DE102010043885A1 - Package for e.g. lithium battery, has multiple cells connected by multiple cell connecting flat conductors, and multiple flat conductor cables comprising contact portions that are connected with flat conductors via resistor welded joints - Google Patents

Package for e.g. lithium battery, has multiple cells connected by multiple cell connecting flat conductors, and multiple flat conductor cables comprising contact portions that are connected with flat conductors via resistor welded joints Download PDF

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Abstract

The package has multiple cells (10) connected by multiple cell connecting flat conductors (30-36) e.g. punch scrap and strip conductor, in groups (20, 22). Multiple flat conductor cables (52) i.e. strip guards comprise contact portions that are connected with the flat conductors via resistance welded joints. The conductor cables are arranged between insulation layers (54, 56) and exposed at the contact portions by recesses (60) in the insulation layers. Contact pins are connected with the flat conductors via resistance welded joints. The strip conductor comprises an exposed contact surface. An independent claim is also included for a method for manufacturing a rechargeable battery package.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, einzelne Zellen eines Akkupacks zusammenzuschalten, um die erreichbare Stromstärke und/oder Spannung zu vervielfachen. Es ergeben sich Gruppen, die miteinander in spezifischer Weise verbunden sind. Bei einer großen Anzahl von Zellen erfordert die Kontaktierung einen hohen Aufwand. Ferner ist eine zuverlässige Kontaktierung aller Zellen notwendig, da auch der Ausfall einer Zelle das gesamte Akkupack beeinträchtigt.It is known to interconnect individual cells of a battery pack in order to multiply the achievable current and / or voltage. It results in groups that are connected to each other in a specific way. In a large number of cells, the contacting requires a lot of effort. Furthermore, a reliable contacting of all cells is necessary because even the failure of a cell affects the entire battery pack.

In der Druckschrift DE 10 2007 020 295 A1 ist eine Leiterrahmen für Zellen offenbart, der aus mehreren dreidimensionalen Stanzgitter besteht, welche in einem Kunststoffrahmen eingebettet sind. Kontrollleitungen verlaufen auf dem Leiterrahmen, wobei die Kontrollleitungen zwischen den einzelnen Zellen mit dem Leiterrahmen elektrisch verbunden sind, indem Kontaktzungen des Leiterrahmens mit Kontaktzungen der Kontrollleitungen federnd aufeinander gedrückt sind. Die Vorrichtung wird durch Einbetten in einen Kunststoffspritzguss fixiert.In the publication DE 10 2007 020 295 A1 discloses a lead frame for cells which consists of several three-dimensional punched grid, which are embedded in a plastic frame. Control lines extend on the leadframe, the control leads between the individual cells being electrically connected to the leadframe by resiliently urging each other on the leadframe with contact tongues of the control leads. The device is fixed by embedding in a plastic injection molding.

In der Druckschrift DE 10 2008 040 341 ist beschrieben, dass Zellenverbinder einzelne Zellen miteinander verbinden, wobei die Zellenverbinder ferner mit flexiblen Leiterbahnen verbunden sind. Die Leiterbahnen sind mit den Zellverbindern über leitende Klebeverbindungen verbunden.In the publication DE 10 2008 040 341 It is described that cell connectors interconnect individual cells, with the cell connectors also being connected to flexible traces. The printed conductors are connected to the cell connectors via conductive adhesive bonds.

Bei bekannten Akkupacks erfordert die Verbindung der Zellen untereinander komplexe und zeitaufwändige Montageschritte, wobei die Art der erreichten Verbindung gegenüber starken mechanischen Belastungen nicht ohne Weiteres resistent ist.In known battery packs, the connection of the cells with each other requires complex and time-consuming assembly steps, the type of connection achieved is not easily resistant to heavy mechanical loads.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung, da die Schritte zu Herstellung der elektrischen Verbindung keine zusätzlichen Materialien erfordern und mit einfachen Mitteln vorgesehen werden können. Das Akkupack kann präzise und mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden; insbesondere ergeben sich keine Wartezeiten, bis eine hohe mechanische Festigkeit erreicht wird, wie es etwa bei Klebeverbindungen oder einem Spritzgussschritt der Fall ist. Die erfindungsgemäße Verbindung ermöglicht eine schnelle Herstellung, da auf das gleiche Schweißwerkzeug zurückgegriffen werden kann, um zum einen die einzelnen Zellen mittels Zellenverbindungsflachleitern elektrisch zu gruppieren, und um zum anderen die Zellenverbindungsflachleiter mit Zuleitungsflachleitern zu verbinden, um eine einfache Anschlussmöglichkeit des gesamten Akkupacks zu ermöglichen. Ferner erfordert das Schweißwerkzeug keinerlei zusätzliche Materialien zur mechanischen oder elektrischen Stabilisierung wie Spritzgussmaterial zur mechanischen Fixierung oder leitender Kleber zur elektrischen Verbindung. Das Verfahren ermöglicht komplexe elektrische Gruppierungen mit einer hohen Anzahl an Zellen. Insbesondere sind aufgrund der erfindungsgemäßen Verbindungsart die Verbindungsstellen resistent gegenüber Lösungsmitteln (im Gegensatz zu Kontaktstellen mit leitendem Kleber) und mechanisch robust, auch bei (leichten) Verformungen des Batteriepacks. Die Erfindung erfordert insbesondere kein Spritzgussverfahren zur Stabilisierung von Kontaktkomponenten, das die Zellen thermisch beeinträchtigen kann.The invention enables a particularly simple production, since the steps for producing the electrical connection require no additional materials and can be provided by simple means. The battery pack can be manufactured precisely and at high speed; In particular, there are no waiting times until a high mechanical strength is achieved, as is the case with adhesive bonds or an injection molding step. The connection according to the invention enables rapid production, since the same welding tool can be used to electrically group the individual cells by means of cell connection flat conductors, and to connect the cell connection flat conductors to lead flat conductors in order to enable a simple connection of the entire battery pack. Furthermore, the welding tool requires no additional materials for mechanical or electrical stabilization such as injection molding material for mechanical fixation or conductive adhesive for electrical connection. The method enables complex electrical groupings with a high number of cells. In particular, due to the type of connection according to the invention the joints are resistant to solvents (in contrast to contact points with conductive adhesive) and mechanically robust, even with (slight) deformations of the battery pack. In particular, the invention does not require an injection molding process for stabilizing contact components that can thermally affect the cells.

Die Erfindung sieht vor, dass die Zellenverbindungsflachleiter, welche die einzelnen Zellen elektrisch in mehrere Untergruppen gruppieren, mit mehreren Zuleitungsflachleitern durch Widerstandsschweißen, d. h. mittels Widerstandsschweißverbindungen, miteinander verbunden werden. Vorzugsweise sind auch Kontaktfahnen an den einzelnen Zellen durch Widerstandsschweißen, d. h. mittels Widerstandsschweißverbindungen an den Metallflächen der Pole der Zellen befestigt.The invention provides that the cell connection flat conductors which electrically group the individual cells into a plurality of subgroups with multiple lead flat conductors by resistance welding, i. H. by means of resistance welded joints, to be connected together. Preferably also tabs on the individual cells by resistance welding, d. H. attached by resistance welding joints to the metal surfaces of the poles of the cells.

Ferner sind vorzugsweise auch die Zellenverbindungsflachleiter mit den Kontaktfahnen durch Widerstandsschweißen, d. h. mittels Widerstandsschweißverbindungen, verbunden. Dadurch kann das gleiche Schweißwerkzeug für die Montage der Kontaktfahnen an die Zellen, für die Montage der Kontaktfahnen an die Zellenverbindungsflachleiter, und/oder für die Montage der Zellenverbindungsflachleiter mit den Zuleitungsflachleitern verwendet werden. Vorzugsweise verlaufen zumindest zwei oder drei der folgenden Komponenten entlang derselben Ebene oder parallel: Metallflächen der Pole, Kontaktstellen der Kontaktfahnen, Kontaktstellen der Zellenverbindungsflachleiter und Kontaktstellen der Zuleitungsflachleiter. Dadurch kann das gleiche Schweißwerkzeug verwendet werden, ohne dass dies (oder die zu verarbeitenden Komponenten) geschwenkt werden muss.Furthermore, preferably the cell connection flat conductors are also connected to the contact lugs by resistance welding, i. H. by means of resistance welded joints, connected. As a result, the same welding tool can be used for mounting the tabs to the cells, for mounting the tabs to the cell connection flat conductors, and / or for mounting the cell connection flat conductors to the lead flat conductors. Preferably, at least two or three of the following components extend along the same plane or parallel: metal surfaces of the poles, contact points of the contact lugs, contact points of the cell connection flat conductors and contact points of the supply flat conductors. As a result, the same welding tool can be used without this (or the components to be processed) has to be pivoted.

