WO2013139529A1 - Anordnung zum hindurchführen eines strompfades durch ein gehäuse einer batteriezelle, batteriezelle sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Anordnung zum hindurchführen eines strompfades durch ein gehäuse einer batteriezelle, batteriezelle sowie verfahren zu deren herstellung Download PDF

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WO2013139529A1
WO2013139529A1 PCT/EP2013/052716 EP2013052716W WO2013139529A1 WO 2013139529 A1 WO2013139529 A1 WO 2013139529A1 EP 2013052716 W EP2013052716 W EP 2013052716W WO 2013139529 A1 WO2013139529 A1 WO 2013139529A1
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housing
battery cell
current collector
arrangement
connection component
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PCT/EP2013/052716
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Mathias Zink
Andreas Eichendorf
Thomas Rahn
Markus Feigl
Daniel Haverland
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for passing a current path through a housing of a battery cell and a battery cell with such an arrangement. Furthermore, the invention relates to a method for producing a battery cell.
  • Lithium-ion battery cells typically have positive and negative electrodes disposed within a housing.
  • Aluminum cathode layer are wound together with a Separator harsh to a designed as a winding cell nucleus, such as in DE 10 2009 027 178 A1
  • the housing in this case forms a container for receiving the coil and an electrolyte.
  • the invention provides an arrangement for passing a current path through a housing of a battery cell with the features of claim 1, a battery cell with the features of claim 6 and a method for producing a battery cell with the features of claim 9.
  • the inventive arrangement for passing a current path through a housing of a battery cell has:
  • a current collector adapted to be electrically connected to an electrode of the battery cell disposed within the housing; and - A connection component, which is adapted to allow an electrical connection of the battery cell on an outer side of the housing.
  • the current collector and the connection component are ultrasonically welded or friction-welded together at least in sections in a joining region.
  • the current collector is connected to the terminal component both mechanically and electrically conductive.
  • a battery cell according to the invention has a housing, a first electrode disposed within the housing and such an arrangement for passing a first current path through the housing.
  • the current collector of the first arrangement is electrically conductively connected to the first electrode.
  • the method according to the invention makes it possible to produce a battery cell with a current path, which is led through a housing of the battery cell, and has the steps:
  • connection component which is set up for a
  • the idea underlying the present invention consists in the current collector with the connection component by means of a joining process - namely a
  • connection component can be made of a cost-effective metallic material - for example aluminum or an aluminum alloy - while the current collector, which usually comes into contact with an electrolyte within the housing, from the electrochemical point of view
  • connection component for example of copper or a copper alloy - can be formed.
  • metallic material - for the negative electrode for example of copper or a copper alloy - can be formed.
  • the joining by means of the ultrasonic or friction welding can be done very quickly, which in turn can have a favorable effect on production time and manufacturing costs of the battery cell according to the invention.
  • the current collector is designed as a component produced by forming a sheet metal blank.
  • the current collector may be formed as a stamped and bent part.
  • connection component is designed as a component produced by machining by turning.
  • connection component can be made by machining by turning by means of a lathe as an automatic lathe part.
  • a connection component produced in this way is then preferably rotationally symmetrical
  • connection component can advantageously be produced inexpensively.
  • connection component has a section which can be guided through an opening in a wall of the housing.
  • connection component has an end face, which faces an interior of the housing in the finished battery cell.
  • the joining region is arranged on the end face of the connection component. This simplifies the joining by means of ultrasonic or friction welding.
  • the joining region can be arranged in the above embodiment in the finished battery cell within the housing.
  • the current collector has a portion which can be passed through an opening in a wall of the housing.
  • the portion of the current collector on an end face, which in the finished
  • connection component can be made even simpler and cheaper.
  • finished battery cell may be arranged on an outer side of the housing.
  • the battery cell arranged within the housing second electrode and a second invention
  • the current collector of the second arrangement is electrically conductively connected to the second electrode.
  • connection components of the first arrangement and the second arrangement are each made of aluminum or of one
  • the current collector of the first arrangement is made of aluminum or of an aluminum alloy.
  • the current collector of the second arrangement is in this embodiment, however, made of copper or a
  • Connection components of which, for example, in a battery assembly for an electrically powered vehicle with a larger number of lithium-ion battery cells, a fairly large number is required, consistent with the relatively inexpensive Aluminum can be formed and cost of expensive copper for the production of this part of the total number of connection components can be avoided.
  • the first electrode forms a positive electrode of the battery cell
  • the second electrode forms a negative electrode of the battery cell
  • the battery cell is formed as a cell of a lithium-ion battery, wherein the lithium-ion battery
  • traction battery in an electrically powered vehicle.
  • the electrodes are formed in a preferred embodiment of the battery cell with rolled into a roll films.
  • the winding may additionally have a Separatorfolie.
