DE102013016845A1

DE102013016845A1 - Batteriemanagementmodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102013016845A1
Application number: DE201310016845
Authority: DE
Inventors: Norbert Bachmann; Florian Kneer; Jan Kroggel; Axel Kuemmel; Jens Meintschel; Dirk Schröter; Mirko Stadel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementmodul (2). Erfindungsgemäß weist das Batteriemanagementmodul (2) ein Gehäuse (1), zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (4) und elektrische Verbindungsleitungen (3) zum Verbinden des zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (4) zumindest mit Zellpolen (9) von Einzelzellen (6) einer Batterie (5) auf, wobei die elektrischen Verbindungsleitungen (3) abschnittsweise in das Gehäuse (1) eingegossen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemanagementmoduls (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementmodul nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemanagementmoduls nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2009 041 738 A1 beschrieben, eine Anordnung zum Anschließen von elektrischen Leiterbahnen an Polanschlüsse von zusammengeschalteten Zellen bekannt. Auf das die Zellen mechanisch gruppierende Gehäuse wird eine Platine in Form eines kunststoffumspritzten Stanzgitters aufgerastet, die nicht höher als die benachbarten Stirnflächen der unter lichtem radialem Abstand daraus hervorragenden Zellen-Polanschlüsse aufträgt. Beim Auflegen eines Zellenverbinders auf die Polanschlüsse taucht dieser mit einem von ihm abgebogen verlaufenden Rüssel in die zum Zellenverbinder parallele Ebene des Stanzgitters ein und verkantet sich dabei zwischen wenigstens zwei aufeinander zuweisenden Klemmlaschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Batteriemanagementmodul und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Batteriemanagementmoduls anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriemanagementmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemanagementmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Batteriemanagementmodul weist erfindungsgemäß ein Gehäuse, zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement und elektrische Verbindungsleitungen zum Verbinden des zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes zumindest mit Zellpolen von Einzelzellen einer Batterie auf, wobei die Verbindungsleitungen abschnittsweise in das Gehäuse eingegossen sind.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Batteriemanagementmoduls, welches auch als Batteriemanagementsystem bezeichnet wird, ermöglicht eine leichtere Herstellung, da die elektrischen Verbindungsleitungen auf einfache Weise in einem Gusswerkzeug zur Herstellung des Gehäuses exakt zu positionieren und mit einem Material zur Ausbildung des Gehäuses zu umgießen sind, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren zu umspritzen. Dabei sind die elektrischen Verbindungsleitungen im Gusswerkzeug derart anzuordnen, dass sie im fertiggestellten Gehäuse zweidimensional oder auch dreidimensional verlaufen. Die elektrischen Verbindungsleitungen können dabei als einzelne Leiter oder als ein Stanzgitter ausgebildet sein, insbesondere auch als ein räumliches, d. h. dreidimensionales Stanzgitter. Im fertiggestellten Gehäuse sind die elektrischen Verbindungsleitungen exakt positioniert und stabilisieren zudem das Gehäuse, da sie als eine Bewehrung im Gehäuse wirken. Die elektrischen Verbindungsleitungen dienen auf diese Weise zudem einer Formgebung des Gehäuses. Das Gehäuse ist dann lediglich als eine mit geringem Materialaufwand auszubildende Gehäusehaut ausgeformt. Dieses Gehäuse dient dann zweckmäßigerweise gleichzeitig einer elektrischen Isolation der elektrischen Verbindungsleitungen. Auf diese Weise ist weniger Material zur Herstellung des Gehäuses erforderlich, so dass Gewichts- und Kosteneinsparungen erreicht sind.
Des Weiteren ist durch das Umgießen der elektrischen Verbindungsleitungen mit dem Material des Gehäuses, wodurch die elektrischen Verbindungsleitungen abgedichtet mit dem Material des Gehäuses ummantelt sind, auf einfache und kostengünstige Weise ein abgedichtetes Herausführen der elektrischen Verbindungsleitungen aus dem Gehäuse ermöglicht. Dadurch ist eine Umsetzung hoher IP-Schutzklassen ermöglicht (IP steht für International Protection oder Ingress Protection). Diese IP-Schutzklassen sind beispielsweise in der DIN EN 61140 (VDE 0140-1): 2007-03, Abschnitt 7 beschrieben. Die IP-Schutzklassen sind beispielsweise nach IEC 60529 klassifiziert. Je höher die IP-Schutzklasse, desto besser ist eine Dichtwirkung gegenüber Flüssigkeiten. Über die aus dem Gehäuse herausgeführten Teile der elektrischen Verbindungsleitungen, welche Leitungsüberstände an Kontaktierungsstellen bilden, sind außen liegende Bauteile, insbesondere die Zellpole der Einzelzellen der Batterie, mit im Gehäuse angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen des Batteriemanagementmoduls zu verbinden.
