DE102021129965A1 - Energy store, method for producing an energy store and vehicle - Google Patents
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Abstract
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher (1), ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers (1) sowie ein Fahrzeug (100) mit einem solchen Energiespeicher (1). Der Energiespeicher (1) umfasse zumindest eine Batteriezelle (7) und eine Leiterplatte (5), wobei die Leiterplatte (5) vorteilhaft als Teil eines Batteriemanagementsystems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batteriezelle (7) mit äußeren Anschlüssen des Energiespeichers (1) vorgesehen ist. Die Leiterplatte (5) umfasse zumindest ein erstes elektrisches Anschlusselement (3a), vorteilhaft als Kupferschiene oder als Kupferblech ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle umfasst ein zweites elektrisches Anschlusselement (3b), in der Regel als Aluminiumblech oder als Aluminiumschiene ausgebildet. Zur Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente (3a, 3b) dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor (9) in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement (3a), so dass der Temperatursensor (9) die Temperatur der Batteriezelle (7) ermitteln kann.In summary, the invention relates to an energy store (1), a method for producing such an energy store (1) and a vehicle (100) with such an energy store (1). The energy store (1) comprises at least one battery cell (7) and a circuit board (5), the circuit board (5) advantageously being used as part of a battery management system and/or for the electrical connection of the at least one battery cell (7) to external connections of the energy store (1 ) is provided. The printed circuit board (5) comprises at least one first electrical connection element (3a), advantageously in the form of a copper bar or copper sheet. The respective battery cell includes a second electrical connection element (3b), usually in the form of an aluminum sheet or an aluminum rail. A welding process, in particular a laser welding process, is used to connect the two electrical connection elements (3a, 3b). A temperature sensor (9) is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connection element (3a), so that the temperature sensor (9) can determine the temperature of the battery cell (7).
Description
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.The invention relates to an energy store and a method for producing such an energy store. In addition, the invention relates to a vehicle.
Energiespeicher umfassen heute eine Mehrzahl von Batteriezellen und eine Leiterplatte (Platine mit elektrischen/elektronischen Bauteilen). In der Regel werden die Batteriezellen untereinander sowie mit einem elektrischen Anschlusselemente der Leiterplatte durch eine Schraubverbindung miteinander verbunden.Today, energy stores include a plurality of battery cells and a circuit board (board with electrical/electronic components). As a rule, the battery cells are connected to one another and to an electrical connection element of the printed circuit board by a screw connection.
Nachteilhaft umfassen solche Schraubverbindungen eine hohe Zahl von Arbeitsschritten.Disadvantageously, such screw connections involve a large number of work steps.
Daher sind vereinzelnd auch stoffschlüssige Verbindungen wie Löten zur Verbindung der elektrischen Anschlusselemente im Bereich von Energiespeicher offenbart.Therefore, material connections such as soldering for connecting the electrical connection elements in the area of the energy storage device are also disclosed in isolated cases.
Nachteilig ist eine stoffschlüssige Verbindung insbesondere bei elektrischen Anschlusselementen aus Aluminium, weil Löten oder Schweißen zur Verbindung von Aluminium oft brüchig ist. Dies bedeutet eine nachteilhafte Qualität eines solchen Energiespeichers.A material connection is disadvantageous, particularly in the case of electrical connection elements made of aluminum, because soldering or welding to connect aluminum is often fragile. This means that such an energy store has a disadvantageous quality.
Schweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren werden seit kurzem verwendet, um Anschlusselemente von Batteriezellen miteinander zu verbinden, wie
Der Stand der Technik gibt jedoch keinen Hinweis auf eine schnelle und geeignete elektrische Verbindung von Leiterplatten mit den Batteriezellen, welches schnell und einfach durchgeführt werden kann. Ein solches vorteilhaftes Verfahren würde zu verbesserten Energiespeichern führen.However, the prior art gives no indication of a quick and suitable electrical connection of printed circuit boards to the battery cells, which can be carried out quickly and easily. Such an advantageous method would lead to improved energy stores.
Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Energiespeicher bereitzustellen, der einfach herstellbar ist.Accordingly, it is the object of the invention to provide an improved energy store that is easy to produce.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Energieversorgung eines Fahrzeugs mit einem solchen verbesserten Energiespeicher auf einfache Art und Weise zu sichern.In particular, it is the object of the invention to ensure the energy supply of a vehicle with such an improved energy store in a simple manner.
