WO2021138705A1 - Batterie - Google Patents

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WO2021138705A1
WO2021138705A1 PCT/AT2021/060002 AT2021060002W WO2021138705A1 WO 2021138705 A1 WO2021138705 A1 WO 2021138705A1 AT 2021060002 W AT2021060002 W AT 2021060002W WO 2021138705 A1 WO2021138705 A1 WO 2021138705A1
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contact element
battery
poles
electrical
contact
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PCT/AT2021/060002
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English (en)
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Inventor
Martin Reingruber
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Voltlabor Gmbh
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/516—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by welding, soldering or brazing
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a battery with a plurality of rechargeable cells which have electrical poles which are electrically conductively and cohesively connected to one another via at least one first flat, in particular plate-shaped, contact element.
  • the invention further relates to a method for producing a battery with a plurality of rechargeable cells which have electrical poles which are electrically conductively and cohesively connected to one another via at least one first flat, in particular plate-shaped, contact element.
  • the invention is based on the object of temperature control of a rechargeable battery, in particular to avoid overheating of a rechargeable battery during operation.
  • the object of the invention is achieved in the aforementioned battery in that at least 5% of the contact surfaces of the electrical negative poles applied to the first contact element with the first contact element and / or at least 6% of contact surfaces of the electrical contacts applied to the first contact element Positive poles are firmly connected to the first contact element.
  • the object of the invention is achieved with the method mentioned at the beginning, where it is provided that in each case at least 5% of the contact surfaces of the first contact element Ment-applied electrical negative poles are connected to the first contact element and / or at least 6% of each of the contact surfaces of the electrical positive poles applied to the first contact element with the first contact element.
  • the advantage here is that heat can be dissipated from the cells via the first contact element, which usually consists of a metallic material. Due to the relatively large area of material connection between the poles of the cells and the contact element, the amount of heat that can be removed per unit of time can be increased in comparison with known welded connections. It is known to connect the cells of such a battery to a contact plate by means of laser welding. Since the laser welding of the poles of the cells is problematic in terms of short circuit formation in the cells despite the low energy input, only point weld points are usually formed. As a departure from this, the invention provides for a larger-area connection of the cells to the first contact element. As an additional effect of this larger-area material connection, improved mechanical stability of the battery can also be achieved, which, under certain circumstances, can simplify the construction of the battery.
  • electrical poles with the same polarity are preferably connected to the at least one first contact element, since this can simplify the automation of the material connection between the cells and the first contact element.
  • the poles are the negative poles of the cells.
  • At least one second flat, in particular plate-shaped, contact element is arranged for the electrical and material connection of the positive poles in order to further improve the automation of the production of the battery with improved heat dissipation.
  • the cohesive connections between the electrical poles and the contact element are linear, since the material connection can thus be established relatively quickly, which improves the problem of energy input into the cells during the connection production can be encountered.
  • the line-shaped material connections are provided with at least one change of direction in the plane of the connections.
  • the width of the connection area can be reduced while the surface area of the material connection remains the same, which can also influence the energy input into the cells during the establishment of the connection.
  • the line-shaped material connections have several changes of direction without crossing the line-shaped connections.
  • the material connections are formed in a spiral shape.
  • the spiral shape creates an open end of the connection area, via which air or moisture inclusions in the connection area can be better avoided.
  • a distance between juxtaposed sections of the linear cohesive connections is at least 50% of the maximum width of the respective linear cohesive connection in the same plane.
  • the first contact element and / or the second contact element is / are designed without beading.
  • the manufacturing process for the contact elements can be simplified in this way.
  • the cells are I thi um ions - accumulators.
  • FIG. 2 shows a section from a variant embodiment of a battery
  • FIG. 4 shows a section from a further embodiment variant of a battery.
  • Fig. 1 a section from a battery 1 is shown. It should already be pointed out at this point that the figures only show components of the battery 1 that are important for understanding the invention. The battery 1 can therefore also have a different or more complex structure.
  • the battery 1 serves in particular as an energy store for e-mobility applications. But it can also be used in other applications.
  • the battery 1 has a plurality of rechargeable cells 2.
  • the battery 1 can therefore also be referred to as an accumulator.
  • the cells 2 are used for the repeatable storage and delivery of electrical energy. According to a preferred embodiment of the invention, the cells 2 are lithium ion accumulators.
  • the cells 2 can, however, also be designed on the basis of another technology for the repeatable storage and delivery of electrical energy.
  • the cells 2 are in particular round cells, that is to say that they can have a cylindrical shape. But they can also have a different shape, for example a quaderför shaped shape.
