DE102012205019A1

DE102012205019A1 - Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems

Info

Publication number: DE102012205019A1
Application number: DE201210205019
Authority: DE
Inventors: Thomas STRÄUßL; Mark Laderer
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-02

Abstract

Um ein Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei das Zellkontaktierungssystem ein Stromleitungssystem mit einem oder mehreren Zellverbindern zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen und ein Signalleitungssystem mit einer oder mehreren Signalleitungen zum elektrisch leitenden Verbinden einer Signalquelle mit einem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems umfasst, zu schaffen, welches möglichst einfach und dennoch zuverlässig und positionsgenau herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass bei der Herstellung des Signalleitungssystems mindestens ein Signalleiter zumindest abschnittsweise durch Stoffschluss mit einem Trägerelement des Zellkontaktierungssystems verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei das Zellkontaktierungssystem
ein Stromleitungssystem mit einem oder mehreren Zellverbindern zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen und
ein Signalleitungssystem mit einer oder mehreren Signalleitungen zum elektrisch leitenden Verbinden einer Signalquelle mit einem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems umfasst.
Ein solches Zellkontaktierungssystem dient dazu, einerseits mittels des Stromleitungssystems das Fließen eines Leistungsstroms von und zu den elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung zu ermöglichen und andererseits mittels des Signalleitungssystems eine Einzelzellüberwachung hinsichtlich physikalischer Messgrößen wie beispielsweise der Spannung und der Temperatur zu bewerkstelligen. Hierzu werden beispielsweise Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Zellverbindern gemessen und/oder Temperaturen in der Nähe der Zellverbinder mittels geeigneter Temperatursensoren erfasst. Die Signalquellen oder Messstellen sind durch das Signalleitungssystem elektrisch leitend mit dem als Schnittstelle zu einer Überwachungseinheit der elektrochemischen Vorrichtung dienenden Signalleitungsanschluss verbunden.
Bei bekannten Zellkontaktierungssystemen erfordert die Anbindung der Signalquellen an den Signalleitungsanschluss einen hohen fertigungstechnischen Aufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zellkontaktierungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches möglichst einfach und dennoch zuverlässig und positionsgenau herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Zellkontaktierungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Signalleitungssystem mindestens einen Signalleiter umfasst, der zumindest abschnittsweise durch Stoffschluss mit einem Trägerelement des Zellkontaktierungssystems verbunden ist.
Das Trägerelement, das beispielsweise als Trägerplatte oder Trägerrahmen ausgebildet ist, trägt vorzugsweise das Stromleitungssystem und/oder das Signalleitungssystem des Zellkontaktierungssystems.
Durch die stoffschlüssige Verbindung des Signalleiters mit dem Trägerelement wird die Funktion der Signalübertragung im Zellkontaktierungssystem direkt in das Trägerelement integriert.
Das Trägerelement wird selbst der Schaltungsträger.
Hieraus ergeben sich eine höhere Gestaltungsfreiheit, kompakte Abmessungen des Trägerelements und/oder eine Kosteneinsparung.
Ferner ist es möglich, bei Bedarf elektronische Bauelemente ebenfalls an dem Trägerelement anzuordnen.
Erfindungsgemäß wird die Funktion "Signalübertragung" in das Trägerelement des Zellkontaktierungssystems, welches das Stromleitungssystem und das Signalleitungssystem des Zellkontaktierungssystems trägt, integriert.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Signalleiter durch Verklebung mit dem Trägerelement verbunden ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Signalleiter mittels einer Klebefolie mit dem Trägerelement verbunden ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Klebefolie zumindest abschnittsweise auf der dem Trägerelement abgewandten Seite des Signalleiters angeordnet ist.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Klebefolie zumindest abschnittsweise zwischen dem Signalleiter und dem Trägerelement angeordnet ist.
Die Klebefolie kann einseitig oder doppelseitig mit jeweils einer Klebstoffschicht versehen sein.
Eine einseitig klebende Klebefolie wird im Folgenden als "einseitige Klebefolie" bezeichnet.
Eine doppelseitig klebende Klebefolie wird im Folgenden als eine "zweiseitige Klebefolie" bezeichnet.
Alternativ oder ergänzend zu einer Verklebung des Signalleiters mit dem Trägerelement kann auch vorgesehen sein, dass der Signalleiter zumindest teilweise in das Trägerelement eingebettet ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Signalleiter durch Heißprägung mit dem Trägerelement verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

– Herstellen eines Stromleitungssystems mit einem oder mehreren Zellverbindern zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener elektrochemischer Zellen; und
– Herstellen eines Signalleitungssystems mit einer oder mehreren Signalleitungen zum elektrisch leitenden Verbinden einer Signalquelle mit einem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems zu schaffen, welches einfach durchführbar ist und die Herstellung eines zuverlässigen und positionsgenauen Signalleitungssystems ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Herstellung des Signalleitungssystems mindestens ein Signalleiter zumindest abschnittsweise durch Stoffschluss mit einem Trägerelement des Zellkontaktierungssystems verbunden wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens ein Signalleiter aus einem folienförmigen Ausgangsmaterial herausgetrennt wird.
Das folienförmige Ausgangsmaterial kann insbesondere Kupfer und/oder Aluminium umfassen.
Vorzugsweise wird als folienförmiges Ausgangsmaterial eine Kupferfolie oder eine Aluminiumfolie verwendet.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Signalleiter nach dem Heraustrennen aus dem folienförmigen Ausgangsmaterial mittels einer Transfer-Folie auf eine Klebefolie transferiert wird.
Dabei kann die Klebefolie eine einseitige oder eine zweiseitige Klebefolie sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Signalleiter mit dem Trägerelement verklebt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Verbund aus mindestens einem Signalleiter und einer (einseitigen oder zweiseitigen) Klebefolie auf das Trägerelement aufgebracht und an das Trägerelement angedrückt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das folienförmige Ausgangsmaterial vor dem Heraustrennen des mindestens einen Signalleiters an dem Trägerelement angeordnet wird. In diesem Fall wird der mindestens eine Signalleiter direkt an dem Trägerelement, also in situ, aus dem Ausgangsmaterial herausgetrennt.
Um eine sichere Verbindung zwischen dem Signalleiter und dem Trägerelement herzustellen, kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Signalleiter während oder nach dem Heraustrennen aus dem Ausgangsmaterial in das Material des Trägerelements hineingepresst wird.
Das Trägerelement ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement als ein Spritzgießteil ausgebildet ist.
Das Hineinpressen des Signalleiters in das Material des Trägerelements kann insbesondere unter Erwärmung des Signalleiters und/oder des Trägerelements, beispielsweise mittels eines beheizbaren Prägewerkzeugs oder eines beheizbaren Presswerkzeugs, erfolgen.
Ein solches Verfahren ist insbesondere unter der Bezeichnung MID-Heißprägen (MID für "Molded Interconnect Devices") bekannt.
Der nach dem Heraustrennen des Signalleiters aus dem Ausgangsmaterial verbleibende Rest des Ausgangsmaterials wird vorzugsweise von dem Trägerelement entfernt.
