WO2012110382A1 - Compact battery and production thereof - Google Patents

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WO2012110382A1
WO2012110382A1 PCT/EP2012/052146 EP2012052146W WO2012110382A1 WO 2012110382 A1 WO2012110382 A1 WO 2012110382A1 EP 2012052146 W EP2012052146 W EP 2012052146W WO 2012110382 A1 WO2012110382 A1 WO 2012110382A1
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WO
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cells
common weld
stack
compact battery
housing half
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PCT/EP2012/052146
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Inventor
Eduard Pytlik
Winfried Gaugler
Original Assignee
Varta Microbattery Gmbh
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    • H01M50/216—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for button or coin cells

Definitions

  • the present invention relates to a compact battery having a stack of at least two button cells with preferably identical geometry, which are electrically connected in series and in each case a housing of two metallic, the positive and the negative pole of the cells forming housing half parts and an electrically insulating seal arranged between them exhibit. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a compact battery.
  • Portable devices such as cameras, mobile audio players and dictation machines are often powered by multicellular compact batteries with integrated contact elements for the electrical connection of the individual cells contained in the contact battery.
  • Such batteries often have button cells arranged in the form of one or more stacks and electrically connected in series within the stack or stacks. The stack or stacks are surrounded by an outer housing with connections for external contacting of the battery.
  • the connection of the mentioned single cells is connected to a stack with considerable effort.
  • this cup-shaped contact elements use.
  • the bottom of such a contact element is connected to the top of a first button cell. welded.
  • a second button cell is inserted into the cup-shaped contact element and welded to the side wall thereof.
  • the resulting stack of the first and the second cell can be increased as needed.
  • This procedure ensures reliable contacting of the individual cells within a stack, but is not easy to implement in terms of production technology.
  • several sub-steps are required to contact the cells, including several separate welding steps and joining operations.
  • the cup-shaped contact elements required components that represent "electrostatic""ballast" and adversely affect the energy density of the multicellular compact battery.
  • a compact battery according to the invention has a stack of at least two button cells with preferably identical geometry. These are electrically connected in series and each have a housing made of two metallic, the plus and the negative pole of the cells forming housing half parts. In addition, the housing still each comprise an electrically insulating seal, which is arranged between the Gezzausegur kind.
  • the metallic Gezzauseschmaschine are usually made of a metallic material, such as a steel sheet. Inwardly, if necessary, they have a layer of copper, their outer side may be nickel-plated.
  • the compact battery according to the invention is characterized in that within the stack oppositely poled Gepurbie adjacent cells are connected to each other via at least one common weld and / or at least one common spot weld.
  • the common weld and / or the common weld spot are both part of both Gepurbie and thus form a compound through which the Gepurmaschine are directly in electrical and mechanical contact with each other.
  • the housing half parts of the at least two button cells are cup-shaped. In this case, they preferably have a substantially flat bottom area. Within the stack, the flat bottom regions of the interconnected cup-shaped housing half parts are preferably in direct planar contact with one another.
  • the essentially flat bottom regions of the interconnected housing half-parts have the at least one common weld seam and / or the at least one common weld spot.
  • the housing half parts are connected to one another via their essentially flat bottom regions.
  • the button cells used are preferably cylindrical or oval button cells. Accordingly, the substantially planar bottom portions of the cup-shaped Geotrouse Halbmaschine preferably a circular or oval outline. Within the stack, the button cells are preferably arranged such that the stack as a whole is prismatic or cylindrical.
  • the radii of the floors which are in direct planar contact are differ from one another.
  • the larger floor area can thus be subdivided into two subregions, namely a central, circular part which is completely covered by the smaller floor area and a free, uncovered area which is annular around the floor central area extends.
  • the at least one common weld seam and / or the at least one common weld spot preferably lie on the circumference line of the bottom region with the smaller radius.
  • Such compact batteries can be manufactured with a stack of button cells connected electrically in series, in particular by connecting the button cells to one another by means of a laser.
  • two button cells with preferably identical geometry are connected to a stack of button cells by means of a laser via at least one common weld seam and / or at least one common weld point.
  • a corresponding method is the subject of the present invention.
  • Another alternative solution of the present invention is based task is to produce a compact battery with a stack of button cells, which are electrically connected in series and a housing of two metallic, the plus and the negative pole of the cells forming housing half parts and one between these arranged electrically insulating seal to connect two head cells with preferably identical geometry by a disc-shaped contact element (instead of the cup-shaped contact element used in the prior art) is welded in a first step to the top of one of the button cells and then in a second step the other button cell is placed on the disc-shaped contact element and welded to it.
  • a disc-shaped contact element instead of the cup-shaped contact element used in the prior art
  • the disk-shaped contact element is welded in the first step by means of resistance welding and in the second step by means of a laser.
  • the welding of the disc-shaped contact element in the first step is preferably carried out in the middle, in the second step, however, preferably the edge of the disc-shaped contact element is welded.
  • the resulting cell stack accordingly has the sequence button cell - disk-shaped contact element - button cell.
  • oppositely poled housing half parts of adjacent cells are not connected to each other in this case via at least one common weld and / or at least one common weld point.
  • the disk-shaped contact element is preferably made of a metallic material such as steel sheet.
  • Fig. 1 shows the production of a stack of identical button cells according to the prior art.
  • FIG. 2 illustrates the production of a stack of identical button cells for a compact battery according to the invention in accordance with the method according to the invention.
  • Fig. 3 illustrates the manufacture of a stack of identical button cells, which are connected via a disc-shaped contact element.
  • a procedure for assembling a stack of identical button cells is illustrated, as it is known from the prior art.
