AT515298A4 - Connecting element for contacting at least one cell pole of a battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verbindungselement (100) zum Kontaktieren von zumindest einem Zellpol (210, 210a, 210b) einer Batteriezelle (200, 200a, 200b), mit einem als Leiterplatte ausgebildeten Grundkörper (110), wobei zumindest eine Leiterbahn (120) und zumindest einem Kontaktierungselement an dem Grundkörper (110) angeordnet sind, und das zumindest eine Kontaktierungselement aus der Ebene des Grundkörpers (110) herausschwenkbar ist, sowie ein Verfahren zum Kontaktieren zumindest eines Zellpols (210, 210a, 210b) einer Batteriezelle (200, 200a, 200b).The invention relates to a connecting element (100) for contacting at least one cell pole (210, 210a, 210b) of a battery cell (200, 200a, 200b) with a base body (110) designed as a printed circuit board, wherein at least one conductor track (120) and at least one Contacting element on the base body (110) are arranged, and the at least one contacting element out of the plane of the base body (110) is swung out, and a method for contacting at least one cell pole (210, 210a, 210b) of a battery cell (200, 200a, 200b) ,
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Kontaktieren von zumindest einem Zellpol einer Batteriezelle, mit einem als Leiterplatte ausgebildeten Grundkörper, wobei zumindest eine Leiterbahn und zumindest ein Kontaktierungselement an dem Grundkörper angeordnet sind, sowie ein Verfahren zum Kontaktieren zumindest eines Zellpols einer Batteriezelle. Üblicherweise bestehen Leiterplatten aus einem elektrisch isolierenden Material mit darauf angeordneten Leiterbahnen, die beispielsweise aus einer dünnen Schicht Kupfer herausgeätzt sind, während das isolierende Material ein faserverstärkter Kunststoff ist. Diese Leiterplatten werden in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt, in denen gilt, elektrische Verbindungen auf engstem Raum unterzubringen, wie beispielsweise in Computern, Kameras, Drucker oder Mobiltelefone. Ebenso sind flexible Leiterplatten bekannt, die zumindest eine dünne, elektrisch leitende Schicht zwischen zwei isolierenden, flexiblen Schichten aufweisen. Dieser Bauteil ist dadurch bis zu einem gewissen Maß flexibel und kann mit geringem Kraftaufwand verformt werden. In Bereichen, in denen eine elektrische Verbindung hergestellt werden soll, ist die Isolationsschicht ausgespart.The invention relates to a connecting element for contacting at least one cell pole of a battery cell, with a base body designed as a printed circuit board, wherein at least one conductor track and at least one contacting element are arranged on the base body, and a method for contacting at least one cell pole of a battery cell. Usually, printed circuit boards are made of an electrically insulating material with conductor tracks arranged thereon, which are etched out, for example, from a thin layer of copper, while the insulating material is a fiber-reinforced plastic. These boards are used in a wide range of applications where electrical connections must be accommodated in confined spaces, such as computers, cameras, printers or cell phones. Likewise, flexible printed circuit boards are known, which have at least one thin, electrically conductive layer between two insulating, flexible layers. This component is therefore flexible to some extent and can be deformed with little effort. In areas where an electrical connection is to be made, the insulation layer is recessed.
In der EP 2 498 322 Al ist eine wiederaufladbare Batterie mit einem Verbindungselement beschrieben, das eine Leiterplatte zur elektrischen Verbindung von Zellpolen aufweist. Eine ähnliche Vorrichtung kann auch der EP 2 166 595 A2 entnommen werden.EP 2 498 322 A1 describes a rechargeable battery with a connecting element which has a printed circuit board for the electrical connection of cell poles. A similar device can also be found in EP 2 166 595 A2.
