用於將兩個電池單池的兩個由不同材料構成的電池極連接的方法以及電池單元的製作方法

2023-04-26 09:30:36

用於將兩個電池單池的兩個由不同材料構成的電池極連接的方法以及電池單元的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於藉助材料配合和/或力配合和/或形狀配合的連接將兩個電池單池（10）的兩個由不同材料構成的電池極（1，2）連接的方法。按照本發明規定：藉助電磁脈衝方法、尤其是通過磁脈衝焊接連接將兩個電池極（1，2）在連接區域（11）中相互連接。
【專利說明】用於將兩個電池單池的兩個由不同材料構成的電池極連接的方法以及電池單元

【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1前述部分的用於將兩個電池單池的兩個由不同材料構成的電池極連接的方法。此外，本發明還涉及根據權利要求3前序部分的帶有相互連接的電池單池的電池單元。

【背景技術】
[0002]這種方法或這種電池單元由DE 10 2009 046 505 Al已知。在這種已知的方法或其電池單元中規定，第一電池單池的極與第二電池單池的極直接藉助材料配合、力配合或形狀配合的連接來相互連接。在此，兩個電池單池的兩個極由不同材料構成，其中所述材料尤其是銅和鋁。作為連接方法，建議焊接方法以及鉚接方法，或替代地，建議兩個電池極螺旋接合。
[0003]鋰離子電池取決於結構地具有由不同材料構成的電池極，其中所述鋰離子電池現在尤其是為應用在混合動力車輛中作為用於驅動傳動馬達的能量源而設計。因此在連接不同極的電池極的情況下產生如下問題:尤其是由銅構成的電池極必須與由鋁構成的電池極連接。由於電池單元通常由大量單個電池單池組成，因此希望在電池單池的極之間的儘可能低成本且可靠的、以及提供小接觸電阻的連接方法。然而，在由所述文獻已知的方法中存在如下問題:不同材料構成的電池極的焊接由於金屬間相而在兩個極的焊接區域中在加工技術上相對難以控制。此外，在鋁和銅之間的過渡部位由於劇烈不同的電化學電勢而經受強腐蝕性侵蝕。因此尤其是當連接部位處於在電池單池的殼體區域中所謂的終端的鄰近區域中時，存在如下風險:由於空氣溼度等等引起的環境條件而使終端傾向於腐蝕。因此，實踐中這種在終端和殼體區域之間的過渡部位被附加的保護措施如密封等等所保護。總之，這意味著，在兩個由不同材料構成的電池極之間的焊接連接難以製造並且需要相對較高的附加花費來保護連接部位免遭外部影響、尤其是免遭腐蝕影響。