  • a cup-shaped contact element 103 cross-sectional representation
  • the button cell 100 comprises the cell cup 101 as the first cup-shaped housing half part and the cell lid 102 as the second cup-shaped housing half part.
  • the seal 110 is arranged between the cell cup 101 and the cell lid 102.
  • the bottom of the contact element is welded to the button cell 100 at the point marked by the arrow S1, for example by means of resistance welding.
  • step (b) is further processed in step (b).
  • the button cell 104 (cross-sectional representation) is inserted with the bottom side first into the cup-shaped contact element 103 welded onto the button cell 100.
  • the button cell 104 is identical to the button cell 100. Like this, it has as a first cup-shaped Gezzauseteil a cell cup 105 and a second cup-shaped Gezzateil a cell cover 106, which are separated from each other by a seal 111. Subsequently, at the points marked with the arrows S2 and S3, the contact element 103 is welded to the side walls of the cell cup 105 of the button cell 104.
  • Fig. 1 (c) The resulting product is shown in Fig. 1 (c). Good to see the welds 107, 108 and 109.
  • the button cell 100 is connected to the contact element 103.
  • the button cell 104 is connected to the contact element 103 via the spot welds 108 and 109.
  • the button cells 100 and 104 have no common welds over which they are directly connected.
  • buttons 201 and 205 are identical. They have, as the first cup-shaped housing half part, the identical cell cups 202 and 205 and, as the second cup-shaped housing half part, the identical cell caps 203 and 206. Cell cup and cell lid are separated from each other by the identical seals 204 and 207.
  • the cell beakers 202 and 205 and the cell caps 203 and 206 each have a flat bottom portion with a circular outline, wherein the bottom portions of the cell caps 203 and 206 have a smaller radius than the bottom portions of the cup bins 202 and 205.
  • the flat bottom portion of the cell cup 205 completely covers the flat bottom portion of the cell lid 203.
  • the substantially flat bottom area of the cell cup 205 is bounded by the circumference line 213 which follows the edge between the bottom area and the side wall of the cell cup 205 perpendicular thereto.
  • the substantially planar bottom portion of the cell lid 203 is bounded by the circumference line 214 that follows the edge between the bottom portion and the wall of the cup-shaped cell lid 203.
  • the two housing half parts 203 and 205 are in direct surface contact with each other via their bottom regions.
  • the laser beams 208 and 209 they can be welded together.
  • Suitable lasers are, for example, commercially available fiber lasers, ie solid-state lasers in which the doped core of a glass fiber forms the active medium.
  • the operating parameters of the laser beams must be adjusted as exactly as possible to the thickness of the housing halves 203 and 205.
  • the power of the laser beams can be modulated, for example, by varying the pulse frequency.
  • the laser beams should only provide for a welding of the two housing halves and ideally not penetrate them.
  • the welding of the housing halves 203 and 205 preferably takes place along the circumference of the circle 214.
  • the welding takes place via two welds on this line, optionally also over three or more welds.
  • the formation of a linear weld is conceivable.
  • the two common weld spots 210 and 211 are formed by means of the laser beams 208 and 209, via which the housing half parts 203 and 205 and thus also the button cells 200 and 201 are connected to one another.
  • the segment 212 was taken from the cross-sectional representation of FIG. 2 (a) as a plan view. sees, shown in Fig. 2 (b), shown (viewing direction from above, ie from the direction of the button cell 201). Shown is the flat bottom portion 215 of the housing half 205, which is bounded by the circular circumference line 213, as well as the underlying flat bottom portion 215 of the GeHouseteils 203, which is limited by the circular circumference line 214 shown in dashed lines. Weld points 210 and 211 are exactly on line 214.
  • buttons cells 200 and 201 form a stack of cylindrical shape, which can be built into a compact battery according to the invention.
  • Fig. 3 the production of a stack of identical button cells is described, in which the button cells in several steps via a disc-shaped contact element 303 (cross-sectional view) are connected.
  • the disk-shaped contact element 303 is placed on top of a cylindrical button cell 300 (cross-sectional view).
  • the button cell 300 comprises the cell lid 302 as the first cup-shaped housing half part in the cell cup 301 and as the second cup-shaped housing half part.
  • the seal 310 is arranged between the cell cup 301 and the cell lid 302.
  • the bottom of the contact element is welded to the button cell 300 at the location marked by the arrow S4. The welding takes place by means of resistance welding.
  • step (b) The product of step (a) is further processed in step (b).
  • the button cell 304 (cross-sectional representation) is placed with the bottom side first into the disc-shaped contact element 303 welded onto the button cell 300.
  • the button cell 304 is identical to the button cell 300. Like this, it has a cell cup 305 as a first cup-shaped housing half part and a cell lid 306 as a second cup-shaped housing half part, which are separated from each other by a seal 311. Subsequently, at the with the arrows S5 and S6 marked areas, the contact element 303 is welded at its edges to the bottom of the cell cup 305 of the button cell 304. This welding is done by laser.
  • Fig. 3 (c) The resulting product is shown in Fig. 3 (c). Good to see the welds 307, 308 and 309. About the welding point 307, the button cell 300 is connected to the contact element 303. Via the welding points 308 and 309, the button cell 304 is connected to the contact element 303. The button cells 300 and 304 have no common welds over which they are directly connected.

Abstract

What is described are: a compact battery with a stack comprising at least two button cells with preferably identical geometry, which are connected electrically in series and each have a housing comprising two metal housing half-parts forming the positive terminal and the negative terminal of the cells and an electrically insulating seal arranged between said housing half-parts, wherein housing half-parts with opposite polarity of adjacent cells are connected to one another within the stack via at least one common weld seam and/or at least one common weld spot, as well as a method for producing such compact batteries.

