DE102020207123A1

DE102020207123A1 - Steckelement, Verfahren zur Herstellung eines solchen und Batteriemodul

Info

Publication number: DE102020207123A1
Application number: DE102020207123.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dittert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-12-09
Also published as: CN113839247A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steckelement, insbesondere eines Batteriemoduls, umfassend zumindest eine elektrische Leiterbahn (2) und zumindest ein elektrisches Anschlusselement (3), das ein erstes Ende (31) aufweist, welches zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements (1) ausgebildet ist, und ein zweites Ende (32) aufweist, welches in einem Verbindungsbereich (4) mechanisch und elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, mit der zumindest einen elektrischen Leiterbahn (2) verbunden ist, wobei das zumindest eine elektrische Anschlusselement (3) teilweise durch ein Steckergehäuse (5) aufgenommen ist, welches aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist, wobei das erste Ende (31) in einem Innenraum (6) des Steckergehäuses (5) aufgenommen ist, und der Verbindungsbereich (4) abdichtend von einem zweiten Kunststoff umgeben ist, wobei der zweite Kunststoff eine höhere Elastizität aufweist als der erste Kunststoff.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Steckelement nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen sowie ein Batteriemodul.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. Batteriesystemen zusammengeschaltet.
Offenbarung der Erfindung
Ein Steckelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass ein zuverlässig vor mechanischer Einwirkung geschütztes Steckelement ausgebildet werden kann.
Dazu wird erfindungsgemäß ein Steckelement zur Verfügung gestellt.
Das Steckelement ist insbesondere ein Steckelement eines Batteriemoduls. Das Steckelement umfasst zumindest eine elektrische Leiterbahn und zumindest ein elektrisches Anschlusselement.
Das zumindest eine elektrische Anschlusselement weist dabei zumindest ein erstes Ende auf, welches zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements ausgebildet ist, und weist ein zweites Ende auf, welches in einem Verbindungsbereich mechanisch und elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, mit der zumindest einen elektrischen Leiterbahn verbunden ist.
Dabei ist das zumindest eine Anschlusselement teilweise durch ein Steckergehäuse aufgenommen ist, welches aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist. Das erste Ende ist in einem Innenraum des Steckergehäuse aufgenommen, und der Verbindungsbereich ist abdichtend von einem zweiten Kunststoff umgeben. Weiterhin weist der zweite Kunststoff eine höhere Elastizität auf als der erste Kunststoff.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der erste Kunststoff beispielsweise aus einem Polyamid ausgebildet ist und der zweite Kunststoff beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildet ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die zumindest eine elektrische Leiterbahn bevorzugt flexibel ausgebildet ist. Darunter soll verstanden sein, dass eine vergleichbar einfache Verformung unter einem vergleichbar geringen Kraftaufwand möglich ist. Weiterhin ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn bevorzugt flach ausgebildet. Darunter soll verstanden sein, dass ein Querschnitt der zumindest einen Leiterbahn eine vergleichbar geringe Höhenausdehnung im Vergleich zu einer Breitenausdehnung aufweist.
Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Ende des zumindest einen elektrischen Anschlusselements und der zumindest einen elektrischen Leiterbahn ist bevorzugt geschweißt ausgeführt.
Bevorzugt ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn zwischen zwei elektrisch isolierend ausgebildeten Lagen aufgenommen. Insbesondere ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn zwischen den zwei Lagen laminiert.
Solche Lagen können beispielsweise Folien ausgebildet aus einem bevorzugt flexiblen Kunststoff sein. Durch ein Laminieren kann eine zuverlässige Verbindung zwischen der zumindest einen elektrischen Leiterbahn und der jeweiligen Lage sowie zwischen den zwei Lagen ausgebildet werden.
Zweckmäßig ist, wenn das Steckelement eine Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen umfasst.
Insbesondere ist die Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen nebeneinander angeordnet und weiterhin besonders bevorzugt zwischen den zwei Lagen laminiert. Ein solcher Verbund aus einer Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen, welche zwischen zwei Lagen aus einem Kunststoff laminiert sind, ist auch als flexibles Flachleiterkabel bezeichnet. Weiterhin ist es auch möglich, dass der solche Verbund weiterhin elektronische Elemente umfasst. In diesem Fall wäre der solche Verbund als flexible Leiterplatte bezeichnet.
Zweckmäßig ist, wenn das Steckelement weiterhin eine Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen umfasst. Insbesondere ist die Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen und die Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen identisch. Dies bietet den Vorteil, dass je ein elektrisches Anschlusselement mit je einer elektrischen Leiterbahn elektrisch kontaktieren sein kann.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektrische Anschlusselement als Stanzgitter ausgebildet. Dabei ist das erste Ende des zumindest einen als Stanzgitter ausgebildeten elektrischen Anschlusselements mittels einer mechanischen Steckverbindung elektrisch kontaktierbar.
