AT521264B1 - battery assembly - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Batterieanordnung mit Batteriezellen (1), die durch eine Vergussmasse (20) in einem eine verlorene Schalung für die Vergussmasse (20) bildenden Gehäuse (3) gehalten sind, und mit einer die Batteriezellen (1) elektrisch verbindenden, Anschlusskontakte (17) aufweisenden Platine (2) beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Platine (2) eine die Batteriezellen (1) aufnehmende Leiterplatte (4) als Gehäusedeckel und einen die Anschlusskontakte (17) aufweisenden Anschlussrahmen (5) umfasst, der das Gehäuse (3) umschließt und mit einem über das Gehäuse (3) vorstehenden Randflansch (6) der Leiterplatte (4) verschraubt ist, dass die Leiterplatte (4) und der Anschlussrahmen (5) auf den einander zugekehrten Seiten mit koaxialen Kontaktringen (14, 15) versehen sind, die Schraubenlöcher (7, 9) für Verbindungsschrauben (8) mit Abstand umschließen, und dass die Kontaktringe (15) des Anschlussrahmens (5) mit den Anschlusskontakten (17) über Leiterbahnen (16) verbunden sind.There is a battery arrangement with battery cells (1), which are held by a casting compound (20) in a housing (3) forming a lost formwork for the casting compound (20), and with a connection contact (17) electrically connecting the battery cells (1) ) having circuit board (2). In order to create advantageous design conditions, it is proposed that the circuit board (2) comprise a circuit board (4) receiving the battery cells (1) as the housing cover and a connection frame (5) which has the connection contacts (17) and which encloses the housing (3) and is screwed to the housing (3) projecting edge flange (6) of the printed circuit board (4) so that the printed circuit board (4) and the connection frame (5) are provided on the sides facing each other with coaxial contact rings (14, 15) Enclose screw holes (7, 9) for connecting screws (8) at a distance, and that the contact rings (15) of the connection frame (5) are connected to the connection contacts (17) via conductor tracks (16).
Description
österreichisches patentamtAustrian patent office
Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterieanordnung mit Batteriezellen, die durch eineDescription: The invention relates to a battery arrangement with battery cells, which are replaced by a
Vergussmasse in einem eine verlorene Schalung für die Vergussmasse bildenden Gehäuse gehalten sind, und mit einer die Batteriezellen elektrisch verbindenden, Anschlusskontakte aufweisenden Platine.Potting compound are held in a housing forming a lost formwork for the potting compound, and with a circuit board that electrically connects the battery cells and has connection contacts.
[0002] Für Batterieanordnungen, die hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, wie sie beispielsweise bei Telemetriesystemen im Bereich von Verbrennungsmotoren auftreten, gilt die Forderung, dass nicht nur die einzelnen Batteriezellen, sondern auch ihre Kontaktierung den auftretenden Belastungen standhalten müssen.For battery assemblies that are exposed to high thermal and / or mechanical loads, such as occur in telemetry systems in the field of internal combustion engines, the requirement applies that not only the individual battery cells, but also their contacting must withstand the loads that occur.
[0003] Um bei einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen die einzelnen Batteriezellen nicht nur in ihrer Lage zueinander zu sichern, sondern auch vor mechanischen Belastungen und äußeren Einflüssen zu schützen, ist es bekannt (DE 10 2015 219 280 A1), die einzelnen Batteriezellen in einem Gehäuse zu positionieren und dann das Gehäuse mit den Batteriezellen mit einer Vergussmasse auszugießen. Die aus der Vergussmasse herausragenden Pole der Batteriezellen sind zur Kontaktierung frei zugängig und daher auch gegenüber den auftretenden Belastungen ungeschützt.In order to not only secure the individual battery cells with respect to one another in a battery arrangement with a plurality of battery cells, but also to protect them from mechanical loads and external influences, it is known (DE 10 2015 219 280 A1) that the individual battery cells in one Position the housing and then pour the battery cells with a sealing compound. The poles of the battery cells protruding from the sealing compound are freely accessible for contacting and are therefore also unprotected against the loads that occur.