Bei Zellspannungsabgriffen handelt es sich zumeist um Kupferbahnen aus einem Stanzgitter oder aber um Kabel mit einem Verbindungselement wie beispielsweise einem Kabelschuh, der zum stromführenden Bauteil, beispielsweise einem Zellpol einer Batteriezelle oder einer Stromschiene, hingeführt wird. Die Verbindung erfolgt hierbei üblicherweise durch Schrauben, Klemmen, Schweißen und dergleichen.Cell voltage taps are usually copper tracks from a stamped grid or else cables with a connecting element, such as a cable lug, which leads to the current-carrying component, for example a cell pole of a battery cell or a busbar. The connection is usually done by screws, clamps, welding and the like.
Bei Zellverbindungselementen handelt es sich um elektrisch leitende Elemente, die der Verbindung zweier oder mehr Zellpole benachbarter Batteriezellen dienen.Cell connection elements are electrically conductive elements that serve to connect two or more cell poles of adjacent battery cells.
Diese müssen zumeist auf die Zellpole augesetzt und anschließend verpresst, geclincht, gecrimpt, verschweißt oder auf andere an sich bekannte Weise mit den Zellpolen in elektrisch leitender weise verbunden werden. EntsprechendeThese usually have to be applied to the cell poles and then pressed, clinched, crimped, welded or connected in a manner known per se to the cell poles in an electrically conductive manner. Appropriate
Zellverbindungselemente sind beispielsweise in der WO 2013/000889 Al der Anmelderin beschrieben.Cell connecting elements are described, for example, in WO 2013/000889 A1 of the Applicant.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Bauteil bereitzustellen, der eine Erleichterung beim Kontaktieren der Zellpole einer Batteriezelle miteinander und/oder mit Leiterbahnen erlaubt.It is an object of the invention to provide a component which allows a facilitation in contacting the cell poles of a battery cell with each other and / or with conductor tracks.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbindungselement der eingangs erwähnten Art derart gelöst, dass das zumindest eine Kontaktierungselement aus der Ebene der Grundplatte herausschwenkbar ist. Somit wird bei Kontaktierung des zumindest einen Zellpols der Batteriezelle das Kontaktierungselement in Richtung Zellpol verbogen, während die Grundplatte des Verbindungselementes ortsfest, üblicherweise oberhalb zu der Batteriezelle angeordnet ist. Damit wird das Kontaktierungselement in unmittelbare Nachbarschaft zu zumindest einem Zellpol gebracht und kann anschließend beispielsweise mittels eines Clinchwerkzeugs mechanisch und elektrisch verbunden werden. Das zumindest eine Kontaktierungselement ist hierbei auf eine dem Fachmann an sich bekannte Weise lösbar oder unlösbar an dem Grundkörper angeordnet, beispielsweise aufgesteckt, eingelötet, eingeklebt oder in das Material des Grundkörpers eingebettet, eingeschweißt oder eingegossen.This object is achieved by a connecting element of the type mentioned above such that the at least one contacting element out of the plane of the base plate is swung out. Thus, upon contacting the at least one cell pole of the battery cell, the contacting element is bent in the direction of the cell pole, while the base plate of the connecting element is stationary, usually arranged above the battery cell. Thus, the contacting element is brought into close proximity to at least one cell pole and can then be mechanically and electrically connected, for example by means of a clinching tool. The at least one contacting element is in this case arranged in a manner known to those skilled in the art detachably or non-detachably on the base body, for example, plugged, soldered, glued or embedded in the material of the body, welded or cast.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das zumindest eine Kontaktierungselement als Zellspannungsabgriff ausgebildet. Das Kontaktierungselement steht hierbei zur Leitung von elektrischer Energie mit der zumindest einen Leiterbahn in Verbindung. Die zumindest eine Leiterbahnen ist hierbei auf eine dem Fachmann an sich bekannte Weise an dem Grundkörper angeordnet, beispielsweise aufgedruckt, aufgedampft, aufgelötet, aufgeklebt oder in das Material des Grundkörpers eingebettet, eingeschweißt oder eingegossen.In a preferred embodiment of the invention, the at least one contacting element is designed as a cell voltage tap. The contacting element is in this case for conducting electrical energy with the at least one conductor in connection. In this case, the at least one strip conductor is arranged on the base body in a manner known per se to the person skilled in the art, for example printed, vapor-deposited, soldered, glued or embedded in the material of the base element, welded or cast.