Stanzgitter bieten den Vorteil, dass diese vergleichbar einfach herzustellen sind. Weiterhin bieten Stanzgitter den Vorteil, dass diese eine Mehrzahl an einzelnen Steckverbindungen ausbilden können.
Gemäß einem anderen bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine elektrische Anschlusselement als Crimp ausgebildet. Dabei ist das erste Ende das zumindest einen als Crimp ausgebildeten Anschlusselements mittels einer mechanischen Steckverbindung elektrisch kontaktierbar.
Dies hat den Vorteil, dass Verbindungen zwischen dem Crimp und der zumindest einen elektrischen Leiterbahn zuverlässig ausgebildet werden können.
Besonders bevorzugt ist, wenn das Steckergehäuse und der den Verbindungsbereich abdichtende zweite Kunststoff unmittelbar mechanisch kontaktiert angeordnet sind.
Dies bietet den Vorteil, dass auf den Verbindungsbereich einwirkende Kräfte über den zweiten Kunststoff auf das Steckergehäuse geleitet und somit kompensiert werden können. Insbesondere ist es hier vorteilhaft, wenn der zweite Kunststoff an der zumindest einen elektrischen Leiterbahn und/oder dem Steckergehäuse haftet. Dadurch wird die Verbindung zwischen der zumindest einen elektrischen Leiterbahn und dem zweiten Ende des zumindest einen elektrischen Anschlusselements mechanisch entlastet.
Dabei ist bevorzugt, wenn das Steckergehäuse eine Umrandung aufweist.
Dabei weist die Umrandung eine erste Kontaktfläche auf, welche unmittelbar mechanisch kontaktierend mit dem den Verbindungsbereich abdichtenden zweiten Kunststoff angeordnet ist.
Weiterhin weist die Umrandung eine zweite Kontaktfläche auf, welche unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem aus dem zweiten Kunststoff ausgebildeten Dichtelement angeordnet ist.
Dies bietet den Vorteil, dass das Steckergehäuse unabhängig von dem Steckelement ausgebildet werden kann.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass insbesondere die zweite Kontaktfläche der Umrandung als Auflagefläche zu einer Montage beispielsweise an ein Batteriegehäuse bzw. ein Batteriemodulgehäuse dient. Die Dichtung kann hierbei abdichten. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Umrandung weiterhin Elemente zu einer Befestigung beispielsweise an einem Batteriegehäuse bzw. an einem Batteriemodulgehäuse aufweist. Solche Elemente können beispielsweise Bohrungen ausgebildet zur Aufnahme von Schrauben oder Öffnung zu Aufnahme von Schnappverbindungen sein.
Insgesamt sei an dieser Stelle noch bemerkt, dass durch eine Umspritzung des Verbindungsbereichs mit dem zweiten Kunststoff eine wasserdichte Ausführung gegen das Steckergehäuse und das zumindest eine elektrische Anschlusselement ausgebildet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das Steckelement bei einer Anordnung in einem Batteriemodul fluiddicht, wie beispielsweise wasserdicht, ausgebildet werden kann.
Des Weiteren sei zusätzlich auch noch bemerkt, dass durch einen vergleichbar elastischen zweiten Kunststoff keine vergleichbar großen Scherkräfte auf die zumindest eine Leiterbahn wirken, sollte diese gegen einen Randbereich des zweiten Kunststoffs ausgelenkt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Steckelements. Dabei werden zumindest eine elektrische Leiterbahn und ein zweites Ende zumindest eines elektrisches Anschlusselements, das weiterhin ein erstes Ende aufweist, welches zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements ausgebildet ist, in einem Verbindungsbereich mechanisch und elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, verbunden.
Weiterhin wird das Anschlusselement teilweise durch ein Steckergehäuse aufgenommen, welches aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist.
Dabei wird das erste Ende in einem Innenraum des Steckergehäuse aufgenommen, und der Verbindungsbereich wird abdichtend von einem zweiten Kunststoff umspritzt.
Dabei weist der zweite Kunststoff eine höhere Elastizität aufweist als der erste Kunststoff.
Beispielsweise kann hierzu das zumindest eine elektrische Anschlusselement, welches bevorzugt als Stanzgitter ausgebildet ist, mit dem ersten Kunststoff umspritzt werden und anschließend kann das Steckergehäuse freigestanzt werden, sodass das zumindest eine elektrische Anschlusselement teilweise durch das Steckergehäuse aufgenommen ist und das erste Ende in dem Innenraum des Steckergehäuses aufgenommen ist. Weiterhin ist insbesondere das zweite Ende von dem ersten Kunststoff unbedeckt und des Weiteren nicht in dem Innenraum des Steckergehäuses aufgenommen. Bei dieser Herstellung kann bevorzugt die Umrandung ausgebildet werden.
Das zweite Ende kann hierbei anschließend oder zeitgleich oder sogar vor Ausbildung des Steckergehäuses stoffschlüssig mit der zumindest einen elektrischen Leiterbahn verbunden werden. Bevorzugt ist eine Ausbildung mittels Schweißen, wie beispielsweise Widerstandschweißen.
Nach einer solchen Ausbildung des Steckergehäuses, welches bereits das zumindest eine elektrische Anschlusselement umfasst, kann der Verbindungsbereich mit dem zweiten Kunststoff umspritzt werden. Weiterhin kann gleichzeitig aus dem zweiten Kunststoff das Dichtelement angespritzt werden. Dies bietet den Vorteil, dass durch einen Verfahrensschritt die Dichtung angespritzt und der Verbindungsbereich umspritzt werden kann. Dadurch ist es möglich, Prozess- und Verarbeitungskosten zu sparen.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Batteriemodul mit einem eben beschriebenen Steckelement oder hergestellt mit einem eben beschriebenen Verfahren. Dabei ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn mit einem Sensorelement des Batteriemoduls oder einer Steuereinrichtung des Batteriemoduls verbunden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

