DE102011002203A1 - Battery pack for use in e.g. electric bicycle, has wiring structure arranged on upper side of electrically conductive arrester, and provided with electric conductors embedded into matrix, which is made from electrical insulating material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriepaket und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriepakets.The invention relates to a battery pack and a method for producing a battery pack.
Batteriepakete werden in einer Vielzahl von mobilen Geräten wie z. B. Mobiltelefonen, tragbaren Computern und Fahrzeugen verwendet. Batteriepakete enthalten eine Vielzahl von Batteriezellen, die mechanisch fest zusammengefügt werden. Die Batteriezellen sind in Reihe und/oder parallel geschaltet, damit sie zusammen genügend Energie für den Betrieb des tragbaren Geräts zur Verfügung stellen. Besondere Anforderungen werden an Batteriepakete für Fahrzeuge gestellt. Sie müssen mechanisch sehr stabil sein, so dass sie auch auf Schotterstraßen oder Kopfsteinpflaster nicht auseinander brechen. Zudem dürfen bei Unfällen, bei denen beispielsweise ein anderes Fahrzeug mit einem starken mechanischen Impuls auf das Batteriepaket wirkt, die Batteriezellen nicht brennen oder explodieren. Ähnliche Anforderungen an Batteriepakete werden auch an solche gestellt, die in Geräten betrieben werden, die großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies können beispielsweise Elektrowerkzeuge oder Windkraftanlagen sein.Battery packs are used in a variety of mobile devices such. As mobile phones, portable computers and vehicles used. Battery packs contain a variety of battery cells, which are mechanically fixed together. The battery cells are connected in series and / or in parallel so that together they provide enough power for the operation of the portable device. Special requirements are made for battery packs for vehicles. They must be mechanically very stable, so that they do not break apart on gravel roads or cobblestones. In addition, in accidents in which, for example, another vehicle with a strong mechanical impulse acts on the battery pack, the battery cells must not burn or explode. Similar requirements for battery packs also apply to those that are operated in devices that are exposed to high mechanical loads. These can be, for example, power tools or wind turbines.
Batteriepakete stellen hoch sicherheitsrelevante Komponenten derartiger mobiler Geräte dar. Es sollte daher beispielsweise sichergestellt sein, dass ein Entweichen von Gas aus den Batteriezellen im Fehlerfall möglich ist. Zudem sollte eine Verpolung bei der Verdrahtung der einzelnen Batteriezellen möglichst ausgeschlossen sein. Dies ist jedoch bei dem oftmals komplizierten Aufbau von Batteriepaketen, die zudem möglichst kompakt sein sollen, nicht immer gewährleistet.Battery packs represent highly safety-relevant components of such mobile devices. It should therefore be ensured, for example, that an escape of gas from the battery cells in case of failure is possible. In addition, a reverse polarity in the wiring of the individual battery cells should be excluded as possible. However, this is not always guaranteed in the often complicated structure of battery packs, which should also be as compact as possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriepaket zur Verfügung zu stellen, das ein hohes Maß an Betriebssicherheit gewährleistet.The invention has for its object to provide a battery pack available that ensures a high level of reliability.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Batteriepaket anzugeben, das möglichst ökonomisch ist.Another object of the invention is to provide a manufacturing method for such a battery pack that is as economical as possible.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Batteriepaket eine Mehrzahl von parallel oder in Reihe geschalteten Batteriezellen, wobei Pole der Batteriezellen zu einer ersten Seite und/oder zu einer zweiten Seite des Batteriepakets orientiert sind.According to one aspect, a battery pack comprises a plurality of battery cells connected in parallel or in series, wherein poles of the battery cells are oriented to a first side and / or to a second side of the battery pack.
Weiterhin umfasst das Batteriepaket eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Ableitern mit einer Oberseite und einer Unterseite, die auf einer ersten Seite und/oder einer zweiten Seite des Batteriepakets angeordnet sind. Dabei können die Batteriezellen innerhalb des Batteriepakets insbesondere derart angeordnet sein, dass die erste und die zweite Seite des Batteriepakets einander gegenüberliegen. Die Ableiter kontaktieren jeweils Pole einer Gruppe von Batteriezellen mit ihrer Unterseite elektrisch, wobei die Ableiter auf ihrer Oberseite jeweils einen Kontaktfleck aufweisen.Furthermore, the battery pack comprises a plurality of electrically conductive arresters having an upper side and a lower side, which are arranged on a first side and / or a second side of the battery pack. In this case, the battery cells can be arranged within the battery pack in particular such that the first and the second side of the battery pack opposite each other. The arresters each contact poles of a group of battery cells with their underside electrically, the arresters each having a contact pad on its upper side.
