DE102016112430A1

DE102016112430A1 - Platine, Batterie und Batterieanordnung

Info

Publication number: DE102016112430A1
Application number: DE102016112430.3A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: E Seven Systems Technology Management Ltd
Current assignee: E Seven Systems Technology Management Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2017-12-07
Also published as: DE102016112431A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Platine (1) zur Verbindung von Batteriezellen (13) aus einem nichtleitenden Substrat mit einer Vorderseite (2) und einer Rückseite, wobei die Platine (1) voneinander beabstandete Paare von elektrisch leitenden Kontaktierungselementen (3) aufweist, wobei jedes Paar von Kontaktierungselementen (3) ein erstes Kontaktierungselement (3) auf der Vorderseite (2) und ein zweites Kontaktierungselement (3) auf der Rückseite der Platine (1) umfasst, und wobei jedes erste Kontaktierungselement (3) mit jedem zweiten Kontaktierungselement (3) elektrisch leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß sind mehrere Paare von Kontaktierungselementen (3) jeweils von einer in der Platine (1) angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterschleife (7) umschlossen und mit dieser elektrisch leitend verbunden. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie (8) mit mindestens einer erfindungsgemäßen Platine (1) und mit einer Zellanordnung (12), wobei die Zellanordnung (12) mehrere Batteriezellen (13) aufweist, die in einer elektrischen Reihen- und Parallelschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die Zellanordnung (12) mehrere Batteriereihen (14) mit elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen (13) aufweist, und wobei zwischen zwei Batteriereihen (14) jeweils eine Platine (1) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Batterieanordnung (23) mit der erfindungsgemäßen Batterie (8) und einem tragbaren Behältnis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platine zur Verbindung von Batteriezellen aus einem nichtleitenden Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Platine voneinander beabstandete Paare von elektrisch leitenden Kontaktierungselementen aufweist, wobei jedes Paar von Kontaktierungselementen ein erstes Kontaktierungselement auf der Vorderseite und ein zweites Kontaktierungselement auf der Rückseite der Platine umfasst, und wobei jedes erste Kontaktierungselement mit jedem zweiten Kontaktierungselement elektrisch leitend verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik sind Platinen hinlänglich bekannt, mit denen sich unterschiedliche Komponenten kontaktieren lassen. Dabei sind auf der einen und der anderen Seite einer Platine Kontaktierungselemente vorgesehen. Durch die Kontaktierungselemente wird eine Kontaktierung mit Kontaktierungsstellen der zu verbindenden Komponenten ermöglicht. Innerhalb der Platine sind die Kontaktierungselemente elektrisch leitend miteinander verbunden. Dadurch wird erreicht, dass ein Stromfluss zwischen zwei Kontaktierungselementen erfolgen kann. Da das Substrat der Platine nichtleitend ausgeführt ist, findet eine elektrische Leitung über die Kontaktierungsstellen der zu verbindenden Komponenten nur über die elektrisch leitenden Kontaktierungselemente statt.
Der Stand der Technik kennt ferner Batterien mit parallel und in Reihe geschalteten Batteriezellen. Mit einer solchen Zellanordnung ist es möglich, eine Batterie mit einer gewünschten Kapazität und Spannung bereitzustellen. Eine entsprechende Verschaltung der Batteriezellen kann beispielsweise durch eine Metallplatte oder durch eine Verbindung mittels einzelner Kabel erreicht werden. Eine Verschaltung der Zellen mit einer Metallplatte weist keine besonderen Vorteile auf und eine Verschaltung mittels einzelner Kabel ist sehr umständlich. Eine gewöhnliche Platine, wie sie vorab beschrieben wurde, ist zu einer entsprechenden Verbindung nicht geeignet.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur Verschaltung von in Reihe und parallel geschalteter Batteriezellen besonders gut geeignet ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Verschaltung von in Reihe und parallel geschalteten Batteriezellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere Paare von Kontaktierungselementen jeweils von einer in der Platine angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterschleife umschlossen und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind. Durch die Platine wird sichergestellt, dass die Batteriezellen nur an wohldefinierten Punkten, und zwar den Kontaktierungselementen, mit der Platine in elektrischen Kontakt treten. Somit wird ein wohldefinierter Übergang zwischen der Platine und den Batteriezellen gebildet. Es hat sich herausgestellt, dass dies einen besonders vorteilhaften Effekt auf bei der Nutzung der Batterie auftretende Lade- und Entladeströme ausübt.