  • Each of the cells 2 has electrical poles, namely a positive pole 3 with a first contact surface 4 and a negative pole 5 with a second contact surface 6.
  • Poles of the battery are connected in an electrically conductive manner via a flat, that is to say non-wire-shaped, first contact element 7.
  • the first contact element 7 is preferably formed in a plate shape.
  • the positive poles 3 are electrically connected to one another with a flat, i.e. non-wire-shaped, second contact element 8.
  • the second contact element 8 is also preferably designed in the form of a plate.
  • the positive pole 3 of a cell 2 with the negative pole 5 of a further cell 2 of the battery 1 (i.e. differently polarized poles) with the first contact element 7 is electrically connected.
  • the first and second contact elements 7, 8 preferably consist exclusively of a metallic material, that is to say are formed, for example, by sheet metal.
  • the poles are connected to the first contact element 7 and the second contact element 8 not only in an electrically conductive manner, but also in a materially bonded manner.
  • the material connection is preferably produced without additional material, in particular by laser welding.
  • the material connection can also be based on another technology, for example ultrasonic welding, resistance welding, etc ..
  • the positive poles 3 have the first contact surfaces 4 and the negative poles 5 have the second contact surfaces 6.
  • the first and second contact surfaces 4, 6 are in particular those surfaces of the poles that are at least approximately parallel (in particular parallel) run to the first and second contact element 7, 8, respectively. Only that area of the first or second contact element 7, 8 is considered that is arranged opposite the respective poles, i.e. not, for example, the vertical part of the first contact element 7 in the variant of the battery according to FIG. 2.
  • the absolute size of this first or second contact area 4, 6 of the poles can be predefined within the framework of the cell size.
  • At least 5%, for example between 6% and 40%, in particular between 7% and 30%, of the contact surfaces 6 of the electrical negative poles 5 adjacent to the first contact element 7 are materially connected to the first contact element 7 .
  • at least 6%, for example between 7% and 40%, in particular between 8% and 30%, of the contact surfaces 4 of the electrical positive poles 3 adjacent to the first contact element 7 can be materially connected to the first contact element 7 .
  • FIG. 3 shows a detail of a top view of the first contact element 7 with different embodiments of the material connection (which can also be referred to as weld seams) between the first contact element 7 and the poles.
  • beads 9 can be formed for electrical contacting of the poles in the first contact element 7 and / or in the second contact element 8, for example by deep drawing or other suitable methods.
  • the areas of the material connections between the poles and the first contact element 7 can be flat.
  • the beads have (at least approximately) a circular shape.
  • the circles formed (viewed in plan view) have a diameter 10.
  • the areas defined by this diameter 10 represent the respective reference areas for determining the above-mentioned relative proportion of the material connections with the contact areas.
  • the beads can also have a different shape, for example a rectangular or square shape. This can be the case in particular if the poles are not designed with a circular contact surface (viewed from above), as is the case with the embodiment variant of the battery 1 with round cells as cells 2.
  • the cohesive connections between the poles and the first contact element 7 can be flat, for example in the form of a square, rectangle, oval or circle, as shown in FIG. 3 at the top left. Other surface shapes not explicitly listed here are also possible.
  • the formation of the surfaces does not take place with a complete melting of the material to form the cohesive connections, but rather by zellenför Miges traversing with a cohesive connection device, for example a fiber welding head of a fiber welding machine, of the surfaces in which the cohesive connections are to be formed.
  • a cohesive connection device for example a fiber welding head of a fiber welding machine
  • connection areas of the integral connections are preferably linear (again in the plane of the first contact element 7 in the region of the respective integral connection).
  • linear is understood to mean that the total length of the material connection is at least 5 times, in particular at least 10 times greater than its width (standing perpendicular to the catches). In contrast to flat connection areas, however, connection areas formed next to one another do not touch one another.
  • the linear cohesive connections can only run in a straight line. According to a further embodiment variant of the invention, however, they can have at least one change in direction.
  • the linear stoffschlüssi gene connections form an oval, as shown in Fig. 3 top center.
  • the linienför shaped material connections can in the simplest case also have a V-shape (Fig. 3, 2nd row from above, left). You can also create other open or closed shapes with at least one change of direction, such as a square shape (Fig. 3, 3rd row from above) or a triangular shape (Fig. 3, 4th row from above), etc., have. Other shapes are also possible.
  • the change of direction relates to the plane of the first contact element 7 in the area of the integral connection.
  • the linear connections between the second contact surfaces 6 of the cells and the first contact element 7 have several changes of direction without crossing the linear connections within a contact surface.
