蓄电池组装置的制作方法

发明领域

背景技术：

设置用于运行便携式器具的蓄电池组通常设计成尽可能紧凑且节省重量。出于这个原因，在这种蓄电池组中的蓄电池单体的单体电极的壁厚非常小并且通常在十分之几毫米的范围中。为了使蓄电池单体能够与电触头连接，蓄电池单体的单体电极与集电器以材料锁合的方式连接。就这种蓄电池组而言，在单体电极的壁厚和集电器的厚度之间的常见比例在大约1的范围中。

为了减少在蓄电池组内产生的热量，优选地选择具有非常小的电阻的集电器。已知例如由镍或者由铜合金制成的集电器，所述集电器通过电阻焊方法与单体电极连接。铜由于其小的电阻是特别合适于集电器的材料。然而在上述的蓄电池组中没有使用铜，因为电阻焊方法不适于将由铜制成的、具有大于0.1mm的厚度的集电器与如此薄的单体电极连接。

技术实现要素：

本发明涉及一种具有至少一个蓄电池单体和集电器的蓄电池组装置，所述蓄电池单体具有单体电极，其中，单体电极与集电器在附接区域中材料锁合地连接，其中，单体电极的壁厚与集电器的厚度的比例最大为2.0，并且，集电器由铜制成。有利地，在运行具有根据本发明的蓄电池组装置的蓄电池组时实现了显著减少产生的热量，这提高了蓄电池组装置的使用寿命。此外，有利地提高了最大能够使用的功率。此外，本发明涉及一种蓄电池组、尤其是手持式工具机蓄电池组，所述蓄电池组具有如前所述的蓄电池组装置。

蓄电池组优选具有壳体，所述壳体能够通过机械接口与外部用电器或者充电器可松脱地连接。外部用电器能够尤其构造为便携式设备。优选地，外部用电器构造为诸如草坪修剪机或者绿篱剪切机的园艺器具，构造为诸如角磨机、起子机、电钻、钻锤等的手持式工具机，或者构造为诸如激光测距仪的测量工具。通过机械接口，蓄电池组能够与用电器力锁合和/或形状锁合地连接。有利地，机械接口包括至少一个操纵元件，通过所述操纵元件能够将蓄电池组与用电器的连接松脱。此外，蓄电池组包括至少一个蓄电池单体和电接口，所述至少一个蓄电池单体能够通过所述电接口与用电器电连接。蓄电池单体能够构造为原电池单体，所述原电池单体具有一种结构，在该结构中，一个单体电极位于一个端部上而另一单体电极位于相对置的端部上。单体电极优选由导电金属、示例性地由深冲钢制成。尤其地，蓄电池单体在一个端部上具有正单体电极并且在对置的端部上具有负单体电极。蓄电池单体优选构造为镍镉蓄电池单体或者镍氢蓄电池单体、特别优选地构造为锂基蓄电池单体。蓄电池组的蓄电池电压通常是单个蓄电池单体的电压的多倍，并且，由蓄电池单体的连接方式(并联或者串联)得出。因而，就具有3.6v电压的常见蓄电池单体而言得出3.6v、7.2v、10.8v、14.4v、18v、36v、54v、108v的示例性蓄电池电压。

优选地，蓄电池单体构造为至少基本上圆柱形的圆单体，其中，单体电极布置在圆柱形状的端部上。电接口尤其包括至少两个电接触元件，所述电接触元件构造用于传输能量。替代地或者附加地，电接口能够具有用于感应充电的次级充导线圈元件。附加地，电接口能够具有另外的接触元件，所述另外的接触元件构造用于将优选通过电子部件求得的附加信息传输到用电器。在此例如能够涉及蓄电池组的充电状态、在蓄电池组内的温度、蓄电池组的编码或者剩余电量。能够想到，电子部件调节或者控制蓄电池组的充电过程和/或放电过程。电子部件能够具有例如电路板、计算单元、晶体管、电容器和/或存储器。此外，电子部件能够具有一个或者多个传感器元件，例如以用于求得在蓄电池组内的温度。替代地或者附加地，电子部件能够具有编码元件、例如编码电阻。

