WO2024094484A1 - Stromableiter für eine batterie mit einem elektrodenwickel - Google Patents

Stromableiter für eine batterie mit einem elektrodenwickel Download PDF

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WO2024094484A1
WO2024094484A1 PCT/EP2023/079591 EP2023079591W WO2024094484A1 WO 2024094484 A1 WO2024094484 A1 WO 2024094484A1 EP 2023079591 W EP2023079591 W EP 2023079591W WO 2024094484 A1 WO2024094484 A1 WO 2024094484A1
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contacting element
current conductor
contact surface
contacting
electrode
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Hyunchul Roh
Nina Zensen
Manfred Rapp
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding

Definitions

  • the invention relates to a current collector for a battery with an electrode winding.
  • Electrode coils are used primarily in round cells and prismatic cells and are intended to enable the battery to have the highest possible energy density.
  • the electrode coil has one or more layers, with each layer having a cathode, an anode and a separator.
  • the cathodes and anodes can be electrically contacted via electrode tabs.
  • the electrode tabs of all cathodes of the electrode coil are led out at one end and the electrode tabs of the anodes of the electrode coil are led out at the other end of the electrode coil.
  • the anode is connected to the positive pole and the cathode to the negative pole of the battery via a current conductor.
  • the layers may not lie exactly congruently on top of one another, resulting in the electrode coil not having a flat front face.
  • the cause may be, for example, unevenly sized layers and the winding process, or the quality of the electrode tracks produced.
  • the curvature of the front face of the electrode coil after winding is also influenced by the materials used, the loading of the electrodes, and the calendering pressure. In particular, efforts to increase the energy density in lithium-ion cells have led to an increase in the loading of the electrodes and the calendering pressure, resulting in an even greater curvature of the front face of the electrode coil, also known as “camber” in technical terms.
  • curvature influences that are typical for the specifications, as well as curvature influences that are individual for each electrode coil.
  • the current conductors are placed on the front sides of the electrode coil and connected to one another via a welding process. In order to ensure a good electrical connection between the electrode lugs and the current conductors, the current conductors must be in good contact with all electrode lugs before welding. Otherwise, the welding process becomes more difficult.
  • the curvature of the electrode winding makes it difficult to make contact with the electrode tabs of the electrode winding on the front side and to weld the current conductor to the electrode tabs.
  • Current conductors are currently flat or have a predefined, particularly convex, curvature.
  • the current conductor is suitable for use in a battery with an electrode winding. Electrode tabs protrude from the electrode winding and form a front contact surface of the electrode winding.
  • the current conductor has a first contacting element and at least one second contacting element.
  • the first contacting element and the second contacting element are designed to be electrically conductive and are electrically connected to one another.
  • the first contacting element and the second contacting element are designed to be displaceable relative to one another in order to be adapted to the shape of the contact surface and are designed to be electrically connected to the contact surface.
  • both a flat shape and a shape deviating from it can be better approximated to the contact surface than with a purely flat current conductor.
  • the ability to move also enables better contact between the first contacting element and the second contacting element and the contact surface of the individual contacting coil than with a contacting element with a fixed, for example convex, shape.
  • the better and individual adaptation of the current conductor to the curvature of the front side of each individual electrode coil allows better contact to be made with the electrode tabs on the front side. As a result, even with a curved front side, simple welding between the electrode tabs and the current conductor is possible while maintaining good electrical contact between the electrode tabs and the current conductor.
  • the first contacting element and the second contacting element are connected to one another via a force-fitting connection.
  • the force-fitting connection applies at least a predefined clamping force between the first contacting element and the second contacting element.
  • Force-locking connections allow the first contact element and the second contact element to be moved relative to one another simply by applying force, without any further effort to release the connection.
  • the force-locking connection locks the relative position of the first contact element to the second contact element as soon as the external force stops, without any further effort being required for locking. This means that a simple method for moving and locking the first contact element to the second contact element is provided by the force-locking connection.
  • the pre-tensioning force ensures that the first contact element cannot be moved inadvertently relative to the second contact element by handling the current conductor in a manner that is common during production. This simplifies handling of the current conductor.
  • the first contacting element at least partially encloses the second contacting element or the second contacting element at least partially encloses the first contacting element.
  • Enclosing simplifies the provision of a force-fit connection between the first contacting element and the second contacting element. Furthermore, enclosing enables a particularly compact design of the current conductor.
  • the first contacting element encloses the second contacting element or the second contacting element encloses the first contacting element in at least one plane. This allows guidance and displacement of the second contacting element relative to the first contacting element or of the first contacting element relative to the second contacting element in the direction of a normal to the plane.
  • the first contacting element and the second contacting element have the same shape.
  • a first circumference of the first contacting element is larger than a second circumference of the second contacting element or the second circumference is larger than the first circumference.
  • the first contacting element and the second contacting element have the cross-sectional shape of the electrode winding.
  • the first contacting element and the second contacting element completely cover the contact surface without protruding beyond the circumference of the electrode winding. This allows a particularly compact arrangement of the current conductor in the battery.
  • the first contacting element and the second contacting element are arranged concentrically. This allows an axially symmetrical displacement of the first contacting element and the second contacting element relative to each other. Since the electrode windings, such as those used in round cells or prismatic cells, are axially symmetrical, a concentric arrangement of the first Contacting element and the second contacting element ensure particularly good electrical contact between the current conductor and the electrode lugs of the electrode winding.
  • first contacting element and the second contacting element are arranged next to one another. Arranging them next to one another enables the first contacting element and the second contacting element to have an identical shape. This makes it possible to reduce the manufacturing complexity and outlay of the current conductor. In this case, a force-fit connection between the first contacting element and the second contacting element can also be realized with the advantages mentioned above.
  • the first contacting element is guided in at least one second groove of the second contacting element and/or the second contacting element is guided in at least one first groove of the first contacting element.
  • the guide determines a direction of the relative movement of the first contacting element to the second contacting element.
  • a force-fit connection can be implemented via the first groove and/or the second groove.
  • the first groove and/or the second groove are particularly preferably designed as an undercut. This gives the first groove and/or the second groove the property of preventing a relative movement between the first contacting element and the second contacting element in a direction other than a longitudinal direction of the first groove and/or the second groove. This facilitates handling of the current conductor without reducing the adaptability of the current conductor to the curvature of the contact surface.
  • the first contacting element and the second contacting element can be moved before the current conductor is contacted with the contact surface of the electrode winding. To do this, the contact surface is scanned and the curvature of the contact surface is determined. The first contacting element and the second contacting element are then moved relative to each other according to the determined curvature of the contact surface.
  • the first contacting element and the second contacting element can be moved relative to one another by pressing them against the contact surface and can be adjusted to the contact surface. Accordingly, scanning the contact surface and presetting the displacement of the first contact element relative to the second contact element can be dispensed with.
  • This property of the first contacting element and the second contacting element is achieved by a correspondingly adjusted force-locking connection. In particular, the force required to overcome the force-locking connection is below and/or corresponds to a force that the electrode tabs can withstand without bending.
