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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Verbindereinheit zum Kontaktieren einer Anzahl elektrischer Speicherzellen, umfassend elektrische Leistungsverbinder zum Verbinden von Polen der einzelnen Speicherzellen untereinander und Messleitungen zum Verbinden wenigstens einiger der Pole mit wenigstens einer Zellenüberwachungseinheit, wobei die Leistungsverbinder und die Messleitungen mit flächig gestalteten Leiterabschnitten ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Verbindereinheit zum Kontaktieren einer Anzahl elektrischer Speicherzellen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Akkumulatorenbatterie, umfassend eine Anzahl elektrischer Speicherzellen, mit einer Verbindereinheit der vorgenannten Art.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2008/034560 A1 ist eine Hochvoltbatterie mit einer Verbindereinheit bekannt, die als zweilagige Leiterplatte mit zwei übereinanderliegenden, unterschiedlich dicken Leiterschichten, getrennt durch eine Schicht aus Isolierstoff, ausgebildet ist. Aus der dicken Leiterschicht werden Leistungsverbinder geformt, aus der dünnen Leiterschicht Leiterbahnen für Überwachungsschaltungen.
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In der
EP 1 363 483 A2 ist ein Mehrlagen-Leiterplatten-Verbundkörper sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, d.h. die Herstellung einer Leiterkonfiguration der vorbeschriebenen Art dargestellt. Dieses bekannte Herstellungsverfahren umfasst unter anderem die Schritte „Bereitstellen eines Leiterplatten-Rohlings, welcher aufweist eine Trägerplatte und mindestens eine zur Führung von Leistungsströmen hinsichtlich der Dicke geeignete, elektrisch leitende, mit der Trägerplatte flächig verbundene Leitungsschicht“ und „Reduktion der Dicke eines Teils der mindestens einen Leitungsschicht zur Schaffung einer Signalleitungsschicht.“ Insgesamt gestaltet sich dieses bekannte Herstellungsverfahren jedoch sehr aufwändig, da im Rahmen von insgesamt elf erforderlichen Verfahrensschritten verschiedene Ätzprozesse durchzuführen sind, mit denen eine Leiterbahnschicht abgedünnt und Leiterbahnen und Durchbrüche geformt werden.
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Die
WO 2011/038908 A1 betrifft eine Einrichtung zum elektrischen Zusammenschalten von Zellen eines Batteriepack mittels Zellverbindern.
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Die
DE 10 2005 039 086 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbi ndungsei nrichtung.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Verbindereinheit der beschriebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verbindereinheit so zu verbessern, dass die Gestaltung, Fertigung und Montage dieser Verbindereinheit vereinfacht und verbilligt werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Verbindereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Leiterabschnitte wenigstens weitgehend aus einem gemeinsamen Stanzteil geformt und in wenigstens einer elektrisch wenigstens weitgehend isolierenden Haltevorrichtung eine zusammenhängende Baugruppe bildend gehalten sind.
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Die elektrischen Leistungsverbinder dienen dabei zum Leiten eines Nutz- bzw. Laststromes durch die einzelnen Speicherzellen, durch den ein oder mehrere elektrische Verbraucher, zum Beispiel ein Motor eines Elektrofahrzeugs, zu Antriebszwecken mit Energie gespeist werden kann. Die die elektrischen Leistungsverbinder bildenden Leiterabschnitte sind daher ausgelegt insbesondere für große elektrische Ströme, für die entsprechend große Leiterquerschnitte benötigt werden.
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Dagegen können die als Messleitungen dienenden Leiterabschnitte, die Messabgriffe für die wenigstens eine Zellenüberwachungseinheit, d.h. Verbindungsleitungen der Pole der Speicherzellen mit der wenigstens einen Zellenüberwachungseinheit, bilden, einen üblicherweise deutlich geringeren Querschnitt als die Leistungsverbinder aufweisen, da über sie nur verhältnismäßig schwache Mess- bzw. Signalströme zu leiten sind.
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Die Leiterabschnitte - sowohl die Leistungsverbinder als auch die Messleitungen - sind erfindungsgemäß als Stanzgitterplatte geformt. Dies ermöglicht die schnelle und preiswerte Fertigung hoher Stückzahlen, was insbesondere dann gilt, wenn die Leistungsverbinder für hohe Ströme dimensioniert sein müssen, d.h. wenn für die Leiterabschnitte hohe Leiterquerschnitte gefordert sind, die sich durch Ätzverfahren nur sehr aufwendig herstellen lassen.