集电器尤其构造用于建立与单体电极的电连接。优选地，集电器与其中一个电接触元件电连接。替代地或者附加地能够想到，集电器构造为单体连接器，所述单体连接器将至少两个蓄电池单彼此电连接。集电器尤其具有至少0.1mm、优选至少0.2mm、特别优选至少0.3mm的厚度。集电器尤其由铜片形成。集电器优选由铜含量为至少98％的铜材料制成。优选地，集电器由铜含量为至少99.5％的电解铜制成。制造集电器的材料尤其不涉及含铜合金。集电器尤其一体地构造。

此外提出，在单体电极的壁厚和集电器的厚度之间的比例构造为最大1.5、优选最大1.0、优选最大0.8。以单体电极的保持不变的壁厚为出发点，通过减小该比例进一步改善了蓄电池组装置的热量产生和有效功率。集电器厚度尤其在0.1mm至0.5mm之间的范围中、优选在0.2mm至0.4mm之间的范围中、优选在0.3mm的范围中。

此外提出，附接区域具有至少一个焊缝、尤其是单个焊缝，所述焊缝具有单个起点和单个终点。优选地，附接区域尤其在横向上通过所述至少一个焊缝展开。通过焊缝来建立在单体电极和集电器之间的材料锁合的连接。焊缝尤其通过激光焊接方法来制造。尤其地，蓄电池单体的两个单体电极通过激光焊接方法与各一集电器以材料锁合的方式连接。然而也能够想到，蓄电池单体的仅一个单体电极通过激光焊接方法与集电器连接并且另一单体电极借助于另外的方法与集电器连接。所述另外的方法也能够通过材料锁合的连接或者通过力锁合和/或形状锁合的连接来实现。尤其地，焊缝的起点与终点不同。

此外提出，焊缝在其长度的至少90％上、尤其是在其整个长度上具有基本上均匀的宽度。在本上下文中，“焊缝的宽度”尤其应当理解为在集电器的表面上的焊缝宽度，激光器的激光束在所述表面上进入到集电器中。有利地，由此能够建立特别好的连接。“基本上均匀的宽度”尤其应当理解为：沿着焊缝的长度，所述宽度变化了最多50％、优选最多25％、优选最多15％。替代于在表面上的焊缝宽度，也能够想到，焊缝的宽度涉及在集电器和单体电极之间的边界面处的区域，该区域通过激光焊接方法彼此材料锁合地连接。

此外提出，焊缝不与自身接触和/或相交，和/或，焊缝不与另外的焊缝接触和/或相交。有利地，由此能够确保不损坏单体电极。尤其地，焊缝本身和/或另外的焊缝在以下区域中不接触：在所述区域中它们基本上与自身平行地延伸或者彼此平行地延伸，或者说以与自身相同的曲率或者与彼此相同的曲率延伸、尤其是同中心地延伸，

此外提出，焊缝以小于其四倍宽度、优选以小于其两倍宽度、尤其是小于其宽度、优选小于其一半宽度的程度与自身或者与另外的焊缝间隔开。有利地，由此能够确保不损坏单体电极，

此外提出，附接区域占据单体电极的端面的至少40％、尤其至少60％、优选至少80％。有利地，由此能够确保改善在单体电极和集电器之间的连接。所展开的区域有利地布置在集电器的表面上，激光器的激光束在所述表面上进入到集电器中。

替代地或者附加地提出，附接区域有至少20％、尤其至少35％、优选至少50％被所述至少一个焊缝覆盖。有利地，由此能够确保进一步改善在单体电极和集电器之间的连接。

此外提出，焊缝基本上是螺旋形的、波浪形的、蜿蜒形的或者基本上是笔直。

此外，本发明涉及一种用于将蓄电池单体与集电器连接的激光焊接方法，所述集电器由铜制成。提出了，由蓄电池组装置和激光束相对于彼此的笔直的和/或弯曲的相对运动形成焊缝，所述蓄电池组装置包括蓄电池单体和集电器。有利地，通过这种运动能够实现在蓄电池单体和集电器之间的有效连接。

