WO2009103521A1 - Galvanic flat cell and method for closing an electrolyte filling port of the galvanic flat cell - Google Patents

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WO2009103521A1
WO2009103521A1 PCT/EP2009/001173 EP2009001173W WO2009103521A1 WO 2009103521 A1 WO2009103521 A1 WO 2009103521A1 EP 2009001173 W EP2009001173 W EP 2009001173W WO 2009103521 A1 WO2009103521 A1 WO 2009103521A1
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elektrolyteinfüllöffnung
flat cell
frame material
filling opening
electrolyte filling
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Jens Meintschel
Dirk Schröter
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Daimler Ag
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Definitions

  • Galvanic flat cell and method for closing an electrolyte filling opening of the galvanic flat cell
  • the invention relates to a galvanic flat cell, comprising a circulating frame arranged between two enveloping plates lying substantially parallel to one another and having a closable electrolyte filling opening, wherein the frame is formed from a frame material.
  • the invention further relates to a method for closing the electrolyte filling opening of the galvanic flat cell.
  • the cells have a filling opening, which with a Closing element, in particular a blind rivet, a screw or a plug is closed.
  • a Closing element in particular a blind rivet, a screw or a plug is closed.
  • the object is achieved by a galvanic flat cell with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 11.
  • a galvanic flat cell comprises a surrounding frame with a closable electrolyte filling opening arranged between two enveloping plates arranged substantially parallel to one another.
  • the frame is formed of a frame material.
  • the electrolyte filling opening can be closed by means of thermal welding at least with the participation of the frame material in the region of the electrolyte filling opening. Welding is the permanent joining of components using heat and / or pressure - with or without welding consumables.
  • the components involved in this case at least the frame material in the region of the electrolyte filling opening are at least partially melted and adjacent, molten areas of the components involved welded together during solidification, in particular without welding consumables.
  • a plug is inserted into the electrolyte filling opening and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening.
  • the plug is formed from the frame material, since a welding of similar materials is particularly simple.
  • the frame material is a thermoplastic material, such as polypropylene, since this is particularly easy to thermally deform and has good insulator properties.
  • the plug is in particular inserted by means of a heated riveting tool into the electrolyte filling opening and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening.
  • the riveting tool serves both the entry of heat and the mechanical compression of the plug with the frame material of the frame in the region of the electrolyte filling opening.
  • Electrolyte filling a preform formed from the frame material which is deformable by means of heat and pressure to close the Elektrolytein colllö réelle and welded.
  • the preform may be formed, for example, in the manner of a spout protruding from the electrolyte filling opening, through which the electrolyte is filled.
  • the sleeve-shaped preform is melted by means of the riveting tool and pressed under slight mechanical pressure into the electrolyte filling opening, where the inner walls of the preform finally fuse together, ie are welded.
  • the preform is already formed on the frame, for example by means of injection molding, so that no additional components are required and must be kept in the riveting tool.
  • one of the cladding sheets in the region of the electrolyte filling opening has a protruding tab which is bent over the electrolyte filling opening by means of a heated bending punch and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening by heat input from the bending punch.
  • the frame material is partially melted in the region of the electrolyte filling opening and welded during solidification with the tab embedded therein.
  • the protruding tab is preferably chemically and / or mechanically pretreated to improve adhesion of the frame material.
  • a chemical pretreatment for example, foreign substances are removed from the surface of the metallic tab.
  • a mechanical pretreatment the surface of the tab is roughened, for example. Both measures allow an improved penetration of the surface of the tab with the frame material and thus a more durable connection.
  • FIG. 1 is a perspective view of a galvanic flat cell with two cladding sheets and an interposed, circulating frame
  • 2 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a plug and a riveting tool
  • FIG. 3 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 2 with the unclosed electrolyte filling opening, FIG.
  • FIG. 4 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 2 with the electrolyte filling opening closed by the plug
  • FIG. 5 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a preform formed thereon and a riveting tool, FIG.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 5 with the unclosed electrolyte fill opening, FIG.
  • Fig. 7 is a sectional view of a part of the galvanic
  • FIG. 8 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a tab formed on one of the enveloping plates, and a bending stamp
  • FIG. 9 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 8 with the unclosed electrolyte filling opening
  • FIG. 9 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 8 with the unclosed electrolyte filling opening
  • Fig. 10 is a sectional view of a part of the galvanic
  • FIG. 1 shows a galvanic flat cell 1 with two enveloping plates 2.1, 2.2 arranged substantially parallel to one another and a peripheral frame 3 arranged therebetween.
  • the cladding sheets 2.1, 2.2 represent the poles of the galvanic flat cell 1 for contacting with adjacent flat cells 1 in a battery block or for contacting the battery pack.
  • the frame 3 is formed of an insulating frame material, such as a plastic, to isolate the cladding sheets 2.1, 2.2 from each other.
  • the frame material is designed as a thermoplastic material, for example polypropylene.
  • FIG. 2 shows part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with an electrolyte filling opening 5 arranged in the frame 3.
  • the Elektrolytein colllö réelle 5 is used to fill an electrolyte in the galvanic flat cell 1 after the Assembly. It must be tightly closed after the filling process.
  • a plug 6 is provided for closing, which is preferably formed from the frame material, in particular a thermoplastic material, for example polypropylene.