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Außerdem ermöglicht die Ausbildung als Stanzteil in einfacher Weise eine sehr große Freizügigkeit bei der Formgestaltung der Leiterabschnitte und der wenigstens einen Haltevorrichtung, was in einer wesentlich vermehrten Flexibilität und Vereinfachung in Konstruktion und Fertigung der erfindungsgemäßen Verbindereinheit bei zugleich verringerten Kosten resultiert. Bevorzugt bilden dabei die Leiterabschnitte eine zumindest einlagig ausgebildete Konfiguration, wodurch die Fertigung und Montage erheblich vereinfacht und verbilligt ist.
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Die wenigstens eine elektrisch wenigstens weitgehend isolierende Haltevorrichtung bildet eine Trägermatrix, bevorzugt aus Kunststoff, in der alle Leiterabschnitte der Verbindereinheit zusammenfassend gehalten sind. Dadurch stellt die die Verbindereinheit bildende Gesamtheit aus Leiterabschnitten und Haltevorrichtung eine zusammenhängende Baugruppe dar, die sich beim Zusammenbau mit den Speicherzellen, d.h. etwa beim Einbau in beispielsweise eine Akkumulatorenbatterie, in Fertigung und Wartung sehr einfach handhaben und insbesondere auch automatisiert verbauen lässt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindereinheit sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß sind die Leiterabschnitte der erfindungsgemäßen Verbindereinheit aus einem streifen- oder flachbandförmigen Leitermaterial, das in seiner Längserstreckung ausgerichtete, fortlaufende Bereiche von quer zur Längserstreckung des Leitermaterials variierter Dickenabmessung aufweist, geformt.
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Ein derartiges Leitermaterial kann vorteilhaft in Form eines sogenannten „Tailor Rolled Blank“ vorgesehen sein, welches im Folgenden abgekürzt als „TRB“ bezeichnet ist. Ein solches „TRB“ ist in seinen Abmessungen, d.h. der Breite und der Dickenabmessung, sowie auch in der Wahl des Werkstoffs oder einer Werkstoffkombination in der Art eines Verbundwerkstoffs nach den elektrischen als auch mechanischen Anforderungen des betreffenden Einsatzzwecks dimensioniert.
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Erfindungsgemäß sind dabei die elektrischen Leistungsverbinder wenigstens weitgehend aus einem Bereich der größten Dickenabmessung des streifen- oder flachbandförmigen Leitermaterials geformt sind und dass die Messleitungen wenigstens weitgehend aus einem Bereich der geringsten Dickenabmessung des streifen- oder flachbandförmigen Leitermaterials geformt. Die Formung der elektrischen Leistungsverbinder aus einem Bereich großer Dickenabmessung des „TRB“ ermöglicht dabei eine kompakte Dimensionierung für hohe Ströme, wohingegen für die Gestaltung der Messleitungen mit den darin fließenden, nur schwachen Signalströmen ein Bereich des Leitermaterials mit geringer Dickenabmessung zur Materialersparnis und leichteren Fertigung ausreicht. In Übergangsbereichen zwischen den Bereichen großer und geringer Dickenabmessung des „TRB“ kann eine Gestaltung der Dickenabmessung je nach den an die Verbindereinheit gestellten elektrischen bzw. mechanischen Anforderungen gewählt werden. Wie im nachstehenden noch näher erläutert ist, werden aus den Übergangsbereichen des „TRB“ bevorzugt elektrische und mechanische Verbindungen zwischen den elektrischen Leistungsverbindern einerseits und den Messleitungen andererseits geformt; diese Verbindungen können bevorzugt auch zur Wärmeableitung von wenigstens einem der Leistungsverbinder vorgesehen und in diesem Fall mit größerer Dickenabmessung und/oder größerer Breite geformt sein als zum Beispiel eine Verbindung, die ausschließlich als Messabgriff zur Leitung eines Signalstroms und/oder zur Fixierung von der Haltevorrichtung nicht unmittelbar gehaltener Leiterabschnitte dient.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindereinheit sind ausgewählte Leiterabschnitte der Verbindereinheit weiterhin durch eine im senkrecht zur flächigen Erstreckung der im flächig gestalteten Leiterabschnitte gerichtete Verformung gestaltet. Eine derartige Verformung kann insbesondere auf vorteilhafte Weise durch Sicken, Prägung, Spalten und andere Verformungsvorgänge vorgenommen werden. Gemäß einem vorteilhaften Beispiel für eine solche Verformung wird das streifen- oder flachbandförmige Leitermaterial im senkrecht zu seiner flächigen Erstreckung durch eine Kröpfung der Messabgriffe verformt.