  • a force-locking connection between the first contacting element and the second contacting element is particularly advantageously achieved by surface friction between the first contacting element and the second contacting element.
  • friction between the first contacting element and the second contacting element can be implemented by at least two, in particular three, contact points between the surface of the first contacting element and the surface of the second contacting element.
  • these two, in particular three, contact points need to be manufactured to exact dimensions.
  • the remaining surface of the first contacting element and the second contacting element does not need to correspond to this high degree of dimensional accuracy and does not need to be in contact with the other surface.
  • the grooves and the corresponding fit of the other contacting element engaging in the groove are already to be understood as a point of contact.
  • the two contact points refer to the groove and the corresponding fit.
  • the current conductor has a plurality of second contacting elements.
  • the second Contacting elements are electrically connected to one another and can be moved relative to one another. This makes it possible to pick up a curvature of the contact surface using several contacting elements and to adapt better to the contact surface.
  • the electrical connection between the first contacting element and the second contacting element can be made directly between the first contacting element and the second contacting element by direct contact of the surfaces of the first contacting element and the second contacting element. This reduces the number of elements required in the current conductor and reduces the manufacturing costs of the current conductor.
  • the current conductor has a connecting element.
  • the connecting element is electrically connected to the first contacting element and the second contacting element.
  • the connecting element allows greater design freedom for the first contacting element and the second contacting element, since they do not have to be electrically conductive at their point of contact.
  • the connecting element is designed to be able to directly contact a pole of the battery.
  • the current conductor thus enables a reduction in the number of components of the battery.
  • the invention further comprises a battery element having an electrode winding. Electrode tabs protrude from the electrode winding and form a front contact surface of the electrode winding.
  • the battery element comprises a current conductor according to one of the previous embodiments, wherein the first contacting element of the current conductor and the second contacting element of the current conductor are adapted to the contact surface and are at least partially electrically connected to the contact surface. Such a battery element has better contact between the current conductor and the electrode winding and allows for simpler production.
  • the battery element has a material connection, in particular a welded connection, between the first Contacting element and/or the second contacting element and the contact surface.
  • a material-locking connection allows a particularly low electrical resistance between the electrode tabs and the first contacting element and the second contacting element.
  • a welded connection, in particular a welded connection created by laser welding, does not require any direct mechanical intervention in the battery cell and accelerates the production of the battery cell.
  • the first contacting element and the second contacting element are at least partially fastened to one another by means of the material-locking connection.
  • the material-locking connection between the first contacting element and the second contacting element provides a greater force to counteract a displacement between the first contacting element and the second contacting element than the force-locking connection.
  • a simple displacement is no longer possible after a material-fit connection.
  • this is desirable because the material-fit connection between the first contact element and the second contact element only occurs after the first contact element and the second contact element have been adjusted to the contact surface. Unintentional displacement between the first contact element and the second contact element is prevented.
  • a material-fit connection between the first contact element and the second contact element thus ensures an electrical connection between the contact surface and the first contact element and the second contact element, even when the battery is subjected to greater external forces, such as those that occur during impacts.
  • Figure 1 is a schematic representation of a battery with an electrode winding and a current collector according to the prior art
  • Figure 2 is a schematic representation of a cross section of a current conductor according to a first embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of a cross section of a current conductor according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of a battery with a current collector according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a battery 1 with an electrode winding 5 and a current conductor 7 according to the prior art.
  • the electrode coil 5 has electrode tabs 5a, 5b which protrude from both end faces of the electrode coil 5 and each form a contact surface 6a, 6b.
  • First electrode tabs 5a of the anode are located on one end face of the electrode coil 5, and second electrode tabs 5b of the cathode are located on the other end face of the electrode coil 5.
  • the second electrode tabs 5b of the cathode are located on the lower end face of the electrode coil 5 and form a cathode-side contact surface 6b.
  • the first electrode tabs 5a of the anode are located on the upper end face of the electrode coil 5 and form an anode-side contact surface 6a.
  • the electrode coil 5 is not uniform and therefore has curved contact surfaces 6a, 6b.
  • the housing of the battery 1 forms a negative pole 3 of the battery 1.
  • the positive pole 2 of the battery 1 is arranged at one end of the battery and is electrically insulated from the negative pole 3 by a seal 4 and protrudes beyond the housing of the battery 1 to make contact.
  • the cathode-side contact surface 6b is connected to the housing and thus to the negative pole 3 of the battery 1 via a current conductor 7.
  • the anode-side contact surface 6a is connected to the positive pole 2 of the battery 1 via a current conductor 7 and a connecting spring 8.
  • the current conductors 7 according to the state of the art are designed flat. Consequently, the current conductor 7 cannot follow the curvature of the contact surfaces 6a, 6b and not all electrode tabs 5a, 5b are contacted.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a cross section of a current conductor 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the current conductor 10 is suitable for use in the battery 1 with the electrode winding 5. As previously explained in relation to the prior art, electrode tabs 5a, 5b protrude from the electrode winding 5 and form the front contact surface 6a, 6b of the electrode winding 5.
  • the current conductor 10 has a first contacting element 10a and at least one second contacting element 10b, 10c.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c are designed to be electrically conductive and are electrically connected to one another.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c are designed to be displaceable relative to one another in order to be adapted to the shape of the contact surface 6a, 6b and are designed to be electrically connected to the contact surface 6a, 6b.
  • both a flat shape and a shape deviating from it of the contact surface 6a, 6b can be better approximated than with a merely flat current conductor 10.
  • a contact between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c can be better adapted to the contact surface 6a, 6b of the individual contacting coil 5 than with a current conductor 7 according to the prior art with a fixed, for example convexly curved, shape.
  • Electrode lugs 5a, 5b can be better contacted with the contact surface 6a, 6b.
  • simple welding between the electrode lugs 5a, 5b and the current conductor 10 is possible while maintaining good electrical contact between the electrode lugs 5a, 5b and the current conductor 10.
  • the current conductor 10 preferably has a plurality of second contacting elements 10b, 10c.
  • the second contacting elements 10b, 10c are electrically connected to one another and can be moved relative to one another.
  • An exemplary embodiment of this is shown in Fig. 2.
  • the second contacting element 10b is at least partially enclosed by the first contacting element 10a and a further second contacting element 10c is at least partially enclosed by the second contacting element 10b.
  • first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c are connected to one another via a force-fitting connection.
  • the force-fitting connection applies at least a predefined clamping force between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c.
  • Force-locking connections allow the first contact element 10a and the second contact element 10b, 10c to be moved relative to one another by simply applying force without any further effort to release the connection.
  • the force-locking connection locks the relative position of the first contact element 10a to the second contact element 10b, 10c as soon as the external force stops without any further effort being required for locking.
  • the pre-tensioning force ensures that the first contacting element 10a cannot be accidentally moved toward the second contacting element 10b, 10c by handling the current conductor 10 as is usual during production. This simplifies handling of the current conductor 10.
