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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/818,975 vom 3. Mai 2013, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieüberwachungssystem, das mit einem Batteriepol verbunden werden kann, um Betriebsbedingungen der Batterie zu messen.
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Stand der Technik
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Hybride und nicht-hybride Fahrzeuge können mit Energiespeichereinrichtungen wie etwa Batterien ausgestattet sein, um das Fahrzeug und andere Einrichtungen in dem Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Eine Batterieüberwachungseinrichtung kann mit einem Batteriepol verbunden sein und konfiguriert sein, um Betriebsbedingungen der Batterie zu erfassen. Derartige Verbindungen können in Kraftfahrzeugen mit einer Bleisäurebatterie, einem anderen Batterietyp oder einer ähnlichen Energiespeichereinrichtung verwendet werden. Die Batterieüberwachungseinrichtung kann vorteilhafterweise die Betriebsbedingungen der Batterie an eine Verbindungsdose oder eine andere Steuereinrichtung des Fahrzeugsystems berichten.
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Zusammenfassung
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt eine Fahrzeugbatterie-Überwachungsanordnung an. Die Anordnung umfasst einen Anschluss, der mit einem Batteriepol verbunden werden kann, einen Nebenschluss, der aus einem ersten Metallmaterial ausgebildet ist, und ein Kabel, das aus einem anderen zweiten Metallmaterial ausgebildet ist. Der Nebenschluss ist an einem Ende mit dem Anschluss verbunden. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Blech, das aus dem zweiten Metallmaterial ausgebildet ist. Das Blech ist an einem Teil eines anderen Endes des Nebenschlusses befestigt. Das Kabel ist an einem Ende mit dem Blech verbunden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1, 2 und 3 sind entsprechende Ansichten einer Batterieüberwachungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4, 5 und 6 sind entsprechende Ansichten eines Anschlusses der Batterieüberwachungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7, 8 und 9 sind entsprechende Ansichten eines Nebenschlusses, der an einem Ende an dem Anschluss der Batterieüberwachungsanordnung befestigt ist.
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10, 11 und 12 sind entsprechende Ansichten der Batterieüberwachungsanordnung in einem zusammengebauten Zustand, wobei sich der Nebenschluss durch das Batterieüberwachungsmodul erstreckt und an dem einen Ende an dem Anschluss befestigt ist und an einem anderen Ende an einem Kabel befestigt ist.
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13 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieüberwachungsanordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zusammengebauten Zustand.
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14 ist eine vergrößerte Ansicht der Schweißbefestigung zwischen den Kabellitzen und dem Schweißteilblech des Nebenschlusses der Anordnung von 13.
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15 zeigt das Stanzen eines Metallblechs auf den Kabelschweißbereich eines Nebenschlusses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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16A, 16B und 16C zeigen das Plattieren eines Metallblechs auf den Kabelschweißbereich eines Nebenschlusses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene andere Ausführungsformen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt sein können, um Details bestimmter Ausführungsformen zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen Details des Aufbaus und der Funktion sind also nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die Erfindung umsetzen möchte.
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1, 2 und 3 sind entsprechende Ansichten einer Batterieüberwachungsanordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Batterieüberwachungsanordnung 10 umfasst ein Batterieüberwachungsmodul 12 und ein Kabel 14 für eine Verbindung mit dem Batterieüberwachungsmodul 12. Das Batterieüberwachungsmodul 12 kann mit einem Batteriepol 16 einer Batterie 18 verbunden werden, um Betriebsbedingungen der Batterie zu erfassen. Die Batterie 18 kann eine Bleisäure- oder andere Energiespeicher-/Energieausgabeeinrichtung (ein Kondensator, eine Brennstoffzelle usw.) sein, die gewöhnlich in Fahrzeugen verwendet wird. Das Batterieüberwachungsmodul 12 in dieser Ausführungsform kann sicher mit einem Batteriepol 16 durch ein kompressives Festziehen eines Anschlusses 20 oder einer anderen geeigneten Verbindung verbunden werden. Das Batterieüberwachungsmodul 12 kann konfiguriert oder auf andere Weise programmiert sein, um eine beliebige Anzahl von Vorgängen wie etwa ein Messen/Erfassen eines Stroms, einer Spannung oder von mit der Batterie 18 assoziierten Temperaturen zu unterstützen.
