DE102021122422A1 - Zellkontaktiersystem für ein Batteriemodul und Batteriemodul mit einem solchen Zellkontaktiersystem - Google Patents

Zellkontaktiersystem für ein Batteriemodul und Batteriemodul mit einem solchen Zellkontaktiersystem Download PDF

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Abstract

Ein Zellkontaktiersystem (18) für ein Batteriemodul (10) mit einer Anordnung von mehreren Batteriezellen (12) hat mehrere Zellverbinder (22) zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener Batteriezellen (12), eine Leiterplatte (24) mit mehreren Signalleitungen jeweils zum Verbinden einer Signalquelle eines der mehreren Zellverbinder (22) mit einer Signalmanagementschaltung (26) oder einer Verbindungsschnittstelle (28) und eine auf die Batteriezellenanordnung aufsetzbare Kunststoff-Trägerplatte (20) mit einem ersten Aufnahmebereich (207) für die Leiterplatte (24) sowie mehreren zweiten Aufnahmebereichen (205) jeweils für einen der mehreren Zellverbinder (22). Für einen einfachen Zusammenbau und eine geringe Höhe des Zellkontaktiersystems (18) umfasst die Trägerplatte (20) auf der der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite ihrer Plattenbasis (202) ein erstes Rahmenelement (206), das den ersten Aufnahmebereich (207) für die Leiterplatte (24) zumindest teilweise umschließt, und mehrere zweite Rahmenelemente (204), die jeweils einen der mehreren zweiten Aufnahmebereiche (205) für die Zellverbinder (22) zumindest teilweise umschließen, wobei an den Rahmenelementen (206, 204) jeweils Schnapphaken (212, 216) zum Einschnappen der Leiterplatte (24) bzw. der Zellverbinder (22) in den jeweiligen Aufnahmebereichen (207, 205) der Trägerplatte (20) vorgesehen sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellkontaktiersystem für ein Batteriemodul mit einer Anordnung von mehreren Batteriezellen sowie ein Batteriemodul mit einem solchen Zellkontaktiersystem.
  • Zellmanagementcontroller (CMC), die die einzelnen Batteriezellen des Batteriemoduls überwachen, um zum Beispiel Ladeprozesse, Balancing der Spannungen und der Ladezustände, Temperierprozesse, etc. für die Batteriezellen durchzuführen, benötigen ein Zellkontaktiersystem zum Kontaktieren der Batteriezellen, um entsprechende Messsignale zum Beispiel der Potentiale und der Temperaturen der Batteriezellen zu erhalten. Herkömmliche Zellkontaktiersysteme erfordern meist einen hohen Montageaufwand und Platzbedarf zum Zusammenbau des Zellkontaktiersystems.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Zellkontaktiersystem mit einem einfachen Zusammenbau und einem platzsparenden Aufbau zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zellkontaktiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Zellkontaktiersystem für ein Batteriemodul mit einer Anordnung von mehreren Batteriezellen weist mehrere Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener Batteriezellen; eine Leiterplatte mit mehreren Signalleitungen jeweils zum Verbinden einer Signalquelle eines der mehreren Zellverbinder mit einer Signalmanagementschaltung oder einer Verbindungsschnittstelle, wobei die Signalquellen der mehreren Zellverbinder jeweils über wenigstens ein Verbindungselement mit einer der mehreren Signalleitungen der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind; und eine Kunststoff-Trägerplatte, welche auf die Batteriezellenanordnung aufsetzbar ist und einen ersten Aufnahmebereich für die Leiterplatte sowie mehrere zweite Aufnahmebereiche jeweils für einen der mehreren Zellverbinder aufweist, auf. Erfindungsgemäß wird eine spezielle Trägerplatte vorgeschlagen, welche (i) eine Plattenbasis aufweist, die sich über die gesamte Batteriezellenanordnung erstreckt, wobei die Plattenbasis in den mehreren zweiten Aufnahmebereichen jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung zum Kontaktieren der Zellterminals der jeweiligen Batteriezellen aufweist; (ii) auf der der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis ein erstes Rahmenelement aufweist, welches den ersten Aufnahmebereich für die Leiterplatte zumindest teilweise umschließt; (iii) auf der der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis ferner mehrere zweite Rahmenelemente aufweist, welche jeweils einen der mehreren zweiten Aufnahmebereiche für die Zellverbinder zumindest teilweise umschließen; (iv) an dem ersten Rahmenelement wenigstens einen ersten Schnapphaken zum Einschnappen der Leiterplatte im ersten Aufnahmebereich der Trägerplatte aufweist; und (v) an den mehreren zweiten Rahmenelementen jeweils wenigstens einen zweiten Schnapphaken zum Einschnappen des jeweiligen Zellverbinders im jeweiligen zweiten Aufnahmebereich der Trägerplatte aufweist.