  • the first contacting element 10a at least partially encloses the second contacting element 10b, 10c or the second contacting element 10b, 10c at least partially encloses the first contacting element 10a.
  • the enclosing simplifies the provision of a force-fitting connection between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c. Furthermore, the enclosing enables a particularly compact design of the current conductor 10.
  • the first contacting element 10a encloses the second contacting element 10b, 10c or the second contacting element 10b, 10c encloses the first contacting element 10a in at least one plane. This allows guidance and displacement of the second contacting element 10b, 10c relative to the first contacting element 10a or of the first contacting element 10a relative to the second contacting element 10b, 10c in the direction of a normal to the plane.
  • the further second contacting element 10c is at least partially enclosed by the second contacting element 10b.
  • the further second contacting element 10c and the second contacting element 10b have such a fit that the further second contacting element 10c is held in the second contacting element 10b by means of friction.
  • the second contacting element 10b is partially enclosed by the first contacting element 10a and the second contacting element 10b and the first contacting element 10a have such a fit that the second contacting element 10b is held in the first contacting element 10a by means of friction.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c have the same shape.
  • a first circumference 11a of the first contacting element 10a is larger than a second circumference 11b, 11c of the second contacting element 10b, 10c or the second circumference 11b, 11c is larger than the first circumference 11a.
  • first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c have the cross-sectional shape of the electrode winding 5.
  • first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c completely cover the contact surface 6a, 6b without protruding beyond the circumference of the electrode winding 5.
  • the first contacting element 10a, the second contacting element 10b and the further second contacting element 10c are round, since they are intended for contacting a round contact surface of a round electrode winding 5.
  • the first contacting element 10a, the second contacting element 10b and the further second contacting element 10c can also have an ellipsoidal or any other shape.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c are arranged concentrically. This allows for an axially symmetrical displacement of the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c relative to one another. Since the electrode windings 5, such as those used in round cells or prismatic cells, are axially symmetrical, a concentric arrangement of the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c allows a particularly good electrical contact of the current conductor 10 with the electrode lugs 5a, 5b of the electrode winding 5.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a cross section of a current conductor 10 according to a second embodiment of the invention.
  • first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c are arranged next to each other.
  • the arrangement next to each other enables the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c have an identical shape.
  • the manufacturing complexity and the manufacturing effort of the current conductor 10 can thus be reduced.
  • a force-fitting connection between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c can also be realized with the advantages mentioned above.
  • the first contacting element 10a is guided in at least one second groove 9b of the second contacting element 10b and/or the second contacting element 10b is guided in at least one first groove 9a of the first contacting element 10a.
  • the guide determines a direction of the relative movement of the first contacting element 10a to the second contacting element 10b.
  • a force-fit connection can be implemented via the first groove 9a and/or the second groove 9b.
  • first groove 9a and/or the second groove 9b are designed as an undercut. This gives the first groove 9a and/or the second groove 9b the property of preventing a relative movement between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b in a direction other than a longitudinal direction of the first groove 9a and/or the second groove 9b. This makes it easier to handle the current conductor 10 without reducing the adaptability of the current conductor 10 to the curvature of the contact surface 6a, 6b.
  • any combination of the arrangement of the first contacting element 10a and the second contacting element 10b and further second contacting elements 10c is possible. This enables better adaptation to more complex curvatures of the contact surface 6a, 6b.
  • several second contacting elements 10b, 10c can be arranged next to one another and at least partially enclosed by the first contacting element 10a.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c can be displaced relative to one another by pressing them against the contact surface 6a, 6b and can be adapted to the contact surface 6a, 6b. Accordingly, scanning of the contact surface 6a, 6b and presetting of the displacement of the first contacting element 10a relative to the second Contacting element 10b, 10c can be dispensed with.
  • This property of the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c is achieved by a correspondingly adjusted force-locking connection.
  • the force required to overcome the force-locking connection is below a force and/or corresponds to this force which the electrode lugs 5a, 5b can withstand without bending.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a battery 1 with a current conductor 10 according to the embodiment of the invention.
  • the battery 1 also comprises a battery element 1a having an electrode winding 5. Electrode tabs 5a, 5b protrude from the electrode winding 5 and form a front contact surface 6a, 6b of the electrode winding 5.
  • the battery element 1a comprises a current conductor 10 according to a previous embodiment, wherein the first contacting element 10a of the current conductor 10 and the second contacting element 10b, 10c of the current conductor 10 are adapted to the contact surface 6a, 6b and at least partially electrically connected to the contact surface 6a, 6b.
  • Such a battery element 1a has better contact between the current conductor 10 and the electrode winding 5 and allows for easier production.
  • the second contacting element 10b, 10c of the current conductor 10 is displaced in relation to the first contacting element 10a and the further second contacting element 10b, 10c.
  • the second contacting element 10b, 10c is also able to contact the electrode lugs 5a, 5b, which are displaced relative to the surrounding electrode lugs 5a, 5b. It is also clear that with an increasing number of further second contacting elements 10b, 10c, the curvature of the contact surface 6a, 6b can be better detected.
  • the battery element 1a has a material connection, in particular a welded connection, between the first contacting element 10a and/or the second contacting element 10b, 10c and the contact surface 6a, 6b.
  • a material connection allows a particularly low electrical resistance between the electrode lugs 5a, 5b and the first contacting element 10a and the second contacting element 10b.
  • a welded connection in particular a welded connection created by laser welding, does not require any direct mechanical intervention in the battery 1 and accelerates the production of the battery 1.
  • the first contacting element 10a and the second contacting element 10b are at least partially secured to one another by means of the material-locking connection.
  • the material-locking connection between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c provides a greater force against a displacement between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c than the force-locking connection.
  • a simple displacement is no longer possible after a material-locking connection.
  • the material connection between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c only occurs after the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c have been adapted to the contact surface 6a, 6b, preventing unintentional displacement between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c.
  • a material connection between the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c ensures an electrical connection between the contact surface 6a, 6b and the first contacting element 10a and the second contacting element 10b, 10c even when larger external forces act on the battery 1, such as those that occur during impacts.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromableiter (10) für eine Batterie (1) mit einem Elektrodenwickel (5), wobei Elektrodenfahnen (5a, 5b) aus dem Elektrodenwickel (5) hervorstehen und eine stirnseitige Kontaktfläche (6a, 6b) des Elektrodenwickels (5) bilden, der Stromableiter (10) aufweisend ein erstes Kontaktierungselement (10a) und zumindest ein zweites Kontaktierungselement (10b, 10c), wobei das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) elektrisch leitend ausgebildet sind, miteinander elektrisch verbunden sind, zueinander verschiebbar ausgebildet sind, um an die Form der Kontaktfläche (6a, 6b) angepasst zu werden, und ausgebildet sind mit der Kontaktfläche (6a, 6b) elektrisch verbunden zu werden.

Description

Stromableiter für eine Batterie mit einem Elektrodenwickel
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Stromableiter für eine Batterie mit einem Elektrodenwickel.