Eine besonders kostengünstige Variante sieht vor, als Zuleitungsflachleiter mehrere Leiterbahnen einer flexiblen Leiterplatte zu verwenden. Die Leiterplatte kann an einem Ende, das dem mit dem Zellenverbindungsflachleiter verbundenen Ende entgegengesetzt ist, parallele Steckverbindungskontakte aufweisen, wobei zwischen zwei mit Zellenverbindungsflachleitern verbundenen Leiterbahnen eine Leiterbahn vorgesehen ist, die nicht kontaktiert ist (zumindest nicht mit einem Zellenverbindungsflachleiter). Dadurch kann die Steckverbindung als ZIF-Stecker (ZIF – zero insertion force, Nullkraftfassung) ausgebildet sein, wobei auch bei Verkanten des Steckers während dem Verbinden mit einer externen Anschlussbuchse keine Kurzschlüsse auftreten können, da eine zwischenliegende Leiterbahn zwei benachbarte, spannungsführende Leiterbahnen ausreichend trennt.A particularly cost-effective variant envisages using a plurality of conductor tracks of a flexible printed circuit board as the lead-in flat conductor. The printed circuit board may have parallel plug-in contacts at one end opposite the end connected to the cell interconnect line, with a trace not being contacted (at least not with a cell connection flat conductor) between two interconnects connected to cell interconnects. As a result, the plug-in connection can be designed as a ZIF plug (ZIF - zero insertion force, zero force detection), whereby even when the plug is tilted during connection to an external connection socket, no short circuits can occur, since an intermediate conductor path is two adjacent, live conductor tracks sufficiently separated.

Das Akkupack ist hierarchisch verschaltet. Zunächst sind die Kontaktfahnen jeweils mit einer der Metallflächen der Pole der Zellen verbunden, wobei genau eine Kontaktfahne mit jedem Pol verbunden ist. Jede Kontaktfahne ist mit einem der Zellenverbindungsflachleiter verbunden, wobei diese Verbindung vorzugsweise erreicht wird durch einteiliges Ausbilden der Kontaktfahnen und der Zellenverbindungsflachleiter. Jeder Zellenverbindungsflachleiter kann die daran angeschlossenen Zellen parallel verbinden. Jeder Zellenverbindungsflachleiter ist vorzugsweise als Stanzgitter ausgebildet. In der nächsthöheren Hierarchiestufe der Verschaltung ist jeder Zellenverbindungsflachleiter mit einem zugehörigen Zuleitungsflachleiter verbunden, wobei die Zuleitungsflachleiter mit einem zugehörigen Zuleitungsflachleiter verbunden, wobei die Zuleitungsflachleiter miteinander mechanisch (jedoch nicht elektrisch) miteinander verbunden sind. Die Zuleitungsflachleiter werden von einem gemeinsamen Kabel (ein Flachbandkabel, vorzugsweise eine flexible Leiterplatte) vorgesehen. Die Zellenverbindungsflachleiter sowie die Kontaktfahnen dienen zur Leitung eines Stroms, der von dem Akkupack abgerufen wird. Die Zuleitungsflachleiter dienen jedoch der Überwachung der Untergruppen, die von den Zellenverbindungsflachleitern vorgesehen werden und übertragen lediglich ein Potential, vorzugsweise an eine externe Spannungsmessvorrichtung. Der dabei fließende Messstrom ist sehr gering, typischerweise deutlich kleiner als 1 mA, so dass die Zuleitungsflachleiter mit einem kleinen Querschnitt, einer geringen Dicke und einem hohen Widerstandsbelag von beispielsweise > 1 Ohm pro Meter Länge vorgesehen werden können. Auch wenn über die Zuleitungsflachleiter ein Ausgleichsstrom fließt, können diese mit einem deutlich höheren Widerstandsbelag (bezogen auf die Länge) im Vergleich zu den Zellenverbindungsflachleitern vorgesehen werden. Die Zellenverbindungsflachleiter sind untereinander verbunden, vorzugsweise seriell, wobei diese Verbindung durch Widerstandsschweißen vorgesehen werden kann, und gegebenenfalls zusätzlich durch einteiliges Ausbilden von zwei Zellenverbindungsflachleitern, die elektrisch unmittelbar aufeinander folgen (beispielsweise ein Pluspol einer Untergruppe und ein Minuspol der seriell darauffolgenden Untergruppe).The battery pack is interconnected hierarchically. First, the tabs are each connected to one of the metal surfaces of the poles of the cells, wherein exactly one contact lug is connected to each pole. Each contact lug is connected to one of the cell connection flat conductors, which connection is preferably achieved by integrally forming the contact lugs and the cell connection flat conductors. Each cell connection router can connect the connected cells in parallel. Each cell connection flat conductor is preferably formed as a stamped grid. In the next higher hierarchical level of the interconnection, each cell connection flat conductor is connected to an associated feeder flat conductor, wherein the feeder flat conductors are connected to an associated feeder flat conductor, wherein the feeder flat conductors are connected to each other mechanically (but not electrically). The feeder flat conductors are provided by a common cable (a ribbon cable, preferably a flexible circuit board). The cell connection flat conductors and the contact lugs are used to conduct a current that is retrieved from the battery pack. However, the lead conductors serve to monitor the subgroups provided by the cell connection flat conductors and transmit only one potential, preferably to an external voltage measurement device. The measurement current flowing in this case is very small, typically significantly less than 1 mA, so that the lead conductors with a small cross-section, a small thickness and a high resistance coating of, for example,> 1 ohm per meter length can be provided. Even if a compensating current flows via the supply line conductors, they can be provided with a significantly higher resistance coating (in terms of length) in comparison to the cell connection flat conductors. The cell connection flat conductors are interconnected, preferably serially, which connection may be provided by resistance welding, and optionally additionally by integrally forming two cell connection flat conductors which are electrically contiguous (for example, a positive pole of a subgroup and a negative pole of the serially succeeding subgroup).

Es werden für die Zuleitungsflachleiter bevorzugt flache Verbindungskomponenten verwendet, d. h. Leiter mit einem rechteckigen Querschnitt und einem Seitenverhältnis von mindestens 5:1, 20:1, 50:1, 100:1 oder 150:1, bezogen auf Leiterbreite im Verhältnis zu Leiterdicke. Derartige Leiter können kostengünstig hergestellt werden und einfach verarbeitet werden. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Kontaktstellen, die miteinander verbunden werden, als Flachleiter ausgebildet, wobei die Kontaktstelle (wie die Leiter auch) flächig verläuft, im Wesentlichen in der Richtung, in der sich auch die Anordnung der Zellen erstreckt, so dass die flache Kontaktstelle von zwei gegenüberliegenden Seiten aus (gleichzeitig) oder beide Leiter von der gleichen Seite aus kontaktiert werden können.Preferably flat connector components are used for the lead conductors, i. H. Conductor with a rectangular cross-section and an aspect ratio of at least 5: 1, 20: 1, 50: 1, 100: 1 or 150: 1, relative to conductor width in relation to conductor thickness. Such conductors can be produced inexpensively and easily processed. According to the invention, at least two contact points, which are connected to each other, formed as a flat conductor, wherein the contact point (as the conductor also) extends flat, substantially in the direction in which the arrangement of the cells extends, so that the flat contact point of two opposite sides (simultaneous) or both conductors can be contacted from the same side.