Weiterhin umfasst das Batteriepaket mindestens eine auf der Oberseite der Ableiter angeordnete Verdrahtungsstruktur mit einer Matrix aus einem elektrisch isolierenden Material und einer Mehrzahl von gemeinsam in die Matrix eingebetteten elektrischen Leitern, wobei jeweils ein elektrischer Leiter den Kontaktfleck eines Ableiters elektrisch kontaktiert.Furthermore, the battery pack comprises at least one arranged on the top of the arrester wiring structure with a matrix of an electrically insulating material and a plurality of jointly embedded in the matrix electrical conductors, wherein in each case an electrical conductor electrically contacts the pad of a conductor.
Bei einem derartigen Batteriepaket werden herkömmlicherweise die einzelnen Gruppen von Batteriezellen einzeln verkabelt. Durch die Verwendung einer vorgefertigten Verdrahtungsstruktur lässt sich bei der Herstellung des Batteriepakets erheblich Zeit einsparen. Zudem kann das Batteriepaket sehr kompakt ausgebildet sein.In such a battery pack, the individual groups of battery cells are conventionally wired individually. By using a prefabricated wiring structure can save considerable time in the production of the battery pack. In addition, the battery pack can be made very compact.
Bei der Verdrahtungsstruktur handelt es sich um ein vorgefertigtes Bauteil. Der Verlauf der elektrischen Leiter innerhalb der Matrix ist festgelegt und auf die Lage der Kontaktflecken der Ableiter innerhalb des Batteriepakets abgestimmt. Insbesondere entspricht die Anordnung der elektrischen Leiter in der Matrix der Anordnung der Kontaktflecken der Ableiter, das heißt, die elektrischen Leiter sind innerhalb der Matrix derart geführt, dass sie zu den Kontaktflecken führen. Typischerweise sind die elektrischen Leiter vollständig in die isolierende Matrix eingebettet und liegen nur in einem Bereich an einer Seite der Verdrahtungsstruktur frei, der auf dem entsprechenden Kontaktfleck zu liegen kommt. Die Gefahr eines Verpolens ist somit erheblich reduziert.The wiring structure is a prefabricated component. The course of the electrical conductors within the matrix is determined and matched to the position of the contact pads of the arresters within the battery pack. In particular, the arrangement of the electrical conductors in the matrix corresponds to the arrangement of the contact pads of the arresters, that is, the electrical conductors are guided within the matrix such that they lead to the contact pads. Typically, the electrical conductors are completely embedded in the insulating matrix and are exposed only in an area on one side of the wiring structure that comes to rest on the corresponding contact pad. The risk of polarity reversal is thus considerably reduced.
Der Aufbau des Batteriepakets aus Batteriezellen, mehreren direkt auf den Polen angeordneten Ableitern, die jeweils mehrere Batteriezellen zu einer Gruppe zusammenfassen, und einer direkt auf den Ableitern angeordneten Verdrahtungsstruktur hat mehrere Vorteile. Durch eine geeignete Zusammenfassung der Batteriezellen zu Gruppen mittels der Ableiter kann jeweils die passende Spannung abgegriffen und zur Verfügung gestellt werden.The structure of the battery pack of battery cells, a plurality of arranged directly on the poles Ableitern, each of a plurality of battery cells in a group, and a directly arranged on the arresters wiring structure has several advantages. By suitable combination of the battery cells into groups by means of the arresters, the appropriate voltage can be tapped and made available in each case.