该相对运动尤其能够通过激光束借助于光学器件实现的偏转和/或通过蓄电池组装置相对于激光器的运动来实现。

此外能够想到，附加地调制、尤其是周期性地调制相对运动。通过附加地调制笔直的和/或弯曲的相对运动，将所照射的区域的宽度增加到超出激光束的直径，这导致在执行激光焊接方法期间更好的热量分配并且导致更宽的焊缝。调制优选通过激光器的光学器件进行。优选地，将呈圆周运动形式的旋转运动调制到线形相对运动上，这导致围绕线形相对运动的螺旋形运动。

此外提出，以在50hz至2000hz的范围中、尤其是在100hz至400hz的范围中的频率来调制、尤其是旋转地调制相对运动。调制的幅值在焊缝的宽度的10％至焊缝的宽度的400％之间。有利地，由此能够确保，不会由于激光激励而产生集电器或者蓄电池单体的在当地过热。替代于旋转的调制，也能够想到例如线形调制或者正弦调制，所述线形调制或者正弦调制能够构造为幅度调制式或者频率调制式。

此外提出，在焊缝的起点和焊缝的终点之间激光器的功率发生变化、尤其是降低。有利地，由此能够确保，在激光焊接过程期间材料的变热不对焊缝的形成产生干扰性影响。

尤其地，在制造焊缝期间将激光器的功率以至少5％、优选至少10％、优选至少20％的程度降低。激光功率的降低能够成比例地、超比例地和/或逐级地进行。

替代地或者附加地提出，如此选择焊接速度，使得能够以直至激光器的最大功率的10％、尤其是20％、优选30％的变化来制造良好的焊缝。有利地，由此能够实现特别稳定的过程。此外提出，焊接速度在0.1m/s和3.0m/s之间的范围中。

附图说明

其他优点从下面的附图描述中得出。附图、说明书和权利要求书包含许多特征组合。技术人员也可适宜地将特征单独看待并且将其概括为有意义的其他组合。

附图示出：

图1蓄电池组的立体视图；

图2蓄电池组的另外的立体视图；

图3a焊缝的俯视图

图3b根据图3a的焊缝的剖面；

图4蓄电池组的替代实施方式的立体视图；

图5根据本发明的激光焊接方法的流程图；

图6具有方法参数的曲线图。

具体实施方式

在图1中以立体视图示出蓄电池组10。蓄电池组10示例性地构造为手持式工具机蓄电池组并且构造成能够与手持式工具机(未示出)如此电连接和机械连接，使得手持式工具机能够通过蓄电池组10被供应以能量。蓄电池组具有壳体12，所述壳体多件式地构造。壳体12在其下侧上具有基体14，在其上侧上具有接口壳体部件16并且在其侧面上具有对置的两个侧壁18。壳体部件14、16、18通过螺钉连接20而彼此连接。在蓄电池组10的前侧上布置有充电状态指示器22，通过所述充电状态指示器能够指示蓄电池组10的充电状态。充电状态指示器22集成在壳体12、尤其是基体14中。壳体12、尤其是接口壳体部件16包括机械接口24和电接口26。机械接口24和电接口26构造用于将蓄电池组10可松脱地安装并且电连接在手持式工具机或者充电器(未示出)上，所述手持式工具机或者充电器分别具有对应的机械接口和电接口。