Ein Paar von Kontaktierungselementen ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die beiden Kontaktierungselemente jedes Paars auf der Vorder- und der Rückseite der Platine zueinander gegenüberliegend angeordnet sind. Es sind erfindungsgemäß aber auch abweichende Ausführungsformen möglich, gemäß denen die Kontaktierungselemente nicht zueinander gegenüberliegend angeordnet sind.
Erfindungsgemäß kann die Leiterschleife durchgehend in der Platine angeordnet sein, wobei sie lediglich auf der Vorder- und der Rückseite jeweils von einer isolierenden Schicht überzogen ist. Die Leiterschleife kann jedoch auch auf der Vorder- und/oder der Rückseite des Substrats in einer dünnen Schicht aufgebracht sein, wobei sie auf der Vorder- und der Rückseite von einer isolierenden Schicht überzogen ist. Ist die Leiterschleife auf der Vorder- und auf der Rückseite als dünne Schicht aufgebracht, so ist sie vorzugsweise in einer spiegelbildlichen Anordnung auf der Vorder- und der Rückseite vorgesehen.
Es hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft für die Temperaturverteilung innerhalb der Batterie ist, wenn die Paare von Kontaktierungselementen von Leiterschleifen umschlossen sind, mit denen die Kontaktierungselemente elektrisch leitend verbunden sind. Dies kann die Entstehung von Temperaturhotspots verringern. Begründet ist dies unter anderem darin, dass die Leiterschleifen jeweils einen geschlossenen, elektrisch leitenden Umlauf bilden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Paar von Kontaktierungselementen mittig beabstandet zu einer Leiterschleife angeordnet, die das Paar von Kontaktierungselementen umschließt. Bei einer mittigen Beabstandung weist das Paar von Kontaktierungselementen zu gegenüberliegenden Kanten der umgebenden Leiterschleife jeweils den gleichen Abstand auf. Vorzugsweise ist die Leiterschleife kreisförmig ausgebildet. In diesem Fall ist das Paar von Kontaktierungselementen als mittig beabstandet anzusehen, wenn es im Zentrum des durch die Leiterschleife gebildeten Kreises angeordnet ist.
Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leiterschleifen von einer kreisform abweichende Formen wie beispielsweise eine elliptische Form, eine rechteckige Form oder eine Knochenform aufweisen.
Vorzugsweise ist mindestens eine Leiterschleife von mindestens einer weiteren Leiterschleife umschlossen, wobei sich unmittelbar umschließende Leiterschleifen elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch die Verwendung mehrerer sich umschließender Leiterschleifen je Paar von Kontaktierungselementen die positiven Effekte auf die Temperaturentwicklung weiter erhöht werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine ein Paar von Kontaktierungselementen umschließende Leiterschleife beziehungsweise mindestens eine ein Paar von Kontaktierungselementen umschließende äußere Leiterschleife so auf der Platine angeordnet, dass sie mit mindestens zwei Leiterschleifen beziehungsweise äußersten weiteren Leiterschleifen elektrisch leitend verbunden ist, die andere Paare von Kontaktierungselementen umschließen. Durch die elektrisch leitende Verbindung der Leiterschleifen sind indirekt auch die Paare von Kontaktierungselementen miteinander verbunden. Wird die Platine mit mehreren Batteriezellen einer Batterie vorder- und rückseitig über die Kontaktierungselemente der Platine verbunden, erfolgt somit eine Parallelschaltung der Batteriezellen. Aufgrund der Ausführung der Leiterschleifen ergibt sich dabei eine besonders vorteilhafte Strom- und somit auch Wärmeverteilung innerhalb der Batterie. Durch die erfindungsgemäße Parallelschaltung mehrerer Batteriezellen über die Leiterschleifen wird ein Ausgleichseffekt der Ladungsströme durch die einzelnen Batteriezellen erreicht. Durch einen möglichst gleichmäßigen Ladungsstrom durch sämtliche Batteriezellen werden Temperaturhotspots vermieden und dadurch kann die Ladungsdichte der Batterie durch eine engere Anordnung der Batteriezellen zueinander erhöht werden.