1 in einer perspektivischen Ansicht teilweise ein Steckelement.

Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein teilweises Steckelement 1.
Das Steckelement 1 ist dabei insbesondere ein Steckelement 1 eines in der 1 nicht zu erkennenden Batteriemoduls.
Das Steckelement 1 umfasst dabei eine elektrische Leiterbahn 2. Dabei ist in der 1 gezeigt, dass die elektrische Leiterbahn 2 zwischen zwei Lagen 7 isolierend ausgebildet aufgenommen sein kann. Insbesondere ist die elektrische Leiterbahn 2 dabei laminiert zwischen den zwei Lagen 7 aufgenommen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit teilweise auf die Darstellung einer der zwei Lagen 7 verzichtet wurde. Insbesondere zeigt 1 auch, dass das Steckelement 1 eine Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen 2 aufweist.
Weiterhin umfasst das Steckelement 1 ein elektrisches Anschlusselement 3. Das elektrische Anschlusselement 3 weist dabei ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 auf. Das erste Ende 31 ist dabei zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements 1 ausgebildet.
Das zweite Ende 32 ist in einem Verbindungsbereich 4 mechanisch und elektrisch leitend mit der elektrischen Leiterbahn 2 verbunden. Insbesondere zeigt 1 auch, dass das Steckelement 1 eine Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen 3 aufweist. Bevorzugt weist das Steckelement 1 eine Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen 2 und eine Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen 3 auf.
Aus der 1 ist dabei zu erkennen, dass das elektrische Anschlusselement 3 teilweise durch ein Steckergehäuse 5 des Steckelements 1 aufgenommen ist. Das Steckergehäuse 5 ist dabei aus einem ersten Kunststoff ausgebildet.
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform ist elektrische Anschlusselement 3 als Stanzgitter 8 ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Stanzgitter 8 bevorzugt die Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen 3 umfasst. Dabei zeigt die 1, dass das erste Ende 31 bzw. die ersten Enden 31 der Stanzgitter 8 mittels einer mechanischen Steckverbindung elektrisch kontaktierbar sind.
Das elektrische Anschlusselement 3 kann auch als Crimpverbindung ausgebildet sein, was in 1 nicht gezeigt ist.
Insbesondere zeigt die 1 hierzu, dass das erste Ende 31 in einem Innenraum 6 des Steckergehäuses 5 aufgenommen ist. Insbesondere ist das erste Ende 31 dabei derart in dem Innenraum 6 aufgenommen, dass das erste Ende 31 nicht unmittelbar kontaktierend mit dem ersten Kunststoff angeordnet ist. Weiterhin ist das erste Ende 31 von einer Umgebung des Steckelements 1 über den Innenraum 6 zugänglich angeordnet.
Der Verbindungsbereich 4 ist dabei abdichtend von einem zweiten Kunststoff umgeben. An dieser Stelle sei angemerkt, dass in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung des zweiten Kunststoffs verzichtet wurde. Der zweite Kunststoff ist dabei in der Art angeordnet, dass dieser in dem Verbindungsbereich 4 die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Ende 32 des elektrischen Anschlusselements 3 und der elektrischen Leiterbahn unmittelbar mechanisch kontaktiert und gegenüber der Umgebung abdichtet. Insbesondere sind das Steckergehäuse 5 und der den Verbindungsbereich 4 abdichtende zweite Kunststoff unmittelbar mechanisch kontaktierend angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, der zweite Kunststoff und das Steckergehäuse 5 berühren sich.
Zudem zeigt die 1 auch, dass das Steckergehäuse 5 eine Umrandung 9 aufweist. Die Umrandung 9 weist dabei eine erste Kontaktfläche 91 und eine zweite Kontaktfläche 92 auf.
Die erste Kontaktfläche 91 ist dabei wie in 1 angedeutet ist, unmittelbar mechanisch kontaktierend mit dem zweiten Kunststoff angeordnet, welcher den Verbindungsbereich 4 abdichtet.
Die erste Kontaktfläche ist dabei wie in 1 zu erkennen ist, unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem Dichtelement 10 angeordnet, welches bevorzugt ebenfalls aus dem zweiten Kunststoff ausgebildet ist.

