ES2592514T3 - Elemento de conexión conductor de electricidad, proceso de fabricación del elemento de conexión conductor de electricidad, y batería equipada con el elemento de conexión conductor de electricidad como un electrodo - Google Patents

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Abstract

Un elemento de conexión conductor de la electricidad (1) para la salida de potencia que se utiliza para una batería (2) que incluye un par de terminales de salida formados de diferentes metales, el conductor de la electricidad elemento de conexión (1) que comprende: una sección de electrodo (10) que puede conectarse a uno de los terminales de salida y formada del mismo metal que el de uno de los terminales de salida, y una sección de barra de bus (11) conectada a la sección de electrodo (10) y formada de mismo metal que el otro terminal de salida, donde la sección de electrodo (10) y la sección de barra de bus (11) están integrados entre sí a través de unión por difusión, caracterizado por que: la sección de electrodo (10) es una sección de columnas en forma de barra, la sección de barra de bus (11) es una sección en forma de banda de la placa conectada a un extremo de la sección en forma de barra y que se extiende en una dirección lejos de un centro axial de la sección en forma de barra, donde la sección en forma de barra sobresale de la sección en forma de banda de la placa, donde un material incrustado (30) formado del mismo metal que el de la sección en forma de barra está incrustado en una parte central de la sección en forma de banda de la placa en una dirección del espesor de placa, donde la sección en forma de banda de la placa tiene un rebaje (32) que rodea a la sección en forma de barra de manera que una cara superior del material incrustado (30) está expuesta en una parte inferior de la cavidad (32); donde la sección en forma de barra está conectada al material incrustado (30), y donde una superficie periférica exterior del material incrustado (30) y una superficie periférica interior de la sección en forma de banda de placa están unidas por difusión.

Description

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11A puede formarse como un tubo hueco donde la pieza en bruto del electrodo positivo en forma de barra 10A se puede insertar de forma excéntrica, y la pieza en bruto del electrodo positivo 10A se puede insertar en la pieza en bruto del electrodo negativo 11A para formar el lingote 1A.
5 A continuación, el lingote 1A se carga en el dispositivo de extrusión 20, y el dispositivo de extrusión 20 se inicia en un entorno de presión isotrópica a presión ultra alta (hasta 1000 MPa). Dado que el lingote 1A se estructura enrollando la pieza en bruto del electrodo negativo 11A alrededor de la pieza en bruto del electrodo positivo 10A, como se describe anteriormente, la pieza en bruto del electrodo positivo 10A y la pieza en bruto del electrodo negativo 11A son empujados en paralelo (sometidos a extrusión o estirado), y se obtiene una pieza moldeada 1B donde la pieza en bruto del electrodo positivo 10A y la pieza en bruto del electrodo negativo 11A se integran mediante unión por difusión.
Puesto que el área de abertura de la matriz 21 del dispositivo de extrusión 20 es menor que el área de la sección transversal del lingote 1A, cuando el lingote 1A se hace pasar a través de la matriz 21, se comprime todo alrededor
15 de su circunferencia para deformarse plásticamente. Después de salir de la matriz 21, una superficie de la articulación entre la pieza en bruto del electrodo positivo 10A y la pieza en bruto del electrodo negativo 11A forma “una interfaz (porción unido por difusión) entre una superficie periférica exterior de una sección en forma de barra 10 y una superficie periférica interior de una sección en forma de banda de la placa 11.
La pieza moldeada 1B así obtenida se corta a un intervalo predeterminado en una dirección de extrusión. Dado que la matriz 21 del dispositivo de extrusión 20 tiene la abertura de forma correspondiente a la forma plana de la sección en forma de banda de la placa 11 (ver figura 5 (A)) en el primer ejemplo de referencia, el intervalo de corte de la pieza moldeada 1B se establece de acuerdo con la longitud de la sección en forma de barra 10, que corresponde a la altura del elemento de conexión conductor de la electricidad 1.
25 Después de ser cortado, la pieza en bruto del electrodo negativo 11A se somete a corte (fresado) hasta un espesor de una sección en forma de banda de la placa 11. De este modo, se forma una sección en forma de banda en forma de placa 11, y la pieza en bruto del electrodo positivo 10A permanece en un estado que sobresale para formar una sección en forma de barra 10 y una porción elevada 12 proporcionada alrededor de la raíz de la sección en forma de barra 10. Además, la parte que tiene el espesor de la sección en forma de banda de la placa 11 se somete a taladrado para formar un orificio de conexión 13, con lo que se completa un elemento de conexión conductor de la electricidad 1. El pulido de la superficie o tratamiento de la superficie pueden llevar a cabo según sea necesario.
