigkeitsbehälter zum temperieren von batteriezellen umfassend zwei grundkörper

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Publication number
EP4430693A2
EP4430693A2 EP22805753.5A EP22805753A EP4430693A2 EP 4430693 A2 EP4430693 A2 EP 4430693A2 EP 22805753 A EP22805753 A EP 22805753A EP 4430693 A2 EP4430693 A2 EP 4430693A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
groove
tongue
base body
battery cells
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22805753.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Kastler
Matthias PALMETSHOFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
John Deere Electric Powertrain LLC
Original Assignee
John Deere Electric Powertrain LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by John Deere Electric Powertrain LLC filed Critical John Deere Electric Powertrain LLC
Publication of EP4430693A2 publication Critical patent/EP4430693A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/12—Joint cross-sections combining only two joint-segments; Tongue and groove joints; Tenon and mortise joints; Stepped joint cross-sections
    • B29C66/124—Tongue and groove joints
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Liquid container for tempering battery cells comprising two base bodies
  • the invention relates to a liquid container for temperature control of battery cells, comprising two base bodies which, in the assembled state, delimit a flow channel, one base body having an at least partially circumferential groove and one base body having an at least partially circumferential tongue for insertion into the groove for ultrasonic welding.
  • a device for tempering battery cells is known from AT522361 B1.
  • the device has two base bodies which can be connected to one another by means of an ultrasonic welding process and delimit a flow channel for a temperature control fluid.
  • the base bodies form passage openings into which battery cells are inserted.
  • one base body has a circumferential groove and the other base body has a circumferential tongue that engages in the groove.
  • the tongue forms an energy director tapering towards the bottom of the groove, which lies against the bottom of the groove before ultrasonic welding, resulting in a circumferential welding line between the tip of the energy director and the bottom of the groove. By inducing ultrasonic waves, frictional heat is generated at this weld line, resulting in the fusion of the tongue and groove.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a liquid container of the type described at the outset, the base body of which can be connected quickly with less energy input and at the same time enables a stable and fluid-tight connection, particularly liquid-tight in the event of overpressure, between the base bodies.
  • the invention solves the problem in that, before the ultrasonic welding, the width of the tongue exceeds the width of the groove and the side surfaces of the tongue form circumferential welding surfaces lying against the walls of the groove.
  • the spring is clamped between the groove walls under prestress, as a result of which two contact surfaces serving as welding surfaces result between a side surface of the spring and a groove wall. Due to this additional input of force, even a relatively low input of energy from the sonotrode leads to melting of the welding surfaces.
  • a shearing flow occurs between the groove wall and the side surface of the tongue, which promotes a material mixing of the melt of the different base bodies and thus a homogeneous connection.
  • each side surface of the tongue and a groove wall By providing two welding surfaces, each between a side surface of the tongue and a groove wall, a double pinch seam is created after the ultrasonic welding process, which on the one hand ensures redundant protection of the fluid tightness of the base body and on the other hand leads to improved mechanical stability due to the doubling of the welding cross section. This results in improved sealing conditions, especially in the case of excess pressure in the liquid container, that is to say when the internal pressure exceeds the external pressure, in particular within a liquid.
  • only part of each side surface of the spring can serve as a welding surface, with the increase in the welding surface also increasing the stability of the welded connection.
  • the side surfaces of the tongue can bear against the groove walls over their entire surface.
  • the width of the tongue preferably means the greatest width of the tongue base, that is to say that part of the tongue which runs in the groove and does not form the possibly pointed tongue head.
  • a base body, preferably the base body forming the groove can be designed as a sealing plate, which serves as a cover for the other base body, which is open towards the sealing plate.
  • the tongue and groove can be designed circumferentially in sections. In this case, several separate tongue and groove connections can be provided. Preferably, however, a single tongue and groove connection runs around the openings for the battery cells.
  • the spring can be formed by the wall of the base body having the spring.
