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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Kontaktierung einer Leiterplatte mit einem Kontaktpol einer Batteriezelle. Bei dem Einsatz von Batteriezellen, werden in der Regel mehrere Batteriezellen, die jeweils ein Paar von Kontaktpolen besitzen, zu einer Batterie zusammengefasst. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Batteriezellen und zu einer Mess- oder Leistungselektronik erfolgen hierbei über entsprechend ausgebildete Leitungen in der Leiterplatte.
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Aus
DE 10 2011 109 211 A1 ist ein Verbindungselement zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung eines Polkontakts einer elektrochemischen Zelle bekanntgeworden, das ein Ringsegment in Form eines offenen Rings aufweist. Der offene Ring besitzt in seiner Längsrichtung vorstehende Klemmelemente, die in Kontakt mit dem Polkontakt stehen. Zudem sind auf der bezogen auf die Längsrichtung gegenüberliegenden Seite Kontaktelemente vorgesehen, die aus dem Verbindungselement vorstehen und einen Kontakt mit der Leitplatte herstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Leiterplatte zur elektrischen Kontaktierung zur Verfügung zu stellen, die in einer Batterie möglichst klein baut.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Leiterplatte mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und eine Batterie mit den Merkmalen aus Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Leiterplatte ist vorgesehen und bestimmt zur elektrischen Kontaktierung mit einem Kontaktpol einer Batteriezelle. Die Batteriezelle besitzt jeweils ein Paar Kontaktpole, wobei die Leiterplatte für jeden Kontaktpol eine Kontaktbohrung aufweist. Über die Leiterplatte werden die Kontaktpole über die Leiterplatte miteinander in vordefinierter Weise verbunden, um mehrere Batteriezellen zusammen zu schließen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem montierten Zustand der Kontaktpol in die Kontaktbohrung der Leiterplatte hineinragt und eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem Kontaktpol und der Leiterplatte herstellt. An der erfindungsgemäß ausgestaltenden Leiterplatte ragt der Kontaktpol in die Kontaktbohrung hinein. Dies umfasst den Fall, in dem der Kontaktpol in die Kontaktbohrung eintaucht, ohne auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte auszutreten, ebenso wie den Fall, in dem der Kontaktpol durch die Kontaktbohrung hindurchragt und damit durch die gesamte Leiterplatte durchtritt. Für die Funktion der Leiterplatte ist es wesentlich, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktpol und der Leiterplatte hergestellt ist. Der besondere Vorzug der erfindungsgemäßen Leiterplatte liegt darin, dass diese durch die Verwendung von Kontaktbohrungen zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktpole besonders flach baut. Eine herkömmliche Leiterplatte besitzt Kontaktierungsmittel auf der Leiterplatte, so dass im montierten Zustand eine Höhe entsteht, die größer als die der Leiterplatte ist. Insofern baut die erfindungsgemäße Leiterplatte durch die Verwendung von Kontaktbohrungen und die Nutzung dieser für eine elektrische Kontaktierung besonders flach.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Verbindungselement zwischen Kontaktpol und Leiterplatte vorgesehen, das die elektrisch leitende Verbindung herstellt. Für das Verbindungselement können unterschiedliche Ausgestaltungen vorgesehen sein. Hierbei sollte vermieden werden, dass durch das Verbindungselement der eingesparte Bauraum wieder verbraucht wird. Bevorzugt wird ein flach bauendes Verbindungselement eingesetzt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Innenwand der Kontaktbohrung mit mindestens einem Abschnitt einer Außenwand des Verbindungselements oder dem Kontaktpol direkt, wenn die Leiterplatte auf den Batteriepol aufgesetzt ist. In dieser Ausgestaltung findet eine elektrisch leitende Verbindung direkt zwischen Kontaktpol und Leiterplatte an der Innenwand der Kontaktbohrung statt. Alternativ wird ein beispielsweise ringförmiges Verbindungselement in die Kontaktbohrung oder auf den Batteriepol aufgesetzt, so dass dieses die elektrisch leitende Verbindung mit der Leiterplatte herstellt.