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Das Batterieüberwachungsmodul 12 kann eine Netzwerkschnittstelle 22 für die Verbindung mit einem Netzwerk-Fahrzeugelement (nicht gezeigt) wie etwa einer Verbindungsdose, eines Busses, eines Netzwerks usw. enthalten. Die Netzwerk-Schnittstelle 22 kann verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Signalen zwischen dem Batterieüberwachungsmodul 12 und der Fahrzeugsystem-Steuereinrichtung oder einem anderen Netzwerk-Fahrzeugelement, d. h. einem beliebigen Element, das nicht direkt Strom mit der Batterie 18 austauscht, zu übermitteln. Zum Beispiel kann eine Ein-Weg- oder Zwei-Wege-Kommunikation mit dem Batterieüberwachungsmodul 12 hergestellt werden, um eine beliebige Anzahl von Operationen wie etwa Operationen für das Erfassen und Messen eines Stroms, einer Spannung, einer Temperatur oder anderer Betriebsparameter der Batterie 18 zu bewerkstelligen.
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In 4, 5 und 6 und weiterhin in 1, 2 und 3 sind entsprechende Ansichten eines Anschlusses 20 für die Verwendung mit der Batterieüberwachungsanordnung 10 gezeigt. Der Anschluss 20 kann aus einem verzinnten Messing oder einem anderen geeigneten Material bestehen, das geeignet ist, um Strom von dem Batteriepol 16 zu leiten. Der Anschluss 20 kann für die Anbringung an einem zylindrischen konischen oder anders geformten Batteriepol 16 konfiguriert sein. Der Anschluss 20 umfasst zwei Klemmen 24 und 26, die durch ein vertikales Festziehen eines Schraubsystems 28 zueinander komprimiert werden. Eine Fläche (nicht gezeigt) einer in dem Schraubsystem 28 verwendeten Platte 30 kann winkelig oder anders geformt sein, um zu veranlassen, dass sich die Klemmen 24 und 26 zueinander bewegen, wenn eine Anordnung aus einer Mutter 32 und einer Schraube 34 nach unten komprimiert wird.
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Der Anschluss 20 umfasst weiterhin einen Arm 38, der sich auf der Seite gegenüber dem Schraubsystem 28 erstreckt, um eine elektrische Verbindung mit einem Nebenschluss 40 (dem in anderen Figuren gezeigten Nebenschluss 40) zu bewerkstelligen. Der Arm 38 kann eine erste Seite 38' und eine zweite Seite 38'' enthalten, die allgemein vertikal oder parallel zu dem Batteriepol 16 sind. Ein Teil 39 des Arms 38 kann mit einem Winkel zu dem Rest der zweiten Seite 38'' angeordnet sein, sodass sich der Querschnitt von dem Teil darunter unterscheidet. Die durch den Arm 38 getragene elektrische Verbindung kann verwendet werden, um den Batteriepol 16 mit anderen Fahrzeugelementen (nicht gezeigt) zu verbinden.
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7, 8 und 9 und weiterhin die vorstehend genannten Figuren zeigen einen Nebenschluss 40, der an einem Ende an dem Anschluss 20 befestigt ist. Der Nebenschluss 40 umfasst einen Bimetallkörper mit Teilen 54 und 56 aus Kupfer (oder einer Kupferlegierung) und einem Teil 58 aus einem resistiven Kupfer (oder einer resistiven Kupferlegierung). Der resistive Kupferteil 58 kann Manganin enthalten. Die Kupferteile 54 und 56 entsprechen jeweils den Enden des Nebenschlusses 40. Der resistive Kupferteil 58 ist zwischen den Kupferteilen 54 und 56 derart angeordnet, dass ein Strom in einer Richtung durch einen der Kupferteile 54 und 56, durch den resistiven Kupferteil 58 und schließlich durch den anderen der Kupferteile 54 und 56 in Abhängigkeit davon fließt, ob die Batterie 18 geladen oder entladen wird. Der resistive Kupferteil 58 kann als ein Messelement verwendet werden, das geeignet ist, um hohe Ströme zu leiten.