Diese Entfernung des Rests des Ausgangsmaterials kann vor oder nach einem Einpressen des mindestens einen Signalleiters in das Material des Trägerelements erfolgen.
Das erfindungsgemäße Zellkontaktierungssystem eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, die als Akkumulator, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgebildet ist.
Eine solche als Akkumulator ausgebildete elektrochemische Vorrichtung eignet sich insbesondere als hoch belastbare Energiequelle, beispielsweise für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
Der Energiespeicher eines Elektro-Kraftfahrzeugs besteht aus zahlreichen elektrochemischen Einzelzellen, die – um die erforderliche elektrische Leistung zu erzielen – seriell oder parallel miteinander verbunden werden.
Über den Anschluss des gesamten Energiespeichers kann nur die Summe der Spannung aller elektrochemischen Einzelzellen ermittelt werden.
Für die Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der einzelnen elektrochemischen Zellen ist es jedoch erforderlich, jederzeit den Spannungszustand jeder einzelnen elektrochemischen Zelle sowie die im Energiespeicher herrschenden Temperaturen zu überwachen.
Das Signalleitungssystem des erfindungsgemäßen Zellkontaktierungssystems umfasst Signalleitungen, die zu den Zellterminals oder zu die Zellterminals der elektrochemischen Zellen miteinander verbindenden Zellverbindern und/oder zu Temperatursensoren geführt werden, die Signale von diesen Signalquellen abgreifen und diese Signale an eine Messelektronik weiterleiten.
Das Zellkontaktierungssystem ist vorzugsweise einer Zellgruppe von beispielsweise fünf bis zwölf Zellen, einem sogenannten Modul, zugeordnet.
Mehrere solcher Module können miteinander verbunden werden, um den gesamten Energiespeicher aufzubauen.
Der Transport der Messsignale von einem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems bis zu einer elektronischen Auswertevorrichtung des Energiespeichers kann über ein mehradriges Kabel erfolgen, in dem für jedes Signal eine eigene Leitung vorgesehen ist.
Innerhalb des Zellkontaktierungssystems werden die Signale durch die Signalleitungen des Signalleitungssystems von den Signalquellen zu dem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems geführt.
Das Zellkontaktierungssystem umfasst vorzugsweise ein Trägerelement, beispielsweise in Form eines Kunststoffrahmens, welches das Stromleitungssystem und das Signalleitungssystem trägt und die Bestandteile dieser Systeme relativ zueinander und relativ zu den elektrochemischen Zellen der elektrochemischen Vorrichtung positioniert.
Das Stromleitungssystem enthält die Bauteile für den Leistungsstrang, insbesondere die Verbindungen zwischen den Zellterminals der elektrochemischen Zellen (Zellverbinder).
Das Signalleitungssystem umfasst die Signalleitungen von den einzelnen Messstellen oder Signalquellen bis zu dem Signalleitungsanschluss des Zellkontaktierungssystems, beispielsweise in Form eines Steckverbinders, welcher einen gemeinsamen Austrittspunkt der Signalleitungen aus dem Zellkontaktierungssystem bildet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen:
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Trägerelements eines Zellkontaktierungssystems für eine elektrochemische Vorrichtung, insbesondere eines Akkumulatormoduls, eines an dem Trägerelement gehaltenen Stromleitungssystems und eines an dem Trägerelement gehaltenen Signalleitungssystems, wobei das Signalleitungssystem mehrere Signalleiter umfasst, die mittels einer Klebefolie mit dem Trägerelement verbunden sind;
2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 1;
3 eine schematische Draufsicht von oben auf das Zellkontaktierungssystem aus 1;
4 einen schematischen Schnitt durch das Zellkontaktierungssystem aus 3 längs der Linie 4-4 in 3;
5 einen schematischen Schnitt durch das Zellkontaktierungssystem aus 3 längs der Linie 5-5 in 3;
6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 5;
7 eine schematische Draufsicht von oben auf das Zellkontaktierungssystem aus 3, wobei ein Abdeckelement auf das Trägerelement des Zellkontaktierungssystems aufgesetzt ist;
8 eine schematische Vorderansicht des Zellkontaktierungssystems aus 7, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 8 in 7;
9 eine schematische Seitenansicht des Zellkontaktierungssystems aus 7, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 9 in 7;
10 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Heraustrennen von Signalleitern aus einem bandförmigen Ausgangsmaterial und zum Übertragen der Signalleiter auf eine Klebefolie;
11 einen schematischen vertikalen Schnitt durch das Trägerelement und einen Signalleiter, der an einer einseitigen Klebefolie angeordnet ist;
12 einen schematischen vertikalen Schnitt durch das Trägerelement und einen Signalleiter, der an einer doppelseitigen Klebefolie angeordnet ist;
13 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Zellkontaktierungssystems, welches ein Trägerelement, ein Stromleitungssystem und ein Signalleitungssystem umfasst, wobei das Signalleitungssystem mehrere Signalleiter umfasst, die in situ aus einem folienförmigen Ausgangsmaterial herausgetrennt und durch Heißprägen in das Trägerelement eingebettet worden sind;
14 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III aus 13;
15 eine schematische Draufsicht von oben auf das Zellkontaktierungssystem aus 13;
16 einen schematischen Schnitt durch das Zellkontaktierungssystem aus 15 längs der Linie 16-16 in 15;
17 einen schematischen Schnitt durch das Zellkontaktierungssystem aus 15 längs der Linie 17-17 in 15;
18 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs IV aus 17;
19 eine Draufsicht von oben auf das Zellkontaktierungssystem aus 15, wobei ein Abdeckelement auf das Trägerelement des Zellkontaktierungssystems aufgesetzt ist;
20 eine schematische Vorderansicht des Zellkontaktierungssystems aus 19, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 20 in 19;
21 eine schematische Seitenansicht des Zellkontaktierungssystems aus 19, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 21 in 19;
22 einen schematischen vertikalen Schnitt durch das Trägerelement und eine auf das Trägerelement aufgelegte Folie aus einem elektrisch leitfähigen Ausgangsmaterial;
23 einen schematischen Schnitt durch das Trägerelement, die Folie aus dem elektrisch leitfähigen Ausgangsmaterial und ein beheiztes Stanzwerkzeug, beim Ausstanzen von Signalleitern aus der Folie;
24 einen schematischen Schnitt durch das Trägerelement, die Folie und das beheizte Stanzwerkzeug beim Einprägen der Signalleiter in das Trägerelement;
25 einen schematischen Schnitt durch das Trägerelement mit den eingeprägten Signalleitern, die vom Trägerelement abgezogene Restfolie und das von dem Trägerelement abgehobene Stanzwerkzeug; und
26 eine schematische perspektivische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung mit einem Gehäuse und mehreren darin angeordneten elektrochemischen Zellen, wobei das Zellkontaktierungssystem auf das Gehäuse aufsetzbar und mit Zellterminals der elektrochemischen Zellen elektrisch leitend verbindbar ist.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in den 1 bis 9 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Zellkontaktierungssystem umfasst ein Trägerelement 102, an dem ein Stromleitungssystem 104 und ein Signalleitungssystem 106 gehalten sind, und ein in den 7 bis 9 dargestelltes, auf das Trägerelement 102 aufsetzbares Abdeckelement 108.