El elemento de conexión conductor de la electricidad 1 así producido se forma mediante la integración de la sección
35 en forma de barra 10 formada del mismo metal que el del portador del electrodo positivo 5 de la celda de batería 2 y la sección en forma de banda de la placa 11 formada del mismo metal que para el terminal negativo 6 de la célula de la batería 2 a través de la unión por difusión. Por lo tanto, la corrosión electrolítica no se produce y la resistencia eléctrica se reduce en cualquier parte del elemento de conexión conductor de electricidad 1. Por otra parte, la resistencia mecánica es excelente.
En el primer ejemplo de referencia, las formas y dimensiones exteriores de la sección en forma de barra 10 y la sección en forma de banda de la placa 11 no están limitadas. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 7, la fuerza de conexión de la sección en forma de banda de la placa 11 se puede aumentar mediante la ampliación de una parte alrededor del orificio de conexión 13 en una dirección superficie de la placa. Además, las cuatro esquinas de la
45 sección en forma de banda de la placa 11 se pueden someter a achaflanado angular en lugar de achaflanado redondo, o el biselado puede omitirse (pueden formarse esquinas angulares). Por otra parte, la sección 11 en forma de banda de la placa puede estar conformada en su totalidad como un largo círculo en vista en planta. La sección en forma de barra 10 puede tener la forma de una barra cuadrada.
[Primera realización]
Las figuras 8 y 9 ilustran un elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de acuerdo con una primera realización de la presente invención. Como se ilustra en la figura 8, en el elemento de conexión conductor de electricidad 1 de la segunda forma de realización, un material incrustado 30 está incrustado en una parte central de
55 una sección en forma de banda de la placa 11 en la dirección del espesor de placa.
El elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la primera realización también se adopta para un terminal de salida positivo de una célula de la batería 2 (véanse las figuras 1 y 2). Por esta razón, una sección en forma de barra 10 está formada del mismo metal (aluminio o de una aleación de aluminio) que la de un portador de electrodo positivo 5 y el terminal de salida positivo de la celda de batería 2, y la sección en forma de banda de la placa 11 está formada del mismo metal (cobre o aleación de cobre) que el de un portador del electrodo positivo y un terminal de salida positivo de la celda de batería 2. Este punto es idéntico al del primer ejemplo de referencia. Un orificio de conexión 13, que penetra a través de la sección en forma de banda de la placa 11 en la dirección del espesor de placa, se proporciona en una porción de extremo de la sección en forma de banda de la placa 11 enfrente de un lado
65 donde se proporciona la sección en forma de barra 10. Este punto también es idéntico al del primer ejemplo de referencia.
El material de incrustado 30 está dispuesto en una posición que está alineada con una porción de la sección en forma de banda de la placa 11 a la que se conecta la sección en forma de barra 10 (una posición donde la sección en forma de barra 10 y el material incrustado 30 se solapan entre sí en vista en planta). Este material incrustado 30 se proporciona para no llegar a la posición del orificio de conexión 13. Sin embargo, las dimensiones específicas del
5 material incrustado 30 (por ejemplo, forma y tamaño en vista en planta, y espesor) no se limitan particularmente.
El material de incrustado 30 está formado por el mismo metal que el de la sección en forma de barra 10. Es decir, el material de incrustado 30 está formado del mismo metal que el del portador del electrodo positivo 5 y el terminal de salida positivo de la celda de batería 2, más específicamente, de aluminio o de una aleación de aluminio.
La sección en forma de banda de la placa 11 tiene un rebaje 32 que rodea la sección en forma de barra 10 en la porción a la que está conectada la sección en forma de barra 10. Una cara superior del material de incrustado 30 está expuesta en una parte inferior de la cavidad 32. El rebaje 32 puede estar formado excavando ligeramente la cara superior del material incrustado 30. En cualquier caso, la parte inferior del rebaje 32 está formada por el
15 material incrustado 30. El tamaño de la abertura de la escotadura 32 está configurado preferentemente para encajar en el tamaño del material incrustado 30 en vista en planta.
