用于將兩個電池單池的兩個由不同材料構(gòu)成的電池極連接的方法以及電池單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助材料配合和/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(gòu)成的電池極（1，2）連接的方法。按照本發(fā)明規(guī)定：借助電磁脈沖方法、尤其是通過磁脈沖焊接連接將兩個電池極（1，2）在連接區(qū)域（11）中相互連接。
【專利說明】用于將兩個電池單池的兩個由不同材料構(gòu)成的電池極連接的方法以及電池單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前述部分的用于將兩個電池單池的兩個由不同材料構(gòu)成的電池極連接的方法。此外，本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)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(shù)】
[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(guī)定，第一電池單池的極與第二電池單池的極直接借助材料配合、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(gòu)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]鋰離子電池取決于結(jié)構(gòu)地具有由不同材料構(gòu)成的電池極，其中所述鋰離子電池現(xiàn)在尤其是為應(yīng)用在混合動力車輛中作為用于驅(qū)動傳動馬達(dá)的能量源而設(shè)計。因此在連接不同極的電池極的情況下產(chǎn)生如下問題:尤其是由銅構(gòu)成的電池極必須與由鋁構(gòu)成的電池極連接。由于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盡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(xiàn)已知的方法中存在如下問題:不同材料構(gòu)成的電池極的焊接由于金屬間相而在兩個極的焊接區(qū)域中在加工技術(shù)上相對難以控制。此外，在鋁和銅之間的過渡部位由于劇烈不同的電化學(xué)電勢而經(jīng)受強腐蝕性侵蝕。因此尤其是當(dāng)連接部位處于在電池單池的殼體區(qū)域中所謂的終端的鄰近區(qū)域中時，存在如下風(fēng)險:由于空氣濕度等等引起的環(huán)境條件而使終端傾向于腐蝕。因此，實踐中這種在終端和殼體區(qū)域之間的過渡部位被附加的保護(hù)措施如密封等等所保護(hù)。總之，這意味著，在兩個由不同材料構(gòu)成的電池極之間的焊接連接難以制造并且需要相對較高的附加花費來保護(hù)連接部位免遭外部影響、尤其是免遭腐蝕影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]從所示的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)本發(fā)明所基于的任務(wù)是，改進(jìn)根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于連接兩個電池單池的兩個由不同材料構(gòu)成的電池極的方法，使得能夠在電池極之間引入盡可能少的附加部件的情況下實現(xiàn)加工技術(shù)上可靠的連接。該任務(wù)按照本發(fā)明在根據(jù)權(quán)利要求I的方法的情況下通過如下方式加以解決，至少間接地借助電磁脈沖方法、尤其是通過磁脈沖焊接連接將兩個電池極在連接區(qū)域中相互連接。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)在由不同材料構(gòu)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(jiān)視和控制，使得在必須在相對短的時間內(nèi)在電池極之間制造大量連接的批量應(yīng)用中，可以經(jīng)濟(jì)上有利地使用該方法。
[0005]本發(fā)明方法以及根據(jù)本發(fā)明方法構(gòu)造的電池單元的有利擴展方案在各自的從屬權(quán)利要求中記載。至少兩個在權(quán)利要求中、說明書和/或附圖中公開的特征的全部組合落入本發(fā)明的范疇中。
[0006]本發(fā)明方法實現(xiàn)了:將在兩個電池極之間的連接或者構(gòu)造為純卷曲連接、或者構(gòu)造為純焊接連接、或者構(gòu)造為在卷曲連接和焊接連接之間的混合形式。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)連接工藝對各自的應(yīng)用情形的最優(yōu)適配。因此，例如可以設(shè)想，通過電池極的相應(yīng)的成型將該連接構(gòu)造為純卷曲連接。然而如果在電池極的相應(yīng)的成型情況下不能保證形狀配合連接或者說卷曲連接，則該連接也可以被構(gòu)造為純(冷)焊接連接。在相應(yīng)地選擇制造裝置的參數(shù)的情況下，當(dāng)然也可以設(shè)想在連接區(qū)域中同時構(gòu)造卷曲連接和焊接連接。
[0007]在其中至少兩個電池單池的電池極根據(jù)按照本發(fā)明的方法被相互連接的電池單元中規(guī)定:在連接區(qū)域中，一個第一電池極具有用于另一第二電池極的端部區(qū)域的容納部，或者設(shè)置有帶有容納部的單獨的部件，該部件與第一電池極連接，并且第一電池極或該部件的容納部至少局部地、優(yōu)選徑向上包圍第二電池極。
[0008]特別優(yōu)選的是，第一電池極或所述部件至少在連接區(qū)域中由比第二電池極的材料軟的材料構(gòu)成。由此，在制造裝置的能量引入相對低的情況下就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)外部的、由較軟材料構(gòu)成的電池極或部件的相應(yīng)的形變。