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Durch die beschriebene Verformung, insbesondere die vorstehend genannte Kröpfung, ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Verbindereinheit große Möglichkeiten zur räumlichen Anpassung der Verbindereinheit an den Einbauraum an den elektrischen Speicherzellen. Eine Kröpfung der Messabgriffe hat auch den Vorteil, dass sich dadurch von den elektrischen Leistungsverbindern herrührende mechanische Spannungen von den empfindlichen Messleitungen fernhalten lassen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verbindereinheit wenigstens ein insbesondere in die elektrisch wenigstens weitgehend isolierende Haltevorrichtung eingefügtes und mit wenigstens einem der Leiterabschnitte, bevorzugt mit wenigstens einer der Messleitungen, elektrisch verbundenes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement angeordnet ist.
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Eine derartige Integration elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente ermöglicht einen einfachen, kompakten und kostengünstigen Aufbau und eine einfache, schnelle Montage elektrischer und/oder elektronischer Ausrüstungen, die im Zusammenhang mit den elektrischen Speicherzellen zu betreiben sind, beispielsweise für eine einer Steuer- und Überwachungsschaltung für die Batteriezellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist auf der Verbindereinheit, insbesondere mit der elektrisch wenigstens weitgehend isolierenden Haltevorrichtung verbunden, wenigstens eine mit wenigstens einem der Leiterabschnitte, bevorzugt mit wenigstens einer der Messleitungen, elektrisch verbundene Steckvorrichtung angeordnet ist.
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Die Verbindereinheit kann dadurch je nach der Ausgestaltung der Steckvorrichtung wahlweise die einzelnen Batteriezellen oder eine Gesamtheit von Speicherzellen, die eine Akkumulatorenbatterie bilden, mit externen Steuer- und Überwachungsschaltungen verbinden. Eine schnelle und einfache Verbindung der Akkumulatorenbatterie mit den externen Steuer- und Überwachungsschaltungen in der Fertigung und bei der Wartung ist damit möglich.
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Nach einer anderen Fortbildung der Erfindung ist auf der Verbindereinheit wenigstens eine insbesondere in die elektrisch wenigstens weitgehend isolierende Haltevorrichtung eingefügte und mit wenigstens einem der Leiterabschnitte, bevorzugt mit wenigstens einer der Messleitungen, elektrisch verbundene Sensorvorrichtung angeordnet.
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Durch die beschriebene Konfiguration ist eine einfache Montage der Sensorvorrichtung und zugleich eine dichtestmögliche Anordnung der Sensorvorrichtung an der Messstelle möglich. Dabei lassen sich vorteilhaft Sensorvorrichtungen für die Erfassung unterschiedlicher Messgrößen in einfacher Weise auf der Verbindereinheit anordnen. So lassen sich einfach und direkt je nach Ausgestaltung der Sensorvorrichtung insbesondere eine oder mehrere Zellenspannungen, aber auch Ströme erfassen.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung wird dadurch erhalten, dass die wenigstens eine Sensorvorrichtung mit wenigstens einem Temperatursensor ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Betriebstemperatur einer oder mehrerer Speicherzellen, bevorzugt auch der gesamten Akkumulatorenbatterie, einfach und direkt messen. Die Erfassung dieser Betriebstemperatur ist für eine betriebssichere Steuerung der Nutzung einer solchen Akkumulatorenbatterie von großer Bedeutung.
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In einer weiteren Fortbildung ist der wenigstens eine Temperatursensor in wärmeleitender Verbindung mit wenigstens einer der Messleitungen angeordnet und diese wenigstens eine Messleitung als wärmeleitende Verbindung zu einem der Leistungsverbinder ausgestaltet.