  • a spiral-shaped formation is particularly preferred, as shown in FIG. 3 using a square spiral (FIG. 3, 2nd row from above) or a round spiral (FIG. 3, 3rd row from above).
  • the round spiral can be, for example, an Archimedean or a hyperbolic or a logarithmic spiral.
  • Other spiral shapes, which optionally have a sequence of different radii over their course, are also possible.
  • the spiral shape can be produced in such a way that a first section of a circle (e.g.
  • a first semicircle with a first radius
  • an immediately adjoining second circle section e.g. a second semicircle
  • a third section of a circle immediately adjoining it e.g. a third semicircle
  • the linear cohesive connections that in each case more than 360 0 (degrees of angle), in particular between 400 and 1500 ° 0, extend.
  • the spiral-shaped material connections can extend over a range between 500 0 and 1200 0 .
  • a spiral shape can have between 1.5 and 3 “turns”.
  • more than 360 0 means that the shape has a length that is greater than a circumference that the shape describes or that surrounds the shape (in the case of polygonal shapes).
  • a spacing 11 between adjacent sections of the linear cohesive connections is at least 50%, in particular between 50% and 200%, preferably between 50% and 100%, of a maximum width 12 of the respective linear material connection is in the same plane.
  • the first contact element 7 and / or the second contact element 8 have the beads 9.
  • the first contact element 7 and / or the second contact element 8 is / are designed without beading, as shown in FIG.
  • a battery 1 with a plurality of rechargeable cells 2, which have electrical poles, which are electrically conductively and cohesively connected to one another via at least a first flat, in particular plate-shaped, contact element 7, can therefore be produced within the scope of the invention in such a way that each at least 5% of contact surfaces 6 of the electrical negative poles 5 adjacent to the first contact element 7 with the first contact element 7 and / or at least 6% each of contact surfaces 4 of the electrical positive poles 3 adjacent to the first contact element 7 with the first contact element 7 become.
  • the material connections are preferably produced by laser welding.
  • the parameters to be used for this depend on the materials used and can easily be determined by a person skilled in the art on the basis of these framework conditions.
  • the exemplary embodiments show or describe possible design variants, combinations of the individual design variants with one another also being possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1) mit einer Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen (2), die elektrische Pole aufweisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktelement (7) elektrische leitend und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei je zumindest 5 % von Kontaktflächen der an dem ersten Kontaktelement (7) anliegenden elektrischen Minuspole mit dem ersten Kontaktelement (7) und/oder je zumindest 6 % von Kontaktflächen der an dem ersten Kontaktelement (7) anliegenden elektrischen Pluspole mit dem ersten Kontaktelement (7) Stoff schlüssig verbunden sind.

Description

BATTERIE
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen, die elektrische Pole aufweisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenför miges, Kontaktelement elektrische leitend und stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit einer Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen, die elektrische Pole aufweisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktelement elektrische leitend und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Aufgrund des umweltbedingten Trends zu elektrischen Antrieben, beispielsweise von Kraft fahrzeugen, sind auch Batterien mit wiederaufladbaren Zellen in den Fokus der Entwicklung gelangt. Dabei spielt auch das Temperaturverhalten dieser Batterien eine wesentliche Rolle, da Überhitzungen von Zellen zu recht dramatischen Unfällen führen können. Häufig anzufin den sind daher Kühlsysteme unterschiedlichster Natur, wie beispielsweise Luftkühlungen o- der Systeme mit Flüssigkeitskühlem. Diese Kühlsysteme arbeiten Teils sehr zufriedenstel lend. Es besteht aber nach wie vor ein Bedarf zur Verbesserung des Temperaturmanagements derartiger Batterien.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Temperierung einer wiederaufladbaren Batterie zu Grunde, insbesondere die Überhitzung einer wiederaufladbaren Batterie im Betrieb zu ver meiden.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei der eingangs genannten Batterie dadurch gelöst, dass je zumindest 5 % der Kontaktflächen der an dem ersten Kontaktelement anliegenden elektri schen Minuspole mit dem ersten Kontaktelement und/oder je zumindest 6 % von Kontaktflä chen der an dem ersten Kontaktelement anliegenden elektrischen Pluspole mit dem ersten Kontaktelement stoffschlüssig verbunden sind.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, wo nach vorgesehen ist, dass je zumindest 5 % der Kontaktflächen der an dem ersten Kontaktele- ment anliegenden elektrischen Minuspole mit dem ersten Kontaktelement und/oder je zumin dest 6 % von Kontaktflächen der an dem ersten Kontaktelement anliegenden elektrischen Pluspole mit dem ersten Kontaktelement stoffschlüssig verbunden werden.