Description

Beschreibung Kompaktbatterie und ihre Herstellung  Description Compact battery and its manufacture
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompaktbatterie mit einem Stapel aus mindestens zwei Knopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils ein Gehäuse aus zwei metallischen, den Plus- und den Minuspol der Zellen bildenden Gehäusehalbteilen und einer zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Dichtung aufweisen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kompaktbatterie. The present invention relates to a compact battery having a stack of at least two button cells with preferably identical geometry, which are electrically connected in series and in each case a housing of two metallic, the positive and the negative pole of the cells forming housing half parts and an electrically insulating seal arranged between them exhibit. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a compact battery.
Portable Geräte wie Kameras, mobile Audioplayer und Diktiergeräte werden häufig durch mehrzellige Kompaktbatterien mit integrierten Kontaktelementen zur elektrischen Verbindung der in der Kontaktbatterie enthaltenen Einzelzellen mit Strom versorgt. Als Einzelzellen weisen solche Batterien häufig Knopfzellen auf, die in Form von einem oder mehreren Stapeln angeordnet und innerhalb des oder der Stapel elektrisch in Reihe geschaltet sind. Umgeben werden der oder die Stapel durch ein Außengehäuse mit Anschlüssen zur externen Kontaktierung der Batterie. Portable devices such as cameras, mobile audio players and dictation machines are often powered by multicellular compact batteries with integrated contact elements for the electrical connection of the individual cells contained in the contact battery. As single cells, such batteries often have button cells arranged in the form of one or more stacks and electrically connected in series within the stack or stacks. The stack or stacks are surrounded by an outer housing with connections for external contacting of the battery.
Bei der Montage einer solchen Kompaktbatterie ist insbesondere das Verbinden der erwähnten Einzelzellen zu einem Stapel mit erheblichem Aufwand verbunden. Üblicherweise finden dazu napfförmige Kontaktelemente Verwendung. In einem ersten Schritt wird der Boden eines solchen Kontaktelements mit der Oberseite einer ersten Knopfzelle ver- schweißt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt eine zweite Knopfzelle in das napfförmige Kontaktelement eingesetzt und mit dessen Seitenwand verschweißt. Über weitere Kontaktelemente kann der entstehende Stapel aus der ersten und der zweiten Zelle nach Bedarf vergrößert werden. Diese Vorgehensweise gewährleistet eine zuverlässige Kontaktierung der Einzelzellen innerhalb eines Stapels, ist aber produktionstechnisch nicht einfach zu realisieren. So sind zum Kontaktieren der Zellen mehrere Teilschritte erforderlich, darunter mehrere getrennte Schweißschritte und Fügeoperationen. Darüber hinaus werden mit den napfförmigen Kontaktelementen Bauteile benötigt, die aus elektrochemischer Sicht„Ballast" darstellen und die Energiedichte der mehrzelligen Kompaktbatterie negativ beeinflussen. When assembling such a compact battery in particular the connection of the mentioned single cells is connected to a stack with considerable effort. Usually find this cup-shaped contact elements use. In a first step, the bottom of such a contact element is connected to the top of a first button cell. welded. Subsequently, in a second step, a second button cell is inserted into the cup-shaped contact element and welded to the side wall thereof. Via further contact elements, the resulting stack of the first and the second cell can be increased as needed. This procedure ensures reliable contacting of the individual cells within a stack, but is not easy to implement in terms of production technology. Thus, several sub-steps are required to contact the cells, including several separate welding steps and joining operations. In addition, the cup-shaped contact elements required components that represent "electrostatic""ballast" and adversely affect the energy density of the multicellular compact battery.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Kompaktbatterien bereitzustellen, die eine hohe Energiedichte aufweisen und einfacher herzustellen sind als aus dem Stand der Technik bekannte mehrzellige Kompaktbatterien. It is an object of the present invention to provide compact batteries which have a high energy density and are easier to produce than multi-cell compact batteries known from the prior art.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kompaktbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zur Herstellung einer Kompaktbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kompaktbatterie sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. This object is achieved by the compact battery with the features of claim 1 and the method for producing a compact battery having the features of claim 6. Preferred embodiments of the compact battery according to the invention are specified in the dependent claims 2 to 5. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification.
Eine erfindungsgemäße Kompaktbatterie weist einen Stapel aus mindestens zwei Knopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie auf. Diese sind elektrisch in Reihe geschaltet und weisen jeweils ein Gehäuse aus zwei metallischen, den Plus- und den Minuspol der Zellen bildenden Gehäusehalbteilen auf. Darüber hinaus umfassen die Gehäuse jeweils noch eine elektrisch isolierende Dichtung, die zwischen den Gehäusehalbteilen angeordnet ist. Die metallischen Gehäusehalbteile bestehen in der Regel aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise ein Stahlblech. Nach innen hin weisen sie gegebenfalls eine Lage Kupfer auf, ihre Außenseite kann vernickelt sein. A compact battery according to the invention has a stack of at least two button cells with preferably identical geometry. These are electrically connected in series and each have a housing made of two metallic, the plus and the negative pole of the cells forming housing half parts. In addition, the housing still each comprise an electrically insulating seal, which is arranged between the Gehäusehalbteilen. The metallic Gehäusehalbteile are usually made of a metallic material, such as a steel sheet. Inwardly, if necessary, they have a layer of copper, their outer side may be nickel-plated.