Die Aufgabe wird mit einem Energiespeicher nach Anspruch 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers nach Anspruch 9 gelöst. Schließlich wird die Aufgabe durch Anwendung des hier beschriebenen Energiespeichers in einem Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst.The object is achieved with an energy store according to
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Der Energiespeicher ist insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug ausgebildet. Der Batteriespeicher weist eine oder mehrere Batteriezellen und eine Leiterplatte auf, wobei die Leiterplatte ein erstes elektrisches Anschlusselement aufweist oder wobei die Leiterplatte mit einem ersten elektrischen Anschlusselement fest verbunden ist, wobei zumindest eine der Batteriezellen ein zweites elektrischen Anschlusselement aufweist, wobei das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die elektrischen Anschlusselemente in einem unverbundenen Zustand in einem Bereich, insbesondere durch ein Berühren, kraftschlüssig eine elektrische Verbindung ausbilden, wobei die elektrische Verbindung bereichsweise stoffschlüssig durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch ein Laserschweißverfahren, ausgebildet ist.The energy store is in particular a battery for a vehicle. The battery storage device has one or more battery cells and a printed circuit board, the printed circuit board having a first electrical connection element or the printed circuit board being permanently connected to a first electrical connection element, at least one of the battery cells having a second electrical connection element, the first electrical connection element and the second electrical connection element is designed and arranged in such a way that the electrical connection elements form a non-positive electrical connection in an unconnected state in one area, in particular by touching, with the electrical connection being formed materially in certain areas by a welding process, in particular by a laser welding process .
Vorzugsweise sind das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement aus unterschiedlichen Metallen ausgebildet. Weiter vorteilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement durch eine Lötverbindung mit der Leiterplatte verbunden. Darüber hinaus kann das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe einer Klemmverbindung befestigt sein.The first electrical connection element and the second electrical connection element are preferably made of different metals. The first electrical connection element is also advantageously connected to the printed circuit board by a soldered connection. In addition, the first electrical connection element can be fastened with the aid of a clamp connection.
Die Erfindung ist insbesondere bei ersten und zweiten elektrischen Anschlusselementen mit Vorteil einsetzbar, bei denen ein „klassisches“ Verschweißen schwierig ausgestaltet ist. Mit Vorteil erfolgt ein Verschweißen der ersten und zweiten elektrischen Anschlusselemente an einer einander berührenden Stelle oder einem einander berührenden Bereich, beispielhaft am jeweiligen Seitenende des jeweiligen elektrischen Anschlusselement.The invention can be used advantageously in particular in the case of first and second electrical connection elements in which “classic” welding is difficult. The first and second electrical connection elements are advantageously welded at a point or area that touches one another, for example at the respective side end of the respective electrical connection element.
Vorteilhaft ist das zweite elektrische Anschlusselement als Kontaktelement der Batteriezelle ausgebildet.The second electrical connection element is advantageously designed as a contact element of the battery cell.
Mit Vorteil kann das jeweilige erste oder zweite elektrische Anschlusselement zur Verbindung mit einem Stromsensor, zum Beispiel einem Shunt-Widerstand, verbindbar sein.The respective first or second electrical connection element can advantageously be connectable to a current sensor, for example a shunt resistor.
Vorteilhaft sind das erste und/oder das zweite elektrische Anschlusselemente als Blech ausgebildet.The first and/or the second electrical connection elements are/are advantageously designed as sheet metal.
Vorteilhaft sind die Batteriezellen als Pouch-Zellen ausgebildet. Pouch-Zellen umfassen häufig blechhaft-ausgebildete elektrische Anschlusselemente aus Aluminium, daher ist die Erfindung besonders gut zur Verbindung von Pouch-Zellen mit einem elektrischen Anschlusselement der Leiterplatte geeignet. Vorteilhaft kann die jeweilige Batteriezelle auch zylinderförmig oder als prismatische Batteriezelle ausgebildet sein. Zylinderförmige Batteriezellen können vorteilhaft in einem Gerüst eine stabile Anordnung ausbilden.The battery cells are advantageously designed as pouch cells. Pouch cells often include electrical connection elements that are designed as sheet metal ments made of aluminum, so the invention is particularly well suited for connecting pouch cells to an electrical connection element of the printed circuit board. The respective battery cell can advantageously also be designed as a cylinder or as a prismatic battery cell. Cylindrical battery cells can advantageously form a stable arrangement in a frame.
Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl von Batteriezellen, die gestapelt angeordnet sind. Durch die gestapelte Anordnung sind die jeweils zweiten elektrischen Verbinder der Batteriezellen parallel ausgebildet.The energy store preferably comprises a plurality of battery cells which are arranged in a stack. Due to the stacked arrangement, the respective second electrical connectors of the battery cells are formed in parallel.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise als Printed-Circuit-Board (PCB) ausgebildet. Auf der Leiterplatte ist vorzugsweise ein Batterie-Management-System (BMS) sowie eine weitere Steuerung für den Energiespeicher aufgebracht. Darüber hinaus können Sensoren wie ein Shunt-Widerstand oder auch ein Temperatursensor auf der Leiterplatte aufgebracht und/oder befestigt sein.The printed circuit board is preferably designed as a printed circuit board (PCB). A battery management system (BMS) and a further controller for the energy store are preferably applied to the printed circuit board. In addition, sensors such as a shunt resistor or a temperature sensor can be applied and/or attached to the printed circuit board.