  • Die Verwendung einer solchen Trägerplatte mit Rahmenelementen um die Aufnahmebereiche der Leiterplatte und der Zellverbinder sowie an den Rahmenelementen vorgesehenen Schnapphaken zum Einschnappen (d.h. im Wesentlichen formschlüssigen Einfügen) der Leiterplatte bzw. der mehreren Zellverbinder in die jeweiligen Aufnahmebereiche ermöglicht ein einfaches (ggf. sogar automatisiertes) und schnelles Montieren der Leiterplatte und der Zellverbinder an der Trägerplatte ohne zusätzliche Befestigungselemente (z.B. Schrauben) und ohne zusätzliche Befestigungsprozesse. Außerdem kann die Trägerplatte mit der Plattenbasis und den Rahmenelementen durch den Einsatz solcher Schnapphaken insgesamt eine relativ geringe Höhe haben, wodurch auch die Höhe des Zellkontaktiersystems und damit des gesamten Batteriemoduls im Vergleich zu den herkömmlichen Zellkontaktiersystemen mit anderen Montagesystemen reduziert werden kann. Außerdem ist eine Montage mittels Schnapphaken grundsätzlich etwas flexibel, sodass im Gegensatz zu steifen Montagesystemen (z.B. mit Schrauben) auch die Möglichkeit besteht, Deformationen (z.B. temperaturbedingte Ausdehnungen) und Bewegungen der Batteriezellen zu kompensieren.
  • Das erste Rahmenelement, das den ersten Aufnahmebereich für die Leiterplatte zumindest teilweise umschließt, kann im Rahmen der Erfindung in Form eines einzelnen Rahmenelements mit oder ohne Lücken darin oder in Form mehrerer Rahmenteilelemente mit oder ohne Abständen dazwischen ausgebildet sein. Die mehreren zweiten Rahmenelemente, die jeweils einen zweiten Aufnahmebereich für einen Zellverbinder zumindest teilweise umschließen, können im Rahmen der Erfindung jeweils in Form eines einzelnen Rahmenelements mit oder ohne Lücken darin oder in Form mehrerer Rahmenteilelemente mit oder ohne Abstände dazwischen ausgebildet sein. Außerdem können im Rahmen der Erfindung alle oder ein Teil der mehreren zweiten Rahmenelemente, die jeweils einen zweiten Aufnahmebereich für einen Zellverbinder zumindest teilweise umschließen, miteinander zu einem Bauelement kombiniert sein. Die ersten und zweiten Rahmenelemente können als separate Bauteile an der Plattenbasis befestigt sein oder vorzugsweise einstückig mit der Plattenbasis ausgebildet sein. Die ersten und zweiten Schnapphaken sind vorzugsweise jeweils integral mit den jeweiligen Rahmenelementen ausgebildet. Die Schnapphaken können auch als Snap-Fit-Elemente bezeichnet werden.
  • Das Zellkontaktiersystem der Erfindung kann grundsätzlich mit beliebigen Arten / Konstruktionen von Zellverbindern und Leiterplatten realisiert werden. Das Zellkontaktiersystem der Erfindung kann grundsätzlich auch mit beliebigen Arten / Konstruktionen von elektrischen Verbindungselementen zwischen Leiterplatte und Zellverbindern realisiert werden, wobei die Verbindungselemente vorzugsweise als Press-Fit-Verbindungselemente ausgestaltet sein können, wie sie in der Anmeldung DE 10 2021 116 447.8 detailliert beschrieben sind.