[0004] Damit die einzelnen Batteriezellen eines Batteriezellenblocks einfach miteinander elektrisch verbunden werden können, ist es außerdem bekannt (WO 2008/104340 A1), den einzelnen Batteriezellen eine gemeinsame Platine zuzuordnen. Zu diesem Zweck werden die in einer verlorenen Schalung aus einem Hüllblech zu einem Batteriezellenblock mit einer Vergussmasse ausgegossenen Batteriezellen mit einer entsprechenden Platine verbunden und zusammen mit der Platine in ein Gehäuse eingesetzt, wobei der Raum zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse ebenfalls mit einer Vergussmasse ausgegossen werden kann. Da der Batteriezellenblock über Abstandhalter in das Gehäuse eingesetzt wird und nur die Platine mittels einer Vergussmasse gegenüber dem Gehäuse abgestützt wird, ist eine solche Konstruktion zur Aufnahme hoher Belastungen ungeeignet, zumal Gehäusedeformationen in Kauf genommen werden und mit entsprechendem Konstruktionsaufwand versucht wird, die auf das Gehäuse einwirkenden Belastungskräfte bei einer Gehäusedeformation unter Umgehung des Batteriezellenblocks abzutragen.So that the individual battery cells of a battery cell block can be easily electrically connected to one another, it is also known (WO 2008/104340 A1) to assign a common circuit board to the individual battery cells. For this purpose, the battery cells cast in a lost formwork from a cladding sheet to form a battery cell block with a casting compound are connected to a corresponding circuit board and inserted together with the circuit board in a housing, the space between the circuit board and the housing also being poured out with a casting compound can. Since the battery cell block is inserted into the housing via spacers and only the circuit board is supported against the housing by means of a sealing compound, such a construction is unsuitable for absorbing high loads, especially since housing deformations are accepted and attempts are made to design the housing accordingly load forces acting on a housing deformation bypassing the battery cell block.
[0005] Schließlich ist es bekannt (WO 2017/176462 A1), zur Überwachung der in einem Gehäuse gehaltenen Batteriezellen eine mit diesen Batteriezellen verbundene Platine vorzusehen, die in einem auf das Batteriezellengehäuse aufgesetzten Gehäuse untergebracht ist. Die von einem Boden aufragenden Batteriezellen werden innerhalb des Batteriezellengehäuses durch eine Vergussmasse gehalten, das für die Vergussmasse eine verlorene Schalung bildet, und weisen in das Platinengehäuse vorstehende Leitungskontakte auf. Wenn das Batteriezellengehäuse entsprechend steif ausgebildet wird, können die Batteriezellen allenfalls vor mechanischen Belastungen geschützt werden, nicht aber die elektrischen Verbindungen.Finally, it is known (WO 2017/176462 A1) to provide a circuit board connected to these battery cells for monitoring the battery cells held in a housing and housed in a housing placed on the battery cell housing. The battery cells protruding from a floor are held within the battery cell housing by a casting compound, which forms a lost formwork for the casting compound, and have line contacts protruding into the circuit board housing. If the battery cell housing is made appropriately rigid, the battery cells can at best be protected against mechanical loads, but not the electrical connections.
[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Batterieanordnung mit einfachen Konstruktionsmitteln sowohl gegenüber hohen mechanischen Kräften als auch gegenüber hohen thermischen Belastungen zu schützen.The invention is therefore based on the object to protect a battery assembly with simple construction means both against high mechanical forces and against high thermal loads.
[0007] Ausgehend von einer Batterieanordnung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Platine eine die Batteriezellen aufnehmende Leiterplatte als Gehäusedeckel und einen die Anschlusskontakte aufweisenden Anschlussrahmen umfasst, der das Gehäuse umschließt und mit einem über das Gehäuse vorstehenden Randflansch der Leiterplatte verschraubt ist, dass die Leiterplatte und der Anschlussrahmen auf den einander zugekehrten Seiten mit koaxialen Kontaktringen versehen sind, die Schraubenlöcher für die Verbindungsschrauben mit Abstand umschließen, und dass die Kontaktringe des Anschlussrahmens mit den Anschlusskontakten über Leiterbahnen verbunden sind.Starting from a battery arrangement of the type described above, the invention solves the problem in that the board comprises a circuit board receiving the battery cells as a housing cover and a connection frame having the connection contacts, which encloses the housing and with a projecting over the housing edge flange The circuit board is screwed on, that the circuit board and the connection frame are provided with coaxial contact rings on the sides facing each other, enclose the screw holes for the connecting screws at a distance, and that the contact rings of the connection frame are connected to the connection contacts via conductor tracks.