Alternativ hierzu ist in einer anderen Ausführung der Erfindung das zumindest eine Kontaktierungselement als Zellverbindungselement ausgebildet, um zumindest zwei Zellpole benachbarter Batteriezellen miteinanderzu verbinden. Das Kontaktierungselement ist bei dieser Variante der Erfindung hierbei von der zumindest einen Leiterbahn in dem Grundkörper elektrisch isoliert.Alternatively, in another embodiment of the invention, the at least one contacting element is designed as a cell connection element in order to connect at least two cell poles of adjacent battery cells to one another. In this variant of the invention, the contacting element is electrically insulated from the at least one conductor track in the base body.
Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das zumindest eine Kontaktierungselement sowohl als Zellspannungsabgriff als auch alsHowever, it is particularly preferably provided that the at least one contacting element both as a cell voltage tap and as
Zellverbindungselement fungiert. Hierbei sind zumindest zwei Zellpole zweier Batteriezellen miteinander über das zumindest eine Kontaktierungselement miteinander verbunden, während gleichzeitig über das zumindest eine Kontaktierungselement eine elektrisch leitende Verbindung zu der zumindest einen Leiterbahn besteht.Cell connection element acts. Here, at least two cell poles of two battery cells are connected to each other via the at least one contacting element, while at the same time via the at least one contacting element is an electrically conductive connection to the at least one conductor track.
Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass das zumindest eine Kontaktierungselement über einen Steg mit dem Grundkörper in Verbindung steht, wobei das zumindest eine Kontaktierungselement vorzugsweise mit zumindest einer Leiterbahn elektrisch leitend verbunden ist. In dieser Ausführung der Erfindung ist das zumindest eine Kontaktierungselement laschenartig ausgebildet, das vor der Kontaktierung in der Ebene des Grundkörpers angeordnet ist, um anschließend im Zuge der Kontaktierung aus dieser Ebene in Richtung Zellpol herausgeschwenkt zu werden. Hierbei ist das Kontaktierungselement in der Ausführung als Zellspannungsabgriff weiterhin über den Steg mit der zumindest einen Leiterbahn in dem Grundkörper des Verbindungselementes in elektrisch leitender Verbindung.Particularly preferably, it is provided that the at least one contacting element is connected to the base body via a web, wherein the at least one contacting element is preferably electrically conductively connected to at least one conductor track. In this embodiment of the invention, the at least one contacting element is formed like a tab, which is arranged prior to contacting in the plane of the base body, in order subsequently to be swung out in the course of contacting from this plane in the direction of the cell pole. Here, the contacting element in the embodiment as a cell voltage tap continues via the web with the at least one conductor track in the main body of the connecting element in electrically conductive connection.
Die Kontaktierung des zumindest einen Zellpols wird in einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weiter erleichtert, wenn der Grundkörper aus einem flexiblen Kunststoff, insbesondere aus einer Polyamidfolie mit darauf aufgedruckten oder aufgedampften definierten Bahnen von leitendem Material gefertigt ist. Alternativ hierzu können auch sogenannte FPC (flexible printed circuit) zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass das zumindest eine Kontaktierungselement als integraler Bestandteil des Grundkörpers ausgebildet ist, was die Fertigung des erfindungsgemäßen Verbindungselements wesentlich erleichtert.The contacting of the at least one cell pole is further facilitated in a particularly preferred embodiment of the invention if the base body is made of a flexible plastic, in particular of a polyamide film with printed or vapor-deposited defined tracks of conductive material. Alternatively, so-called FPC (flexible printed circuit) can be used. It is particularly preferred in this case that the at least one contacting element is formed as an integral part of the base body, which substantially facilitates the manufacture of the connecting element according to the invention.
