DE102016120835A1

DE102016120835A1 - Platine zur Verbindung von Batteriezellen

Info

Publication number: DE102016120835A1
Application number: DE102016120835.3A
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: 2016-08-30
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-03-01
Also published as: PH12019500427A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platine (1) zur Verbindung von Batteriezellen, die teilweise aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei die Platine (1) auf einer ersten Seite (2) und auf einer zweiten Seite jeweils mindestens einen elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitt (7) aufweist, und wobei jeder Kontaktierungsabschnitt (7) mit jedem anderen Kontaktierungsabschnitt (7) elektrisch und thermisch leitfähig verbunden ist. Erfindungsgemäß ist in dem nicht elektrisch leitfähigen Material der Platine (1) ein Kern (12) aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material angeordnet, wobei auf dem Kern (12) abgewandten Seiten des nicht elektrisch leitfähigen Materials jeweils der mindestens eine Kontaktierungsabschnitt (7) angeordnet ist, und wobei mindestens ein elektrisch und thermisch leitfähiges Durchführungselement sich durch den Kern (12) und durch das auf dem Kern (12) beidseitig angeordnete, nicht elektrisch leitfähige Material erstreckt, und wobei das Durchführungselement gegenüber dem Kern (12) elektrisch isoliert ist. Ein Wärmestrom kann durch den Kern (12) aufgenommen und aus der Platine (1) abgeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platine zur Verbindung von Batteriezellen, die teilweise aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei die Platine auf einer ersten Seite und auf einer zweiten Seite jeweils mindestens einen elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitt aufweist, und wobei jeder Kontaktierungsabschnitt mit jedem anderen Kontaktierungsabschnitt elektrisch und thermisch leitfähig verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass innerhalb einer Batterie Batteriezellen miteinander über eine Platine miteinander elektrisch und thermisch leitfähig verbunden werden können. Dies erlaubt es, einen elektrischen Strom und einen Wärmestrom möglichst gleichmäßig innerhalb einer Batterie mittels einer solchen Platine zu verteilen. Hierdurch wird es insbesondere verhindert, dass sich in der Batterie lokale thermische Hot-Spots bilden, was besonders nachteilig für den Betrieb der Batterie ist. Es ist erwünscht, dass die Betriebstemperatur der Batterie möglichst niedrig gehalten wird. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Platine bereitzustellen, die dazu geeignet ist, einen Wärmestrom innerhalb einer Batterie nicht nur zu verteilen, sondern auch aus dieser abzuführen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Platine der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß so ausgebildet ist, dass in dem nicht elektrisch leitfähigen Material der Platine ein Kern aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material flächig angeordnet ist, wobei auf dem Kern abgewandten Seiten des nicht elektrisch leitfähigen Materials jeweils der mindestens eine Kontaktierungsabschnitt angeordnet ist, und wobei mindestens ein elektrisch und thermisch leitfähiges Durchführungselement sich durch den Kern und durch das auf dem Kern beidseitig angeordnete, nicht elektrisch leitfähige Material erstreckt, und wobei das Durchführungselement gegenüber dem Kern elektrisch isoliert ist und elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite und mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite verbunden ist, sodass eine elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung der Kontaktierungsabschnitte auf der ersten Seite mit den Kontaktierungsabschnitten auf der zweiten Seite durch das Durchführungselement hergestellt wird und ein Wärmestrom durch den Kern aufgenommen und aus der Platine abgeführt werden kann.
Der Kern ist aus einem sowohl elektrisch als auch thermisch leitfähigen Material ausgeführt. Elektrisch leitfähige Materialien bieten oftmals den Vorteil, dass sie auch thermisch sehr gut leitfähig sind. Der Kern ist in dem nicht elektrisch leitfähigen Material der Platine angeordnet. Dabei ist der Kern vorzugsweise flächig ausgeführt. So kann es sich bei dem Kern um eine Platte aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material handeln, an dem beidseitig das nicht elektrisch leitfähige Material angeordnet ist. Das nicht elektrisch leitfähige Material ist dabei vorzugsweise flächig auf den Kern aufgebracht. Der Kern muss aber nicht notwendigerweise flächig ausgestaltet sein. So ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass der Kern aus einzelnen Leiterelementen oder einem Gewebe von Leiterelementen ausgeführt ist. Abweichende geometrische Formen des Kerns sind erfindungsgemäß auch möglich.
Mindestens ein elektrisch und thermisch leitfähiges Durchführungselement ist durch das nicht elektrisch leitfähige Material und den Kern hindurchgeführt. Es verbindet den mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine. Dabei kann es die beiden Kontaktierungsabschnitte entweder unmittelbar oder aber indirekt, so zum Beispiel über weitere elektrisch und thermisch leitfähige Elemente, miteinander verbinden. Das Durchführungselement ist gegenüber dem Kern elektrisch isoliert. Dies ist notwendig, damit ein elektrischer Strom von dem Durchführungselement nicht aus der Platine über den Kern austreten kann. Dies ist in der Regel unerwünscht, da ein elektrischer Strom durch die Platine über mehrere Batteriezellen verteilt werden soll, aber nicht aus der Platine an weitere Elemente wie beispielsweise eine Wärmesenke, die mit dem Kern verbunden ist, abgeführt werden soll. Da es wesentlich aufwendiger ist, den Wärmesenke elektrisch leitfähig gegenüber weiteren Komponenten elektrisch zu isolieren, wird erfindungsgemäß bereits der Kern elektrisch leitfähig gegenüber einem durch die Verbindungselemente geführten elektrischen Strom isoliert. Die elektrische Isolierung kann dadurch bewirkt werden, dass ein elektrisch nicht leitfähiges Material das Durchführungselement in dem Kern umgibt. Dabei ist das das Durchführungselement umgebende nicht elektrisch leitfähige Material vorzugsweise in einer thermisch leitfähigen Verbindung sowohl mit dem Kern als auch mit dem Durchführungselement. Somit kann ein Wärmestrom von dem mindestens einen Durchführungselement auf den Kern geführt werden.
Erfindungsgemäß kann das nicht elektrisch leitfähige Material aus einem gängigen Substratmaterial ausgebildet sein, das bei Platinen beziehungsweise Leiterplatten Verwendung findet. Die elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitte sowie die elektrisch und thermisch leitfähigen Durchführungselemente sind vorzugsweise aus einem Metall ausgeführt. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei um Kupfer. Dies ist vorteilhaft, denn Kupfer weist eine besonders gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Die Platine kann unter Anwendung dem Fachmann bekannter Fertigungsverfahren für Leiterplatten kostengünstig hergestellt werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktierungsabschnitte und sonstige elektrisch und thermisch leitfähige Elemente auf der der ersten Seite und auf der zweiten Seite der Platine spiegelbildlich zueinander angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist hingegen das Layout auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite der Platine unterschiedlich ausgebildet.