  • the spring head of the tongue can taper in cross-section towards the bottom of the groove, which on the one hand facilitates the assembly of the base body and on the other hand the base body having the tongue is pre-centered in the groove.
  • the liquid container for temperature control of battery cells can be a temperature control device for battery cells.
  • the temperature control device for battery cells comprises at least one battery cell and two base bodies, with one base body having a groove running around it at least in sections and one base having a tongue running around it at least in sections for insertion into the groove for ultrasonic welding, with the width of the tongue prior to ultrasonic welding being equal to the width of the groove exceeds and the side faces of the tongue form circumferential weld faces in contact with the groove walls.
  • the base bodies can delimit a flow channel.
  • the battery cells can be arranged at least in sections in the flow channel.
  • the flow channel can have an inlet and an outlet for a temperature control fluid.
  • the flow channel can be supplied with the temperature control fluid via a pump.
  • the base bodies can have passage openings for individual battery cells and limit the flow channel.
  • the flow channel can with a temperature control fluid flowing directly against the battery cells, preferably with a be filled with heat transfer liquid.
  • the end sections of a battery cell can protrude through two passage openings located opposite one another, with the casing section lying between the end sections of the battery cells running in the flow channel.
  • the passage openings can be provided with ring seals enclosing the battery cells.
  • a hollow space be provided between the bottom of the groove and the spring head of the spring used before the welding. Accordingly, the spring is not inserted into the groove as far as it will go, but leaving a cavity free. This creates a reservoir into which the melt occurring during the ultrasonic welding process can drain and in which it can solidify.
  • one of the base bodies can form a stop for a stop surface of the other base body, which are arranged such that their interaction prevents the tongue from striking the bottom of the groove.
  • the height of the cavity can correspond to 10% to 60% of the height of the groove so that a sufficiently large volume can be provided to accommodate the melt without increasing the required energy input and weakening the welded joint. In the range below 10%, not enough melt can be picked up. In the range above 60%, the welding surfaces are too small and the action of the groove on the tongue is reduced Clamping force reduced too much so that this would have to be compensated for by increasing the energy input generated by the sonotrode.
  • the melt not only flows into the cavity, but also emerges on the side of the weld surfaces facing away from the cavity. If the melt runs on the inside of the base body in the direction of the flow channel and solidifies there, this can negatively affect the temperature control of the battery cells by changing the intended flow behavior. If the melt runs on the outside of the base body, connections or other structural components can be adversely affected.
  • the base body having the groove has a melt channel adjoining the groove in the direction of the other base body.
  • the melt channel has a greater width than the groove, resulting in melt channel sections on both side surfaces of the tongue, along which the melt emerging from the melt bath can flow, cool and solidify before it reaches other areas of the device.
  • a sufficiently high stability of the connection between the base bodies can be achieved if the height of the welding surfaces between the side surfaces of the tongue and the groove walls is 1 mm to 3 mm, in particular 1.4 mm to 1.7 mm.
  • the spring base can be 1 mm to 2 mm, in particular 1.2 mm to 1.4 mm, wide.
  • a particularly compact device results when the groove runs in the joining direction of the base body at the level of the passage openings of the base body provided with the groove.
  • the groove is transverse to the joining direction of the base body to be assembled in the direction of the edge region of the base body spaced from the through-openings, as a result of which the through-openings are not in the near field of the sonotrode and thus unintentional melting of the through-openings or their seals can be prevented.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a device according to the invention for temperature control of battery cells
  • FIG. 3 shows a detailed view of the tongue and groove connection after the base body has been assembled and before ultrasonic welding
  • FIG. 4 shows a detailed view of the tongue and groove connection after the base body has been assembled and after ultrasonic welding.
  • a liquid container according to the invention in particular a device for temperature control of battery cells 1, has, as can be seen from FIG. 1, two base bodies 2a, 2b, which delimit a flow channel 3 in the assembled state.
  • the base bodies 2a, 2b can have openings 4 for the battery cells 1 to pass through.