Das Trägerelement 102 ist auf ein (in 26 dargestelltes) Gehäuse 109 einer elektrochemischen Vorrichtung 111, beispielsweise eines Akkumulatormoduls, mit mehreren elektrochemischen Zellen 113, insbesondere Akkumulatorzellen, aufsetzbar und verschließt im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 111 eine obere Gehäuseöffnung, durch welche Zellterminals 115 der elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 hervorstehen.
Das Trägerelement 102 kann beispielsweise in Form einer vorzugsweise im Wesentlichen rechteckigen Trägerplatte 110 ausgebildet sein.
Das Trägerelement 102 ist mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 112 versehen, wobei jede Durchtrittsöffnung 112 einerseits jeweils einem Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 und andererseits jeweils einem Zellterminal 115 der elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 zugeordnet ist, so dass durch eine solche Durchtrittsöffnung 112 jeweils ein Zellterminal 115 mit einem zugeordneten Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 verbindbar ist.
Dabei kann sich beispielsweise ein Zellterminal 115 durch die Durchtrittsöffnung 112 hindurch erstrecken, um in Kontakt mit einem Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 zu kommen.
Alternativ hierzu kann sich auch ein Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 durch die jeweils zugeordnete Durchtrittsöffnung 112 hindurch erstrecken, um in Kontakt mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 115 zu kommen.
Ferner ist auch denkbar, dass sich sowohl das Zellterminal 115 als auch der Kontaktbereich 114 des Zellverbinders 116 bzw. des Stromanschlusses 118 beide in die Durchtrittsöffnung 112 hinein erstrecken und dort miteinander verbunden sind.
Wie aus den 1 und 3 zu ersehen ist, können die Durchtrittsöffnungen 112 des Trägerelements 102 in mehreren Reihen 120 angeordnet sein, wobei die Reihen 120 sich beispielsweise in einer Längsrichtung 122 des Trägerelements 102 erstrecken.
Die Durchtrittsöffnungen 112 können insbesondere im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein, insbesondere mit abgerundeten Eckbereichen; grundsätzlich sind aber auch andere Formen der Durchtrittsöffnungen 112, insbesondere kreisförmige, ovale, quadratische oder polygonale Durchtrittsöffnungen 112, möglich.
An der im montierten Zustand des Zellkontaktierungssystems 100 den elektrochemischen Zellen 113 abgewandten Oberseite des Trägerelements 102 ist das Abdeckelement 108 angeordnet, welches zum Abdecken des Stromleitungssystems 104 und des Signalleitungssystems 106 dient.
Das Abdeckelement 108 ist beispielsweise in Form einer im Wesentlichen rechteckigen Abdeckplatte 124 ausgebildet.
Das Abdeckelement 108 und/oder das Trägerelement 102 umfasst vorzugsweise ein thermoplastisches Material, beispielsweise Polypropylen.
Vorzugsweise ist das Abdeckelement 108 und/oder das Trägerelement 102 im Wesentlichen vollständig aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Polypropylen, gebildet.
Wie am besten aus den 8 und 9 zu ersehen ist, ist das Abdeckelement 108 ferner vorzugsweise mit einem längs eines äußeren Randes umlaufenden, im montierten Zustand des Zellkontaktierungssystems 100 zu dem Trägerelement 102 hin vorstehenden Randbereich 126 versehen.
Der Randbereich 126 des Abdeckelements 108 kann von zwei Durchtrittskanälen 128 unterbrochen sein, welche vom Rand des Abdeckelements 108, beispielsweise in der Längsrichtung 122 nach vorne oder nach hinten, vorstehen und beispielsweise einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen können.
Wie am besten aus 1 zu ersehen ist, ist auch das Trägerelement 102 vorzugsweise mit einem längs eines äußeren Randes umlaufenden, im montierten Zustand des Zellkontaktierungssystems 100 zu dem Abdeckelement 108 hin vorstehenden Randbereich 130 versehen.
Auch der Randbereich 130 des Trägerelements 102 kann von zwei Durchtrittskanälen 132 unterbrochen sein, welche vom Rand des Trägerelements 102, vorzugsweise in der Längsrichtung 122 nach vorne oder nach hinten, vorstehen und beispielsweise einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen können.
Die Durchtrittskanäle 132 des Trägerelements 102 und die Durchtrittskanäle 128 des Abdeckelements 108 sind an einander entsprechenden Stellen der jeweiligen Randbereiche 130 bzw. 126 angeordnet und mit ihren offenen Seiten einander zugewandt, so dass die Durchtrittskanäle 132, 128 zusammen jeweils einen Durchtrittsschacht 134 bilden, welcher zur Aufnahme jeweils eines der Stromanschlüsse 118 des Zellkontaktierungssystems 100 dient.
Die Stromanschlüsse 118 und die Zellverbinder 116, mittels welcher die Zellterminals 115 jeweils zweier einander benachbarter elektrochemischer Zellen 113 mit unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend miteinander verbindbar sind, bilden zusammen das Stromleitungssystem 104 des Zellkontaktierungssystems 100.
Das Stromleitungssystem 104 dient dazu, einen Stromfluss zwischen den elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 und zu den oder von den Stromanschlüssen 118 des Zellkontaktierungssystems 100 zu ermöglichen.
Durch dieses Stromleitungssystem 104 werden beispielsweise die elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 elektrisch in Reihe geschaltet.
Dabei verbindet jeder Zellverbinder 116 ein erstes Zellterminal 115a negativer Polarität einer ersten elektrochemischen Zelle 113a mit einem zweiten Zellterminal 115b positiver Polarität einer benachbarten zweiten elektrochemischen Zelle 113b (siehe 26).
Jeweils ein Zellterminal 115c der den Anfang der Zellen-Reihenschaltung der elektrochemischen Vorrichtung 111 bildenden elektrochemischen Zelle 113c und ein Zellterminal 115d der das Ende der Zellen-Reihenschaltung bildenden elektrochemischen Zelle 113d sind elektrisch leitend mit einem der elektrisch leitenden Stromanschlüsse 118 des Zellkontaktierungssystems 100 verbunden.
Mehrere elektrochemische Vorrichtungen 111 mit jeweils einem Zellkontaktierungssystem 100 sind vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet.
Eine solche Reihenschaltung kann insbesondere dadurch hergestellt werden, dass ein Stromanschluss 118 einer ersten elektrochemischen Vorrichtung 111 mittels eines (nicht dargestellten) Modulverbinders elektrisch leitend mit einem elektrischen Stromanschluss 118 (entgegengesetzter Polarität) einer zweiten elektrochemischen Vorrichtung 111 verbunden wird.