Besonders zeichnet sich die erfindungsgemäße Kompaktbatterie dadurch aus, dass innerhalb des Stapels entgegengesetzt gepolte Gehäusehalbteile benachbarter Zellen über mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt miteinander verbunden sind. Die gemeinsame Schweißnaht und/oder der gemeinsame Schweißpunkt sind gleichzeitig Bestandteil beider Gehäusehalbteile und bilden somit eine Verbindung aus, über die die Gehäusehalbteile direkt miteinander in elektrischem und mechanischem Kontakt stehen. Separate Kontaktelemente, wie sie aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bekannt sind, sind also zwischen den miteinander verbundenen Gehäusehalbteilen der mindestens zwei identischen Knopfzellen des Stapels einer erfindungsgemäßen Kompaktbatterie keine angeordnet. In particular, the compact battery according to the invention is characterized in that within the stack oppositely poled Gehäusehalbteile adjacent cells are connected to each other via at least one common weld and / or at least one common spot weld. The common weld and / or the common weld spot are both part of both Gehäusehalbteile and thus form a compound through which the Gehäusehalbteile are directly in electrical and mechanical contact with each other. Separate contact elements, as they are known from the prior art described above, are therefore not arranged between the interconnected Gehäusehalbteilen the at least two identical button cells of the stack of a compact battery according to the invention.
Bevorzugt sind die Gehäusehalbteile der mindestens zwei Knopfzellen napfförmig ausgebildet. Dabei weisen sie vorzugsweise einen im Wesentlichen ebenen Bodenbereich auf. Bevorzugt stehen innerhalb des Stapels die ebenen Bodenbereiche der miteinander verbundenen napf- förmigen Gehäusehalbteile in direktem flächigen Kontakt zueinander. Preferably, the housing half parts of the at least two button cells are cup-shaped. In this case, they preferably have a substantially flat bottom area. Within the stack, the flat bottom regions of the interconnected cup-shaped housing half parts are preferably in direct planar contact with one another.
In Weiterbildung ist es bevorzugt, dass die im Wesentlichen ebenen Bodenbereiche der miteinander verbundenen Gehäusehalbteile die mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder den mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt aufweisen. Mit anderen Worten, die Gehäusehalbteile sind über ihre im Wesentlichen ebenen Bodenbereiche miteinander verbunden. In a further development, it is preferred that the essentially flat bottom regions of the interconnected housing half-parts have the at least one common weld seam and / or the at least one common weld spot. In other words, the housing half parts are connected to one another via their essentially flat bottom regions.
Bei den verwendeten Knopfzellen handelt es sich bevorzugt um zylindrische oder ovale Knopfzellen. Entsprechend weisen die im Wesentlichen ebenen Bodenbereiche der napfförmigen Gehäusehalbteile bevorzugt einen kreisförmigen oder ovalen Umriss auf. Innerhalb des Stapels sind die Knopfzellen bevorzugt derart angeordnet, dass der Stapel als Ganzes prismatisch oder zylindrisch ist. The button cells used are preferably cylindrical or oval button cells. Accordingly, the substantially planar bottom portions of the cup-shaped Gehäusehalbteile preferably a circular or oval outline. Within the stack, the button cells are preferably arranged such that the stack as a whole is prismatic or cylindrical.
Insbesondere bei kreisförmigen Umriss ist es weiter bevorzugt, dass sich die Radien der in direktem flächigen Kontakt zueinander stehenden Böden unterscheiden. Das bedeutet, dass bevorzugt zwei kreisförmige Bodenbereiche miteinander in flächigem Kontakt stehen, die unterschiedlich groß sind, so dass der eine Bodenbereich den anderen nur teilweise abdeckt. Bei sich unterscheidenden Radien der in direktem flächigen Kontakt zueinander stehenden Bodenbereiche lässt sich der größere Bodenbereich somit in zwei Unterbereiche einteilen lässt, nämlich einen zentralen, kreisförmigen Teil, der vom kleineren Bodenbereich vollständig abgedeckt wird und einen freien, unbedeckten Bereich, der sich ringförmig um den zentralen Bereich erstreckt. Die mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder der mindestens eine gemeinsame Schweißpunkt liegen dabei bevorzugt auf der Kreisumfangslinie des Bodenbereichs mit dem kleineren Radius. In particular, in the case of a circular outline, it is further preferred for the radii of the floors which are in direct planar contact to differ from one another. This means that preferably two circular floor areas are in surface contact with each other, which are of different sizes, so that one floor area only partially covers the other. In the case of differing radii of the floor areas which are in direct planar contact with each other, the larger floor area can thus be subdivided into two subregions, namely a central, circular part which is completely covered by the smaller floor area and a free, uncovered area which is annular around the floor central area extends. The at least one common weld seam and / or the at least one common weld spot preferably lie on the circumference line of the bottom region with the smaller radius.
Hergestellt werden können solche Kompaktbatterien mit einem Stapel aus elektrisch in Reihe geschalteten Knopfzellen insbesondere, indem die Knopfzellen mittels eines Lasers miteinander verbunden werden. Es werden also zwei Knopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie mittels eines Lasers über mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/ oder mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt zu einem Stapel aus Knopfzellen verbunden. Auch ein entsprechendes Verfahren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Such compact batteries can be manufactured with a stack of button cells connected electrically in series, in particular by connecting the button cells to one another by means of a laser. Thus, two button cells with preferably identical geometry are connected to a stack of button cells by means of a laser via at least one common weld seam and / or at least one common weld point. A corresponding method is the subject of the present invention.