  • Das Zellkontaktiersystem weist vorzugsweise wenigstens eine Signalmanagementschaltung auf, die mit den Signalleitungen der Leiterplatte verbunden ist. Die wenigstens eine Signalmanagementschaltung kann zum Beispiel in die Leiterplatte integriert sein oder als externe Schaltung über eine entsprechende Verbindungsschnittstelle mit der Leiterplatte verbunden sein. Die integrierte oder externe Signalmanagementschaltung ist zudem bevorzugt über eine Verbindungsschnittstelle mit einer Batteriemodulsteuerung verbunden. Das Zellkontaktiersystem, die Signalmanagementschaltung und die Batteriemodulsteuerung können zusammen auch als Zellmanagementcontroller (CMC) bezeichnet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine erste Schnapphaken an seiner der Plattenbasis zugewandten Unterseite im Wesentlichen parallel zur Plattenbasis ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich sind auch die mehreren zweiten Schnapphaken jeweils an ihrer der Plattenbasis zugewandten Unterseite im Wesentlichen parallel zur Plattenbasis ausgestaltet. Die Unterseiten der Schnapphaken sind damit auch im Wesentlichen parallel zu der Leiterplatte bzw. den Zellverbindern. Diese Ausführungsform der Schnapphaken erzielt eine besonders kleine effiziente Bauweise der Schnapphaken, sodass auch die Rahmenelemente und damit die gesamte Trägerplatte eine besonders geringe Höhe haben können.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine erste Schnapphaken so ausgestaltet, dass er in Richtung zur Plattenbasis vorgespannt ist. Alternativ oder zusätzlich sind auch die mehreren zweiten Schnapphaken jeweils so ausgestaltet, dass sie in Richtung zur Plattenbasis vorgespannt sind. Durch diese Maßnahme bleiben die Schnapphaken bei Fertigungstoleranzen der Leiterplatte bzw. der Zellverbinder und bei Bewegungen der Leiterplatte bzw. der Zellverbinder (z.B. verursacht durch Ausdehnungen und/oder Bewegungen der Batteriezellen 12) in Kontakt mit der Leiterplatte bzw. den Zellverbindern, sodass diese sicher an der Trägerplatte fixiert sind.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der wenigstens eine erste Schnapphaken und/oder die mehreren zweiten Schnapphaken jeweils elastisch ausgestaltet. Die elastische Ausgestaltung der Schnapphaken kann zum Beispiel durch ihre Materialwahl, ihre Struktur und/oder ihre Ankopplung an die jeweiligen Rahmenelemente erzielt werden. Durch diese Maßnahme wird das Einlegen der Leiterplatte bzw. der Zellverbinder in die jeweiligen Aufnahmebereiche der Trägerplatte vereinfacht. Außerdem unterstützt diese Maßnahme ebenfalls die Vorteile, dass die Schnapphaken selbst bei Fertigungstoleranzen und Bewegungen der Leiterplatte bzw. der Zellverbinder (in horizontalen Richtungen) in Kontakt mit der Leiterplatte bzw. den Zellverbindern, sodass diese sicher an der Trägerplatte fixiert sind, und dass Deformationen und Bewegungen der Batteriezellen während des Betriebs des Batteriemoduls besser kompensiert werden können.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Plattenbasis der Trägerplatte im ersten Aufnahmebereich für die Leiterplatte wenigstens einen elastischen Abschnitt auf, der bezogen auf die Dickenrichtung der Plattenbasis elastisch ist. Durch diese Maßnahme können Deformationen und Bewegungen der Batteriezellen in vertikaler Richtung während des Betriebs des Batteriemoduls noch besser kompensiert werden.
  • Die Signalquellen der Zellverbinder weisen vorzugsweise wenigstens eine an einem der mehreren Zellverbinder vorgesehene Spannungsabgriffstelle und/oder wenigstens eine an einem der mehreren Zellverbinder angebrachte Temperaturmessvorrichtung auf. Vorzugsweise sind alle Zellverbinder jeweils mit einer Spannungsabgriffstelle versehen, die mit einer Signalleitung der Leiterplatte verbunden ist. Vorzugsweise ist an einigen oder sogar an allen Zellverbindern jeweils eine Temperaturmessvorrichtung angebracht, die mit einer Signalleitung der Leiterplatte verbunden ist. Die wenigstens eine Temperaturmessvorrichtung weist vorzugsweise eine Sensor-Leiterplatte mit einem Temperaturerfassungselement auf, wobei die Sensor-Leiterplatte über ein Kontaktelement mit dem jeweiligen Zellverbinder verbunden ist und über ein Verbindungselement mit einer Signalleitung der Leiterplatte verbunden ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Plattenbasis der Trägerplatte innerhalb des ersten Aufnahmebereichs oder außerhalb des ersten Aufnahmebereichs und der zweiten Aufnahmebereiche wenigstens eine Lüftungsöffnung, zum Beispiel in Form mehrerer Löcher oder einer Spalte, auf. Bei der erstgenannten Variante hat die Leiterplatte ebenfalls wenigstens eine Lüftungsöffnung, die mit der wenigstens einen Lüftungsöffnung der Plattenbasis zusammenwirkt. Die Lüftungsöffnungen können einen Kühlprozess der Batteriezellen unter dem Zellkontaktiersystem unterstützen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Batteriemodul, das eine Anordnung von mehreren Batteriezellen und ein oben beschriebenes Zellkontaktiersystem der Erfindung auf der Batteriezellenanordnung aufweist. Mit diesem Batteriemodul können dieselben Vorteile erzielt werden, die oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Zellkontaktiersystem erläutert sind.
  • Die Batteriezellen sind über die Zellverbinder des Zellkontaktiersystems miteinander verbunden und über einen elektrischen Anschluss des Batteriemoduls mit einem Verbraucher oder einem Ladesystem verbindbar. Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art, Anzahl, Größe oder Anordnung der mehreren Batteriezellen beschränkt. Die Erfindung ist insbesondere auch für Li-lonen-Batteriemodule einsetzbar.