蓄电池组10示例性地构造为推装蓄电池组。在安装蓄电池组10时，手持式工具机或者充电器的接收器件、例如导向槽和导向肋为了接收蓄电池组10的对应导向元件28而与其形成嵌接，其中，蓄电池组10在推入方向25上沿着接收器件导入并且蓄电池组10的机械接口24被推入到手持式工具机的对应机械接口中或者充电器的对应接口中。为了使蓄电池组10与手持式工具机或者与充电器锁定，机械接口24具有锁定元件30。锁定元件30构造为弹簧加载的卡锁元件，所述卡锁元件可摆动地支承在蓄电池组的壳体12中。锁定通过沿着推入方向25推入蓄电池组10来实现，其中，锁定元件30在推入运动结束时卡入卡接位置中。为了释放锁定，机械接口24具有操纵元件32，所述操纵元件与锁定元件3运动耦合。通过操纵操纵元件32，锁定元件30向内运动到蓄电池组10的壳体12中，并且，在蓄电池组10和手持式工具机或者说充电器之间的锁定被释放。

在图2中在没有接口壳体部件16和没有侧壁18的情况下示出了蓄电池组10。壳体12的基体14具有单体保持区域。在单体保持区域中接收至少一个蓄电池单体34，其中，蓄电池组10在这个实施方式中示例性地具有十个并联或者串联的蓄电池单体34。替代地也能够想到，蓄电池单体34借助于例如用于使蓄电池单体34相互绝缘的纸板套筒而彼此连接。蓄电池单体34构造成圆柱形的并且在其端面33上具有单体电极35。

蓄电池单体34彼此之间的连接通过构造为单体连接器的集电器36来实现。蓄电池单体34分别通过附接区域104与集电器36材料锁合地连接。与集电器36材料锁合地连接的蓄电池单体34形成根据本发明的蓄电池组装置100。在附接区域104中分别布置有单个焊缝102，所述单个焊缝通过激光焊接方法来制造。集电器36构造用于蓄电池单体34彼此之间的呈并联连接或者串联连接形式的电连接。在所示出的实施方式中，各两个或者各四个蓄电池单体34通过集电器36来彼此连接。此外能够看出，各蓄电池单体34为了机械固定在基体14的单体保持区域中而彼此间隔开地被接收。除了将蓄电池单体34固定在壳体12中，单体保持区域也用于冷却蓄电池单体34并且由导热材料、例如铝或者导热性良好的塑料制成。此外，单体保持区域具有套筒状的绝缘壁，使得各蓄电池单体34分开并且能够确保各蓄电池单体34彼此之间的电绝缘。在相邻的蓄电池单体34之间的传热阻抗以及在蓄电池单体34和单体保持区域之间的传热阻抗在此是尽可能小的，使得由蓄电池单体34产生的损耗热量能够良好地向外导出并且能够阻止蓄电池组10在内部过热。

在单体保持区域上方、尤其是在基体14和接口壳体部件16之间的区域中布置有电子部件38。电子部件38包括电路板40。电子部件38与充电状态指示器22连接。在电路板40上布置有电接触元件42和另外的接触元件44，所述电接触元件42设置用于蓄电池组10的充电和放电，所述另外的接触元件44构造用于将状态信息、例如蓄电池组10的充电状态或者温度传送到手持式工具机或者充电器。电接触元件42和另外的接触元件44配属于电接口26。电接触元件42与电子部件38和蓄电池单体34连接。电接触元件42与蓄电池单体34的电连接通过构造为钎焊部位的接触部位46实现，在所述接触部位上蓄电池单体34通过集电器36与构造为导线的电连接元件48钎焊。替代地，也能够想到将集电器36与电连接元件48熔焊。钎焊部位46布置在电子部件38和蓄电池单体34之间。