Bevorzugt ist der Kern aus einer Kante der Platine mindestens abschnittsweise herausgeführt oder liegt an dieser frei. Somit ist der Kern dazu geeignet, thermische Energie seitlich aus der Platine herauszuführen. Der Kern kann dabei an mehreren Kanten der Platine aus dieser herausgeführt sein oder freiliegen. Bevorzugt ist der Kern in Umfangsrichtung vollständig aus einer Kante der Platine herausgeführt oder liegt an dieser in Umfangsrichtung vollständig frei. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass der Kern nicht an einer Kante der Platine freiliegt oder aus dieser herausgeführt ist, sondern durch eine Aussparung in dem nicht leitfähigen Material der Platine hindurch aus der Platine herausgeführt ist. Dabei sollte es sichergestellt werden, dass der Kern in diesem Bereich einen hinreichend großen Querschnitt aufweist, sodass gewährleistet werden kann, dass ein ausreichend großer Wärmestrom aus der Platine herausgeführt werden kann.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Kern mit einem thermisch leitfähigen Wärmeabfuhrelement thermisch leitfähig verbunden oder der Kern bildet ein thermisch leitfähiges Wärmeabfuhrelement, wobei das Wärmeabfuhrelement einen ersten flächigen Abschnitt aufweist, der in einer Ebene der Platine liegt, und wobei das Wärmeabfuhrelement einen zweiten flächigen Abschnitt aufweist, der in einer weiteren Ebene liegt, die in einem rechten Winkel zu der Ebene der Platine ausgerichtet ist. Ein solches Wärmeabfuhrelement ist besonders gut dazu geeignet, um einen Wärmestrom aus einer Batterie abzuführen. Der erste flächige Abschnitt ist dabei dazu geeignet, einen Wärmestrom aus einer Zellanordnung einer Batterie, in der die Platine angeordnet ist, herauszuführen. Der zweite flächige Abschnitt des Wärmeabfuhrelements ist dazu geeignet, diesen Wärmestrom an eine Wärmesenke abzugeben. Dazu kann der zweite flächige Abschnitt flächig an einer Wärmesenke anliegen. Bei dieser Wärmesenke kann es sich um ein Gehäuse handeln, das um eine Zellanordnung, in der die Platine angeordnet ist, herumgeführt ist. Es kann sich aber bei der Wärmesenke um ein sonstiges Kühlelement handeln. Da der zweite flächige Abschnitt des Wärmeabfuhrelements flächig ausgeführt ist, kann ein besonders großer Wärmestrom über diesen an eine Wärmesenke abgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann der Kern innerhalb der Platine aus einem Metall ausgeführt sein. Die meisten Metalle weisen nicht nur eine sehr gute elektrische, sondern auch eine sehr gute thermische Leitfähigkeit auf. Erfindungsgemäß kann der Kern dabei aus Kupfer ausgeführt sein. Der Kern kann alternativ jedoch auch aus einem sonstigen Metall oder aus einer Metalllegierung ausgeführt sein.
Besonders bevorzugt ist der Kern aus Aluminium ausgeführt. Aluminium weist eine sehr gute thermische Leitfähigkeit auf, weist aber auch eine niedrige Dichte auf. Hierdurch kann die Platine besonders leicht ausgeführt werden, was einen deutliche Auswirkung auf ein Gewicht einer Batterie haben kann, in der eine Vielzahl erfindungsgemäßer Platinen vorgesehen sind.
Die Platine kann erfindungsgemäß so ausgestaltet sein, dass auf der ersten Seite der Platine ein elektrisch und thermisch leitfähiger Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der die Kontaktierungsabschnitte auf der ersten Seite der Platine elektrisch und thermisch leitfähig miteinander verbindet, und wobei den Kontaktierungsabschnitten auf der ersten Seite jeweils eine elektrische Sicherung zugeordnet ist und der Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine mit jedem Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine über eine diesem Kontaktierungsabschnitt zugeordnete elektrische Sicherung verbunden ist, sodass die Kontaktierungsabschnitte auf der ersten Seite der Platine gegenüber dem Verbindungsabschnitt elektrisch gesichert sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Innenwiderstand einer Batteriezelle, mit der die Platine verbunden ist, aufgrund eines Fehlers in der Batteriezelle zusammenbricht, sodass ein zu hoher Strom durch diese Batteriezelle fließt. In diesem Fall wird eine elektrische Sicherung ausgelöst, die einem Kontaktierungsabschnitt der Platine zugeordnet ist, der mit der fehlerhaften Batteriezelle elektrisch und thermisch leitfähig verbunden ist. Ein überhöhter Strom kann somit aus der defekten Batteriezelle nicht in den Verbindungsabschnitt fließen. Im Ergebnis sind weitere Batteriezellen, die an weiteren Kontaktierungsabschnitten der Platine elektrisch und thermisch leitfähig anliegen, gegenüber der fehlerhaften Batteriezelle elektrisch gesichert.
Ganz besonders bevorzugt sind die Durchführungselemente so angeordnet, dass sie den Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine elektrisch und thermisch leitfähig verbinden, sodass jeder Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite gegenüber jedem anderen Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine und gegenüber jedem Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine durch mindestens eine elektrische Sicherung gesichert ist. Hierdurch wird eine elektrische Sicherung aller Kontaktierungsabschnitte gegenüber einander gewährleistet. Mit einer solchen Anordnung kann es vermieden werden, dass eine unnötig große Anzahl an Sicherungen vorgesehen werden muss. So ist es bei der erfindungsgemäßen Anordnung insbesondere nicht notwendig, dass leitfähige Durchführungselemente, die Kontaktierungsabschnitte der ersten Seite und der zweiten Seite der Platine miteinander verbinden, als Sicherungen dimensioniert werden müssen. Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen der Erfindung möglich, gemäß denen Durchführungselemente als Sicherungen dimensioniert sind. Erfindungsgemäß ist es insbesondere möglich, dass Durchführungselemente nicht in einem Verbindungsabschnitt angeordnet sind, sondern jeweils unmittelbar Kontaktierungsabschnitte auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite der Platine miteinander verbinden.
