CN112042007A - 用于使印刷电路板与电池单元复合系统电接触的机构，以及包括该机构的设备以及这种电池单元复合系统 - Google Patents

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Abstract

一种使印刷电路板(4)与电池单元复合系统(2)电接触的机构包括：印刷电路板(4)；被紧固到所述印刷电路板(4)的至少一个双金属元件(8)；至少一个电池单元连接器(6)，用于将所述电池单元复合系统(2)连接到所述印刷电路板(4)，其中所述电池单元连接器(6)利用连接元件(15)接触所述至少一个双金属元件(8)；以及紧固元件(16)，用于将所述连接元件(15)紧固到所述至少一个双金属元件(8)。

Description

用于使印刷电路板与电池单元复合系统电接触的机构，以及 包括该机构的设备以及这种电池单元复合系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求德国专利申请DE 10 2018 206 231.5的优先权，其内容通过援引合并于本文。
技术领域
本发明涉及一种用于使印刷电路板与电池单元复合系统电接触的机构，以及一种具有这种机构的设备和一种电池单元复合系统。
背景技术
众所周知，电池单元复合系统的电池单元通过至少一个电池单元连接器连接。例如，从US 2016/0093863 A1、DE 11 2015 005 087 T5和DE 10 2010 022 689 A1中已知这种类型的电池单元复合系统。线束用于使电池单元复合系统与电气印刷电路板电接触，其中该线束通过绝缘置换技术或通过焊料连接而与印刷电路板和电池单元连接器接触。线束与电池单元连接器的电接触可以通过摩擦焊接进行，其中需要额外的钝化步骤以隔离大气特别是水分。利用焊接绞线的接触方法是复杂且昂贵的。
发明内容
本发明的目的是改善印刷电路板与电池单元复合系统的电接触，特别是简化接触的建立并且特别是将接触本身构造成稳健的。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的机构以及具有权利要求11所述特征的设备来实现。
根据本发明，已经认识到，被紧固到印刷电路板的双金属元件简化了电池单元连接器的电接触。简化了电接触的建立。电接触被构造成稳健的。
已经发现，现有技术的复杂制造基本上是由以下事实为理由的：不同材料必须相互接触和连接，特别是可以用于线束的铜和可以用于电池单元连接器的铝。双金属元件是由至少两种不同的材料，特别是由铜和铝制成的复合部件。金、银或铍也可以代替铜用于双金属元件。
特别地，双金属元件具有第一材料(特别是铜)的第一层，以及第二材料(特别是铝)的第二层。这两个材料层是重叠的。特别地，材料层被设计成圆形碟片的形式。这两层可靠地彼此连接，并且使各层彼此电接触成为可能。双金属元件是稳健的，并且特别是一件式地设计为碟片(disc)。特别地，双金属元件可以作为半成品以购买部件的形式获得。
根据本发明，已经认识到，双金属元件一方面使得可以有利地耦合电池单元连接器的不同材料，并且，另一方面使得能够连接到印刷电路板，特别是印刷电路板的传导材料，该传导材料特别是铜。可以省去绞线，特别是铜绞线的使用。
印刷电路板特别地包括支撑材料，该支撑材料也被描述为衬底，该衬底特别是至少部分地在表面上被传导材料涂覆。传导材料特别地是铜，并且特别是导电和/或导热的。传导材料将印刷电路板的外表面上的至少一个导体迹线固定至支撑材料。
特别地，印刷电路板具有多个双金属元件，所述多个双金属元件特别是通过钎焊、焊接和/或压配合被紧固到印刷电路板。双金属元件可以特别地以自动化方式被紧固到印刷电路板。
电池单元复合系统经由电池单元连接器被连接到印刷电路板，特别是连接至传导材料。还可以想到设置多个电池单元连接器。特别地，电池单元连接器在各情况下与双金属元件接触。为此，电池单元连接器可以抵靠和/或支承在双金属元件上。电池单元连接器具有连接元件，该连接元件特别地以一体方式进行设计。所述连接元件特别地在设计上是指状的，并且特别地以连接凸片的形式进行设计。