Das Material des Gehäuses ist beispielsweise Kunststoff oder Metall. Bei metallischen Gehäusen sind elektrisch isolierte elektrische Verbindungsleitungen zu verwenden. Diese sind beispielsweise mit Keramik ummantelt. Das Metall zur Ausbildung des Gehäuses ist beispielsweise Zink, Magnesium oder Aluminium. Ein derartiges, aus Metall ausgebildetes Gehäuse ist beispielsweise in einem Spritzgussverfahren oder in einem Druckgussverfahren auszubilden, wobei die elektrischen Verbindungsleitungen, welche zum Beispiel als Stanzgitter ausgebildet sind, mit dem Metall zu umspritzen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Ausführungsform eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls mit abschnittsweise eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen,
2 schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls mit abschnittsweise eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen,
3 schematisch eine Schnittdarstellung eines Batteriemanagementmoduls,
4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Zellblocks einer Batterie mit einem Batteriemanagementmodul,
5 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Zellblocks einer Batterie mit einem Batteriemanagementmodul,
6 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Mehrzahl von elektrischen Verbindungsleitungen vor einem Umspritzen mit einem Material zur Ausbildung eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls,
7 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Grundkörpers eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls mit abschnittsweise eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen,
8 schematisch eine perspektivische Darstellung von als Stanzgitter ausgebildeten elektrischen Verbindungsleitungen vor einem Umspritzen mit einem Material zur Ausbildung eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls, und
9 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Grundkörpers eines Gehäuses eines Batteriemanagementmoduls mit abschnittsweise eingegossenen, als Stanzgitter ausgebildeten elektrischen Verbindungsleitungen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen Ausführungsformen eines Gehäuses 1 eines Batteriemanagementmoduls 2 mit abschnittsweise eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen 3, wobei die in 2 dargestellte Ausführungsform in einer Schnittdarstellung gezeigt ist. In 3 ist ein solches Batteriemanagementmodul 2, welches auch als Batteriemanagementsystem bezeichnet wird, in einer Schnittdarstellung gezeigt, wobei in dem Gehäuse 1 des Batteriemanagementmoduls 2, welches die abschnittsweise eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen 3 aufweist, ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 4 angeordnet ist. Dieses elektrische und/oder elektronische Bauelement 4 ist beispielsweise als eine Elektronikeinheit ausgebildet, beispielsweise als eine Auswerteeinheit und/oder als eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit des Batteriemanagementmoduls 2. In weiteren Ausführungsformen des Batteriemanagementmoduls 2 können auch eine Mehrzahl elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente 4 im Gehäuse 1 angeordnet sein.
Derartige Batteriemanagementmodule 2 dienen einer Überwachung und/oder Steuerung und/oder Regelung einer Batterie 5, insbesondere einer Batterie 5 für ein Fahrzeug, zum Beispiel einer Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug. Die Batterie 5 ist eine elektrochemische Energiespeicher- und/oder Energiewandlereinheit, welche eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen 6 aufweist.
In 4 ist eine solche Batterie 5 schematisch dargestellt, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich einen Zellblock 7 mit einer Mehrzahl von Einzelzellen 6 aufweist. Auf diesem Zellblock 7 ist ein solches Batteriemanagementmodul 2 angeordnet, welches beispielsweise Lade- und Entladevorgänge der Einzelzellen 6 der Batterie 5 überwacht, steuert und/oder regelt.
Im Zuge von limitierten Bauräumen in Fahrzeugen ergibt sich die Forderung nach kompakten Bauteilen, zum Beispiel für eine Zellüberwachung der Einzelzellen 6 von Batterien 5 mittels elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente 4. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist eine ausreichende Abdichtung dieser elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 4 gegen Feuchtigkeit sowie deren Kontaktierung mit Zellblöcken 7 und einer Auswerteelektronik.