Es ist vorteilhaft, wenn der Verbindungsabschnitt als eine flächige, elektrisch und thermisch leitfähige Schicht auf der ersten Seite der Platine ausgebildet ist. Wenn der Verbindungsabschnitt als eine flächige Schicht ausgebildet ist, dann weist er eine sehr große elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und ist somit besonders gut dafür geeignet, einen elektrischen und einen thermischen Strom zwischen den Kontaktierungsabschnitten auf der ersten Seite der Platine zu verteilen. Alternativ kann der Verbindungsabschnitt als ein Verbund von Leiterbahnen ausgebildet sein, die miteinander elektrisch und thermisch leitfähig verbunden sind. Ein Verbund von Leiterbahnen bietet den Vorteil, dass dabei weniger elektrisch und thermisch leitfähiges Material für den Verbindungsabschnitt aufgewandt werden muss. Es verbleibt dabei auf der Platine zusätzlicher Platz für sonstige Komponenten, die auf dem nichtleitenden Material angeordnet werden können.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine in einem flächigen, elektrisch und thermisch leitfähigen Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite der Platine angeordnet. Wenn der Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite der Platine als eine flächige Schicht ausgebildet ist, dann weist er eine sehr große elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und ist somit besonders gut dafür geeignet, einen elektrischen und einen thermischen Strom zwischen den Kontaktierungsabschnitten auf der zweiten Seite der Platine zu verteilen. Der Verbindungs- und Kontaktierungsbereich kann jedoch auch abweichend ausgebildet sein. So sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen den die zweite Seite einen Verbindungsabschnitt und Kontaktierungsabschnitte aufweist, die spiegelbildlich zu dem Verbindungsabschnitt und den Kontaktierungsabschnitten auf der ersten Seite der Platine ausgebildet sind. Dabei kann erfindungsgemäß auch jedem Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine eine Sicherung zugeordnet sein. Jedoch sind Sicherungen an dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine nicht unbedingt notwendig, da sich herausgestellt hat, dass in einem Fehlerfall lediglich auf der ersten Seite angeordnete Sicherungen ausreichend sind, um mit der Platine elektrisch und thermisch verbundene Batteriezellen ausreichend zu schützen. Aus diesem Grund wird eine Ausführungsform der Erfindung mit einem flächigen Verbindungs- und Kontaktierungsbereich bevorzugt, in dem Kontaktierungsabschnitte nicht in besonderer Weise von dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich getrennt sind.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite mit dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite durch das elektrisch nicht leitfähige Material hindurch verbunden. Somit ist es nicht notwendig, dass der Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine unmittelbar mit einem Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite elektrisch und thermisch leitfähig über ein Kontaktierungselement verbunden ist. Stattdessen kann eine elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite und dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite bestehen. Dabei kann ein elektrischer und ein thermischer Strom über den Verbindungs- und Kontaktierungsbereich zu dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt auf der zweiten Seite der Platine geführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind um jeden Kontaktierungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine mehrere Durchführungselemente gleichmäßig von dem Kontaktierungsabschnitt beabstandet angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Bereitstellung mehrerer Durchführungselemente ein elektrischer und thermischer Strom ganz besonders gut von der ersten Seite der Platine zur zweiten Seite der Platine geleitet werden kann. Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Durchführungselemente in der Nähe der Kontaktierungsabschnitte in dem Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine angeordnet sind. Ganz besonders gut geeignet ist hierbei eine kreisförmige Anordnung der Durchführungselemente um die Kontaktierungsabschnitte herum. Eine Anzahl von sechs bis zwölf Durchführungselementen hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Erfindungsgemäß kann das mindestens eine Durchführungselement auf einem Innenrand einer Durchführungsaussparung angeordnet sein, die das nicht leitfähige Material durchläuft. Die Durchführungsaussparung kann kreisförmig ausgeführt sein oder eine sonstige Form aufweisen. Das Durchführungselement ist dabei vorzugsweise eine Metallschicht, die erfindungsgemäß auf den Innenrand der Durchführungsaussparung aufgedampft oder aufgedruckt sein kann. Die Durchführungsaussparung kann in das nicht leitfähige Material gebohrt oder gestanzt sein. Das Durchführungselement kann jedoch auch abweichend ausgeführt sein und insbesondere nicht notwendigerweise entlang einer Durchführungsaussparung durch das nicht leitfähige Material hindurchgeführt sein. So kann das Durchführungselement gemäß einer möglichen als ein Nietelement in das nicht leitfähige Material eingebracht sein.
Erfindungsgemäß können die Kontaktierungsabschnitte auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Platine gegenübereiner Ebene, die durch eine Oberfläche der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite der Platine definiert wird, erhaben ausgebildet sein. Ein erhabenes Element des Kontaktierungsabschnitts weist bevorzugt eine flache Oberfläche oder eine Oberfläche mit einer Reliefform auf, die einer Form eines Endanschlusses einer Batteriezelle angepasst ist. Hierdurch wird eine Kontaktierung des Kontaktierungsabschnitts mit einer Batteriezelle verbessert. Bevorzugt ist der Kontaktierungsabschnitt solchermaßen ausgeführt, dass er zwischen 0,1 mm und 0,3 mm aus der Ebene herausragt, die durch die Oberfläche der ersten Seite beziehungsweise die Oberfläche der zweiten Seite der Platine definiert wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kontaktierungsabschnitte erhabene Kontaktierungspunkte aufweisen. Die Kontaktierungspunkte können dazu dienen, eine wohldefinierte elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zwischen den Kontaktierungsabschnitten und an diesen angrenzenden Batteriezellen herzustellen.
Vorzugsweise ist die Platine flexibel ausgebildet. Hierzu kann die Platine aus flexiblen und/oder elastischen Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann das nicht elektrisch leitfähige Material aus einem elastischen Polymer ausgebildet sein. Das nicht elektrisch leitfähige Material kann aus einem Polyimid gebildet sein, bei dem es sich bevorzugt um Kapton handelt. Kapton ist chemisch sehr beständig und weist eine sehr hohe Durchschlagfeldstärke auf. Das auf der Platine aufgebrachte elektrisch und thermisch leitfähige Material, aus dem die Kontaktierungsabschnitte, der Verbindungsabschnitt auf der ersten Seite der Platine, der Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite der Platine und das mindestens eine Durchführungselement bestehen, weist eine ausreichende Flexibilität auf, wenn es sich um ein Metall handelt. Jedoch sollte die Menge des aufgebrachten Metalls so dimensioniert sein, dass es beim Verbiegen der Platine nicht beschädigt wird, wodurch Abschnitte der Platine ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit einbüßen oder verlieren könnten.
Besonders bevorzugt ist in der Platine mindestens eine Kühlleitung vorgesehen, um die Platine zu kühlen. Dabei kann die Kühlleitung die Platine in einer Ebene, die durch die Platine gebildet wird, durchlaufen. Es können erfindungsgemäß mehrere Kühlleitungen in der Platine vorgesehen sein. Die Kühlleitung kann erfindungsgemäß den Kern der Platine durchlaufen.
Bevorzugt ist unter jedem Kontaktierungsabschnitt ein elastisches Material angeordnet, das unter Einwirkung einer Anpresskraft auf den Kontaktierungsabschnitt elastisch verformbar ist. Das elastische Material kann erfindungsgemäß in dem nicht leitfähigen Material unter dem Kontaktierungsabschnitt angeordnet sein. Wird eine Anpresskraft auf den Kontaktierungsabschnitt ausgeübt, so werden sowohl der Kontaktierungsabschnitt als auch das elastische Material deformiert. Somit ist es möglich, eine besonders gute elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zwischen einem Kontaktierungsabschnitt und einer Batteriezelle herzustellen. Aufgrund der lokalen Deformierung der Platine kann eine unerwünschte Verformung der Platine in weiteren Abschnitten der Platine oder gar eine Beschädigung der Platine vermieden werden, wenn Batteriezellen an die Kontaktierungsabschnitte herangedrückt werden.
Vorzugsweise ist an dem Verbund von Leiterbahnen beziehungsweise an der flächigen, elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht auf der ersten Seite der Platine und/oder an dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite der Platine mindestens ein zusätzlicher Kontakt vorgesehen. Hierbei handelt es sich um einen Kontakt, der nicht zur Kontaktierung durch eine Batteriezelle vorgesehen ist. An einen solchen Kontakt kann ein Batteriemanagementsystem angeschlossen werden, sodass beispielsweise eine an der Platine anliegende Spannung gemessen werden kann.