Um das Abdeckelement 108 lösbar an dem Trägerelement 102 festlegen zu können, ist vorzugsweise eine Rastvorrichtung 136 vorgesehen, welche ein oder mehrere an dem Abdeckelement 108 vorgesehene Rastelemente 138 und ein oder mehrere an dem Trägerelement 102 vorgesehene Rastelemente 140 umfasst.
Die abdeckelementseitigen Rastelemente 138 und die trägerelementseitigen Rastelemente 140 sind an einander entsprechenden Stellen des Randbereichs 126 des Abdeckelements 108 bzw. des Randbereichs 130 des Trägerelements 102 angeordnet und verrasten miteinander, wenn das Abdeckelement 108 auf das Trägerelement 102 aufgesetzt wird, so dass das Abdeckelement 108 mittels der Rastvorrichtung 136 lösbar an dem Trägerelement 102 gehalten ist.
Das Trägerelement 102 ist an seinem Randbereich 130 vorzugsweise mit einer Anschlussausnehmung oder einem Anschlussschacht 142 versehen, durch welchen ein Signalleitungsanschluss 144 (siehe insbesondere 8) mit mehreren Anschlusspins 146 von außerhalb des Zellkontaktierungssystems 100 für die Kontaktierung mit einem zum Signalleitungsanschluss 144 komplementären Signalleitungselement zugänglich ist.
Der Signalleitungsanschluss 144 kann beispielsweise als ein Signalleitungsstecker ausgebildet sein.
In diesem Fall ist das komplementär zu dem Signalleitungsanschluss 144 ausgebildete Signalleitungselement vorzugsweise als eine Signalleitungsbuchse ausgebildet.
Der Signalleitungsanschluss 144 dient zum Anschließen des an dem Trägerelement 102 angeordneten Signalleitungssystems 106 an eine (nicht dargestellte) Überwachungseinheit der elektrochemischen Vorrichtung 111 über eine (nicht dargestellte), vorzugsweise mehrpolige, Verbindungsleitung.
Das Signalleitungssystem 106 dient zum Verbinden von einer oder mehreren Spannungsabgriffstellen 148 an jeweils einem Zellverbinder 116 oder Stromanschluss 118 und/oder von einem oder mehreren Temperatursensoren 150 des Zellkontaktierungssystems 100 mit dem Signalleitungsanschluss 144.
Das Signalleitungssystem 106 umfasst eine oder mehrere Signalleitungen 152, welche jeweils eine Signalquelle 154 elektrisch leitend mit dem Signalleitungsanschluss 144 verbinden.
Wenn die Signalquelle 154 eine Spannungsabgriffstelle 148 an einem Zellverbinder 116 oder an einem Stromanschluss 118 ist, so ist diese Signalquelle 154 über eine Spannungsabgriffsleitung 156 mit dem Signalleitungsanschluss 144 verbunden.
Die Spannungsabgriffstellen 148 sind an jeweils einem Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 122 des Zellkontaktierungssystems 100 angeschlossen, um das dort jeweils herrschende elektrische Potential abgreifen zu können.
Wenn die Signalquelle 154 ein Temperatursensor 150 ist, so ist die Signalquelle 154 mittels einer oder mehrerer Temperaturmessleitungen 158 elektrisch leitend mit dem Signalleitungsanschluss 144 verbunden.
Die Temperatursensoren 150 stehen vorzugsweise ebenfalls in Kontakt mit einem Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 des Zellkontaktierungssystems 100, um die dort herrschende Temperatur messen zu können.
Jeder der Kontaktbereiche 114 der Zellverbinder 116 und jeder Stromanschluss 122 ist jeweils einem Zellterminal 115 der elektrochemischen Vorrichtung 111 zugeordnet und im montierten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 111 elektrisch leitend, vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem jeweils zugeordneten Zellterminal 115 verbunden.
Jeder Zellverbinder 116 umfasst zwei Kontaktbereiche 114 zum elektrischen Kontaktieren von jeweils einem Zellterminal 115 und einen die beiden Kontaktbereiche 114 miteinander verbindenden Kompensationsbereich 160. Der Kompensationsbereich 160 ist vorzugsweise elastisch und/oder plastisch verformbar, um eine Relativbewegung der beiden Kontaktbereiche 114 des Zellverbinders 116 relativ zueinander im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 111 und/oder zum Toleranzausgleich bei der Montage des Zellkontaktierungssystems 100 zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck kann der Kompensationsbereich 160 insbesondere eine oder mehrere quer zu einer Verbindungsrichtung, welche ein Zentrum des ersten Kontaktbereichs 114a und ein Zentrum des zweiten Kontaktbereichs 114b des Zellverbinders 116 miteinander verbindet, verlaufende Kompensationswellen 162 aufweisen.
Jeder Kontaktbereich 114 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 122 kann mittels jeweils eines Positionierungsloches 164 an einem jeweils zugeordneten Positionierungsstift 166 des Trägerelements 102 positioniert sein.
Dabei durchsetzt vorzugsweise der Positionierungsstift 166 des Trägerelements 102 das jeweils zugeordnete Positionierungsloch 164 des Zellverbinders 116 bzw. des Stromanschlusses 118.
Das Trägerelement 102 umfasst vorzugsweise ein elektrisch nicht leitendes Kunststoffmaterial, beispielsweise PBT (Polybutylenterephthalat), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), PC (Polycarbonat), PA (Polyamid), POM (Polyoximethylen), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und/oder PET (Polyethylenterephthalat), und ist vorzugsweise im Wesentlichen vollständig aus einem solchen Kunststoffmaterial gebildet.
Ein besonders geeignetes Material für das Trägerelement 102 ist ein mit Talkum verstärktes Polypropylen-Material (beispielsweise das Material mit der Bezeichnung PPT TV 20). Dieses Material weist durch die Talkumverstärkung eine besonders hohe Formstabilität auf.
Mindestens eine Signalleitung 152 des Signalleitungssystems 106, vorzugsweise mehrere Signalleitungen 152 und insbesondere alle Signalleitungen 152 des Signalleitungssystems 106, umfassen jeweils mindestens einen Signalleiter 168, der mittels einer Klebefolie 170 mit dem Trägerelement 102 verbunden ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Signalleitung 152 im Wesentlichen vollständig durch einen Signalleiter 168 gebildet ist, welcher mittels einer Klebefolie 170 mit dem Trägerelement 102 verbunden ist.
In 11 ist schematisch dargestellt, wie ein Signalleiter 168 mittels einer einseitigen Klebefolie 170 mit dem Trägerelement 102 verbunden ist.
Hierbei umfasst die Klebefolie 170 eine Trägerfolie 172 und eine an der Trägerfolie 172 angeordnete Klebstoffschicht 174.
Der Signalleiter 168 ist zwischen der Klebefolie 170, insbesondere der Klebstoffschicht 174, einerseits und dem Trägerelement 102 andererseits angeordnet und durch die Klebstoffschicht 174 mit dem Trägerelement 172 der Klebefolie 170 stoffschlüssig verbunden.