La parte inferior del rebaje 32, es decir, la cara superior del material incrustado 30 expuesta en el rebaje 32 está provista de una porción elevada 33 que rodea a la raíz de la sección en forma de barra 10. La porción elevada 33 es una parte de relleno (por ejemplo, cuentas, un material de base, o un material de soldadura) a ser producida en un proceso de soldadura cuando la sección en forma de barra 10 está conectada al material incrustado 30 mediante soldadura. Cuando se forma un orificio de ajuste o un rebaje de ajuste para la sección en forma de barra 10 en el material incrustado 30 antes de la soldadura, posicionamiento y sujeción se pueden realizar fácilmente y de manera fiable durante la soldadura.
25 La porción elevada 33 es eficaz en el fortalecimiento de un estado donde la sección en forma de barra 10 sobresale de la sección en forma de banda de la placa 11 (material incrustado 30).
La porción elevada 33 es recibida en el rebaje 32, pero no sobresale de la superficie de la sección en forma de banda de la placa 11. En otras palabras, es útil formar el rebaje 32 cuando la sección en forma de barra 10 está conectada a la sección en forma de banda de la placa 11 (material incrustado 30), porque la parte elevada 33 no sobresale fuera.
Una superficie periférica exterior del material de incrustado 30 y una superficie periférica interior de la sección en
35 forma de banda de la placa 11 están unidas por difusión por trabajo de matriz bajo presión isotrópica ultra alta. Mientras que la sección en forma de barra 10 y el material incrustado 30 están conectados por soldadura, como se describe anteriormente, puesto que el material incrustado 30 y la sección en forma de barra 10 están ambos formados de aluminio o de una aleación de aluminio, es decir, formados del mismo metal, un eutéctico no se produce en una porción soldada entre los mismos. Por lo tanto, la corrosión electrolítica no se produce y se mantiene suprimida la resistencia eléctrica. Por otra parte, la resistencia mecánica es suficiente, y no hay ningún problema.
Como resultado, la corrosión electrolítica no se produce entre la sección en forma de barra 10 y la sección en forma de banda de la placa 11, y se mantiene suprimida la resistencia eléctrica. Este punto es idéntico al del primer
45 ejemplo de referencia.
Para producir el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la primera forma de realización, la extrusión se realiza bajo presión hidrostática ultra alta de manera similar al primer ejemplo de referencia, como se ilustra en la figura 9.
A diferencia del primer ejemplo de referencia, sin embargo, un dispositivo de extrusión 20 usado para la extrusión incluye una sola abertura de la matriz 21 correspondiente a la forma frontal de una sección en forma de banda de la placa 11 a ser obtenida (véase la figura 5 (B) que ilustra el primer ejemplo de referencia). Al igual que en el primer ejemplo de referencia, el dispositivo de extrusión 20 puede llevar a cabo la extrusión en un entorno de presión
55 isotrópica a presión ultra alta (hasta alrededor de 1000 MPa).
En un procedimiento de producción para el elemento de conexión conductor de la electricidad 1, primero, se prepara una pieza en bruto del electrodo positivo 30A (en pieza en bruto de metal) formada por el mismo metal que el de una sección en forma de barra 10, por ejemplo, en la forma de una barra de sección transversal elíptica. Puesto que la sección en forma de barra 10 está formada del mismo metal (aluminio o de una aleación de aluminio) que la de un portador del electrodo positivo 5 y un terminal de salida positivo de una célula de la batería 2, la pieza en bruto del electrodo positivo 30A se forma también en última instancia del mismo metal que el del portador del electrodo positivo 5 y el terminal de salida positivo de la celda de batería 2.
65 Además, una pieza en bruto del electrodo negativo 11A (pieza en bruto metal) formado del mismo metal (cobre o aleación de cobre) que el de un portador del electrodo negativo, un terminal de salida negativo, y un terminal
negativo 6 de la célula de la batería 2 es preparado en una forma de banda.
Entonces, un lingote (pieza en bruto compuesta) 1A totalmente formada como una barra redonda gruesa se prepara enrollando la pieza en bruto del electrodo negativo 11A alrededor de la pieza en bruto del electrodo positivo en forma 5 de barra 30A. En este momento, la pieza en bruto del electrodo positivo en forma de barra 30A se fija para ser desplazada de la parte central de la barra redonda gruesa del lingote 1A.