  • Fig. 1 shows an arrangement according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is an enlarged sectional view of a part of
  • Fig. 3 is a sectional view through a part of an arrangement according to a
  • Fig. 4 is a sectional view through a part of an arrangement according to a third
  • Embodiments of the invention mediate. They illustrate embodiments and serve in conjunction with the description of the principles and principles
  • Battery cell according to a first embodiment of the invention is shown in Figure 1, wherein the battery cell as a whole and the housing are not shown.
  • the arrangement 1 has a current collector 2 and a connection component 3.
  • the connection component 3 is often referred to as "terminal”, while the term “contact fork” is often used for the current collector 2.
  • the arrangement 1 according to the exemplary embodiment of FIG. 1 is preferably used in a prismatic cell of a lithium ion accumulator for an electrically operated vehicle.
  • a first and a second electrode are arranged within the housing of the battery cell.
  • the first electrode forms a positive electrode
  • the second electrode forms a negative electrode.
  • the two electrodes may be formed as suitably coated metal foils which are rolled into a flat roll together with plastic films serving as diaphragms.
  • the positive electrode is preferably formed with an aluminum foil
  • the negative electrode with a copper foil.
  • the coil is inserted into the housing of the battery cell, and the housing is then filled with a suitable electrolyte.
  • the foil-shaped electrodes are stacked along a winding axis.
  • the respective positive or negative voltage is then the respective positive or negative voltage by means of one each with the respective film permanently, for
  • An electrode which is preferably formed in a foil-shaped manner in the aforementioned manner, is indicated schematically in FIG. 1 and provided with the reference symbol E.
  • the current collector 2 of the first embodiment of Figure 1 is designed as a stamped and bent part and dimensioned and arranged to be permanently connected to the electrode E electrically conductive, for example by welding to the electrode E.
  • the illustration of Figure 1 illustrates the Current collector 2 and the terminal member 3 for both the positive and the negative electrode of the battery cell.
  • a first current collector 2 electrically connected to the positive electrode of the battery cell for the lithium-ion secondary battery is made of aluminum or of one
  • connection component 3 is embodied in FIG. 1 as a rotationally symmetrical automatic rotary part made of aluminum or a suitable aluminum alloy about a longitudinal axis L, and has a first circular-cylindrical section 5 and a second circular-cylindrical section 6.
  • the two sections 5 and 6 are aligned coaxially with one another, wherein the second section 6 has a large diameter than the first section 5.
  • the connection component 3 is formed with a substantially planar surface 8, which extends substantially perpendicularly to the longitudinal axis L.
  • the connection component 3 has on the end face 7 a centrally executed recess 9, which can be introduced, for example, during turning machining.
  • the current collector 2 is bent approximately at right angles in its upper region in FIG. 1, whereby an approximately horizontal connecting section 4 is formed.
  • Connecting portion 4 is provided with a projection 10, which is prepared for example in a production of the current collector 2 by means of a stamping bending process by forming.
  • a projection 10 which is prepared for example in a production of the current collector 2 by means of a stamping bending process by forming.
  • the current collector 2 and the connection component 3 in a joining region 1 1 on the end face 7 of the connection component 3 either by
  • connection component 3 is electrically and mechanically connected thereto in a partial area of an upper surface 22 of the current collector 2.
  • Electrode of the battery cell in which the current collector 2 and the terminal member 3 are each formed of aluminum or an aluminum alloy, but also in the case of the negative electrode in which the current collector 2 made of copper or a
  • connection component 3 is made of aluminum or an aluminum alloy, reliable and durable manufacture.
  • the joining region 1 1 is indicated by dashes in FIG. 1 and extends around the depression 9 in the manner of a ring.
  • the projection 10 and the recess 9 the correct positioning of the connection component 3 on the connection section 4 can be facilitated before the welding operation.
  • the projection 10 engages in the recess 9 a.
  • Figure 2 shows an upper part of the arrangement 1 in detail in Figure 1 and illustrates how a current path S, which is shown in Figure 2 black and white checkered, by means of the current collector 2 and electrically connected to this terminal component 3 through the housing the battery cell is passed.
  • the portion 5 of the connection component 3 is designed such that it can be passed through an opening 12 in a wall 13 of the housing. As shown in FIG.
  • the section 5 is guided through the opening 12 together with an insulating bushing 14, which surrounds the connection component 3 along a circumference thereof and electrically isolates it from the wall 13, which may be made of a metal material.
  • the Isolierbuchse 14 may be formed for example of a plastic or a ceramic material and also serve to initiate mechanical forces in the wall 13 by the insulating bushing 14 abuts radially in the opening 12 and axially by means of a shoulder 14a on the wall 13.
  • the end face 7 is an interior 15 of the here shown by its wall 13 Facing the housing. While the current collector 2 is disposed within the interior 15 and is connected in the finished battery cell with an electrode E, for example by welding, the connection component 3 (terminal) allows an electrical connection of the battery cell on an outer side 16 of the housing, for example to form a Accumulator with a plurality of battery cells.
  • connection component 103 and a current collector 102 are provided, with only one connection portion 104 of the current collector 102 having an upper surface 122 being shown for the sake of clarity. In a similar way to the first
  • connection member 103 is formed as an automatic rotary member made of aluminum with two substantially cylindrical, coaxial portions 105 and 106, wherein the connection member 103 now has no recess on its end face 107.