Über den Signalleiter 168 seitlich hinausstehende Bereiche der Klebefolie 170 sind mittels der Klebstoffschicht 174 stoffschlüssig mit der Oberseite 176 des Trägerelements 102 verbunden, so dass insgesamt der Signalleiter 168 durch die Verklebung des Signalleiters 168 mit der Klebefolie 170 und durch die Verklebung der Klebefolie 170 mit dem Trägerelement 102 durch Stoffschluss an dem Trägerelement 102 festgelegt ist.
Bei einer in 12 schematisch dargestellten alternativen Ausführungsform des Zellkontaktierungssystems 100 ist mindestens ein Signalleiter 168 mittels einer zweiseitigen Klebefolie 170 durch Stoffschluss mit dem Trägerelement 102 verbunden.
Bei dieser Ausführungsvariante umfasst die Klebefolie 170 eine Trägerfolie 172, welche auf beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen mit jeweils einer Klebstoffschicht 174, nämlich mit einer ersten Klebstoffschicht 174a und einer gegenüberliegenden zweiten Klebstoffschicht 174b, versehen ist.
Der Signalleiter 168 ist bei dieser Ausführungsvariante auf der dem Trägerelement 102 abgewandten Seite der Klebefolie 170 angeordnet.
Der Signalleiter 168 ist mittels der ersten Klebstoffschicht 174a mit der Trägerfolie 172 der Klebefolie 170 verklebt.
Ferner ist die Trägerfolie 172 mittels der zweiten Klebstoffschicht 174b mit der Oberseite 176 des Trägerelements 102 verklebt.
Somit ist insgesamt der Signalleiter 168 über die beiden Klebstoffschichten 174a und 174b der Klebefolie 170 durch Stoffschluss an dem Trägerelement 102 festgelegt.
Bei dieser Ausführungsvariante ist ferner eine Abdeckfolie 178 vorgesehen, welche auf der der Klebefolie 170 abgewandten Seite des Signalleiters 168 angeordnet ist und den Signalleiter 168 abdeckt sowie seitlich über den Signalleiter 168 übersteht und in diesen überstehenden Bereichen mit der ersten Klebstoffschicht 174a verklebt ist, um eine ungewollte Verklebung der Klebstoffschicht 174a mit anderen Elementen, insbesondere mit anderen Elementen des Zellkontaktierungssystems 100, zu vermeiden.
Die Herstellung eines Verbunds 180 aus einer Klebefolie 170 und damit verklebten Signalleitern 168 ist schematisch in 10 dargestellt.
Eine hierfür verwendete Verbundherstellvorrichtung 182 umfasst eine Prägewalze 184 mit einem Rundstempel, eine der Prägewalze 184 gegenüberstehende Andruckwalze 186, eine oder mehrere Restmaterial-Abführwalzen 188 zum Abführen eines Restmaterials 202, eine oder mehrere Klebefolien-Zuführwalzen 190 zum Zuführen einer Klebefolie 170, und ein Paar von Andruckwalzen 192 zum Verkleben der Signalleiter 168 mit der Klebefolie 170, um so den Verbund 180 aus der Klebefolie 170 und den Signalleitern 168 herzustellen.
In der Verbundherstellvorrichtung 182 wird ein folienförmiges Ausgangsmaterial 194 von einer Ausgangsmaterialrolle 196 abgezogen und einem Spalt zwischen der Prägewalze 184 und der Andruckwalze 186 zugeführt.
Ebenso wird eine Transfer-Folie 198 von einer Transfer-Folienrolle 200 abgezogen und ebenfalls dem Spalt zwischen der Prägewalze 184 und der Andruckwalze 186 zugeführt.
Mittels des Rundstempels der Prägewalze 184 werden aus dem Ausgangsmaterial 194 die Signalleiter 168 mit der gewünschten Gestalt aus dem Ausgangsmaterial 194 herausgetrennt, insbesondere ausgestanzt.
Dabei wird die Andruckwalze 186 durch die Transfer-Folie 198, welche nicht durchgeschnitten wird, vor einer Beschädigung durch den Rundstempel der Prägewalze 184 geschützt.
Die herausgetrennten Signalleiter 168 bleiben an der Transfer-Folie 198 haften und werden zusammen mit der Transfer-Folie 198 einem Spalt zwischen den Andruckwalzen 192 zugeführt, während das Restmaterial 202, von welchem die Signalleiter 168 abgetrennt worden sind, mittels der Restmaterial-Abführwalzen 188 von den Signalleitern 168 und von der Trägerfolie 172 abgehoben wird.
Mittels der Klebefolien-Zuführwalzen 190 wird die Klebefolie 170 ebenfalls dem Spalt zwischen den Andruckwalzen 192 zugeführt.
Durch den von den Andruckwalzen 192 auf die Klebefolie 170 und die Signalleiter 168 ausgeübten Druck werden die Signalleiter 168 mit der den Signalleitern 168 zugewandten Klebeschicht 174 der Klebefolie 170 verklebt, um den Verbund 180 aus Klebefolie 170 und Signalleitern 168 zu bilden, welcher anschließend mit dem Trägerelement 102 verklebt wird.
Die Trägerfolie 172 wird nach der Herstellung des Verbundes 180 nicht mehr benötigt und nach Passieren des Spaltes zwischen den Andruckwalzen 192 von dem Verbund 180 abgehoben.
Die Durchlaufrichtung der Signalleiter 168 durch die Verbundherstellvorrichtung 182 ist in 10 durch den Pfeil 204 angegeben.
Die Darstellung von 10 und die vorstehende Beschreibung gilt grundsätzlich sowohl für die Herstellung eines Verbundes 180 aus Signalleitern 168 und einer einseitigen Klebefolie 170 als auch für die Herstellung eines Verbundes 180 aus den Signalleitern 168 und einer zweiseitigen Klebefolie 170.
Im Falle der Herstellung eines Verbundes 180 aus den Signalleitern 168 und einer zweiseitigen Klebefolie 170 wird dem Verbund 180 allerdings mittels eines weiteren, nicht dargestellten Paars von Andruckwalzen noch die Abdeckfolie 178 hinzugefügt, welche der Signalleiter-Seite des Verbundes 180 zugeführt wird und an den nicht von den Signalleitern 168 überdeckten Stellen mit der ersten Klebstoffschicht 174a der zweiseitigen Klebefolie 170 verklebt wird.
Nach der Herstellung des jeweiligen Verbundes 180 aus der Klebefolie 170, den Signalleitern 168 und gegebenenfalls der Abdeckfolie 178 wird der Verbund 180 dem Trägerelement 102 zugeführt und in der in 11 bzw. in 12 dargestellten Weise mit dem Trägerelement 102 verklebt.
Der Verbund 180, welcher die Klebefolie 170 und die Signalleiter 168 umfasst, kann insbesondere mittels einer Walze auf das Trägerelement 102 aufgebracht und angedrückt werden.
Nach dem Festlegen der Signalleiter 168 an dem Trägerelement 102 durch Verklebung mittels der Klebefolie 170 werden die Signalleiter 168 elektrisch leitend mit den Signalquellen 154 und mit dem Signalleitungsanschluss 144 des Zellkontaktierungssystems 100 verbunden.