Elektrodenwickel kommen vor allem in Rundzellen und prismatischen Zellen zum Einsatz und sollen eine möglichst hohe Energiedichte der Batterie ermöglichen. Der Elektrodenwickel weist eine oder mehrere Schichten auf, wobei jede Schicht eine Kathode, eine Anode und einen Separator aufweist. Über Elektrodenfahnen sind die Kathoden und die Anoden elektrisch kontaktierbar. Die Elektrodenfahnen aller Kathoden des Elektrodenwickels sind an einer Stirnseite herausgeführt und die Elektrodenfahnen der Anoden des Elektrodenwickels sind an der anderen Stirnseite des Elektrodenwickels herausgeführt. Über je einen Stromableiter sind die Anode mit dem Pluspol und die Kathode mit dem Minuspol der Batterie verbunden.
Im Herstellungsprozess der Batterie kann es beim Wickeln der Elektrodenwickel dazu kommen, dass die Schichten nicht exakt kongruent übereinanderliegen und sich folglich keine plane Stirnseite des Elektrodenwickels ergibt. Die Ursache kann z.B. in ungleichmäßig großen Schichten und in dem Wickelprozess gefunden werden oder in der Qualität der gefertigten Elektrodenbahnen. Beeinflusst wird die Krümmung der Stirnseite des Elektrodenwickels nach dem Wickeln auch durch die verwendeten Materialien, die Beladung der Elektroden und den Kalendrierungsdruck. Insbesondere durch die Bestrebungen die Energiedichte in Lithium-Ionen-Zellen zu erhöhen, wird die Beladung der Elektroden und der Kalendrierungsdruck erhöht, wodurch es zu einer noch stärkeren Krümmung, in der Fachsprache auch als „Camber“ bezeichnet, der Stirnseite des Elektrodenwickels kommt. Hierbei treten sowohl spezifikationstypische Krümmungseinflüsse und zusätzlich für jeden Elektrodenwickel individuelle Krümmungseinflüsse auf. Im Herstellungsprozess werden die Stromableiter an die Stirnseiten des Elektrodenwickels angelegt und über einen Schweißvorgang miteinander verbunden. Um eine gute elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenfahnen und den Stromableitern zu gewährleisten müssen die Stromableiter bereits vor dem Verschweißen in einem guten Kontakt mit allen Elektrodenfahnen sein. Andersfalls erschwert sich der Schweißvorgang.
Die Krümmung des Elektrodenwickels erschwert die Kontaktierung der Elektrodenfahnen des Elektrodenwickels an der Stirnseite und die Verschweißung des Stromableiters mit den Elektrodenfahnen. Gegenwärtig sind Stromableiter plan ausgeführt oder weisen eine vordefinierte, insbesondere konvexe, Wölbung auf.
Es ist die Aufgabe der Erfindung auch bei unebenen Stirnflächen der Elektrodenwickel eine einfache und zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen den Stromableitern und den Elektrodenfahnen für jeden individuellen Elektrodenwickel zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Stromableiter gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Stromableiter ist zur Anwendung in einer Batterie mit einem Elektrodenwickel geeignet. Hierbei stehen Elektrodenfahnen aus dem Elektrodenwickel hervor und bilden eine stirnseitige Kontaktfläche des Elektrodenwickels. Der Stromableiter weist ein erstes Kontaktierungselement und zumindest ein zweites Kontaktierungselement auf. Das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement sind elektrisch leitend ausgebildet und miteinander elektrisch verbunden. Das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement sind zueinander verschiebbar ausgebildet, um an die Form der Kontaktfläche angepasst zu werden, und sind ausgebildet mit der Kontaktfläche elektrisch verbunden zu werden.
Durch die Verschiebbarkeit des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements zueinander kann sowohl eine plane Form, als auch eine davon abweichende Form der Kontaktfläche besser angenähert werden als mit einem lediglich planen Stromableiter. Ebenso kann durch die Verschiebbarkeit ein besserer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement und der Kontaktfläche des individuellen Kontaktierungswickels ermöglicht werden, als durch ein Kontaktierungselement mit einer fest vorgegebenen, zum Beispiel einer konvex gewölbten, Form. Durch die bessere und individuelle Anpassung des Stromableiters an die Krümmung der Stirnseite jedes individuellen Elektrodenwickels können die Elektrodenfahnen an der Stirnseite besser kontaktiert werden. In der Folge ist auch bei einer gekrümmten Stirnseite ein einfaches Verschweißen zwischen den Elektrodenfahnen und dem Stromableiter bei einem weiterhin guten elektrischen Kontakt zwischen den Elektrodenfahnen und dem Stromableiter möglich.
Durch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement genügt es nur an einem der beiden Kontaktierungselemente einen elektrischen Kontakt zu einem Batteriepol herzustellen. Dies vereinfacht die Herstellung der Batterie.
Vorteilhafterweise sind das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement über eine kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden. Hierbei bringt die kraftschlüssige Verbindung zumindest eine vordefinierte Spannkraft zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement auf.
Kraftschlüssige Verbindungen ermöglichen durch einfache Krafteinwirkung eine Verschiebung des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements zueinander ohne einen weiteren Aufwand zur Lösung der Verbindung. Zudem arretiert die kraftschlüssige Verbindung die Relativposition des ersten Kontaktierungselements zum zweiten Kontaktierungselements sobald die äußere Krafteinwirkung aufhört, ohne dabei einen weiteren Aufwand für die Arretierung zu benötigen. Somit ist ein einfaches Verfahren zur Verschiebung und Arretierung des ersten Kontaktierungselements zum zweiten Kontaktierungselement durch die kraftschlüssige Verbindung gegeben. Mittels der Vorspannkraft wird insbesondere eine ungewollte Verschiebung des ersten Kontaktierungselements zum zweiten Kontaktierungselement durch eine in der Herstellung übliche Handhabung des Stromableiters gewährleistet. Dies vereinfacht eine Handhabung des Stromableiters. Bevorzugt umschließt das erste Kontaktierungselement das zweite Kontaktierungselement zumindest teilweise oder umschließt das zweite Kontaktierungselement das erste Kontaktierungselement zumindest teilweise. Das Umschließen vereinfacht das Bereitstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement. Weiterhin ermöglicht das Umschließen eine besonders kompakte Bauweise des Stromableiters.
Besonders bevorzugt umschließt das erste Kontaktierungselement das zweite Kontaktierungselement oder das zweite Kontaktierungselement das erste Kontaktierungselement in zumindest einer Ebene. Dies erlaubt eine Führung und Verschiebung des zweiten Kontaktierungselements zum ersten Kontaktierungselement oder des ersten Kontaktierungselements zum zweiten Kontaktierungselement in der Richtung einer Normalen der Ebene.
Vorteilhafterweise weisen das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement dieselbe Form auf. Hierbei ist ein erster Umfang des ersten Kontaktierungselements größer als ein zweiter Umfang des zweiten Kontaktierungselements oder der zweite Umfang größer als der erste Umfang. Dies erleichtert eine Anordnung in welcher das erste Kontaktierungselement das zweite Kontaktierungselement zumindest teilweise umschließt, oder das erste Kontaktierungselement das zweite Kontaktierungselement zumindest teilweise umschließt.