Die Erfindung wird durch ein Akkupack mit einer Vielzahl von Zellen realisiert, wobei die Zellen mittels mehrerer Zellenverbindungsflachleiter in Gruppen bzw. Untergruppen verbunden sind. Insbesondere sind die Zellen einer Gruppe bzw. Untergruppe parallel miteinander verschaltet, wobei ein Zellenverbindungsflachleiter alle Pluspole aller Zellen einer Gruppe verbindet, und ein weiterer Zellenverbindungsflachleiter alle Minuspole aller Zellen dieser Gruppe verbindet. Nicht einteilig ausgeführten Komponenten sind durch eine Widerstandsschweißverbindung miteinander verbunden. Dies trifft insbesondere für die Zellenverbindungsflachleiter untereinander und die Verbindung von Zellenverbindungsflachleiter und Zuleitungsflachleiter zu. Das Akkupack umfasst daher ferner mehrere Zuleitungsflachleiter, die jeweils Kontaktabschnitte aufweisen, an denen diese mit einem entsprechenden Kontaktabschnitt eines der Zellenverbindungsflachleiter über eine Widerstandsschweißverbindung verbunden sind. Ferner können Zellenverbindungsflachleiter durch einteilige Ausbildung miteinander verbunden sein, um Gruppen oder Untergruppen von Zellen miteinander zu verbinden, vorzugsweise in Serie. Diese Verbindung kann ferner durch eine Widerstandsschweißverbindung zwischen zwei Zellenverbindungsflachleitern vorgesehen werden, wenn diese als individuelle Körper ausgebildet sind und nicht einteilig vorgesehen sind, d. h. als ein zusammenhängendes gestanztes Blech, das (mindestens) zwei Zellenverbindungsflachleiter bildet, die unterschiedliche Gruppen von Zellen miteinander verbinden.The invention is realized by a battery pack with a plurality of cells, wherein the cells are connected in groups or subgroups by means of a plurality of cell connection flat conductors. In particular, the cells of a group or subgroup are connected in parallel with one another, a cell connection flat conductor connecting all positive poles of all cells of one group, and another cell connection flat conductor connecting all negative poles of all cells of this group. Non-integral components are interconnected by a resistance weld joint. This is especially true for the cell connection flat conductors with each other and the connection of cell connection flat conductors and lead flat conductors. The battery pack therefore further includes a plurality of lead flat conductors each having contact portions at which they are connected to a corresponding contact portion of one of the cell connection flat conductors via a resistance welding connection. Further, cell connection flat conductors may be interconnected by integral formation to interconnect groups or subgroups of cells, preferably in series. This connection can be further provided by a resistance welding connection between two cell connection flat conductors, if they are formed as individual bodies and are not integrally provided, i. H. as a continuous stamped sheet forming (at least) two cell connection flat conductors connecting different groups of cells together.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die mehreren Zuleitungsflachleiter von Leiterbahnen einer flexiblen Leiterplatte vorgesehen. Eine flexible Leiterplatte sieht mehrere der Zuleitungsflachleiter vor, beispielsweise alle Zuleitungsflachleiter des Akkupacks. Alternativ können die Zuleitungsflachleiter auch auf mehrere flexible Leiterplatten aufgeteilt sein bzw. von Leiterbahnen mehrerer Leiterplatten gebildet werden. Die Leiterbahnen sind zwischen zwei Isolationsschichten vorgesehen, insbesondere zwischen flexiblen Isolationsschichten (beispielsweise Kunststofffolien bzw. Polyimid-Folien) mit Dicken, die deutlich unter 1 mm liegen, bsp. maximal 100 μm (typischerweise mit einer Dicke von 25 μm, 50 μm oder 100 μm). Die Leiterbahnen werden von Metallfolien bzw. einer strukturierten Metallfolie vorgesehen, insbesondere aus Kupfer, mit einer Dicke von maximal 100 μm, typischerweise mit einer Dicke von 18 μm, 35 μm oder 70 μm. Als flexible Leiterplatte werden Leiterplatten bezeichnet, deren Form sich mindestens einmal, wenige Male (bsp. 3–10 mal) oder häufig ändern lässt, ohne dass diese ihren strukturellen Aufbau und elektrischen Eigenschaften verlieren.According to a particularly preferred embodiment, the plurality of feed line conductors are provided by printed conductors of a flexible printed circuit board. A flexible printed circuit board provides for a plurality of the supply line conductors, for example all supply line conductors of the battery pack. Alternatively, the feeder flat conductors can also be divided into a plurality of flexible printed circuit boards or be formed by printed conductors of a plurality of printed circuit boards. The interconnects are provided between two insulating layers, in particular between flexible insulating layers (for example, plastic films or polyimide films) with thicknesses that are well below 1 mm, eg. a maximum of 100 μm (typically with a thickness of 25 μm, 50 μm or 100 μm). The conductor tracks are provided by metal foils or a structured metal foil, in particular made of copper, with a maximum thickness of 100 μm, typically with a thickness of 18 μm, 35 μm or 70 μm. When flexible printed circuit boards are printed circuit boards whose shape can be changed at least once, a few times (for example 3-10 times) or frequently, without losing their structural design and electrical properties.

An den Kontaktabschnitten der Leiterbahnen sind diese freigelegt. An den Kontaktabschnitten sind daher Auslassungen in einer oder in beiden Isolationsschichten der Leiterplatte vorgesehen, zwischen denen die Leiterbahn verläuft. Die Auslassungen verlaufen über die gesamte Dicke der betreffenden Isolationsschicht. Es können auch Leiterbahnen mit nur einer Isolationsschicht verwendet werden. Die Auslassungen können durch Stanzen, Fräsen oder andere Trennverfahren erzeugt werden.At the contact portions of the conductor tracks these are exposed. At the contact portions, therefore, omissions are provided in one or both insulation layers of the printed circuit board, between which runs the conductor track. The omissions extend over the entire thickness of the respective insulation layer. It is also possible to use conductor tracks with only one insulation layer. The omissions can be generated by punching, milling or other separation methods.

Optional kann an einem Ende der flexiblen Leiterplatte, das den Kontaktabschnitten entgegengesetzt ist, die Leiterbahnen freigelegte Kontaktierungsflächen aufweisen. Die Kontaktierungsflächen sind quer zur Leiterplatte aneinandergereiht und fluchten miteinander in einer Richtung senkrecht zum Längsverlauf der Leiterplatte/der Leiterbahnen. Zumindest an den Kontaktierungsflächen zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen, die mit einem Zellenverbindungsflachleiter verbunden sind, ist mindestens eine Leiterbahn vorgesehen, die nicht mit den Zellen verbunden ist. Zwischen zwei zur Kontaktierung verwendeten Leiterbahnen bzw. Kontaktierungsflächen wird somit mindestens eine Leiterbahn ausgelassen und nicht zur Kontaktierung mit einer Zelle verwendet. Dadurch wird ein zusätzlicher Abstand zwischen spannungsführenden Leiterbahnen geschaffen, um auch bei schrägem Einstecken der Kontaktierungsflächen in eine externe Verbindungsbuchse keinen Kurzschluss vorzusehen.Optionally, at one end of the flexible printed circuit board, which is opposite to the contact sections, the printed conductors have exposed contacting surfaces. The contacting surfaces are strung together transversely to the circuit board and aligned with each other in a direction perpendicular to the longitudinal course of the circuit board (s). At least at the contacting surfaces between two adjacent tracks, which are connected to a cell connection flat conductor, at least one conductor path is provided, which is not connected to the cells. Between two printed conductors used for contacting or contacting surfaces thus at least one conductor track is omitted and not used for contacting with a cell. As a result, an additional distance between live conductor tracks is created so as not to provide a short circuit even when the contact surfaces are obliquely inserted into an external connection socket.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass Zellenverbindungsflachleiter als Stanzgitter ausgebildet sind. Die Zellenverbindungsflachleiter sind über Widerstandsschweißverbindungen mit den Polkontaktflächen der Zellen verbunden. Kontaktfahnen sind mit den Zellenverbindungsflachleitern über Widerstandsschweißverbindungen verbunden oder sind einteilig mit diesen ausgebildet, beispielsweise als gemeinsames Stanzgitter, bei der die Kontaktfahnen als (zungenförmige) Fortsätze ausgebildet sind, die sich von dem Zellenverbindungsflachleiter weg erstrecken. Das Stanzgitter ist aus Blech gefertigt, vorzugsweise aus einem Nickelblech oder einem Metall- oder Legierungsblech mit Nickelüberzug, beispielsweise als Stahlblech mit Nickelüberzug. Das Stanzgitter ist vorzugsweise als Feinblech vorgesehen. Die Dicke des Stanzgitters beträgt vorzugsweise 0,2–3 mm, 0,3–1 mm oder 0,3–0,6 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 oder 0,4 mm. Zwei Zellenverbindungsflachleiter können als gemeinsames Stanzgitter vorgesehen sein, wobei sich die elektrische Verbindung durch die einteilige Ausführung ergibt. Bei der Serienschaltung von Gruppen von Zellen können seriell aufeinanderfolgende Gruppen durch zwei miteinander verbundene Zellenverbindungsflachleiter miteinander verschaltet sein, wobei die Zellenverbindungsflachleiter entweder durch eine Widerstandsschweißverbindung oder bevorzugt über eine gemeinsame, einteilige Ausprägung als ein gemeinsames Stanzgitter vorgesehen sein können.A further embodiment provides that cell connection flat conductors are formed as stamped grid. The cell connection flat conductors are connected to the pole contact surfaces of the cells via resistance welding connections. Tabs are connected to or integrally formed with the cell interconnects via resistance welds, for example, as a common leadframe wherein the tabs are formed as tabs extending away from the cell interconnect tab. The stamped grid is made of sheet metal, preferably of a nickel sheet or a metal or alloy sheet with nickel coating, for example as a steel sheet with nickel coating. The stamped grid is preferably provided as a thin sheet. The thickness of the stamped grid is preferably 0.2-3 mm, 0.3-1 mm or 0.3-0.6 mm, preferably at least 0.3 or 0.4 mm. Two cell connection flat conductors may be provided as a common punched grid, the electrical connection resulting from the one-piece design. In the series connection of groups of cells, serially consecutive groups may be interconnected by two interconnected cell connection flat conductors, wherein the cell connection flat conductors may be provided as a common punched grid either by a resistance welding connection or, preferably, via a common, one-piece form.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Kontaktierungsflächen der Zellen, die Zellenverbindungsflachleiter und die Zuleitungsflachleiter parallel zueinander verlaufen oder übereinanderliegende Schichten bilden. Da die Zellen üblicherweise Polflächen an den entgegengesetzten Enden aufweisen, sind diese parallel nebeneinander angeordnet, wobei die Polflächen der verschiedenen Zellen miteinander fluchten und in einer Ebene angeordnet sind. Es ergeben sich pro Gruppe bzw. Untergruppe zwei Ebenen, eine Ebene der Pluspol-Polflächen und eine Ebene der Minuspol-Polflächen. Miteinander verbundene Zellenverbindungsflachleiter verbinden unterschiedliche Gruppen der Zellen.Furthermore, provision can be made for the contacting surfaces of the cells, the cell connection flat conductors and the supply flat conductors to run parallel to one another or to form superimposed layers. Since the cells usually have pole faces at the opposite ends, they are arranged parallel next to one another, the pole faces of the different cells being aligned with one another and arranged in one plane. There are two levels per group or subgroup, one level of the positive pole areas and one level of the negative pole areas. Interconnected cell connection flat conductors connect different groups of cells.