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Die betreffende, wenigstens eine Messleitung dient damit in vorteilhafter Weise einem wenigstens doppelten Zweck. Außer der Bildung einer elektrischen - und bevorzugt auch einer mechanischen - Verbindung dient die Messleitung auch zum Übertragen beim Betrieb der Speicherzellen entstehender Wärme bevorzugt über die elektrischen Leistungsverbinder. Zur Bildung einer wärmeleitenden Verbindung ist die Messleitung am Anschluss an den betreffenden Leistungsverbinder verstärkt ausgeführt, d.h. sie weist einen gegenüber den reinen elektrischen und gegebenenfalls auch mechanischen Anforderungen vergrößerten Querschnitt auf. Vorzugsweise weist die Messleitung in ihrem Abschnitt zwischen dem betreffenden Leistungsverbinder und dem Temperatursensor eine Verbreiterung auf; wahlweise kann der vergrößerte Querschnitt durch eine in diesem Bereich vergrößerte Dickenabmessung erhalten werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen einer Verbindereinheit dadurch gelöst, dass in wenigstens einem ersten Verfahrensschritt wenigstens einige der Messleitungen und/oder der Leistungsverbinder teilweise oder vollständig gestanzt und/oder geschnitten werden, in wenigstens einem zweiten Verfahrensschritt die wenigstens eine Haltevorrichtung geformt und/oder mit den in dem wenigstens einen ersten Verfahrensschritt als Messleitungen und/oder Leistungsverbinder teilweise oder vollständig gestanzten und/oder geschnittenen Leiterabschnitten verbunden wird und gegebenenfalls in wenigstens einem dritten Verfahrensschritt die Messleitungen und/oder die Leistungsverbinder fertig gestanzt und/oder geschnitten werden.
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Durch diese Aufteilung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird erreicht, dass das Gebilde aus den einzelnen Leiterabschnitten während der Fertigung so hinreichend formstabil bleibt, dass eine Beschädigung durch das Aufbringen der Haltevorrichtung vermieden wird. Der wenigstens eine dritte Verfahrensschritt umfasst Stanz- und Schneidevorgänge, die wenigstens teilweise zum völligen mechanischen und elektrischen Trennen der einzelnen Leiterabschnitte dienen. Wo dies zum Erhalten der für die erfindungsgemäße Verbindereinheit gewünschten Konfiguration erforderlich ist, kann der wenigstens eine dritte Verfahrensschritt weitere Verformungsvorgänge bzw. -schritte umfassen, wie zum Beispiel Sicken, Kröpfen, Prägen, Spalten, und andere zum Formen der Leiterabschnitte dienende Bearbeitungsvorgänge. An dieser Stelle sei bemerkt, dass ein derartiges, schrittweises Vorgehen grundsätzlich zum Beispiel auch in der Fertigung von Halbleiterbauelementen angewandt wird.
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Insbesondere wird zu dem vorbeschriebenen Zweck gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem wenigstens einen ersten Verfahrensschritt zwischen wenigstens einigen der Messleitungen und/oder der Leistungsverbinder wenigstens eine Fixierbrücke aus dem Leitermaterial belassen und in dem wenigstens einen dritten Verfahrensschritt aufgetrennt.
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Derartige Fixierbrücken bilden eine Verbindung zwischen den Leiterabschnitten und dadurch eine Montagehilfe, indem sie die Lage der einzelnen Leiterabschnitte gegeneinander und damit die Gesamtheit der Leiterabschnitte der erfindungsgemäßen Verbindereinheit gegeneinander fixieren und stabilisieren, solange diese Leiterabschnitte noch nicht durch die Haltevorrichtung, d.h. die Trägermatrix, hinreichend in ihrer relativen Lage zueinander fixiert sind. Im dritten Verfahrensschritt nach dem Herstellen und/oder Montieren der Haltevorrichtung werden diese Fixierbrücken zur Fertigstellung der Verbindereinheit weggeschnitten bzw. weggestanzt.
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Nach einer anderen Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die wenigstens eine Haltevorrichtung durch Spritzgießen geformt.