Besonders vorteilhaft weisen das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement die Querschnittform des Elektrodenwickels auf. Hierdurch decken das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement die Kontaktfläche vollständig ab, ohne über den Umfang des Elektrodenwickels herauszuragen. Dies erlaubt eine besonders kompakte Anordnung des Stromableiters in der Batterie.
Bevorzugt sind das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement konzentrisch angeordnet. Dies erlaubt eine achssymmetrische Verschiebung des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements zueinander. Da die Elektrodenwickel, wie sie etwa in Rundzellen oder prismatischen Zellen verwendet werden, achssymmetrisch sind, erlaubt eine konzentrische Anordnung des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements eine besonders gute elektrische Kontaktierung des Stromableiters mit den Elektrodenfahnen des Elektrodenwickels.
In einer alternativen Ausführungsform sind das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement nebeneinander angeordnet. Das Nebeneinanderanordnen ermöglicht es, dass das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement eine identische Form aufweisen. Somit können die Herstellungskomplexität und der Herstellungsaufwand des Stromableiters verringert werden. Hierbei kann weiterhin eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement mit den oben erwähnten Vorteilen realisiert werden.
Bevorzugt wird das erste Kontaktierungselement in zumindest einer zweiten Nut des zweiten Kontaktierungselements und/oder das zweite Kontaktierungselemente in zumindest einer ersten Nut des ersten Kontaktierungselements geführt. Durch die Führung wird eine Richtung der Relativbewegung des ersten Kontaktierungselements zum zweiten Kontaktierungselement vorgegeben. Zudem kann über die erste Nut und/oder die zweite Nut eine kraftschlüssige Verbindung umgesetzt werden.
Besonders bevorzugt sind die erste Nut und/oder die zweite Nut als Hinterschnitt ausgestaltet. Dies gibt der ersten Nut und/oder der zweiten Nut die Eigenschaft eine Relativbewegung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement in eine andere Richtung als eine Längsrichtung der ersten Nut und/oder der zweiten Nut zu unterbinden. Dies erleichtert die Handhabung des Stromableiters ohne eine Anpassungsfähigkeit des Stromableiters an die Krümmung der Kontaktfläche zu verringern.
Die Verschiebung des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements ist vor der Kontaktierung des Stromableiters mit der Kontaktfläche des Elektrodenwickels möglich. Hierzu wird die Kontaktfläche gescannt und die Krümmung der Kontaktfläche bestimmt. Anschließend werden das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement zueinander entsprechend der bestimmten Krümmung der Kontaktfläche verschoben. Vorteilhafterweise sind das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement durch ein Anpressen an die Kontaktfläche zueinander verschiebbar und an die Kontaktfläche anpassbar. Demnach kann auf ein Scannen der Kontaktfäche und ein Voreinstellen der Verschiebung des ersten Kontaktelements zum zweiten Kontaktelements verzichtet werden. Diese Eigenschaft des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements wird durch eine entsprechen eingestellte kraftschlüssige Verbindung erreicht. Insbesondere liegt die zur Überwindung der kraftschlüssigen Verbindung benötigte Kraft unterhalb einer Kraft und/oder entspricht dieser Kraft, welcher die Elektrodenfahnen ohne abzuknicken standhalten.
Besonders vorteilhaft wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement durch eine Oberflächenreibung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement erreicht. Bei dieser Umsetzung einer kraftschlüssigen Verbindung werden keine weiteren Elemente in dem Stromableiter benötigt. Wodurch sich die Herstellungskomplexität und die Herstellungskosten senken.
Bevorzugt kann eine Reibung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement durch zumindest zwei, insbesondere drei Berührungspunkte zwischen der Oberfläche des ersten Kontaktierungselements und der Oberfläche des zweiten Kontaktierungselements umgesetzt werden. Somit müssen nur diese zwei, insbesondere drei, Berührungspunkte maßhaltig gefertigt sein. Die restliche Oberfläche des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements muss nicht dieser hohen Maßgenauigkeit entsprechen und nicht mit der jeweils anderen Oberfläche in Kontakt stehen. Bei der Ausführungsform mit den Nuten in dem ersten Kontaktierungselement und/oder dem zweiten Kontaktierungselement sind die Nuten und die entsprechende in die Nut eingreifenden Passform des jeweils anderen Kontaktierungselements bereits als Berührungspunkt zu verstehen. In diesem Ausführungsbeispiel beziehen sich die zwei Kontaktierungspunkte auf die Nut und die korrespondierende Passform.
Besonders bevorzugt weist der Stromableiter eine Vielzahl von zweiten Kontaktierungselementen auf. Insbesondere sind die zweiten Kontaktierungselemente untereinander elektrisch verbunden und jeweils zueinander verschiebbar. Dies ermöglicht es eine Krümmung der Kontaktfläche durch mehrere Kontaktierungselemente abzugreifen und sich besser an die Kontaktfläche anzupassen.
Vorteilhafterweise kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement unmittelbar zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement durch einen direkten Kontakt der Oberflächen des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements erfolgen. Dies verringert die Anzahl an benötigten Elementen in dem Stromableiter und verringert die Herstellungskosten des Stromableiters.
Alternativ oder zusätzlich weist der Stromableiter ein Verbindungselement auf. Das Verbindungselement ist elektrisch mit dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement verbunden. Das Verbindungselement ermöglichen eine größere Gestaltungfreiheit des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements, da diese an ihrem Berührungspunkt nicht elektrisch leitend sein müssen.
Bevorzugt ist das Verbindungselement ausgebildet einen Pol der Batterie unmittelbar kontaktieren zu können. Somit ermöglicht der Stromableiter eine Verringerung der Anzahl an Komponenten der Batterie.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Batterieelement aufweisend einen Elektrodenwickel. Aus dem Elektrodenwickel stehen Elektrodenfahnen hervor und bilden eine stirnseitige Kontaktfläche des Elektrodenwickels. Das Batterieelement umfasst einen Stromableiter nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei das erstes Kontaktierungselement des Stromableiters und das zweites Kontaktierungselement des Stromableiters an die Kontaktfläche angepasst und zumindest teilweise elektrisch mit der Kontaktfläche verbunden sind. Ein solches Batterieelement weist eine bessere Kontaktierung zwischen dem Stromableiter und dem Elektrodenwickel auf und erlaubt eine einfachere Herstellung.
Bevorzugt weist das Batterieelement eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere einer Schweißverbindung, zwischen dem ersten Kontaktierungselement und/oder dem zweiten Kontaktierungselement und der Kontaktfläche auf. Eine stoffschlüssige Verbindung erlaubt einen besonders geringen elektrischen Widerstand zwischen den Elektrodenfahnen und dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement. Eine Schweißverbindung, insbesondere eine durch Laserschweißen erstellte Schweißverbindung, benötigt keinen direkten mechanischen Eingriff in die Batteriezelle und beschleunigt die Herstellung der Batteriezelle.