Vorzugsweise ist an der Platine mindestens ein weiterer Kontakt vorgesehen. Der weitere Kontakt kann beispielsweise mit einer Messvorrichtung verbunden sein, die auf der Platine aufgebracht oder in der Platine vorgesehen ist. Hierbei kann es sich um einen Temperaturfühler handeln. Erfindungsgemäß kann der Kontakt auch zum Anschluss eines Bussystems dienen, über das auf der Platine vorgesehene Messvorrichtungen ausgelesen und/oder angesteuert werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Batterie mit einer Zellanordnung, wobei die Zellanordnung mehrere Batteriezellen aufweist, wobei die Zellanordnung mindestens zwei Batterieabschnitte aufweist und jeder Batterieabschnitt aus mehreren Batteriezellen besteht, wobei die Batteriezellen der Batterieabschnitte so ausgerichtet sind, dass Endanschlüsse der Batteriezellen des jeweiligen Batterieabschnitts in einer gemeinsamen ersten Kontaktierungsebene liegen und dass Endanschlüsse der Batteriezellen des jeweiligen Batterieabschnitts in einer gemeinsamen zweiten Kontaktierungsebene liegen, wobei die Batterieabschnitte benachbart zueinander angeordnet sind, wobei jeweils eine erste Kontaktierungsebene eines Batterieabschnitts einer zweiten Kontaktierungsebene eines benachbart angeordneten Batterieabschnitts zugewandt ist und wobei die Kontaktierungsebenen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Batterieabschnitten eine zumindest teilweise elektrisch und thermisch leitfähige Verbindungsplatte mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite angeordnet ist, die auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite jeweils mindestens einen elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitt aufweist, wobei die der ersten Seite dieser Verbindungsplatte zugewandten Endanschlüsse elektrisch und thermisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt dieser ersten Seite verbunden sind und wobei die der zweiten Seite dieser Verbindungsplatte zugewandten Endanschlüsse elektrisch und thermisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt dieser zweiten Seite verbunden sind, und wobei Kontaktierungsabschnitte der Verbindungsplatte miteinander elektrisch und thermisch leitfähig über die Verbindungsplatte verbunden sind. Erfindungsgemäß ist die Verbindungsplatte als eine Platine ausgebildet, die wie vorangehend beschrieben ausgebildet ist. Dabei ist der Kern thermisch leitfähig mit einer Wärmesenke verbindbar, sodass ein Wärmestrom durch den Kern aufgenommen und aus der Zellanordnung auf die Wärmesenke abgeführt werden kann.
In der Batterie befinden sich jeweils mehrere Batteriezellen in einem Batterieabschnitt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Batteriezellen um Rundzellen. Bei diesen hat es sich herausgestellt, dass sie besonders widerstandsfähig gegenüber mechanischen Belastungen sind.
Vorzugsweise weist jede Batteriezelle einen positiven und einen negativen Endanschluss auf und die Batteriezellen der Batterieabschnitte sind so ausgerichtet, dass sämtliche positiven Endanschlüsse der Batteriezellen des jeweiligen Batterieabschnitts in der ersten Kontaktierungsebene liegen und dass sämtliche negativen Endanschlüsse der Batteriezellen des jeweiligen Batterieabschnitts in der zweiten Kontaktierungsebene liegen, wobei die mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt der ersten Seite verbundenen Endanschlüsse untereinander über die Verbindungsplatte elektrisch und thermisch leitfähig miteinander verbunden sind, wobei die mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt der zweiten Seite verbundenen Endanschlüsse untereinander über die Verbindungsplatte elektrisch und thermisch leitfähig miteinander verbunden sind, und wobei die mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt der ersten Seite verbundenen Endanschlüsse elektrisch und thermisch leitfähig mit den mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt der zweiten Seite verbundenen Endanschlüssen über die Verbindungsplatte verbunden sind, sodass die Batteriezellen in einer elektrischen und thermischen Reihen- und Parallelschaltung elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass ein elektrischer Strom und ein thermischer Strom über die gesamte Zellanordnung verteilt werden können. Fällt eine Batteriezelle in einem Batterieabschnitt aus, so beeinträchtigt dies die Leistung der Batterie nur geringfügig, da in dem Batterieabschnitt noch weitere, funktionstüchtige Batteriezellen vorliegen. Unter einem positiven Endanschluss beziehungsweise einem negativen Endanschluss ist ein Pluspol beziehungsweise ein Minuspol einer Batteriezelle zu verstehen.
Die Zellanordnung kann erfindungsgemäß von einem thermisch leitfähigen Gehäuse umschlossen sein. Da das Gehäuse thermisch leitfähig ist, eignet es sich dazu, als eine Wärmesenke Wärme aus der Zellanordnung aufzunehmen und optional an weitere Wärmesenken zu übertragen, mit denen es thermisch leitfähig verbunden ist. Das vorhergehend beschriebene Wärmeabfuhrelement kann mit dem Gehäuse thermisch leitfähig verbunden sein. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem Metall gefertigt, besonders bevorzugt aus Eisen, Aluminium oder einer Metalllegierung. Ein solches Gehäuse ist dazu geeignet, die Zellanordnung vor äußeren Einwirkungen zu schützen. Das Gehäuse weist vorzugsweise zwei Öffnungen auf, auf welche die Druckplatten aufgesetzt werden. Das Gehäuse kann erfindungsgemäß längliche Aussparungen als Belüftungsschlitze aufweisen.
Erfindungsgemäß können die Batteriezellen so angeordnet sein, dass erste Endanschlüsse einer Kontaktierungsebene eines ersten Batterieabschnitts unmittelbar gegenüberliegend zu zweiten Endanschlüssen einer Kontaktierungsebene eines zweiten Batterieabschnitts angeordnet sind, sodass sämtliche Batteriezellen eines Batterieabschnitts fluchtend mit den Batteriezellen eines benachbarten Batterieabschnitts angeordnet sind. Somit sind Gruppen von Batteriezellen mehrerer Batterieabschnitte reihig zueinander angeordnet.
Vorzugsweise liegen positive Endanschlüsse eines Batterieabschnitts unmittelbar an negativen Endanschlüssen eines benachbarten Batterieabschnitts elektrisch und thermisch leitfähig an. Demgemäß sind zwei oder mehr Batteriezellen in Reihe geschaltet, ohne dass dabei direkt benachbarte Batteriezellen durch eine Platine voneinander separiert sind. Ein solcher Aufbau kann vorgesehen werden, wenn eine ausreichende Verteilung eines elektrischen Strom und eines Wärmestroms innerhalb einer Batterie auch mit einer geringen Zahl von Platinen innerhalb der Zellanordnung möglich ist. Ob dies der Fall ist, wird maßgeblich durch kapazitive und weitere Eigenschaften der Batteriezellen bestimmt.
Es ist bevorzugt, wenn durch die in den beiden äußeren Kontaktierungsebenen der Batterie liegenden Endanschlüsse ein Batterieanfangsbereich und ein Batterieendbereich definiert werden, wobei an dem Batterieanfangsbereich und dem Batterieendbereich jeweils eine Druckplatte angeordnet ist, wobei die Druckplatten über Zugelemente miteinander verbunden sind und dadurch die an der mindestens einen Platine anliegenden Batteriezellen an die mindestens eine Platine andrücken.
