PL241334B1

PL241334B1 - Hybrid battery connector, in particular in lithium-ion cell systems

Info

Publication number: PL241334B1
Application number: PL428797A
Authority: PL
Inventors: Dariusz Bogdański
Original assignee: Bto Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-09-12
Also published as: PL428797A1

Abstract

Zgłoszenie rozwiązuje zagadnienie budowy łącznika hybrydowego do łączenia ogniw w technologii litowej. Łącznik jest utworzony z roboczej płytki (1) o zarysie prostokąta z zaokrąglonymi narożami (2), z wycięciami (3) w dwóch, usytuowanych naprzeciw siebie krawędziach. Pośrodku ma prostokątny otwór (4). W narożach do prostokątnej, roboczej płytki (1), w puntach (6) są przymocowane punktowo elektryczne kontakty (5). Są wykonane z niklu lub są pokryte warstwą niklu. Powierzchnia ażurowych kratek elektrycznych kontaktów (5) od strony zgrzeliny (7) jest pokryta warstwą miedzi.The application solves the issue of building a hybrid connector for connecting cells in lithium technology. The connector is formed of a working plate (1) with a rectangular outline with rounded corners (2), with cutouts (3) in two opposite edges. It has a rectangular opening in the center (4). In the corners of the rectangular working plate (1), point electrical contacts (5) are fixed at points (6). They are made of nickel or are nickel-plated. The surface of the openwork electrical contact grids (5) on the side of the shot (7) is covered with a copper layer.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest łącznik hybrydowy baterii, zwłaszcza w układach ogniw litowo -jonowych, przeznaczony do łączenia ogniw w większe zespoły przy zachowaniu ich prawidłowej wydajności prądowej.The subject of the invention is a hybrid battery connector, especially in lithium-ion cell systems, intended for connecting cells into larger groups while maintaining their correct current efficiency.

Łącznik znajduje zastosowanie w energetyce małych mocy, w metalurgii i w wielu innych działach przemysłu do zasilania zespołów wymagających znacznej energii z ogniw litowo-jonowych.The connector is used in low-power power engineering, in metallurgy and in many other branches of industry to power assemblies requiring significant energy from lithium-ion cells.

Z opisu patentowego JP2008210730 znany jest zespół baterii i sposób ich spawania, umożliwiający uzyskanie doskonałej jakości spawania, takiej że spaw wyróżnia się wysoką wytrzymałością na rozciąganie i niewielką rezystancją. Łączenie baterii polega na zgrzewaniu punktowym umieszczonych w rzędach, w obudowie izolującej elektrycznie ogniw, za pomocą płytek wykonanych z miedzi. Płytka jednego ogniwa jest połączona z elektrodą następnego ogniwa.The patent description JP2008210730 discloses a set of batteries and a method of welding them, which allows to obtain excellent welding quality, such that the weld is distinguished by high tensile strength and low resistance. Connecting the batteries consists in spot welding the cells placed in rows, in an electrically insulating casing, with the use of copper plates. The plate of one cell is connected to the electrode of the next cell.

Z opisu wynalazku nr WO2013018841 (A1) znany jest terminal z elektrodą ujemną ogniwa, zawierającego okładzinę utworzoną przez spajanie pierwszej metalowej warstwy, złożonej z aluminium lub stopu aluminium oraz drugiej metalowej warstwy, składającej się z jednej lub kilku warstw z niklu i miedzi.From the description of the invention No. WO2013018841 (A1) a terminal with a negative electrode of a cell is known, comprising a facing formed by bonding a first metal layer consisting of aluminum or an aluminum alloy and a second metal layer consisting of one or more layers of nickel and copper.

Z dokumentu patentowego nr US2013082659A1, znany jest zestaw akumulatorowy pakietu baterii wraz z obudową zewnętrzną, posiadający jako część składową tego zestawu łącznik w postaci metalowej płytki, wykonanej korzystnie ze stopu miedzi. Powierzchnia metalowej płytki może być pokryta niklem.From the patent document no. US2013082659A1, there is known a battery pack of a battery pack with an outer casing, having as a constituent part of this set a connector in the form of a metal plate, preferably made of a copper alloy. The surface of the metal plate can be nickel plated.

W zgłoszeniu patentowym nr EP2398090A2 ujawniono zestaw akumulatorowy, składający się z łącznika, który może być wykonany z niklu, z niklowanej miedzi lub ich ekwiwalentów, takich jak metal platerowany niklem i miedzią.Patent application EP2398090A2 discloses a battery pack consisting of a connector that can be made of nickel, nickel-plated copper or their equivalents, such as nickel-plated metal and copper.