  • connection component 103 is provided with a flat end face 108, which extends essentially perpendicularly to its longitudinal axis L.
  • the end face 108 forms in the second embodiment substantially over the entire surface
  • FIG. 3 a wall 1 13 of a housing of a battery cell with an opening 1 12 and an insulating bushing 1 14 are further shown, with reference being made to the comments on the first embodiment.
  • connection component 103 can be connected to a further component 1 18. This can be done for example by laser welding in a range 1 17.
  • the further component 1 18 as the connection member 103 is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the connecting portion 204 has, in the third embodiment, a portion 219 which is formed and dimensioned so that it together with an insulating bush 214 can be passed through an opening 212 in the wall 213.
  • an insulating bushing 214 With regard to the insulating bushing 214, the comments on the first
  • the portion 219 may be formed by forming the connecting portion 204 in the production of the current collector 202.
  • the section 219 may be formed as a substantially rotationally symmetrical cap having a longitudinal axis L ', wherein the cap may be formed by deep drawing in the connecting section 204.
  • the section 219 has an end face 220 with an essentially flat end face 221, which is preferably substantially perpendicular to the longitudinal axis L '.
  • End face 221 on the front side 220 is in the third embodiment a
  • Joining region 21 1 arranged, which in turn may be formed substantially circular and in which the connection member 203 with the current collector 202 through
  • connection component 203 can be designed as a component produced by punching and / or bending. While the current collector 202 in FIG. 4 is again arranged in an inner space 215 of the housing, the joining region 21 1 in FIG. 4 lies on an outer side 216 of the housing, with the end face 220 facing away from the inner space 215.
  • connection component 3, 103 or 203 is preferably made inexpensively from aluminum or an aluminum alloy. While the connection components 3 and 103 are shown as automatic turning parts, it will be understood that the connection components 3 and 103 can instead also be manufactured inexpensively as deep-drawn or cold-formed parts.
  • the current collector 2, 102, 202 is formed for use on the positive electrode of a battery cell made of aluminum or aluminum alloy, while the current collector 2, 102, 202 for the negative electrode is formed of copper or a suitable copper alloy.
  • a current path S For carrying out a current path S, starting from the negative electrode of the battery cell, through the wall 13, 1 13 and 213 of the housing thus formed with a copper current collector 2, 102 and 202 with a with Aluminum trained connection component 3, 103 and 203 integrally connected, wherein by means of an ultrasonic welding process or by means of a friction welding a mechanically reliable, age-resistant compound with a constantly favorable, low volume resistance and a high current carrying capacity is created.
  • a machined connecting component could also be provided in the third exemplary embodiment, for example an automatic turning part.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer Batteriezelle. Die Anordnung weist einen Stromkollektor auf, der dafür ausgebildet ist, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden zu werden. Ferner weist die Anordnung ein Anschlussbauteil auf, das dafür eingerichtet ist, einen elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite des Gehäuses zu ermöglichen. Die Erfindung sieht vor, dass der Stromkollektor und das Anschlussbauteil in einem Fügebereich zumindest abschnittsweise miteinander ultraschallverschweißt oder reibverschweißt sind. Hierdurch sind der Stromkollektor und das Anschlussbauteil mechanisch sowie elektrisch leitend miteinander verbunden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Batteriezelle mit einem Gehäuse, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten ersten Elektrode und mit einer ersten derartigen Anordnung zum Hindurchführen eines ersten Strompfades durch das Gehäuse. Der Stromkollektor der ersten Anordnung ist hierbei mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Batteriezelle vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Titel
Anordnung zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer Batteriezelle, Batteriezelle sowie Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer Batteriezelle sowie eine Batteriezelle mit einer derartigen Anordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle.
Wenngleich sich die Erfindung bei Batteriezellen verschiedenster Art als nützlich erweisen kann, soll die Erfindung nachfolgend am Beispiel einer Zelle eines Lithium-Ionen- Akkumulators, wie er beispielsweise als Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug verwendet werden kann, näher beschrieben werden.
Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen weisen üblicherweise positive und negative Elektroden auf, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Zur Herstellung einer prismatischen Lithium-Ionen-Zelle können zum Beispiel eine Anodenschicht aus Kupfer und eine
Kathodenschicht aus Aluminium zusammen mit einer Separatorschicht zu einem als Wickel ausgeführten Zellkern gewickelt werden, wie etwa in der DE 10 2009 027 178 A1
beschrieben. Das Gehäuse bildet hierbei einen Behälter zur Aufnahme des Wickels und eines Elektrolyts. Die Erfindung schafft eine Anordnung zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , eine Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Die erfindungsgemäße Anordnung zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer Batteriezelle weist auf:
- einen Stromkollektor, welcher dafür ausgebildet ist, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden zu werden; und - ein Anschlussbauteil, welches dafür eingerichtet ist, einen elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite des Gehäuses zu ermöglichen.
Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Stromkollektor und das Anschlussbauteil in einem Fügebereich zumindest abschnittsweise miteinander ultraschallverschweißt oder reibverschweißt sind. Durch das Fügen mittels Ultraschallschweißung oder Reibschweißung ist der Stromkollektor mit dem Anschlussbauteil sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle weist ein Gehäuse, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete erste Elektrode sowie eine derartige Anordnung zum Hindurchführen eines ersten Strompfades durch das Gehäuse auf. Hierbei ist der Stromkollektor der ersten Anordnung mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Batteriezelle mit einem Strompfad, welcher durch ein Gehäuse der Batteriezelle hindurchgeführt ist, und weist die Schritte auf:
- Bereitstellen eines Stromkollektors, welcher dafür eingerichtet ist, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden zu werden;
- Bereitstellen eines Anschlussbauteils, welches dafür eingerichtet ist, einen
elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite des Gehäuses zu ermöglichen; und
- Fügen des Stromkollektors und des Anschlussbauteils in einem Fügebereich
zumindest abschnittsweise mittels Ultraschallschweißen oder Reibschweißen derart, dass der Stromkollektor und das Anschlussbauteil mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den Stromkollektor mit dem Anschlussbauteil mittels eines Fügeverfahrens - namentlich einem
Ultraschallschweißverfahren oder einem Reibschweißverfahren - zu fügen, welches auch dann, wenn der Stromkollektor und das mit diesem zu verbindende Anschlussbauteil aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen gefertigt sind, eine zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung dieser Komponenten gewährleistet. Auf diese Weise kann das Anschlussbauteil aus einem kostengünstigen metallischen Werkstoff - zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung - gefertigt werden, während der Stromkollektor, der üblicherweise mit einem Elektrolyt innerhalb des Gehäuses in Kontakt kommt, aus dem unter elektrochemischen Gesichtspunkten geeigneten
metallischen Werkstoff - für die negative Elektrode zum Beispiel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung - ausgebildet werden kann. Gerade bei Akkumulatoranordnungen mit einer größeren Zahl einzelner Batteriezellen kann eine kostengünstigere Ausführung der dann in großer Anzahl gebrauchten Anschlussbauteile zu einer erheblichen Kostensenkung führen. Die gute mechanische Verbindung von Stromkollektor und Anschlussbauteil ermöglicht eine vorteilhafte Aufnahme von auf das Anschlussbauteil aufgebrachten mechanischen Kräften und dadurch die Bereitstellung einer robusten Batteriezelle. Ferner ermöglicht die
stoffschlüssige, elektrisch leitende Verbindung von Stromkollektor und Anschlussbauteil durch Ultraschallschweißen oder durch Reibschweißen einen zuverlässig über lange Zeit geringen Durchgangswiderstand, und der Stromfluss entlang des durch das Gehäuse hindurchgeführten Strompfades wird nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus kann das Fügen mittels des Ultraschall- oder Reibschweißverfahrens sehr schnell erfolgen, was sich wiederum günstig auf Fertigungszeit und Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Batteriezelle auswirken kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. In einer Ausgestaltung ist der Stromkollektor als ein durch Umformen eines Blechzuschnittes hergestelltes Bauteil ausgeführt. Insbesondere kann der Stromkollektor als ein Stanzbiegeteil ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Anschlussbauteil als ein spanend durch Drehen hergestelltes Bauteil ausgeführt. Insbesondere kann das Anschlussbauteil spanend durch Drehen mittels eines Drehautomaten als ein Automatendrehteil ausgebildet werden. Ein derart hergestelltes Anschlussbauteil ist dann vorzugsweise rotationssymmetrisch
ausgebildet. Als Automatendrehteil kann das Anschlussbauteil mit Vorteil kostengünstig hergestellt werden. In einer weiteren Ausgestaltung weist das Anschlussbauteil einen Abschnitt auf, welcher durch eine Öffnung in einer Wandung des Gehäuses hindurchführbar ist. Hierbei weist das Anschlussbauteil eine Stirnseite auf, welche bei der fertigen Batteriezelle einem Innenraum des Gehäuses zugewandt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Fügebereich an der Stirnseite des Anschlussbauteils angeordnet. Dies vereinfacht das Fügen mittels Ultraschall- oder Reibschweißen.
In einer bevorzugten Variante kann der Fügebereich bei der vorstehenden Ausgestaltung bei der fertigen Batteriezelle innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
Bei einer anderen Ausgestaltung weist der Stromkollektor einen Abschnitt auf, welcher durch eine Öffnung in einer Wandung des Gehäuses hindurchführbar ist. Bei dieser Ausgestaltung weist der Abschnitt des Stromkollektors eine Stirnseite auf, welche bei der fertigen
Batteriezelle von einem Innenraum des Gehäuses abgewandt ist. Der Fügebereich ist hierbei an der Stirnseite des Abschnitts des Stromkollektors angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung kann das Anschlussbauteil noch einfacher und kostengünstiger gestaltet sein.