Besonders bevorzugt sind das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement mittels der stoffschlüssigen Verbindung zumindest teilweise untereinander befestigt. Hierbei stellt die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement eine größere Kraft einer Verschiebung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement entgegen als die kraftschlüssige Verbindung.
Eine einfache Verschiebung ist nach einer stoffschlüssigen Verbindung nicht ohne weiteres mehr möglich. Dies ist allerdings erwünscht, da die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement erst nach einer Anpassung des ersten Kontaktierungselements und des zweiten Kontaktierungselements an die Kontaktfläche erfolgt. Eine unbeabsichtigte Verschiebung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement wird unterbunden. Somit gewährleistet eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche und dem ersten Kontaktierungselement und dem zweiten Kontaktierungselement auch bei Einwirkung größerer äußerer Kräfte, wie sie etwa bei Stößen vorkommen, auf die Batterie.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Elektrodenwickel und einem Stromableiter nach dem Stand der Technik, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Stromableiters nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Stromableiters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Batterie mit einem Stromableiter nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 1 mit einem Elektrodenwickel 5 und einem Stromableiter 7 nach dem Stand der Technik.
Der Elektrodenwickel 5 weist Elektrodenfahnen 5a, 5b auf, welche zu beiden Stirnseiten des Elektrodenwickels 5 hervorstehen und jeweils eine Kontaktfläche 6a, 6b bilden. An einer Stirnseite des Elektrodenwickels 5 befinden sich erste Elektrodenfahnen 5a der Anode und an der anderen Stirnseite des Elektrodenwickels 5 befinden sich zweite Elektrodenfahnen 5b der Kathode. In der Darstellung in Fig. 1 befinden sich die zweiten Elektrodenfahnen 5b der Kathode an der unteren Stirnseite des Elektrodenwickels 5 und bilden eine kathodenseitige Kontaktfläche 6b. In der Darstellung in Fig. 1 befinden sich die ersten Elektrodenfahnen 5a der Anode an der oberen Stirnseite des Elektrodenwickels 5 und bilden eine anodenseitige Kontaktfläche 6a. Der Elektrodenwickel 5 ist nicht gleichmäßig und weist daher gekrümmte Kontaktflächen 6a, 6b auf.
Einen Minuspol 3 der Batterie 1 bildet das Gehäuse der Batterie 1. Durch eine Dichtung 4 vom Minuspol 3 elektrisch isoliert ist an einem Ende der Batterie der Pluspol 2 der Batterie 1 angeordnet und ragt zur Kontaktierung über das Gehäuse der Batterie 1 heraus. Die kathodenseitige Kontaktfläche 6b wird über einen Stromableiter 7 mit dem Gehäuse und somit mit dem Minuspol 3 der Batterie 1 verbunden. Die anodenseitige Kontaktfläche 6a wird über einen Stromableiter 7 und eine Verbindungsfeder 8 mit dem Pluspol 2 der Batterie 1 verbunden. Die Stromableiter 7 nach Stand der Technik sind plan ausgestaltet. Folglich kann der Stromableiter 7 nicht der Krümmung der Kontaktflächen 6a, 6b folgen und nicht alle Elektrodenfahnen 5a, 5b werden kontaktiert. Um dennoch alle Elektrodenfahnen 5a, 5b zu Kontaktieren muss der Stromableiter 7 weiter gegen die Kontaktfläche 6a, 6b gepresst werden, hierbei verschieben sich die Elektrodenfahnen 5a, 5b. Dies erschwert ein anschließendes Verschweißen der Elektrodenfahnen 5a, 5b mit den Stromableitern 7. Selbiges Problem ergibt sich bei Stromableitern 7 mit einer vordefinierten, insbesondere konvexen, Wölbung der Stromableiter 7.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Stromableiters 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Stromableiter 10 ist zur Anwendung in der Batterie 1 mit dem Elektrodenwickel 5 geeignet. Hierbei stehen wie zuvor zum Stand der Technik erläutert Elektrodenfahnen 5a, 5b aus den Elektrodenwickel 5 hervor und bilden die stirnseitige Kontaktfläche 6a, 6b des Elektrodenwickels 5. Der Stromableiter 10 weist ein erstes Kontaktierungselement 10a und zumindest ein zweites Kontaktierungselement 10b, 10c auf. Das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c sind elektrisch leitend ausgebildet und miteinander elektrisch verbunden. Das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c sind zueinander verschiebbar ausgebildet, um an die Form der Kontaktfläche 6a, 6b angepasst zu werden, und sind ausgebildet mit der Kontaktfläche 6a, 6b elektrisch verbunden zu werden.
Durch die Verschiebbarkeit des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c zueinander kann sowohl eine plane Form, aber auch eine davon abweichende Form der Kontaktfläche 6a, 6b besser angenähert werden als mit einem lediglich planen Stromableiter 10. Ebenso kann durch die Verschiebbarkeit ein Kontakt zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c besser an die Kontaktfläche 6a, 6b des individuellen Kontaktierungswickels 5 angepasst werden als durch einen Stromableiter 7 nach dem Stand der Technik mit einer festvorgegebenen, zum Beispiel einer konvex gewölbten, Form. Durch die bessere und individuelle Anpassung des Stromableiters 10 an die Krümmung der Kontaktfläche 6a, 6b jedes individuellen Elektrodenwickels 5 können die Elektrodenfahnen 5a, 5b an die Kontaktfläche 6a, 6b besser kontaktiert werden. In der Folge ist auch bei einer gekrümmten Kontaktfläche 6a, 6b ein einfaches Verschweißen zwischen den Elektrodenfahnen 5a, 5b und dem Stromableiter 10 bei einem weiterhin guten elektrischen Kontakt zwischen den Elektrodenfahnen 5a, 5b und dem Stromableiter 10 möglich.
Durch die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c genügt es nur an einem der beiden Kontaktierungselemente 10a, 10b, 10c einen elektrischen Kontakt zu einem Pol 2, 3 der Batterie 1 herzustellen. Dies vereinfacht die Herstellung der Batterie 1.
Bevorzugt weist der Stromableiter 10 eine Vielzahl von zweiten Kontaktierungselementen 10b, 10c auf. Insbesondere sind die zweiten Kontaktierungselemente 10b, 10c untereinander elektrisch verbunden und jeweils zueinander verschiebbar. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist in Fig. 2 gezeigt. Darin ist das zweite Kontaktierungselement 10b zumindest teilweise von dem ersten Kontaktierungselement 10a umschlossen und ein weiteres zweites Kontaktierungselement 10c zumindest teilweise von dem zweiten Kontaktierungselement 10b umschlossen. Dies ermöglicht es eine Krümmung der Kontaktfläche 6a, 6b durch mehrere Kontaktierungselemente 10a, 10b, 10c abzugreifen und sich besser an die Kontaktfläche 6a, 6b anzupassen.