Die Zusammenfassung zu Gruppen erlaubt es darüber hinaus, die Anzahl der Kontaktstellen bei der Kontaktierung durch die Verdrahtungsstruktur gering zu halten. Dies vereinfacht zum einen die Herstellung und Montage der Verdrahtungsstruktur und führt zum anderen zu einer größeren Zuverlässigkeit des Batteriepakets, weil eine geringere Zahl von Kontaktstellen eine geringere Zahl möglicherweise fehlerhafter Verbindungen bedeutet.The grouping also makes it possible to keep the number of contact points in the contacting through the wiring structure low. On the one hand, this simplifies the manufacture and assembly of the wiring structure and, on the other hand, leads to greater reliability of the battery pack, because a smaller number of Contact points means a lower number of possibly faulty connections.
Die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen erfolgt demnach in zwei Schichten, wobei die elektrischen Ableiter die erste Schicht bilden und die unmittelbar darauf angeordnete, vorgefertigte Verdrahtungsstruktur die zweite Schicht. Die elektrische Kontaktierung ist damit verhältnismäßig einfach aufgebaut und bedarf abgesehen von der ebenfalls relativ einfach aufgebauten Verdrahtungsstruktur keinerlei kompliziert zu fertigender Teile. Sie kann daher flexibel an Größe und Geometrie von Batteriepaketen angepasst werden und ist darüber hinaus in Montage und Wartung einfach zu handhaben. Dies ist insbesondere bei Batteriepaketen vorteilhaft, die in verhältnismäßig geringen Stückzahlen gefertigt werden und verschiedenartige Einsatzzwecke aufweisen.The electrical contacting of the battery cells is thus carried out in two layers, wherein the electrical conductors form the first layer and the prefabricated wiring structure arranged directly thereon forms the second layer. The electrical contact is thus relatively simple and requires apart from the also relatively simple structure wiring no complicated parts to be manufactured. It can therefore be flexibly adapted to the size and geometry of battery packs and is also easy to handle during installation and maintenance. This is particularly advantageous in battery packs that are manufactured in relatively small numbers and have various uses.
In einer Ausführungsform ist die Verdrahtungsstruktur als Leiterplatte ausgebildet. Alternativ kann die Verdrahtungsstruktur auch als flexible Folie ausgebildet sein.In one embodiment, the wiring structure is formed as a printed circuit board. Alternatively, the wiring structure may also be formed as a flexible film.
Wenn die Verdrahtungsstruktur als flexible Folie ausgebildet ist, kann ein erster Bereich der flexiblen Folie auf der ersten Seite des Batteriepakets und ein zweiter Bereich der flexiblen Folie auf der zweiten Seite des Batteriepakets angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Folie um mindestens eine, typischerweise um zwei Kanten des Batteriepakets herumgebogen.When the wiring structure is formed as a flexible film, a first portion of the flexible film may be disposed on the first side of the battery pack and a second portion of the flexible film may be disposed on the second side of the battery pack. In this embodiment, the foil is bent around at least one, typically around two edges of the battery pack.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine erste Verdrahtungsstruktur auf einer ersten Seite des Batteriepakets und eine zweite Verdrahtungsstruktur auf einer zweiten Seite des Batteriepakets angeordnet. In dieser Ausführungsform können nicht nur flexible Folien, sondern auch starre Leiterplatten als Verdrahtungsstruktur verwendet werden.In another embodiment, a first wiring structure is disposed on a first side of the battery pack and a second wiring structure is disposed on a second side of the battery pack. In this embodiment, not only flexible films but also rigid circuit boards can be used as the wiring structure.
Batteriepakete sind häufig so aufgebaut, dass an zwei Seiten, meist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten, Pole der Batteriezellen frei liegen. Gemäß einer Ausführungsform wird der Aufbau aus elektrisch leitenden Ableitern und darauf angeordneter vorgefertigter Verdrahtungsstruktur auf beiden Seiten verwendet.Battery packs are often designed so that on two sides, usually on two opposite sides, poles of the battery cells are exposed. According to one embodiment, the construction of electrically conductive arresters and prefabricated wiring structure arranged thereon is used on both sides.
Die Matrix der Verdrahtungsstruktur kann insbesondere aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein.The matrix of the wiring structure may in particular be formed from a plastic material.
In einer Ausführungsform ist zumindest auf einer dritten Seite des Batteriepakets eine weitere Verdrahtungsstruktur zur Verbindung des Batteriepakets mit einer Steuerungselektronik angeordnet.In one embodiment, a further wiring structure for connecting the battery pack to a control electronics is arranged at least on a third side of the battery pack.