In einer Variante der vorstehenden Ausgestaltung kann der Fügebereich bei der
fertiggestellten Batteriezelle auf einer Außenseite des Gehäuses angeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Batteriezelle ist vorgesehen, dass die Batteriezelle eine innerhalb des Gehäuses angeordnete zweite Elektrode sowie eine zweite erfindungsgemäße
Anordnung zum Hindurchführen eines zweiten Strompfades durch das Gehäuse aufweist. Hierbei ist der Stromkollektor der zweiten Anordnung mit der zweiten Elektrode elektrisch leitend verbunden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Batteriezelle sind die Anschlussbauteile der ersten Anordnung und der zweiten Anordnung jeweils aus Aluminium oder aus einer
Aluminiumlegierung ausgebildet. Ferner ist hierbei der Stromkollektor der ersten Anordnung aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Der Stromkollektor der zweiten Anordnung ist bei dieser Ausgestaltung hingegen aus Kupfer oder aus einer
Kupferlegierung ausgebildet. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die
Anschlussbauteile, von denen beispielsweise bei einer Akkumulatoranordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer größeren Anzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen ein recht große Anzahl benötigt wird, einheitlich mit dem vergleichsweise kostengünstigen Aluminium ausgebildet werden können und Kosten für teures Kupfer zur Herstellung dieses Teil der Gesamtzahl der Anschlussbauteile vermieden werden können.
Insbesondere bildet hierbei die erste Elektrode eine positive Elektrode der Batteriezelle, während die zweite Elektrode eine negative Elektrode der Batteriezelle bildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Batteriezelle ist die Batteriezelle als eine Zelle eines Lithium-Ionen-Akkumulators ausgebildet, wobei der Lithium-Ionen-Akkumulator
beispielsweise für einen Einsatz als Traktionsbatterie in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen sein kann.
Die Elektroden sind in einer bevorzugten Ausgestaltung der Batteriezelle mit zu einem Wickel gerollten Folien ausgebildet. Der Wickel kann zusätzlich eine Separatorfolie aufweisen.
Die obigen Ausgestaltungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils der
Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in einem in einer Batteriezelle montierten Zustand;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer Anordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem in einer Batteriezelle montierten Zustand; und Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer Anordnung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem in einer Batteriezelle montierten Zustand. Die beiliegenden Figuren der Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der
Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und
Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende
Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine Anordnung 1 zum Hindurchführen eines Strompfades durch ein Gehäuse einer
Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 gezeigt, wobei die Batteriezelle als Ganzes und das Gehäuse nicht dargestellt sind. Die Anordnung 1 weist einen Stromkollektor 2 sowie ein Anschlussbauteil 3 auf. Das Anschlussbauteil 3 wird oftmals auch als„Terminal" bezeichnet, während für den Stromkollektor 2 oft auch der Begriff „Kontaktgabel" verwendet wird. Die Anordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 kommt bevorzugt bei einer prismatischen Zelle eines Lithium-Ionen-Akkumulators für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug zum Einsatz.
Innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle sind eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode bildet eine positive Elektrode, die zweite Elektrode bildet eine negative Elektrode. Die beiden Elektroden können als in geeigneter Weise beschichtete Metallfolien ausgebildet sein, die zusammen mit als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien zu einem flachen Wickel gerollt werden. Dabei wird bevorzugt die positive Elektrode mit einer Aluminiumfolie, die negative Elektrode mit einer Kupferfolie ausgebildet. Der Wickel wird in das Gehäuse der Batteriezelle eingebracht, und das Gehäuse wird dann mit einem geeigneten Elektrolyten befüllt.
Bei der Bildung des Wickels werden die folienformigen Elektroden entlang einer Wickelachse versetzt aufeinandergelegt. An Schmalseiten des Wickels wird dann die jeweilige positive bzw. negative Spannung mittels jeweils eines mit der jeweiligen Folie dauerhaft, zum
Beispiel durch Verschweißen, elektrisch leitend verbundenen Stromkollektors 2 gemäß Figur 1 abgegriffen. Eine Elektrode, welche bevorzugt in der vorgenannten Weise folienförmig ausgebildet ist, ist in Figur 1 schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen E versehen.
Der Stromkollektor 2 des ersten Ausführungsbeispiels der Figur 1 ist als ein Stanz-Biege-Teil ausgeführt und dafür dimensioniert und eingerichtet, mit der Elektrode E dauerhaft elektrisch leitend verbunden zu werden, beispielsweise durch Verschweißen mit der Elektrode E. Die Darstellung der Figur 1 illustriert den Stromkollektor 2 und das Anschlussbauteil 3 sowohl für die positive als auch die negative Elektrode der Batteriezelle.
Ein mit der positiven Elektrode der Batteriezelle für den Lithium-Ionen-Akkumulator elektrisch leitend verbundener erster Stromkollektor 2 ist jedoch aus Aluminium oder aus einer
Aluminiumlegierung ausgebildet, während ein mit der negativen Elektrode elektrisch leitend verbundener zweiter Stromkollektor 2 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ausgeführt ist.