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Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Art der elektrisch leitenden Verbindung kann auch vorgesehen sein, dass ein auf der Leiterplatte montiertes Kontaktelement vorgesehen ist, das die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktpol und der Leiterplatte herstellt. Das auf der Leiterplatte montierte Kontaktelement kann hierbei ein an sich bekanntes Kontaktelement, wie beispielsweise ein surface mounted device sein, das durch den Kontaktpol elektrisch leitend verbunden wird. Bevorzugt steht hierfür der Kontaktpol durch die Kontaktbohrung hindurch.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen gelöst, die jeweils ein Paar von Kontaktpolen besitzen und über eine Leiterplatte elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die miteinander verbundenen Batteriezellen bilden die Batterie. Die Leiterplatte zur Verbindung der Batteriezellen besitzt Kontaktbohrungen, wobei in einem montierten Zustand jeder Kontaktpol in die Kontaktbohrung der Leiterplatte hineinragt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktpolen und der Leiterplatte hergestellt ist. Indem bei der Batterie die Kontaktpole in die Leiterplatte hineinragen, baut die Batterie in Bezug auf die Längsachse der Batteriezellen oder die Längsachse ihrer Batteriepole kleiner. Die Kontaktpole stehen dabei in die Kontaktbohrung hinein und können sogar durch diese hindurchragen, beispielsweise um auf der von den Batteriezellen abgewandten Seite elektrisch kontaktiert zu werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist für mindestens einen der Kontaktpole und eine der Kontaktbohrungen der Leiterplatte ein Verbindungselement vorgesehen. Das Verbindungselement dient dazu, eine definierte elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktpol und der Kontaktbohrung herzustellen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die elektrische leitende Verbindung zwischen der Innenwand der Kontaktbohrung mit mindestens einem Abschnitt der Außenwand des Verbindungselements oder mit dem Kontaktpol direkt hergestellt. In dieser Ausgestaltung erfolgt die Kontaktierung innenliegend der Leiterplatte, wobei die Innenseite der Kontaktbohrung entweder durch den Batteriepol direkt oder durch ein beispielsweise hülsenförmiges Verbindungselement hergestellt ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Kontaktpol und der Leiterplatte über ein auf der Leiterplatte montiertes Kontaktelement, beispielsweise über ein surface mounted device, hergestellt sein. Hierbei ragt der Kontaktpol der Batterie beispielsweise durch die Kontaktbohrung hindurch, um über das auf der Leiterplatte montierte Kontaktelement kontaktiert zu werden. Auch ist es möglich, dass das auf der von den Batteriezellen abgewandten Seite der Leiterplatte montierte Kontaktelement über in die Kontaktbohrung hineinreichende Arme und/oder Federkontakte in der Kontaktbohrung die elektrisch leitende Verbindung herstellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Batterie bestehend aus mehreren Batteriezellen, deren Kontaktpole über eine Leiterplatte miteinander verbunden sind,
- 2 mehrere Batteriezellen mit Leiterplatte und Verbindungselementen in einer auseinandergezogenen Darstellung,
- 3 eine Schnittansicht entlang der Linie BB aus 1,
- 4 eine perspektivische Ansicht der Batterie aus 2 mit aufgesetzter Leiterplatte und
- 4 a eine Detailansicht zu einem Kontaktpol aus 4.
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1 zeigt in einer Draufsicht eine Leiterplatte 10, die 2 x 4 Batteriezellen bedeckt. Jede der Batteriezellen 12 besitzt 2 Kontaktpole 14, die durch die jeweiligen Kontaktbohrungen 16 in der Leiterplatte 10 vorstehen.
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Jede der Batteriezellen 12 besitzt eine rechteckige Form, wobei die Batteriezellen 12 zeilenweise entlang einer Längsseite und spaltenweise entlang einer schmaleren Stirnseite angeordnet sind. Die Kontaktpole 14 sind mittig auf den Batteriezellen 12 jeweils zu den Schmalseiten hin angeordnet. Die Batteriezelle 12 besitzt insgesamt eine quaderförmige Gestalt, wobei beide Kontaktpole 14 einer Batteriezelle aus einer Flachseite hervorstehen, die einer Aufstellseite gegenüberliegt. Wie in 1 zu erkennen, sind die Kontaktpole 14 der Batteriezellen alternierend zueinander angeordnet, so dass ein positiver Kontaktpol 14a horizontal neben einem negativen Kontaktpol 14b liegt, dem wiederum ein positiver Kontaktpol 14c folgt.
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2 zeigt die Batterie aus 1 in einer perspektivischen Ansicht von der Seite mit abgehobener Leiterplatte 10. Die einzelnen Batterieelemente 14 sind zu einer Batterie mit mehreren Batteriezellen zusammengefasst, und über die Leiterplatte 10 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Leiterbahnen auf der Leiterplatte 10 sind in 2 nicht dargestellt.
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Die Leiterplatte 10 besitzt durchgehende Kontaktbohrungen 14, wobei für jede Kontaktbohrung 14 ein Verbindungselement 18 vorgesehen ist. Wie in 4 und der zugehörigen Detailansicht 4a zu erkennen ist, sind die Verbindungselemente 18 in den Kontaktbohrungen 16 angeordnet und sitzen zudem auf den Kontaktpolen 14. Die Verbindungselemente 18 stehen aus der Leiterplatte 10 teilweise vor.
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3 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines Kontaktpols 14 im Kontakt mit der Leiterplatte 10. Der Kontaktpol 14 besitzt eine zentrale Sackbohrung 20. Auf der Außenseite des Kontaktpols 14 sitzt das Verbindungselement 18 flächig auf, wobei das Verbindungselement 18 in einer Kontaktbohrung der Leiterplatte 10 angeordnet ist. Der Kontaktpol steht durch die Leiterplatte vor und ragt durch die Kontaktbohrung hindurch. Die elektrische leitende Verbindung geht hierbei über den Kontaktpol 14 und das Verbindungselement 18 zu der Leiterplatte 10, die hierbei in ihrer Innenwandung einen elektrisch leitenden Kontakt besitzt.
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Neben der dargestellten Ausführungsvariante, bei der das Verbindungselement auf dem Kontaktpol und in der Leiterplatte gehalten ist, ist es grundsätzlich auch möglich, in Z-Richtung eine weitere Sicherung für das Verbindungselement vorzusehen. Dies kann beispielsweise durch einen Kunststoffring oder eine Kunststoffschraube erfolgen, die auf den Kontaktpol des Batterieelements gesetzt das Verbindungselement sichert.
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Alternativ zu dem dargestellten Verbindungselement ist es auch möglich, auf der Leiterplatte ein Kontaktelement vorzusehen, mit dem der Batteriepol kontaktiert wird. Das Kontaktelement kann beispielsweise als ein surface mounted device auf der von den Batteriezellen fortweisenden Seite angeordnet sein und über elektrische Kontakte und Federelemente in elektrisch leitender Verbindung mit dem Kontaktpol stehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leiterplatte
- 12
- Batteriezellen
- 14
- Kontaktpole
- 14a
- positiver Kontaktpol
- 14b
- negativer Kontaktpol
- 16
- Kontaktbohrung
- 18
- Verbindungselemente
- 20
- Sackbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011109211 A1 [0002]