Die Komponenten innerhalb der Zellanordnung werden hierdurch miteinander verpresst. Dabei üben die Druckplatten jeweils eine Anpresskraft auf die Batteriezellen aus. Die Druckplatte kann erfindungsgemäß die Anpresskraft an dem Batterieanfangsbereich beziehungsweise an dem Batterieendbereich direkt auf die Batteriezellen ausüben. So kann die Druckplatte unmittelbar an positiven oder an negativen Endanschlüssen der Batteriezellen anliegen. Die Druckplatte kann die Anpresskraft an dem Batterieanfangsbereich beziehungsweise an dem Batterieendbereich alternativ jedoch auch indirekt auf die Batteriezellen ausüben. So kann zwischen der Druckplatte und den Batteriezellen erfindungsgemäß eine zusätzliche Schicht vorgesehen sein. Diese zusätzliche Schicht kann elektrisch nichtleitend und/oder elastisch ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß können die Druckplatten flächig ausgebildet sein, es sind jedoch auch abweichende Bauformen möglich. Die Zugelemente sind jeweils mit den Druckplatten verbunden. Dabei sind die Zugelemente solchermaßen zwischen den Druckplatten verspannt, dass sie eine Zugkraft auf die Druckplatten ausüben. Bedingt durch die Zugkraft können die Druckplatten wiederum die bereits beschriebene Anpresskraft auf die Zellanordnung ausüben. Die Anpresskraft wird über alle Batterieabschnitte der Zellanordnung hinweg innerhalb der Batterie übertragen. Dadurch werden die Batteriezellen besonders gut mit der mindestens einen Platine innerhalb der Zellanordnung kontaktiert, denn durch eine hohe Anpresskraft kann eine Fläche zwischen zwei einander elektrisch und/oder thermisch kontaktierenden Elementen vergrößert werden.
Die Zugelemente können als Stangen, als Rohre oder als sonstige länglich ausgebildete Elemente ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Stangen aus einem Metall, ganz besonders aus Stahl ausgeführt. Die Stangen können alternativ jedoch auch aus einem besonders stabilen Kunststoff oder aus einem Verbundmaterial ausgeführt sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die Druckplatten als Metallplatten ausgebildet sind. Metallplatten sind ausreichend stabil, sodass über sie eine Zugkraft von den Zugelementen auf die Zellanordnung übertragen werden kann. Die Metallplatten können dabei in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Zugkraft unterschiedlich dick ausgeführt sein. Wird eine hohe Zugkraft vorgesehen, so muss die Metallplatte besonders dick ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Metallplatte 3 bis 20 mm dick ausgeführt, ganz besonders bevorzugt ist sie 5 mm dick ausgeführt. Die Metallplatten können erfindungsgemäß aus Kupfer, aus Aluminium oder aus einem sonstigen sehr gut wärmeleitfähigen Material ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, die Druckplatten nicht aus Metall auszuführen. So können die Druckplatten erfindungsgemäß aus einem harten Kunststoff ausgeführt sein.
Bevorzugt sind die Zugelemente durch Zugelementaussparungen in den Druckplatten hindurchgeführt, wobei die Zugelemente in den Zugelementaussparungen verschraubt sind und/oder mit Hilfe von Muttern an den Druckplatten verschraubt sind. Eine Schraubverbindung erlaubt es, eine durch die Zugelemente auf die Druckplatten auszuübende Zugkraft genau einzustellen. Es sind erfindungsgemäß jedoch auch sonstige Festlegungsmittel verwendbar, um die Zugelemente an den Zugelementaussparungen so festzulegen, dass die Zugelemente eine Zugkraft auf die Druckplatten ausüben.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Platine in einer Ansicht auf eine erste Seite der Platine,
2 eine schematische Darstellung der Platine gemäß 1 in einer Ansicht auf eine zweite Seite der Platine,
3 eine schematische Darstellung der Platine gemäß 1 und 2 mit einer Durchführungsaussparung in einer Schnittansicht,
4 eine schematische Darstellung der Platine gemäß 1 bis 3 mit einem elastischen Material in einer Schnittansicht,
5 eine schematische Darstellung einer Zellanordnung einer erfindungsgemäßen Batterie mit einer Platine,
6 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Zellanordnung der Batterie gemäß 5 in einer Schnittansicht und
7 eine schematische Darstellung der Batterie gemäß 5 und 6 mit einem Gehäuse.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Platine 1 in einer Ansicht auf eine erste Seite 2 der Platine. Es handelt sich vorliegend um eine Platine 1 als Teil einer Zellanordnung 3 mit in ersten Zellebenen 4 und in zweiten Zellebenen 5 versetzt angeordneten Batteriezellen (nicht gezeigt). Die Platine 1 ist hierbei für Zellanordnungen 3 mit sieben ersten und zweiten Zellebenen 4 und 5 geeignet, wobei in den ersten und zweiten Zellebenen 4 und 5 jeweils acht beziehungsweise sieben Batteriezellen (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Platine 1 weist Zugelementaussparungen 6 auf, durch die Zugelemente (nicht gezeigt) hindurchgeführt werden können.
Die Platine 1 ist teilweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material ausgebildet. Auf das nicht elektrisch leitfähige Material ist auf der ersten Seite der Platine 1 Kupfer als ein elektrisch und thermisch leitfähiges Material flächig aufgebracht. Das Kupfermaterial weist dabei mehrere Kontaktierungsabschnitte 7 auf. Diese sind zur Kontaktierung mit den Endanschlüssen von Batteriezellen geeignet. Zu diesem Zweck sind die Kontaktierungsabschnitte 7 erhaben ausgeführt. Die Kontaktierungsabschnitte 7 sind durch Isolierungsabschnitte 8 aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material von einem Verbindungsabschnitt 9 getrennt. Der Verbindungsabschnitt 9 ist flächig ausgebildet. Er verbindet die Kontaktierungsabschnitte 7 miteinander elektrisch und thermisch leitfähig. Durch jeden Isolierungsabschnitt 8 ist eine elektrisch und thermisch leitfähige Leiterbahn 10 hindurchgeführt, die als eine Sicherung dimensioniert ist. Hierdurch werden die Kontaktierungsabschnitte 7 gegenüber einander elektrisch gesichert.
Um jeden Isolierungsabschnitt 8 und damit auch um jeden Kontaktierungsabschnitt 7 sind mehrere Durchführungsaussparungen 11 kreisförmig angeordnet. In jeder Durchführungsaussparung 11 ist ein Durchführungselement (nicht gezeigt) angeordnet, das in der Durchführungsaussparung 11 angeordnet ist. Das Durchführungselement ist aus Kupfer ausgeführt und verbindet den Verbindungsabschnitt 9 der ersten Seite 2 der Platine 1 mit einer zweiten Seite (nicht gezeigt) der Platine 1 elektrisch und thermisch leitfähig. Ein aus einer Batteriezelle in einen Kontaktierungsabschnitt 7 fließender Strom kann somit durch die Leiterbahn 10 und den Verbindungsabschnitt zu der zweiten Seite der Platine 1 geführt werden. Da die Kontaktierungsabschnitte 7 auf der ersten Seite 2 der Platine 1 gegenüber dem Verbindungsabschnitt 9 elektrisch gesichert sind, sind sie auch gegenüber nicht gezeigten Kontaktierungsabschnitten auf der zweiten Seite der Platine 1 gesichert.