  • Each battery cell 1 can have two passage openings 4 located opposite one another and arranged in the other base body 2a, 2b, which receive the battery cells 1 on the end section side, so that the section of the battery cell 1 arranged between the passage openings 4 runs in the flow channel 3 and there directly from one Tempering fluid can be flown.
  • a base body 2a can be designed as a sealing plate and serve as a cover for the other base body 2b, which is open towards the sealing plate.
  • the base body 2a can have flow dividers 5 projecting into the flow channel 3, which guide the temperature control fluid around the battery cells 1 enable. So that the flow dividers 5 can be aligned to the positions intended for them, they can form receptacles for centering domes 6, which are arranged on the inner bottom surface of the base body 2b.
  • the base body 2a has a groove 7 and the base body 2b has a tongue 8, as a result of which the base bodies 2a, 2b can be plugged together and then bonded to one another by means of ultrasonic welding.
  • the groove 7 and tongue 8 can run transversely to the joining direction 9 in sections, but preferably also be formed continuously, so that the tongue 8 can be formed by the wall 10 of the base body 2b.
  • the width 11 of the tongue 8, in particular the greatest width of the tongue base running within the groove is greater than the width 12 of the groove 7 before ultrasonic welding 14 each have a circumferential contact surface, which acts as a welding surface 15 . After the ultrasonic welding, a double circumferential pinched seam is produced, as a result of which the stability and fluid-tightness of the device can be increased.
  • the width 11 of the tongue 8 can exceed the width 12 of the groove 7 by 0.4 mm.
  • a cavity 18 can be provided between the groove base 16 and the spring head 17, which cavity can accommodate the melt flowing out of the melt bath (cf. FIG. 4).
  • the height 19 of the cavity 18 can be 50% of the height 20 of the groove 7.
  • the base body 2a having the groove 7 can have a melt channel 21 which adjoins the groove 7 in the direction of the other base body 2b and which can be wider than the groove 7 . This results in two melt channel sections 22, along which melt emerging from the melt bath can run and solidify during cooling, as indicated in FIG.
  • the height 23 of the welding surfaces 15 can be 1.5 mm.
  • the width 11 of the spring base can be 1.33 mm.
  • Passage openings 4 run.
  • the passage openings 4 can have seals 24 for the battery cell 1 .

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Flüssigkeitsbehälter zum Temperieren von Batteriezellen (1) umfassend zwei Grundkörper (2a, 2b) beschrieben, welche im zusammengesetzten Zustand einen Strömungskanal (3) begrenzen, wobei zum Ultraschallverschweißen ein Grundkörper (2a) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Nut (7) und ein Grundkörper (2b) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Feder (8) zum Einsetzen in die Nut (7) aufweist. Um eine stabile und fluiddichte Verbindung zwischen den Grundkörpern (2a,2b) zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass vor dem Ultraschallverschweißen die Breite (11) der Feder (8) die Breite (12) der Nut (7) übersteigt und die Seitenflächen (13) der Feder (8) umlaufende an den Nutwänden (14) anliegende Schweißflächen bilden.

Description

Flüssiqkeitsbehälter zum Temperieren von Batteriezellen umfassend zwei Grundkörper
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsbehälter zum Temperieren von Batteriezellen umfassend zwei Grundkörper, welche im zusammengesetzten Zustand einen Strömungskanal begrenzen, wobei zum Ultraschallverschweißen ein Grundkörper eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Nut und ein Grundkörper eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Feder zum Einsetzen in die Nut aufweist.