  • the plug 6 is pressed into the electrolyte filling opening 5 by means of a heated riveting tool 7, partially melted by the heat of the riveting tool 7 as well as the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5 and thus welded to the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 2 with the still unclosed electrolyte filling opening 5.
  • the galvanic flat cell 1 has an electrode stack 8 between the enveloping sheets 2.1, 2.2, in which aluminum and copper foils coated, for example, with electrochemically active materials are superimposed stacked and each separated by a separator.
  • the electrolyte filling opening 5 has a projection 9, on which the plug 6 can rest so that it does not pass completely through the electrolyte filling opening 5 into the interior of the galvanic flat cell 1.
  • the heated riveting tool 7 has a receptacle in which the stopper 6 can be held.
  • FIG. 4 shows the part of the galvanic flat cell 1 from FIGS. 2 and 3 with the electrolyte filling opening 5 closed by the plug 6.
  • the plug 6 was by means of the heated riveting tool 7 in the Electrolyte filling opening 5 is pressed and heated. Due to the heat of the riveting tool 7, the stopper 6 as well as the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5, in particular in the region of the projection 9, has been partially melted and when cooling, the stopper 6 is welded to the projection 9, so that the electrolyte filling opening 5 is sealed.
  • a melting and welding of the plug 6 with the frame material of the frame can be achieved apart from the projection 9 in other parts of the Elektrolytinhellötechnisch 5.
  • an increased heat input by the heated riveting tool 7 may be required.
  • the electrolyte filling opening 5 and the plug 6 may be shaped differently than shown in the embodiment.
  • the projection 9 can be dispensed with.
  • FIG. 5 shows a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with the electrolyte filling opening 5 in a further embodiment.
  • a preform 10.1 formed from the frame material is formed in the form of a spout projecting out of the electrolyte filling opening 5, through which the electrolyte can be filled into the cell.
  • the closing of the electrolyte filling opening 5 takes place by remelting and welding of the preform 10. 1 by supplying heat under pressure from the heated riveting tool 7, which here serves as a forming tool.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 5 with the still unclosed electrolyte filling opening 5.
  • the heated riveting tool 7 has a recess, by means of which a defined deformation of the preform 10.1 under heat and pressure can be achieved.
  • FIG. 7 shows the part of the galvanic flat cell 1 from FIGS. 5 and 6, wherein the electrolyte filling opening 5 is closed by the preform 10.2 deformed under heat and pressure by the heated riveting tool 7.
  • the preform 10.1 was melted and transferred by the heated riveting tool 7 in the deformed preform 10.2.
  • Previously unconnected parts of the preform 10.1 are welded together when cooling the deformed preform 10.2, so that the Elektrolytein spallö réelle 5 is sealed.
  • FIG. 8 shows a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with the electrolyte filling opening 5 in a further embodiment.
  • a tab 11 is provided in the region of the electrolyte filling opening 5, which extends beyond the frame 3.
  • the tab 11 is bent over the electrolyte filling opening 5.
  • the frame material now lying underneath the bent tab 11 is partially melted in the area of the electrolyte filling opening 5 and welded to the tab 11 during solidification.
  • FIG. 9 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 8 with the electrolytic filling opening 5 still open.
  • the tab 11 On the covering sheet 2.2, in the region of the electrolyte filling opening 5, the tab 11 is provided which extends beyond the frame 3.
  • the tab 11 has been bent over the electrolyte filling opening 5 by means of the heated bending punch 12.
  • the bending punch 12 has for this purpose a slope which favors the desired bending direction of the tab 11.
  • the frame material now lying underneath the bent tab 11 is partially melted in the area of the electrolyte filling opening 5 and welded to the tab 11 during solidification, so that the electrolyte filling opening 5 is sealed.
  • the plug 6 may alternatively be formed of a different material than the frame material, but in particular of a thermally deformable plastic.
  • the preform 10.1 may be formed deviating from the shape of a spout.

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Abstract

The invention relates to a galvanic flat cell (1), comprising a peripheral frame (3) with a closable electrolyte filling port (5), said frame (3) being arranged between two substantially parallel casing sheets (2.1, 2.2) and being configured from a frame material. The invention further relates to a method for closing the electrolyte filling port (5) by thermal welding at least including the frame material in the area of the electrolyte filling port (5).

Description

Daimler AGDaimler AG
Galvanische Flachzelle und Verfahren zum Verschließen einer Elektrolyteinfüllöffnung der galvanischen FlachzelleGalvanic flat cell and method for closing an electrolyte filling opening of the galvanic flat cell
Die Erfindung betrifft eine galvanische Flachzelle, umfassend einen zwischen zwei einander im Wesentlichen parallel gegenüber liegenden Hüllblechen angeordneten, umlaufenden Rahmen mit einer verschließbaren Elektrolyteinfüllöffnung, wobei der Rahmen aus einem Rahmenmaterial gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Verschließen der Elektrolyteinfüllöffnung der galvanischen Flachzelle.The invention relates to a galvanic flat cell, comprising a circulating frame arranged between two enveloping plates lying substantially parallel to one another and having a closable electrolyte filling opening, wherein the frame is formed from a frame material. The invention further relates to a method for closing the electrolyte filling opening of the galvanic flat cell.