在图3a中以俯视图示出了来自图2的焊缝102。焊缝102螺旋形地在集电器36的表面上延伸。附接区域104由焊缝102、尤其是由焊缝102的外轮廓展开。焊缝102具有单个的起点106和单个的终点108，在所述起点上开始激光焊接方法，在所述终点上结束激光焊接方法。在此，起点106与终点108相比到附接区域104的中心110的间距较小。尤其地，起点106布置在螺旋形的焊缝102的靠内区域中，并且，终点108布置在螺旋形的焊缝102的靠外区域中。焊缝102的宽度112构造成在其长度上基本上是均匀的。尤其地，焊缝的宽度112在起点106和终点108之间变大，所变大的量小于25％、示例性地变大了约20％。螺旋形的焊缝102示例性地具有三个螺旋圈，然而，也能够想到更多或者更少的螺旋形的圈。螺旋圈基本上呈平行曲线形地并且彼此间隔开地延伸。在螺旋圈之间的间距114约为焊缝102的宽度112的两倍。焊缝102的宽度112基本上相应于在附接区域104的中心和焊缝102的终点108之间的间距的10％。起点106基本上以在附接区域104的中心110和焊缝102的终点108之间的间距的约40％与中心110间隔开。有利地，焊缝102在面积上占据了超过附接区域104的20％的区域。此外，附接区域104在面积上占据了超过单体电极35的端面33的40％的区域。

在图3b中示出沿着在图3a中标出的平面a的横截面。集电器36的厚度116基本上相应于单体电极35的壁厚118。尤其地，集电器36的厚度116和单体电极35的壁厚分别基本上为0.3mm。因而，在单体电极35的壁厚118和集电器36的厚度116之间的比例基本上是1.0。集电器36由铜含量为99.5％的电解铜制成，单体电极由不锈钢或者深冲钢制成。此外，在图3b中示出在焊缝102的六个不同部位处的横截面。集电器36和单体电极35在当地由激光束加热，使得形成熔体，所述熔体形成焊缝102。良好的焊缝102的特征在于，在集电器36和单体电极35之间的边界面120的区域中集电器36的熔融材料与单体电极的熔融材料连接。焊缝102的区域以相交的阴影线绘制出，在所述区域中集电器36和单体电极35通过激光焊接方法材料锁合地彼此连接。应当强制避免单体电极35的断裂，所述断裂通常导致蓄电池单体3的故障。焊缝102的、离中心110最远的横截面示例性地具有高的、集电器材料的喷溅，这也应当避免。

在图4中示例性地示出具有带有焊缝102的替代实施方式的蓄电池组装置100的蓄电池组10。

焊缝102a示例性地构造成笔直的。尤其地，在附接区域104a中布置有四个笔直的焊缝102a，这些焊缝相互平行地延伸。焊缝102a尤其彼此间隔开地构造。起点106a和终点108a示例性地构造在同一高度，其中，也能够想到起点106a和终点108不在同一高度。如所示出的，焊缝102a能够具有相同的长度，然而长度的变化也是能够想到的。

焊缝102b示例性地构造成波浪形的。波浪形的幅值和/或频率能够构造成恒定的或者变化的。

焊缝102c示例性地由闭合的圆形构造。尤其地，在附接区域104c中布置有三个同中心的、分别具有不同半径的、圆形的焊缝102c。

焊缝102d示例性地构造成卵形的、尤其是椭圆形的。尤其地，在附接区域104d中布置有三个彼此间隔开的焊缝102d。

焊缝102e由非封闭的、尤其是c形的、示例性地构造为圆的卵形构造。在附接区域104e中布置有三个焊缝102e，所述焊缝的开口指向不同的方向。

焊缝102f构造成圆弧形的。尤其地，至少三个焊缝102f形成不连续的圆。在附接区域104f中示出了两个不连续的圆，这些不连续的圆具有不同的直径。

焊缝102g构造成卵形的。尤其地，布置在附接区域104g中的焊缝形成不连续的螺旋形状。

在附接区域104h中布置有单个焊缝102h。焊缝的起点106h和终点108h都布置在附接区域104h的外部区域中。焊缝102h螺旋形地朝向附接区域104h的中心延伸并且又螺旋形地从中心离开地延伸。