Eine weitere, alternative Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe liegt darin, zur Herstellung einer Kompaktbatterie mit einem Stapel aus Knopfzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils ein Gehäuse aus zwei metallischen, den Plus- und den Minuspol der Zellen bildenden Gehäusehalbteilen und einer zwischen die- sen angeordneten elektrisch isolierenden Dichtung aufweisen, zwei Kopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie zu verbinden, indem ein scheibenförmiges Kontaktelement (an Stelle des gemäß Stand der Technik verwendeten napfförmigen Kontaktelements) in einem ersten Schritt mit der Oberseite einer der Knopfzellen verschweißt wird und anschließend in einem zweiten Schritt die andere Knopfzelle auf das scheibenförmige Kontaktelement aufgesetzt und mit diesem verschweißt wird. Über weitere scheibenförmige Kontaktelemente kann der entstehende Stapel aus der ersten und der zweiten Zelle nach Bedarf vergrößert werden. Auch eine solche Vorgehensweise ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Gleiches gilt für nach der Alternativlösung hergestellte Kompaktbatterien. Another alternative solution of the present invention is based task is to produce a compact battery with a stack of button cells, which are electrically connected in series and a housing of two metallic, the plus and the negative pole of the cells forming housing half parts and one between these arranged electrically insulating seal to connect two head cells with preferably identical geometry by a disc-shaped contact element (instead of the cup-shaped contact element used in the prior art) is welded in a first step to the top of one of the button cells and then in a second step the other button cell is placed on the disc-shaped contact element and welded to it. By means of further disk-shaped contact elements, the resulting stack of the first and the second cell can be enlarged as required. Such an approach is also the subject of the present invention. The same applies to compact batteries manufactured according to the alternative solution.
Es ist bevorzugt, dass das scheibenförmige Kontaktelement in dem ersten Schritt mittels Widerstandsschweißen verschweißt wird und in dem zweiten Schritt mittels eines Lasers. Die Verschweißung des scheibenförmigen Kontaktelements im ersten Schritt erfolgt bevorzugt mittig, im zweiten Schritt wird hingegen bevorzugt der Rand des scheibenförmigen Kontaktelements verschweißt. Der resultierende Zellenstapel weist entsprechend die Sequenz Knopfzelle - scheibenförmiges Kontaktelement - Knopfzelle auf. Innerhalb des Stapels entgegengesetzt gepolte Gehäusehalbteile benachbarter Zellen sind in diesem Fall nicht über mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt miteinander verbunden. It is preferred that the disk-shaped contact element is welded in the first step by means of resistance welding and in the second step by means of a laser. The welding of the disc-shaped contact element in the first step is preferably carried out in the middle, in the second step, however, preferably the edge of the disc-shaped contact element is welded. The resulting cell stack accordingly has the sequence button cell - disk-shaped contact element - button cell. Within the stack oppositely poled housing half parts of adjacent cells are not connected to each other in this case via at least one common weld and / or at least one common weld point.
Das scheibenförmige Kontaktelement besteht bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff wie Stahlblech. The disk-shaped contact element is preferably made of a metallic material such as steel sheet.
Näher erläutert werden die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäßen Kompaktbatterien anhand der Zeichnungen, in denen die erfindungsgemäßen Gegenstände schematisch dargestellt sind und die im Folgenden beschrieben werden. Es sei an dieser Stelle explizit betont, dass sämtliche in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen fakultativen Aspekte der erfindungsgemäßen Kompaktbatterien oder der erfindungsgemäßen Verfahren jeweils für sich allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der weiteren beschriebenen fakultativen Aspekte bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen dient lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und ist in keiner Weise einschränkend zu verstehen. The methods according to the invention and the compact batteries according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawings, in which the objects according to the invention are shown schematically and which are described below. It should be emphasized at this point that all described in the present application optional aspects of the compact batteries according to the invention or the methods according to the invention can be implemented in each case alone or in combination with one or more of the further optional aspects described in an embodiment of the invention. The following description of preferred embodiments is merely for the purpose of illustrating and understanding the invention and is in no way limiting.
Figurenbeschreibung figure description
Fig. 1 zeigt die Fertigung eines Stapels aus identischen Knopfzellen gemäß Stand der Technik. Fig. 1 shows the production of a stack of identical button cells according to the prior art.
Fig. 2 illustriert die Fertigung eines Stapels aus identischen Knopfzellen für eine erfindungsgemäße Kompaktbatterie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. 2 illustrates the production of a stack of identical button cells for a compact battery according to the invention in accordance with the method according to the invention.
Fig. 3 illustriert die Fertigung eines Stapels aus identischen Knopfzellen, wobei diese über ein scheibenförmiges Kontaktelement verbunden werden. Fig. 3 illustrates the manufacture of a stack of identical button cells, which are connected via a disc-shaped contact element.