Erfindungsgemäß kann die mindestens eine Leiterschleife bzw. die mindestens eine weitere Leiterschleife mit mindestens zwei anderen Leiterschleifen bzw. äußersten weiteren Leiterschleifen verbunden sein, indem sich die Leiterschleifen bzw. äußersten weiteren Leiterschleifen tangieren, überlappen, schneiden oder durch Leiterbahnen miteinander verbunden sind, sodass sie einen Verbund von Leiterschleifen bilden. Wenn sich zwei Leiterschleifen tangieren, so berühren sie sich lediglich an einer Verbindungsstelle. Überlappen sich zwei Leiterschleifen, so liegen Bereiche der Leiterschleifen übereinander. Schneiden sich zwei Leiterschleifen, so liegen die beiden Leiterschleifen nicht nur teilweise übereinander, sondern jede Leiterschleife verläuft auch teilweise im Inneren der jeweils anderen Leiterschleife. Wenn zwei Leiterschleifen durch Leiterbahnen miteinander verbunden sind, so bedeutet dies, dass die beiden Leiterschleifen beabstandet voneinander angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zwischen den voneinander beabstandeten Leiterschleifen durch mindestens eine zusätzliche Leiterbahn im Substrat hergestellt wird, die zwischen den Leiterschleifen verläuft.
Vorzugsweise ist an dem Verbund von Leiterschleifen mindestens ein Kontakt vorgesehen. Hierbei handelt es sich um einen zusätzlichen Kontakt, der nicht zur Kontaktierung durch eine Batteriezelle vorgesehen ist. Der Kontakt kann beispielsweise zum Anschluss einer Messvorrichtung dienen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann mindestens ein Paar von Kontaktierungselementen mit der Leiterschleife, von der es umschlossen ist, durch eine Beabstandungsleiterbahn elektrisch leitend verbunden sein. Die Beabstandungsleiterbahn ermöglicht es, dass das Paar von Kontaktierungselementen beabstandet von der Leiterschleife im Substrat vorliegt und trotzdem mit der Leiterschleife, die es umschließt, elektrisch leitend verbunden ist.
Erfindungsgemäß können die Beabstandungsleiterbahnen stets gleichförmig ausgerichtet sein. Die Beabstandungsleiterbahnen können in benachbarten Leiterschleifen jedoch auch abweichend ausgerichtet sein. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung von Leiterschleifen auf einer Platine, bei der in einer ersten Reihe von Leiterschleifen die Beabstandungsleiterbahnen in einer Richtung verlaufen, die zur ersten Reihe der Leiterschleifen in einem rechten Winkel ausgerichtet ist, und wobei in einer an die erste Reihe von Leiterschleifen anliegenden zweiten Reihe die Beabstandungsleiterbahnen in einer Richtung verlaufen, die zur zweiten Reihe von Leiterschleifen parallel ist, und wobei in einer an die zweite Reihe von Leiterschleifen anliegenden dritten Reihe von Leiterschleifen die Beabstandungsleiterbahnen in einer Richtung verlaufen, die zur dritten Reihe der Leiterschleifen in einem rechten Winkel ausgerichtet ist. Vorteilhafterweise sind die Reihen parallel zueinander ausgerichtet.
Erfindungsgemäß kann die Beabstandungsleiterbahn als Sicherung dimensioniert sein. Eine Sicherung bietet dabei einen wichtigen Schutz, falls sich starke Fluktuationen der Ströme innerhalb der Platine und insbesondere des Verbunds von Leiterschleifen ergeben. In diesem Falle verhindert eine solche Sicherung einen zu starken Stromfluss, der einzelne Batteriezellen beschädigen könnte.