Besonders bevorzugt ist zumindest eine Kontaktierungsöffnung in dem Grundkörper vorgesehen, in die das zumindest eine Kontaktierungselement hineinragt. Diese zumindest eine Kontaktierungsöffnung erleichtert die Zuführung eines Werkzeugs, insbesondere eines Clinchwerkzeugs, zur Verbindung des zumindest einen Kontaktierungselement mit dem zumindest einen Zellpol.Particularly preferably, at least one contacting opening is provided in the base body, into which the at least one contacting element protrudes. This at least one contacting opening facilitates the feeding of a tool, in particular a clinching tool, for connecting the at least one contacting element to the at least one cell pole.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Leiterbahn mit zumindest einem Stecker und/oder einer Steuereinheit, insbesondere mit einer integrierten MCU (Modul Control Unit) in Verbindung steht. Ebenso kann vorgesehen sein, dass auf dem Grundkörper desIn a further embodiment of the invention, it is provided that the at least one printed conductor is connected to at least one plug and / or a control unit, in particular to an integrated MCU (module control unit). Likewise it can be provided that on the body of the
Verbindungselementes weitere Funktionselemente, insbesondere Temperatursensoren, Niedrigvoltverbindungselemente und dergleichen angeordnet sind.Connecting element further functional elements, in particular temperature sensors, low-voltage connection elements and the like are arranged.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass zumindest ein Kontaktierungselement des erfindungsgemäßen Verbindungselementes aus der Ebene des Grundkörpers des Verbindungselementes in Richtung des zumindest einen Zellpols einer Batteriezelle herausgeschwenkt wird, und anschließend ein Clinchwerkzeug das zumindest eine Kontaktierungselement mit dem zumindest einem Zellpol verpresst, um eine elektrisch-leitende Verbindung herzustellen.The object is further achieved by a method according to the invention in that at least one contacting element of the connecting element according to the invention is pivoted out of the plane of the main body of the connecting element in the direction of the at least one cell pole of a battery cell, and then a clinching the at least one contacting element with the at least one cell pole pressed to make an electrically conductive connection.
Hierbei kann in einer ersten Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Clinchwerkzeug zwischen Grundplatte und Batteriezelle, insbesondere seitlich an den Zellpol und an das aus der Ebene des Grundkörpers herausgeschwenkten zumindest eine Kontaktierungselement herangeführt wird.It can be provided in a first embodiment of the invention that the clinching tool between the base plate and battery cell, in particular laterally to the cell pole and at the out of the plane of the body pivoted out at least one contacting element is introduced.
Alternativ hierzu ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das Clinchwerkzeug durch die zumindest eine Kontaktierungsöffnung hindurchgeführt wird. Diese Variante der Erfindung wird insbesondere dann eingesetzt, wenn eine seitliche Zuführung des Clinchwerkzeugs aus Platzgründen nicht möglich ist. Das Umklappen des Kontaktierungselements erfolgt durch die Positionierung des Clinchwerkzeugs an die vorgesehene Clinchstelle.Alternatively, it is provided in a further embodiment of the invention that the clinching tool is passed through the at least one contacting opening. This variant of the invention is used in particular when a lateral feed of the clinching tool is not possible for reasons of space. The folding over of the contacting element takes place by the positioning of the clinching tool at the intended clinching location.
Im Folgenden wird anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to non-limiting exemplary embodiments with associated figures. Show in it
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Verbindungselements,1 is a perspective view of a first embodiment of the connecting element according to the invention,
Figs. 2 eine Seitenansicht auf das Verbindungselement aus Fig. 1 mit positioniertem Clinchwerkzeug vor dem Clinchvorgang,Figs. FIG. 2 shows a side view of the connecting element from FIG. 1 with a positioned clinching tool before the clinching operation, FIG.