In Fig. 1 ist eine Vorgehensweise zur Montage eines Stapels aus identischen Knopfzellen illustriert, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei wird im Schritt (a) ein napfförmiges Kontaktelement 103 (Querschnittsdarstellung) auf die Oberseite einer zylindrischen Knopfzelle 100 (Querschnittsdarstellung) aufgesetzt. Die Knopfzelle 100 umfasst als erstes napfförmiges Gehäusehalbteil den Zellenbecher 101 und als zweites napfförmiges Gehäusehalbteil den Zellendeckel 102. Zwischen dem Zellenbecher 101 und dem Zellendeckel 102 ist die Dichtung 110 angeordnet. Nach dem Aufsetzen des Kontaktelements 103 auf die Oberseite der Knopfzelle 100 wird der Boden des Kontaktelements an der mit dem Pfeil S1 markierten Stelle mit dem der Knopfzelle 100 verschweißt, beispielsweise mittels Widerstandsschweißen. Das Produkt aus Schritt (a) wird in Schritt (b) weiter verarbeitet. Dazu wird die Knopfzelle 104 (Querschnittsdarstellung) mit der Bodenseite voran in das auf die Knopfzelle 100 aufgeschweißte napfförmige Kontaktelement 103 eingeschoben. Die Knopfzelle 104 ist identisch mit der Knopfzelle 100. Wie diese weist sie als erstes napfförmiges Gehäusehalbteil einen Zellenbecher 105 und als zweites napfförmiges Gehäusehalbteil einen Zellendeckel 106 auf, die voneinander durch eine Dichtung 111 getrennt sind. Anschließend wird an den mit den Pfeilen S2 und S3 markierten Stellen das Kontaktelement 103 mit den Seitenwänden des Zellenbechers 105 der Knopfzelle 104 verschweißt. In Fig. 1, a procedure for assembling a stack of identical button cells is illustrated, as it is known from the prior art. In this case, in step (a), a cup-shaped contact element 103 (cross-sectional representation) is placed on top of a cylindrical button cell 100 (cross-sectional representation). The button cell 100 comprises the cell cup 101 as the first cup-shaped housing half part and the cell lid 102 as the second cup-shaped housing half part. The seal 110 is arranged between the cell cup 101 and the cell lid 102. After placing the contact element 103 on top of the button cell 100, the bottom of the contact element is welded to the button cell 100 at the point marked by the arrow S1, for example by means of resistance welding. The product of step (a) is further processed in step (b). For this purpose, the button cell 104 (cross-sectional representation) is inserted with the bottom side first into the cup-shaped contact element 103 welded onto the button cell 100. The button cell 104 is identical to the button cell 100. Like this, it has as a first cup-shaped Gehäusehalbteil a cell cup 105 and a second cup-shaped Gehäusehalbteil a cell cover 106, which are separated from each other by a seal 111. Subsequently, at the points marked with the arrows S2 and S3, the contact element 103 is welded to the side walls of the cell cup 105 of the button cell 104.
Das resultierende Produkt ist in Fig. 1 (c) dargestellt. Gut zu erkennen sind die Schweißpunkte 107, 108 und 109. Über den Schweißpunkt 107 ist die Knopfzelle 100 mit dem Kontaktelement 103 verbunden. Über die Schweißpunkte 108 und 109 ist die Knopfzelle 104 mit dem Kontaktelement 103 verbunden. Die Knopfzellen 100 und 104 weisen keine gemeinsamen Schweißpunkte auf, über die sie direkt miteinander verbunden sind. The resulting product is shown in Fig. 1 (c). Good to see the welds 107, 108 and 109. About the welding point 107, the button cell 100 is connected to the contact element 103. The button cell 104 is connected to the contact element 103 via the spot welds 108 and 109. The button cells 100 and 104 have no common welds over which they are directly connected.
Anhand von Fig. 2 wird die Fertigung eines Stapels aus identischen Knopfzellen für eine erfindungsgemäße Kompaktbatterie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Dabei wird gemäß Fig. 2 (a) eine zylindrische Knopfzelle 201 (Querschnittsdarstellung) auf eine zylindrische Knopfzelle 200 (Querschnittsdarstellung) aufgesetzt. Beide Knopfzellen sind identisch ausgebildet. Sie weisen als erstes napfförmiges Gehäusehalbteil die identischen Zellenbecher 202 und 205 und als zweites napfförmiges Gehäusehalbteil die identischen Zellendeckel 203 und 206 auf. Zellenbecher und Zellendeckel sind dabei jeweils durch die identischen Dichtungen 204 und 207 voneinander getrennt. Based on FIG. 2, the production of a stack of identical button cells for a compact battery according to the invention is explained according to the inventive method. In this case, as shown in FIG. 2 (a), a cylindrical button cell 201 (cross-sectional view) is placed on a cylindrical button cell 200 (cross-sectional view). Both button cells are identical. They have, as the first cup-shaped housing half part, the identical cell cups 202 and 205 and, as the second cup-shaped housing half part, the identical cell caps 203 and 206. Cell cup and cell lid are separated from each other by the identical seals 204 and 207.
Die Zellenbecher 202 und 205 und die Zellendeckel 203 und 206 weisen jeweils einen ebenen Bodenbereich mit kreisförmigem Umriss auf, wobei die Bodenbereiche der Zellendeckel 203 und 206 einen kleineren Radius aufweisen als die Bodenbereiche der Zellenbecher 202 und 205. Ent- sprechend deckt der ebene Bodenbereich des Zellenbechers 205 den ebenen Bodenbereich des Zellendeckels 203 komplett ab. Begrenzt wird der im Wesentlichen ebene Bodenbereich des Zellenbechers 205 durch die Kreisumfangslinie 213, die der Kante zwischen dem Bodenbereich und der senkrecht dazu stehenden Seitenwand des Zellenbechers 205 folgt. Der im Wesentlichen ebene Bodenbereich des Zellendeckels 203 wird begrenzt durch die Kreisumfangslinie 214, die der Kante zwischen dem Bodenbereich und der Wand des napfförmigen Zellendeckels 203 folgt. The cell beakers 202 and 205 and the cell caps 203 and 206 each have a flat bottom portion with a circular outline, wherein the bottom portions of the cell caps 203 and 206 have a smaller radius than the bottom portions of the cup bins 202 and 205. speaking, the flat bottom portion of the cell cup 205 completely covers the flat bottom portion of the cell lid 203. The substantially flat bottom area of the cell cup 205 is bounded by the circumference line 213 which follows the edge between the bottom area and the side wall of the cell cup 205 perpendicular thereto. The substantially planar bottom portion of the cell lid 203 is bounded by the circumference line 214 that follows the edge between the bottom portion and the wall of the cup-shaped cell lid 203.