Einzelne Batteriezellen können Defekte aufweisen oder durch die Benutzung über einen längeren Zeitpunkt Defekte erleiden, sodass ihr Widerstand entweder stark ansteigt oder sehr stark absinkt. Bei einer unvorteilhaften Verteilung von Batterien mit entsprechenden Normabweichungen kann es sich ergeben, dass einzelne Batteriezellen mit ungewöhnlich großen Strömen beaufschlagt werden. Die erfindungsgemäße Dimensionierung als Sicherung der Beabstandungsleiterbahn kann in einem solchen Fall einen zu starken Stromfluss unterbinden.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Kontaktierungselemente durch mehrere kreisförmig angeordnete Kontaktierungspunkte gebildet werden. Diese Kontaktierungspunkte sind leitfähig ausgebildet und können erfindungsgemäß mit Kontakten von Batteriezellen, die an der Platine angeordnet werden, in Verbindung treten. Die Kontaktierungspunkte können auf der Vorder- und/oder der Rückseite der Platine Erhebungen bilden. Die Batteriezellen werden somit beabstandet von der Vorder- oder Rückseite der Platine kontaktiert. Dies bietet die nachfolgend beschriebenen Vorteile. Da die Kontaktierungspunkte aus der Ebene der Platine herausragen ist eine einfachere Kontaktierung gewährleistet. Außerdem hat die Beabstandung weitere vorteilhafte Effekte. So hat es sich herausgestellt, dass bei der Auf- und Entladung einer Batterie aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Batteriezellen Wirbelströme auftreten können, dadurch bedingt, dass die Ströme in den Batteriezellen teilweise starke Magnetfelder hervorrufen können. Eine Platine, die zwischen den in Reihe geschalteten Batteriezellen eingebracht ist, kann entsprechende Wirbelstromeffekte vermindern. Dies kann auf die in der Platine vorhandenen Leiterbahnen und insbesondere die darin vorhandenen Leiterschleifen zurückgeführt werden.
Die Erhebungen, die durch die Kontaktierungspunkte gebildet werden, können erfindungsgemäß mit einer Höhe von 0,05 cm bis 1 cm, vorzugsweise mit einer Höhe von 0,3 bis 0,5 cm ausgeführt werden. Dadurch werden in Reihe geschaltete Batteriezellen, zwischen denen eine erfindungsgemäße Platine eingebracht ist, weiter voneinander beabstandet. Dies ist vorteilhaft, denn die Wirbelstromeffekte zwischen in Reihe geschalteten Batteriezellen lassen sich durch eine Beabstandung der Batteriezellen voneinander mindern.
Bevorzugt weisen die Kontaktierungselemente und die Platine in der Mitte jedes Kontaktierungselements eine Aussparung auf, wobei an einem Innenumfang der Aussparung ein Verbindungsleiter angeordnet ist. Dieser Verbindungsleiter kann erfindungsgemäß auf den Innenumfang aufgedampft sein. Ein solcher Verbindungsleiter dient dazu, die Kontaktierungspunkte zu verbinden, die sich auf der Vorder- und der Rückseite der Platine befinden. Ferner kann ein solcher Verbindungsleiter bei einer Ausführungsform, bei der auf der Vorder- und der Rückseite des nichtleitenden Substrats der Platine Leiterschleifen in einer dünnen Schicht aufgebracht sind, diese Leiterschleifen miteinander verbinden.
Ganz besonders bevorzugt weist die Platine mindestens eine Messleiterbahn mit zwei weiteren Kontakten zur Verbindung mit einer Messeinrichtung auf. Beispielsweise kann erfindungsgemäß eine Vorrichtung an die weiteren Kontakte angebracht sein, die eine Temperaturmessung anhand des Widerstands der Leiterbahn zwischen den Kontakten ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß auch der Anschluss sonstiger Messvorrichtungen an der Platine vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie mit mindestens einer erfindungsgemäßen Platine und mit einer Zellanordnung, wobei die Zellanordnung mehrere Batteriezellen aufweist, die in einer elektrischen Reihen- und Parallelschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die Zellanordnung mehrere Batteriereihen mit elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen aufweist, und wobei zwischen zwei Batteriereihen jeweils die erfindungsgemäße Platine angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Platine dient hier einer besonders praktischen und vorteilhaften Verbindung der Batteriezellen. Es hat sich gezeigt, dass sich beim Einsatz der Platine eine weitaus vorteilhaftere Wärmeverteilung innerhalb der Batterie ergibt, sodass die Batterie mit weitaus höheren Strömen geladen werden kann, als es bei den Batteriezellen in einer Anordnung ohne die erfindungsgemäße Platine möglich ist.