Die Widerstandsschweißverbindungen verbinden Kontaktfahnen der Zellen mit Kontaktflächen der Zellen, verbinden ggf. Kontaktfahnen mit Zellenverbindungsflachleitern (wenn die Kontaktfahnen nicht einteilig mit den Zellenverbindungsflachleitern ausgebildet sind) und/oder verbinden die Zellenverbindungsflachleiter mit den Zuleitungsflachleitern.The resistance welded joints connect tabs of the cells to contact pads of the cells, optionally connect tabs to cell interconnect planar conductors (if the tabs are not integrally formed with the cell interconnect tabs) and / or connect the cell interconnect flat conductors to the umbilical conductors.

Vorzugsweise sind die Abschnitte der zu kontaktierenden Elemente (d. h. die Kontaktflächen der Zellen, die Kontaktfahnen der Zellen, die Zellenverbindungsflachleiter und/oder die Zuleitungsflachleiter) parallel zueinander, insbesondere die Abschnitte der Elemente, die mittels Widerstandsschweißverbindung unmittelbar miteinander verbunden werden. Die Zellenverbindungsflachleiter sind deutlich dicker als die Zuleitungsflachleiter, beispielsweise um mindestens den Faktor 3, 5, 10, oder 20. Die Zellenverbindungsflachleiter ermöglichen, dass ohne wesentliche Verluste der Strom des Akkupacks geleitet werden kann. Obwohl durch die Blechdicke (welche eine hohe Leitfähigkeit garantiert) die Zellenverbindungsflachleiter mit geringer Flexibilität aufweisen, ist das Akkupack mechanisch belastbar, da bei von außen wirkenden mechanischen Belastungen die Zuleitungsflachleiter, vorzugsweise in Form einer flexiblen Leiterplatte, elastische Verformungen aufnehmen können.Preferably, the portions of the elements to be contacted (i.e., the contact pads of the cells, the contact tabs of the cells, the cell connection flat conductors, and / or the lead flat conductors) are parallel to each other, in particular the portions of the elements that are directly connected to each other by resistance welding connection. The cell connection flat conductors are significantly thicker than the lead conductors, for example by at least a factor of 3, 5, 10, or 20. The cell connection conductors allow the current of the battery pack to be conducted without significant losses. Although due to the sheet thickness (which guarantees a high conductivity), the cell connection flat conductors with low flexibility, the battery pack is mechanically resilient, since at external mechanical loads, the lead flat conductor, preferably in the form of a flexible circuit board, can absorb elastic deformations.

Als Zellen eignen sich insbesondere Sekundärzellen, beispielsweise Li-Akkumulatoren wie Li-Ionenakkumulatoren oder Li-Polymerakkumulatoren, NiCd- oder NiMH-Akkumulatoren oder auch Bleiakkumulatoren. Die Zellen sind vorzugsweise zylindrisch mit kreisförmigem oder andersförmigem Querschnitt, wobei die beiden Stirnseiten Kontaktflächen für die beiden Pole bilden.Particularly suitable cells are secondary cells, for example Li accumulators such as Li ion accumulators or Li polymer accumulators, NiCd or NiMH accumulators or also lead accumulators. The cells are preferably cylindrical with a circular or other shape Cross-section, wherein the two end faces form contact surfaces for the two poles.

Die Erfindung wird ferner realisiert mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Akkupacks. Es werden eine Vielzahl von Zellen vorgesehen, wobei die Zellen in mindestens einer Ebene angeordnet werden. Die Zellen können in einer Schicht angeordnet werden, wobei die Kontaktflächen jeder Zelle in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind, zwischen denen sich die Zellen erstrecken. Die Zellen können jedoch auch in mehreren derartigen Schichten angeordnet sein, wobei die Zellen verschiedener Schichten untereinander über Zellenverbindungsflachleiter verbunden sind. Erfindungsgemäß werden die Zellen in Gruppen mittels mehrerer Zellenverbindungsflachleiter elektrisch verbunden. Es werden mehrere Zuleitungsflachleiter vorgesehen, die jeweils Kontaktabschnitte aufweisen. Diese Kontaktabschnitte werden auf entsprechende Kontaktabschnitte der Zellenverbindungsflachleiter angeordnet. Die Kontaktabschnitte sind parallel zu oder in der Ebene angeordnet, vorzugsweise in der Ebene, in der sich die Kontaktflächen der Zellen (d. h. die Stirnseiten der Zellen) erstrecken. Zur Verbindung der Kontaktabschnitte der Zellenverbindungsflachleiter mit den Kontaktabschnitten der Zuleitungsflachleiter (und auch zur Verbindung von Zellenverbindungsflachleitern untereinander, die nicht einteilig ausgebildet sind oder auf andere Weise elektrisch verbunden sind) werden diese durch elektrisches Widerstandsschweißen miteinander verbunden. Die derart angeordneten Kontaktabschnitte der Zuleitungsflachleiter und die Kontaktabschnitte der Zellenverbindungsflachleiter werden durch elektrisches Widerstandsschweißen miteinander verschweißt.The invention is further realized by means of a method for manufacturing a battery pack. A plurality of cells are provided, wherein the cells are arranged in at least one plane. The cells may be arranged in a layer with the contact surfaces of each cell arranged in two mutually parallel planes between which the cells extend. However, the cells may also be arranged in a plurality of such layers, wherein the cells of different layers are interconnected via cell connection flat conductors. According to the invention, the cells are electrically connected in groups by means of a plurality of cell connection flat conductors. Several feed line conductors are provided, each having contact sections. These contact portions are arranged on corresponding contact portions of the cell connection flat conductors. The contact portions are arranged parallel to or in the plane, preferably in the plane in which the contact surfaces of the cells (i.e., the end faces of the cells) extend. To connect the contact portions of the cell connection flat conductors to the contact portions of the lead conductors (and also to interconnect cell connection flat conductors which are not integrally formed or otherwise electrically connected), they are connected to each other by electric resistance welding. The thus arranged contact portions of the lead flat conductors and the contact portions of the cell connection flat conductors are welded together by electric resistance welding.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Zuleitungsflachleiter als Leiterbahnen einer (oder mehrerer) flexiblen Leiterplatte ausgebildet sind. Dadurch werden die mehreren Zuleitungsflachleiter (d. h. Leiterbahnen) gleichzeitig angeordnet, wenn die flexible Leiterplatte angeordnet wird. Wenn mehrere flexible Leiterplatten verwendet werden, so umfasst mindestens eine der Leiterplatten mindestens zwei Zuleitungsflachleiter. Die (mindestens eine) flexible Leiterplatte wird relativ zu den Zellenverbindungsflachleitern angeordnet. Dadurch werden ferner die Kontaktabschnitte angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Freilegens der Leiterbahnen an den Kontaktabschnitten. Dieser Schritt wird vor dem Anordnen ausgeführt und wird während oder nach Herstellung der flexiblen Leiterplatte durchgeführt. Es werden hierbei Abschnitte einer Isolationsschicht der flexiblen Leiterplatte entfernt durch Stanzen, Schneiden oder durch ein anderes Trennverfahren.A preferred embodiment provides that the supply line conductors are formed as conductor tracks of one (or more) flexible printed circuit board. Thereby, the plurality of lead flat conductors (i.e., traces) are simultaneously arranged when the flexible circuit board is disposed. If multiple flexible printed circuit boards are used, at least one of the printed circuit boards comprises at least two supply flat conductors. The (at least one) flexible circuit board is arranged relative to the cell connection flat conductors. Thereby, the contact portions are further arranged. The method further includes a step of exposing the traces at the contact portions. This step is performed prior to placement and is performed during or after production of the flexible circuit board. In this case, portions of an insulation layer of the flexible printed circuit board are removed by punching, cutting or by another separation method.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Leiterbahnen ferner an einem Ende freigelegt werden, das den Zellen entgegengesetzt ist. Beim elektrischen Widerstandsschweißen der Leiterbahnen, die an die Kontaktabschnitte der Zellenverbindungsflachleiter geschweißt werden, wird mindestens eine Leiterbahn ausgelassen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden, geschweißten Leiterbahnen liegt. Da so beispielsweise nur jede zweite Leiterbahn an die Zellen angeschlossen ist, ergibt sich eine Lücke, so dass auch bei nicht sachgemäßem Anschließen kein Kurzschluss entstehen kann. Die ausgelassenen Leiterbahnen können nicht beschaltet sein oder können zur Signalübertragung verwendet bzw. vorgesehen werden, beispielsweise zur Übertragung eines Temperatursignals eines Temperatursensors, der in dem oder an dem Akkupack angeordnet ist. Das Akkupack kann für jede Gruppe einen Temperatursensor aufweisen, wobei Signalleitungen von der flexiblen Leiterbahn vorgesehen werden. Die Temperatursensoren oder der Temperatursensor sind bzw. ist vorzugsweise auf der flexiblen Leiterplatte befestigt.Another embodiment provides that the tracks are further exposed at an end opposite the cells. In the electrical resistance welding of the conductor tracks, which are welded to the contact portions of the cell connection flat conductor, at least one conductor track which lies between two successive, welded conductor tracks is omitted. Since, for example, only every second conductor track is connected to the cells, there is a gap, so that no short-circuit can occur even if the connection is not made properly. The omitted conductor tracks can not be connected or can be used or provided for signal transmission, for example for transmitting a temperature signal of a temperature sensor, which is arranged in or on the battery pack. The battery pack may have a temperature sensor for each group, with signal lines being provided by the flexible conductor. The temperature sensors or the temperature sensor are preferably mounted on the flexible circuit board.