Die beiden Gehäusehalbteile 203 und 205 stehen über ihre Bodenbereiche in direktem flächigen Kontakt zueinander. Mit Hilfe der Laserstrahlen 208 und 209 können sie miteinander verschweißt werden. Geeignete Laser sind beispielsweise kommerziell erhältliche Faserlaser, also Festkörperlaser, bei denen der dotierte Kern einer Glasfaser das aktive Medium bildet. Die Betriebsparameter der Laserstrahlen müssen möglichst exakt an die Dicke der Gehäusehalbteile 203 und 205 angepasst werden. Die Leistung der Laserstrahlen lässt sich beispielsweise durch Variation der Pulsfrequenz modulieren. Schließlich sollen die Laserstrahlen lediglich für eine Verschweißung der beiden Gehäusehalbteile sorgen und diese idealerweise nicht durchschlagen. The two housing half parts 203 and 205 are in direct surface contact with each other via their bottom regions. With the aid of the laser beams 208 and 209, they can be welded together. Suitable lasers are, for example, commercially available fiber lasers, ie solid-state lasers in which the doped core of a glass fiber forms the active medium. The operating parameters of the laser beams must be adjusted as exactly as possible to the thickness of the housing halves 203 and 205. The power of the laser beams can be modulated, for example, by varying the pulse frequency. Finally, the laser beams should only provide for a welding of the two housing halves and ideally not penetrate them.
Die Verschweißung der Gehäusehalbteile 203 und 205 erfolgt dabei bevorzugt entlang der Kreisumfangslinie 214. Bevorzugt erfolgt die Verschweißung über zwei Schweißpunkte auf dieser Linie, gegebenenfalls auch über drei oder mehr Schweißpunkte. Auch die Ausbildung einer linienförmigen Schweißnaht ist denkbar. Im vorliegenden Fall werden mittels der Laserstrahlen 208 und 209 die beiden gemeinsamen Schweißpunkte 210 und 211 gebildet, über die die Gehäusehalbteile 203 und 205 und damit auch die Knopfzellen 200 und 201 miteinander verbunden sind. The welding of the housing halves 203 and 205 preferably takes place along the circumference of the circle 214. Preferably, the welding takes place via two welds on this line, optionally also over three or more welds. The formation of a linear weld is conceivable. In the present case, the two common weld spots 210 and 211 are formed by means of the laser beams 208 and 209, via which the housing half parts 203 and 205 and thus also the button cells 200 and 201 are connected to one another.
Um die Positionierung der Schweißpunkte weiter zu erläutern, wurde das Segment 212 aus der Querschnittsdarstelllung Fig. 2 (a) als Drauf- sieht, dargestellt in Fig. 2 (b), dargestellt (Blickrichtung von oben, also aus Richtung der Knopfzelle 201 ). Dargestellt ist der ebene Bodenbereich 215 des Gehäusehalbteils 205, der durch die Kreisumfangslinie 213 begrenzt wird, sowie der darunter liegende ebene Bodenbereich 215 des Gehäusehalbteils 203, der durch die in gestrichelter Ausführung dargestellte Kreisumfangslinie 214 begrenzt wird. Die Schweißpunkte 210 und 211 liegen genau auf der Linie 214. In order to further explain the positioning of the spot welds, the segment 212 was taken from the cross-sectional representation of FIG. 2 (a) as a plan view. sees, shown in Fig. 2 (b), shown (viewing direction from above, ie from the direction of the button cell 201). Shown is the flat bottom portion 215 of the housing half 205, which is bounded by the circular circumference line 213, as well as the underlying flat bottom portion 215 of the Gehäusehalbteils 203, which is limited by the circular circumference line 214 shown in dashed lines. Weld points 210 and 211 are exactly on line 214.
Nach der Verschweißung bilden die Knopfzellen 200 und 201 einen Stapel von zylindrischer Form aus, der sich zu einer erfindungsgemäßen Kompaktbatterie verbauen lässt. After welding, the button cells 200 and 201 form a stack of cylindrical shape, which can be built into a compact battery according to the invention.
In Fig. 3 ist die Fertigung eines Stapels aus identischen Knopfzellen beschrieben, bei der die Knopfzellen in mehreren Schritten über ein scheibenförmiges Kontaktelement 303 (Querschnittsdarstellung) verbunden werden. Dazu wird das scheibenförmige Kontaktelement 303 auf die Oberseite einer zylindrischen Knopfzelle 300 (Querschnittsdarstellung) aufgesetzt. Die Knopfzelle 300 umfasst als erstes napfförmiges Gehäusehalbteil in Zellenbecher 301 und als zweites napfförmiges Gehäusehalbteil den Zellendeckel 302. Zwischen dem Zellenbecher 301 und dem Zellendeckel 302 ist die Dichtung 310 angeordnet. Nach dem Aufsetzen des Kontaktelements 303 auf die Oberseite der Knopfzelle 300 wird der Boden des Kontaktelements an der mit dem Pfeil S4 markierten Stelle mit dem der Knopfzelle 300 verschweißt. Die Verschweißung erfolgt mittels Widerstandsschweißen. In Fig. 3, the production of a stack of identical button cells is described, in which the button cells in several steps via a disc-shaped contact element 303 (cross-sectional view) are connected. For this purpose, the disk-shaped contact element 303 is placed on top of a cylindrical button cell 300 (cross-sectional view). The button cell 300 comprises the cell lid 302 as the first cup-shaped housing half part in the cell cup 301 and as the second cup-shaped housing half part. The seal 310 is arranged between the cell cup 301 and the cell lid 302. After placing the contact element 303 on top of the button cell 300, the bottom of the contact element is welded to the button cell 300 at the location marked by the arrow S4. The welding takes place by means of resistance welding.