A continuación, el lingote 1A se carga en el dispositivo de extrusión 20, y el dispositivo de extrusión 20 se inicia en un entorno de presión isotrópica a presión ultra alta (hasta 1.000 MPa). Dado que el lingote 1A se estructura enrollando la pieza en bruto del electrodo negativo 11A alrededor de la pieza en bruto del electrodo positivo 30A, como se describe anteriormente, la pieza en bruto del electrodo positivo 30A y la pieza en bruto del electrodo negativo 11A son empujados en paralelo (sometidos a extrusión o estirado), y se obtiene una pieza moldeada 1B donde la pieza en bruto del electrodo positivo 30A y la pieza en bruto del electrodo negativo 11A están integradas a través de la unión por difusión.
15 Además, puesto que el área de abertura de la matriz 21 del dispositivo de extrusión 20 es menor que el área de sección transversal del lingote 1A, cuando el lingote 1A se pasa a través de la matriz 21, se comprime todo alrededor de su circunferencia para deformarse plásticamente. Después de salir de la matriz 21, una superficie de unión entre las piezas en bruto 30A y 11A forman “una interfaz (porción unida por difusión) entre una superficie periférica exterior de un material incrustado 30 y una superficie periférica interior de una sección en forma de banda de la placa 11”.
La pieza moldeada 1B así obtenida se corta a un intervalo predeterminado en una dirección de extrusión. El intervalo de corte de la pieza moldeada 1B corresponde a un tamaño de un lado corto (ancho) de un rectángulo de la sección
25 en forma de banda de la placa 11 en vista en planta.
Después de ser cortada, una parte de la pieza en bruto del electrodo negativo en forma de barra 11A cerca de un extremo longitudinal se somete a corte (fresado) para formar un rebaje 32 (un rebaje de una profundidad que permite que una superficie superior de un material incrustado 30 sea expuesta), y una parte cerca del otro extremo longitudinal se somete a taladrado para formar un orificio de conexión 13, con lo que se forma una sección en forma de banda de la placa 11.
Además, se prepara una pieza en bruto del electrodo positivo 10A formada como una barra redonda y formada del mismo metal (aluminio o de una aleación de aluminio) que la pieza en bruto (pieza en bruto metal) que el del 35 portador del electrodo positivo 5 y el terminal de salida positivo de la celda de batería 2, y la pieza en bruto del electrodo positivo 10A (es decir, un elemento para ser una sección en forma de barra 10) está conectada con el material incrustado 30 expuesto en el rebaje 32 de la sección en forma de banda de la placa 11 mediante soldadura. De esta manera, se ha completado un elemento de conexión conductor de la electricidad 1. El pulido de la superficie
o el tratamiento de la superficie se pueden llevar a cabo según sea necesario.
En el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la primera realización, la sección en forma de barra 10 y la sección en forma de banda de la placa 11 están unidas por difusión con el material incrustado 30 combinado eléctricamente con la sección en forma de barra 10 dispuesta entre ellos. Es decir, en el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la primera forma de realización, el área de unión (superficie de contacto) de la parte
45 unida por difusión se incrementa por la presencia del material incrustado 30, en comparación con el elemento de conexión conductor de electricidad 1 de la primera realización donde la sección en forma de barra 10 y la sección en forma de banda de la placa 11 son directamente unidas por difusión.
Por esta razón, el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la primera forma de realización es más adecuado para la conducción de corriente grande que el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 del primer ejemplo de referencia.
En el elemento de conexión conductor de electricidad 1 de la primera realización, otras estructuras, efectos operativos, y usos son sustancialmente idénticos a los adoptados en el primer ejemplo de referencia y las
55 descripciones detalladas de los mismos se omiten aquí.
[Segunda realización]
Las figuras 10 y 11 ilustran un elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
El elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la segunda forma de realización es sustancialmente similar a la primera realización (ver figura 8), y un material incrustado 30 está incrustado en una parte central en la dirección del espesor de placa de una sección en forma de banda de la placa 11, como se ilustra en la figura 10.
65
imagen6
imagen7
electrodo positivo 10A se ajusta a presión en el orificio de fijación 45 de la pieza en bruto del electrodo negativo 11A así como para mantenerlo sobresaliendo de la pieza en bruto de electrodo negativo 11A, como se ilustra en la figura 13(B).
5 De esta manera, como se ilustra en la figura 13(C), una sección en forma de barra 10 está formada por la pieza en bruto del electrodo positivo 10A que se mantiene sobresaliendo del orificio de fijación 45, y un elemento de conexión conductor de la electricidad 1 puede ser completado. El pulido de la superficie o el tratamiento de la superficie se pueden llevar a cabo según sea necesario.