Im Stand der Technik erfolgt eine Trennung eines Batteriemanagementmodulgehäuses von Leiterstrukturen. Durch diese funktionale Trennung ist ein größerer Bauraum erforderlich und das aus dem Stand der Technik bekannte Batteriemanagementmodul, auch als Batteriemanagementsystem bezeichnet, weist ein höheres Gewicht auf. Des Weiteren ist eine Abdichtung von Durchbrüchen, durch welche die Leiterstrukturen aus dem Batteriemanagementmodulgehäuse herausgeführt sind, kompliziert zu realisieren. Eine Umsetzung hoher IP-Schutzklassen erfordert daher einen hohen Kostenaufwand (IP steht für International Protection oder Ingress Protection). Diese IP-Schutzklassen sind beispielsweise in der DIN EN 61140 (VDE 0140-1): 2007-03, Abschnitt 7 beschrieben. Die IP-Schutzklassen sind beispielsweise nach IEC 60529 klassifiziert. Je höher die IP-Schutzklasse, desto besser ist eine Dichtwirkung gegenüber Flüssigkeiten. Zudem bestehen zusätzliche Anforderungen an das Batteriemanagementmodulgehäuse, beispielsweise hinsichtlich einer Stabilität gegenüber Drucklasten. Ein ausreichend stabiles Batteriemanagementmodulgehäuse wird im Stand der Technik durch eine hohe Materialstärke realisiert, welche einen hohen Materialeinsatz und Kostenaufwand erfordert und aus welcher ein hohes Gewicht resultiert. Alternativ oder zusätzlich wird im Stand der Technik das Batteriemanagementmodulgehäuse mit einer Armierung versehen, woraus ebenfalls ein erhöhter Material- und Kostenaufwand für die Armierung und ein erhöhtes Gewicht resultieren.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird ein komplexes Batteriemanagementmodul 2 ausgebildet, umfassend ein Gehäuse 1 und ein Zellkontaktierungssystem, welches durch elektrische Verbindungsleitungen 3 ausgebildet ist. Diese elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche vorteilhafterweise in Form eines in 8 näher dargestellten Stanzgitters 8 oder mehrerer Stanzgitter 8 ausgebildet ist/sind und beispielsweise einer Spannungs-, Strom- und/oder Signalübertragung zwischen den Einzelzellen 6 der Batterie 5 und den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 4 des Batteriemanagementmoduls 2 dienen, sind in eine Gehäusestruktur des Gehäuses 1 des Batteriemanagementmoduls 2 eingearbeitet.
Dadurch wird eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit und Stabilität des Gehäuses 1 erreicht, da diese elektrischen Verbindungsleitungen 3 als Bewehrung oder Armierung des Gehäuses 1 dienen. Damit wird die aus dem Stand der Technik bekannte Trennung von Gehäuse 1 und elektrischen Verbindungsleitungen 3 aufgehoben und das durch die elektrischen Verbindungsleitungen 3 ausgebildete elektrische Kontaktierungssystem, Signal-, Spannungs- und/oder Stromleitungssystem mit seinen mechanischen Eigenschaften dient zudem der Gehäusestabilität.
Die Einbeziehung des oft aus vergleichsweise festen Stanzgitterstrukturen bestehenden Leiternetzes aus elektrischen Verbindungsleitungen 3 als Formgebung für das Gehäuse 1 führt zu dünnwandigen, festen Gehäusestrukturen zum Schutz der innen liegenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 4, beispielsweise der Elektronikeinheit des Batteriemanagementmoduls 2. Eine Umspritzung der elektrischen Verbindungsleitungen 3 mit einem jeweiligen Material zur Ausbildung des Gehäuses 1 dient nur noch dem Bilden einer Gehäusehaut und einer elektrischen Isolation. Durch Überstände der elektrischen Verbindungsleitungen 3 an Kontaktierungsstellen sind außen liegende Bauteile, insbesondere die Einzelzellen 6 der Batterie 5, mit innen liegenden, d. h. im Gehäuse 1 angeordneten, elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 4 kontaktierbar, d. h. die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Verbindungsleitungen 3 werden für die Spannungs- und Signalübertragung zwischen den Einzelzellen 6 und den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 4, beispielsweise der Elektronikeinheit des Batteriemanagementmoduls 2, verwendet.