Von Vorteil ist dabei, dass über das erste Kontaktelement, das üblicherweise aus einem metal lischen Werkstoff besteht, Wärme aus den Zellen abgeleitet werden kann. Dabei kann durch die relativ großflächige stoffschlüssige Verbindung zwischen den Polen der Zellen und dem Kontaktelement die ab führbare Wärmemenge pro Zeiteinheit im Vergleich zu bekannten Schweißverbindungen vergrößert werden. Es ist bekannt, die Zellen einer derartigen Batterie mittels Laserschweißen mit einem Kontaktblech zu verbinden. Nachdem das Laserschweißen der Pole der Zellen trotz des geringen Energieeintrags hinsichtlich Kurschlussbildung in den Zellen problematisch ist, werden üblicherweise nur punktförmige Schweißstellen ausgebildet. In Abkehr davon sieht die Erfindung eine größerflächige Anbindung der Zellen an das erste Kontaktelement vor. Als Zusatzeffekt dieser größerflächigen Stoffschlussverbindung kann auch eine verbesserte mechanische Stabilität der Batterie erreicht werden, womit unter Um ständen der Aufbau der Batterie vereinfacht werden kann.
Bevorzugt sind nach einer Ausführungsvariante der Erfindung gleichgepolte elektrische Pole mit dem zumindest einen ersten Kontaktelement verbunden, da damit die Automatisierung der Stoffschlussverbindung der Zellen mit dem ersten Kontaktelement vereinfacht werden kann.
Insbesondere sind gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung dazu die Pole die Minus pole der Zellen.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur elektrischen und stoffschlüssigen Verbindung der Pluspole zumindest ein zweites flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktelement angeordnet ist, um die Automatisierbarkeit der Herstellung der Batterie mit verbesserter Wärmeabfuhr weiter zu verbessern.
Aus den voranstehenden Gründen kann dabei nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass je zumindest 6 % der Kontaktflächen der an dem zweiten Kontaktelement anliegenden Pluspole mit dem zweiten Kontaktelement stoffschlüssig ver bunden sind. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass unterschiedlich gepolte elektrische Pole von zumindest zwei Zellen mit dem zumindest einen ersten Kontaktelement verbunden sind. Es kann also auch eine Serienschaltung der Zel len mit der Erfindung realisiert werden.
In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die stoff schlüssigen Verbindungen zwischen den elektrischen Polen und dem Kontaktelement linien förmig ausgebildet sind, da die Stoffschlussverbindung damit relativ rasch hergestellt werden kann, wodurch der Problematik der Energieeintrages in die Zellen während der Verbindungs herstellung besser begegnet werden kann.
Dabei kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen mit zumindest einem Richtungswechsel in der Ebene der Verbindungen versehen sind. Durch den Richtungswechsel kann bei gleichblei bender Fläche des Stoffschlusses die Breite des Verbindungsbereichs reduziert werden, womit ebenfalls auf den Energieeintrag in die Zellen während der Verbindungsherstellung Einfluss genommen werden kann.
Vorzugsweise kann zur weiteren Verbesserung der genannten Effekte nach einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen mehrere Richtungswechsel ohne Überkreuzung der linienförmigen Verbindungen aufweisen.
In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die stoffschlüssigen Verbindungen spiralförmig ausgebildet sind. Durch die Spiralform entsteht ein offenes Ende des Verbindungsbereichs, über den Luft- oder Feuchtigkeitseinschlüsse im Verbindungsbereich besser vermieden werden können.
Dabei kann zur Erhöhung der Verbindungsfläche gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass sich die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen jeweils über mehr als 360 0 erstrecken.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Ab stand zwischen nebeneinander angeordneten Abschnitten der linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen zumindest 50 % der Maximalbreite der jeweiligen linienförmigen stoffschlüssi gen Verbindung in der gleichen Ebene beträgt. Durch die Einhaltung dieses Mindestabstandes kann wiederum die Temperaturbelastung des Verbindungsbereiches beim Verbinden des Kon taktelementes mit den Zellen geringer gehalten werden, da zwischen den linienförmigen Ver bindung sbereichen genügend Abstand für die Wärmeabfuhr und damit ein relativ rasches Ab kühlen des Verbindungsbereichs nach der Verbindungsherstellung zur Verfügung steht.
Zur Vereinfachung der Positionierung des Kontaktelementes auf den elektrischen Polen der Zellen kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement sickenfrei ausgebildet ist/sind. Zudem kann damit das Herstellverfahren der Kontaktelemente vereinfacht werden.