Insbesondere in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Mildhybridfahrzeugen werden Batterien aus galvanischen Flachzellen (auch Einzelzellen genannt) eingesetzt.In particular, in electric vehicles, hybrid vehicles and mild hybrid vehicles batteries from galvanic flat cells (also called single cells) are used.
Aus der DE 42 40 339 Cl sind Flachzellen bekannt, in denen Elektrodenfolien in Form von mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichteten Alu- und Kupferfolien ausgebildet sind. Die Elektrodenfolien sind zu einem Elektrodenstapel zusammengefasst , wobei die einzelnen Elektrodenfolien durch einen Separator, vorzugsweise eine Folie, voneinander elektrisch und auch räumlich getrennt sind. Im Inneren der galvanischen Flachzelle ist ein Elektrolyt vorgesehen, das nach der Montage der Flachzelle durch eine Elektrolyteinfüllöffnung eingefüllt wird, die anschließend dicht verschlossen werden muss.From DE 42 40 339 C1 flat cells are known in which electrode films are formed in the form of coated with electrochemically active materials aluminum and copper foils. The electrode foils are combined to form an electrode stack, the individual electrode foils being separated from one another electrically and also spatially by a separator, preferably a foil. In the interior of the galvanic flat cell, an electrolyte is provided, which is filled after assembly of the flat cell through a Elektrolyteinfüllöffnung, which then has to be sealed.
Aus der DE 10 2007 063 176.8 ist eine Batterie bekannt, deren Zellen eine Einfüllöffnung aufweisen, die mit einem Verschlusselement, insbesondere einem Blindniet, einer Schraube oder einem Stopfen verschließbar ist. Beim Einsatz in einer Flachzelle mit Rahmen ist der Einsatz eines solchen Verschlusselements ungünstig, da der Rahmen nur für geringe mechanische Belastungen ausgelegt ist.From DE 10 2007 063 176.8 a battery is known, the cells have a filling opening, which with a Closing element, in particular a blind rivet, a screw or a plug is closed. When used in a flat cell with frame, the use of such a closure element is unfavorable, since the frame is designed only for low mechanical loads.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte galvanische Flachzelle sowie ein verbessertes Verfahren zum Verschließen einer Elektrolyteinfüllöffnung der galvanischen Flachzelle anzugeben.It is therefore an object of the invention to specify an improved galvanic flat cell and an improved method for closing an electrolyte filling opening of the galvanic flat cell.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine galvanische Flachzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The object is achieved by a galvanic flat cell with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße galvanische Flachzelle umfasst einen zwischen zwei einander im Wesentlichen parallel gegenüber liegenden Hüllblechen angeordneten, umlaufenden Rahmen mit einer verschließbaren Elektrolyteinfüllöffnung. Der Rahmen ist aus einem Rahmenmaterial gebildet. Die Elektrolyteinfüllöffnung ist mittels thermischen Schweißens zumindest unter Beteiligung des Rahmenmaterials im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung verschließbar. Unter Schweißen wird das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck - mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe verstanden. Dabei werden die beteiligten Bauteile, in diesem Fall zumindest das Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung zumindest teilweise aufgeschmolzen und aneinander grenzende, aufgeschmolzene Bereiche der beteiligten Bauteile beim Erstarren miteinander verschweißt, insbesondere ohne Schweißzusatzwerkstoffe. Das Verschweißen der Elektrolyteinfüllöffnung ist im Gegensatz zum Einsatz von Nieten auch in dem nur begrenzt mechanisch belastbaren Rahmen möglich. Im Vergleich mit Klebeverfahren verkürzt sich eine Durchlaufzeit der galvanischen Flachzelle, da keine Aushärtezeit benötigt wird sondern die Fügestelle sofort nach dem Erkalten dicht ist. Durch die genannten Vorteile ist zudem ein Abdichten der galvanischen Flachzelle mit geringeren Kosten erreichbar.A galvanic flat cell according to the invention comprises a surrounding frame with a closable electrolyte filling opening arranged between two enveloping plates arranged substantially parallel to one another. The frame is formed of a frame material. The electrolyte filling opening can be closed by means of thermal welding at least with the participation of the frame material in the region of the electrolyte filling opening. Welding is the permanent joining of components using heat and / or pressure - with or without welding consumables. In this case, the components involved, in this case at least the frame material in the region of the electrolyte filling opening are at least partially melted and adjacent, molten areas of the components involved welded together during solidification, in particular without welding consumables. The welding of the Elektrolyteinfüllöffnung is in contrast to the use of rivets in the limited mechanical loadable frame possible. In comparison with bonding processes, a throughput time of the galvanic flat cell is shortened because no hardening time is needed but the joint is sealed immediately after cooling. Due to the advantages mentioned, in addition a sealing of the galvanic flat cell can be achieved at a lower cost.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Stopfen in die Elektrolyteinfüllöffnung eingesetzt und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung verschweißt. Insbesondere ist der Stopfen aus dem Rahmenmaterial gebildet, da ein Verschweißen gleichartiger Stoffe besonders einfach ist. Vorzugsweise ist das Rahmenmaterial dabei ein Thermoplastmaterial, beispielsweise Polypropylen, da sich dieses besonders leicht thermisch verformen lässt und gute Isolatoreigenschaften aufweist. Der Stopfen wird insbesondere mittels eines beheizten Nietwerkzeugs in die Elektrolyteinfüllöffnung eingesetzt und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung verschweißt. Das Nietwerkzeug dient dabei sowohl dem Eintrag von Wärme als auch der mechanischen Verpressung des Stopfens mit dem Rahmenmaterial des Rahmens im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung.In one embodiment of the invention, a plug is inserted into the electrolyte filling opening and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening. In particular, the plug is formed from the frame material, since a welding of similar materials is particularly simple. Preferably, the frame material is a thermoplastic material, such as polypropylene, since this is particularly easy to thermally deform and has good insulator properties. The plug is in particular inserted by means of a heated riveting tool into the electrolyte filling opening and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening. The riveting tool serves both the entry of heat and the mechanical compression of the plug with the frame material of the frame in the region of the electrolyte filling opening.