Das Anschlussbauteil 3 ist in Figur 1 als ein um eine Längsachse L rotationssymmetrisches Automatendrehteil aus Aluminium oder einer geeigneten Aluminiumlegierung ausgeführt, und weist einen ersten kreiszylindrischen Abschnitt 5 sowie einen zweiten kreiszylindrischen Abschnitt 6 auf. Die beiden Abschnitte 5 und 6 sind zueinander koaxial ausgerichtet, wobei der zweite Abschnitt 6 einen großen Durchmesser als der erste Abschnitt 5 aufweist. An einer Stirnseite 7 ist das Anschlussbauteil 3 mit einer im Wesentlichen ebenen und zu der Längsachse L im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Oberfläche 8 ausgebildet. Ferner weist das Anschlussbauteil 3 an der Stirnseite 7 eine zentrisch ausgeführte Vertiefung 9 auf, die zum Beispiel während der Drehbearbeitung eingebracht werden kann.
Der Stromkollektor 2 ist in seinem in Figur 1 oberen Bereich in etwa rechtwinklig abgebogen, wodurch ein etwa waagerechter Verbindungsabschnitt 4 gebildet ist. Der
Verbindungsabschnitt 4 ist mit einem Vorsprung 10 versehen, der beispielsweise bei einer Fertigung des Stromkollektors 2 mittels eines Stanzbiegeverfahrens durch Umformen hergestellt wird. Im Zustand der Figur 1 sind der Stromkollektor 2 und das Anschlussbauteil 3 in einem Fügebereich 1 1 an der Stirnseite 7 des Anschlussbauteils 3 entweder durch
Ultraschallschweißen mittels einer geeigneten Sonotrode oder durch Reibschweißen gefügt. Das Anschlussbauteil 3 ist dadurch in einem Teilbereich einer oberen Oberfläche 22 des Stromkollektors 2 mit diesem elektrisch und mechanisch verbunden. Durch
Ultraschallschweißen oder Reibschweißen in dem Fügebereich 1 1 lässt sich diese mechanische und elektrisch leitende Verbindung nicht nur für den Fall der positiven
Elektrode der Batteriezelle, in welchem der Stromkollektor 2 und das Anschlussbauteil 3 jeweils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind, sondern auch für den Fall der negativen Elektrode, in dem der Stromkollektor 2 aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung ausgebildet ist und das Anschlussbauteil 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, zuverlässig und dauerhaft herstellen.
Der Fügebereich 1 1 ist in Figur 1 durch Strichelung gekennzeichnet und erstreckt sich ringartig um die Vertiefung 9 herum. Mittels des Vorsprungs 10 und der Vertiefung 9 kann das richtige Positionieren des Anschlussbauteils 3 auf dem Verbindungsabschnitt 4 vor dem Schweißvorgang erleichtert werden. Im gefügten Zustand greift der Vorsprung 10 in die Vertiefung 9 ein. Figur 2 zeigt einen in Figur 1 oberen Teil der Anordnung 1 im Detail und illustriert, wie ein Strompfad S, der in Figur 2 schwarz-weiß-kariert gezeigt ist, mittels des Stromkollektors 2 und des mit diesem elektrisch leitend verbundenen Anschlussbauteils 3 durch das Gehäuse der Batteriezelle hindurchgeführt wird. Hierbei ist der Abschnitt 5 des Anschlussbauteils 3 derart ausgebildet, dass er durch eine Öffnung 12 in einer Wandung 13 des Gehäuses hindurchführbar ist. Wie Figur 2 zeigt, ist der Abschnitt 5 zusammen mit einer Isolierbuchse 14, die das Anschlussbauteil 3 entlang eines Umfangs desselben umgibt und es gegenüber der Wandung 13, welche aus einem Metallwerkstoff gefertigt sein kann, elektrisch isoliert, durch die Öffnung 12 geführt. Die Isolierbuchse 14 kann zum Beispiel aus einem Kunststoff oder einem keramischen Material ausgebildet sein und auch der Einleitung mechanischer Kräfte in die Wandung 13 dienen, indem die Isolierbuchse 14 radial in der Öffnung 12 sowie axial mittels eines Absatzes 14a an der Wandung 13 anliegt.
In dem montierten Zustand der Figur 2, wie er auch bei der mit der Anordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestatteten, fertigen Batteriezelle vorliegt, ist die Stirnseite 7 einem Innenraum 15 des hier durch seine Wandung 13 dargestellten Gehäuses zugewandt. Während der Stromkollektor 2 innerhalb des Innenraums 15 angeordnet ist und bei der fertigen Batteriezelle mit einer Elektrode E zum Beispiel durch Verschweißen verbunden ist, ermöglicht das Anschlussbauteil 3 (Terminal) einen elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite 16 des Gehäuses, zum Beispiel zur Bildung einer Akkumulatoranordnung mit einer Vielzahl von Batteriezellen.