所述连接元件借助于紧固元件被紧固到至少一个双金属元件。紧固元件可以是螺钉，特别是具有公制外螺纹的螺钉。事实证明，使用具有增加的接触面的螺钉头的螺钉是特别有利的。特别地，在螺钉头的底侧上的接触表面大于公制螺钉的六角形螺钉头的接触表面。这使得可以减小螺钉头下方的表面压力，特别是在螺钉头与电池单元连接器之间的表面压力。特别地，这防止了在螺钉头下方发生的、特别是电池单元连接器的塑性材料变形。例如，这是特别有利的，因为电池单元连接器可以由硬度相对较低的材料(诸如纯铝)制成。由于基本上避免了对电池单元连接器上的表面的损坏，因此增加了腐蚀防护。螺钉头底侧的大直径确保了公差的补偿，特别是在覆盖细长孔时。由于较大的接触表面，在紧固元件与电池单元连接器之间建立了增加的有效摩擦表面，由此提高了防松的安全性，特别是在紧固元件的自动化扭矩控制的拧紧中。特别地，螺钉头的底侧被设计成不平坦的。当拧紧螺钉时，碟片形螺钉头会弹性变形，从而确保了紧固元件在电池单元连接器上的永久性预应力。特别地，可以省去额外的固定元件，诸如弹簧和/或卡环。有利地使用的紧固元件由BossardAG公司以商标
Figure BDA0002740584170000031
销售。
紧固元件可以具有高强度的螺纹涂层。根据DIN 267-27，螺纹涂层的耐高温性为-60℃至170℃。螺纹涂层可以设定螺纹摩擦系数。有利地，线摩擦系数在0.10与0.15之间。旋入扭矩通过涂层基本保持不变。脱模扭矩增加。特别地，被涂覆有螺纹涂层的螺钉适合于阻止高达400巴的反压。高强度螺纹涂层被可靠地设计为紧固元件的螺纹的俘获部件。根据所示的示例性实施例，螺纹涂层还可以用作粘合剂，该粘合剂与紧固元件一起拧入。以这种方式涂覆的紧固元件特别适合于在高冲击振动要求的情况下使用。涂层材料类似于漆，并且不含溶剂。它是一种基于微囊化丙烯酸酯的反应性涂层，用于固定和密封螺纹零件。涂层材料干燥、防滑，且适用于各种组装过程，特别是在批量生产中。在组装过程中，即在拧入紧固元件时，其中储存有丙烯酸酯的微囊会被压力和/或剪切应力破坏。释放的组件混合在一起并在组装过程中硬化。
例如，这种类型的高强度螺纹涂层由omniTECHNIK Mikroverkapselungs GmbH公司以商标
Figure BDA0002740584170000032
85提供。
确保电池单元连接器与双金属元件的接触。电池单元连接器与双金属元件之间的接触是稳健的。双金属元件与印刷电路板的连接和接触是稳健的。
如权利要求2中所述的机构使得可以以限定的方式将连接元件紧固至双金属元件。特别地，紧固以可释放的方式进行。连接元件可以以自动化方式被紧固到双金属元件。具有紧固螺纹的紧固元件可以例如通过限定的旋入扭矩以自动化方式旋入。当将连接元件紧固到双金属元件时，这使得质量控制成为可能。
如权利要求3中所述的双金属元件的设计能够简化与紧固元件的连接。由于双金属元件具有通孔，因此在紧固期间紧固元件可以插入双金属元件而没有机械阻力。特别地，双金属元件是碟片形的，特别是被设计成圆形碟片的形式和/或U形碟片的形式。
如权利要求4中的配合紧固元件使得可以以限定的并且特别是可重复地可释放的方式将连接元件紧固到双金属元件。特别地，螺母用作配合紧固元件，该螺母被附接到印刷电路板，特别是被附接到与双金属元件相对的底侧。
如权利要求5中所述的配合紧固元件的设计使得能够进行稳健的制造过程，特别是在将电池单元连接器连接至印刷电路板的情况下。特别地，配合紧固元件被焊接、钎焊和/或压配合在印刷电路板上。还可以想到的是，配合紧固元件仅被固定到印刷电路板，其中，将配合紧固元件实际紧固到印刷电路板是通过将其紧固到紧固元件，特别是通过将其拧紧到与配合紧固螺纹啮合的紧固螺纹来执行的。
替代其他配合紧固元件，紧固元件也可以被直接紧固在印刷电路板本身中。可以想到的是，紧固元件具有呈切割螺纹形式的紧固螺纹，该紧固螺纹被直接拧入印刷电路板中用于机械紧固。为了避免对印刷电路板的机械损坏，例如通过撕裂或跳动，可以对印刷电路板进行预钻孔。
如权利要求6中所述的连接元件的布置简化了到印刷电路板的紧固。
如权利要求7中所述的连接元件的设计确保了与双金属元件的充分且电气稳健接触。
如权利要求8中所述的连接元件的设计使得可以以材料友好且节省空间的方式来设计电池单元连接器。
如权利要求9中所述的连接元件的设计使得可以以简单且直接的方式将紧固元件紧固。
如权利要求10中所述的支撑框架用于机械地稳定所述机构。
如权利要求11中所述的设备基本上具有该机构的优点，在此进行参考。多个电池单元，特别是锂离子电池，可以与该机构接触。电池单元布置在电池单元复合系统中并且彼此连接。该机构的印刷电路板的连接通过电池单元连接器进行。电池单元可以在电池单元复合系统中串联或并联连接。