Weiterhin können die Zellenverbindungsflachleiter und Kontaktfahnen vorgesehen werden durch Stanzen eines Blechs. Ein Zellenverbindungsflachleiter und zumindest eine der Kontaktfahnen werden durch einen einmaligen Stanzvorgang desselben Blechs als einteilig miteinander verbundene Abschnitte eines gemeinsamen Stanzgitters ausgebildet, indem diese gemeinsam (als zusammenhängende, einteilige Form) und miteinander verbunden ausgestanzt werden. Alternativ werden die Kontaktfahnen getrennt von dem Zellenverbindungsflachleiter aus Blech gestanzt und durch Widerstandsschweißen mit diesen verbunden. Der Zellenverbindungsflachleiter wird vorzugsweise flach, d. h. eben vorgesehen, insbesondere zusammen mit einer Kontaktfahne und/oder zusammen mit einem weiteren Zellenverbindungsflachleiter, der mit dem anderen Zellenverbindungsflachleiter einteilig verbunden ist. Die Zellenverbindungsflachleiter werden eben an den Zellen angeordnet. Dadurch kann der Schweißprozess mit einfachen Werkzeugen ausgeführt werden.Furthermore, the cell connection flat conductors and contact lugs can be provided by punching a sheet. A cell connection flat conductor and at least one of the contact lugs are formed by a one-time punching operation of the same sheet as integrally connected portions of a common punched grid by punching them together (as a continuous, one-piece mold) and connected together. Alternatively, the tabs are punched separately from the cell connection flat conductor made of sheet metal and joined thereto by resistance welding. The cell connection flat conductor is preferably flat, i. H. just provided, in particular together with a contact lug and / or together with another cell connection flat conductor, which is integrally connected to the other cell connection flat conductor. The cell connection flat conductors are placed flat on the cells. This allows the welding process to be carried out with simple tools.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest Untergruppen der Zellen nebeneinander vorgesehen werden und Polkontaktflächen der Zellen in der gleichen Ebene angeordnet werden. Kontaktfahnen der Zellenverbindungsflachleiter oder mit den Zellenverbindungsflachleitern zu verschweißende Kontaktfahnen werden auf dieser Ebene angeordnet. Ferner werden die Zuleitungsflachleiter in einer Ebene angeordnet, die über den Zellenverbindungsflachleitern liegt (und parallel zu der Ebene der Zellenverbindungsflachleiter liegt).A further embodiment provides that at least subgroups of the cells are provided next to each other and pole contact surfaces of the cells are arranged in the same plane. Contact lugs of the cell connection flat conductors or contact lugs to be welded to the cell connection flat conductors are arranged on this plane. Further, the lead flat conductors are arranged in a plane which overlies the cell connection flat conductors (and is parallel to the plane of the cell connection flat conductors).

Das Widerstandsschweißen wird ausgeführt, indem die zu verbindenden, leitenden Komponenten in Kontakt miteinander gebracht werden (vorzugsweise flächig überlappend). Daraufhin werden Schweißelektroden mit den Komponenten in Kontakt gebracht, wobei jede der beiden Komponenten eine der Schweißelektroden kontaktiert, und es wird ein Schweißstrom über die Schweißelektroden eingeprägt, der durch die Kontaktstelle zwischen den Komponenten fließt. Dadurch werden an der Kontaktstelle die Komponenten teilweise verflüssigt und es ergibt sich eine stoffschlüssige Verbindung.The resistance welding is carried out by bringing the conductive components to be connected into contact with each other (preferably overlapping with each other). Thereupon become Welding electrodes are brought into contact with the components, each of the two components contacting one of the welding electrodes, and a welding current is impressed across the welding electrodes, which flows through the contact point between the components. As a result, the components are partially liquefied at the contact point and it results in a cohesive connection.

Der Zellenverbindungsflachleiter ist vorzugsweise aus Nickel beschaffen oder mit einem Nickelüberzug beschichtet. Die Zuleitungsflachleiter (der flexiblen Leiterbahn) sind aus Kupfer beschaffen. Die Schweißelektrode, die den Zellenverbindungsflachleiter kontaktiert, ist vorzugsweise aus Kupfer ausgeführt (oder damit beschichtet), und die Schweißelektrode, die den Zuleitungsflachleiter kontaktiert, ist vorzugsweise aus Wolfram ausgeführt (oder damit beschichtet).The cell connection flat conductor is preferably made of nickel or coated with a nickel coating. The feeder flat conductors (the flexible trace) are made of copper. The welding electrode that contacts the cell connection flat conductor is preferably made of (or coated with) copper, and the welding electrode that contacts the lead flat conductor is preferably made of (or coated with) tungsten.

Die Zuleitungsflachleiter, insbesondere in Form von Leiterbahnen einer flexiblen Leiterplatte, können mit Hilfe von Löchern in der Leiterplatte und korrespondierenden Erhebungen bzw. Domen angeordnet werden. Die Löcher werden in die Leiterplatte gestanzt, vorzugsweise nur in die Isolationsschichten) der Leiterplatte, und nicht in eine Leiterbahn der Leiterplatte. Die Dome sind Teil eines Zellträgers, in welchem ferner die Zellen angeordnet sind. Der Zellträger ist aus Kunststoff. Die Dome ragen aus der Ebene heraus, in der sich die Kontaktflächen der Pole der Zellen erstrecken. Dome und Löcher haben zueinander komplementäre Querschnitte. Die Dome bzw. Erhebungen verjüngen sich in einer von den Zellen weg weisenden Richtung, wodurch das Anordnen der Löcher der flexiblen Leiterplatte auf die Dome vereinfacht wird und der sich verjüngende Abschnitt als Führungshilfe dient.The feeder flat conductors, in particular in the form of printed conductors of a flexible printed circuit board, can be arranged with the aid of holes in the printed circuit board and corresponding elevations or domes. The holes are punched in the circuit board, preferably only in the insulating layers) of the circuit board, and not in a printed circuit board of the circuit board. The domes are part of a cell carrier in which the cells are further arranged. The cell carrier is made of plastic. The domes protrude out of the plane in which the contact surfaces of the poles of the cells extend. Dome and holes have complementary cross-sections. The domes taper in a direction away from the cells, thereby simplifying the placement of the holes of the flexible circuit board onto the domes, and the tapered portion serves as a guide.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Akkupacks im Querschnitt und dient zur Erläuterung des erfindungsgemäßen HerstellungsverfahrensThe 1 shows an embodiment of the battery pack according to the invention in cross section and serves to explain the manufacturing method according to the invention

Die 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Akkupacks in DraufsichtThe 2 shows an embodiment of the battery pack according to the invention in plan view