Batterien werden heutzutage üblicherweise über elektronische Schaltnetzteile bzw. Wechselrichter geladen und stellen ebenfalls über entsprechende Leistungselektronik die gespeicherte elektrische Energie Verbrauchern zur Verfügung. Moderne Batterien werden also grundsätzlich mit hochfrequenten Lade- und Entladeströmen belastet. Durch die hochfrequenten Schaltvorgänge in der Leistungselektronik bewegen sich die Ladungsträger durch die in Reihe miteinander geschalteten Batteriezellen in einer Art Wellenbewegung. Durch die hochfrequente Bewegung der Ladungsträger in den einzelnen Batteriezellen werden in den Batteriezellen Wechselstromfelder induziert, die Einfluss auf benachbarte und insbesondere auf die in Reihe unmittelbar vorausgehend und nachfolgend geschalteten Batteriezellen nehmen. Durch diese Wechselstromfelder entstehen in den benachbarten Batteriezellen zusätzliche Ladungsträgerverschiebungen, wodurch zum einen eine ungleichmäßige Verteilung der Ladungsträgerströme zwischen den Batteriezellen und zum anderen eine Temperaturerhöhung einzelner Batteriezellen hervorgerufen werden. Durch die Verwendung der Platine werden diese Wechselfelder nahezu vollständig von den in Reihe vorausgehenden oder nachfolgenden Batteriezellen abgeschirmt. Zudem wird durch die Verwendung der Leiterschleifen eine Dämpfung der hochfrequenten Ladungsträgerbewegungen in den Batteriezellen erreicht, sodass die üblicherweise entstehenden Wechselstromfelder deutlich reduziert werden können. Auf diese Weise kann der Einfluss der Leistungselektronik auf die Wärmeentwicklung innerhalb der Zellen deutlich verringert werden.
Erfindungsgemäß kann zwischen zwei Batteriereihen jeweils eine Platine so angeordnet sein, dass jeder Kontakt jeder Batteriezelle von einem Kontaktierungselement einer Batteriezelle kontaktiert wird. Ganz besonders bevorzugt ist die Batterie so ausgebildet, dass die Zellanordnung mehrere positive Endanschlüsse und mehrere negative Endanschlüsse aufweist, und wobei die positiven Endanschlüsse durch eine Plusleitungsanordnung und die negativen Endanschlüsse durch eine Minusleitungsanordnung elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei ein elektrischer Widerstand der Plusleitungsanordnung und der Minusleitungsanordnung so klein ist, dass bei einem Batterieladevorgang und/oder einem Batterieentladevorgang eine Temperaturverteilung zwischen den Batteriezellen ausschließlich durch die Zellanordnung vorgegeben ist.
Bei Versuchen hat es sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Temperaturverteilung innerhalb der Zellanordnung und insbesondere das Auftreten von Temperatur-Hot-Spots auch durch den elektrischen Widerstand der Kontaktierung der positiven Endanschlüsse und der negativen Endanschlüsse beeinflusst wird und dass auch bei vergleichsweise hohen Ladeströmen weniger Hot-Spots auftreten, wenn der elektrische Widerstand der Kontaktierung möglichst gering ist. Ein ausreichend niedriger elektrischer Widerstand kann beispielsweise durch eine geeignete Dimensionierung der Leitungsquerschnitte der Plusleitungsanordnung und der Minusleitungsanordnung erreicht werden. Dabei sind Querschnitte erforderlich, die deutlich größer als die üblicherweise verwendeten und beispielsweise in den entsprechenden Normen bei gegebenen Stromstärken als geeignet bezeichneten Querschnitten sind. Ebenso ist es erforderlich, dass die elektrischen Widerstände der Leitungsanordnungen deutlich niedriger als die üblicherweise als ausreichend angesehenen elektrischen Widerstände sind.