In einer weiteren Ausführungsform ist an derIn a further embodiment is at the
Elektrolyteinfüllöffnung eine Vorform aus dem Rahmenmaterial ausgebildet, die mittels Wärme und Druck zum Verschluss der Elektrolyteinfüllöffnung verformbar und verschweißbar ist. Die Vorform kann beispielsweise in der Art einer aus der Elektrolyteinfüllöffnung herausragenden Tülle gebildet sein, durch die das Elektrolyt eingefüllt wird. Zum Verschließen der Elektrolyteinfüllöffnung wird die tüllenförmige Vorform mittels des Nietwerkzeugs aufgeschmolzen und unter leichtem mechanischen Druck in die Elektrolyteinfüllöffnung gepresst, wo die Innenwandungen der Vorform schließlich miteinander verschmelzen, d. h. verschweißt werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Vorform bereits am Rahmen ausgebildet ist, beispielsweise mittels Spritzguss, so dass keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind und im Nietwerkzeug gehalten werden müssen.Electrolyte filling a preform formed from the frame material, which is deformable by means of heat and pressure to close the Elektrolyteinfüllöffnung and welded. The preform may be formed, for example, in the manner of a spout protruding from the electrolyte filling opening, through which the electrolyte is filled. To close the electrolyte filling opening, the sleeve-shaped preform is melted by means of the riveting tool and pressed under slight mechanical pressure into the electrolyte filling opening, where the inner walls of the preform finally fuse together, ie are welded. Is advantageous in this case, that the preform is already formed on the frame, for example by means of injection molding, so that no additional components are required and must be kept in the riveting tool.
In einer weiteren Ausführungsform weist eines der Hüllbleche im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung eine überstehende Lasche auf, die zum Verschließen mittels eines beheizten Biegestempels über die Elektrolyteinfüllöffnung gebogen und durch Wärmeeintrag aus dem Biegestempel mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung verschweißt wird. Dabei wird das Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung teilweise aufgeschmolzen und beim Erstarren mit der darin eingebetteten Lasche verschweißt. Diese Ausführungsform kommt ebenfalls ohne zusätzliche Bauteile aus.In another embodiment, one of the cladding sheets in the region of the electrolyte filling opening has a protruding tab which is bent over the electrolyte filling opening by means of a heated bending punch and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening by heat input from the bending punch. In this case, the frame material is partially melted in the region of the electrolyte filling opening and welded during solidification with the tab embedded therein. This embodiment also comes without additional components.
Die überstehende Lasche ist vorzugsweise chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt, um das Anhaften des Rahmenmaterials zu verbessern. Mit einer chemischen Vorbehandlung werden beispielsweise Fremdstoffe aus der Oberfläche der metallischen Lasche entfernt. Bei einer mechanischen Vorbehandlung wird die Oberfläche der Lasche beispielsweise aufgeraut. Beide Maßnahmen ermöglichen eine verbesserte Durchdringung der Oberfläche der Lasche mit dem Rahmenmaterial und so eine haltbarere Verbindung.The protruding tab is preferably chemically and / or mechanically pretreated to improve adhesion of the frame material. With a chemical pretreatment, for example, foreign substances are removed from the surface of the metallic tab. In a mechanical pretreatment, the surface of the tab is roughened, for example. Both measures allow an improved penetration of the surface of the tab with the frame material and thus a more durable connection.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer galvanischen Flachzelle mit zwei Hüllblechen und einem dazwischen angeordneten, umlaufenden Rahmen, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 1 mit einer Elektrolyteinfüllöffnung, einem Stopfen und einem Nietwerkzeug,1 is a perspective view of a galvanic flat cell with two cladding sheets and an interposed, circulating frame, 2 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a plug and a riveting tool,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 2 mit der unverschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung,3 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 2 with the unclosed electrolyte filling opening, FIG.
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 2 mit der durch den Stopfen verschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung,4 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 2 with the electrolyte filling opening closed by the plug,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 1 mit einer Elektrolyteinfüllöffnung, einer daran ausgebildeten Vorform und einem Nietwerkzeug,5 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a preform formed thereon and a riveting tool, FIG.
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 5 mit der unverschlossenen EIektrolyteinfüllöffnung,6 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 5 with the unclosed electrolyte fill opening, FIG.