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein Akkupack mit einer Vielzahl von Zellen 10 dargestellt. Die Zellen 10 weisen jeweils zwei Pole bzw. zugehörige Metallflächen auf, die an zueinander entgegengesetzten Kontaktflächen 12 und 14 kontaktiert werden. Die Zellen 10 haben identische Baugrößen. Die Zellen 10 sind in Gruppen 20 und 22 aufgeteilt. In jeder Gruppe 20, 22 sind Zellenverbindungsflachleiter 30, 32, 34, 36 vorgesehen. Ein Zellenverbindungsflachleiter 32 der Gruppe 20 verbindet die Kontaktflächen 14 eines Pols (bsp. Pluspols) aller Zellen der Gruppe 20, und ein Zellenverbindungsflachleiter 30 dieser Gruppe 20 verbindet die Kontaktflächen 12 des dazu entgegengesetzten Pols (des Minuspols) aller Zellen der Gruppe 20. Die Verbindung zwischen Zellenverbindungsflachleiter 30 und Kontaktfläche 12 wird über eine Kontaktfahne hergestellt, die einen Kontaktabschnitt eines Zellenverbindungsflachleiters 30 vorsieht. Kontaktfahnen sind anhand 2 näher erläutert. Die Gruppen 20 und 22 sind über ein Verbindungsstück 40 miteinander in Serie verbunden, wobei das Verbindungsstück 40 zwischen dem Zellenverbindungsflachleiter 32 (Pluspol) der Gruppe 20 und dem Zellenverbindungsflachleiter 36 (Minuspol) der darauffolgenden Gruppe 22 vorgesehen ist. Der Zellenverbindungsflachleiter 32 der einen Gruppe 20, der Zellenverbindungsflachleiter 36 der folgenden Gruppe 22 sowie das Verbindungsstück 40 sind einteilig ausgebildet. Anstatt des Verbindungsstücks 40 kann auch eine Verbindung extern zu dem Akkupack oder eine Verbindung mittels eines individuellen Verbinders vorgesehen werden, wobei im letzteren Fall der Verbinder vorzugsweise ebenso flach ausgebildet ist und mit den Zellenverbindungsflachleitern über eine Widerstandsschweißverbindung verbunden ist. Die Kontaktflächen 12, 14 und die zugehörigen Zellenverbindungsflachleiter sind mittels einer Widerstandsschweißverbindung verbunden, die zwischen den Kontaktflächen 12, 14 und einer Kontaktfahne (in 1 nicht dargestellt) besteht, die mit dem Zellenverbindungsflachleiter einteilig ausgebildet oder mittels einer Widerstandsschweißverbindung verbunden ist.In the 1 is a battery pack with a variety of cells 10 shown. The cells 10 each have two poles or associated metal surfaces on opposite contact surfaces 12 and 14 be contacted. The cells 10 have identical sizes. The cells 10 are in groups 20 and 22 divided up. In every group 20 . 22 are cell connection flat conductors 30 . 32 . 34 . 36 intended. A cell connection flat conductor 32 the group 20 connects the contact surfaces 14 one pole (eg positive pole) of all cells of the group 20 , and a cell connection flat conductor 30 this group 20 connects the contact surfaces 12 of the opposite pole (the negative pole) of all cells of the group 20 , The connection between cell connection flat conductors 30 and contact area 12 is made via a contact lug, which is a contact portion of a cell connection flat conductor 30 provides. Contact flags are based 2 explained in more detail. The groups 20 and 22 are about a connector 40 connected in series, with the connector 40 between the cell connection flat conductor 32 (Positive pole) of the group 20 and the cell connection flat conductor 36 (Negative pole) of the next group 22 is provided. The cell connection flat conductor 32 one group 20 , the cell connection flat conductor 36 the following group 22 as well as the connector 40 are formed in one piece. Instead of the connector 40 it is also possible to provide a connection external to the battery pack or a connection by means of an individual connector, in the latter case the connector preferably being likewise flat and being connected to the cell connection flat conductors via a resistance welding connection. The contact surfaces 12 . 14 and the associated cell connection flat conductors are connected by means of a resistance welding connection between the contact surfaces 12 . 14 and a contact flag (in 1 not shown), which is integrally formed with the cell connection flat conductor or connected by means of a resistance welding connection.

Das Akkupack umfasst ferner eine flexible Leiterplatte 50, die Leiterbahnen 52 aufweist. Die Leiterbahnen 52 werden von einer strukturierten Leiterschicht ausgebildet, die in 1 im Querschnitt dargestellt ist. Die Leiterschicht und somit die Leiterbahnen 52 sind zwischen zwei flexiblen Isolationsschichten 54, 56 angeordnet. Die Leiterplatte 50 weist (miteinander fluchtende) Ausnehmungen 60 in den Isolationsschichten 54, 56 auf, an denen die Leiterschicht (d. h. eine der Leiterbahnen 52) freigelegt ist. An unterschiedlichen Ausnehmungen 60 sind unterschiedliche Leiterbahnen 52 freigelegt. Innerhalb der Ausnehmungen 60 sind die Leiterbahnen 52 der Leiterschicht mit den Zellenverbindungsflachleitern 32, 34 über eine Widerstandsschweißverbindung verbunden. Bei der Herstellung wird eine erste, auf der linken Seite wiedergegebene Schweißelektrode 70 (gestrichelt dargestellt) auf eine der Leiterbahnen 52 (bzw. auf die Leiterschicht) in eine der Ausnehmungen 60 abgesenkt und kontaktiert diese, und benachbart hierzu wird von der gleichen Seite dieser Leiterbahn 52 aus eine zweite Schweißelektrode 72, die rechts von der ersten Schweißelektrode dargestellt ist, auf den Zellenverbindungsflachleiter 32 an einer Ausnehmung 60 auf diese Leiterbahn 52 gedrückt, an der die Leiterplatte 50 aufgrund einer seitlichen Ausnehmung in der Leiterbahn 52 nicht über dem Zellenverbindungsflachleiter 32 liegt, vgl. 2. Daraufhin werden die Elektroden 70, 72 mit einem Schweißstrom beaufschlagt, um die entsprechende Leiterbahn 52 der Leiterschicht an der Ausnehmung 60 mit einer Oberseite des Zellenverbindungsflachleiters 32 zu verbinden. Auf gleiche Weise wird (vor dem Anordnen der Leiterplatte 50) eine Kontaktfahne auf die Kontaktflächen 14, 12 aufgeschweißt. Anstatt des Widerstandsschweißens können auch andere Schweißverfahren verwendet werden, bsp. elektrisches Punktschweißen o. ä.The battery pack also includes a flexible circuit board 50 , the tracks 52 having. The tracks 52 are formed by a structured conductor layer, which in 1 is shown in cross section. The conductor layer and thus the conductor tracks 52 are between two flexible insulation layers 54 . 56 arranged. The circuit board 50 has (aligned) recesses 60 in the insulation layers 54 . 56 on which the conductor layer (ie one of the conductor tracks 52 ) is exposed. At different recesses 60 are different tracks 52 exposed. Inside the recesses 60 are the tracks 52 the conductor layer with the cell connection flat conductors 32 . 34 connected via a resistance welding connection. During production, a first welding electrode is shown on the left side 70 (dashed lines) on one of the tracks 52 (or on the conductor layer) in one of the recesses 60 lowered and contacted these, and adjacent to this is from the same side of this trace 52 from a second welding electrode 72 , which is shown to the right of the first welding electrode, on the cell connection flat conductor 32 at a recess 60 on this track 52 pressed on the circuit board 50 due to a lateral recess in the conductor track 52 not over the cell connection flat conductor 32 lies, cf. 2 , Then the electrodes become 70 . 72 subjected to a welding current to the corresponding conductor track 52 the conductor layer at the recess 60 with a top of the cell connection flat conductor 32 connect to. In the same way (before arranging the circuit board 50 ) a contact lug on the contact surfaces 14 . 12 welded. Instead of resistance welding, other welding methods can be used, eg. electric spot welding or the like

Die Leiterplatte 50 weist Ausnehmungen 58, 58' auf, die in Eingriff mit Erhebungen 80 eines Zellträgers 82 kommen. Der Querschnitt der Ausnehmungen 58, 58' entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt der Erhebungen 80. Die Erhebungen entsprechen Domen, die einteilig mit dem Zellträger 82 ausgebildet sind und die sich durch die Ebene hindurch erheben, in der sich die Leiterplatte 50 erstreckt. An dem von dem Zellträger 82 weg weisenden Ende der Erhebungen 80 verjüngen sich diese. Dadurch kann die Leiterplatte 50 mit den (vollumfänglichen) Ausnehmungen auf einfache Weise von oben auf die Zellenverbindungsflachleiter 32, 34 aufgelegt und gegenüber den Zellenverbindungsflachleitern mittels der Erhebungen 80 orientiert werden. Der Zellträger 82 und die Erhebungen 80 sind aus Kunststoff (oder einem anderen Isoliermaterial) gefertigt. Der Zellträger 82 umschließt die Zellen 10 in einem Höhenabschnitt der Zellen vollumfänglich. Der Zellträger 82 kann an einem Gehäuse (nicht dargestellt) befestigt werden, wobei auch die Leiterplatte 50 an dem Gehäuse befestigt werden kann.The circuit board 50 has recesses 58 . 58 ' on, engaging with surveys 80 a cell carrier 82 come. The cross section of the recesses 58 . 58 ' essentially corresponds to the cross-section of the surveys 80 , The elevations correspond to domes that are integral with the cell carrier 82 are formed and which rise through the plane, in which the circuit board 50 extends. At the of the cell carrier 82 pointing away the end of the surveys 80 they rejuvenate. This allows the circuit board 50 with the (full-scale) recesses in a simple manner from above on the cell connection flat conductor 32 . 34 placed on top and opposite the cell connection flat conductors by means of the elevations 80 be oriented. The cell carrier 82 and the surveys 80 are made of plastic (or other insulating material). The cell carrier 82 encloses the cells 10 in a height portion of the cells in full. The cell carrier 82 can be attached to a housing (not shown), wherein also the circuit board 50 can be attached to the housing.