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform werden die Plusleitungsanordnung und die Minusleitungsanordnung durch elektrisch leitende Platten gebildet, die an den positiven Endanschlüssen bzw. negativen Endanschlüssen elektrisch leitend anliegen. Zudem kann die Kontaktierung durch die Verwendung elektrisch leitender Platten sehr einfach und kostengünstig erreicht werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Batterieanordnung mit einem tragbaren Behältnis und der erfindungsgemäßen Batterie. Eine solche Batterieanordnung ist transportabel, sodass die Batterie unterwegs eingesetzt werden kann. Besonders bevorzugt ist das tragbare Behältnis als Koffer ausgebildet. Ein solcher Koffer lässt sich an unterschiedliche Orte verbringen, wo direkt eine Energieversorgung durch die Batterieanordnung erfolgen kann. Vorteilhafterweise weist die Batterieanordnung einen Wechselrichter auf. Somit lässt sich der durch die erfindungsgemäße Batterie abgegebene Gleichstrom in Wechselstrom wandeln. Damit lassen sich mobil verschiedenste Verbraucher betreiben, denen Wechselstrom zur Verfügung gestellt werden muss, beispielsweise Musikanlagen. Zudem kann die Batterie über den Wechselrichter einfach durch eine Wechselstromquelle geladen werden. Da sich der Wechselrichter in der Batterieanordnung befindet, ist kein zusätzlicher externer Wechselrichter notwendig. Vorzugsweise ist der Wechselrichter in das tragbare Behältnis, das als Koffer ausgebildet ist, fest integriert.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist die Batterieanordnung Kontaktierungsstellen an dem tragbaren Behältnis auf. Diese Kontaktierungsstellen befinden sich vorzugsweise an einer Außenseite des tragbaren Behältnisses. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei den Kontaktierungsstellen um Steckdosen. Dabei kann es sich erfindungsgemäß um Steckdosen für SchuKo-Stecker handeln. Somit kann ein Verbraucher sehr einfach an die Batterieanordnung angeschlossen werden. Zudem kann das Behältnis über entsprechende Kontaktierungsstellen vorteilhafterweise einfach beispielsweise mit einer Haussolaranlage verbunden werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben.
Dabei zeigt:
1 eine schematisch dargestellte Querschnittsansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platine,
2 eine schematisch dargestellte Vorderansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie mit der erfindungsgemäßen Platine,
3 eine schematisch dargestellte Draufsicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie mit der erfindungsgemäßen Platine, und
4 eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieanordnung mit der erfindungsgemäßen Batterie.
1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platine 1. Hierbei wird die Vorderseite 2 der Platine 1 gezeigt. Auf der Vorderseite 2 der Platine 1 befinden sich mehrere Kontaktierungselemente 3, die jeweils mehrere Kontaktierungspunkte 4 umfassen. In der Mitte jedes Kontaktierungselements 3 findet sich eine Aussparung 5 in der Platine 1. An der Innenseite der Aussparung 5 ist ein Verbindungsleiter 6 angeordnet, der die Kontaktierungselemente 3 auf den beiden Seiten auf der Vorderseite 2 und der Rückseite (nicht gezeigt) der Platine 1 miteinander verbindet.
Die Kontaktierungselemente 3 sind von elektrisch leitfähigen Leiterschleifen 7 umschlossen. Die Leiterschleifen 7 dienen einer besonders vorteilhaften Verteilung des elektrischen Stroms innerhalb der Platine 1, wenn die Platine 1 in einer Batterie 8 eingesetzt wird. Die Leiterschleifen 7 sind kreisförmig ausgebildet, wobei sich die Kontaktierungselemente 3 jeweils im Zentrum der Leiterschleifen 7 befinden. Die Leiterschleifen 7 sind jeweils durch eine Beabstandungsleiterbahn 8 mit den Kontaktierungselementen 3 elektrisch leitend verbunden. Die Beabstandungsleiterbahn 9 ist als Sicherung ausgebildet.
Die Leiterschleifen bilden einen Verbund von Leiterschleifen 7. Zusätzlich ist auf der Platine 1 ein Kontakt 10 an dem Verbund von Leiterschleifen 7 vorgesehen. Außerdem sind auf der Platine weitere Kontakte 11 an einer Messleiterbahn 12 vorgesehen. Mittels der Messleiterbahn 12 lässt sich beispielsweise die Temperatur der Platine 1 ermitteln.
2 und 3 zeigen eine schematische Vorderansicht und eine schematische Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 8 mit der erfindungsgemäßen Platine 1. Die Batterie 8 umfasst eine Zellanordnung 13 mit mehreren Batteriezellen 14. Die Batteriezellen 14 sind in einer Batteriereihe 15 angeordnet, die mehrere in Reihe geschaltete Batterieabschnitte 16 aufweist. Jeder Batterieabschnitt 16 besteht aus mehreren elektrisch parallel geschalteten Batteriezellen 14, wobei die Batteriezellen 14 übereinander und nebeneinander angeordnet sind.