[0008] Da die Platine einen Gehäusedeckel bildet und damit das eine verlorene Schalung für die Vergussmasse bildende Gehäuse nach außen abschließt, werden die an der Leiterplatte /8Since the circuit board forms a housing cover and thus closes off the formwork that is lost for the casting compound, the components on the circuit board / 8
AT 521 264 B1 2019-12-15 österreichisches patentamt vorgesehenen Batteriezellen nach dem Ausgießen des Gehäuses mit der Vergussmasse im Gehäuse gegenüber mechanischen und thermischen Belastungen geschützt festgehalten, wobei die Eigenschaften der Vergussmasse hinsichtlich der Dämpfung von Stoßbelastungen und der Wärmedämmung durch eine entsprechende Wahl der Vergussmasse vorteilhaft an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Die Vergussmasse hält außerdem die einzelnen Batteriezellen in ihrer Lage gegenüber der Leiterplatte fest, sodass die elektrischen Verbindungen zwischen den Batteriezellen und der Leiterplatte auch bei hohen Belastungen gesichert sind. Der das Gehäuse umschließende und mit der Leiterplatte verschraubte Anschlussrahmen bringt nicht nur eine zusätzliche Versteifung des Gehäuses mit sich, sondern sichert auch die Kontaktierung mit der Leiterplatte. Die einander koaxial gegenüberliegenden Kontaktringe der Leiterplatte und des Anschlussrahmens werden durch die diese Kontaktringe durchsetzenden Verbindungschrauben mit der Wirkung gegeneinandergepresst, dass auch hohe Zug- oder Scherkräfte die Kontaktierung nicht unterbrechen können. Durch den zu den Schraubenlöchern einzuhaltenden radialen Abstand der Kontaktringe kann ein elektrischer Fehlkontakt einfach vermieden werden. Der elektrische Anschluss der mit elektrischer Spannung zu versorgenden Verbraucher kann mithilfe der am Anschlussrahmen vorgesehenen, mit den Kontaktringen verbundenen Anschlusskontakte einfach hergestellt werden.AT 521 264 B1 2019-12-15 Austrian patent office provided battery cells after pouring the housing with the potting compound in the housing protected against mechanical and thermal loads, whereby the properties of the potting compound with regard to the damping of shock loads and thermal insulation by an appropriate choice of potting compound can be advantageously adapted to the respective requirements. The potting compound also holds the individual battery cells in place relative to the circuit board, so that the electrical connections between the battery cells and the circuit board are secured even under high loads. The connection frame surrounding the housing and screwed to the circuit board not only brings additional stiffening of the housing with it, but also ensures contact with the circuit board. The mutually coaxially opposite contact rings of the circuit board and the lead frame are pressed against each other by the connecting screws passing through these contact rings with the effect that even high tensile or shear forces cannot interrupt the contacting. Due to the radial distance between the contact rings and the screw holes, electrical incorrect contact can easily be avoided. The electrical connection of the consumers to be supplied with electrical voltage can be easily established using the connection contacts provided on the connection frame and connected to the contact rings.
[0009] Zur Befestigung der Batteriezellen an der Leiterplatte können die Batteriezellen an den Polen mit Leiterfahnen versehen sein, die die Leiterplatte in Schlitzen durchsetzen und auf der Plattenaußenseite umgebogen sind. Die Leiterplatte kann dann mit den Batteriezellen auf das Gehäuse aufgesetzt werden, um das durch die Leiterplatte abgedeckte Gehäuse mit der Vergussmasse auszugießen, die nicht nur die Leiterplatte und die daran befestigten Batteriezellen mit dem Gehäuse verbindet, sondern auch die Lage der Batteriezellen gegeneinander und gegenüber der Leiterplatte unverrückbar festlegt.To attach the battery cells to the circuit board, the battery cells can be provided on the poles with conductor tabs which penetrate the circuit board in slots and are bent on the outside of the board. The circuit board can then be placed with the battery cells on the housing in order to pour the housing covered by the circuit board with the sealing compound, which not only connects the circuit board and the battery cells attached to the housing, but also the position of the battery cells against and against the PCB fixed immovably.
[0010] Um die Lage der Platine gegenüber dem Gehäuse vor dem Ausgießen des Gehäuses mit einer Vergussmasse konstruktiv festzulegen, kann das Gehäuse über den von der Leiterplatte abgedeckten Öffnungsrand vorstehende Verbindungsansätze aufweisen, die in Langlöcher der Leiterplatte formschlüssig eingreifen.In order to constructively determine the position of the circuit board relative to the housing prior to pouring the housing with a potting compound, the housing can have projecting connection projections over the opening edge covered by the printed circuit board, which engage positively in elongated holes in the printed circuit board.