  • Das Batteriemodul weist in der Regel ferner wenigstens eine Batteriemodulsteuerung zum Betreiben des Batteriemoduls auf, die mit der wenigstens einen (in die Leiterplatte integrierten oder als externe Schaltung über eine Verbindungsschnittstelle mit der Leiterplatte verbundenen) Signalmanagementschaltung verbunden ist. Die Modulsteuerung führt zum Beispiel Ladeprozesse, Balancing der Spannungen und der Ladezustände, Temperierprozesse wie insbesondere Kühlprozesse, und dergleichen durch, zumindest teilweise abhängig von den durch das Zellkontaktiersystem erhaltenen Messsignalen.
  • Das Batteriemodul weist vorzugsweise ein Modulgehäuse zum Aufnehmen der Batteriezellenanordnung auf. Das Modulgehäuse hat vorzugsweise eine Gehäuseöffnung, durch welche die Zellterminals der Batteriezellen zugänglich sind, wobei die Trägerplatte des Zellkontaktiersystems in oder auf dieser Gehäuseöffnung des Modulgehäuses angebracht ist.
  • Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise anwendbar für Batteriemodule für Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge und insbesondere Kraftfahrzeuge und Krafträder, und auch für Energiespeichersysteme und andere elektrische Geräte (z.B. elektronische Haushaltsgeräte).
  • Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
    • 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine Draufsicht einer Trägerplatte des Zellkontaktiersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Batteriemodul von 1;
    • 3A eine vergrößerte perspektivische Teildraufsicht der Trägerplatte von 2 ohne montierte Leiterplatte;
    • 3B eine vergrößerte perspektivische Teildraufsicht der Trägerplatte von 2 mit montierter Leiterplatte;
    • 4A eine vergrößerte perspektivische Teildraufsicht der Trägerplatte von 2 ohne montierten Zellverbinder; und
    • 4B eine vergrößerte perspektivische Teildraufsicht der Trägerplatte von 2 mit montiertem Zellverbinder.
  • Bezugnehmend auf 1 bis 4 wird beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines Batteriemoduls mit einem Ausführungsbeispiel eines Zellkontaktiersystems gemäß der in den Ansprüchen definierten Erfindung erläutert.
  • Das Batteriemodul 10 hat eine Anordnung einer Vielzahl von Batteriezellen (z.B. Li-lonen-Batteriezellen) 12. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Batteriezellen 12 nebeneinander angeordnet und haben jeweils einen Negativanschluss im oberen oder unteren Endbereich sowie einen Positivanschluss im unteren oder oberen Endbereich, wobei die Negativ- und Positivanschlüsse (Zellterminals) der Batteriezellen 12 alternierend angeordnet sind, sodass sich ein Negativanschluss einer Batteriezelle neben einem Positivanschluss einer benachbarten Batteriezelle befindet. Die Batteriezellenanordnung ist in der Regel in einem Modulgehäuse (nicht dargestellt) angeordnet, wobei das Modulgehäuse eine Gehäuseöffnung hat, durch die der obere Endbereich mit den Zellterminals der Batteriezellenanordnung zugänglich ist.
  • Das Batteriemodul 10 hat ferner ein Zellkontaktiersystem 18, das oberhalb der Batteriezellenanordnung 12 angeordnet ist. Das Zellkontaktiersystem 18 ist dabei in oder auf der Gehäuseöffnung des nicht dargestellten Modulgehäuses angebracht.
  • Das Zellkontaktiersystem 18 weist eine Vielzahl von Zellverbindern 22 auf, die ein Stromleitungssystem bilden. Die Zellverbinder 22 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Kontaktbereiche 22a, 22b und einen (vorzugsweise elastischen) Kompensationsbereich 22c zwischen den beiden Kontaktbereichen 22a, 22b auf und sind auf den Batteriezellen 12 so angebracht, dass sie jeweils über ihre beiden Kontaktbereiche 22a, 22b den Negativanschluss einer Batteriezelle 12 mit dem Positivanschluss einer benachbarten Batteriezelle 12 koppeln, sodass sich eine Reihenschaltung der Batteriezellen 12 im Batteriemodul 10 ergibt. Die Batteriezellen 12 sind zudem über einen elektrischen Anschluss des Batteriemoduls 10 mit einem Verbraucher oder einem Ladesystem verbindbar.