Die Vorteile der Erfindung treten insbesondere dann zu Tage, wenn nach einer weiteren Aus- führungsvariante die Zellen I l thi um -Ion en - Akkumul atoren sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Batterie im Teilschnitt;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante einer Batterie;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Kontaktelement in Draufsicht;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante einer Batterie.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Batterie 1 dargestellt. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in den Figuren nur Bestandteile der Batterie 1 dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. Die Batterie 1 kann also auch anders bzw. komplexer aufgebaut sein.
Die Batterie 1 dient insbesondere als Energiespeicher für E-Mobility Anwendungen. Sie kann aber auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden.
Die Batterie 1 weist eine Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen 2 auf. Die Batterie 1 kann da her auch als Akkumulator bezeichnet werden.
Die in den Figuren dargestellte Anzahl an Zellen 2 ist nicht beschränkend zu verstehen.
Die Zellen 2 dienen der wiederholbaren Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung sind die Zellen 2 Lithium- Io nen- Akkumulatoren. Die Zellen 2 können aber auch auf Basis einer anderen Technologie zur wiederholbaren Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie ausgebildet sein.
Die Zellen 2 sind insbesondere Rundzellen, das heißt, dass sie zylinderförmig ausgebildet sein können. Sie können aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise eine quaderför mige Form.
Jede der Zellen 2 weist elektrische Pole auf, nämlich einen Pluspol 3 mit einer ersten Kontakt fläche 4 und einen Minuspol 5 mit einer zweiten Kontaktfläche 6.
Pole der Batterie sind über ein flächiges, also nicht drahtförmiges, erstes Kontaktelement 7 elektrisch leitend verbunden. Das erste Kontaktelement 7 ist bevorzugt plattenförmig ausge bildet.
In der Ausführungsvariante der Batterie 1 nach Fig. 1 sind mit dem ersten Kontaktelement 7 ausschließlich die Minuspole 5 (also gleichgepolte Pole) elektrisch leitend miteinander kon taktiert.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es nach einer anderen Ausführungsvariante der Batterie 1 auch möglich, wie dies ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, dass die Pluspole 3 mit einem flächi gen, also nicht drahtförmigen, zweiten Kontaktelement 8 elektrisch leitend miteinander ver bunden sind. Das zweite Kontaktelement 8 ist ebenfalls bevorzugt plattenförmig ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Batterie 1, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist es auch möglich, dass der Pluspol 3 einer Zelle 2 mit dem Minuspol 5 einer weiteren Zelle 2 der Batterie 1 (also unterschiedlich gepolte Pole) mit dem ersten Kontaktelement 7 elektrisch lei tend verbunden ist.
Es sind im Rahmen der Erfindung also Parallelschaltungen und Serienschaltungen der Zellen 2 möglich.
Bevorzugt bestehen das erste und das zweite Kontaktelement 7, 8 ausschließlich aus einem metallischen Werkstoff, sind also beispielsweise durch Metallbleche gebildet.
Die Pole sind mit dem ersten Kontaktelement 7 bzw. dem zweiten Kontaktelement 8 nicht nur elektrisch leitend, sondern auch stoffschlüssig verbunden. Bevorzugt erfolgt die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung ohne Zusatzstoffwerkstoff, insbesondere durch Laserschwei ßen. Die Stoff Schluss Verbindung kann aber auch auf Basis einer anderen Technologie ausge bildet sein, beispielsweise Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen, etc..
Es besteht im Rahmen der Erfindung aber auch die Möglichkeit, dass nur eine Art von Polen, also nur die Minuspole 5 oder nur die Pluspole 3 stoffschlüssig mit dem ersten Kontaktele ment 7 (das in diesem Fall anstelle des zweiten Kontaktelements 8 auch für die elektrische Verbindung der Pluspole 3 eingesetzt wird) verbunden sind. Die jeweils anderen Pole können dann über geeignete andere Elemente ortsstabil gehalten werden, beispielsweise über Rah menelemente mit Durchbrüchen, in die die Zellen 2 eingesetzt sind.
Die folgenden Ausführungen zu der stoffschlüssigen Verbindung der Pole mit dem ersten Kontaktelement 7 können auf alle Pole der Zellen 2 angewandt werden, also auch auf die Ver bindungen mit dem zweiten Kontaktelement 8. Es ist aber möglich, dass nur eine Art von Po len der Zellen 2, insbesondere die Minuspole 5, mit den nachfolgend beschriebenen, erfin dungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindungen versehen sind. Die folgenden Ausführungen können daher auf alle Pole der Batterie 1 oder nur auf einen Teil der Pole der Batterie 1 ange wandt werden.