In der Platine 1 befindet sich ein Kern 12 aus Kupfer, der sich teilweise seitlich in Bereiche außerhalb der Zellanordnung 3 erstreckt. In diesen Bereichen außerhalb der Platine 1 bildet der Kern 12 ein Wärmeabfuhrelement 13. Vorliegend sind vier Wärmeabfuhrelemente 13 mit jeweils einem ersten flächigen Abschnitt 14 dargestellt. An jedem Wärmeabfuhrelement 13 befindet sich auch ein zweiter flächiger Abschnitt, der jedoch aufgrund der gezeigten Perspektive nicht sichtbar ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Platine 1 gemäß 1 in einer Ansicht auf eine zweite Seite 15 der Platine 1. Auf der zweiten Seite 15 der Platine 1 befindet sich eine als ein Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16 ausgebildete Kupferschicht. In dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16 sind Kontaktierungsabschnitte 7 angeordnet, die zur Kontaktierung mit Endanschlüssen von Batteriezellen geeignet sind. Um jeden Kontaktierungsabschnitt 7 sind mehrere Durchführungsaussparungen 11 kreisförmig angeordnet. Nicht gezeigte Durchführungselemente sind in der Platine 1 wie vorangehend beschrieben in den Durchführungsaussparungen 11 angeordnet.
Vorliegend sind ferner die vier Wärmeabfuhrelemente 13 mit jeweils einem ersten flächigen Abschnitt 14 gezeigt. Auch auf der zweiten Seite der Platine 1 sind die Zugelementaussparungen 6 sichtbar, durch die Zugelemente (nicht gezeigt) hindurchgeführt werden können.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Platine 1 gemäß 1 und 2 mit einer Durchführungsaussparung 11 in einer Schnittansicht. Die Platine 1 weist ein elektrisch nicht leitfähiges Substratmaterial 17 auf. Das Substratmaterial 17 umschließt den Kern 12. Auf der ersten Seite 2 der Platine 1 bildet eine Kupferschicht den Verbindungsabschnitt 9. Auf der zweiten Seite 15 der Platine 1 bildet eine Kupferschicht den Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16. Eine Durchführungsaussparung 11 ist durch die Platine 1 hindurchgeführt. Sie durchläuft dabei den Verbindungsabschnitt 9 und den Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16. Auf den Rand der Durchführungsaussparung 11 ist ein Durchführungselement 18 aus Kupfer flächig in einer dünnen Schicht aufgebracht. Das Durchführungselement 18 wird dabei durch das Substratmaterial 17 von dem Kern 12 elektrisch isoliert. Ein thermischer Strom kann jedoch das Substratmaterial 17 durchfließen und über den Kern 12 aus der Platine 1 abgeführt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Platine 1 gemäß 1 bis 3 mit einem elastischen Material 19 in einer Schnittansicht. Die Platine 1 umfasst das nicht elektrisch leitfähige Substratmaterial 17, in dem der Kern 12 angeordnet ist. Auf einer ersten Seite 20 der Platine 1 bildet eine Kupferschicht den Verbindungsabschnitt 9. Auf der ersten Seite 2 der Platine 1 bildet eine Kupferschicht den Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16. In dem Verbindungsabschnitt 9 und in dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich 16 sind jeweils erhaben ausgebildete Kontaktierungsabschnitte 7 angeordnet. Dabei ist um den Kontaktierungsabschnitt 7 auf der ersten Seite 2 der Platine 1 ein nicht elektrisch leitfähiger Isolierungsabschnitt 8 angeordnet. Ferner ist das elastische Material 19 innerhalb der Platine 1 zwischen den Kontaktierungsabschnitten 7 angeordnet. Wird eine Anpresskraft auf den Kontaktierungsabschnitt 7 ausgeübt, so werden sowohl der Kontaktierungsabschnitt 7 als auch das elastische Material 19 deformiert. Dies trägt zur Stabilität der Platine 1 bei.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Zellanordnung 3 einer erfindungsgemäßen Batterie 20 mit einer Platine 1. In der Zellanordnung 3 sind mehrere Batteriezellen 21 jeweils in einem Batterieabschnitt 22 nebeneinander angeordnet. Die in einem Batterieabschnitt 22 angeordneten Batteriezellen 21 sind miteinander parallel verschaltet. Eine parallele Verschaltung der Batteriezellen 21 wird durch mehrere erfindungsgemäße Platinen 1 ermöglicht. Dafür sind Endanschlüsse der Batteriezellen 21 elektrisch und thermisch leitfähig mit den Platinen 1 verbunden. Die Platinen 1 sind jeweils zwischen zwei Batterieabschnitten 22 angeordnet. Jeder Batterieabschnitt 22 weist eine Höhe von sieben Batteriezellen 21 auf. Batteriezellen 21 benachbarter Batterieabschnitte 22 werden durch die zwischen ihnen angeordneten Platinen 1 in Reihe geschaltet. Die Batteriezellen 21 in der Zellanordnung 3 sind somit sowohl parallel als seriell miteinander verschaltet.
Ein Batterieanfangsbereich 23 und ein Batterieendbereich 24 werden durch positive Endanschlüsse beziehungsweise durch negative Endanschlüsse von Batteriezellen 21 in der Batterie 20 gebildet. Der Batterieanfangsbereich 23 und der Batterieendbereich 24 sind mit äußeren Platinen 1 verbunden. Die äußeren Platinen 1 verbinden die Endanschlüsse der Batteriezellen 21 elektrisch und thermisch leitfähig. Auf einer dem Batterieanfangsbereich 23 beziehungsweise dem Batterieendbereich 24 abgewandten Seite der äußeren Platinen 1 ist jeweils eine Druckplatte 25 angeordnet. Die Druckplatte 25 ist aus Kupfer ausgeführt. Somit ist sie besonders gut wärmeleitfähig. Die Druckplatte 25 ist von den äußeren Platinen 1 elektrisch isoliert, sodass sie beim Betrieb der Batterie 20 keinen elektrischen Strom führt.
Die Druckplatten 25 sind durch Zugelemente 26 miteinander verbunden. Die Zugelemente 26 sind dabei solchermaßen mit den Druckplatten 25 verschraubt, dass sie eine Zugkraft auf die Druckplatten 25 ausüben. Dadurch wird die Zellanordnung 3 zusammengedrückt. Insbesondere werden die Batteriezellen 21 an die Platinen 1 gedrückt. Hierdurch wird zwischen den Endanschlüssen der Batteriezellen 21 und den Platinen 1 eine Kontaktfläche vergrößert, sodass ein elektrischer und ein thermischer Strom besser zwischen den Batteriezellen 21 und den Platinen 1 verteilt und damit auch besser über die gesamte Zellanordnung 3 verteilt werden können. Hierdurch werden lokale thermische Hotspots innerhalb der Batterie 20 vermieden. Ferner ist aufgrund der erfindungsgemäßen, durch die Zugelemente 26 und die Druckplatten 25 verpressten Zellanordnung 3 die erfindungsgemäße Batterie 20 besonders widerstandsfähig gegenüber mechanischen Belastungen.