Dabei kann auch die weitere Verdrahtungsstruktur eine Matrix aus einem elektrisch isolierenden Material und eine Mehrzahl von gemeinsam in die Matrix eingebetteten elektrischen Leitern aufweisen.In this case, the further wiring structure may also comprise a matrix of an electrically insulating material and a plurality of electrical conductors embedded in the matrix in common.
Die weitere Verdrahtungsstruktur kann auch einstückig mit der Verdrahtungsstruktur ausgebildet sein, beispielsweise wenn ein Aufbau mit auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten angeordneten Polen und einer flexiblen, um zwei Kanten des Batteriepakets herumgebogenen Verdrahtungsstruktur verwendet wird. Die weitere Verdrahtungsstruktur ist dann als Bereich der Verdrahtungsstruktur ausgebildet.The further wiring structure may also be formed integrally with the wiring structure, for example when a structure having poles arranged on two opposite sides and a flexible wiring structure bent around two edges of the battery pack is used. The further wiring structure is then formed as a region of the wiring structure.
In einer Ausführungsform sind die Ableiter als Platten, insbesondere als durchlöcherte Platten, ausgebildet. Während die Verwendung elektrisch leitender Platten als Ableiter ein besonders kompaktes und einfach herzustellendes Batteriepaket ermöglicht, haben Löcher in den Platten den zusätzlichen Vorteil, dass sie einerseits eine Gewichtseinsparung ermöglichen, andererseits aber für eine besondere Stabilität des Batteriepakets sorgen können, indem sie den Durchtritt einer Kunststoffvergussmasse für das Batteriepaket ermöglichen.In one embodiment, the arresters are formed as plates, in particular as perforated plates. While the use of electrically conductive plates as arresters allows a particularly compact and easy-to-manufacture battery pack, holes in the plates have the additional advantage that they can on the one hand save weight, but on the other hand can provide for a special stability of the battery pack by the passage of a Kunststoffvergussmasse allow for the battery pack.
Besonders geeignet ist das Batteriepaket, wenn die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Zellen oder als Nickel-Metyllhydrid-Zellen ausgebildet sind. Alternativ kann das Batteriepaket auch für andere Typen von Batteriezellen eingesetzt werden, beispielsweise für Doppelschicht-Kondensatoren, auch Supercaps oder EDLC genannt, die eine geeignete Form aufweisen. Die Form der Batteriezellen kann nicht nur zylindrisch, sondern auch prismatisch sein.The battery pack is particularly suitable if the battery cells are designed as lithium-ion cells or as nickel-metal hydride cells. Alternatively, the battery pack can also be used for other types of battery cells, for example for double-layer capacitors, also called supercaps or EDLC, which have a suitable shape. The shape of the battery cells can be not only cylindrical but also prismatic.
Das Batteriepaket ist insbesondere für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug, beispielsweise einem Zwei- oder Dreirad mit Elektroantrieb, geeignet.The battery pack is particularly suitable for use in an electric vehicle, such as a two- or three-wheeled electric drive.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriepakets angegeben, dass das Anordnen einer Mehrzahl von Batteriezellen zu einem Verbund derart umfasst, dass an einer ersten Seite des Verbunds und/oder an einer zweiten Seite des Verbunds Pole der Batteriezellen zugänglich sind. Weiter wird eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Ableitern mit einer Oberseite und einer Unterseite bereitgestellt und es werden Pole jeweils einer Gruppe von Batteriezellen durch die Unterseite eines Ableiters elektrisch kontaktiert. Auf die Oberseite der Ableiter wird eine Verdrahtungsstruktur aufgelegt und es wird jeweils ein Ableiter durch einen mit weiteren elektrischen Leitern gemeinsam in eine elektrisch isolierende Matrix eingebetteten elektrischen Leiter der Verdrahtungsstruktur elektrisch kontaktiert.According to another aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a battery pack comprising assembling a plurality of battery cells into a composite such that poles of the battery cells are accessible on a first side of the composite and / or on a second side of the composite. Furthermore, a plurality of electrically conductive arresters having an upper side and a lower side are provided and poles of a respective group of battery cells are electrically contacted by the underside of a conductor. A wiring structure is placed on the upper side of the arresters, and in each case one arrester is electrically contacted by an electrical conductor of the wiring structure which is jointly embedded in an electrically insulating matrix with further electrical conductors.