W rozprawie naukowej pt. „Process and Quality Characterization for Ultrasonic Welding of Lithium-Ion Batteries”, dostępnej na stronie internetowej https://deepblue.lib.umichedu/handle/2027,42/99803, opisano procesy spawania cienkich arkuszy wysoce przewodzących przy użyciu między innymi zgrzewania punktowego oporowego, w tym cienkich warstw materiałów akumulatorowych do akumulatorów litowo-jonowych dużej mocy.In the scientific dissertation entitled "Process and Quality Characterization for Ultrasonic Welding of Lithium-Ion Batteries", available at https: //deepblue.lib.umichedu/handle/2027,42/99803, describes the processes of welding thin highly conductive sheets using, inter alia, spot welding resistance, including thin layers of battery materials for high-power lithium-ion batteries.

Podobne metody znane są też z dokumentu pt. „Joining Technologies for Automative Lithium-Ion Battery Manufacturing: A Review”, opublikowanego na stronie internetowej https://doi.org/10.1115/ MSEC2010-34168.Similar methods are also known from the document "Joining Technologies for Automative Lithium-Ion Battery Manufacturing: A Review", published at https://doi.org/10.1115/ MSEC2010-34168.

Celem rozwiązania zgodnie z wynalazkiem jest opracowanie budowy łącznika hybrydowego, umożliwiającego łączenie ogniw, głównie litowo-jonowych w zespoły zasilające obiekty potrzebujące energii wielokrotnie większej niż możliwości pojedynczych ogniw. W realizacji rozwiązania chodzi o to, aby łącznik wykazywał dobre przewodnictwo cieplne i niską oporność.The aim of the solution according to the invention is to develop a construction of a hybrid connector that allows connecting cells, mainly lithium-ion, into units supplying objects that need energy many times greater than the capabilities of individual cells. The solution is that the connector exhibits good thermal conductivity and low resistance.

Dotychczas znane i stosowane łączniki ogniw, w szczególności ogniw litowo-jonowych, o budowie dwuwarstwowej nie spełniały powyższych wymogów, w szczególności jeśli elementy łącznika były ze sobą łączone metodą powierzchniowego dwupunktowego zgrzewania oporowego. Zgrzewanie oporowe miało niekorzystny wpływ na właściwości elektryczne łącznika, szczególnie że materiały, z jakich łączniki były wykonane, a więc nikiel, jego stopy oraz miedź, charakteryzowały się względnie niską przewodnością. Takie materiały nie są w stanie przenosić dużych obciążeń prądowych, które są zadaniem łącznika, zwłaszcza ogniw litowo-jonowych. Celem rozwiązania według wynalazku jest wyeliminowanie wszystkich dotychczasowych niedogodności.The previously known and used cell connectors, in particular lithium-ion cells, with a two-layer structure did not meet the above requirements, in particular if the connector elements were joined together by a two-point surface resistance welding method. Resistance welding had an adverse effect on the electrical properties of the connector, especially since the materials from which the connectors were made, i.e. nickel, its alloys and copper, were characterized by relatively low conductivity. Such materials are not able to carry the high current loads that are the task of the switch, especially lithium-ion cells. The object of the solution according to the invention is to eliminate all the disadvantages known to date.

Łącznik hybrydowy do łączenia ogniw w technologii litowej zgodnie z wynalazkiem jest zbudowany z roboczej płytki z otworem pośrodku. Robocza płytka ma zarys prostokąta o zaokrąglonych narożach. W narożach prostokątnej, roboczej płytki są przymocowane elektryczne kontakty do łączenia z elektrycznymi kontaktami sąsiadujących ogniw. Elektryczne kontakty są wykonane z niklu lub pokryte warstwą niklu i przymocowane do roboczej płytki punktowo, metodą zgrzewania oporowego.The hybrid connector for connecting cells in lithium technology according to the invention consists of a working plate with a hole in the center. The working plate is rectangular with rounded corners. Electrical contacts are attached to the corners of the rectangular working plate for connection with the electrical contacts of adjacent cells. Electric contacts are made of nickel or nickel-plated and fixed to the working plate by resistance welding.