Die Anbindung eines Signalleiters 168 an eine Spannungsabgriffstelle 148 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118 kann beispielsweise wie folgt erfolgen:

– in einem Bondverfahren, beispielsweise in einem Ultraschall-Bondverfahren, durch Setzen eines Bondleiters (beispielsweise eines sogenannten "Wedge-Bond" aus Aluminiumdraht).
– durch Aufschweißen eines Stanzbauteils auf die Spannungsabgriffstelle 148 einerseits und den Signalleiter 168 andererseits. Hierfür kann beispielsweise ein Stanzteil aus einem aluminiumhaltigen Material verwendet werden, welches insbesondere mittels Ultraschallschweißung aufgeschweißt werden kann.
– durch Auflöten einer Leitung, beispielsweise aus einem kupferhaltigen Material, auf die Spannungsabgriffstelle 148 und auf den Signalleiter 168.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Anbindung eines Signalleiters 168 an eine Spannungsabgriffstelle 148 eines Zellverbinders 116 oder eines Stromanschlusses 118, wie insbesondere in 2 dargestellt, auch dadurch erfolgen, dass der Signalleiter 168 in seinem anzubindenden Endbereich 206 mit dem Zellverbinder 116 bzw. mit dem Stromanschluss 118 zumindest teilweise überlappt und in dem Überlappungsbereich 208 stoffschlüssig direkt mit dem Zellverbinder 116 bzw. mit dem Stromanschluss 118 verbunden ist, beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere durch Ultraschallschweißung.
Um die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Endbereich 206 des Signalleiters 168 einerseits und dem Zellverbinder 116 bzw. dem Stromanschluss 118 andererseits nicht zu behindern, kann vorgesehen sein, dass der Verbund 180 aus der Klebefolie 170 und den Signalleitern 168 in dem Überlappungsbereich 208 keine Klebefolie 170 und gegebenenfalls auch keine Abdeckfolie 178 umfasst.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Signalleiter 168 über einen seitlichen Rand 236 der Klebefolie 170 und gegebenenfalls auch der Abdeckfolie 178 hinaussteht und/oder dadurch, dass die Klebefolie 170 und die Abdeckfolie 178 an der betreffenden Stelle eine Aussparung aufweisen.
Wie 2 ferner zu entnehmen ist, kann der an den Zellverbinder 116 bzw. den Stromanschluss 118 anzubindende Endbereich 206 des Signalleiters 168 gegenüber einem an den Endbereich 206 angrenzenden Leitungsbereich 210 des Signalleiters 168 verbreitert sein, um den Überlappungsbereich 208 zwischen dem Signalleiter 168 und dem Zellverbinder 116 bzw. dem Stromanschluss 118 zu vergrößern.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Endbereich 206 des Signalleiters 168 eine Abkröpfung 212 aufweist. Durch eine solche Abkröpfung 212 kann insbesondere ein Niveauunterschied zwischen der Oberseite 176 des Trägerelements 102 einerseits und einer Oberseite 214 des Zellverbinders 116 bzw. des Stromanschlusses 118 andererseits überbrückt werden.
Die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Temperatursensor 150 des Zellkontaktierungssystems 100 und einem Endbereich 206 eines Signalleiters 168 kann beispielsweise erfolgen durch:

– Anlöten eines bedrahteten Temperatursensors 150 an den Signalleiter 168.
– Auflöten eines als SMD-Bauteil ("Surface-Mounted-Device") ausgebildeten Temperatursensors 150 auf den Signalleiter 168.
– elektrisch leitfähiges Aufkleben eines SMD-Bauteils auf den Signalleiter 168 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise silbergefüllte Ein-Komponenten-Epoxidharze oder Zwei-Komponenten-Epoxidharze.
– Aufschweißen eines bedrahteten Temperatursensors 150 auf den Signalleiter 168, beispielsweise durch Ultraschallschweißen. Hierbei kann insbesondere ein Anschlussdraht, beispielsweise aus Kupfer, des Temperatursensors 150 auf das Material des Signalleiters 168 aufgeschweißt werden.

Die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem Signalleiter 168 und einem Anschlusspin 146 des Signalleitungsanschlusses 144 kann beispielsweise erfolgen durch:

– Anlöten des Anschlusspins 146 an den Signalleiter 168. Hierbei kann der Signalleitungsanschluss 144 in einer SMD-Variante ("Surface-Mounted-Device") oder in einer THT-Variante ("Through Hole Technology") ausgebildet sein.
– Aufschweißen eines Anschlusspins 146 des Signalleitungsanschlusses 144 auf den Signalleiter 168.
– Aufcrimpen eines Anschlusspins 146 des Signalleitungsanschlusses 144 auf den Signalleiter 168, insbesondere mittels eines Flachleiter-Crimpkontaktes.

Als einseitige Klebefolie 170 kann beispielsweise ein einseitig klebendes Band mit einer Trägerfolie 172 auf Polyimid-Basis mit einer Klebstoffschicht 174 mit Acrylat-basiertem Klebstoff und/oder mit Silikon-basiertem Klebstoff verwendet werden.
Als zweiseitige Klebefolie 170 kann beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband mit einer Trägerfolie 172 aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen oder auf Vlies-Basis mit Klebstoffschichten 174, die einen Acrylat-Klebstoff und/oder einen Silikon-Klebstoff umfassen, verwendet werden.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine trägerlose Klebefolie 170 zu verwenden, welche keine Trägerfolie 172 umfasst, sondern lediglich eine doppelseitig klebende Klebstoffschicht 174 auf der Basis von reinen oder modifizierten Acrylaten oder von Silikon.
Die bei der Herstellung des Verbundes 180 verwendete Transfer-Folie 198 weist beispielsweise eine Stärke von ungefähr 50 µm auf.
Die Transfer-Folie 198 kann beispielsweise Polyethylen umfassen.
Die Transfer-Folie 198 wird beim Heraustrennen der Signalleiter 168 aus dem Ausgangsmaterial 194 mittels der Prägewalze 184 nicht durchgeschnitten.
Als Ausgangsmaterial 194 für die Signalleiter 168 kann beispielsweise eine kupferhaltige Folie, insbesondere aus reinem Kupfer, beispielsweise aus Cu-ETP oder aus Cu-OFE, oder eine aluminiumhaltige Folie, insbesondere aus Reinaluminium, beispielsweise aus Al99,5 oder aus Al3003, verwendet werden.
Die Materialstärke des folienförmigen Ausgangsmaterials 194 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm.
Das Ausgangsmaterial 194 kann grundsätzlich ohne Oberflächenbeschichtung verwendet werden.
Es ist aber auch möglich, das Ausgangsmaterial 194 einseitig oder beidseitig mit einer Beschichtung zu versehen, welche beispielsweise Zinn, Nickel, Gold und/oder ein Kunststoffmaterial zur Verhinderung einer Oxidation des Signalleiters 168 (sogenannte OSP-Beschichtung ("Organic Surface Protectant")) umfassen kann.
Vorzugsweise wird als Ausgangsmaterial 194 für die Herstellung der Signalleiter 168 ein zu einer Rolle ("coil") aufgerolltes Bandmaterial verwendet.