Stand der Technik
Aus der AT522361 B1 ist eine Vorrichtung zum Temperieren von Batteriezellen bekannt. Die Vorrichtung weist zwei miteinander über ein Ultraschallschweißverfahren verbindbare Grundkörper auf, die einen Strömungskanal für ein Temperierfluid begrenzen. Die Grundkörper bilden Durchtrittsöffnungen aus, in die Batteriezellen eingesetzt sind. Zum miteinander Ultraschallverschweißen umfasst ein Grundkörper eine umlaufende Nut und der andere Grundkörper eine in die Nut eingreifende, umlaufende Feder. Die Feder bildet einen in Richtung Nutgrund spitz zulaufenden Energierichtungsgeber aus, der vor dem Ultraschallverschweißen am Nutgrund anliegt, wodurch sich eine umlaufende Schweißlinie zwischen Energierichtungsgeberspitze und Nutgrund ergibt. Durch Induzieren von Ultraschallwellen wird an dieser Schweißlinie Reibungswärme erzeugt, die zum Verschmelzen der Nut und der Feder führt. Nachteiligerweise wird für diese Stirnverschweißung ein relativ hoher und langer Energieeintrag benötigt, da es andernfalls zu einem Verfestigen des vom Energierichtungsgeber abgeschmolzenen Materials kommt, bevor es mit der Nut eine feste Verbindung bildet, wodurch die Fluiddichtheit des Strömungskanals nicht gewähreistet werden kann. Durch die erforderliche Erhöhung des Energieeintrags auf der anderen Seite kann es allerdings zu einer Beschädigung des Grundkörpers an der Sonotroden-Grundkörper-Kontaktfläche kommen. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsbehälter der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, dessen Grundkörper sich bei geringerem Energieeintrag rasch verbinden lassen und gleichzeitig eine stabile und fluiddichte, insbesondere bei Überdruck flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Grundkörpern ermöglicht.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass vor dem Ultraschallverschweißen die Breite der Feder die Breite der Nut übersteigt und die Seitenflächen der Feder umlaufende an den Nutwänden anliegende Schweißflächen bilden. Zufolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Feder zwischen den Nutwänden unter Vorspannung eingeklemmt, wodurch sich zwei als Schweißflächen dienende Kontaktflächen jeweils zwischen einer Seitenfläche der Feder und einer Nutwand ergeben. Durch diesen zusätzlichen Krafteintrag führt bereits ein verhältnismäßig niedriger Energieeintrag der Sonotrode zu einem Aufschmelzen der Schweißflächen. Beim ultraschallbedingten Aufschmelzen kommt es dabei zu einer Scherströmung zwischen der Nutwand und der Seitenfläche der Feder, was eine stoffliche Vermengung der Schmelze der unterschiedlichen Grundkörper und somit eine homogene Verbindung begünstigt. Durch das Vorsehen zweier Schweißflächen, jeweils zwischen einer Seitenfläche der Feder und einer Nutwand, entsteht nach dem Ultraschweißvorgang eine doppelte Quetschnaht, was einerseits für eine redundante Sicherung der Fluiddichtheit der Grundkörper sorgt und andererseits durch die Verdoppelung des Schweißquerschnitts zu einer verbesserten mechanischen Stabilität führt. Somit ergeben sich insbesondere auch bei Überdruck im Flüssigkeitsbehälter, das heißt bei einem den Außendruck übersteigenden Innendruck, insbesondere innerhalb einer Flüssigkeit, verbesserte Abdichtungsbedingungen. Grundsätzlich kann nur ein Teil jeder Seitenfläche der Feder als Schweißfläche dienen, wobei mit Vergrößerung der Schweißfläche auch die Stabilität der Schweißverbindung zunimmt. Vorzugsweise können die Seitenflächen der Feder vollflächig an den Nutwänden anliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Seitenflächen der Feder und die Nutwände zueinander parallel. Mit Breite der Feder ist vorzugsweise die größte Breite der Federbasis gemeint, also jenes in der Nut verlaufenden Teils der Feder, der nicht den etwaig spitz zulaufenden Federkopf ausbildet. Ein Grundkörper, vorzugsweise der die Nut ausbildende Grundkörper, kann als Dichtplatte ausgebildet sein, die als Deckel für den anderen zur Dichtplatte hin offenen Grundkörper dient. Die Nut und Feder können abschnittsweise umlaufend ausgebildet sein. Dabei können mehrere voneinander abgegrenzte Nut-Feder- Verbindungen vorgesehen sein. Vorzugsweise umläuft jedoch eine einzige Nut- Feder-Verbindung die Durchbrüche für die Batteriezellen. In diesem Fall kann die Feder von der Wand des die Feder aufweisenden Grundkörpers gebildet sein. Der Federkopf der Feder kann im Querschnitt zum Nutgrund hin spitz zulaufen, wodurch einerseits das Zusammensetzen der Grundkörper erleichtert und andererseits der die Feder aufweisende Grundkörper in der Nut vorzentriert wird.