Vorteilhafterweise sind das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c über eine kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden. Hierbei bringt die kraftschlüssige Verbindung zumindest eine vordefinierte Spannkraft zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c auf.
Kraftschlüssige Verbindungen ermöglichen durch einfache Krafteinwirkung eine Verschiebung des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c zueinander ohne weiteren Aufwand zur Lösung der Verbindung. Zudem arretiert die Kraftschlüssige Verbindung die Relativposition des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c sobald die äußere Krafteinwirkung aufhört ohne einen weiteren Aufwand für die Arretierung zu benötigen. Somit ist ein einfaches Verfahren zur Verschiebung und Arretierung des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c durch die kraftschlüssige Verbindung gegeben. Mittels der Vorspannkraft wird eine ungewollte Verschiebung des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c durch eine in der Herstellung übliche Handhabung des Stromableiters 10 gewährleistet. Dies vereinfacht eine Handhabung des Stromableiters 10.
Bevorzugt umschließt das erste Kontaktierungselement 10a das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c zumindest teilweise oder umschließt das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c das erste Kontaktierungselement 10a zumindest teilweise. Das Umschließen vereinfacht das Bereitstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c. Weiterhin ermöglicht das Umschließen eine besonders kompakte Bauweise des Stromableiters 10.
Besonders bevorzugt umschließt das erste Kontaktierungselement 10a das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c oder das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c das erste Kontaktierungselement 10a in zumindest einer Ebene. Dies erlaubt eine Führung und Verschiebung des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c zum ersten Kontaktierungselement 10a oder des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c in der Richtung einer Normalen der Ebene.
Wie dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zu entnehmen ist das weitere zweite Kontaktierungselement 10c zumindest teilweise vom zweiten Kontaktierungselement 10b umschlossen. Das weitere zweite Kontaktierungselement 10c und das zweite Kontaktierungselement 10b weisen eine solche Passung auf, dass das weitere zweite Kontaktierungselement 10c mittels Reibung in dem zweiten Kontaktierungselement 10b gehalten wird. Das zweite Kontaktierungselement 10b ist teilweise von dem ersten Kontaktierungselement 10a umschlossen und das zweite Kontaktierungselement 10b und das erste Kontaktierungselement 10a weisen eine solche Passung auf, dass zweite Kontaktierungselement 10b mittels Reibung indem ersten Kontaktierungselement 10a gehalten wird.
Vorteilhafterweise weisen das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c dieselbe Form auf. Hierbei ist ein erster Umfang 11a des ersten Kontaktierungselements 10a größer ist als ein zweiter Umfang 11b, 11c des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c oder der zweite Umfang 11b, 11c größer als der erste Umfang 11a ist. Dies erleichtert eine Anordnung in welcher das erste Kontaktierungselement 10a das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c zumindest teilweise umschließt, oder das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c das erste Kontaktierungselement 10a zumindest teilweise umschließt.
Besonders vorteilhaft weisen das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c die Querschnittform des Elektrodenwickels 5 auf. Hierdurch decken das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c die Kontaktfläche 6a, 6b vollständig ab, ohne über den Umfang des Elektrodenwickels 5 herauszuragen. Dies erlaubt eine besonders kompakte Anordnung des Stromableiters 10 in der Batterie 1. In Fig. 2 sind das erste Kontaktierungselement 10a das zweite Kontaktierungselement 10b und das weitere zweite Kontaktierungselement 10c rund ausgestaltet, da sie zur Kontaktierung einer runden Kontaktfläche eines runden Elektrodenwickels 5 gedacht sind. Alternativ können das erste Kontaktierungselement 10a, das zweite Kontaktierungselement 10b und das weitere zweite Kontaktierungselement 10c auch eine ellipsoide oder jede andere Form aufweisen.
Bevorzugt sind das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c konzentrisch angeordnet. Dies erlaubt für eine achssymmetrische Verschiebung des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c zueinander. Da die Elektrodenwickel 5, wie sie etwa in Rundzellen oder prismatischen Zellen verwendet werden, achssymmetrisch sind, erlaubt eine konzentrische Anordnung des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c eine besonders gute elektrische Kontaktierung des Stromableiters 10 mit den Elektrodenfahnen 5a, 5b des Elektrodenwickels 5.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Stromableiters 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In diesem Ausführungsbeispiel sind das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c nebeneinander angeordnet. Das nebeneinander anordnen ermöglicht es, dass das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c eine identische Form aufweisen. Somit können die Herstellungskomplexität und der Herstellungsaufwand des Stromableiters 10 verringert werden. Hierbei kann weiterhin eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c mit den oben erwähnten Vorteilen realisiert werden.
Bevorzugt wird das erste Kontaktierungselement 10a in zumindest einer zweiten Nut 9b des zweiten Kontaktierungselements 10b und/oder das zweite Kontaktierungselemente 10b in zumindest einer ersten Nut 9a des ersten Kontaktierungselements 10a geführt. Durch die Führung wird eine Richtung der Relativbewegung des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselement 10b vorgegeben. Zudem kann über die erste Nut 9a und/oder die zweite Nut 9b eine kraftschlüssige Verbindung umgesetzt werden.
Beispielsweise sind die erste Nut 9a und/oder die zweite Nut 9b als Hinterschnitt ausgestaltet. Dies gibt der ersten Nut 9a und/oder der zweiten Nut 9b die Eigenschaft eine Relativbewegung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b in eine andere Richtung als eine Längsrichtung der ersten Nut 9a und/oder der zweiten Nut 9b zu unterbinden. Dies erleichtert die Handhabung des Stromableiters 10 ohne eine Anpassungsfähigkeit des Stromableiters 10 an die Krümmung der Kontaktfläche 6a, 6b zu verringern.
Vorteilhafterweise ist eine beliebige Kombination der Anordnung des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b und weiterer zweiter Kontaktierungselemente 10c möglich. Dies ermöglicht eine bessere Anpassung an komplexere Krümmungen der Kontaktfläche 6a, 6b. Insbesondere können mehrere zweite Kontaktierungselement 10b, 10c nebeneinander angeordnet und zumindest teilweise von dem ersten Kontaktierungselement 10a umschlossen sein.
Vorteilhafterweise sind das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c durch ein Anpressen an die Kontaktfläche 6a, 6b zueinander verschiebbar und an die Kontaktfläche 6a, 6b anpassbar. Demnach kann auf ein Scannen der Kontaktfläche 6a, 6b und ein Voreinstellen der Verschiebung des ersten Kontaktierungselements 10a zum zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c verzichtet werden. Diese Eigenschaft des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c wird durch eine entsprechen eingestellte kraftschlüssige Verbindung erreicht. Indem die zur Überwindung der kraftschlüssigen Verbindung benötigte Kraft unterhalb einer Kraft und/oder dieser Kraft entspricht welcher die Elektrodenfahnen 5a, 5b standhalten ohne abzuknicken.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 1 mit einem Stromableiter 10 nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Weiterhin umfasst die Batterie 1 ein Batterieelement 1a aufweisend einen Elektrodenwickel 5. Aus dem Elektrodenwickel 5 stehen Elektrodenfahnen 5a, 5b hervor und bilden eine stirnseitige Kontaktfläche 6a, 6b des Elektrodenwickels 5. Das Batterieelement 1a umfasst einen Stromableiter 10 nach einem vorherigen Ausführungsbeispiel, wobei das erstes Kontaktierungselement 10a des Stromableiters 10 und das zweites Kontaktierungselement 10b, 10c des Stromableiters 10 an die Kontaktfläche 6a, 6b angepasst und zumindest teilweise elektrisch mit der Kontaktfläche 6a, 6b verbunden sind. Ein solches Batterieelement 1a weist eine bessere Kontaktierung zwischen dem Stromableiter 10 dem Elektrodenwickel 5 auf und erlaubt eine einfachere Herstellung.