Das vorstehend beschriebene Zellkontaktierungssystem 100 wird vorzugsweise als eine separate Baugruppe der elektrochemischen Vorrichtung komplett vormontiert.
Bei dieser Vormontage werden die Bestandteile des Stromleitungssystems 104, insbesondere die Zellverbinder 116 und die Stromanschlüsse 118, an dem Trägerelement 102 positioniert.
Anschließend wird der Verbund 180 aus Klebefolie 170 und Signalleitern 168 auf das Trägerelement 102 aufgebracht und an das Trägerelement 102 angedrückt, beispielsweise mittels einer Walze. Hierbei werden die Signalleiter 168 mittels der Klebefolie 170 stoffschlüssig mit dem Trägerelement 102 verbunden.
Wie in den 1 bis 3, 5 und 6 dargestellt, können dabei Endbereiche 206 der Signalleiter 168 mit den Zellverbindern 116 oder Stromanschlüssen 118 überlappen.
Anschließend werden die Spannungsabgriffstellen 148 der Zellverbinder 116 bzw. der Stromanschlüsse 118 in einer der vorstehend beschriebenen Weisen mit dem jeweils zugeordneten Signalleiter 168 elektrisch leitend verbunden, beispielsweise durch Ultraschallschweißung.
Wie aus 4 zu ersehen ist, werden die Anschlusspins 146 auf die dem Trägerelement 102 abgewandte Seite der Signalleiter 168 aufgesetzt und ebenfalls stoffschlüssig mit den jeweils zugeordneten Signalleitern 168 verbunden, beispielsweise durch Ultraschallschweißung.
Ferner werden Anschlusselemente 216, beispielsweise Anschlussdrähte, eines Temperatursensors 150 stoffschlüssig mit den jeweils zugeordneten Signalleitern 168 verbunden, beispielsweise durch Ultraschallschweißung.
Die Reihenfolge, in welcher die Spannungsabgriffstellen 148 der Zellverbinder 116 und der Stromanschlüsse 118, die Anschlusspins 146 des Signalleitungsanschlusses 144 und die Anschlusselemente 216 der Temperatursensoren 150 mit den jeweils zugeordneten Signalleitern 168 elektrisch leitend verbunden werden, ist grundsätzlich beliebig.
Nach dem Anbinden der Spannungsabgriffstellen 148, der Temperatursensoren 150 und des Signalleitungsanschlusses 144 an die Signalleiter 168 ist die Herstellung des Signalleitungssystems 106 abgeschlossen.
Damit sind alle für die Kontaktierung der elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 benötigten Bauteile in einer als Einheit handhabbaren Baugruppe, nämlich in dem Zellkontaktierungssystem 100, bereits in der erforderlichen relativen Positionierung zusammengefasst.
Das Trägerelement 102 mit dem Stromleitungssystem 104 und dem Signalleitungssystem 106 wird bei der Montage der elektrochemischen Vorrichtung 111 auf das Gehäuse 109 aufgesetzt, in welchem die elektrochemischen Zellen 113 angeordnet sind, und mit dem die Gehäuseöffnung umgebenden Rand des Gehäuses 109 verbunden.
Anschließend werden die Zellverbinder 116 und die Stromanschlüsse 118 elektrisch leitend mit den jeweils zugeordneten Zellterminals 115 der elektrochemischen Vorrichtung 111 kontaktiert, beispielsweise durch Stoffschluss, insbesondere durch Verschweißung, und/oder durch Formschluss.
Nach erfolgter Kontaktierung zwischen dem Stromleitungssystem 104 und den Zellterminals 115 der elektrochemischen Zellen 113 der elektrochemischen Vorrichtung 111 wird das Abdeckelement 108 auf das Trägerelement 102 aufgesetzt und mit demselben verbunden, insbesondere durch Verrastung, so dass das Abdeckelement 108 das Stromleitungssystem 104 und das Signalleitungssystem 106 des Zellkontaktierungssystems 100 abdeckt und vor einer ungewollten Berührung schützt.
Hierdurch wird eine Beschädigung des Stromleitungssystems 104 und des Signalleitungssystems 106 während des Transports und der Montage der elektrochemischen Vorrichtung 111 verhindert.
Die fertig montierte elektrochemische Vorrichtung 111 kann mit mehreren anderen elektrochemischen Vorrichtungen 111, insbesondere Akkumulatormodulen, zu einer elektrochemischen Vorrichtungsgruppe zusammengesetzt werden, wobei insbesondere verschiedene elektrochemische Vorrichtungen 111 mittels (nicht dargestellter) Modulverbinder, welche die Stromanschlüsse 118 verschiedener elektrochemischer Vorrichtungen 111 miteinander verbinden, zusammengeschaltet werden können.
Eine in den 13 bis 21 dargestellte zweite Ausführungsform eines Zellkontaktierungssystems 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Signalleiter 168 des Signalleitungssystems 106 bei der zweiten Ausführungsform nicht an einem von dem Trägerelement 102 entfernten Ort aus einem Ausgangsmaterial 194 herausgetrennt und dann auf das Trägerelement 102 übertragen und dort festgeklebt worden sind, sondern stattdessen die Signalleiter 168 in situ direkt an dem Trägerelement 102 aus einem Ausgangsmaterial 194 herausgetrennt und durch Heißeinprägen in das Trägerelement 102 eingebettet worden sind.
Bei dieser Ausführungsform kann die mit den Signalleitern 168 belegte Oberseite 214 des Trägerelements 102 eine dreidimensionale Topographie aufweisen und insbesondere eine untere Signalleiter-Trägerfläche 218, eine obere Signalleiter-Trägerfläche 220 und eine die obere Signalleiter-Trägerfläche 220 mit der unteren Signalleiter-Trägerfläche 218 verbindende geneigte Signalleiter-Trägerfläche 222 umfassen (siehe insbesondere die 13 und 22).
Dabei sind vorzugsweise die obere Signalleiter-Trägerfläche 220 und die untere Signalleiter-Trägerfläche 218 im Wesentlichen parallel zueinander und insbesondere auch im Wesentlichen parallel zu einer Unterseite 224 des Trägerelements 102 ausgerichtet.
Für die Herstellung der Signalleiter 168 bei dieser Ausführungsform wird ein folienförmiges Ausgangsmaterial 194 verwendet, das ein elektrisch leitfähiges Material umfasst.
Das elektrisch leitfähige Material des Ausgangsmaterials 194 kann insbesondere Kupfer umfassen, vorzugsweise eine chemisch-elektrolytisch hergestellte Kupferfolie.
Die Materialstärke des Ausgangsmaterials 194 beträgt vorzugsweise von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm.
Die Unterseite des Ausgangsmaterials 194 kann blank oder mit Schwarzoxid versehen sein.
Die im montierten Zustand des Zellkontaktierungssystems 100 dem Trägerelement 102 abgewandte Oberseite des Ausgangsmaterials 194 kann blank oder mit einer Beschichtung versehen sein.