Insbesondere kann der Flüssigkeitsbehälter zum Temperieren von Batteriezellen eine Temperiervorrichtung für Batteriezellen sein. Die Temperiervorrichtung für Batteriezellen umfasst wenigstens eine Batteriezelle und zwei Grundkörper, wobei zum Ultraschallverschweißen ein Grundkörper eine wenigstens abschnittsweise um laufende Nut und ein Grundkörper eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Feder zum Einsetzen in die Nut aufweist, wobei vor dem Ultraschallverschweißen die Breite der Feder die Breite der Nut übersteigt und die Seitenflächen der Feder um laufende an den Nutwänden anliegende Schweißflächen bilden. Die Grundkörper können im zusammengesetzten Zustand einen Strömungskanal begrenzen. Die Batteriezellen können wenigstens abschnittsweise im Strömungskanal angeordnet sein. Der Strömungskanal kann einen Zu- und einen Ablauf für ein Temperierfluid aufweisen. Der Strömungskanal kann über eine Pumpe mit dem Temperierfluid versorgt werden.
Damit der Flüssigkeitsbehälter zum effizienten Temperieren von außerhalb des Flüssigkeitsbehälters kontaktierten Batteriezellen eingesetzt werden kann, können die Grundkörper Durchtrittsöffnungen für einzelne Batteriezellen aufweisen und den Strömungskanal begrenzen. Der Strömungskanal kann mit einem die Batteriezellen direkt anströmenden Temperierfluid, vorzugsweise mit einer Temperierflüssigkeit befüllt sein. Die Endabschnitte einer Batteriezelle können durch zwei einander gegenüberliegende Durchtrittsöffnungen ragen, wobei der zwischen den Endabschnitten der Batteriezellen liegende Mantelabschnitt im Strömungskanal verläuft. Um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Batteriezellen und den Durchtrittsöffnungen zu erhalten, können die Durchtrittsöffnungen mit die Batteriezellen umschließenden Ringdichtungen versehen sein.
Eine ausreichende Kontaktkraft zwischen der Nut und der Feder, ohne dabei, insbesondere bei der Verwendung von thermoplastischen Werkstoffen wie Polyamid, Beschädigungen der Feder zu verursachen, ergibt sich, wenn die Breite der Feder die Breite der Nut um 0,1 mm bis 0,8 mm, bevorzugt um 0,3 mm bis 0,5 mm übersteigt.
Um eine gezielte Ableitung der Schmelze während des Ultraschallverschweißens zu ermöglichen und gleichzeitig die Stabilität und Dichtheit der Verbindung zwischen den Grundkörpern weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass vor dem Verschweißen zwischen dem Nutgrund und dem Federkopf der eingesetzten Feder ein Hohlraum vorgesehen ist. Die Feder wird demnach nicht bis zum Anschlag in die Nut gesteckt, sondern unter Freilassung eines Hohlraums. Dadurch wird ein Reservoir geschaffen, in das die während des Ultraschallschweißverfahrens auftretende Schmelze ablaufen und in dem diese erstarren kann. Zur Sicherstellung des Hohlraums kann einer der Grundkörper einen Anschlag für eine Anschlagfläche des anderen Grundkörpers bilden, die so angeordnet sind, dass deren Zusammenwirken einen Anschlag der Feder am Nutgrund verhindert.