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Dabei erfolgt bevorzugt ein Einformen der Leiterabschnitte in einen Kunststoff mithilfe einer Spritzgussform, in die vor dem Ausfüllen mit Kunststoff die Leiterabschnitte in der Konfiguration gelegt werden, in die sie durch den wenigstens einen ersten Verfahrensschritt gebracht worden sind. Vorzugsweise sind dabei sämtliche, vom Kunststoff zu umhüllende Leiterabschnitte oder Teile von Leiterabschnitten, insbesondere der Messleitungen, in dem wenigstens einen ersten Verfahrensschritt fertig bearbeitet, und belassene Fixierbrücken befinden sich außerhalb der herzustellenden Umhüllung aus Kunststoff.
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Wahlweise kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Vorfertigung der wenigstens einen gegebenenfalls mehrteiligen Haltevorrichtung getrennt von den Leiterabschnitten und eine anschließende Montage der wenigstens einen gegebenenfalls mehrteiligen Haltevorrichtung an den Leiterabschnitten im wenigstens einen zweiten Verfahrensschritt erfolgen. In dem letztgenannten Fall wird die Montage der Haltevorrichtung zum Beispiel durch Kleben, Verschweißen, Verschrauben, Verrasten oder andere Verbindungsverfahren ausgeführt.
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In einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Leiterabschnitte der Verbindereinheit aus einem fortlaufenden, streifen- oder flachbandförmigen Leitermaterial, das in seiner Längserstreckung ausgerichtete, fortlaufende Bereiche von quer zur Längserstreckung des Leitermaterials variierter Dickenabmessung aufweist, gestanzt und/oder geschnitten. Ein solches Leitermaterial, bevorzugt in Form eines sogenannten „Tailor Rolled Blank“, abgekürzt als „TRB“ bezeichnet, läßt sich bevorzugt von einer Rolle fortlaufend verarbeiten. Das ermöglicht eine sehr schnelle, automatisierte und damit kostengünstige Fertigung der Leiterabschnitte.
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Gemäß einer vorteilhaften Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den ersten und zweiten Verfahrensschritten eine Folge von wenigstens über einige der Leiterabschnitte und/oder über einen die Haltevorrichtungen formenden Werkstoff zusammenhängenden Verbindereinheiten hergestellt. Insbesondere bei Verarbeitung eines als „TRB“ vorliegenden Leitermaterials lassen sich so in vorteilhafter Weise mehrere Verbindereinheiten in der Art eines Stangenmaterials zusammenhängend fertigen. Vorzugsweise hängen die Verbindereinheiten dabei nur über den die Haltevorrichtungen formenden Werkstoff zusammen, jedoch können auch zusätzliche in der Art der Fixierbrücken vorgesehen sein.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verbindereinheiten in dem wenigstens einen dritten Verfahrensschritt vereinzelt.
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Das Vereinzeln kann unmittelbar in Zusammenhang mit der Herstellung der Verbindereinheiten vorgenommen werden. Die Verbindereinheiten können aber in Gebinden gefertigt und zum Einbau an den elektrischen Speicherzellen bzw. in die Akkumulatorenbatterie geliefert werden, die die Form von Streifen bzw. Stangenmaterial aufweisen und erst unmittelbar vor dem Einbau vereinzelt werden, zum Beispiel durch Schneiden, Sägen, Brechen, usw. Zur Vereinzelung der Verbindereinheiten durch Brechen kann der Werkstoff im Bereich zwischen je zwei Verbindereinheiten vorzugsweise als Sollbruchstelle ausgeführt sein, vorzugsweise nur im Werkstoff der Haltevorrichtung (Trägermatrix), wobei dann die Leiterabschnitte benachbarter Verbindereinheiten als solche vorzugsweise keine Verbindung untereinander aufweisen.
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Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Akkumulatorenbatterie, umfassend eine Anzahl elektrischer Speicherzellen, die durch eine Verbindereinheit der vorbeschriebenen Art gekennzeichnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbindereinheit ist in der 1 der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 eine Verbindereinheit bezeichnet, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Die Verbindereinheit 100 umfasst eine aus einem „Tailor Rolled Blank“ - abgekürzt „TRB“ - als gemeinsames Stanzteil gefertigte Stanzgitterplatte 20 sowie eine als Trägermatrix ausgebildete Haltevorrichtung 21.