[0009]相當(dāng)特別優(yōu)選的是，第二電池極在與容納部共同作用的區(qū)域中具有形狀配合幾何構(gòu)型，尤其是以滾花或者網(wǎng)紋的形式。通過這種形狀配合幾何構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)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(qū)域中的電接觸電阻。
[0010]此外為了將可能的腐蝕現(xiàn)象通過不同的材料來最小化或排除，優(yōu)選地規(guī)定，兩個電池極中的至少一個至少在連接區(qū)域中設(shè)置有優(yōu)選抑制腐蝕的涂層，所述涂層尤其是含有塑料、金屬或者陶瓷。替代地或者附加地也可以在連接區(qū)域中在至少一個電池極上設(shè)置金屬涂層，以便對電特性或接觸電阻進(jìn)行優(yōu)化。
[0011]在用于構(gòu)造連接的結(jié)構(gòu)性的擴展方案中規(guī)定:第一電池極或所述部件在連接區(qū)域中具有優(yōu)選由鋁構(gòu)成的帽，或者第一電池極或所述部件在連接區(qū)域中構(gòu)造為帽狀。電池極或所述部件的這種作為帽的構(gòu)造具有的優(yōu)點是，在其內(nèi)部空間內(nèi)構(gòu)造有用于第二電池極的容納部。在此可以規(guī)定，第一電池極與帽一起作為一體式部件構(gòu)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(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細(xì)節(jié)由下面對優(yōu)選實施例的說明以及借助附圖得到。
[0013]圖1示出了由多個電池單池構(gòu)成的電池單元的簡化圖，
圖2在縱截面內(nèi)示出了在構(gòu)造連接之前兩個電池單池的兩個電池極的連接區(qū)域，
圖3同樣在縱截面內(nèi)示出了在借助電磁脈沖方法構(gòu)造所述連接之后按照圖2的連接區(qū)域，并且
圖4和圖5分別在縱截面內(nèi)示出了在使用單獨的部件來構(gòu)造電池極的容納部的情況下本發(fā)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(shè)置有相同的附圖標(biāo)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，出于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也可以由多于六個的電池單池10構(gòu)成。這種電池單元100優(yōu)選地、然而并不限于使用在機動車中，尤其作為混合動力驅(qū)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(fù)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(lián)電連接，使得這些電池單池的各個電池電壓相加。在本發(fā)明的范疇內(nèi)當(dāng)然也存在電池單池10至少部分地并聯(lián)電連接。
[0016]對于作為鋰離子電池單池10構(gòu)造的電池單池10的特點是:正極I的材料和負(fù)極2的材料(正極I和負(fù)極2用于電連接或接觸)是由不同材料構(gòu)成的。尤其是，電池單池10的一個極由鋁構(gòu)成，而電池單池10的另一極由銅構(gòu)成。第一電池單池10的正極I與第二電池單池10的負(fù)極2的連接按照本發(fā)明通過使用電磁脈沖方法、尤其是通過磁脈沖-焊接連接在連接區(qū)域11中實現(xiàn)。
[0017]在圖2中，在本發(fā)明的第一實施例的情況下，詳細(xì)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(fù)極2之間的連接區(qū)域11。在此僅僅示例性地并且由此并不局限性地假定:正極I由銅構(gòu)成，而負(fù)極2由鋁構(gòu)成。在所示的實施例中，不僅是正極1、而且負(fù)極2在連接區(qū)域11中關(guān)于縱軸12旋轉(zhuǎn)對稱地構(gòu)造。正極I以銷釘?shù)男问綐?gòu)造，而負(fù)極2在朝向正極I的側(cè)上帽狀地構(gòu)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(qū)域中，負(fù)極2套筒狀地構(gòu)造有端側(cè)的底部區(qū)域14的容納部。負(fù)極2的在容納部13的區(qū)域中徑向環(huán)繞的壁15包圍正極I，優(yōu)選存在至少以大致相同形狀構(gòu)造的環(huán)周縫隙16。
[0018]同樣也在本發(fā)明的范疇內(nèi)的是:在對所示實施例的修改中，正極I以及負(fù)極2在連接區(qū)域11內(nèi)改變其形狀，其中所改變的形狀例如可以使得正極I至負(fù)極2的接合和對準(zhǔn)變得容易。正極I或負(fù)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(nèi)在朝向底部區(qū)域14的側(cè)上具有滾花17形式的形狀配合幾何構(gòu)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(gòu)成的負(fù)極2至少在其外側(cè)面18的區(qū)域中、在其朝向正極I的端側(cè)19中、以及在容納部13的區(qū)域中直至滾花17的軸向高度上設(shè)置有涂層20，所述涂層用于防腐蝕保護(hù)。在此，涂層20可例如由塑料、金屬或陶瓷構(gòu)成。涂層20可以構(gòu)造為延伸至電池單池10的單池殼體的區(qū)域。此外，兩個極的至少一個可以至少在連接區(qū)域11中設(shè)置有附加的金屬涂層，以便優(yōu)化接觸特性或電接觸電阻。連接區(qū)域11被布置為與僅僅象征性示出的、環(huán)形的(制造)裝置50有效連接，所述制造裝置用于構(gòu)造電磁脈沖方法。
[0020]在圖3中示出了在裝置50被操作并且在正極I與負(fù)極2之間的連接被構(gòu)造之后的狀態(tài)。在此情況下，負(fù)極2在容納部13的區(qū)域中徑向變形或收縮，使得在構(gòu)造出卷曲連接(在滾花17的區(qū)域內(nèi))和/或冷焊接連接和/或構(gòu)造出介于冷焊接連接和卷曲連接之間的混合形式的情況下使所述負(fù)極2與正極I連接。在此，各自連接的構(gòu)造尤其是通過裝置50的相應(yīng)參數(shù)的選擇以及通過正極I和負(fù)極2的幾何構(gòu)型加以確定。