[0011] Obwohl das Ausgießen des Gehäuses mit der Vergussmasse auch durch Öffnungen im Gehäuse vorgenommen werden kann, ergeben sich besonders einfache Handhabungsbedingungen, wenn die Leiterplatte Füllöffnungen für die Vergussmasse aufweist.Although the casting of the housing with the casting compound can also be carried out through openings in the housing, there are particularly simple handling conditions if the printed circuit board has filling openings for the casting compound.
[0012] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0013] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Batterieanordnung in einer vereinfachten Draufsicht auf die das Gehäuse abschließende Platine, eine Ansicht des Anschlussrahmens auf die der Leiterplatte zugekehrten Seite, einen Schnitt nach der Linie Ill-Ill der Fig. 1 und einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1.In the drawing, the subject of the invention is shown for example. 1 shows a battery arrangement according to the invention in a simplified plan view of the circuit board that closes the housing, a view of the connection frame on the side facing the printed circuit board, a section along the line III-III of FIG. 1 and a section according to FIG Line IV-IV of Fig. 1st
erfindungsgemäße Batterieanordnung umfasst einzelne Batteriezellen 1, eine [0014] Fig. 2 [0015] Fig. 3 [0016] Fig. 4 [0017] EineThe battery arrangement according to the invention comprises individual battery cells 1, one [0014] FIG. 2 [0015] FIG. 3 [0016] FIG. 4 [0017] one
Platine 2 und ein Gehäuse 3. Die Platine 2 ist aus einer Leiterplatte 4, die das Gehäuse 2 als Gehäusedeckel nach außen abschließt, und aus einem Anschlussrahmen 5 zusammengesetzt, der das Gehäuse 3 umschließt und mit der Leiterplatte 4 verschraubt ist. Zu diesem Zweck sind in dem über das Gehäuse 3 vorstehenden Randflansch 6 der Leiterplatte 4 Schraubenlöcher 7 für Verbindungsschrauben 8 vorgesehen, die den Anschlussrahmen 5 in koaxialen Schraubenlöchern 9 durchsetzen und Schraubenmuttern 10 tragen.Circuit board 2 and a housing 3. The circuit board 2 is composed of a circuit board 4, which closes the housing 2 as a housing cover to the outside, and a connecting frame 5, which encloses the housing 3 and is screwed to the circuit board 4. For this purpose, screw holes 7 for connecting screws 8 are provided in the edge flange 6 of the printed circuit board protruding beyond the housing 3, which penetrate the connection frame 5 in coaxial screw holes 9 and carry screw nuts 10.
[0018] Die Batteriezellen 1 sind an den Polen mit Kontaktfahnen 11 versehen, die durch Schlitze 12 in der Leiterplatte 4 geführt und zur Befestigung der Batteriezellen 1 auf der Außenseite der Leiterplatte 4 umgebogen sind. Mithilfe der in der Fig. 1 lediglich schematisch strichpunktiert angedeuteten Leiterbahnen 13 der Leiterplatte 4 werden die Pole der Batteriezellen 1 elektrisch verbunden, beispielsweise in einer Parallelschaltung, und an Kontaktringe 14 angeschlossen, die zwei benachbarte Schraubenlöcher 7 der Leiterplatte 4 auf der dem Anschlussrahmen 5The battery cells 1 are provided at the poles with contact tabs 11, which are guided through slots 12 in the circuit board 4 and bent for fastening the battery cells 1 on the outside of the circuit board 4. 1, the poles of the battery cells 1 are electrically connected, for example in a parallel connection, and connected to contact rings 14, the two adjacent screw holes 7 of the circuit board 4 on the connecting frame 5
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AT 521 264 B1 2019-12-15 österreichisches patentamt zugekehrten Seite mit radialem Abstand umschließen. Da der Anschlussrahmen 5 zu diesen Kontaktringen 14 koaxiale Kontaktringe 15 aufweist, die gemäß der Fig. 2 über Leiterbahnen 16 mit Anschlusskontakten 17 verbunden sind, wird beim Zusammenschrauben der Leiterplatte 4 und des Anschlussrahmens 5 eine sichere elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 4 und dem Anschlussrahmen 5 hergestellt und damit erreicht, dass an den Anschlusskontakten 17 die elektrische Spannung der Batterieanordnung abgegriffen werden kann.AT 521 264 B1 2019-12-15 Austrian patent office enclose the side facing the radial distance. Since the connection frame 5 has coaxial contact rings 15 for these contact rings 14, which are connected to connection contacts 17 via conductor tracks 16 according to FIG. 2, when the printed circuit board 4 and the connection frame 5 are screwed together, a secure electrical connection between the printed circuit board 4 and the connection frame 5 produced and thus achieved that the electrical voltage of the battery assembly can be tapped at the connection contacts 17.