Damit ein ausreichend großes Volumen zur Aufnahme der Schmelze bereitgestellt werden kann, ohne dabei den erforderlichen Energieeintrag zu erhöhen und die Schweißverbindung zu schwächen, kann die Höhe des Hohlraums 10 % bis 60 % der Höhe der Nut entsprechen. Im Bereich unter 10 % kann nicht genug Schmelze aufgenommen werden. Im Bereich über 60 % ergeben sich einerseits zu kleine Schweißflächen und wird andererseits die von der Nut auf die Feder wirkende Klemmkraft zu stark reduziert, sodass dies durch Erhöhung des von der Sonotrode erzeugten Energieeintrags kompensiert werden müsste.
Die Schmelze fließt nicht nur in den Hohlraum, sondern tritt auch auf der dem Hohlraum abgewandten Seite der Schweißflächen aus. Verläuft die Schmelze an der Innenseite des Grundkörpers in Richtung Strömungskanal und erstarrt dort, kann dies die Temperierung der Batteriezellen durch Veränderung des beabsichtigten Strömungsverhaltens negativ beeinflussen. Verläuft die Schmelze an der Außenseite des Grundkörpers, können Anschlüsse oder andere Baukomponenten in negativer Weise beeinträchtigt werden. Um daher zu verhindern, dass die austretende Schmelze die Funktionalität der Vorrichtung beeinträchtig, empfiehlt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass der die Nut aufweisende Grundkörper einen an die Nut in Richtung des anderen Grundkörpers anschließenden Schmelzekanal aufweist. Der Schmelzekanal weist eine größere Breite als die Nut auf, wodurch sich auf beiden Seitenflächen der Feder Schmelzekanalabschnitte ergeben, entlang denen die aus dem Schmelzebad austretende Schmelze fließen, abkühlen und erstarren kann, bevor andere Bereiche der Vorrichtung erreicht werden.
Eine ausreichend hohe Stabilität der Verbindung zwischen den Grundkörpern kann erzielt werden, wenn die Höhe der Schweißflächen zwischen Seitenflächen der Feder und den Nutwänden 1 mm bis 3 mm, insbesondere 1 ,4 mm bis 1 ,7 mm beträgt.
Um eine Deformation der Feder beim Zusammenstecken der Grundkörper zu verhindern und gleichzeitig Materialkosten zu sparen, kann die Federbasis 1 mm bis 2 mm, insbesondere 1 ,2 mm bis 1 ,4 mm, breit sein.
Eine besonders kompakte Vorrichtung ergibt sich, wenn die Nut in Fügerichtung der Grundkörper auf Höhe der Durchtrittsöffnungen des mit der Nut versehenen Grundkörpers verläuft. Insbesondere ist die Nut quer zur Fügerichtung der zu assemblierenden Grundkörper in Richtung des Randbereichs des Grundkörpers von den Durchtrittsöffnungen beabstandet, wodurch die Durchtrittsöffnungen nicht im Nahfeld der Sonotrode liegen und somit ein unbeabsichtigtes Aufschmelzen der Durchtrittsöffnungen bzw. deren Dichtungen verhindert werden kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren von Batteriezellen,
Fig. 2 eine Detailansicht der Nut-Feder-Verbindung vor dem Zusammensetzen der Grundkörper und vor dem Ultraschallverschweißen,
Fig. 3 eine Detailansicht der Nut-Feder-Verbindung nach dem Zusammensetzen der Grundkörper und vor dem Ultraschallverschweißen, sowie