  • Das Zellkontaktiersystem 18 weist ferner eine zum Beispiel starre Leiterplatte 24 auf, die das Signalleitungssystem bildet und im Bereich zwischen den beiden Reihen der Zellverbinder 22 über die gesamte Länge der Batteriezellenanordnung hinweg über den Batteriezellen 12 angeordnet ist. Die Form und die Größe der Leiterplatte 24 können grundsätzlich an beliebige Konstruktionen von Batteriemodulen, insbesondere an beliebige Anordnungen, Größen und Anzahlen von Batteriezellen, angepasst werden.
  • Wie in 1 dargestellt, hat die Leiterplatte 24 einen großen Spalt für mehrere Lüftungsöffnungen 36 des Zellkontaktiersystems 18 zum Unterstützen eines Kühlprozesses der darunter befindlichen Batteriezellen 12.
  • Wie in 1 der Einfachheit halber nicht angedeutet, hat die Leiterplatte 24 mehrere Signalleitungen, die jeweils eine Signalquelle eines Zellverbinders 22 mit einer elektronischen Signalmanagementschaltung 26 verbinden. Die Signalmanagementschaltung 26 ist zum Beispiel ausgestaltet, um das Spannungsmessverfahren durchzuführen und die von den Signalquellen der Zellverbinder 22 erhaltenen Messsignale auszuwerten. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Signalmanagementschaltung 26 auf der Leiterplatte 24 integriert und mit einer Verbindungsschnittstelle 28 verbunden, über welche die Signalmanagementschaltung 26 mit einer Batteriemodulsteuerung verbunden sein kann. Diese Batteriemodulsteuerung dient zum Beispiel dem Durchführen von Ladeprozessen, Balancing der Spannungen und der Ladezustände, Temperierprozessen wie insbesondere Kühlprozessen, etc., wobei diese Prozesse zumindest teilweise abhängig von den durch das Zellkontaktiersystem 18 erhaltenen Messsignalen bzw. deren Signalmanagementschaltung 26 erhaltenen Messwerten durchgeführt werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Signalmanagementschaltung 26 auch extern zur Leiterplatte 24 konzipiert sein. In diesem Fall sind die Signalleitungen der Leiterplatte 24 direkt mit der Verbindungsschnittstelle 28 verbunden und ist die externe Signalmanagementschaltung an die Verbindungsschnittstelle 28 der Leiterplatte 24 angekoppelt und außerdem über eine weitere Verbindungsschnittstelle mit der Batteriemodulsteuerung verkoppelt.
  • Wie in 1 angedeutet, gibt es in diesem Zellkontaktiersystem 18 zwei Arten von Signalquellen. Zum einen haben alle (wahlweise nur ein Großteil der) Zellverbinder 22 eine Spannungsabgriffstelle als eine erste Signalquellenart zur Spannungsmessung der Batteriezellen 12. Die Spannungsabgriffstellen können jeweils direkt durch einen Kontaktbereich 22a, 22b eines Zellverbinders 22 gebildet sein. Außerdem haben ein paar (wahlweise ebenfalls alle) Zellverbinder 22 eine Temperaturmessvorrichtung 32 als zweite Signalquellenart zur Temperaturmessung der Batteriezellen 12. Die Temperaturmessvorrichtungen 32 haben zum Beispiel eine Sensor-Leiterplatte mit einem Temperaturerfassungselement, wobei die Sensor-Leiterplatte über ein Kontaktelement mit dem jeweiligen Zellverbinder 22 verbunden ist. Zum Verbinden der Spannungsabgriffstellen und der Temperaturmessvorrichtungen 32 mit den Signalleitungen der Leiterplatte 24 ist jeweils wenigstens ein (einteiliges oder mehrteiliges) Verbindungselement 30 vorgesehen. Die Strukturen dieser Verbindungselemente 30 sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Wie insbesondere in 3B und 4B erkennbar, sind in diesem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente aber vorzugsweise als Press-Fit-Verbindungselemente ausgestaltet, die eine einfache, schnelle und automatisierte Verbindung der Signalquellen mit dem durch die Leiterplatte gebildeten Signalleitungssystem erzielen. Solche vorteilhaften Press-Fit-Verbindungselemente sind in der Anmeldung DE 10 2021 116 447.8 der Anmelderin detailliert beschrieben, auf welche deshalb diesbezüglich vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Wie in 1 dargestellt, sind die Leiterplatte 24 und die Zellverbinder 22 jeweils auf einer Trägerplatte 20 montiert, die ebenfalls Bestandteil des Zellkontaktiersystems 18 ist. Das Zellkontaktiersystem 18 ist über die Trägerplatte 20 am Modulgehäuse und damit auf der Batteriezellenanordnung angebracht. Die spezielle Struktur der Trägerplatte 20 und die spezielle Art der Befestigung der Leiterplatte 24 und der Zellverbinder 22 auf der Trägerplatte 20 werden bezugnehmend auf die 2 bis 4 näher erläutert.