In der 2 ist eine Draufsicht der Ausführung von 1 dargestellt. Die Ausführung umfasst Zellen 10, die in dem Zellträger 82 angeordnet sind. Die Leiterplatte 50 ist entlang ihrer Breite in individuelle Leiterbahnen 52 unterteilt. Zwei dieser Leiterbahnen 52 bilden an freigelegten Abschnitten einen Kontaktabschnitt 90. Dort sind diese über Schweißverbindungen jeweils mit Zellenverbindungsflachleitern 32, 34 verbunden. Einteilig mit diesen verbunden sind Kontaktfahnen 100, die über Schweißverbindungen mit Kontaktflächen 14 der Pole der Zellen 10 verbunden sind.In the 2 is a plan view of the embodiment of 1 shown. The design includes cells 10 that are in the cell carrier 82 are arranged. The circuit board 50 is along their width in individual tracks 52 divided. Two of these tracks 52 form a contact section on exposed sections 90 , There they are via welded joints, each with cell connection flat conductors 32 . 34 connected. Integral with these are tabs 100 that have welded joints with contact surfaces 14 the pole of the cells 10 are connected.

Vor dem Auflegen der Leiterplatte 50 werden die Zellenverbindungsflachleiter 32, 34 und die damit einteilig verbundenen Kontaktfahnen 100 auf die durch den Zellträger 82 verbundenen Zellen 10 (bzw. auf eine derer Stirnseiten) aufgelegt. In einem Schweißschritt werden die Kontaktfahnen 100 und somit gleichzeitig auch die Zellenverbindungsflachleiter 32, 34 mit den Zellen verbunden.Before hanging up the circuit board 50 become the cell connection flat conductors 32 . 34 and the one-piece connected tabs 100 on through the cell carrier 82 connected cells 10 (or on one of these front pages) launched. In a welding step, the contact flags 100 and thus at the same time also the cell connection flat conductor 32 . 34 connected to the cells.

Dann wird die Leiterplatte 50 aufgelegt. Hierzu weist der Zellträger 82 Erhebungen 80 auf (gestrichelt dargestellt), die in Ausnehmungen (beispielhaft: Ausnehmung 50' der 2, die in 1 mit Bezugszeichen 58' im Seitenschnitt dargestellt ist) eingreifen, wobei die Ausnehmungen in der Leiterplatte 50 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen werden beim Auflegen von den Erhebungen 80 geführt. In den Flächen der Ausnehmungen (bzw. der beispielhaften Ausnehmung 50') selbst sind keine Leiterbahnen bzw. keine Zuleitungsflachleiter und auch keine Kontaktfelder vorgesehen. Der Kontaktabschnitt 90 der Leiterbahn 52 kann unmittelbar neben der Ausnehmung angeordnet sein. Die Erhebungen 80 orientieren die Leiterplatte 50 relativ zu den Zellenverbindungsflachleitern 32, 34. Dadurch ist der darauf folgende Schritt des Verschweißens auf einfache Weise durchzuführen, mit dem die Kontaktabschnitte 90 der Leiterbahn 52 bzw. des Zuleitungsflachleiters mit Kontaktabschnitten der Kontaktfahnen 100 der Zellenverbindungsflachleiter 32, 34 verbunden werden. Die Kontaktabschnitte 90 der Leiterbahn 52 können unmittelbar auf die Zellenverbindungsflachleiter 32, 34 geschweißt werden oder auf Kontaktfahnen 100, insbesondere auf Kontaktabschnitte, die nicht unmittelbar auf ein Kontaktfeld 14 der Zellen geschweißt sind. Dadurch kann eine thermische Belastung der Zellen vermieden werden.Then the circuit board 50 hung up. For this purpose, the cell carrier 82 surveys 80 on (dashed lines), in recesses (for example: recess 50 ' of the 2 , in the 1 with reference number 58 ' shown in the side section) engage, wherein the recesses in the circuit board 50 are provided. The recesses are when hanging up from the surveys 80 guided. In the surfaces of the recesses (or the exemplary recess 50 ' ) even no traces or no lead wires and no contact fields are provided. The contact section 90 the conductor track 52 can be arranged immediately adjacent to the recess. The surveys 80 orient the circuit board 50 relative to the cell connection flat conductors 32 . 34 , Thereby, the subsequent step of welding is easy to perform, with which the contact sections 90 the conductor track 52 or of the feeder flat conductor with contact sections of the contact lugs 100 the cell connection flat conductor 32 . 34 get connected. The contact sections 90 the conductor track 52 can directly on the cell connection flat conductor 32 . 34 welded or on contact flags 100 , in particular to contact portions not directly on a contact field 14 the cells are welded. As a result, thermal stress on the cells can be avoided.

In der 2 ist ferner in der oberen, rechten Ecke ein Ende 110 der Leiterplatte 50 dargestellt, das den Zellen 10 entgegengesetzt ist. Dort sieht die Leiterplatte 50 Leiterbahnen 52 vor, die freigelegte Kontaktierungsflächen 114, 116 aufweisen. An den freigelegten Kontaktierungsflächen 114, 116 ist zumindest eine der in 1 näher dargestellten Isolationsschichten (siehe Bezugszeichen 54, 56 der 1) entfernt. Dies ermöglicht eine Steckverbindung, insbesondere eine ZIF-Steckverbindung (ZIF: zero insertion force). Erfindungsgemäß ist nur jede zweite Kontaktierungsfläche 116 mit einem Zellpotential belegt, wie aus der symbolhaften Verschaltung 112 ersichtlich ist. Zwischenliegende Kontaktierungsflächen 114 ohne Zellenanschluss sind entweder nicht belegt oder mit einer Signalquelle oder Signalsenke verbunden, die nur Signalströme abgibt, die um Größenordnungen geringer als Zellenströme sind. Beispielsweise können die Kontaktierungsflächen 114 mit Temperatursensoren verbunden sein (über die Leiterbahn 50), die in oder an dem Akkupack angeordnet sind. Die mit den Zellen verbundenen Kontaktierungsflächen 116 sind somit durch die Kontaktierungsflächen 114 getrennt. Beim Einstecken des Endes 110 der Leiterplatte 50 in eine externe Steckbuchse mit einer Steckrichtung, die nicht der Norm-Steckrichtung entspricht (d. h. bei einer Verschränkung), wird durch die zwischenliegenden Kontaktierungsflächen 114 ein Kurzschluss verhindert.In the 2 is also in the upper right corner of an end 110 the circuit board 50 represented to the cells 10 is opposite. There sees the circuit board 50 conductor tracks 52 before, the exposed contact surfaces 114 . 116 exhibit. At the exposed contact surfaces 114 . 116 is at least one of the 1 Isolation layers shown in detail (see reference numerals 54 . 56 of the 1 ) away. This allows a plug connection, in particular a ZIF connector (ZIF: zero insertion force). According to the invention, only every second contacting surface 116 occupied with a cell potential, as from the symbolic interconnection 112 is apparent. Intermediate contacting surfaces 114 without cell connection are either not occupied or connected to a signal source or signal sink, which only outputs signal currents that are orders of magnitude smaller than cell currents. For example, the contacting surfaces 114 be connected to temperature sensors (via the conductor track 50 ), which are arranged in or on the battery pack. The contacting surfaces connected to the cells 116 are thus through the contact surfaces 114 separated. When inserting the end 110 the circuit board 50 in an external socket with a plug-in direction, which does not correspond to the standard plug-in direction (ie in an entanglement), is characterized by the intermediate contacting surfaces 114 prevents a short circuit.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich als elektrische Energiequelle für Elektrofahrräder, d. h. als Energiequelle für elektrische Elektrofahrrad-Antriebe, oder auch für andere Fahrzeuge, bei denen elektrische Energie zur Traktion zwischengespeichert wird. Insbesondere eignet sich die Erfindung für Hybridantriebe mit einer Elektroantriebskomponente und einer Pedalantriebskomponente. The invention is basically suitable as an electric power source for electric bicycles, ie as an energy source for electric electric bicycle drives, or for other vehicles in which electrical energy is trapped for traction. In particular, the invention is suitable for hybrid drives with an electric drive component and a pedal drive component.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007020295 A1 [0002] DE 102007020295 A1 [0002]
  • DE 102008040341 [0003] DE 102008040341 [0003]