Auch bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung 101 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel sind ein Anschlussbauteil 103 und ein Stromkollektor 102 vorgesehen, wobei der Übersicht halber nur ein Verbindungsabschnitt 104 des Stromkollektors 102 mit einer oberen Oberfläche 122 gezeigt ist. In ähnlicher Weise wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel ist das Anschlussbauteil 103 als ein Automatendrehteil aus Aluminium mit zwei im Wesentlichen zylindrischen, koaxialen Abschnitten 105 und 106 ausgebildet, wobei das Anschlussbauteil 103 nun keine Vertiefung an seiner Stirnseite 107 aufweist. An der Stirnseite 107 ist das Anschlussbauteil 103 mit einer ebenen und zu dessen Längsachse L im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Stirnfläche 108 versehen. Die Stirnfläche 108 bildet bei dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vollflächig einen
kreisscheibenförmigen Fügebereich 1 1 1 , der in Figur 3 als dicke Linie angedeutet ist. In Figur 3 sind ferner eine Wandung 1 13 eines Gehäuses einer Batteriezelle mit einer Öffnung 1 12 sowie eine Isolierbuchse 1 14 gezeigt, wobei hierzu auf die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Der in einem Innenraum 1 15 des Gehäuses angeordnete Stromkollektor 102 ist mittels Ultraschall- oder Reibschweißen in dem Fügebereich 1 1 1 mit dem Anschlussbauteil 103 mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden. Auf einer Außenseite 1 16 des Gehäuses kann, wie in Figur 3 beispielhaft dargestellt, das Anschlussbauteil 103 mit einem weiteren Bauteil 1 18 verbunden werden. Dies kann zum Beispiel durch Laserschweißen in einem Bereich 1 17 erfolgen. Hierbei ist das weitere Bauteil 1 18 wie das Anschlussbauteil 103 vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Auch bei der Anordnung 201 in Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, sind ein Anschlussbauteil 203 und ein Stromkollektor 202 vorgesehen. Figur 4 zeigt wiederum nur einen Verbindungsabschnitt 204 des
Stromkollektors 202. Auch eine Wandung 213 eines Gehäuses einer Batteriezelle ist sichtbar. Der Verbindungsabschnitt 204 weist bei dem dritten Ausführungsbeispiel einen Abschnitt 219 auf, welcher derart ausgebildet und dimensioniert ist, dass er zusammen mit einer Isolierbuchse 214 durch eine Öffnung 212 in der Wandung 213 hindurchführbar ist. Hinsichtlich der Isolierbuchse 214 wird auf die Ausführungen zu dem ersten
Ausführungsbeispiel verwiesen. Hierbei kann der Abschnitt 219 durch Umformen des Verbindungsabschnitts 204 bei der Herstellung des Stromkollektors 202 gebildet werden. Beispielsweise kann der Abschnitt 219, wie in Figur 4 im Schnitt skizziert, als ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Hütchen mit einer Längsachse L' ausgebildet sein, wobei das Hütchen durch Tiefziehen in dem Verbindungsabschnitt 204 geformt werden kann.
Der Abschnitt 219 weist eine Stirnseite 220 mit einer im Wesentlichen ebenen und zu der Längsachse L' bevorzugt im Wesentlichen senkrechten Stirnfläche 221 auf. An der
Stirnfläche 221 auf der Stirnseite 220 ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein
Fügebereich 21 1 angeordnet, der wiederum im Wesentlichen kreisrund ausgebildet sein kann und in dem das Anschlussbauteil 203 mit dem Stromkollektor 202 durch
Ultraschallschweißen oder Reibschweißen gefügt ist. Das Anschlussbauteil 203 kann bei dem Beispiel der Figur 4 als ein durch Stanzen und/oder Biegen gefertigtes Bauteil ausgeführt sein. Während der Stromkollektor 202 in Fig. 4 wiederum in einem Innenraum 215 des Gehäuses angeordnet ist, liegt der Fügebereich 21 1 in Fig. 4 auf einer Außenseite 216 des Gehäuses, wobei die Stirnseite 220 dem Innenraum 215 abgewandt ist. Bei den
Beispielen der Figuren 1 bis 3 sind hingegen die Fügebereiche 1 1 , 1 1 1 jeweils innerhalb des Gehäuses vorgesehen.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Anschlussbauteil 3, 103 bzw. 203 bevorzugt kostengünstig aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt. Während die Anschlussbauteile 3 und 103 als Automatendrehteile gezeigt sind, versteht es sich, dass die Anschlussbauteile 3 und 103 stattdessen auch kostengünstig als Tiefziehoder Kaltschlagteile gefertigt werden können. Hingegen ist der Stromkollektor 2, 102, 202 für einen Einsatz an der positiven Elektrode einer Batteriezelle aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet, während der Stromkollektor 2, 102 bzw. 202 für die negative Elektrode aus Kupfer oder einer geeigneten Kupferlegierung gebildet ist. Für die Durchführung eines Strompfades S, ausgehend von der negativen Elektrode der Batteriezelle, durch die Wandung 13, 1 13 bzw. 213 des Gehäuses wird somit ein mit Kupfer ausgebildeter Stromkollektor 2, 102 bzw. 202 mit einem mit Aluminium ausgebildeten Anschlussbauteil 3, 103 bzw. 203 stoffschlüssig verbunden, wobei mittels eines Ultraschallschweißverfahrens oder mittels eines Reibschweißverfahrens eine mechanisch zuverlässige, alterungsbeständige Verbindung mit einem konstant günstigen, niedrigen Durchgangswiderstand und einer hohen Strombelastbarkeit geschaffen wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern kann auf vielfältige Art und Weise modifiziert werden.