Das Produkt aus Schritt (a) wird in Schritt (b) weiter verarbeitet. Dazu wird die Knopfzelle 304 (Querschnittsdarstellung) mit der Bodenseite voran in das auf die Knopfzelle 300 aufgeschweißte scheibenförmige Kontaktelement 303 aufgesetzt. Die Knopfzelle 304 ist identisch mit der Knopfzelle 300. Wie diese weist sie als erstes napfförmiges Gehäusehalbteil einen Zellenbecher 305 und als zweites napfförmiges Gehäusehalbteil einen Zellendeckel 306 auf, die voneinander durch eine Dichtung 311 getrennt sind. Anschließend wird an den mit den Pfeilen S5 und S6 markierten Stellen das Kontaktelement 303 an seinen Rändern mit dem Boden des Zellenbechers 305 der Knopfzelle 304 verschweißt. Diese Verschweißung erfolgt mittels Laser. The product of step (a) is further processed in step (b). For this purpose, the button cell 304 (cross-sectional representation) is placed with the bottom side first into the disc-shaped contact element 303 welded onto the button cell 300. The button cell 304 is identical to the button cell 300. Like this, it has a cell cup 305 as a first cup-shaped housing half part and a cell lid 306 as a second cup-shaped housing half part, which are separated from each other by a seal 311. Subsequently, at the with the arrows S5 and S6 marked areas, the contact element 303 is welded at its edges to the bottom of the cell cup 305 of the button cell 304. This welding is done by laser.
Das resultierende Produkt ist in Fig. 3 (c) dargestellt. Gut zu erkennen sind die Schweißpunkte 307, 308 und 309. Über den Schweißpunkt 307 ist die Knopfzelle 300 mit dem Kontaktelement 303 verbunden. Über die Schweißpunkte 308 und 309 ist die Knopfzelle 304 mit dem Kontaktelement 303 verbunden. Die Knopfzellen 300 und 304 weisen keine gemeinsamen Schweißpunkte auf, über die sie direkt miteinander verbunden sind. The resulting product is shown in Fig. 3 (c). Good to see the welds 307, 308 and 309. About the welding point 307, the button cell 300 is connected to the contact element 303. Via the welding points 308 and 309, the button cell 304 is connected to the contact element 303. The button cells 300 and 304 have no common welds over which they are directly connected.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kompaktbatterie mit einem Stapel aus mindestens zwei Knopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils ein Gehäuse aus zwei metallischen, den Plus- und den Minuspol der Zellen bildenden Gehäusehalbteilen und einer zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Dichtung aufweisen, wobei innerhalb des Stapels entgegengesetzt gepolte Gehäusehalbteile benachbarter Zellen über mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt miteinander verbunden sind. 1. Compact battery with a stack of at least two button cells with preferably identical geometry, which are electrically connected in series and each having a housing of two metallic, the plus and the minus pole of the cells forming housing half-parts and an arranged between these electrically insulating seal, wherein within the stack oppositely poled housing half parts of adjacent cells via at least one common weld and / or at least one common weld spot are connected to each other.
2. Kompaktbatterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusehalbteile napfförmig ausgebildet sind und jeweils einen im Wesentlichen ebenen Bodenbereich aufweisen, wobei die ebenen Bodenbereiche der miteinander verbundenen Gehäusehalbteile bevorzugt in direktem flächigen Kontakt zueinander stehen. 2. Compact battery according to claim 1, characterized in that the housing half parts are cup-shaped and each having a substantially planar bottom portion, wherein the flat bottom portions of the interconnected Gehäusehalbteile are preferably in direct planar contact each other.
3. Kompaktbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen ebenen Bodenbereiche der miteinander verbundenen Gehäusehalbteile die mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder den mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt aufweisen. 3. compact battery according to claim 2, characterized in that the substantially planar bottom portions of the interconnected Gehäusehalbteile having at least one common weld and / or the at least one common weld point.
4. Kompaktbatterie nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen ebenen Bodenbereiche einen kreisförmigen oder ovalen Umriss aufweisen, wobei sich die Radien der in direktem flächigen Kontakt zueinander stehenden Bodenbereiche unterscheiden. 4. Compact battery according to one of claims 2 or 3, characterized in that the substantially planar bottom portions have a circular or oval outline, wherein the radii differ from each other in direct area contact ground areas.
5. Kompaktbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder der min- destens eine gemeinsame Schweißpunkt auf der Kreisumrisslinie des Bodenbereichs mit dem kleineren Radius liegt oder liegen. 5. Compact battery according to claim 4, characterized in that the at least one common weld and / or the mini- at least one common weld point lies or lies on the circle outline of the lower radius ground area.
6. Verfahren zur Herstellung einer Kompaktbatterie mit einem Stapel aus Knopfzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils ein Gehäuse aus zwei metallischen, den Plus- und den Minuspol der Zellen bildenden Gehäusehalbteilen und einer zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Dichtung aufweisen, wobei zwei Knopfzellen mit bevorzugt identischer Geometrie mittels eines Lasers über mindestens eine gemeinsame Schweißnaht und/oder mindestens einen gemeinsamen Schweißpunkt miteinander verbunden werden. 6. A method for producing a compact battery having a stack of button cells, which are electrically connected in series and each having a housing made of two metallic, the plus and the minus pole of the cells forming housing half parts and an arranged between these electrically insulating seal, wherein two button cells be connected to each other with preferably identical geometry by means of a laser via at least one common weld and / or at least one common weld point.
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