Mit diesem Verfahren ist eine besonders sichere und gleichzeitig ökonomische Herstellung eines Batteriepakets möglich. Da die Verdrahtungsstruktur im Ganzen auf die Ableiter aufgelegt werden kann, wird die Verdrahtung in einem einzigen Schritt durchgeführt.With this method, a particularly secure and at the same time economic production of a battery pack is possible. Because the Wiring structure as a whole can be placed on the arrester, the wiring is performed in a single step.
Die Ableiter können jeweils auf den Pol geschweißt oder gelötet werden. Auch die elektrischen Leiter der Verdrahtungsstruktur können jeweils auf Kontaktflecken der Ableiter geschweißt oder gelötet werden.The arresters can each be welded or soldered to the pole. The electrical conductors of the wiring structure can also be welded or soldered to contact pads of the arresters.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.The invention is illustrated in more detail in the drawings with reference to an embodiment.
In der
Oberhalb der Unterseite
Die Ableiter
Es ist ferner eine Halterung bestehend aus Hülsen
Eine Abdeckung
In die Darstellung von
Die H-förmigen Löcher
Ingesamt werden 16 Ableiter
In
Die der Verdrahtungsstruktur zugewandte Seite wird als Oberseite
Bei dem in
Jeder der Ableiter
Die Batteriezellen
Auf der Oberseite
Die Verdrahtungsstruktur
Zur Verdrahtung des Batteriepakets
Damit die Kontaktstellen
Auf der anderen Seite des Batteriepakets
Da die Verdrahtungsstruktur
Die
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kontaktflecken
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Batteriepaketbattery pack
- 22
- Grundplattebaseplate
- 33
- erste Wannefirst tub
- 44
- erste Mattefirst mat
- 55
- Halterungbracket
- 66
- Batteriezellebattery cell
- 77
- Halterungbracket
- 88th
- zweite Mattesecond mat
- 99
- zweite Wannesecond tub
- 1010
- Abdeckungcover
- 1111
- Querstrebencrossbars
- 1212
- Längsstrebenlongitudinal struts
- 1313
- Steckerplug
- 1414
- Hülsensleeves
- 1515
- Schraubenscrew
- 1616
- Mutternnuts
- 1717
- Ableiterarrester
- 1818
- Verdrahtungsstrukturwiring structure
- 2020
- Gruppegroup
- 3030
- Einbuchtung der WanneDent of the tub
- 6161
- Oberseitetop
- 6262
- Längsseitelong side
- 6363
- Unterseitebottom
- 100100
- Platinecircuit board
- 110110
- Platinecircuit board
- 120120
- Seitenwand bzw. SeitenabdeckungSide wall or side cover
- 130130
- Öffnungopening
- 170170
- Lochhole
- 171171
- Lochhole
- 172172
- Kontaktfleckcontact patch
- 173173
- Oberseitetop
- 174174
- Unterseitebottom
- 180180
- Matrixmatrix
- 181181
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 182182
- Kontaktstellecontact point
- 183183
- Oberseitetop
- 184184
- Unterseitebottom
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011002203A DE102011002203A1 (en) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Battery pack for use in e.g. electric bicycle, has wiring structure arranged on upper side of electrically conductive arrester, and provided with electric conductors embedded into matrix, which is made from electrical insulating material |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011002203A1 true DE102011002203A1 (en) | 2012-10-25 |
Family
ID=46967215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011002203A Withdrawn DE102011002203A1 (en) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Battery pack for use in e.g. electric bicycle, has wiring structure arranged on upper side of electrically conductive arrester, and provided with electric conductors embedded into matrix, which is made from electrical insulating material |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102011002203A1 (en) |
Citations (2)
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US20050110458A1 (en) * | 2003-10-14 | 2005-05-26 | Seman Andrew E.Jr. | Apparatus for interconnecting battery cells in a battery pack and method thereof |
DE102009040128A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Clean Mobile Ag | Battery pack and method of making a battery pack |
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2011
- 2011-04-20 DE DE102011002203A patent/DE102011002203A1/en not_active Withdrawn
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