Fig. 3 Seitenansicht der fertig geclinchten Verbindung aus Fig. 2 mitFig. 3 side view of the finished clinched connection of Fig. 2 with
Schnitt durch eine Stelle mit Clinchpunkt,Section through a point with clinch point,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf eine zweite Ausführung des erfindungsgemäße Verbindungselement,4 is a perspective view of a second embodiment of the connecting element according to the invention,
Figs. 5 eine Seitenansicht auf das Verbindungselement aus Fig. 4 mit positioniertem Clinchwerkzeug vor dem Clinchvorgang,Figs. 5 shows a side view of the connecting element from FIG. 4 with a positioned clinching tool before the clinching operation,
Fig. 6 eine Seitenansicht der fertig geclinchten Verbindung aus Fig. 5 mitFig. 6 is a side view of the finished clinched connection of Fig. 5 with
Schnitt durch eine Stelle mit Clinchpunkt, undCut through a point with clinch point, and
Fig. 7 eine Ansicht von oben auf das Verbindungselement aus Fig. 4.7 is a top view of the connecting element of FIG .. 4
In der Fig. 1 ist ein Verbindungselement 100 mit einem Grundkörper 110 dargestellt. Dieser Grundkörper 110 ist in dieser Ausführung der Erfindung aus einem flexiblen Kunststoff, insbesondere einer Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyamid gefertigt. Dieser Grundkörper 110 verfügt über Leiterbahnen 120 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer, die auf den Grundkörper 110 aufgedruckt bzw. aufgedampft und/oder in dem Grundkörper 110 eingebettet sind. Diese Leiterbahnen 120 stehen mit einem Stecker 130 in elektrisch leitender Verbindung.1, a connecting element 100 with a base body 110 is shown. This main body 110 is made in this embodiment of the invention of a flexible plastic, in particular a plastic film, for example made of polyamide. This main body 110 has conductor tracks 120 made of an electrically conductive material, for example copper, which are printed or vapor-deposited on the main body 110 and / or embedded in the main body 110. These interconnects 120 are connected to a plug 130 in electrically conductive connection.
In dem Grundkörper 110 sind des Weiteren Kontaktierungsöffnungen 111 angeordnet, in die ein Zellspannungsabgriff 121 hineinragt. Der Zellspannungsabgriff 121 steht über einen Steg 112 mit zumindest einer Leiterbahn 120 in Verbindung. Zellspannungsabgriff 121, Steg 112 und Leiterbahn 120 sind vorzugsweise als eine durchgehende Schicht ausgeführt.In the base body 110 further contacting openings 111 are arranged, into which a cell voltage tap 121 protrudes. The cell voltage tap 121 is connected via a bridge 112 with at least one conductor 120 in connection. Zellspannungsabgriff 121, web 112 and conductor 120 are preferably designed as a continuous layer.
Wie den Fig. 2 und Fig. 3 zu entnehmen ist, wird der Zellspannungsabgriff 121 aus der Ebene des Grundkörpers 110 des erfindungsgemäßen Verbindungselementes 100 herausgeschwenkt und dabei in unmittelbare Nachbarschaft zu den Zellpolen 210a, 210b zweier benachbarter, durch ein Trennelement 220 voneinander getrennten Batteriezellen 200a, 200b gebracht. Ein Clinchwerkzeug 300, dessen Clinch-Backen 310a, 310b durch die Kontaktierungsöffnungen lila, 111b hindurchgeführt werden, verpresst den Zellspannungsabgriff 121 mit den beiden Zellpolen 210a, 210b unter Verformung, um so einen elektrischen Kontakt mit dem Zellspannungsabgriff 121 und in der Folge mit den Leiterbahnen 120 des Verbindungselementes 100 zu erzielen. Um einen Arbeitsschritt zu sparen, kann das Herausschwenken der Zellspannungsabgriffe 121 direkt durch das Einführen des Clinchwerkzeugs 300 in die Kontaktierungsöffnungen lila, 111b erfolgen. Das Clinchwerkzeug 300 drückt dabei auf die Zellspannungsabgriffe 121 und biegt diese in Richtung Zellpol 210a, 210b.As can be seen from FIGS. 2 and 3, the cell voltage tap 121 is pivoted out of the plane of the main body 110 of the connecting element 100 according to the invention and in the immediate vicinity of the cell poles 210a, 210b of two adjacent battery cells 200a separated by a separating element 220 , 200b brought. A clinching tool 300, the clinch jaws 310a, 310b are passed through the contacting holes purple, 111b, the cell voltage tap 121 with the two cell poles 210a, 210b deformed, so as to make electrical contact with the cell voltage tap 121 and subsequently with the conductor tracks 120 of the connecting element 100 to achieve. In order to save a work step, the cell voltage taps 121 can be swung out directly by inserting the clinching tool 300 into the contacting openings 15a, 111b. The clinching tool 300 presses against the cell voltage taps 121 and bends them in the direction of the cell pole 210a, 210b.