Fig. 4 eine Detailansicht der Nut-Feder-Verbindung nach dem Zusammensetzen der Grundkörper und nach dem Ultraschallverschweißen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsbehälter, insbesondere eine Vorrichtung zum Temperieren von Batteriezellen 1 , weist, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, zwei Grundkörper 2a, 2b auf, welche im zusammengesetzten Zustand einen Strömungskanal 3 begrenzen. Die Grundkörper 2a, 2b können Durchtrittsöffnungen 4 für die Batteriezellen 1 aufweisen. Je Batteriezelle 1 können dabei zwei sich gegenüberliegende und im jeweils anderen Grundkörper 2a, 2b angeordnete Durchtrittsöffnungen 4 vorgesehen sein, die die Batteriezellen 1 jeweils endabschnittsseitig aufnehmen, sodass der zwischen den Durchtrittsöffnungen 4 angeordnete Abschnitt der Batteriezelle 1 im Strömungskanal 3 verläuft und dort direkt von einem Temperierfluid angeströmt werden kann. Ein Grundkörper 2a kann als Dichtplatte ausgebildet sein und als Deckel für den anderen zur Dichtplatte hin offenen Grundkörper 2b dienen. Der Grundkörper 2a kann in den Strömungskanal 3 ragende Strömungsteiler 5 aufweisen, die ein geführtes Zirkulieren des Temperierfluids um die Batteriezellen 1 ermöglichen. Damit die Strömungsteiler 5 auf die für sie vorgesehenen Positionen ausgerichtet werden können, können diese Aufnahmen für Zentrierungsdome 6, welche auf der inneren Bodenfläche des Grundkörpers 2b angeordnet sind, ausbilden.
Wie insbesondere aus den Figs. 2 und 3 zu sehen ist, weist der Grundkörper 2a eine Nut 7 und der Grundkörper 2b eine Feder 8 auf, wodurch die Grundkörper 2a, 2b zusammengesteckt und anschließend mittels Ultraschallverschweißens stoffschlüssig miteinander verbunden werden können. Die Nut 7 und Feder 8 können abschnittsweise quer zur Fügerichtung 9 verlaufen, vorzugsweise aber auch durchgehend ausgebildet sein, sodass die Feder 8 von der Wand 10 des Grundkörpers 2b gebildet sein kann. Erfindungsgemäß ist die Breite 11 der Feder 8, insbesondere die größte innerhalb der Nut verlaufende Breite der Federbasis, vor dem Ultraschallverschweißen größer als die Breite 12 der Nut 7. Auf diese Weise ergibt sich im zusammengesteckten Zustand zwischen den Seitenflächen 13 der Feder 8 und den Nutwänden 14 jeweils eine umlaufende Kontaktfläche, welche als Schweißfläche 15 fungiert. Nach dem Ultraschallverschweißen ergibt sich demnach eine doppelte umlaufende Quetschnaht, wodurch die Stabilität und Fluiddichtheit der Vorrichtung gesteigert werden kann.
Die Breite 11 der Feder 8 kann die Breite 12 der Nut 7 um 0,4 mm übersteigen.
Wie in den Figs. 2 und 3 offenbart ist, kann zwischen dem Nutgrund 16 und dem Federkopf 17 ein Hohlraum 18 vorgesehen sein, der die vom Schmelzebad abfließende Schmelze aufnehmen kann (vgl. Fig. 4). Die Höhe 19 des Hohlraums 18 kann 50 % der Höhe 20 der Nut 7 betragen.
Der die Nut 7 aufweisende Grundkörper 2a kann einen an die Nut 7 in Richtung des anderen Grundkörpers 2b anschließenden Schmelzekanal 21 aufweisen, der breiter als die Nut 7 sein kann. Auf diese Weise ergeben sich zwei Schmelzkanalabschnitte 22, entlang denen aus dem Schmelzbad austretende Schmelze verlaufen und während des Abkühlens erstarren kann, wie dies in der Fig. 4 angedeutet ist. Die Höhe 23 der Schweißflächen 15 kann 1 ,5 mm betragen. Die Breite 11 der Federbasis kann 1 ,33 mm betragen.