Como resultado del ajuste por presión descrito anteriormente, una interfaz de unión entre una superficie periférica interior del orificio de fijación 45 y una superficie periférica exterior de la sección en forma de barra 10 forma “una parte unida por difusión”, de manera similar al segundo ejemplo de referencia.
Otras estructuras, efectos de operación, y usos del elemento de conexión conductor de la electricidad 1 del tercer
15 ejemplo de referencia son sustancialmente idénticos a los adoptados en la primera realización, y las descripciones detalladas de la misma se omiten aquí.
De acuerdo con este método de producción, como se ilustra en la figura 14, un elemento de conexión conductor de la electricidad 1 donde un material incrustado 30 está incrustado en casi toda la sección en forma de banda de la placa 11 también se puede producir, de manera similar al elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la segunda realización (véase la figura 10).
En el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de las figuras 13 y 14, la sección en forma de barra 10 está en contacto con la sección en forma de banda de la placa 11. Puesto que la sección en forma de barra 10 está
25 también en contacto de forma fiable con el material incrustado 30 del mismo metal, la continuidad eléctrica se puede asegurar de forma fiable.
Por ejemplo, mientras que el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 utilizado como terminal de salida positivo se ilustra en las realizaciones y ejemplos anteriores, puede ser adoptado como el terminal de salida negativo. En este caso, preferentemente, la sección en forma de barra 10 está formada del mismo metal (cobre o una aleación de cobre), que para el portador del electrodo negativo de la célula de la batería 2, y la sección en forma de banda de la placa 11 está formada del mismo metal (aluminio o de una aleación de aluminio) que el del portador del electrodo positivo 5 de la célula de la batería 2. Huelga decir que, cuando se adopta el material incrustado 30, se forma del mismo metal (cobre o una aleación de cobre) que para el portador del electrodo negativo de la célula de la
35 batería 2, de manera similar a la sección en forma de barra 10.
Mientras que el elemento de conexión conductor de la electricidad 1 de la presente invención es muy adecuado para la conexión de una batería de iones de litio montada en un automóvil, que puede ser utilizada para la conexión de una batería de iones de litio (batería) en otro uso sin ningún problema.
El orificio de conexión 13 no siempre necesita ser formado en la sección en forma de banda de la placa 11. Por ejemplo, una sección de barra que se proyecta para ser conectada al terminal de salida de una polaridad diferente de la del terminal de salida conectado a la sección en forma de barra 10 se puede proporcionar de forma integral en una sola pieza con la sección en forma de banda de la placa 11.
45 La forma plana del elemento de conexión conductor de la electricidad 1, es decir, la forma plana de la sección en forma de banda de la placa 11 no se limita a la forma rectangular. Como se ilustra en las figuras 15(A) a 15(C), diferentes formas, tales como una forma de cuchara, una forma de paleta, y una forma de calabaza, se pueden adoptar.
Aplicabilidad Industrial
Según la presente invención, es posible realizar un elemento de conexión conductor de la electricidad de alto rendimiento y de alta fiabilidad que es adecuado para una batería que incluye un terminal de salida positivo y un
55 terminal de salida negativo formados de diferentes metales, que puede suprimir la resistencia eléctrica mientras que previene de la corrosión electrolítica, y que es excelente en resistencia mecánica.
Si bien este elemento de conexión conductor de la electricidad puede ser utilizado solo para varias baterías, es posible producir una batería donde el elemento de conexión conductor de la electricidad de la presente invención se monte como un electrodo de antemano y para ofrecer la batería incluyendo el elemento de conexión conductor de la electricidad a un mercado.
Lista de signos de referencia
65 1: elemento de conexión conductor de la electricidad 1A: lingote
1B: parte moldeada
2: batería
4: batería ensamblada
5: portador del electrodo positivo
5 6: terminal negativo
10: sección en forma de barra 10A: pieza en bruto del electrodo positivo
11: sección de banda en forma de placa
11A: pieza en bruto del electrodo negativo 10 12: porción elevada
13: orificio de conexión
15: porción de conexión interna
16: tuerca
20: dispositivo de extrusión 15 21: matriz
30: material incrustado 30A: pieza en bruto del electrodo positivo
32: rebaje
33: porción elevada 20 45: orificio de fijación

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  1. imagen1
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