Claims

Steckelement, insbesondere eines Batteriemoduls, umfassend zumindest eine elektrische Leiterbahn (2) und zumindest ein elektrisches Anschlusselement (3), das ein erstes Ende (31) aufweist, welches zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements (1) ausgebildet ist, und ein zweites Ende (32) aufweist, welches in einem Verbindungsbereich (4) mechanisch und elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, mit der zumindest einen elektrischen Leiterbahn (2) verbunden ist, wobei das zumindest eine elektrische Anschlusselement (3) teilweise durch ein Steckergehäuse (5) aufgenommen ist, welches aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist, wobei das erste Ende (31) in einem Innenraum (6) des Steckergehäuses (5) aufgenommen ist, und der Verbindungsbereich (4) abdichtend von einem zweiten Kunststoff umgeben ist, wobei der zweite Kunststoff eine höhere Elastizität aufweist als der erste Kunststoff.
Steckelement nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leiterbahn (2) zwischen zwei elektrisch isolierend ausgebildeten Lagen (7) aufgenommen ist, insbesondere zwischen den zwei Lagen (7) laminiert ist.
Steckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckelement (1) eine Mehrzahl an elektrischen Leiterbahnen (2) und eine Mehrzahl an elektrischen Anschlusselementen (3) umfasst.
Steckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elektrische Anschlusselement (3) als Stanzgitter (8) ausgebildet, dessen erstes Ende (31) mittels einer mechanischen Steckverbindung elektrisch kontaktierbar ist.
Steckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elektrische Anschlusselement (3) als Crimp ausgebildet ist, dessen erstes Ende (31) mittels einer mechanischen Steckverbindung elektrisch kontaktierbar ist.
Steckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (5) und der den Verbindungsbereich (4) abdichtende zweite Kunststoff unmittelbar mechanisch kontaktierend angeordnet sind.
Steckelement nach dem vorhergehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (5) eine Umrandung (9) aufweist, wobei die Umrandung (9) eine erste Kontaktfläche (91) aufweist, welche unmittelbar mechanisch kontaktierend mit dem den Verbindungsbereich (4) abdichtenden zweiten Kunststoff angeordnet ist, wobei die Umrandung (9) eine zweite Kontaktfläche (92) aufweist, welche unmittelbar mechanisch kontaktierend mit einem aus dem zweiten Kunststoff ausgebildeten Dichtelement (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Steckelements (1) wobei zumindest eine elektrische Leiterbahn (2) und ein zweites Ende (32) zumindest eines elektrischen Anschlusselement (3), das weiterhin ein erstes Ende (31) aufweist, welches zu einer elektrischen Kontaktierung des Steckelements (1) ausgebildet ist, in einem Verbindungsbereich (4) mechanisch und elektrisch leitend, insbesondere stoffschlüssig, verbunden werden, wobei das zumindest eine elektrische Anschlusselement (3) teilweise durch ein Steckergehäuse (5) aufgenommen wird, welches aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist, wobei das erste Ende (31) in einem Innenraum (6) des Steckergehäuses (1) aufgenommen wird, und der Verbindungsbereich (4) abdichtend von einem zweiten Kunststoff umspritzt wird, wobei der zweite Kunststoff eine höhere Elastizität aufweist als der erste Kunststoff.
Batteriemodul umfassend ein Steckelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine elektrische Leiterbahn (2) mit einem Sensorelement des Batteriemoduls oder einer Steuereinrichtung des Batteriemoduls verbunden ist.