Um zu gewährleisten, dass die Batteriezellen 21 sicher innerhalb der Zellanordnung 3 gehalten werden, sind die Batteriezellen 21 durch mehrere Positionierungsplatten 27 umschlossen. Die Positionierungsplatten 27 umschließen die Batteriezellen 21 in den Batterieabschnitten 22 formschlüssig. Da an den Platinen 1 eine exakte Kontaktierung der Endanschlüsse der Batteriezellen 21 mit den Platinen 1 notwendig ist, sind die Positionierungsplatten 27 vorliegend in der Nähe der Platinen 1 angeordnet.
Die Platinen 1 weisen vorliegend jeweils einen Kern 12 auf, der aus den Platinen 1 seitlich herausgeführt ist. Außerhalb der Platinen 1 bildet der Kern 12 jeweils ein Wärmeabfuhrelement 13. Über das Wärmeabfuhrelement 13 kann Wärme aus der Zellanordnung 3 abgeführt werden. Das Wärmeabfuhrelement 13 weist einen ersten flächigen Abschnitt 14 auf, der in einer Ebene der Platine 1 liegt, sowie einen zweiten flächigen Abschnitt 28, der in einer weiteren Ebene liegt, die in einem rechten Winkel zu der Ebene der Platine 1 ausgerichtet ist. Der zweite flächige Abschnitt 28 ist dazu geeignet, mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) oder mit einer Wärmesenke (nicht gezeigt) thermisch leitfähig verbunden zu werden, sodass ein Wärmestrom aus der Platine 1 auf das Gehäuse beziehungsweise auf die Wärmesenke abgeführt werden kann.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Zellanordnung der Batterie 20 gemäß 5 in einer Schnittansicht. Dabei sind die Batteriezellen 21 in ersten Zellebenen 4 und zweiten Zellebenen 5 angeordnet. Die Batteriezellen 21 grenzen hierbei unmittelbar aneinander an. Die zweiten Zellebenen 5 weisen jeweils eine Batteriezelle 21 weniger auf als die ersten Zellebenen 4. Hierdurch ergeben sich äußere Durchtrittsabschnitte 29. Durch die äußeren Durchtrittsabschnitte 29 lassen sich Zugelemente 26 hindurchführen. Die äußeren Durchtrittsabschnitte 29 ermöglichen es, möglichst viele Batteriezellen 21 auf einer möglichst geringen Querschnittsfläche einer Zellanordnung 3 anzuordnen. So muss für die Durchführung eines Zugelements 26 in einem Randbereich eines Batterieabschnitts 22 nicht eine gesamte Batteriezelle 21 entfernt werden. Stattdessen wird lediglich aus einer zweiten Zellebene 5 eine Batteriezelle 21 entfernt. Durch die Entfernung der einen Batteriezelle 21 aus der zweiten Zellebene 5 entstehen zwei äußere Durchtrittsabschnitte 29. Durch jeden äußeren Durchtrittsabschnitt 29 können ein oder mehrere Zugelemente 26 hindurchgeführt werden. Vorliegend ist durch jeden äußeren Durchtrittsabschnitt 29 ein Zugelement 26 hindurchgeführt. Um eine gleichmäßige Stabilisierung der Zellanordnung 3 zu erreichen, ist vorliegend jedoch auch ein innerer Durchtrittsabschnitt 30 vorgesehen, in dem keine Batteriezelle 21 angeordnet ist. Durch den inneren Durchtrittsabschnitt 30 ist ein Zugelement 26 hindurchgeführt.
Die Batteriezellen 21 sind in dem Batterieabschnitt 22 durch die Positionierungsplatte 27 umschlossen. In der Positionierungsplatte 27 sind Zugelementaussparungen 6 vorgesehen, durch die die Zugelemente 26 in den äußeren Durchtrittsabschnitten 29 und in den inneren Durchtrittsabschnitt 30 hindurchgeführt sind.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterie 20 mit einem Gehäuse 31. Das Gehäuse 31 ist aus Eisen ausgeführt und umschließt eine erfindungsgemäße Zellanordnung 3 mit Platinen 1. Dabei können innerhalb des Gehäuses 31 Wärmeabfuhrelemente 13 mit dem Gehäuse 31 verbunden sein, sodass ein thermischer Strom aus der Zellanordnung 3 auf das Gehäuse 31 abgeführt werden kann. Das Gehäuse 31 ist fest mit einer Halteplatte 32 verbunden, die als Wärmesenke dient. Das Gehäuse 31 wird an zwei Stirnseiten durch Druckplatten 25 verschlossen. Die Druckplatten 25 weisen Kühlrippen 33 auf, sodass die Druckplatten 25 dazu beitragen, die Zellanordnung 3 innerhalb des Gehäuses 31 zu kühlen. Nicht gezeigte Zugelemente 26 sind durch die Druckplatten 25 hindurchgeführt und mittels Muttern 34 mit den Druckplatten 25 verschraubt.
Bezugszeichenliste

1: Platine
2: Erste Seite der Platine
3: Zellanordnung
4: Erste Zellebene
5: Zweite Zellebene
6: Zugelementaussparung
7: Kontaktierungsabschnitt
8: Isolierungsabschnitt
9: Verbindungsabschnitt
10: Leiterbahn
11: Durchführungsaussparung
12: Kern
13: Wärmeabfuhrelement
14: Erster flächiger Abschnitt des Wärmeabfuhrelements
15: Zweite Seite der Platine
16: Verbindungs- und Kontaktierungsbereich
17: Substratmaterial
18: Durchführungselement
19: Elastisches Material
20: Batterie
21: Batteriezelle
22: Batterieabschnitt
23: Batterieanfangsbereich
24: Batterieendbereich
25: Druckplatte
26: Zugelement
27: Positionierungsplatte
28: Zweiter flächiger Abschnitt des Wärmeabfuhrelements
29: Äußerer Durchtrittsabschnitt
30: Innerer Durchtrittsabschnitt
31: Gehäuse
32: Halteplatte
33: Kühlrippen
34: Mutter

Claims

Platine (1) zur Verbindung von Batteriezellen (21), die teilweise aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei die Platine (1) auf einer ersten Seite (2) und auf einer zweiten Seite (15) jeweils mindestens einen elektrisch und thermisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitt (7) aufweist, und wobei jeder Kontaktierungsabschnitt (7) mit jedem anderen Kontaktierungsabschnitt (7) elektrisch und thermisch leitfähig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem nicht elektrisch leitfähigen Material der Platine (1) ein Kern (12) aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material angeordnet ist, wobei auf dem Kern (12) abgewandten Seiten des nicht elektrisch leitfähigen Materials jeweils der mindestens eine Kontaktierungsabschnitt (7) angeordnet ist, und wobei mindestens ein elektrisch und thermisch leitfähiges Durchführungselement (18) sich durch den Kern (12) und durch das auf dem Kern (12) beidseitig angeordnete, nicht elektrisch leitfähige Material erstreckt, und wobei das Durchführungselement (18) gegenüber dem Kern (12) elektrisch isoliert ist und elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt (7) auf der ersten Seite (2) und mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt (7) auf der zweiten Seite (15) verbunden ist, sodass eine elektrische und thermisch leitfähige Verbindung der Kontaktierungsabschnitte (7) auf der ersten Seite (2) mit den Kontaktierungsabschnitten (7) auf der zweiten Seite (15) durch das Durchführungselement (18) hergestellt wird und ein Wärmestrom durch den Kern (12) aufgenommen und aus der Platine (1) abgeführt werden kann.