Die Zellanordnung 13 bzw. die Batteriereihe 15 weist mehrere positive Endanschlüsse 17 sowie mehrere negative Endanschlüsse 18 auf. Die positiven Endanschlüsse 17 sind durch eine Plusleitungsanordnung 19 und die negativen Endanschlüsse 18 durch eine Minusleitungsanordnung 20 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Bei der Plusleitungsanordnung 19 und der Minusleitungsanordnung 20 handelt es sich jeweils um elektrisch leitende Platten 21 aus Kupfer. Eine Dicke 22 der Platten 21 ist jeweils so bemessen, dass ein elektrischer Widerstand der Platten 21 so klein ist, dass bei einem Batterieladevorgang und/oder einem Batterieendladevorgang eine Temperaturverteilung zwischen den Batteriezellen 14 ausschließlich durch die Zellanordnung 13 vorgegeben ist.
Die Batteriezellen 14 eines Batterieabschnitts 16 sowie die Batteriezellen 14 eines benachbarten Batterieabschnitts 16 sind jeweils über eine erfindungsgemäße Platine 1 elektrisch leitend miteinander verbunden. Über die Platinen 1 wird auch die elektrisch leitende Reihenschaltung der benachbart zueinander angeordneten Batterieabschnitte 15 erreicht. Die Platinen 1 sorgen für eine besonders einfache Kontaktierung der Batteriezellen 14, eine besonders gute Wärmeverteilung innerhalb der Zellanordnung 13 und dienen zusätzlich als Sicherungsanordnung an den Batteriezellen 14.
Die Batteriezellen 14 eines Batteriezellenabschnitts 16 liegen in Zellmantelbereichen 23 aneinander an. Auf diese Weise kann ein besonders kompakter Aufbau der Batterie 8 erreicht werden. In der Zeichnung ist exemplarisch ein Zellmantelbereich 23 einer Batteriezelle 14 mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieanordnung 24 mit der erfindungsgemäßen Batterie. Dabei ist das tragbare Behältnis als ein Koffer 25 mit einem Tragegriff 26 ausgebildet. Innerhalb des Koffers 25 befinden sich die erfindungsgemäße Batterie 8 und ein Wechselrichter (nicht gezeigt). An einer Außenseite des Koffers 25 sind Kontaktierungsstellen 27 in einer Steckdose 28 vorgesehen. Somit können mittels der Batterieanordnung 24 Wechselstromverbraucher mit Wechselstrom versorgt werden.
Bezugszeichenliste

1: Platine
2: Vorderseite
3: Kontaktierungselement
4: Kontaktierungspunkt
5: Aussparung
6: Verbindungsleiter
7: Leiterschleife
8: Batterie
9: Beabstandungsleiterbahn
10: Kontakt
11: Weiterer Kontakt
12: Messleiterbahn
13: Zellanordnung
14: Batteriezelle
15: Batteriereihe
16: Batterieabschnitt
17: Positiver Endanschluss
18: Negativer Endanschluss
19: Plusleitungsanordnung
20: Minusleitungsanordnung
21: Elektrisch leitende Platte
22: Dicke
23: Zellmantelbereich
24: Batterieanordnung
25: Koffer
26: Tragegriff
27: Kontaktierungsstelle
28: Steckdose

Claims

Platine (1) zur Verbindung von Batteriezellen (13) aus einem nichtleitenden Substrat mit einer Vorderseite (2) und einer Rückseite, wobei die Platine (1) voneinander beabstandete Paare von elektrisch leitenden Kontaktierungselementen (3) aufweist, wobei jedes Paar von Kontaktierungselementen (3) ein erstes Kontaktierungselement (3) auf der Vorderseite (2) und ein zweites Kontaktierungselement (3) auf der Rückseite der Platine (1) umfasst, und wobei jedes erste Kontaktierungselement (3) mit jedem zweiten Kontaktierungselement (3) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare von Kontaktierungselementen (3) jeweils von einer in der Platine (1) angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterschleife (7) umschlossen und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind.