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischenFig. 7 is a sectional view of a part of the galvanic
Flachzelle aus Figur 5 mit der durch die verformte Vorform verschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung,Flat cell of Figure 5 with the electrolyte fill port closed by the deformed preform,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 1 mit einer Elektrolyteinfüllöffnung, einer an einer der Hüllplatten ausgebildeten Lasche und einem BiegeStempel, Fig. 9 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle aus Figur 8 mit der unverschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung, und8 shows a perspective view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 1 with an electrolyte filling opening, a tab formed on one of the enveloping plates, and a bending stamp, FIG. 9 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell from FIG. 8 with the unclosed electrolyte filling opening, and FIG
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Teils der galvanischenFig. 10 is a sectional view of a part of the galvanic
Flachzelle aus Figur 8 mit der durch die umgebogene Lasche verschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung.Flat cell of Figure 8 with the closed by the bent tab Elektrolyteinfüllöffnung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all drawings with the same reference numerals.
In Figur 1 ist eine galvanischen Flachzelle 1 mit zwei einander im Wesentlichen parallel gegenüber liegenden Hüllblechen 2.1, 2.2 und einem dazwischen angeordneten, umlaufenden Rahmen 3 gezeigt. Die Hüllbleche 2.1, 2.2 stellen die Pole der galvanischen Flachzelle 1 zur Kontaktierung mit benachbarten Flachzellen 1 in einem Batterieblock oder zur Kontaktierung des Batterieblocks dar.FIG. 1 shows a galvanic flat cell 1 with two enveloping plates 2.1, 2.2 arranged substantially parallel to one another and a peripheral frame 3 arranged therebetween. The cladding sheets 2.1, 2.2 represent the poles of the galvanic flat cell 1 for contacting with adjacent flat cells 1 in a battery block or for contacting the battery pack.
An einem der Hüllbleche 2.2 ist ein fahnenartiger Kontakt 4 vorgesehen, um die Spannungen einzelner galvanischer Flachzellen 1 im Batterieblock überwachen zu können. Der Rahmen 3 ist aus einem isolierenden Rahmenmaterial, beispielsweise einem Kunststoff gebildet, um die Hüllbleche 2.1, 2.2 voneinander zu isolieren.At one of the cladding sheets 2.2 a flag-like contact 4 is provided to monitor the voltages of individual galvanic flat cells 1 in the battery block can. The frame 3 is formed of an insulating frame material, such as a plastic, to isolate the cladding sheets 2.1, 2.2 from each other.
Insbesondere ist das Rahmenmaterial als ein Thermoplastmaterial, beispielsweise Polypropylen ausgebildet.In particular, the frame material is designed as a thermoplastic material, for example polypropylene.
In Figur 2 ist ein Teil der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 1 mit einer im Rahmen 3 angeordneten Elektrolyteinfüllöffnung 5 gezeigt. Die Elektrolyteinfüllöffnung 5 dient dem Einfüllen eines Elektrolyts in die galvanische Flachzelle 1 nach deren Montage. Sie muss nach dem Einfüllvorgang dicht verschlossen werden.FIG. 2 shows part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with an electrolyte filling opening 5 arranged in the frame 3. The Elektrolyteinfüllöffnung 5 is used to fill an electrolyte in the galvanic flat cell 1 after the Assembly. It must be tightly closed after the filling process.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zum Verschließen ein Stopfen 6 vorgesehen, der vorzugsweise aus dem Rahmenmaterial, insbesondere einem Thermoplastmaterial, beispielsweise Polypropylen gebildet ist. Der Stopfen 6 wird mittels eines beheizten Nietwerkzeugs 7 in die Elektrolyteinfüllöffnung 5 gedrückt, durch die Wärme des Nietwerkzeugs 7 ebenso wie das Rahmenmaterial des Rahmens 3 im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 teilweise aufgeschmolzen und somit mit dem Rahmenmaterial des Rahmens 3 im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 verschweißt.In the embodiment shown, a plug 6 is provided for closing, which is preferably formed from the frame material, in particular a thermoplastic material, for example polypropylene. The plug 6 is pressed into the electrolyte filling opening 5 by means of a heated riveting tool 7, partially melted by the heat of the riveting tool 7 as well as the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5 and thus welded to the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 2 mit der noch unverschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung 5. Die galvanische Flachzelle 1 weist zwischen den Hüllblechen 2.1, 2.2 ein Elektrodenstapel 8 auf, in dem beispielsweise mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichtete Aluminium- und Kupferfolien übereinander gestapelt und jeweils durch einen Separator voneinander getrennt sind.FIG. 3 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 2 with the still unclosed electrolyte filling opening 5. The galvanic flat cell 1 has an electrode stack 8 between the enveloping sheets 2.1, 2.2, in which aluminum and copper foils coated, for example, with electrochemically active materials are superimposed stacked and each separated by a separator.
Die Elektrolyteinfüllöffnung 5 weist einen Vorsprung 9 auf, auf dem der Stopfen 6 so aufliegen kann, dass er nicht vollständig durch die Elektrolyteinfüllöffnung 5 ins Innere der galvanischen Flachzelle 1 gelangt. Das beheizte Nietwerkzeug 7 weist eine Aufnahme auf, in der der Stopfen 6 gehalten werden kann.The electrolyte filling opening 5 has a projection 9, on which the plug 6 can rest so that it does not pass completely through the electrolyte filling opening 5 into the interior of the galvanic flat cell 1. The heated riveting tool 7 has a receptacle in which the stopper 6 can be held.