[0019] Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung werden zunächst die Batteriezellen 1 mithilfe der Kontaktfahnen 11 an die Leiterplatte 4 angeschlossen und dann mit der Leiterplatte 4 als Gehäusedeckel auf das Gehäuse 3 aufgesetzt. Zur Festlegung der Lage dieses Gehäusedeckels gegenüber dem Gehäuse 3 ist das Gehäuse 3 mit Verbindungsansätzen 18 versehen, die über den von der Leiterplatte 4 abgedeckten Öffnungsrand des Gehäuses 3 vorstehen und in Langlöcher 19 der Leiterplatte 4 formschlüssig eingreifen. Nach dem Aufsetzen der Leiterplatte 4 auf das Gehäuse 3 wird das Gehäuse 3 mit einer Vergussmasse 20 ausgegossen. Die Leiterplatte 4 weist hierfür Füllöffnungen 21 auf, durch die die Luft beim Eingießen der Vergussmasse entweichen kann, wenn die Vergussmasse 20 durch zumindest eine dieser Füllöffnungen 21 in das Gehäuse 3 gegossen wird. Die vollständige Füllung des Gehäuses 3 ist erreicht, wenn auch die Füllöffnungen 21 mit der Vergussmasse 20 ausgefüllt sind.To produce a battery arrangement according to the invention, the battery cells 1 are first connected to the printed circuit board 4 using the contact tabs 11 and then placed on the housing 3 with the printed circuit board 4 as the housing cover. To determine the position of this housing cover with respect to the housing 3, the housing 3 is provided with connecting lugs 18 which protrude beyond the opening edge of the housing 3 covered by the printed circuit board 4 and engage in a form-fitting manner in elongated holes 19 of the printed circuit board 4. After placing the circuit board 4 on the housing 3, the housing 3 is poured out with a casting compound 20. For this purpose, the printed circuit board 4 has filling openings 21 through which the air can escape when the casting compound is poured in, if the casting compound 20 is poured into the housing 3 through at least one of these filling openings 21. The housing 3 is completely filled when the filling openings 21 are also filled with the casting compound 20.
[0020] Nach dem Ausgießen des Gehäuses 3 mit der Vergussmasse 20 kann dann der Anschlussrahmen 5 der Platine 2 montiert werden. Dieser Anschlussrahmen 5 ist von der Bodenseite des Gehäuses 3 her auf das Gehäuse 3 aufzuschieben und mit der Leiterplatte 4 durch die Verbindungsschrauben 8 und die zugehörigen Schraubenmuttern 10 zu verbinden. Damit ergibt sich eine Batterieanordnung aus einzelnen Batteriezellen 1 für hohe mechanische und thermische Belastungen, weil einerseits die auf das Gehäuse 3 und die Platine 2 einwirkenden mechanischen Kräfte nicht zu einer Unterbrechung elektrischer Verbindungen innerhalb der Batterieanordnung führen können und anderseits die Vergussmasse 20 die Batteriezellen 1 nicht nur vor mechanischen Belastungen, sondern auch vor thermischen Überlasten schützen kann.After pouring the housing 3 with the sealing compound 20, the lead frame 5 of the board 2 can then be mounted. This connection frame 5 is to be pushed onto the housing 3 from the bottom of the housing 3 and to be connected to the printed circuit board 4 by means of the connecting screws 8 and the associated nuts 10. This results in a battery arrangement consisting of individual battery cells 1 for high mechanical and thermal loads, because on the one hand the mechanical forces acting on the housing 3 and the circuit board 2 cannot lead to an interruption of electrical connections within the battery arrangement and, on the other hand, the sealing compound 20 cannot lead to the battery cells 1 can only protect against mechanical loads, but also against thermal overloads.
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