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In Richtung einer Längserstreckung der Verbindereinheit 100 gesehen umfasst die Stanzgitterplatte 20 im fertig bearbeiteten Zustand in ihren beiderseitigen Randbereichen je eine Anzahl flächig ausgebildeter elektrischer Leistungsverbinder 22 sowie in einem mittleren Bereich eine Anzahl ebenfalls flächig ausgebildeter Messleitungen 23. Für eine zum Leiten hoher elektrischer Ströme geeignete Ausgestaltung der elektrischen Leistungsverbinder 22 sind diese der aufzunehmenden Stromstärke entsprechend breit und mit einer hinreichend großen Dickenabmessung, vorzugsweise mehrere Millimeter, ausgebildet, wohingegen die Messleitungen 23 mit wesentlich geringerer Dickenabmessung ausgeführt sein können, vorzugsweise wesentlich geringer als 1 Millimeter. Dementsprechend ist für die Fertigung der Stanzgitterplatte 20 ein „TRB“ verwendet, welches quer zu seiner Längserstreckung, die mit der Längserstreckung der Verbindereinheit 100 zusammenfällt, in seiner Dickenabmessung derart variiert, dass die Randbereiche mehrere Millimeter dick sind, während der mittlere Bereich vorzugsweise weniger als einen Millimeter dick ist.
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Aus einem Übergangsbereich zwischen den Randbereichen und dem mittleren Bereich sind bei der Verbindereinheit 100 nach 1 Messabgriffe 24 geformt, deren Breite und Dickenabmessung derart dimensioniert sind, dass die über diese Messabgriffe 24 mit der Trägermatrix 21 mechanisch und elektrisch verbundenen Leistungsverbinder 22 hinreichend stabil befestigt sind. Beispielsweise kann das „TRB“ derart gestaltet sein, dass die Messabgriffe 24 außerhalb der Trägermatrix 21 zumindest in die gleiche Dickenabmessung aufweisen wie die Leistungsverbinder 22 und die Dickenabmessung sich erst innerhalb der Trägermatrix 21 kontinuierlich auf das für die Messleitungen 23 gewählte Maß reduziert. Für eine bessere Halterung der Messabgriffe 24 in der Trägermatrix 21 kann der Werkstoff der Messabgriffe 24 innerhalb der Trägermatrix 21 eine Oberflächenstruktur eingeprägt bekommen, beispielsweise eine Riffelung.
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Vorzugsweise ist das hier verwendete „TRB“ aus einem verzinnten, flachbandförmigen Kupferwerkstoff gebildet. Zur Herstellung der Stanzgitterplatte 20 werden in einem oder mehreren ersten Verfahrensschritt(en) die Konturen der Messleitungen 23 und wenigstens die inneren Konturen der Leistungsverbinder 22 gestanzt. Vorzugsweise können im Rahmen des ersten Verfahrensschritts die Messabgriffe 24 gekröpft werden.
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Die Trägermatrix 21 ist im Ausführungsbeispiel nach 1 als Kunststoff-Spritzgusskörper gestaltet. Dieser wird in einem zweiten Verfahrensschritt um die Messleitungen 23 und dem mittleren Bereich der Stanzgitterplatte 20 zugekehrte Abschnitte der Messabgriffe 24 gespritzt, so dass diese Teile durch die Trägermatrix 21 zu einem kompakten Bauteil miteinander verbunden werden. In der Gestaltung der Trägermatrix 21 nach 1 dienen erste Aussparungen 26 zwischen den Messleitungen 23 der Material- und Gewichtsersparnis. Zweite Aussparungen 27 oberhalb der Messleitungen 23 sind entstanden durch Einspannvorrichtungen, mit denen die Leiterabschnitte, insbesondere die Messleitungen 23, bei der Herstellung der Trägermatrix 21 mittels Kunststoff-Spritzguss in Position gehalten werden.
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In wenigstens einem dritten Verfahrensschritt werden dann die restlichen Stanz- und/oder Schneidevorgänge vorgenommen. Bevorzugt werden dabei zum Beispiel die äußeren Konturen 28 der Leistungsverbinder 22 fertiggeschnitten und bis dahin etwa noch zwischen den Leistungsverbindern 22 und gegebenenfalls Teilen der Messleitungen 23 stehen gebliebene Fixierbrücken abgetrennt.