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Der Nebenschluss 40 umfasst eine erste Seite 40' und eine zweite Seite 40''. Die erste Seite 40' des Nebenschlusses 40 ist dem Arm 38 des Anschlusses 20 zugewandt. Ein Querschnitt des Nebenschlusses 40 in Entsprechung zu dem Messteil 58 kann eine kleinere Dicke aufweisen als die nicht-Messteile 54 und 56, um eine geringfügige Vertiefung auf der ersten Nebenschlussseite 40' relativ zu einer Ebene in Entsprechung zu der entsprechenden ersten Nebenschlussseite 40' der nicht-Messteile 54 und 56 zu bilden.
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10, 11 und 12 und weiterhin die zuvor genannten Figuren sind Ansichten der Batterieüberwachungsanordnung 10 in einem zusammengebauten Zustand. In dem zusammengebauten Zustand der Batterieüberwachungsanordnung 10 verläuft der Nebenschluss 40 durch das Batterieüberwachungsmodul 12 und ist an dem einen Ende an dem Anschluss 20 über einen Arm 38 des Anschlusses 20 und an dem anderen Ende an einem Kabel 60 befestigt. Wenn der Anschluss 20 mit einem Batteriepol 16 verbunden ist, wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriepol 16 und dem Kabel 60 über den Nebenschluss 40 und den Anschluss 20 hergestellt. Das Kabel 60 ist ein Kabel, ein Draht oder ein anderes Element, das geeignet ist, um Strom zwischen der Batterie 18 und einem Fahrzeugelement zu leiten. Das Kabel 60 umfasst einen äußeren isolierten Teil, der einen inneren Metallteil umgibt. Der innere Metallteil des Kabels 60 setzt sich aus Metalldrahtlitzen 62 zusammen. Die Drahtlitzen 62 des Kabels 60 erstrecken sich aus dem äußeren isolierten Teil an einem Ende des Kabels 60. Die Drahtlitzen 62 an diesem Ende des Kabels 60 und das Ende des Nebenschlusses 40 sind durch Schweißen oder Löten aneinander befestigt, um das Kabel 60 und den Nebenschluss 40 miteinander zu verbinden.
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Eine Lötmaschine oder ein anderes Schweißelement kann konfiguriert sein, um die Drahtlitzen 62 des Kabels 60 aus ihrer Kreisform in dem Kabel 60 zu einer flacheren Form zu komprimieren, die besser für die Befestigung an dem Nebenschluss 40 geeignet ist. Sobald die Drahtlitzen 62 an dem Nebenschluss 40 befestigt sind (oder auch in dem gleichen Montageprozess) kann ein Isolationsmaterial 64 über den Drahtlitzen-Verbindungsbereich 62 hinweg wärmegeschrumpft werden. Zum Beispiel kann ein rohrförmiges Schrumpffolienmaterial um den Nebenschluss 40 herum vorgesehen werden und durch eine Erwärmung für eine enge Passung komprimiert werden. Die Folie 64 kann eine Isolation für den leitenden Teil der Verbindung und/oder eine zusätzliche Isolation etwa für das Bedecken eines Zwischenraums zwischen dem Nebenschluss 40 und dem Anfang der Kabelisolation vorsehen.
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Wie in den Figuren gezeigt, umfasst das Batterieüberwachungsmodul 12 ein Gehäuse 65. Das Modulgehäuse 65 nimmt einen Teil des Nebenschlusses 40 auf. Das Modulgehäuse 65 kann ein nicht-leitendes Material enthalten, das konfiguriert ist, um eine erste Armseite 38' des Anschlusses 20 und eine zweite Nebenschlussseite 40' des Nebenschlusses 40 aufzunehmen. Das Modulgehäuse 65 kann um einen Anschluss 20 und den Nebenschluss 40 herum gegossen werden, nachdem der Nebenschlluss 40 an dem Arm 38 des Anschlusses 20 befestigt wurde. Das Batterieüberwachungsmodul 12 kann weiterhin eine Leiterplatte (PCB) in dem Modulgehäuse enthalten. Die PCB wird verwendet, um Batterieoperationen zu erfassen. Zum Beispiel können die PCB und der Nebenschluss 40 pressgepasst werden, um eine elektrische Verbindung für die Verwendung zum Erfassen von Batterieoperationen herzustellen. Die PCB kann auch elektrisch mit der Netzwerkschnittstelle 22 verbunden werden.