Wie in Fig. 4 ersichtlich ist das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c des Stromableiters 10 in Relation zum ersten Kontaktierungselement 10a und dem weiteren zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c verschoben. Hierdurch ist das zweite Kontaktierungselement 10b, 10c in der Lage auch die Elektrodenfahnen 5a, 5b zu kontaktieren, welche relativ zu den umgebenden Elektrodenfahnen 5a, 5b verschoben sind. Ebenso wird ersichtlich, dass mit zunehmender Zahl an weiteren zweiten Kontaktierungselementen 10b, 10c die Krümmung der Kontaktfläche 6a, 6b besser abgegriffen werden kann.
Bevorzugt weist das Batterieelement 1a eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere einer Schweißverbindung, zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und/oder dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c und der Kontaktfläche 6a, 6b auf. Eine stoffschlüssige Verbindung erlaubt einen besonders geringen elektrischen Widerstand zwischen den Elektrodenfahnen 5a, 5b und dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b. Eine Schweißverbindung, insbesondere eine durch Laserschweißen erstellte Schweißverbindung, benötigt keinen direkten mechanischen Eingriff in die Batterie 1 und beschleunigt die Herstellung der Batterie 1.
Besonders bevorzugt sind das erste Kontaktierungselement 10a und das zweite Kontaktierungselement 10b mittels der stoffschlüssigen Verbindung zumindest teilweise untereinander befestigt. Hierbei stellt die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c eine größere Kraft einer Verschiebung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c entgegen als die kraftschlüssige Verbindung. Eine einfache Verschiebung ist nach einer stoffschlüssigen Verbindung nicht mehr ohne weiteres möglich.
Dies ist allerdings erwünscht, da die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c erst nach einer Anpassung des ersten Kontaktierungselements 10a und des zweiten Kontaktierungselements 10b, 10c an die Kontaktfläche 6a, 6b erfolgt eine unbeabsichtigte Verschiebung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c unterbindet. Somit gewährleistet eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche 6a, 6b und dem ersten Kontaktierungselement 10a und dem zweiten Kontaktierungselement 10b, 10c auch bei Einwirkung größerer äußerer Kräfte auf die Batterie 1, wie sie etwa bei Stößen vorkommen.
Bezugszeichenliste:
1 Batterie
1a Batterieelement
2 Pluspol der Batterie
3 Minuspol der Batterie
4 Dichtung
5 Elektrodenwickel
5a Elektrodenfahnen an der Anode
5b Elektrodenfahnen an der Kathode
6a anodenseitige Kontaktfläche
6b kathodenseitige Kontaktfläche
7 Stromableiter nach Stand der Technik
8 Verbindungsfeder
9a erste Nut
9b zweite Nut
10 Stromableiter
10a erstes Kontaktierungselement
10b zweites Kontaktierungselement
10c weiteres zweites Kontaktierungselement
11a erster Umfang des ersten Kontaktierungselements
11b zweiter Umfang des zweiten Kontaktierungselements
11c weiterer zweiter Umfang des weiteren zweiten
Kontaktierungselements

Claims

Patentansprüche:
1. Stromableiter (10) für eine Batterie (1) mit einem Elektrodenwickel (5), wobei Elektrodenfahnen (5a, 5b) aus dem Elektrodenwickel (5) hervorstehen und eine stirnseitige Kontaktfläche (6a, 6b) des Elektrodenwickels (5) bilden, der Stromableiter (10) aufweisend ein erstes Kontaktierungselement (10a) und zumindest ein zweites Kontaktierungselement (10b, 10c), wobei das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c)
• elektrisch leitend ausgebildet sind,
• miteinander elektrisch verbunden sind,
• zueinander verschiebbar ausgebildet sind, um an die Form der Kontaktfläche (6a, 6b) angepasst zu werden, und
• ausgebildet sind mit der Kontaktfläche (6a, 6b) elektrisch verbunden zu werden.
2. Stromableiter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) über eine kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die kraftschlüssige Verbindung zumindest eine vordefinierte Spannkraft zwischen dem ersten Kontaktierungselement (10a) und dem zweiten Kontaktierungselement (10b, 10c) aufbringt.
3. Stromableiter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) zumindest teilweise umschließt oder das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) das erste Kontaktierungselement (10a) zumindest teilweise umschließt.
4. Stromableiter (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) dieselbe Form aufweisen, wobei ein erster Umfang (11a) des ersten Kontaktierungselements (10a) größer ist als ein zweiter Umfang (11b, 11c) des zweiten Kontaktierungselements (10b, 10c) oder der zweite Umfang (11b, 11c) größer als der erste Umfang (11a) ist. Stromableiter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) konzentrisch angeordnet sind. Stromableiter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) nebeneinander angeordnet sind. Stromableiter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) in zumindest einer zweiten Nut (9b) des zweiten Kontaktierungselements (10b, 10c) und/oder das zweite Kontaktierungselemente (10b, 10c) in zumindest einer ersten Nut (9a) des ersten Kontaktierungselements (10a) geführt wird. Stromableiter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b) durch ein Anpressen an die Kontaktfläche (6a, 6b) zueinander verschiebbar und an die Kontaktfläche (6a, 6b) anpassbar sind. Batterieelement (1a) aufweisend einen Elektrodenwickel (5), wobei aus dem Elektrodenwickel (5) Elektrodenfahnen (5a, 5b) hervorstehen und eine stirnseitige Kontaktfläche (6a, 6b) des Elektrodenwickels (5) bilden, und einen Stromableiter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Kontaktierungselement (10a) des Stromableiters (10) und das zweite Kontaktierungselement (10b) des Stromableiters (10) an die Kontaktfläche (6a, 6b) angepasst und zumindest teilweise elektrisch mit der Kontaktfläche (6a, 6b) verbunden sind. Batterieelement (1a) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, zwischen dem ersten Kontaktierungselement (10a) und/oder dem zweiten Kontaktierungselement (10b, 10c) und der Kontaktfläche (6a, 6b). Batterieelement (1a) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktierungselement (10a) und das zweite Kontaktierungselement (10b, 10c) mittels der stoffschlüssigen Verbindung zumindest teilweise untereinander befestigt sind.
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