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Die Verbindereinheit 100 nach 1 umfasst weiterhin eine Sensorvorrichtung 29, insbesondere einen Temperatursensor, der auf einem Abschnitt eines besonders dafür gestalteten Messabgriffs 30 in einer Aussparung der Trägermatrix 21 angeordnet ist. Gegenüber den übrigen Messabgriffen 24, die ausschließlich nach dem Gesichtspunkt elektrischer Stromleitung und mechanischer Festigkeit dimensioniert sind, ist der der Sensorvorrichtung 29 zugeordnete Messabgriff 30 breiter ausgeführt. Die Breite des Messabgriffs 30 ist derart dimensioniert, dass eine Wärmeleitbrücke ausreichender Wärmeleitfähigkeit vom benachbarten Leistungsverbinder 22 zur Sensorvorrichtung 29 gebildet ist, um eine hinreichend genaue Temperaturmessung zu ermöglichen.
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An einem Ende der Trägermatrix 21 ist diese ferner mit einer Steckvorrichtung 31 versehen, über die die Messleitungen 23 an ein externes Gerät, beispielsweise eine externe Zellenüberwachungsschaltung, angeschlossen werden können.
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Die Leistungsverbinder 22 können mit Polen elektrischer Speicherzellen, insbesondere einer Akkumulatorenbatterie, verbunden werden. Diese Verbindung kann zum Beispiel durch Schweißen, aber auch durch Schrauben erfolgen, wozu die Leistungsverbinder 22 mit Schraublöchern 32 ausgestattet sind. Im Beispiel nach 1 sind die Anzahl der Leistungsverbinder 22 und der Schraublöcher 32 derart gewählt, dass je zwei elektrische Speicherzellen parallel und insgesamt sechs Speicherzellen bzw. sechs Parallelschaltungen von je zwei Speicherzellen in Reihe verbunden werden können. Dafür sind die äußeren Konturen 28 der Leistungsverbinder 22 derart gestaltet, dass sich in den Leistungsverbindern eine wenigstens weitgehend gleichförmige Stromdichte ausbilden kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Verbindereinheit kann somit eine Anzahl von Batteriezellen , d.h. elektrische Speicherzellen, automatisiert und kostengünstig sowohl mit Leistungsverbindern als auch mit Messabgriffen kontaktiert werden. Erforderliche Messdaten der Speicherzellen können dabei an einer als Steckvorrichtung ausgebildeten Schnittstelle abgegriffen werden. In Ergänzung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels können auf der Trägermatrix auch weitere elektronische Schaltungen angeordnet sein, mit denen die Messdaten verarbeitet werden können, so dass über die Steckvorrichtung modifizierte Daten abgegeben werden können.
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Im vorliegenden Beispiel ist ein „TRB“ aus einheitlichem Werkstoff, hier Kupfer, beschrieben. Stattdessen können auch nach Bedarf Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, wobei durch den Werkstoffverbund zum Beispiel die unterschiedliche Dickenabmessung des „TRB“ erhalten werden kann. Zur Ergänzung der Formgebung des so vorgegebenen Werkstoffs kann dieser bevorzugt in einem Übergangsbereich seiner Dickenabmessung durch nachgeschaltete Umformungsprozesse, vorzugsweise durch örtliche Umformung, wie zum Beispiel Sicken, Prägen, Spalten usw., den Anforderungen gemäß weiter bearbeitet werden.
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Die Trägermatrix der erfindungsgemäßen Verbindereinheit erlaubt eine Kompaktierung der Leiterabschnitte zu einem automatisiert verbaubaren Bauteil und eine praktische Ausbildung einer Schnittstelle für Mess- und Überwachungszwecke. Ergänzend zu der vorstehend beschriebenen, einzelnen Steckervorrichtung können auf einer Verbindereinheit auch mehrere Steckervorrichtungen angeordnet werden, was eine flexiblere Verwendung ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Stanzgitterplatte
- 21
- Trägermatrix
- 22
- Leistungsverbinder
- 23
- Messleitungen
- 24
- Messabgriffe
- 25
- „Tailor Rolled Blank“ („TRB“)
- 26
- Erste Aussparungen in 21
- 27
- Zweite Aussparungen in 21
- 28
- Äußere Konturen von 22
- 29
- Sensorvorrichtung (Temperatursensor)
- 30
- Messabgriff für 29
- 31
- Steckvorrichtung
- 32
- Schraublöcher
- 100
- Verbindereinheit