如权利要求12中所述的设备使得能够以安全、可靠和无风险的方式操作电池单元复合系统。该控制单元特别地具有电子控制系统，该电子控制系统特别地用于测量电池单元中的电压，测量电池单元的温度和/或在电池单元的不同荷电状态的情况下均衡电荷。
此外，如权利要求13中所述的设备是机械稳定的。
如权利要求14中所述的设备使得能够进行温度监测，特别是在紧固点处，即在双金属元件的区域中。
如权利要求15中所述的设备使得能够在电池极处进行温度检测。
附图说明
在下文中，使用附图更详细地解释本发明的示例性实施例。在附图中：
图1示出了具有根据本发明的机构的设备的俯视图，
图2示出了没有经紧固的电池单元连接器的机构的印刷电路板的透视图，以及
图3示出了具有连接元件的设备的放大透视图，该连接元件通过紧固元件被紧固至双金属元件。
具体实施方式
在图1中整体用1标识的设备包括电池单元复合系统2和整体上用3标识的机构，该机构用于使印刷电路板4与电池单元复合系统2电接触。
电池单元复合系统2具有多个锂离子电池单元5，它们在各情况下通过电池单元连接器6被组合并且被紧固到印刷电路板4。根据示例性实施例，设置八个电池单元连接器6，以便例如在各情况下将电池单元5组合成由四个电池单元5组成的组，并将它们连接到印刷电路板4，即，使它们电接触。
电池单元复合系统2包括集成在印刷电路板4上的控制单元，并且特别地包括电子控制系统。电子控制系统特别地可以与未示出的温度传感器进行信号通信，以便检测在印刷电路板4处并且特别是在电池单元连接器6的区域中的热负荷。电子系统还可以用于均衡各个电池单元5的电荷。电子系统与电池单元5进行信号通信。
印刷电路板4包括支撑材料，特别是作为衬底，例如以环氧树脂的形式，其中，支撑材料至少部分地涂覆有传导材料，根据所示的示例性实施例，该传导材料为铜。传导材料是导电和/或导热的，并且特别是在印刷电路板4的表面上形成导体迹线。
为图1所示的印刷电路板4的表面7上为各电池单元连接器6提供双金属元件8，用于紧固电池单元连接器6。根据所示的示例性实施例，双金属元件8被设计为复合部件。双金属元件代表两种不同材料，特别是两种不同金属的整体连接(integral connection)。根据所示的示例性实施例，双金属元件8被设计为铜铝复合部件，被描述为铜铝元件。
根据所示的示例性实施例，双金属元件8均被设计为具有通孔9的圆形碟片。
双金属元件8具有第一铝层10和与其连接的铜层11。双金属元件8被布置并且被固定在印刷电路板4上，使得铜层11直接接触印刷电路板4，并且特别是印刷电路板4的传导材料。双金属元件8被钎焊、焊接或压配合在印刷电路板4上。铝层10被布置在铜层11的与印刷电路板4相对的表面上。铝层10用于接触并固定电池单元连接器6。双金属元件8具有接触表面12，该接触表面被成形为像在背离印刷电路板4的表面上的圆形碟片。接触表面12被设计在铝层10上，特别是被布置在铝层10的自由表面上。
在与印刷电路板4的表面7相对的底侧13上以螺纹套的形式布置有与双金属元件8相对应的配合紧固元件14。配合紧固元件14具有内螺纹，特别是公制内螺纹，该内螺纹相对于双金属元件8的通孔9对准布置。印刷电路板4具有相应的对准开口。
螺纹套14至少固定并且特别是例如焊接、钎焊和/或压配合紧固在印刷电路板4的底侧13上。这样确保了在制造过程中，即在电池单元连接器6与印刷电路板4接触时，不会使配合紧固元件14意外脱落。在制造过程中，配合紧固元件14被可靠地保持在印刷电路板4上。
如图3所示，电池单元连接器6具有指状的，特别是舌状的连接元件15。连接元件15从电池单元连接器6的外边缘突出并且因此可以以直接和简单的方式连接到印刷电路板4和布置在该印刷电路板4上的双金属元件8。电池单元5在印刷电路板4处基本上横向地布置成相反布置的行。电池单元连接器6的连接元件15像夹具一样突出超过印刷电路板4的侧面。连接元件15形成可以直接承载在双金属元件8上的附加连接层。
紧固元件16用于将连接元件15紧固到相应的双金属元件8，该紧固元件根据所示的示例性实施例被设计为公制螺钉。螺钉具有紧固螺纹17，该紧固螺纹与配合连接元件14配合并且特别地被设计为公制外螺纹并且与未示出的配合紧固元件14的公制内螺纹接合。经由双金属元件8将电池单元连接器6紧固到印刷电路板4是简单且机械稳健的。特别地，连接、特别是电接触可以可重复地精确地并且以自动化的方式进行。简化了这种类型的设备的制造，特别是将电池单元复合系统2紧固到印刷电路板4。该生产方法可以以稳健且可靠的方式进行。