【發明內容】

[0004]從所示的現有技術出發本發明所基於的任務是，改進根據權利要求1前序部分的用於連接兩個電池單池的兩個由不同材料構成的電池極的方法，使得能夠在電池極之間引入儘可能少的附加部件的情況下實現加工技術上可靠的連接。該任務按照本發明在根據權利要求I的方法的情況下通過如下方式加以解決，至少間接地藉助電磁脈衝方法、尤其是通過磁脈衝焊接連接將兩個電池極在連接區域中相互連接。這種方法能夠實現在由不同材料構成的電池極之間的、帶有相對較小的接觸電阻的可靠連接。此外，連接工藝可以被相對簡單地監視和控制，使得在必須在相對短的時間內在電池極之間製造大量連接的批量應用中，可以經濟上有利地使用該方法。
[0005]本發明方法以及根據本發明方法構造的電池單元的有利擴展方案在各自的從屬權利要求中記載。至少兩個在權利要求中、說明書和/或附圖中公開的特徵的全部組合落入本發明的範疇中。
[0006]本發明方法實現了:將在兩個電池極之間的連接或者構造為純捲曲連接、或者構造為純焊接連接、或者構造為在捲曲連接和焊接連接之間的混合形式。由此，能夠實現連接工藝對各自的應用情形的最優適配。因此，例如可以設想，通過電池極的相應的成型將該連接構造為純捲曲連接。然而如果在電池極的相應的成型情況下不能保證形狀配合連接或者說捲曲連接，則該連接也可以被構造為純(冷)焊接連接。在相應地選擇製造裝置的參數的情況下，當然也可以設想在連接區域中同時構造捲曲連接和焊接連接。
[0007]在其中至少兩個電池單池的電池極根據按照本發明的方法被相互連接的電池單元中規定:在連接區域中，一個第一電池極具有用於另一第二電池極的端部區域的容納部，或者設置有帶有容納部的單獨的部件，該部件與第一電池極連接，並且第一電池極或該部件的容納部至少局部地、優選徑向上包圍第二電池極。
[0008]特別優選的是，第一電池極或所述部件至少在連接區域中由比第二電池極的材料軟的材料構成。由此，在製造裝置的能量引入相對低的情況下就已經能夠實現外部的、由較軟材料構成的電池極或部件的相應的形變。
[0009]相當特別優選的是，第二電池極在與容納部共同作用的區域中具有形狀配合幾何構型，尤其是以滾花或者網紋的形式。通過這種形狀配合幾何構型能夠實現在電池極之間的或者在電池極與所述部件之間的特別牢固的或可靠的連接。此外，所述滾花引起在兩個電池極之間的接觸表面的擴大。由此，能夠減小在兩個電池極的連接區域中的電接觸電阻。
[0010]此外為了將可能的腐蝕現象通過不同的材料來最小化或排除，優選地規定，兩個電池極中的至少一個至少在連接區域中設置有優選抑制腐蝕的塗層，所述塗層尤其是含有塑料、金屬或者陶瓷。替代地或者附加地也可以在連接區域中在至少一個電池極上設置金屬塗層，以便對電特性或接觸電阻進行優化。
[0011]在用於構造連接的結構性的擴展方案中規定:第一電池極或所述部件在連接區域中具有優選由鋁構成的帽，或者第一電池極或所述部件在連接區域中構造為帽狀。電池極或所述部件的這種作為帽的構造具有的優點是，在其內部空間內構造有用於第二電池極的容納部。在此可以規定，第一電池極與帽一起作為一體式部件構造，使得在第一電池極與帽之間不需要另外的連接元件或連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發明的其他優點、特徵和細節由下面對優選實施例的說明以及藉助附圖得到。
[0013]圖1示出了由多個電池單池構成的電池單元的簡化圖，
圖2在縱截面內示出了在構造連接之前兩個電池單池的兩個電池極的連接區域，
圖3同樣在縱截面內示出了在藉助電磁脈衝方法構造所述連接之後按照圖2的連接區域，並且
圖4和圖5分別在縱截面內示出了在使用單獨的部件來構造電池極的容納部的情況下本發明的修改的實施方式。
[0014]相同的元件或具有相同功能的元件在圖中設置有相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0015]在圖1中極大簡化地示出了電池單元100，其由大量彼此連接的電池單池10組成。在圖1中，出於簡化目的僅示出六個彼此連接的電池單池10，然而在實際中，這種電池單元100也可以由多於六個的電池單池10構成。這種電池單元100優選地、然而並不限於使用在機動車中，尤其作為混合動力驅動裝置的組成部分使用。此外電池單池10尤其是分別帶有正極I和負極2的鋰離子電池單池10。在所示的實施例中，所有六個電池單池10串聯電連接，使得這些電池單池的各個電池電壓相加。在本發明的範疇內當然也存在電池單池10至少部分地並聯電連接。
[0016]對於作為鋰離子電池單池10構造的電池單池10的特點是:正極I的材料和負極2的材料(正極I和負極2用於電連接或接觸)是由不同材料構成的。尤其是，電池單池10的一個極由鋁構成，而電池單池10的另一極由銅構成。第一電池單池10的正極I與第二電池單池10的負極2的連接按照本發明通過使用電磁脈衝方法、尤其是通過磁脈衝-焊接連接在連接區域11中實現。
[0017]在圖2中，在本發明的第一實施例的情況下，詳細地示出了在第一電池單池10的正極I與第二電池單池10的負極2之間的連接區域11。在此僅僅示例性地並且由此並不局限性地假定:正極I由銅構成，而負極2由鋁構成。在所示的實施例中，不僅是正極1、而且負極2在連接區域11中關於縱軸12旋轉對稱地構造。正極I以銷釘的形式構造，而負極2在朝向正極I的側上帽狀地構造有容納部13，正極I的端部能夠被引入所述容納部中。因此尤其是在容納部13的區域中，負極2套筒狀地構造有端側的底部區域14的容納部。負極2的在容納部13的區域中徑向環繞的壁15包圍正極I，優選存在至少以大致相同形狀構造的環周縫隙16。
[0018]同樣也在本發明的範疇內的是:在對所示實施例的修改中，正極I以及負極2在連接區域11內改變其形狀，其中所改變的形狀例如可以使得正極I至負極2的接合和對準變得容易。正極I或負極2也可以例如具有矩形或橢圓形的形狀。