[0021]在負(fù)極2上的容納部13的構(gòu)造可以通過容納部13是負(fù)極2的集成組成部分或者電池單池10的單池殼體的相應(yīng)區(qū)域的集成組成部分來實現(xiàn)，如借助圖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(gòu)造在單獨的部件22上。部件22優(yōu)選地由鋁構(gòu)成，并且尤其是能夠在經(jīng)濟(jì)上有利地以擠壓件來制造。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(yīng)于單池連接器25的材料或者說這兩個部件由相同種類的材料構(gòu)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(gòu)成焊接連接26，例如通過激光焊接或超聲波焊接。單池連接器25又在背離部件22的側(cè)上與負(fù)極2連接，優(yōu)選同樣通過相應(yīng)的焊接連接(未示出)。為此，負(fù)極2的材料相應(yīng)于單池連接器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(xiàn)，使得部件22和正極I構(gòu)成預(yù)制的結(jié)構(gòu)單元，則圖4中所示的布置可以在制造技術(shù)上特別有利地被構(gòu)建。該結(jié)構(gòu)單元于是可以在第二制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(fù)極2焊接。
[0024]在圖5中示出了本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)。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(fù)極I和正極2。這兩個極借助單獨的部件22a彼此連接，所述部件22a同時構(gòu)成單池連接器25a。部件22a的材料與負(fù)極2的材料是相同種類的，使得可以在部件22a和負(fù)極2之間以簡單的方式構(gòu)造焊接連接(未示出)。此外，部件22a在兩個極的區(qū)域內(nèi)分別帽狀地構(gòu)造。在兩個極的連接區(qū)域中部件22a分別具有涂層20。
[0025]到此所描述的、本發(fā)明的在第一電池單池10的正極I與第二電池單池10的負(fù)極2之間的連接技術(shù)可以被以多種方式改變或修改，而不偏離本發(fā)明思想。
【權(quán)利要求】
1.用于借助材料配合和/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(gòu)成的電池極(I，2 )連接的方法，其特征在于，至少間接地借助電磁脈沖方法、尤其是通過磁脈沖焊接連接將兩個電池極(I，2 )在連接區(qū)域(11)中相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述連接構(gòu)造為純卷曲連接、構(gòu)造為純焊接連接、或者構(gòu)造為在卷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(qū)域(11)中相互連接，優(yōu)選按照根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法相互連接， 其特征在于， 在連接區(qū)域(11)中，一個第一電池極(2)具有用于另一第二電池極(I)的端部區(qū)域的容納部(13)，或者設(shè)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，并且第一電池極(2)或該部件(22 ；22a)的容納部(13)至少局部地、優(yōu)選徑向上包圍第二電池極(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池單元，其特征在于，第一電池極(2)或所述部件(22;22a)至少在連接區(qū)域(11)中由比第二電池極(I)的材料軟的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電池單元，其特征在于，第二電池極(I)在與容納部(13)共同作用的區(qū)域中至少局部地具有形狀配合幾何構(gòu)型，特別是以滾花(17)或者網(wǎng)紋的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的電池單元，其特征在于，所述電池極(1，2)中的至少一個至少在連接區(qū)域(11)中設(shè)置有優(yōu)選抑制腐蝕的和/或金屬的涂層(20)，所述涂層特別是含有塑料、金屬或者陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的電池單元，其特征在于，第一電池極(2)或所述部件(22 ;22a)在連接區(qū)域(11)中構(gòu)造為帽狀并且優(yōu)選由鋁構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的電池單元，其特征在于，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(yōu)選通過激光束焊接或者超聲波焊接連接來連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池單元，其特征在于，所述部件(22)與單池連接器(25)焊接，并且該單池連接器(25)又與電池極之一(2)連接，優(yōu)選通過激光束焊接連接或者超聲波焊接連接來連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池單元，其特征在于，所述部件(22a)通過單池連接器(25a)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】R.拉姆賽爾 申請人:羅伯特·博世有限公司