Das Batteriemanagementmodul 2 weist auf diese Weise das Gehäuse 1, zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 4 und elektrische Verbindungsleitungen 3 zum Verbinden des zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 4 zumindest mit Zellpolen 9 der Einzelzellen 6 der Batterie 5 auf, wobei die Verbindungsleitungen 3 abschnittsweise in das Gehäuse 1 eingegossen sind, wie in den 1 bis 3 dargestellt. In einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen Batteriemanagementmoduls 2 werden demzufolge die elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche zum Verbinden des zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 4 des Batteriemanagementmoduls 2 zumindest mit den Zellpolen 9 der Einzelzellen 6 der Batterie 5 dienen, in das Gehäuse 1 des Batteriemanagementmoduls 2 abschnittsweise eingegossen. D. h. sie werden nicht vollständig eingegossen, sondern nur bereichsweise, so dass Endbereiche der Verbindungsleitungen 3 aus dem Gehäuse 1 herausragen. Diese Endbereiche bilden dann die Überstände der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche an den Kontaktierungsstellen über das Gehäuse 1 überstehen, so dass die außen liegenden Bauteile, insbesondere die Einzelzellen 6 der Batterie 5, mit innen liegenden, d. h. im Gehäuse 1 angeordneten, elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 4 kontaktierbar sind.
Hierzu werden die elektrischen Verbindungsleitungen 3 beispielsweise in ein nicht näher dargestelltes Gusswerkzeug eingelegt und mit einem Material zur Ausbildung des Gehäuses 1 abschnittsweise umgossen, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren oder in einem Druckgussverfahren. Im Spritzgussverfahren werden die elektrischen Verbindungsleitungen 3 entsprechend mit dem Material zur Ausbildung des Gehäuses 1 abschnittsweise umspritzt. Vorzugsweise sind die elektrischen Verbindungsleitungen 3 in Form eines Stanzgitters 8 oder einer Mehrzahl von Stanzgittern 8 ausgebildet.
Das Material zur Ausbildung des Gehäuses 1 ist beispielsweise Metall oder Kunststoff. Bei einer Ausbildung des Gehäuses 1 aus Kunststoff dient der Kunststoff gleichzeitig zur Isolation der elektrischen Verbindungsleitungen 3. Bei einer Ausbildung des Gehäuses 1 aus Metall, beispielsweise aus Zink, Magnesium oder Aluminium, werden zweckmäßigerweise elektrische Verbindungsleitungen 3 verwendet, welche gegenüber dem Metall des Gehäuses 1 elektrisch isoliert sind, beispielsweise mit Keramik. Diese elektrischen Verbindungsleitungen 3 weisen dann eine elektrisch isolierende Ummantelung auf, beispielsweise eine Keramikummantelung.
Die konstruktive Umsetzung bei einem aus Kunststoff ausgebildeten Gehäuse 1 erfordert das Umgießen, insbesondere das Umspritzen, der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche vorteilhafterweise in Form eines Stanzgitters 8, beispielsweise aus Elektro-Kupfer, mit äußeren Kontaktierungsbereichen 3.1, inneren Kontaktierungsbereichen 3.2 und diese verbindenden elektrischen Leiterbahnen 3.3 ausgebildet sind, mit einem Kunststoff, beispielsweise aus der Gruppe der Polyamide. Entsprechend einer jeweiligen Gussform, welche bei der Verwendung von Kunststoff zweckmäßigerweise als Spritzgussform ausgebildet ist, entsteht daraus eine Gehäusegestalt des Gehäuses 1 des Batteriemanagementmoduls 2, in der die elektrischen Verbindungsleitungen 3, vorteilhafterweise in Form des Stanzgitters 8, eingelagert sind, wie in den 1 bis 3 dargestellt. Diese elektrischen Verbindungsleitungen 3, insbesondere in Form des Stanzgitters 8, dienen innerhalb des Gehäuses 1 als Armierung oder Bewehrung des Kunststoffs. Über die aus dem Gehäusematerial nach außen und nach innen herausgeführten Teile der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche Leitungsüberstände an Kontaktierungsstellen bilden, d. h. äußere und innere Kontaktierungsbereiche 3.1, 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3, sind die außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Einzelzellen 6 oder beispielsweise auch Temperatursensoren bzw. das im vom Gehäuse 1 umschlossenen Innenraum des Batteriemanagementmoduls 2 angeordnete zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 4, beispielsweise die Elektronikeinheit des Batteriemanagementmoduls 2, zu kontaktieren.