  • 2 zeigt beispielhaft eine Trägerplatte 20 des Zellkontaktiersystems 18, die als Kunststoff-Trägerplatte 20 ausgebildet ist. Die Trägerplatte 20 hat einen ersten Aufnahmebereich 207 zum Aufnehmen der Leiterplatte 24 und mehrere zweite Aufnahmebereiche 205 jeweils zum Aufnehmen eines der mehreren Zellverbinder 22.
  • Die Trägerplatte 20 weist eine im Wesentlichen plane Plattenbasis 202 auf, die sich über die gesamte Batteriezellenanordnung erstreckt. In den mehreren zweiten Aufnahmebereichen 205 weist die Plattenbasis 202 jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung 208 auf, durch welche die jeweiligen Zellverbinder 22 dann die Zellterminals der jeweiligen Batteriezellen 12 kontaktieren können.
  • In diesem Ausführungsbeispiel hat die Plattenbasis 202 entsprechend der Struktur der Leiterplatte 24 neben den ersten und zweiten Aufnahmebereichen 207, 205 für die Leiterplatte 24 und die Zellverbinder 22 einen zentralen länglichen Spalt, der als Lüftungsöffnung 36 dient. Falls die Leiterplatte 24 in einer alternativen Ausführungsform mit einem oder mehreren Löchern als Lüftungsöffnungen versehen ist, ist die Plattenbasis 202 dementsprechend mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen innerhalb des ersten Aufnahmebereichs 207 für die Leiterplatte 24 ausgestaltet.
  • Wie in 2 ersichtlich, hat die Trägerplatte 20 auf ihrer der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis 202 ein mehrteiliges erstes Rahmenelement 206, das den ersten Aufnahmebereich 207 für die Leiterplatte 24 innen und außen umschließt. Außerdem hat die Trägerplatte 20 auf ihrer der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis 202 mehrere (in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einteilige) zweite Rahmenelemente 204, die jeweils einen der mehreren zweiten Aufnahmebereiche 205 für die Zellverbinder 22 umschließen. Die ersten und zweiten Rahmenelemente 206, 204 sind ebenfalls Kunststoffelemente und vorzugsweise integral mit der Plattenbasis 202 ausgebildet.
  • Zum im Wesentlichen formschlüssigen Einfügen und Fixieren der Leiterplatte 24 im ersten Aufnahmebereich 207 der Trägerplatte 20 sind an dem mehrteiligen ersten Rahmenelement 206 mehrere erste Schnapphaken („Snap-Fit-Elemente“) 212 vorgesehen, vorzugsweise einstückig mit dem ersten Rahmenelement 206 ausgebildet. Wie genauer in 3A und 3B veranschaulicht, sind die ersten Schnapphaken 212 an ihrer der Plattenbasis 202 zugewandten Unterseite im Wesentlichen parallel zur Plattenbasis 202 und damit auch parallel zur aufgenommenen Leiterplatte 24 ausgestaltet, wodurch sie mit einer relativ geringen Höhe ausgebildet sein können. Außerdem sind die ersten Schnapphaken 212 vorzugsweise jeweils in Richtung zur Plattenbasis 202 vorgespannt und/oder elastisch ausgestaltet. Bei dieser Konstruktion der Trägerplatte 20 kann die Leiterplatte 24 einfach in den ersten Aufnahmebereich 207 eingelegt und darin fixiert werden, ohne dass zusätzliche Fixierungsprozesse mit zusätzlichen Befestigungselementen durchgeführt werden müssen, und kann die Trägerplatte eine relativ geringe Höhe haben.
  • Wie in 2 und 3A veranschaulicht, hat die Plattenbasis 202 der Trägerplatte 20 im ersten Aufnahmebereich 207 für die Leiterplatte 24 vorzugsweise ein oder mehrere elastische Abschnitte 214, die bezogen auf die Dickenrichtung der Plattenbasis 202 elastisch sind.
  • Durch diese Struktur der Trägerplatte 20 mit dem ersten Rahmenelement 206 und den speziellen ersten Schnapphaken 212 bleiben die ersten Schnapphaken 212 selbst bei Fertigungstoleranzen und bei Bewegungen der Leiterplatte 24 in horizontalen und vertikalen Richtungen in Kontakt mit der Leiterplatte 24, sodass diese sicher an der Trägerplatte 20 fixiert ist und auch Deformationen und Bewegungen der Batteriezellen 12 während des Betriebs des Batteriemoduls 10 kompensiert werden können. Und durch die elastischen Abschnitte 214 der Plattenbasis 202 im ersten Aufnahmebereich 207 können Deformationen und Bewegungen der Batteriezellen 12 in vertikaler Richtung während des Betriebs des Batteriemoduls 10 noch besser kompensiert werden.