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Wie oben mit Bezug auf 7, 8 und 9 beschrieben, enthält der Nebenschluss 40 einen Bimetallkörper mit Kupferteilen 54 und 56 und einem resistiven Kupferteil 58. Die Kupferteile 54 und 56 entsprechen jeweils den Enden des Nebenschlusses 40, wobei der resistive Kupferteil 58 zwischen den Kupferteilen 54 und 56 angeordnet ist. Dabei weist der Nebenschluss 40 einen Kernkörper auf, der aus Kupfer (und/oder einer Kupferlegierung) ausgebildet ist.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Nebenschluss 40 weiterhin ein Metallblech 70. Das heißt, dass der Nebenschluss 40 den Kernkupferkörper und das Metallblech 70 umfasst. Das Metallblech 70 ist in dem Kupferteil (z. B. dem Kupferteil 54) an dem Ende des Nebenschlusses 40 integriert, an dem die Litzen 62 des Kabels 60 durch Schweißen oder Löten zu befestigen sind. Weiterhin ist das Metallblech 70 aus einem anderen Metall als dem Kupfer (der Kupferlegierung) und dem resistiven Kupfer (der resistiven Kupferlegierung) des Bimetallkörpers des Nebenschlusses 40 ausgebildet. Insbesondere sind das Metallblech 70 und der innere Metallteil des Kabels 60 (d. h. die Metalllitzen 62) aus dem gleichen Metall ausgebildet, wobei sich dieses Metall von dem Kupfer (der Kupferlegierung) und dem resistiven Kupfer (der resistiven Kupferlegierung) des Bimetallkörpers des Nebenschlusses 40 unterscheidet. In einer Ausführungsform ist das Metallblech 70 ein Aluminiumblech und ist der innere Metallteil des Kabels 60 aus Aluminium ausgebildet. Dabei sind die Drahtlitzen 62 des Kabels 60 Aluminiumlitzen.
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In dieser Ausführungsform ist der Körper des Nebenschlusses 40 aus Kupfer ausgebildet, ist das an einem Teil des Nebenschlusses 40 integrierte Metallblech 70 aus Aluminium ausgebildet und ist das Kabel 60 aus Aluminium ausgebildet. Daraus resultiert, dass das Metallblech 70 und das Kabel 60 aus dem gleichen Metalltyp (d. h. Aluminium) ausgebildet sind, der sich von dem Metalltyp (d. h. Kupfer) des Hauptkörpers des Nebenschlusses 40 unterscheidet.
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Gewöhnlich wird ein Kupferkabel als Kabel 60 für diesen Typ von Anwendung verwendet und ist der Nebenschluss standardmäßig aus Kupfer ausgebildet. Ein Aluminiumkabel ist jedoch kostengünstiger als ein entsprechendes Kupferkabel. Ein Problem bei der Verwendung eines Aluminiumkabels für das Kabel 60 besteht jedoch darin, dass das Aluminiumkabel nicht direkt unter Verwendung eines Hartlötens oder Ultraschallschweißens an einen Kupfernebenschluss geschweißt werden kann, weil die Schmelzpunkte der zwei Metalle (Aluminium und Kupfer) zu verschieden sind. Dagegen kann ein Kupfernebenschluss wegen der Kompatibilität mit dem Standard und der derzeit einzigen Alternative des Widerstandsmaterials des Nebenschlusses (Seebeck-Effekt) nicht durch Aluminium ersetzt werden. Deshalb ist in dieser Ausführungsform das Aluminiumblech 70 an dem Schweißteil des Nebenschlusses 40 vorgesehen (z. B. integriert), um ein Schweißen des Aluminiumkabels an den Nebenschluss 40 (aus Kupfer) zu ermöglichen. Das Aluminiumblech 70 an dem Kupfernebenschluss 40 kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines anderen Befestigungsprozesses als einem Schweißen oder Löten befestigt werden, wenn die Materialwärmeeigenschaften wie oben beschrieben inkompatibel sind. Insbesondere wird das Aluminiumblech 70 an dem Teil des Nebenschlusses 40 integriert, an den Kabellitzen 62 zu schweißen oder zu befestigen sind, indem es auf den Nebenschlussteil gestanzt oder plattiert wird.