Das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 4, beispielsweise die Elektronikeinheit des Batteriemanagementmoduls 2, kann dabei zum Beispiel auf die inneren Kontaktierungsbereiche 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3, d. h. auf die nach innen herausgeführten Teile der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche im vom Gehäuse 1 umschlossenen Innenraum des Batteriemanagementmoduls 2 Leitungsüberstände bilden, aufgesteckt sein. Die Abdichtung des Gehäuses 1 gegenüber den Leitungsüberständen an den Kontaktierungsstellen, welche die äußeren und inneren Kontaktierungsbereiche 3.1, 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3 bilden, ergibt sich durch das Aufspritzen des Spritzgussmaterials, d. h. des Kunststoffs zur Ausbildung des Gehäuses 1, auf die elektrischen Verbindungsleitungen 3. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen Dichtelemente erforderlich.
Um im Gusswerkzeug, d. h. in der Gussform, Hinterschnitte zu vermeiden, die ein Entformen erschweren oder verhindern würden, werden die aus dem Gehäusematerial nach außen und nach innen herausgeführten Teile der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche die äußeren und inneren Kontaktierungsbereiche 3.1, 3.2 bilden, erst nach dem Entformen des ausgebildeten Gehäuses 1, d. h. erst nach dem Gussprozess, beispielsweise erst nach dem Spritzgussprozess, in eine jeweils erforderliche Form gebogen, wenn eine derart gebogene Form erforderlich ist, wie in den 2 und 3 sowie 5 bis 7 gezeigt.
In 4 ist eine aus einem Zellblock 7 von Einzelzellen 6 ausgebildete Batterie 5 mit einem auf die beschriebene Weise ausgebildetes Batteriemanagementmodul 2 dargestellt. Die Einzelzellen 6 sind in diesem Beispiel als prismatische Einzelzellen 6 ausgebildet. Das Batteriemanagementmodul 2 ist jedoch auch für alle anderen Formen von Einzelzellen 6 geeignet, beispielsweise für Rundzellen, Flachzellen und auch für so genannte Coffeebag-Zellen. Dabei ist das Batteriemanagementmodul 2 über die abschnittsweise in das Gehäuse 1 eingegossenen, insbesondere eingespritzten, elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche als Kontaktierungsfähnchen ausgebildet sind, mit den Zellpolen 9 der Einzelzellen 6 oder mit entsprechenden Zellspannungsabgriffen kontaktiert.
In 5 ist eine Ausführungsform eines Zellblocks 7 einer Batterie 5 mit einem Batteriemanagementmodul 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um die bereits in 4 dargestellte Ausführungsform. Das Gehäuse 1 genauer gesagt ein Gehäuseteil, in welchem die elektrischen Verbindungsleitungen 3 abschnittsweise eingegossen sind, ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich als eine Unterschale oder als ein Grundkörper des Batteriemanagementmoduls 2 ausgebildet. Das elektrische und/oder elektronische Bauelement 4 des Batteriemanagementmoduls 2 ist in diesem Beispiel als ein Elektronikbaustein ausgebildet, welcher beispielsweise einer Zellspannungsüberwachung und einem so genannten Balancing dient. Dieses elektrische und/oder elektronische Bauelement 4 ist auf die nach oben abgewinkelten inneren Kontaktierungsbereiche 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3 beispielsweise aufgesteckt oder mit diesen verschweißt.
Die als Kontaktfähnchen ausgebildeten elektrischen Verbindungselemente 3, über welche beispielsweise ein Zellspannungsabgriff von den Einzelzellen 6 erfolgt, können als einzelne Elemente ausgebildet sein oder als Stanzgitter 8. Die elektrischen Verbindungselemente 3 sind in das Material des Gehäuses 1 oder in diesem Ausführungsbeispiel des Grundkörpers des Gehäuses 1 abschnittsweise eingegossen. Die Einzelzellen 6 sind mit auf deren Zellpole 9 aufgesetzten Zellverbindern 10 elektrisch verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind sie elektrisch in Reihe verbunden, d. h. elektrisch seriell. Die Einzelzellen 6 sind, wie bereits erwähnt, als prismatische Einzelzellen 6 ausgebildet, insbesondere als so genannte prismatische Hardcase-Zellen. In anderen Ausführungsformen sind, wie erwähnt, auch anderen Formen von Einzelzellen 6 möglich.