Beispielsweise könnte auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein spanend bearbeitetes Anschlussbauteil vorgesehen sein, etwa ein Automatendrehteil.

Claims

Ansprüche
1 . Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) zum Hindurchführen eines Strompfades (S) durch ein Gehäuse einer Batteriezelle,
mit einem Stromkollektor (2; 102; 202), welcher dafür ausgebildet ist, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode (E) der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden zu werden und
mit einem Anschlussbauteil (3; 103; 203), welches dafür eingerichtet ist, einen elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite (16; 1 16; 216) des Gehäuses zu ermöglichen;
wobei der Stromkollektor (2; 102; 202) und das Anschlussbauteil (3; 103; 203) in einem Fügebereich (1 1 ; 1 1 1 ; 21 1 ) zumindest abschnittsweise miteinander
ultraschallverschweißt oder reibverschweißt sind und hierdurch mechanisch sowie elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor (2; 102; 202) als ein durch Umformen eines Blechzuschnittes hergestelltes Bauteil,
insbesondere als ein Stanzbiegeteil, ausgeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Anschlussbauteil (3; 103) als ein spanend durch Drehen hergestelltes Bauteil, insbesondere als ein Automatendrehteil, ausgeführt ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbauteil (3; 103) einen Abschnitt (5; 105) aufweist, welcher durch eine Öffnung (12; 1 12) in einer Wandung (13; 1 13) des Gehäuses hindurchführbar ist, wobei das
Anschlussbauteil (3; 103) eine Stirnseite (7; 107) aufweist, welche bei der fertigen
Batteriezelle einem Innenraum (15; 1 15) des Gehäuses zugewandt ist und der Fügebereich (1 1 ; 1 1 1 ) an der Stirnseite (7; 107) des Anschlussbauteils (3; 103) angeordnet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor (202) einen Abschnitt (219) aufweist, welcher durch eine Öffnung (212) in einer Wandung (213) des Gehäuses hindurchführbar ist, wobei der Abschnitt (219) des Stromkollektors (202) eine Stirnseite (220) aufweist, welche bei der fertigen Batteriezelle von einem Innenraum (215) des Gehäuses abgewandt ist und der Fügebereich (21 1 ) an der Stirnseite (220) des Abschnitts (219) des Stromkollektors (202) angeordnet ist.
6. Batteriezelle,
mit einem Gehäuse und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten ersten
Elektrode (E), und
mit einer ersten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Hindurchführen eines ersten Strompfades (S) durch das Gehäuse, wobei der Stromkollektor (2; 102; 202) der ersten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) mit der ersten Elektrode (E) elektrisch leitend verbunden ist.
7. Batteriezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle ferner eine innerhalb des Gehäuses angeordnete zweite Elektrode (E) sowie eine zweite
Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Hindurchführen eines zweiten Strompfades (S) durch das Gehäuse aufweist und dass der Stromkollektor (2; 102; 202) der zweiten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) mit der zweiten Elektrode (E) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Batteriezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbauteile (3; 103; 203) der ersten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) und der zweiten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) jeweils aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind und dass ferner der Stromkollektor (2; 102; 202) der ersten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist und der Stromkollektor (2; 102; 202) der zweiten Anordnung (1 ; 101 ; 201 ) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle mit einem durch ein Gehäuse der
Batteriezelle hindurchgeführten Strompfad (S), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Stromkollektors (2; 102; 202), welcher dafür eingerichtet ist, mit einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektrode (E) der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden zu werden;
Bereitstellen eines Anschlussbauteils (3; 103; 203), welches dafür eingerichtet ist, einen elektrischen Anschluss der Batteriezelle auf einer Außenseite (16; 1 16; 216) des Gehäuses zu ermöglichen; und Fügen des Stromkollektors (2; 102; 202) und des Anschlussbauteils (3; 103; 203) in einem Fügebereich (1 1 ; 1 1 1 ; 21 1 ) zumindest abschnittsweise mittels Ultraschallschweißen oder Reibschweißen derart, dass der Stromkollektor (2; 102; 202) und das Anschlussbauteil (3; 103; 203) mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor (2; 102; 202) unter Umformung eines Blechzuschnitts, insbesondere mittels eines
Stanzbiegeverfahrens, hergestellt wird und/oder dass das Anschlussbauteil (3; 103; 203) spanend durch Drehen, insbesondere mittels eines Drehautomaten, hergestellt wird.
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