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13 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieüberwachungsanordnung 10 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zusammengebauten Zustand. Die Batterieüberwachungsanordnung 10 umfasst ein Batterieüberwachungsmodul (Battery Monitoring System bzw. „BMS”-Modul) 12, einen Anschluss 20, einen Kupfernebenschluss 40 (in dem Modulgehäuse 65 aufgenommen) und ein Aluminiumkabel 60. Das Schrumpfrohr 64 umgibt das Ende des Kabels 60 und den damit verbundenen Teil des Nebenschlusses 40.
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13 und 14 sind vergrößerte Ansichten der Schweißbefestigung zwischen den Aluminiumlitzen 62 des Kabels 60 und dem Aluminiumblech 70 an dem Schweißteil des Nebenschlusses 40. 14 zeigt also eine vergrößerte Ansicht der Schweißbefestigung in dem Schrumpfrohr 64.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Aluminiumblech 70 an dem Kabelschweißbereich eines Kupfernebenschlusses wie etwa des Nebenschlusses 40 integriert ist, ermöglicht, dass das Aluminiumkabel an den Kupfernebenschluss 40 geschweißt oder gelötet wird. Die Aluminiumintegration des Nebenschlusses 40 muss an dem Kabelschweißteil des Nebenschlusses 40 vorgenommen werden. Das Aluminium kann unter Verwendung von verschiedenen Methoden wie etwa eines Stanzens oder Plattierens des Aluminiumblechs 70 auf den Kabelschweißteil des Kupfernebenschlusses 40 integriert werden.
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15 zeigt das Stanzen eines Metallblechs wie etwa des Aluminiumblechs 70 auf einen Kabelschweißteil 71 eines Nebenschlusses aus einem anderen Metall wie etwa des Kupfernebenschlusses 40 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Stanzprozess kann auch an Batterieklemmen verwendet werden.
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16A, 16B und 16C zeigen das Plattieren eines Metallblechs wie etwa eines Aluminiumblechs 70 auf den Kabelschweißteil 71 eines Nebenschlusses aus einem anderen Metall wie etwa des Kupfernebenschlusses. Wie in 16B gezeigt, kann dieser Plattierungsprozess auch an Erdanschlüssen verwendet werden. Wie in 16C gezeigt, werden die Aluminiumlitzen 62 des Kabels 60 an dem Aluminiumblech 70 befestigt.
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Unabhängig davon, ob das Metallblech 70 plattiert oder gestanzt oder auf andere Weise an dem entsprechenden Teil des Nebenschlusses 40 angebracht wird, können die Drahtlitzen 62 durch Schweißen, Löten, Crimpen oder Doppelcrimpen usw. an dem Metallblech 70 befestigt werden.
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Wie beschrieben, wird Kupfer gewöhnlich sowohl an Nebenschlüssen (verpflichtend) und Kabeln (eine Option in den meisten Standards) verwendet. Ein Kupferkabel und ein Kupfernebenschluss können problemlos direkt geschweißt werden. Ein Aluminiumkabel bietet bestimmte Vorteile gegenüber einem entsprechenden Kupferkabel, wobei ein Aluminiumkabel aber nicht direkt an einen Kupfernebenschluss geschweißt werden kann. Die Operation zum Schweißen eines Aluminiumkabels an einen Kupfernebenschluss kann durchgeführt werden, wenn die Kontaktfläche des Nebenschlusses eine damit integrierte Aluminiumschicht aufweist. Ein bestehendes BMS könnte also sein Kupferkabel direkt durch ein Aluminiumkabel ersetzen, wenn der Nebenschluss eine Aluminiumschicht auf den Schweißbereich des Nebenschlusses integriert. Die Integration dieser Aluminiumschicht auf den Nebenschluss kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden.
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Wie weiterhin genannt, sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine direkte Verbindung eines Aluminiumkabels mit dem Kupfernebenschluss für ein BMS-System vor, ohne dass hierfür der bestehende Entwurf und das Prozesskonzept geändert werden müssen. Die Änderung besteht lediglich darin, dass ein Aluminiumblech an dem bestehenden Nebenschluss integriert wird.
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Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