Die Beschichtung kann beispielsweise Zinn, Gold, Nickel oder andere, insbesondere metallische, Bestandteile umfassen.
Bei der In-situ-Herstellung der Signalleiter 168 wird zunächst das folienförmige Ausgangsmaterial 194 auf das Trägerelement 102, insbesondere auf die untere Signalleiter-Trägerfläche 218, die geneigte Signalleiter-Trägerfläche 222 und die obere Signalleiter-Trägerfläche 220 des Trägerelements 102, aufgelegt (siehe 22).
Anschließend werden die Signalleiter 168 mittels eines beheizbaren Stanzwerkzeugs 226 aus dem Ausgangsmaterial 194 herausgetrennt (siehe 23). Dabei wird das Stanzwerkzeug 226 von der dem Trägerelement 102 abgewandten Seite her dem Ausgangsmaterial 194 zugeführt.
Unter der Hitzeeinwirkung des beheizten Stanzwerkzeugs 226 werden die aus dem Ausgangsmaterial 194 herausgetrennten Signalleiter 168 in das Material des Trägerelements 102 eingebrannt und von Prägevorsprüngen 228 des Stanzwerkzeugs 226 in das Trägerelement 102 eingeprägt, während das Stanzwerkzeug 226 relativ zu dem Trägerelement 102 bewegt wird, so dass die Signalleiter 168 zumindest teilweise in das Material des Trägerelements 102 eingebettet werden (sieh 24).
Nach Abschluss des Heißeinprägens der Signalleiter 168 in das Trägerelement 102 wird das Stanzwerkzeug 226 von dem Trägerelement 102 entfernt und das zwischen den Signalleitern 168 von dem Ausgangsmaterial 194 verbleibende Restmaterial 202 von dem Trägerelement 102 abgezogen und entfernt (siehe 25).
Damit ist die In-situ-Herstellung der Signalleiter 168 und deren stoffschlüssige Verbindung mit dem Trägerelement 102 abgeschlossen.
Die Anbindung der Spannungsabgriffstellen 148 der Zellverbinder 116 und/oder der Stromanschlüsse 118, der Temperatursensoren 150 und der Anschlusspins 146 des Signalleitungsanschlusses 144 des Zellkontaktierungssystems 100 an die Signalleiter 168 kann bei dieser Ausführungsform grundsätzlich in derselben Weise erfolgen wie bei der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform.
Insbesondere kann vorgesehen sein, wie in den 13 bis 18 beispielhaft dargestellt, dass die Spannungsabgriffstellen 148 der Zellverbinder 116 und der Stromanschlüsse 118 mittels jeweils eines Bondleiters 230 elektrisch leitend mit dem jeweils zugeordneten Signalleiter 168 verbunden sind.
Dabei ist der Bondleiter 230 durch jeweils eine Bondverbindung 232 mit der jeweiligen Spannungsabgriffstelle 148 bzw. mit dem jeweils zugeordneten Signalleiter 168 verbunden (siehe insbesondere die 14 und 18).
Die Bondverbindungen 232 können insbesondere mittels eines Ultraschall-Bondwerkzeuges in einem Ultraschall-Bondverfahren hergestellt werden.
Die Anbindung der Signalleiter 168 an den Signalleitungsanschluss 144 des Zellkontaktierungssystems 100 kann, wie insbesondere in 16 dargestellt, beispielsweise dadurch erfolgen, dass jeweils ein Anschlusspin 146 des Signalleitungsanschlusses 144 durch eine Durchtrittsöffnung 234, welche in einem Endbereich eines Signalleiters 168 angeordnet ist, hindurchgesteckt wird, worauf der aus der Durchtrittsöffnung 234 hervorstehende Teil des Anschlusspins 146 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verlötung, mit dem Signalleiter 168 elektrisch leitend verbunden wird.
Im Übrigen stimmt die in den 13 bis 21 dargestellte zweite Ausführungsform eines Zellkontaktierungssystems 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 9 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung (111), die mehrere elektrochemische Zellen (113) umfasst, wobei das Zellkontaktierungssystem (100) ein Stromleitungssystem (104) mit einem oder mehreren Zellverbindern (116) zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals (115) verschiedener elektrochemischer Zellen (113) und ein Signalleitungssystem (104) mit einer oder mehreren Signalleitungen (152) zum elektrisch leitenden Verbinden einer Signalquelle (154) mit einem Signalleitungsanschluss (144) des Zellkontaktierungssystems (100) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalleitungssystem (106) mindestens einen Signalleiter (168) umfasst, der zumindest abschnittsweise durch Stoffschluss mit einem Trägerelement (102) des Zellkontaktierungssystems (100) verbunden ist.
Zellkontaktierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) durch Verklebung mit dem Trägerelement (102) verbunden ist.
Zellkontaktierungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) mittels einer Klebefolie (170) mit dem Trägerelement (102) verbunden ist.
Zellkontaktierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebefolie (170) zumindest abschnittsweise auf der dem Trägerelement (102) abgewandten Seite des Signalleiters (168) angeordnet ist.
Zellkontaktierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebefolie (170) zumindest abschnittsweise zwischen dem Signalleiter (168) und dem Trägerelement (102) angeordnet ist.
Zellkontaktierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) zumindest teilweise in das Trägerelement (102) eingebettet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktierungssystems (100) für eine elektrochemische Vorrichtung (111), die mehrere elektrochemische Zellen (113) umfasst, umfassend: – Herstellen eines Stromleitungssystems (104) mit einem oder mehreren Zellverbindern (116) zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals (115) verschiedener elektrochemischer Zellen (113); – Herstellen eines Signalleitungssystems (106) mit einer oder mehreren Signalleitungen (152) zum elektrisch leitenden Verbinden einer Signalquelle (154) mit einem Signalleitungsanschluss (144) des Zellkontaktierungssystems (100); dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Signalleitungssystems (106) mindestens ein Signalleiter (168) zumindest abschnittsweise durch Stoffschluss mit einem Trägerelement (102) des Zellkontaktierungssystems (100) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) aus einem folienförmigen Ausgangsmaterial (194) herausgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) nach dem Heraustrennen aus dem folienförmigen Ausgangsmaterial (194) mittels einer Transfer-Folie (198) auf eine Klebefolie (170) transferiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) mit dem Trägerelement (102) verklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund (180) aus mindestens einem Signalleiter (168) und einer Klebefolie (170) auf das Trägerelement (102) aufgebracht und an das Trägerelement (102) angedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das folienförmige Ausgangsmaterial (194) vor dem Heraustrennen des mindestens einen Signalleiters (168) an dem Trägerelement (102) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalleiter (168) während oder nach dem Heraustrennen aus dem Ausgangsmaterial (194) in das Material des Trägerelements (102) hineingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hineinpressen des Signalleiters (168) in das Material des Trägerelements (102) unter Erwärmung des Signalleiters (168) und/oder des Trägerelements (102) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach dem Heraustrennen des Signalleiters (168) verbleibender Rest des Ausgangsmaterials (194) von dem Trägerelement (102) entfernt wird.