Claims (10)

Akkupack mit einer Vielzahl von Zellen, wobei die Zellen (10) mittels mehrerer Zellenverbindungsflachleiter (30–36) in Gruppen (20, 22) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Akkupack ferner mehrere Zuleitungsflachleiter (52) umfasst, die jeweils Kontaktabschnitte (90) aufweisen, an denen diese mit mindestens einem der Zellenverbindungsflachleiter (30–36) über eine Widerstandsschweißverbindung verbunden sind.Battery pack with a large number of cells, whereby the cells ( 10 ) by means of several cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) in groups ( 20 . 22 ), characterized in that the battery pack further comprises a plurality of feed line conductors ( 52 ), the respective contact sections ( 90 ) at which they are connected to at least one of the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are connected via a resistance welding connection. Akkupack nach Anspruch 1, wobei die Zuleitungsflachleiter Leiterbahnen (52) einer flexiblen Leiterplatte (50) sind, wobei die Leiterbahnen (52) zwischen zwei Isolationsschichten (54, 56) angeordnet sind und an den Kontaktabschnitten (90) die Leiterbahnen (52) durch Auslassungen (60) in zumindest einer der Isolationsschichten (54, 56) freigelegt sind.Battery pack according to claim 1, wherein the supply line conductors conductor tracks ( 52 ) of a flexible printed circuit board ( 50 ), wherein the interconnects ( 52 ) between two insulation layers ( 54 . 56 ) are arranged and at the contact sections ( 90 ) the conductor tracks ( 52 ) by omissions ( 60 ) in at least one of the insulation layers ( 54 . 56 ) are exposed. Akkupack nach Anspruch 2, wobei an einem Ende (110) der flexiblen Leiterplatte (50), das den Kontaktabschnitten entgegengesetzt ist, die Leiterbahnen (52) freigelegte Kontaktierungsflächen (116) aufweisen und zumindest an den Kontaktierungsflächen (116) zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen, die mit einem Zellenverbindungsflachleiter verbunden sind, mindestens eine Leiterbahn (52) bzw. eine Kontaktierungsfläche (114) vorgesehen ist, die nicht mit den Zellen (10) verbunden ist.Battery pack according to claim 2, wherein at one end ( 110 ) of the flexible printed circuit board ( 50 ), which is opposite to the contact sections, the tracks ( 52 ) exposed contacting surfaces ( 116 ) and at least at the contacting surfaces ( 116 ) between two adjacent interconnects which are connected to a cell connection flat conductor, at least one interconnect ( 52 ) or a contacting surface ( 114 ) which is not connected to the cells ( 10 ) connected is. Akkupack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zellenverbindungsflachleiter (30–36) als Stanzgitter ausgebildet sind, die über Widerstandsschweißverbindungen mit den Polkontaktflächen (12, 14) der Zellen verbunden sind, wobei Kontaktfahnen (100) mit den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) über Widerstandsschweißverbindungen verbunden sind oder einteilig mit diesen ausgebildet sind.Battery pack according to one of the preceding claims, wherein the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are formed as stamped grid, which via resistance welded joints with the Polkontaktflächen ( 12 . 14 ) of the cells are connected, whereby contact lugs ( 100 ) with the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are connected via resistance welded joints or are integrally formed therewith. Akkupack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Kontaktflächen (12, 14) der Zellen (10), die Zellenverbindungsflachleiter (30–36) und die Zuleitungsflachleiter, die insbesondere als Leiterbahnen (52) einer flexiblen Leiterplatte ausgebildet sind, parallel zueinander verlaufen oder übereinanderliegende Schichten bilden.Battery pack according to one of the preceding claims, wherein contact surfaces ( 12 . 14 ) of the cells ( 10 ), the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) and the feeder flat conductors, in particular as printed conductors ( 52 ) of a flexible printed circuit board, run parallel to one another or form superimposed layers. Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks, umfassend: Vorsehen einer Vielzahl von Zellen (10), Anordnen der Zellen (10) in mindestens einer Ebene und elektrisches Verbinden der Zellen (10) in Gruppen (20; 22) mittels mehrerer Zellenverbindungsflachleiter (30–36), Vorsehen mehrerer Zuleitungsflachleiter (52), die jeweils Kontaktabschnitte (90) aufweisen, Anordnen dieser Kontaktabschnitte (90) auf entsprechende Kontaktabschnitte der Zellenverbindungsflachleiter (30–36), insbesondere auf Kontaktfahnen (100) der Zellenverbindungsflachleiter (30–36), wobei die Kontaktabschnitte parallel zu oder in der Ebene angeordnet sind, und die derart angeordneten Kontaktabschnitte (90) der Zuleitungsflachleiter (52) mit den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) durch elektrisches Widerstandsschweißen verbunden werden.A method of manufacturing a battery pack, comprising: providing a plurality of cells ( 10 ), Arranging the cells ( 10 ) in at least one plane and electrically connecting the cells ( 10 ) in groups ( 20 ; 22 ) by means of several cell connection flat conductors ( 30 - 36 ), Providing a plurality of feed flat conductors ( 52 ), each of the contact sections ( 90 ), arranging these contact sections ( 90 ) to corresponding contact portions of the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ), in particular on contact flags ( 100 ) the cell connection flat conductor ( 30 - 36 ), wherein the contact portions are arranged parallel to or in the plane, and the thus arranged contact portions ( 90 ) of the feeder flat conductor ( 52 ) with the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are connected by electrical resistance welding. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Zuleitungsflachleiter als Leiterbahnen (52) einer flexiblen Leiterplatte (50) vorgesehen und relativ zu den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) angeordnet werden, um die Kontaktabschnitte (90) anzuordnen, wobei das Verfahren umfasst: Freilegen der Leiterbahnen (52) an den Kontaktabschnitten (90).Method according to claim 6, wherein the feed line conductors are designed as conductor tracks ( 52 ) of a flexible printed circuit board ( 50 ) and relative to the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are arranged around the contact sections ( 90 ), the method comprising: exposing the tracks ( 52 ) at the contact sections ( 90 ). Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahnen (52) ferner an einem Ende (110) freigelegt werden, das den Zellen (10) entgegengesetzt ist, und beim elektrischen Widerstandsschweißen der Leiterbahnen (52), die an die Kontaktabschnitte (90) der Zellenverbindungsflachleiter geschweißt werden, mindestens eine Leiterbahn (114) ausgelassen wird, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden, an die Zellen (10) mittels Schweißens anzuschließende Leiterbahnen (116) liegt.Method according to claim 7, wherein the printed conductors ( 52 ) at one end ( 110 ) are exposed to the cells ( 10 ) is opposite, and the electrical resistance welding of the tracks ( 52 ) to the contact sections ( 90 ) of the cell connection flat conductor, at least one conductor track ( 114 ) is omitted between two consecutive cells ( 10 ) to be connected by welding conductor tracks ( 116 ) lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, wobei die Zellenverbindungsflachleiter (30–36) und Kontaktfahnen (100) vorgesehen werden durch Stanzen eines Blechs, wobei ein Zellenverbindungsflachleiter (30–36) und zumindest eine der Kontaktfahnen (100) durch einen einmaligen Stanzvorgang desselben Blechs gemeinsam ausgestanzt werden, so dass sie einteilig miteinander verbunden sind, oder die Kontaktfahnen (100) getrennt von den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) aus Blech gestanzt werden und durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden werden.The method of any one of claims 6-8, wherein the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) and contact flags ( 100 ) are provided by punching a sheet, wherein a cell connection flat conductor ( 30 - 36 ) and at least one of the contact lugs ( 100 ) are punched together by a single punching operation of the same sheet together so that they are integrally connected to each other, or the contact lugs ( 100 ) separated from the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) are punched from sheet metal and joined together by resistance welding. Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, wobei zumindest Untergruppen (20, 22) der Zellen (10) nebeneinander vorgesehen werden und Polkontaktflächen (12, 14) der Zellen (10) in der gleichen Ebene angeordnet werden, wobei Kontaktfahnen (100) der Zellenverbindungsflachleiter (30–36) oder mit den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) zu verschweißende Kontaktfahnen (100) auf dieser Ebene angeordnet werden und die Zuleitungsflachleiter (52) in einer Ebene angeordnet werden, die über den Zellenverbindungsflachleitern (30–36) liegt.Method according to one of claims 6-9, wherein at least subgroups ( 20 . 22 ) of the cells ( 10 ) are provided side by side and pole contact surfaces ( 12 . 14 ) of the cells ( 10 ) are arranged in the same plane, with contact lugs ( 100 ) the cell connection flat conductor ( 30 - 36 ) or with the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) to be welded contact flags ( 100 ) are arranged at this level and the feeder flat conductors ( 52 ) are arranged in a plane which is above the cell connection flat conductors ( 30 - 36 ) lies.
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