[0019]在所示實施例中，正極I在容納部13內在朝向底部區域14的側上具有滾花17形式的形狀配合幾何構型，所述滾花大約延伸超過容納部13的長度的一半。此外，由鋁構成的負極2至少在其外側面18的區域中、在其朝向正極I的端側19中、以及在容納部13的區域中直至滾花17的軸向高度上設置有塗層20，所述塗層用於防腐蝕保護。在此，塗層20可例如由塑料、金屬或陶瓷構成。塗層20可以構造為延伸至電池單池10的單池殼體的區域。此外，兩個極的至少一個可以至少在連接區域11中設置有附加的金屬塗層，以便優化接觸特性或電接觸電阻。連接區域11被布置為與僅僅象徵性示出的、環形的(製造)裝置50有效連接，所述製造裝置用於構造電磁脈衝方法。
[0020]在圖3中示出了在裝置50被操作並且在正極I與負極2之間的連接被構造之後的狀態。在此情況下，負極2在容納部13的區域中徑向變形或收縮，使得在構造出捲曲連接(在滾花17的區域內)和/或冷焊接連接和/或構造出介於冷焊接連接和捲曲連接之間的混合形式的情況下使所述負極2與正極I連接。在此，各自連接的構造尤其是通過裝置50的相應參數的選擇以及通過正極I和負極2的幾何構型加以確定。
[0021]在負極2上的容納部13的構造可以通過容納部13是負極2的集成組成部分或者電池單池10的單池殼體的相應區域的集成組成部分來實現，如藉助圖2和3所示的那樣。
[0022]在圖4中與此相對地示出了如下情況，在該情況下容納部13構造在單獨的部件22上。部件22優選地由鋁構成，並且尤其是能夠在經濟上有利地以擠壓件來製造。部件22又與單池連接器25連接。在此重要的是，部件22的材料相應於單池連接器25的材料或者說這兩個部件由相同種類的材料構成，使得可以在部件22與單池連接器25之間以簡單的方式構成焊接連接26，例如通過雷射焊接或超聲波焊接。單池連接器25又在背離部件22的側上與負極2連接，優選同樣通過相應的焊接連接(未示出)。為此，負極2的材料相應於單池連接器25的材料。
[0023]如果在一個極與部件22之間的、例如在正極I與部件22之間的連接事先在第一步驟中實現，使得部件22和正極I構成預製的結構單元，則圖4中所示的布置可以在製造技術上特別有利地被構建。該結構單元於是可以在第二製造步驟中與單池連接器25焊接，單池連接器25又事先地、同時地或接著與負極2焊接。
[0024]在圖5中示出了本發明的進一步的改進。在此情況下可以識別出兩個不同的、彼此連接的電池單池10的負極I和正極2。這兩個極藉助單獨的部件22a彼此連接，所述部件22a同時構成單池連接器25a。部件22a的材料與負極2的材料是相同種類的，使得可以在部件22a和負極2之間以簡單的方式構造焊接連接(未示出)。此外，部件22a在兩個極的區域內分別帽狀地構造。在兩個極的連接區域中部件22a分別具有塗層20。
[0025]到此所描述的、本發明的在第一電池單池10的正極I與第二電池單池10的負極2之間的連接技術可以被以多種方式改變或修改，而不偏離本發明思想。
【權利要求】
1.用於藉助材料配合和/或力配合和/或形狀配合的連接將兩個電池單池(10)的兩個由不同材料構成的電池極(I，2 )連接的方法，其特徵在於，至少間接地藉助電磁脈衝方法、尤其是通過磁脈衝焊接連接將兩個電池極(I，2 )在連接區域(11)中相互連接。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述連接構造為純捲曲連接、構造為純焊接連接、或者構造為在捲曲連接和焊接連接之間的混合形式。
3.電池單元(100)，包括至少兩個電池單池(10)，其中電池單池(10)的電池極(1，2)在連接區域(11)中相互連接，優選按照根據權利要求1或2的方法相互連接， 其特徵在於， 在連接區域(11)中，一個第一電池極(2)具有用於另一第二電池極(I)的端部區域的容納部(13)，或者設置有帶有容納部(13)的單獨的部件(22 ;22a)，該部件與第一電池極(2)連接，並且第一電池極(2)或該部件(22 ；22a)的容納部(13)至少局部地、優選徑向上包圍第二電池極(I)。
4.根據權利要求3所述的電池單元，其特徵在於，第一電池極(2)或所述部件(22;22a)至少在連接區域(11)中由比第二電池極(I)的材料軟的材料構成。
5.根據權利要求3或4所述的電池單元，其特徵在於，第二電池極(I)在與容納部(13)共同作用的區域中至少局部地具有形狀配合幾何構型，特別是以滾花(17)或者網紋的形式。
6.根據權利要求3至5之一所述的電池單元，其特徵在於，所述電池極(1，2)中的至少一個至少在連接區域(11)中設置有優選抑制腐蝕的和/或金屬的塗層(20)，所述塗層特別是含有塑料、金屬或者陶瓷。
7.根據權利要求3至6之一所述的電池單元，其特徵在於，第一電池極(2)或所述部件(22 ;22a)在連接區域(11)中構造為帽狀並且優選由鋁構成。
8.根據權利要求3至6之一所述的電池單元，其特徵在於，所述部件(22；22a)與兩個電池極(I，2 )之一至少間接地通過焊接連接(26 )、優選通過雷射束焊接或者超聲波焊接連接來連接。
9.根據權利要求8所述的電池單元，其特徵在於，所述部件(22)與單池連接器(25)焊接，並且該單池連接器(25)又與電池極之一(2)連接，優選通過雷射束焊接連接或者超聲波焊接連接來連接。
10.根據權利要求8所述的電池單元，其特徵在於，所述部件(22a)通過單池連接器(25a)構成。
【文檔編號】H01M2/20GK104285317SQ201380025784
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2012年5月18日
【發明者】R.拉姆賽爾 申請人:羅伯特·博世有限公司