Platine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paar von Kontaktierungselementen (3) mittig beabstandet zu einer Leiterschleife (7) angeordnet ist, die das mindestens eine Paar von Kontaktierungselementen (3) umschließt.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (7) kreisförmig ausgebildet ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterschleife (7) von mindestens einer weiteren Leiterschleife (7) umschlossen ist, wobei sich unmittelbar umschließende Leiterschleifen (7) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Platine (1) nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine ein Paar von Kontaktierungselementen (3) umschließende Leiterschleife (7) beziehungsweise äußerste weitere Leiterschleife (7) mit mindestens zwei anderen Leiterschleifen (7) beziehungsweise äußersten weiteren Leiterschleifen (7) elektrisch leitend verbunden ist, die andere Paare von Kontaktierungselementen (3) umschließen.
Platine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterschleife (7) beziehungsweise die mindestens eine äußerste weitere Leiterschleife (7) mit mindestens zwei anderen Leiterschleifen (7) beziehungsweise äußersten weiteren Leiterschleifen (7) verbunden ist, indem sich die Leiterschleifen (7) beziehungsweise äußersten weiteren Leiterschleifen (7) tangieren, überlappen, schneiden oder durch Leiterbahnen miteinander verbunden sind, sodass sie einen Verbund von Leiterschleifen (7) bilden.
Platine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an oder elektrisch verbunden mit dem Verbund von Leiterschleifen (7) mindestens ein Kontakt (9) vorgesehen ist.
Platine (1) einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paar von Kontaktierungselementen (3) mit der Leiterschleife (7), von der es umschlossen ist, durch eine Beabstandungsleiterbahn (8) elektrisch leitend verbunden ist.
Platine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandungsleiterbahn (8) als Sicherung dimensioniert ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kontaktierungselement (3) durch mehrere kreisförmig angeordnete Kontaktierungspunkte (4) gebildet wird.
Platine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungspunkte (4) auf der Vorder- und/oder der Rückseite der Platine (1) Erhebungen bilden.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (3) und die Platine (1) in der Mitte des Kontaktierungselements (3) eine Aussparung (5) aufweisen, wobei an einem Innenumfang der Aussparung (5) ein Verbindungsleiter (6) angeordnet ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) mindestens eine Messleiterbahn (11) mit zwei weiteren Kontakten (10) zur Verbindung mit einer Messeinrichtung aufweist.
Batterie mit mindestens einer Platine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und mit einer Zellanordnung (12), wobei die Zellanordnung (12) mehrere Batteriezellen (13) aufweist, die in einer elektrischen Reihen- und Parallelschaltung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die Zellanordnung (12) mehrere Batteriereihen (14) mit elektrisch in Reihe geschalteten Batteriezellen (13) aufweist, und wobei zwischen zwei Batteriereihen (14) jeweils eine Platine (1) angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Batteriereihen (14) jeweils eine Platine (1) so angeordnet ist, dass jeder Kontakt (9) jeder Batteriezelle (13) von einem Kontaktierungselement (3) einer Batteriezelle (13) kontaktiert wird.
Batterie nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellanordnung (12) mehrere positive Endanschlüsse (16) und mehrere negative Endanschlüsse (17) aufweist, und wobei die positiven Endanschlüsse (16) durch eine Plusleitungsanordnung (18) und die negativen Endanschlüsse (17) durch eine Minusleitungsanordnung (19) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei ein elektrischer Widerstand der Plusleitungsanordnung (18) und der Minusleitungsanordnung (19) so klein ist, dass bei einem Batterieladevorgang und/oder einem Batterieentladevorgang eine Temperaturverteilung zwischen den Batteriezellen (13) ausschließlich durch die Zellanordnung (12) vorgegeben ist.
Batterie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Plusleitungsanordnung (18) und die Minusleitungsanordnung (19) durch elektrisch leitende Platten gebildet werden, die an den positiven Endanschlüssen (16) bzw. negativen Endanschlüssen (17) elektrisch leitend anliegen.
Batterieanordnung (23) mit einem tragbaren Behältnis und der Batterie nach einem der Ansprüche 14 bis 17.
Batterieanordnung (23) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das tragbare Behältnis als Koffer (25) ausgebildet ist.
Batterieanordnung (23) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass es einen mit der Batterie (8) verbundenen Wechselrichter aufweist.
Batterieanordnung (23) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es Kontaktierungsstellen (27) an dem tragbaren Behältnis aufweist.