In 6 sind die elektrischen Verbindungsleitungen 3 nicht als Stanzgitter 8 ausgebildet, sondern als einzelne Kontaktierungsfahnen, auch als Kontaktfähnchen bezeichnet. Diese einzelnen elektrischen Verbindungsleitungen 3 werden mit dem Material zur Ausbildung des Gehäuses 1 des Batteriemanagementmoduls 2 abschnittsweise umgossen, beispielsweise umspritzt. Die inneren Kontaktierungsbereiche 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche nach innen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt werden und auf welche das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 4 aufgesetzt wird, sind nach oben abgewinkelt. Die äußeren Kontaktierungsbereiche 3.1 der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche nach außen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt werden, sind in Form von Plättchen ausgebildet und dienen der Kontaktierung der Einzelzellen 6, um beispielsweise die Zellspannung abzugreifen.
In 7 sind diese einzelnen elektrischen Verbindungsleitungen 3 im Gehäuse 1, genauer gesagt im Grundkörper des Gehäuses 1 des Batteriemanagementmoduls 2 abschnittsweise eingegossen dargestellt. Dazu wurden sie beispielsweise mit dem Kunststoff zur Ausbildung des Gehäuses 1 abschnittsweise umspritzt.
Zur Verbesserung der Prozesse zum Teileeinlegen in das Gusswerkzeug können die einzelnen Kontaktierungsfahnen, d. h. die elektrischen Verbindungsleitungen 3, auch Bestandteil eines oben erwähnten Stanzgitters 8 oder mehrerer derartiger Stanzgitter 8 sein. Dies ist in 8 dargestellt. In diesem Beispiel sind jeweils eine Mehrzahl als Kontaktfähnchen ausgebildeter elektrischer Verbindungsleitungen 3, welche über Verbindungsstege 11 miteinander verbunden sind, als ein Stanzgitter 8 ausgebildet.
In diesem Beispiel sind die inneren Kontaktierungsbereiche 3.2 der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche nach innen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt werden, gerade ausgebildet, d. h. nicht abgewinkelt. Diese können direkt in das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 4 des Batteriemanagementmoduls 2, beispielsweise in dessen Elektronikbaustein, eingebunden werden, beispielsweise mittels Schweißung.
Zur Herstellung des Gehäuses 1 des Batteriemanagementmoduls 2 werden zwei Stanzgitter 8 in das Gusswerkzeug eingelegt und mit dem Material des Gehäuses 1 abschnittsweise umgossen, beispielsweise mit Kunststoff abschnittsweise umspritzt. Zur Herstellung der Funktionalität wird, nachdem das Gehäuse 1 ausgebildet und entformt ist, zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 3 jeweils ein Trennschnitt eingebracht, um die Verbindungsstege 11 des Stanzgitters 8 zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 3 zu durchtrennen, wie in 9 dargestellt. Um dies zu ermöglichen, ist das Gusswerkzeug, d. h. die Gussform, vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass während des Ausformens des Gehäuses 1 in der Gussform über den Verbindungsstegen 11 Aussparungen 12 ausgebildet werden, um im ausgeformten Gehäuse 1 einen Zugang eines Stanzwerkzeugs zu den Verbindungsstegen 11 zu ermöglichen, so dass die Verbindungsstege 11 mit dem Stanzwerkzeug durchtrennt werden können. Auf diese Weise werden zumindest die nicht benötigten Verbindungen zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 3 in einem Stanzprozess durchtrennt.