In Figur 4 ist der Teil der galvanischen Flachzelle 1 aus den Figuren 2 und 3 mit der durch den Stopfen 6 verschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung 5 gezeigt. Der Stopfen 6 wurde mittels des beheizten Nietwerkzeugs 7 in die Elektrolyteinfüllöffnung 5 gedrückt und erwärmt. Durch die Wärme des Nietwerkzeugs 7 wurde der Stopfen 6 ebenso wie das Rahmenmaterial des Rahmens 3 im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5, insbesondere im Bereich des Vorsprungs 9 teilweise aufgeschmolzen und beim Erkalten eine Verschweißung des Stopfens 6 mit dem Vorsprung 9 erreicht, so dass die Elektrolyteinfüllöffnung 5 abgedichtet ist.FIG. 4 shows the part of the galvanic flat cell 1 from FIGS. 2 and 3 with the electrolyte filling opening 5 closed by the plug 6. The plug 6 was by means of the heated riveting tool 7 in the Electrolyte filling opening 5 is pressed and heated. Due to the heat of the riveting tool 7, the stopper 6 as well as the frame material of the frame 3 in the region of the electrolyte filling opening 5, in particular in the region of the projection 9, has been partially melted and when cooling, the stopper 6 is welded to the projection 9, so that the electrolyte filling opening 5 is sealed.
Ein Aufschmelzen und Verschweißen des Stopfens 6 mit dem Rahmenmaterial des Rahmens kann abgesehen vom Vorsprung 9 auch in anderen Teilen der Elektrolyteinfüllöffnung 5 erreicht werden. Hierzu kann ein erhöhter Wärmeeintrag durch das beheizte Nietwerkzeug 7 erforderlich sein.A melting and welding of the plug 6 with the frame material of the frame can be achieved apart from the projection 9 in other parts of the Elektrolytinfüllöffnung 5. For this purpose, an increased heat input by the heated riveting tool 7 may be required.
Die Elektrolyteinfüllöffnung 5 und der Stopfen 6 können anders geformt sein, als im Ausführungsbeispiel gezeigt. Beispielsweise kann bei einer konischen Form der Elektrolyteinfüllöffnung 5 und des Stopfens 6 auf den Vorsprung 9 verzichtet werden.The electrolyte filling opening 5 and the plug 6 may be shaped differently than shown in the embodiment. For example, in the case of a conical shape of the electrolyte filling opening 5 and the stopper 6, the projection 9 can be dispensed with.
In Figur 5 ist ein Teil der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 1 mit der Elektrolyteinfüllöffnung 5 in einer weiteren Ausführungsform gezeigt.FIG. 5 shows a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with the electrolyte filling opening 5 in a further embodiment.
An der Elektrolyteinfüllöffnung 5 ist eine aus dem Rahmenmaterial gebildete Vorform 10.1 ausgebildet in Form einer aus der Elektrolyteinfüllöffnung 5 heraus ragenden Tülle, durch die das Elektrolyt in die Zelle gefüllt werden kann. Das Verschließen der Elektrolyteinfüllöffnung 5 erfolgt durch Umschmelzen und Verschweißen der Vorform 10.1, indem dieser unter Druck Wärme aus dem beheizten Nietwerkzeug 7, das hier als Umformwerkzeug dient, zugeführt wird.At the electrolyte filling opening 5, a preform 10.1 formed from the frame material is formed in the form of a spout projecting out of the electrolyte filling opening 5, through which the electrolyte can be filled into the cell. The closing of the electrolyte filling opening 5 takes place by remelting and welding of the preform 10. 1 by supplying heat under pressure from the heated riveting tool 7, which here serves as a forming tool.
Figur 6 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 5 mit der noch unverschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung 5. An der Elektrolyteinfüllöffnung 5 ist die aus dem Rahmenmaterial gebildete Vorform 10.1 ausgebildet. Das beheizte Nietwerkzeug 7 weist eine Ausnehmung auf, mittels derer eine definierte Verformung der Vorform 10.1 unter Wärme und Druck erreichbar ist.FIG. 6 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 5 with the still unclosed electrolyte filling opening 5. At the Elektrolyteinfüllöffnung 5 is formed from the frame material formed preform 10.1. The heated riveting tool 7 has a recess, by means of which a defined deformation of the preform 10.1 under heat and pressure can be achieved.
In Figur 7 ist der Teil der galvanischen Flachzelle 1 aus den Figuren 5 und 6 gezeigt, wobei die Elektrolyteinfüllöffnung 5 durch die unter Wärme und Druck vom beheizten Nietwerkzeug 7 verformte Vorform 10.2 verschlossen ist. Die Vorform 10.1 wurde dabei aufgeschmolzen und durch das beheizte Nietwerkzeug 7 in die verformten Vorform 10.2 überführt. Zuvor nicht miteinander verbundene Teile der Vorform 10.1 werden beim Erkalten der verformten Vorform 10.2 miteinander verschweißt, so dass die Elektrolyteinfüllöffnung 5 abgedichtet ist.FIG. 7 shows the part of the galvanic flat cell 1 from FIGS. 5 and 6, wherein the electrolyte filling opening 5 is closed by the preform 10.2 deformed under heat and pressure by the heated riveting tool 7. The preform 10.1 was melted and transferred by the heated riveting tool 7 in the deformed preform 10.2. Previously unconnected parts of the preform 10.1 are welded together when cooling the deformed preform 10.2, so that the Elektrolyteinfüllöffnung 5 is sealed.