结果，改善了电池单元连接器6与双金属元件8的铝层10与由铝制成的连接元件15之间的电接触。确保双金属元件8内的电接触和热接触。双金属元件8通过铜层11与印刷电路板4的接触以可靠且稳健的方式进行。
根据所示的示例性实施例，印刷电路板4被保持在支撑框架18中，特别地是沿着其外围被保持在支撑框架18中，即，被机械地固定。支撑框架18为机构3提供附加的机械稳定性。支撑框架18还可以用于额外地保持并稳定电池单元复合系统2。
通过电池单元连接器6经由双金属元件8与印刷电路板4接触而以限定的方式进行电连接。
由于通过铝层10和铜层11从铝到铜的过渡被集成在双金属元件8内，不会发生材料特定的问题。特别地，材料之间的腐蚀不会发生。双金属元件8到印刷电路板的连接以可靠的方式并且以适合于批量生产的方式进行。

Claims (15)

1.一种使印刷电路板(4)与电池单元复合系统(2)电接触的机构，其中，所述机构(3)具有：
a.印刷电路板(4)，
b.被紧固到所述印刷电路板(4)的至少一个双金属元件(8)，
c.至少一个电池单元连接器(6)，用于将所述电池单元复合系统(2)连接到所述印刷电路板(4)，其中所述电池单元连接器(6)利用连接元件(15)接触所述至少一个双金属元件(8)，
d.紧固元件(16)，用于将所述连接元件(15)紧固到所述至少一个双金属元件(8)。
2.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述紧固元件(16)具有紧固螺纹(17)，特别是外螺纹，且特别是公制外螺纹。
3.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，所述至少一个双金属元件(8)具有用于插入所述紧固元件(16)的通孔(9)。
4.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，与所述紧固元件(16)配合的配合紧固元件(14)，所述配合紧固元件(14)特别地具有与所述紧固元件(16)的所述紧固螺纹(17)配合的配合紧固螺纹，特别是内螺纹，特别是公制内螺纹。
5.根据权利要求4所述的机构，其特征在于，所述配合紧固元件(14)被紧固到所述印刷电路板(4)。
6.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，所述连接元件(15)突出，特别地从所述电池单元连接器(6)的外边缘突出。
7.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，所述连接元件(15)具有连接表面，所述连接元件(15)通过所述连接表面接触所述至少一个双金属元件(8)。
8.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，所述连接元件(15)为指状设计。
9.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，所述连接元件(15)具有用于使所述紧固元件(16)穿过的通孔。
10.根据前述权利要求中一项所述的机构，其特征在于，支撑框架(18)，所述印刷电路板(4)被保持在所述支撑框架上，特别是沿所述印刷电路板(4)的外围被保持在所述支撑框架上。
11.一种设备，其具有：
a.根据前述权利要求中一项所述的机构(3)，
b.电池单元复合系统(2)，其具有多个电池单元(5)，并且通过所述至少一个电池单元连接器(6)被连接到所述印刷电路板(4)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，控制单元，所述控制单元被特别地布置在所述电池单元复合系统(2)处。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述电池单元复合系统(2)被紧固到所述支撑框架(18)。
14.根据权利要求11到13中一项所述的设备，其特征在于，至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被特别地布置成邻近所述至少一个双金属元件(8)。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述至少一个温度传感器被紧固到所述至少一个双金属元件(8)和所述印刷电路板(4)。
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