  • Zum im Wesentlichen formschlüssigen Einfügen und Fixieren der Zellverbinder 22 in den zweiten Aufnahmebereichen 205 der Trägerplatte 20 sind an den zweiten Rahmenelementen 204 jeweils mehrere zweite Schnapphaken („Snap-Fit-Elemente“) 216 vorgesehen, die vorzugsweise einstückig mit dem jeweiligen zweiten Rahmenelement 204 ausgebildet sind. Wie genauer in 4A und 4B veranschaulicht, sind die zweiten Schnapphaken 216 an ihrer der Plattenbasis 202 zugewandten Unterseite im Wesentlichen parallel zur Plattenbasis 202 und damit auch parallel zu den aufgenommenen Zellverbindern 22 ausgestaltet, wodurch sie mit einer relativ geringen Höhe ausgebildet sein können. Außerdem sind die zweiten Schnapphaken 216 vorzugsweise jeweils in Richtung zur Plattenbasis 202 vorgespannt und/oder elastisch ausgestaltet. Bei dieser Konstruktion der Trägerplatte 20 können die Zellverbinder 22 einfach in die zweiten Aufnahmebereiche 205 eingelegt und darin fixiert werden, ohne dass zusätzliche Fixierungsprozesse mit zusätzlichen Befestigungselementen durchgeführt werden müssen, und kann die Trägerplatte eine relativ geringe Höhe haben.
  • Durch diese Struktur der Trägerplatte 20 mit den zweiten Rahmenelementen 204 und den speziellen zweiten Schnapphaken 216 bleiben die zweiten Schnapphaken 216 selbst bei Fertigungstoleranzen und bei Bewegungen der Zellverbinder 22 in Kontakt mit den jeweiligen Zellverbindern 22, sodass diese sicher an der Trägerplatte 20 fixiert sind und auch Deformationen und Bewegungen der Batteriezellen 12 während des Betriebs des Batteriemoduls 10 kompensiert werden können.
  • Das oben beschriebene Batteriemodul 10 mit dem erfindungsgemäßen Zellkontaktiersystem 18 kann zum Beispiel für Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge und insbesondere Kraftfahrzeuge und Krafträder, oder für Energiespeichersysteme oder für andere elektrische Geräte (z.B. elektronische Haushaltsgeräte) benutzt werden.
  • Der Schutzbereich der Erfindung ist durch den anhängenden Anspruchssatz definiert. Die oben einschließlich ein paar Varianten erläuterten Ausführungsbeispiele des Batteriemoduls und des Zellkontaktiersystems dienen insbesondere dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber den Schutzbereich nicht einschränken. Der Fachmann wird weitere Ausführungsvarianten im Schutzbereich der Erfindung erkennen können, die zum Beispiel auf weiteren Merkmalskombinationen der obigen Ausführungsbeispiele, auf einzelnen weggelassenen Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele und/oder auf einzelnen modifizierten Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele basieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Batteriemodul
    12
    Batteriezellen
    18
    Zellkontaktiersystem
    20
    Trägerplatte
    202
    Plattenbasis
    204
    zweite Rahmenelemente (für Zellverbinder)
    205
    zweite Aufnahmebereiche (für Zellverbinder)
    206
    erste Rahmenelemente (für Leiterplatte)
    207
    erster Aufnahmebereich (für Leiterplatte)
    208
    Durchtrittsöffnungen in zweiten Aufnahmebereichen
    212
    erste Schnapphaken an ersten Rahmenelementen (für Leiterplatte)
    214
    elastische Abschnitte in Plattenbasis
    216
    zweite Schnapphaken an zweiten Rahmenelementen (für Zellverbinder)
    22
    Zellverbinder (Stromleitungssystem)
    22a,b
    Kontaktbereiche der Zellverbinder
    22c
    Kompensationsbereiche der Zellverbinder
    24
    Leiterplatte (Signalleitungssystem)
    26
    Signalmanagementschaltung
    28
    Verbindungsschnittstelle
    30
    Verbindungselemente
    32
    Temperaturmessvorrichtung
    36
    Lüftungsöffnungen

Claims (10)

  1. Zellkontaktiersystem (18) für ein Batteriemodul (10) mit einer Anordnung von mehreren Batteriezellen (12), aufweisend: mehrere Zellverbinder (22) zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals verschiedener Batteriezellen (12); eine Leiterplatte (24) mit mehreren Signalleitungen jeweils zum Verbinden einer Signalquelle eines der mehreren Zellverbinder (22) mit einer Signalmanagementschaltung (26) oder einer Verbindungsschnittstelle (28), wobei die Signalquellen der mehreren Zellverbinder (22) jeweils über wenigstens ein Verbindungselement (30) mit einer der mehreren Signalleitungen der Leiterplatte (24) elektrisch leitend