Wie bereits ausgeführt, weisen die Pluspole 3 die ersten Kontaktflächen 4 und die Minuspole 5 die zweiten Kontaktflächen 6 auf. Die ersten und zweiten Kontaktflächen 4, 6 sind dabei insbesondere jene Flächen der Pole, die zumindest annähernd parallel (insbesondere parallel) zum ersten bzw. zweiten Kontaktelement 7, 8 verlaufen. Dabei wird nur jener Bereich des ers ten bzw. zweiten Kontaktelementes 7, 8 betrachtet, der den jeweiligen Polen gegenüberlie gend angeordnet sind, also beispielsweise nicht der senkrechte Teil des ersten Kontaktelemen tes 7 in der Ausführungsvariante der Batterie nach Fig. 2.
Die absolute Größe dieser ersten bzw. zweiten Kontaktfläche 4, 6 der Pole ist im Rahmen der Zellengröße vordefinierbar.
Es ist nun vorgesehen, dass je zumindest 5 %, beispielsweise zwischen 6 % und 40 %, insbe sondere zwischen 7 % und 30 %, der Kontaktflächen 6 der an dem ersten Kontaktelement 7 anliegenden elektrischen Minuspole 5 mit dem ersten Kontaktelement 7 stoffschlüssig ver bunden sind. Alternativ oder zusätzlich dazu können je zumindest 6 %, beispielsweise zwi schen 7 % und 40 %, insbesondere zwischen 8 % und 30 %, der Kontaktflächen 4 der an dem ersten Kontaktelement 7 anliegenden elektrischen Pluspole 3 mit dem ersten Kontaktelement 7 Stoff- schlüssig verbunden sein. Es können auch je zumindest 6 %, beispielsweise zwischen 7 % und 40 %, insbesondere zwischen 8 % und 30 %, der Kontaktflächen 4 der an dem zwei ten Kontaktelement 8 anliegenden elektrischen Pluspole 3 mit den Kontaktflächen 6 der Plus pole 4 mit dem ersten Kontaktelement 7 stoffschlüssig verbunden sein. Diese Angaben bezie hen sich dabei auf jede einzelne Kontaktfläche 4, 7 der Zellen, sind also nicht nur als Sum menanteil aller Kontaktflächen 4, 8 der Zellen zu verstehen.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt einer Draufsicht auf das erste Kontaktelement 7 mit verschiedenen Ausführungsformen der stoffschlüssigen Verbindung (auch als Schweißnähte bezeichenbar) zwischen dem ersten Kontaktelement 7 und den Polen gezeigt. Wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen ist, können zur elektrischen Kontaktierung der Pole im ersten Kontaktelement 7 und/oder im zweiten Kontaktelement 8 Sicken 9 ausgebildet sein, beispielsweise durch Tief ziehen oder andere geeignete Verfahren.
Die Bereiche der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Polen und dem ersten Kontak telement 7 können flächig ausgebildet sein. Die Sicken haben (zumindest annähernd) eine kreisrunde Form. Die gebildeten Kreise (in Draufsicht betrachtet) weisen einen Durchmesser 10 auf. Die durch diesen Durchmesser 10 definierten Flächen stellen die jeweiligen Referenz flächen für die Bestimmung des voranstehend genannten Relativanteils der stoffschlüssigen Verbindungen mit den Kontaktflächen dar. Es sei jedoch daraufhingewiesen, dass die Sicken auch eine andere Form aufweisen können, beispielsweise eine rechteckförmige oder quadratische Form. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Pole nicht mit einer kreisrunden Kontaktfläche (in Draufsicht betrach tet) ausgebildet sind, wie dies bei der Ausführungsvariante der Batterie 1 mit Rundzellen als Zellen 2 der Fall ist.
Die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Polen und dem ersten Kontaktelement 7 kann flächig ausgeführt sein, beispielsweise in Form eines Quadrates, Rechteckes, eines Ovals oder eines Kreises, wie dieser in Fig. 3 links oben dargestellt ist. Andere, hier nicht ex plizit aufgezählte Flächenformen sind ebenfalls möglich.
Bevorzugt erfolgt die Ausbildung der Flächen nicht mit einem vollständigen Aufschmelzen des Werkstoffes zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindungen, sondern durch zellenför miges Abfahren mit einer Stoffschlussverbindungsvorrichtung, beispielswiese einem Faser schweißkopf einer Faserschweißmaschine, der Flächen, in denen die stoffschlüssigen Verbin dungen ausgebildet werden sollen.