Im Sinne einer kompakten Vorrichtung kann die Nut 7 im Bereich der
Durchtrittsöffnungen 4 verlaufen. Die Durchtrittsöffnungen 4 können Dichtungen 24 für die Batteriezelle 1 aufweisen.

Claims

9 Patentansprüche
1 . Flüssigkeitsbehälter zum Temperieren von Batteriezellen (1 ) umfassend zwei Grundkörper (2a, 2b), welche im zusammengesetzten Zustand einen Strömungskanal (3) begrenzen, wobei zum Ultraschallverschweißen ein Grundkörper (2a) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Nut (7) und ein Grundkörper (2b) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Feder (8) zum Einsetzen in die Nut (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ultraschallverschweißen die Breite (11 ) der Feder (8) die Breite (12) der Nut (7) übersteigt und die Seitenflächen (13) der Feder (8) umlaufende an den Nutwänden (14) anliegende Schweißflächen bilden.
2. Vorrichtung zum Temperieren von Batteriezellen (1 ) mit einem Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörper (2a, 2b) zum Temperieren von Batteriezellen (1 ) Durchtrittsöffnungen (4) für einzelne Batteriezellen (1) aufweisen und den Strömungskanal begrenzen (3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (11 ) der Feder (8) die Breite (12) der Nut (7) um 0,1 mm bis 0,8 mm, bevorzugt um 0,3 mm bis 0,5 mm übersteigt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschweißen zwischen dem Nutgrund (16) und dem Federkopf (17) der eingesetzten Feder (8) ein Hohlraum (18) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (19) des Hohlraums (18) 10 % bis 60 % der Höhe (20) der Nut (7) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Nut (7) aufweisende Grundkörper (2a) einen an die Nut (7) in Richtung des anderen Grundkörpers (2b) anschließenden Schmelzekanal (21 ) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (23) der Schweißflächen (15) zwischen Seitenflächen (13) der Feder (8) und den Nutwänden (14) 1 mm bis 3 mm, insbesondere 1 ,4 mm bis 1 ,7 mm beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbasis 1 mm bis 2 mm, insbesondere 1 ,2 mm bis 1 ,4 mm, breit ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) in Fügerichtung (9) der Grundkörper (2a, 2b) auf Höhe der Durchtrittsöffnungen (4) des mit der Nut (7) versehenen Grundkörpers (2a) verläuft.
10. Temperiervorrichtung umfassend wenigstens eine Batteriezelle und zwei Grundkörper (2a, 2b), wobei zum Ultraschallverschweißen ein Grundkörper (2a) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Nut (7) und ein Grundkörper (2b) eine wenigstens abschnittsweise umlaufende Feder (8) zum Einsetzen in die Nut (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ultraschallverschweißen die
Breite (11 ) der Feder (8) die Breite (12) der Nut (7) übersteigt und die Seitenflächen (13) der Feder (8) umlaufende an den Nutwänden (14) anliegende Schweißflächen bilden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009095800A (ja) * 2007-10-18 2009-05-07 Sato Light Kogyo Kk 微細流路構造体およびその製造方法
JP4875226B2 (ja) * 2010-02-02 2012-02-15 パナソニック株式会社 電池収納ケース及びこれを備えた電池パック
US9642482B2 (en) * 2011-12-06 2017-05-09 Tervis Tumbler Company Portable beverage container with ultrasonic welded joint and method of making the same
EP3576506A1 (de) * 2018-05-31 2019-12-04 Apple Inc. Doppelscherschweissverbindung für elektronikgehäuse
DE102018117601B4 (de) * 2018-07-20 2022-09-01 Lisa Dräxlmaier GmbH Batterie mit temperiereinrichtung
DE102019212361A1 (de) * 2019-08-19 2021-02-25 Hanon Systems Kühler aus Kunststoff sowie Batterie mit einem derartigen Kühler
AT522361B1 (de) * 2019-09-05 2020-10-15 Kreisel Electric Gmbh & Co Kg Vorrichtung zum Temperieren von Batteriezellen

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