In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der zwei Zellspannungsabgriffe 121a, 121b als Zellverbindungselemente dienen. Die beiden Zellspannungsabgriffe 121a, 121b werden hier umgeklappt und dann mit den beiden zwischen den beiden Zellspannungsabgriffen 121a, 121b angeordneten Zellpolen 210a, 210b der zu verbindenden Batteriezellen 200a, 200b geclincht (Figs. 5 und 6). In der dargestellten Variante fungieren die beiden Kontaktierungselemente somit sowohl als Zellspannungsabgriffe 121a, 121b als auch als Zellverbindungselemente.FIG. 4 shows a further embodiment of the invention in which two cell voltage taps 121a, 121b serve as cell connection elements. The two cell voltage taps 121a, 121b are folded over here and then clinched with the two cell poles 210a, 210b of the cell cells to be connected 200a, 200b arranged between the two cell voltage taps 121a, 121b (FIGS. 5 and 6). In the illustrated variant, the two contacting elements thus function both as cell voltage taps 121a, 121b and as cell connecting elements.
Da ein Zugang für das Clinchwerkzeug 300 bei dieser Ausführungsform der Erfindung aus Platzgründen von oben schwierig ist, wird das Clinchwerkzeug 300 zwischen Grundkörper 110 des Verbindungselementes 100 und den Batteriezellen 200a, 200b seitlich herangeführt.Since access for the clinching tool 300 in this embodiment of the invention is difficult for reasons of space from above, the clinching tool 300 is brought laterally between the base body 110 of the connecting element 100 and the battery cells 200a, 200b.
In der Fig. 7 schließlich ist nochmals in einer Ansicht von oben die Ausführung des erfindungsgemäßen Verbindungselementes 100 gemäß Fig. 4 dargestellt, wobei hier eine Verbindung der Zellpole 210a, 210b mit den Zellspannungsabgriffen 121a, 121b bereits teilweise erfolgt ist. Das Clinchwerkzeug 300 ist hier zwischen den Batteriezellen 200a, 200b und dem Verbindungselement 100 positioniert.Finally, in FIG. 7, the embodiment of the connecting element 100 according to the invention 100 according to FIG. 4 is again shown in a view from above, in which case a connection of the cell poles 210a, 210b with the cell voltage taps 121a, 121b has already taken place partially. The clinching tool 300 is here positioned between the battery cells 200a, 200b and the connection element 100.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angeführten Varianten beschränkt ist. Insbesondere kann die Anzahl, Form und Anordnung der einzelnen Kontaktierungselemente unterschiedlich ausgeführt sein. Ebenso können die Leiterbahnen auf unterschiedlichste Art und Weise auf dem Grundkörper des Verbindungselementes angebracht sein.It is understood that the present invention is not limited to the above-mentioned variants. In particular, the number, shape and arrangement of the individual contacting elements can be designed differently. Likewise, the conductor tracks can be mounted in many different ways on the base body of the connecting element.
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