In Figur 8 ist ein Teil der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 1 mit der Elektrolyteinfüllöffnung 5 in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. An einem der Hüllbleche 2.1, 2.2 ist im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 eine Lasche 11 vorgesehen, die über den Rahmen 3 hinaus reicht. Mittels eines beheizten Biegestempels 12 wird die Lasche 11 über die Elektrolyteinfüllöffnung 5 gebogen. Durch die vom Biegestempel 12 zugeführte Wärme wird das nun unter der umgebogenen Lasche 11 liegende Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 teilweise aufgeschmolzen und beim Erstarren mit der Lasche 11 verschweißt.FIG. 8 shows a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 1 with the electrolyte filling opening 5 in a further embodiment. On one of the cladding sheets 2.1, 2.2, a tab 11 is provided in the region of the electrolyte filling opening 5, which extends beyond the frame 3. By means of a heated bending punch 12, the tab 11 is bent over the electrolyte filling opening 5. As a result of the heat supplied by the bending punch 12, the frame material now lying underneath the bent tab 11 is partially melted in the area of the electrolyte filling opening 5 and welded to the tab 11 during solidification.
Figur 9 zeigt eine Schnittansicht eines Teils der galvanischen Flachzelle 1 aus Figur 8 mit der noch unverschlossenen Elektrolyteinfüllöffnung 5. Am Hüllblech 2.2 ist im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 die Lasche 11 vorgesehen, die über den Rahmen 3 hinaus reicht. In Figur 10 wurde die Lasche 11 mittels des beheizten Biegestempels 12 über die Elektrolyteinfüllöffnung 5 gebogen. Der Biegestempel 12 weist hierfür eine Schräge auf, die die gewünschte Biegerichtung der Lasche 11 begünstigt. Durch die vom Biegestempel 12 zugeführte Wärme wird das nun unter der umgebogenen Lasche 11 liegende Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung 5 teilweise aufgeschmolzen und beim Erstarren mit der Lasche 11 verschweißt, so dass die Elektrolyteinfüllöffnung 5 abgedichtet ist.FIG. 9 shows a sectional view of a part of the galvanic flat cell 1 from FIG. 8 with the electrolytic filling opening 5 still open. On the covering sheet 2.2, in the region of the electrolyte filling opening 5, the tab 11 is provided which extends beyond the frame 3. In FIG. 10, the tab 11 has been bent over the electrolyte filling opening 5 by means of the heated bending punch 12. The bending punch 12 has for this purpose a slope which favors the desired bending direction of the tab 11. As a result of the heat supplied by the punch 12, the frame material now lying underneath the bent tab 11 is partially melted in the area of the electrolyte filling opening 5 and welded to the tab 11 during solidification, so that the electrolyte filling opening 5 is sealed.
Der Stopfen 6 kann alternativ aus einem anderen Material als dem Rahmenmaterial gebildet sein, insbesondere jedoch aus einem thermisch verformbaren Kunststoff.The plug 6 may alternatively be formed of a different material than the frame material, but in particular of a thermally deformable plastic.
Die Vorform 10.1 kann von der Form einer Tülle abweichend gebildet sein. The preform 10.1 may be formed deviating from the shape of a spout.
Daimler AGDaimler AG
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
I galvanische Flachzelle 2.1, 2.2 HüllblechI galvanic flat cell 2.1, 2.2 cover plate
3 Rahmen3 frames
4 fahnenartiger Kontakt4 flag-like contact
5 Elektrolyteinfüllöffnung5 electrolyte filling opening
6 Stopfen6 plugs
7 Nietwerkzeug7 riveting tool
8 Elektrodenstapel8 electrode stacks
9 Vorsprung9 lead
10.1 Vorform10.1 preform
10.2 verformte Vorform10.2 deformed preform
II LascheII tab
12 Biegestempel 12 bending punch

Claims

Daimler AGPatentansprüche Daimler AG patent claims
1. Galvanische Flachzelle (1), umfassend einen zwischen zwei einander im Wesentlichen parallel gegenüber liegenden Hüllblechen (2.1, 2.2) angeordneten, umlaufenden Rahmen (3) mit einer verschließbaren Elektrolyteinfüllöffnung (5), wobei der Rahmen (3) aus einem Rahmenmaterial gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyteinfüllöffnung (5) mittels thermischen Schweißens zumindest unter Beteiligung des Rahmenmaterials im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschließbar ist.1. Galvanic flat cell (1), comprising a between two substantially mutually parallel substantially opposite covering sheets (2.1, 2.2) arranged, circulating frame (3) with a closable Elektrolyteinfüllöffnung (5), wherein the frame (3) is formed of a frame material , characterized in that the electrolyte filling opening (5) can be closed by means of thermal welding at least with the participation of the frame material in the region of the electrolyte filling opening (5).
2. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stopfen (6) in die Elektrolyteinfüllöffnung (5) einsetzbar und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschweißbar ist.2. Galvanic flat cell (1) according to claim 1, characterized in that a plug (6) can be inserted into the electrolyte filling opening (5) and welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening (5).
3. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (6) aus einem Kunststoff gebildet ist. 3. Galvanic flat cell (1) according to claim 2, characterized in that the plug (6) is formed from a plastic.
4. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (6) aus dem Rahmenmaterial gebildet ist.4. Galvanic flat cell (1) according to claim 2, characterized in that the plug (6) is formed from the frame material.
5. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Elektrolyteinfüllöffnung (5) eine Vorform (10.1) aus dem Rahmenmaterial ausgebildet ist, die mittels Wärme und Druck zum Verschluss der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verformbar und verschweißbar ist.5. Galvanic flat cell (1) according to claim 1, characterized in that at the Elektrolyteinfüllöffnung (5) a preform (10.1) is formed from the frame material, which by means of heat and pressure for closing the Elektrolyteinfüllöffnung (5) is deformable and weldable.
6. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (10.1) in der Art einer Tülle aus der Elektrolyteinfüllöffnung (5) heraus ragt.6. Galvanic flat cell (1) according to claim 5, characterized in that the preform (10.1) in the manner of a spout from the Elektrolyteinfüllöffnung (5) protrudes.
7. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Hüllbleche (2.1, 2.2) im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) eine überstehende Lasche (11) aufweist, die über die Elektrolyteinfüllöffnung (5) biegbar und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschweißbar ist.7. Galvanic flat cell (1) according to claim 1, characterized in that one of the Hüllbleche (2.1, 2.2) in the region of Elektrolyteinfüllöffnung (5) has a protruding tab (11) over the Elektrolyteinfüllöffnung (5) bendable and with the frame material in the region of the electrolyte filling opening (5) can be welded.
8. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die überstehende Lasche (11) chemisch und/oder mechanisch vorbehandelt ist.8. Galvanic flat cell (1) according to claim 7, characterized in that the protruding tab (11) is chemically and / or mechanically pretreated.
9. Galvanische Zelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenmaterial als ein Thermoplastmaterial ausgebildet ist. 9. Galvanische cell (1) according to claim 1, characterized in that the frame material is formed as a thermoplastic material.
10. Galvanische Zelle (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastmaterial als Polypropylen ausgebildet ist.10. Galvanische cell (1) according to claim 9, characterized in that the thermoplastic material is formed as polypropylene.
11. Verfahren zum Verschließen einer Elektrolyteinfüllöffnung11. A method of closing an electrolyte fill port
(5) einer galvanischen Flachzelle (1) , umfassend einen zwischen zwei einander im Wesentlichen parallel gegenüber liegenden Hüllblechen (2.1, 2.2) angeordneten, umlaufenden Rahmen (3) mit der verschließbaren Elektrolyteinfüllöffnung (5), wobei der Rahmen (3) aus einem Rahmenmaterial gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyteinfüllöffnung (5) mittels thermischen Schweißens zumindest unter Beteiligung des Rahmenmaterials im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschlossen wird.(5) a galvanic flat cell (1) comprising a circumferential frame (3) arranged between two enveloping plates (2.1, 2.2) lying substantially parallel to one another with the closable electrolyte filling opening (5), wherein the frame (3) consists of a frame material is formed, characterized in that the Elektrolyteinfüllöffnung (5) by means of thermal welding, at least with the participation of the frame material in the region of the Elektrolyteinfüllöffnung (5) is closed.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stopfen (6) mittels eines beheizbaren Nietwerkzeugs (7) in die Elektrolyteinfüllöffnung (5) eingesetzt und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschweißt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that a plug (6) by means of a heatable riveting tool (7) inserted into the Elektrolyteinfüllöffnung (5) and welded to the frame material in the region of the Elektrolyteinfüllöffnung (5).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Kunststoff gebildeter Stopfen (6) verwendet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that a formed of a plastic plug (6) is used.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Rahmenmaterial gebildeter Stopfen (6) verwendet wird. 14. The method according to claim 12, characterized in that a plug formed from the frame material (6) is used.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Elektrolyteinfüllöffnung (5) aus dem Rahmenmaterial ausgebildete Vorform (10.1) mittels eines beheizbaren Nietwerkzeugs (7) zum Verschluss der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verformt und verschweißt wird.15. The method according to claim 11, characterized in that at the Elektrolyteinfüllöffnung (5) formed from the frame material preform (10.1) by means of a heated riveting tool (7) for closing the Elektrolyteinfüllöffnung (5) is deformed and welded.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einem der Hüllbleche (2.1, 2.2) im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) ausgebildete, überstehende Lasche (11) mittels eines beheizbaren Biegestempels (12) über die Elektrolyteinfüllöffnung (5) gebogen und mit dem Rahmenmaterial im Bereich der Elektrolyteinfüllöffnung (5) verschweißt wird. 16. The method according to claim 11, characterized in that on one of the Hüllbleche (2.1, 2.2) in the region of Elektrolyteinfüllöffnung (5) formed, projecting tab (11) by means of a heatable bending punch (12) via the Elektrolyteinfüllöffnung (5) bent and is welded to the frame material in the region of the electrolyte filling opening (5).
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