verbunden sind; und eine Trägerplatte (20), welche auf die Batteriezellenanordnung aufsetzbar ist und einen ersten Aufnahmebereich (207) für die Leiterplatte (24) sowie mehrere zweite Aufnahmebereiche (205) jeweils für einen der mehreren Zellverbinder (22) aufweist, wobei die Trägerplatte (20): eine Kunststoff-Trägerplatte ist, eine Plattenbasis (202) aufweist, die sich über die gesamte Batteriezellenanordnung erstreckt, wobei die Plattenbasis (202) in den mehreren zweiten Aufnahmebereichen (205) jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung (208) zum Kontaktieren der Zellterminals der jeweiligen Batteriezellen (12) aufweist; auf der der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis (202) ein erstes Rahmenelement (206) aufweist, welches den ersten Aufnahmebereich (207) für die Leiterplatte (24) zumindest teilweise umschließt; auf der der Batteriezellenanordnung abgewandten Seite der Plattenbasis (202) ferner mehrere zweite Rahmenelemente (204) aufweist, welche jeweils einen der mehreren zweiten Aufnahmebereiche (205) für die Zellverbinder (22) zumindest teilweise umschließen; an dem ersten Rahmenelement (206) wenigstens einen ersten Schnapphaken (212) zum Einschnappen der Leiterplatte (24) im ersten Aufnahmebereich (207) der Trägerplatte (20) aufweist; und an den mehreren zweiten Rahmenelementen (204) jeweils wenigstens einen zweiten Schnapphaken (216) zum Einschnappen des jeweiligen Zellverbinders (22) im jeweiligen zweiten Aufnahmebereich (205) der Trägerplatte (20) aufweist.
  2. Zellkontaktiersystem (18) nach Anspruch 1, bei welchem der wenigstens eine erste Schnapphaken (212) an seiner der Plattenbasis (202) zugewandten Unterseite parallel zur Plattenbasis (202) ausgestaltet ist und/oder die mehreren zweiten Schnapphaken (216) jeweils an ihrer der Plattenbasis (202) zugewandten Unterseite parallel zur Plattenbasis (202) ausgestaltet sind.
  3. Zellkontaktiersystem (18) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der wenigstens eine erste Schnapphaken (212) und/oder die mehreren zweiten Schnapphaken (216) jeweils so ausgestaltet sind, dass sie in Richtung zur Plattenbasis (202) vorgespannt sind.
  4. Zellkontaktiersystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der wenigstens eine erste Schnapphaken (212) und/oder die mehreren zweiten Schnapphaken (216) jeweils elastisch ausgestaltet sind.
  5. Zellkontaktiersystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Plattenbasis (202) der Trägerplatte (20) im ersten Aufnahmebereich (207) wenigstens einen elastischen Abschnitt (214) aufweist, der bezogen auf die Dickenrichtung der Plattenbasis (202) elastisch ist.
  6. Zellkontaktiersystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Signalquellen der Zellverbinder (22) wenigstens eine an einem der mehreren Zellverbinder (22) vorgesehene Spannungsabgriffstelle und/oder wenigstens eine an einem der mehreren Zellverbinder (22) angebrachte Temperaturmessvorrichtung (32) aufweisen.
  7. Zellkontaktiersystem (18) nach Anspruch 6, bei welchem die Temperaturmessvorrichtung (32) eine Sensor-Leiterplatte mit einem Temperaturerfassungselement aufweist, wobei die Sensor-Leiterplatte über ein Kontaktelement mit dem jeweiligen Zellverbinder (22) verbunden ist und über ein Verbindungselement (30) mit einer der mehreren Signalleitungen der Leiterplatte (24) verbunden ist.
  8. Zellkontaktiersystem (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Plattenbasis (202) der Trägerplatte (20) innerhalb des ersten Aufnahmebereichs (207) oder außerhalb des ersten Aufnahmebereichs (207) und der zweiten Aufnahmebereiche (205) wenigstens eine Lüftungsöffnung (36) aufweist.
  9. Batteriemodul (10), aufweisend: eine Anordnung von mehreren Batteriezellen (12); und ein Zellkontaktiersystem (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf der Batteriezellenanordnung.
  10. Batteriemodul (10) nach Anspruch 9, ferner aufweisend ein Modulgehäuse zum Aufnehmen der Batteriezellenanordnung, wobei das Modulgehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, durch welche die Zellterminals der Batteriezellen (12) zugänglich sind, und wobei die Trägerplatte (20) des Zellkontaktiersystems (18) in oder auf der Gehäuseöffnung des Modulgehäuses angebracht ist.
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