Bevorzugt sind die Verbindungsbereiche der stoffschlüssigen Verbindungen gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung jedoch linienförmig ausgebildet (wiederum in der Ebene des ersten Kontaktelementes 7 im Bereich der jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung be trachtet).
Unter linienförmig wird dabei verstanden, dass die Gesamtlänge der Stoffschlussverbindung um mindestens 5 Mal, insbesondere mindestens 10 Mal, größer ist, als deren Breite (senkrecht auf die Fänge stehend). Anders als bei flächigen Verbindungsbereichen berühren sich neben einander ausgebildete Verbindungsbereiche aber nicht.
Die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen können ausschließlich geradlinig verlau fen. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können sie aber zumindest ei nen Richtungswechsel aufweisen. Beispielsweise können die die linienförmigen stoffschlüssi gen Verbindungen ein Oval bilden, wie dies in Fig. 3 oben Mitte dargestellt ist. Die linienför migen stoffschlüssigen Verbindungen können im einfachsten Fall aber auch eine V-Form auf weisen (Fig. 3, 2. Reihe von oben, links). Sie können auch andere offene oder geschlossene Formen mit zumindest einem Richtungswechsel, wie beispielsweise eine viereckige Form (Fig. 3, 3. Reihe von oben) oder eine dreieckige Form (Fig. 3, 4. Reihe von oben), etc., auf weisen. Andere Formen sind ebenso möglich. Der Richtungswechsel bezieht sich dabei auf die Ebene des ersten Kontaktelementes 7 im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung.
In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung weisen die linienförmigen stoffschlüs sigen Verbindungen zwischen den zweiten Kontaktflächen 6 der Zellen und dem ersten Kon taktelement 7 mehrere Richtungswechsel ohne Überkreuzung der linienförmigen Verbindun gen innerhalb einer Kontaktfläche auf. Besonders bevorzugt ist dabei eine spiralförmige Aus bildung, wie diese anhand einer quadratischen Spirale (Fig. 3, 2. Reihe von oben) oder einer runden Spirale (Fig. 3, 3. Reihe von oben) in Fig. 3 gezeigt ist. Die runde Spirale kann bei spielsweise eine archimedische oder eine hyperbolische oder eine logarithmische Spirale sein. Es sind auch andere Spiralformen, die gegebenenfalls über ihren Verlauf eine Abfolge von verschiedenen Radien aufweisen, möglich. Beispielsweise kann die Spiralform derart herge stellt werden, dass ein erster Kreisabschnitt (z.B. ein erster Halbkreis) mit einem ersten Ra dius, ein daran unmittelbar anschließender zweiter Kreisabschnitt (z.B. ein zweiter Halbkreis) mit einem zweiten Radius, ein daran unmittelbar anschließender dritter Kreisabschnitt (z.B. ein dritter Halbkreis) mit einem dritter Radius, etc., hergestellt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen jeweils über mehr als 360 0 (Winkelgrad), ins besondere zwischen 400 0 und 1500 °, erstrecken. Beispielsweise können sich die spiralförmi gen stoffschlüssigen Verbindungen über einen Bereich zwischen 500 0 und 1200 0 erstrecken. Beispielsweise kann eine Spiralform zwischen 1,5 und 3 „Windungen“ aufweisen.
Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass mehr als 360 0 meint, dass die Form eine Länge hat die größer als ein Kreisumfang ist, den die Form beschreibt bzw. der die Form gerade einhüllen umgibt (bei mehreckigen Formen).
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Ab stand 11 zwischen nebeneinander angeordneten Abschnitten der linienförmigen stoffschlüssi gen Verbindungen zumindest 50 %, insbesondere zwischen 50 % und 200 %, vorzugsweise zwischen 50 % und 100 %, einer Maximalbreite 12 der jeweiligen linienförmigen stoffschlüs sigen Verbindung in der gleichen Ebene beträgt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante der Batterie 1 weisen das erste Kontakte lement 7 und/oder das zweite Kontaktelement 8 die Sicken 9 auf. Gemäß einer weiteren Aus- führungsvariante der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Kontaktele ment 7 und/oder das zweite Kontaktelement 8 sickenfrei ausgebildet ist/sind, wie dies in Fig.