圆形的焊缝102i螺旋形地布置在附接区域104i中。

在图2和图4中能够看出，焊缝102a-i没有接触和/或相交。

在图5中，参照流程图示出了用于将蓄电池单体34与集电器36连接的激光焊接方法，所述集电器由铜制成。在第一步骤200中，将集电器36定位到蓄电池单体34的单体电极35的端面33上。在另外的步骤202中，如此调节激光器的光学器件和/或蓄电池组装置100的位置，使得激光器的焦点处于待制造的焊缝102的起点106的区域中。

在另外的步骤204中，接通激光器并且集电器36的表面由激光器照射。照射能够垂直于集电器36的表面进行。优选地，以在一定范围中的角度、例如与垂直布置方式偏差20％地来照射表面。尤其地，激光器构造为具有几百瓦或者几千瓦的功率的红外激光器。为了精确地结构化，激光器的光斑尺寸尤其是小于100μm，所述光斑尺寸相应于激光束在集电器36的表面上的直径。

激光束和蓄电池组装置100在步骤206相对于彼此如此运动，使得形成螺旋形的焊缝102(参见图3a)。相对于彼此的相对运动尤其是以基本上恒定的、在0.1m/s至0.3m/s之间的范围中的焊接速度进行。相对运动从焊缝102的起点106进行直到焊缝的终点108。相对运动通过曲线运动实现。在制造焊缝时焊缝102根据焊接速度变长。

在替代或者附加于步骤206的平行步骤208中，附加地如此调制相对运动，使得焊缝102的宽度变大。有利地，由此能够确保特别均匀地加热集电器36及单体电极35。尤其地，相对运动的调制不影响焊接速度。调制优选构造为具有几百赫兹的频率的圆形运动。尤其地，圆形调制的半径比激光器的光斑尺寸的直径的三倍小、优选比该直径的两倍小、优选比该直径小。

在另外的、与步骤206、208平行的步骤210中，将激光器的功率在相对运动期间持续降低。随着蓄电池组装置100的照射持续时间增加，材料如此变热：与未加热状态相比，功率——从该功率起在焊缝中极有可能出现焊接缺陷——显著下降。有利地，通过降低激光功率，在没有焊接缺陷的情况下确保了焊缝的基本上均匀的宽度。

在图6中，在曲线图中相对彼此绘制出方法参数“激光功率”和“焊接速度”。曲线220示出了最小方法参数，从最小方法参数开始能够制造良好的焊缝102，所述焊缝将集电器36和单体电极35材料锁合地连接。在曲线220下方的区域222中布置有方法参数，在该方法参数的情况下，由于过小的激光功率或者由于过高的焊接速度在集电器36和蓄电池单体34之间的边界面120上的焊缝102没有被加热到足以在界面120的区域中产生材料锁合的连接。曲线224示出最大方法参数，直至该最大方法参数为止都能够制造出良好的焊缝102。在曲线224上方的区域226中蓄电池组装置100的加热是如此高的，使得极有可能去除集电器材料并且产生裂纹和/或气孔。此外也能够发生的是，在单体电极35中产生裂纹和/或气孔或者激光激发进入蓄电池单体34中并且因而蓄电池单体34被损坏。

在两个曲线220、224之间的区域228中布置有方法参数的组合，通过所述组合能够制造良好的焊缝102。为了制造良好的焊缝102，优选地选择焊接速度，在该焊接速度的情况下，在最小激光功率和最大激光功率之间的间隔最大，例如在区域230中。就在区域230中的焊接速度而言，激光功率能够以超过最大激光功率的20％的程度变化，而焊缝102不会具有缺陷或者不会不产生材料锁合的连接。尤其地，在区域230中产生良好的焊缝，在所述焊缝中基本上不出现严重缺陷。在本上下文中，“严重缺陷”尤其应当理解为缺陷，在所述缺陷的情况下蓄电池组装置的功能能力下降或者无法持久地被确保。通过选择在区域230中的焊接速度，能够有利地实现特别恒定的激光焊接方法，其中，在激光功率波动的情况下也制造出良好的焊缝102。