Platine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) aus einer Kante der Platine (1) mindestens abschnittsweise herausgeführt ist oder an dieser freiliegt.
Platine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) in Umfangsrichtung vollständig aus einer Kante der Platine (1) herausgeführt ist oder an dieser freiliegt.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) mit einem thermisch leitfähigen Wärmeabfuhrelement (13) thermisch leitfähig verbindbar ist oder dass der Kern (12) ein thermisch leitfähiges Wärmeabfuhrelement (13) bildet, wobei das Wärmeabfuhrelement (13) einen ersten flächigen Abschnitt (14) aufweist, der in einer Ebene der Platine (1) liegt, und wobei das Wärmeabfuhrelement (13) einen zweiten flächigen Abschnitt (28) aufweist, der in einer weiteren Ebene liegt, die in einem rechten Winkel zu der Ebene der Platine (1) ausgerichtet ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) aus einem Metall ausgeführt ist.
Platine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (12) aus Aluminium ausgeführt ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite (2) der Platine (1) ein elektrisch und thermisch leitfähiger Verbindungsabschnitt (9) angeordnet ist, der die Kontaktierungsabschnitte (7) auf der ersten Seite der Platine (1) elektrisch und thermisch leitfähig miteinander verbindet, und wobei den Kontaktierungsabschnitten (7) auf der ersten Seite (2) der Platine (1) jeweils eine elektrische Sicherung zugeordnet ist und der Verbindungsabschnitt (9) auf der ersten Seite (2) der Platine (1) mit jedem Kontaktierungsabschnitt (7) auf der ersten Seite (2) der Platine (1) über eine diesem Kontaktierungsabschnitt (7) zugeordnete elektrische Sicherung verbunden ist, sodass die Kontaktierungsabschnitte (7) auf der ersten Seite der Platine (1) gegenüber dem Verbindungsabschnitt (9) elektrisch gesichert sind.
Platine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungselemente (18) so angeordnet sind, dass sie den Verbindungsabschnitt (9) auf der ersten Seite der Platine (1) mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt (7) auf der zweiten Seite der Platine (1) elektrisch und thermisch leitfähig verbinden, sodass jeder Kontaktierungsabschnitt (7) auf der ersten Seite (2) gegenüber jedem anderen Kontaktierungsabschnitt (7) auf der ersten Seite (2) der Platine (1) und gegenüber jedem Kontaktierungsabschnitt (7) auf der zweiten Seite (15) der Platine (1) durch mindestens eine elektrische Sicherung gesichert ist.
Platine (1) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9) als eine flächige, elektrisch und thermisch leitfähige Schicht auf der ersten Seite (2) der Platine (1) ausgebildet ist.
Platine (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9) als ein Verbund von Leiterbahnen ausgebildet ist, die miteinander elektrisch und thermisch leitfähig verbunden sind.
Platine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontaktierungsabschnitt (7) auf der zweiten Seite der Platine (1) in einem flächigen, elektrisch und thermisch leitfähigen Verbindungs- und Kontaktierungsbereich (16) auf der zweiten Seite (15) der Platine (1) angeordnet ist.
Platine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9) auf der ersten Seite (2) mit dem Verbindungs- und Kontaktierungsbereich auf der zweiten Seite (15) durch das elektrisch nicht leitfähige Material hindurch verbunden ist.
Platine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass um jeden Kontaktierungsabschnitt (7) auf der ersten Seite (2) der Platine (1) mehrere Durchführungselemente (18) gleichmäßig von dem Kontaktierungsabschnitt (7) beabstandet angeordnet sind.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Durchführungselement (18) auf einem Innenrand einer Durchführungsaussparung (11) angeordnet ist, die das nicht leitfähige Material und den Kern (12) durchläuft.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsabschnitte (7) auf der ersten Seite (2) und/oder auf der zweiten Seite (15) der Platine (1) gegenüber einer Ebene, die durch eine Oberfläche der ersten Seite beziehungsweise der zweiten Seite der Platine (1) definiert wird, erhaben ausgebildet sind.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsabschnitte (7) erhabene Kontaktierungspunkte aufweisen.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) flexibel ausgebildet ist.
Platine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter jedem Kontaktierungsabschnitt (7) ein elastisches Material (19) angeordnet ist, das unter Einwirkung einer Anpresskraft auf den Kontaktierungsabschnitt (7) elastisch verformbar ist.
Batterie (20) mit einer Zellanordnung (3), wobei die Zellanordnung (3) mehrere Batteriezellen (21) aufweist, wobei die Zellanordnung (3) mindestens zwei Batterieabschnitte (22) aufweist und jeder Batterieabschnitt (22) aus mehreren Batteriezellen (21) besteht, wobei die Batteriezellen (21) der Batterieabschnitte (22) so ausgerichtet sind, dass Endanschlüsse der Batteriezellen (21) des jeweiligen Batterieabschnitts (22) in einer gemeinsamen ersten Kontaktierungsebene liegen und dass Endanschlüsse der Batteriezellen (21) des jeweiligen Batterieabschnitts (22) in einer gemeinsamen zweiten Kontaktierungsebene liegen, wobei die Batterieabschnitte (22) benachbart zueinander angeordnet sind, wobei jeweils eine erste Kontaktierungsebene eines Batterieabschnitts (22) einer zweiten Kontaktierungsebene eines benachbart angeordneten Batterieabschnitts (22) zugewandt ist und wobei die Kontaktierungsebenen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Batterieabschnitten (22) eine zumindest teilweise elektrisch und thermisch leitfähige Verbindungsplatte mit einer ersten Seite (2) und einer zweiten Seite (15) angeordnet ist, die auf der ersten Seite (2) und auf der zweiten Seite (15) jeweils mindestens einen thermisch und elektrisch leitfähigen Kontaktierungsabschnitt (7) aufweist, wobei die der ersten Seite (2) dieser Verbindungsplatte zugewandten Endanschlüsse thermisch und elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt (7) dieser ersten Seite (2) verbunden sind und wobei die der zweiten Seite (15) dieser Verbindungsplatte zugewandten Endanschlüsse thermisch und elektrisch leitfähig mit dem mindestens einen Kontaktierungsabschnitt (7) dieser zweiten Seite (15) verbunden sind, und wobei Kontaktierungsabschnitte (21) der Verbindungsplatte (7) miteinander elektrisch und thermisch leitfähig über die Verbindungsplatte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsplatte als eine Platine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist, wobei der Kern (12) thermisch leitfähig mit einer Wärmesenke verbindbar ist, sodass ein Wärmestrom durch den Kern (12) aufgenommen und aus der Zellanordnung (3) auf die Wärmesenke abgeführt werden kann.