4 für das erste Kontaktelement 7 dargestellt ist. Ermöglicht wird dies, wenn die Zellen 2 im Bereich der zweiten Kontaktflächen 6 bzw. im Bereich der ersten Kontaktflächen 4 (in Fig. 4 nicht dargestellt) keine Ummantelung 13 (in Fig. 1 dargestellt), beispielsweise in Form eine Schrumpfschlauches, aufweisen. Gegebenenfalls kann diese Ummantelung 13 vor der Anord nung der Kontaktelemente 7, 8 zumindest partiell im Bereich der Pole entfernt werden.
Eine Batterie 1 mit einer Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen 2, die elektrische Pole auf weisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktele ment 7 elektrische leitend und stoffschlüssig miteinander verbunden werden, kann also im Rahmen der Erfindung so hergestellt werden, dass je zumindest 5 % von Kontaktflächen 6 der an dem ersten Kontaktelement 7 anliegenden elektrischen Minuspole 5 mit dem ersten Kon taktelement 7 und/oder je zumindest 6 % von Kontaktflächen 4 der an dem ersten Kontaktele ment 7 anliegenden elektrischen Pluspole 3 mit dem ersten Kontaktelement 7 stoffschlüssig verbunden werden.
Die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindungen erfolgt bevorzug durch Laserschweißen. Die dafür zu verwendenden Parameter richten sich nach den eingesetzten Werkstoffen und können vom Fachmann anhand dieser Rahmenbedingungen einfach bestimmt werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Batterie 1 diese bzw. der Bestandteile nicht notwendigerweise maßstäblich dar gestellt sind. Bezugszeichenaufstellung Batterie Zelle Pluspol Kontaktfläche Minuspol Kontaktfläche Kontaktelement Kontaktelement Sicke Durchmesser Abstand Maximalbreite Ummantelung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Batterie (1) mit einer Mehrzahl an wiederaufladbaren Zellen (2), die elektrische
Pole aufweisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kon- taktelement (7) elektrische leitend und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch ge kennzeichnet, dass je zumindest 5 % von Kontaktflächen (6) der an dem ersten Kontaktele ment (7) anliegenden elektrischen Minuspole (5) mit dem ersten Kontaktelement (7) und/oder je zumindest 6 % von Kontaktflächen (4) der an dem ersten Kontaktelement (7) anliegenden elektrischen Pluspole (3) mit dem ersten Kontaktelement (7) stoffschlüssig verbunden sind.
2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichgepolte elektri sche Pole mit dem zumindest einen ersten Kontaktelement (7) verbunden sind.
3. Batterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Minuspole (5) der Zellen (2) mit dem ersten Kontaktelement (7) verbunden sind.
4. Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen und stoffschlüssigen Verbindung der Pluspole (3) der Zellen (2) zumindest ein zweites flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktelement (8) angeordnet ist.
5. Batterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass je zumindest 6 % von ersten Kontaktflächen (4) der an dem zweiten Kontaktelement (8) anliegenden Pluspole (3) mit dem zweiten Kontaktelement (8) stoffschlüssig verbunden sind.
6. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich ge polte elektrische Pole mit dem zumindest einen ersten Kontaktelement (7) verbunden sind.
7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssigen Verbindungen linienförmig ausgebildet sind.
8. Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen mit zumindest einem Richtungswechsel in der Ebene der Ver bindungen versehen sind.
9. Batterie (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen mehrere Richtungswechsel ohne Überkreuzung der linienför migen Verbindungen aufweisen.
10. Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssigen Verbindungen spiralförmig ausgebildet sind.
11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die linienförmigen stoffschlüssigen Verbindungen jeweils über mehr als 360 0 erstrecken.
12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (11) zwischen nebeneinander angeordneten Abschnitten der linienförmigen stoff schlüssigen Verbindungen zumindest 50 % der Maximalbreite (12) der jeweiligen linienför migen stoffschlüssigen Verbindung in der gleichen Ebene beträgt.
13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (7) und/oder das zweite Kontaktelement (8) sickenfrei ausgebildet ist/sind.
14. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen Lithium-Ionen- Akkumulatoren sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer Batterie (1) mit einer Mehrzahl an wiederauf ladbaren Zellen (2), die elektrische Pole aufweisen, die über zumindest ein erstes flächiges, insbesondere plattenförmiges, Kontaktelement (7) elektrische leitend und stoffschlüssig mitei nander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass je zumindest 5 % von Kontaktflä chen (6) der an dem ersten Kontaktelement (7) anliegenden elektrischen Minuspole (5) mit dem ersten Kontaktelement (7) und/oder je zumindest 6 % von Kontaktflächen (4) der an dem ersten Kontaktelement (7) anliegenden elektrischen Pluspole (3) mit dem ersten Kontaktele ment (7) stoffschlüssig verbunden werden.
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