Die erläuterte Lösung, d. h. die Ausbildung des Gehäuses 1 mit darin eingegossenen elektrischen Verbindungsleitungen 3, ermöglicht durch die Ausnutzung der Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften der elektrischen Verbindungsleitungen 3 zur Stabilisierung des Gehäuses 1, insbesondere wenn die elektrischen Verbindungsleitungen 3 in Form eines metallischen Stanzgitters 8 ausgebildet sind, eine Gewichtsreduzierung des Gehäuses 1 durch dessen dünnere Ausbildung. Dadurch sind auch Material- und Kosteneinsparungen zu erzielen. Zusätzliche Armierungsmaßnahmen zur Stützung des Gehäuses 1 sind ebenfalls nicht erforderlich. Bei einer Ausbildung der elektrischen Verbindungsleitungen 3 als räumliche Stanzgitter 8, d. h. in einer dreidimensionalen Form, ist durch die Stanzgitter 8 auch eine Formgebung des Gehäuses 1 oder von Gehäuseteilen ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere Stanzgitter 8 in eine Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoff zur Ausbildung des Gehäuses 1 umspritzt.
Alternativ ist auch die Ausbildung eines metallischen Gehäuses 1 möglich. Hierzu werden elektrisch isolierte elektrische Verbindungsleitungen 3, welche vorteilhafterweise in Form eines Stanzgitters 8 ausgebildet sind und zur elektrischen Isolation beispielsweise eine Keramikbeschichtung aufweisen, abschnittsweise mit Metall umgossen, zum Beispiel umspritzt. Als Metall wird beispielsweise Zink, Magnesium oder Aluminium verwendet.
Wie bereits erwähnt, sind über die aus dem Gehäusematerial nach außen und nach innen herausgeführten Teile der elektrischen Verbindungsleitungen 3, welche Leitungsüberstände an Kontaktierungsstellen und dadurch äußere und innere Kontaktierungsbereiche 3.1, 3.2 bilden, die außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Einzelzellen 6 oder beispielsweise auch Temperatursensoren bzw. das im vom Gehäuse 1 umschlossenen Innenraum des Batteriemanagementmoduls 2 angeordnete zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 4, beispielsweise die Elektronikeinheit des Batteriemanagementmoduls 2, zu kontaktieren. Durchbrüche zum Herausführen der elektrischen Verbindungsleitungen 3 aus dem Material des Gehäuses 1 müssen nicht mit zusätzlichen Dichtelementen abgedichtet werden, da die elektrischen Verbindungsleitungen 3 bereits durch das abschnittsweise Umgießen abgedichtet sind, bei der Verwendung von Kunststoff, insbesondere durch das abschnittsweise Umspritzen mit dem Kunststoff im Spritzgussverfahren.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Batteriemanagementmodul
3: Verbindungsleitungen
3.1: äußerer Kontaktierungsbereich
3.2: innerer Kontaktierungsbereich
3.3: Leiterbahn
4: Bauelement
5: Batterie
6: Einzelzelle
7: Zellblock
8: Stanzgitter
9: Zellpol
10: Zellverbinder
11: Verbindungssteg
12: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009041738 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 61140 (VDE 0140-1): 2007-03, Abschnitt 7 [0008]
IEC 60529 [0008]
DIN EN 61140 (VDE 0140-1): 2007-03, Abschnitt 7 [0026]
IEC 60529 [0026]

Claims

Batteriemanagementmodul (2), gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1), zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (4) und elektrische Verbindungsleitungen (3) zum Verbinden des zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (4) zumindest mit Zellpolen (9) von Einzelzellen (6) einer Batterie (5), wobei die elektrischen Verbindungsleitungen (3) abschnittsweise in das Gehäuse (1) eingegossen sind.
Batteriemanagementmodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet ist.
Batteriemanagementmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen (3) als zumindest ein Stanzgitter (8) ausgebildet sind.
Batteriemanagementmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen (3) bei einem aus Metall ausgebildeten Gehäuse (1) mit einer elektrischen Isolierung ummantelt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriemanagementmoduls (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei elektrische Verbindungsleitungen (3), welche zum Verbinden zumindest eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (4) des Batteriemanagementmoduls (2) zumindest mit Zellpolen (9) von Einzelzellen (6) einer Batterie (5) vorgesehen sind, abschnittsweise in ein Gehäuse (1) des Batteriemanagementmoduls (2) eingegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus Kunststoff oder aus Metall ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen (3) aus zumindest einem Stanzgitter (8) ausgebildet werden, welches abschnittsweise in das Gehäuse (1) des Batteriemanagementmoduls (2) eingegossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem aus Metall auszubildenden Gehäuse (1) die in das Gehäuse (1) einzugießenden elektrischen Verbindungsleitungen (3) mit einem elektrisch isolierenden Material ummantelt werden.