Istotę wynalazku stanowi budowa łącznika hybrydowego do łączenia ogniw w technologii litowej. Robocza płytka, wykonana z miedzi, w dwóch usytuowanych naprzeciw siebie krawędziach są wykonane wycięcia. Znajdujący się pośrodku roboczej płytki otwór ma zarys prostokąta. W narożach, do prostokątnej, roboczej płytki są przymocowane punktowo, w narożach roboczej płytki elektryczne kontakty mają powierzchnię w postaci ażurowych kratek, wykonanych z niklu lub pokrytych warstwą niklu. Powierzchnia ażurowych kratek kontaktów elektrycznych od strony zgrzeliny jest pokryta warstwą miedzi, co umożliwia przenoszenie dużych obciążeń prądowych z minimalnymi startami i prawidłowe odprowadzenie ciepła z części niklowej, co zapewnia bezproblemowy proces zgrzewania elektrycznych kontaktów z roboczą płytką.The essence of the invention is the construction of a hybrid connector for connecting cells in lithium technology. The working plate, made of copper, has cut-outs in two opposite edges. The hole in the center of the working plate is rectangular. In the corners, to the rectangular working plate, points are attached, and in the corners of the working plate, the electric contacts have a surface in the form of openwork grids made of nickel or covered with a layer of nickel. The surface of the openwork electric contact grids on the side of the weld seam is covered with a copper layer, which enables the transfer of high current loads with minimal losses and proper heat dissipation from the nickel part, which ensures a problem-free process of welding electrical contacts with the working plate.

PL 241 334 B1PL 241 334 B1

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, przedstawiającym łącznik w widoku ogólnym z góry wraz ze szczegółem pokazującym kontakt połączony z roboczą płytką w przekroju poprzecznym.The subject matter of the invention is explained in an embodiment in the accompanying drawing, which shows the connector in a top plan view with a detail showing the contact connected to the working plate in cross section.

Łącznik hybrydowy baterii, zwłaszcza w układach ogniw litowo-jonowych, według wynalazku jest zbudowany z roboczej płytki 1, wykonanej z miedzi. Robocza płytka 1 ma zarys prostokąta o zaokrąglonych narożach 2. W dwóch, usytuowanych naprzeciw siebie krawędziach roboczej płytki 1 są wycięcia 3. Pośrodku roboczej płytki 1 znajduje się prostokątny otwór 4. Jego naroża są zaokrąglone. W narożach do prostokątnej, roboczej płytki 1 są przymocowane elektryczne kontakty 5 przeznaczone do łączenia z elektrycznymi kontaktami sąsiednich, łączonych ogniw. Elektryczne kontakty 5 mają postać ażurowych kratek, wykonanych z niklu lub pokrytych warstwą niklu. W punktach 6 są one przymocowane punktowo do roboczej płytki 1 metodą zgrzewania dźwiękowego. Powierzchnia ażurowych kratek elektrycznych kontaktów 5 od strony zgrzeliny 7 jest pokryta warstwą miedzi, co umożliwia przenoszenie dużych obciążeń prądowych z minimalnymi startami i prawidłowe odprowadzenie ciepła z części niklowej, zapewniającej bezproblemowy proces zgrzewania elektrycznych kontaktów 5 z roboczą płytką 1.A hybrid battery connector, especially in lithium-ion cell systems, according to the invention is constructed of a working plate 1 made of copper. The working plate 1 has the outline of a rectangle with rounded corners 2. The two opposite edges of the working plate 1 have notches 3. In the center of the working plate 1 there is a rectangular opening 4. Its corners are rounded. At the corners, electric contacts 5 are attached to the rectangular working plate 1, intended to be connected with the electric contacts of adjacent connected cells. The electric contacts 5 are in the form of openwork grids made of nickel or covered with a layer of nickel. At points 6, they are fixed pointwise to the working plate 1 by sound welding. The surface of the openwork electric grates of contacts 5 on the side of the weld 7 is covered with a copper layer, which enables the transfer of high current loads with minimal losses and proper heat dissipation from the nickel part, ensuring a problem-free process of welding electrical contacts 5 with the working plate 1.

Claims

1.A hybrid battery connector, especially in lithium-ion cell systems, in the form of a working plate with a rectangular outline with rounded corners and a hole in the center, the electrical contacts being made of nickel or covered with a nickel layer and attached to the working plate by resistance welding, characterized by in that in the two opposite edges of the working plate (1) there are cutouts (3) and the hole (4) has a rectangular shape in the center, moreover, at the corners to the rectangular working plate (1), at points (6) they are fixed electric point contacts (5), the surface of which is in the form of openwork grids, on the side of the shotgun (7) covered with a layer of copper.

2. A connector according to claim The process of claim 1, characterized in that the working plate (1) is made of copper.