Eine kraftschlüssige Verbindung der beiden elektrischen Verbinder wird vorteilhaft dadurch ausgebildet, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement derart geformt ist, dass jeweils ein Bereich der Anschlusselemente nach dem mechanischen Zusammenfügen des Energiespeichers in dem Bereich „gegeneinanderdrücken“ oder sich zumindest in dem Bereich berühren. Ein solches Zusammenfügen wird auch als Vormontage bezeichnet. Die elektrischen Anschlusselemente können mit Hilfe eines Schmelzschweißen eine stoffschlüssige Verbindung in dem Bereich ausbilden. Die kraftschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlusselemente resultiert vorteilhaft durch eine elastische Materialspannung des jeweiligen elektrischen Anschlusselemente.A non-positive connection of the two electrical connectors is advantageously formed in that the respective electrical connection element is shaped in such a way that one area of the connection elements “press against one another” after the mechanical assembly of the energy store in the area or at least touch in the area. Such an assembly is also referred to as pre-assembly. The electrical connection elements can form a materially bonded connection in the area with the aid of fusion welding. The non-positive connection of the electrical connection elements advantageously results from an elastic material tension of the respective electrical connection elements.
Vorzugsweise ist zumindest ein elektrisches Anschlusselement bereichsweise elastisch ausgebildet. Vorteilhaft sind die Elastizität oder der elastische Bereich derart ausgebildet, indem das jeweilige Anschlusselement zumindest bereichsweise aus einem Blech ausgebildet ist.At least one electrical connection element is preferably designed to be elastic in some areas. Advantageously, the elasticity or the elastic area is formed in such a way that the respective connection element is formed at least in regions from sheet metal.
Vorteilhaft ist die stoffschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlusselemente mit einer Rastverbindung kombinierbar.The integral connection of the electrical connection elements can advantageously be combined with a latching connection.
Mit Vorteil kann zumindest das erste elektrische Anschlusselement in einem thermischen Kontakt zu einem Kühlkörper stehen oder einen Kühlkörper aufweisen. Durch den Kühlkörper kann beispielhaft Wärme von der Batteriezelle verbessert an die Umgebung abgegeben werden.At least the first electrical connection element can advantageously be in thermal contact with a heat sink or have a heat sink. For example, heat from the battery cell can be better released to the environment through the heat sink.
Vorteilhaft sind auch, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement Schlitze oder Aussparungen aufweist. Vorzugsweise umfassen die jeweilige elektrische Anschlusselemente, die miteinander bereichsweise stoffschlüssig verbunden sind, Schlitze oder Aussparungen an der gleichen Position. Durch eine, zumindest im Wesentlichen, übereinstimmende, äußere Form der entsprechenden elektrischen Anschlusselemente bilden die elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich einen gemeinsamen Rand. Vorzugsweise erfolgt ein Verschweißen der elektrischen Anschlusselemente an dem Rand. Durch die Schlitze und/oder Aussparungen an den entsprechenden Anschlusselementen ist der Rand des jeweiligen elektrischen Anschlusselements vorteilhaft mit einer hohen Länge ausgebildet. Damit kann sich eine bessere stoffschlüssige Verbindung durch eine längere Schweißnaht an den jeweiligen Rändern ergeben.It is also advantageous that the respective electrical connection element has slots or recesses. The respective electrical connection elements, which are connected to one another in a materially bonded manner in some areas, preferably include slots or recesses in the same position. The electrical connection elements form a common edge in the area due to an at least essentially matching outer shape of the corresponding electrical connection elements. The electrical connection elements are preferably welded at the edge. Due to the slots and/or recesses on the corresponding connection elements, the edge of the respective electrical connection element is advantageously formed with a great length. This can result in a better material connection through a longer weld seam at the respective edges.
Vorteilhaft sind die elektrischen Anschlusselemente derart ausgeführt, dass sich elektrischen Anschlusselemente zumindest in den überlappenden Bereich derart ausgeführt sind, so dass die Ränder der elektrischen Anschlusselemente bereichsweise überlappen.The electrical connection elements are advantageously designed in such a way that electrical connection elements are designed at least in the overlapping area in such a way that the edges of the electrical connection elements overlap in certain areas.
Die hier offenbarte elektrischen Anschlusselemente werden auch als Polanschlüsse bezeichnet. Vorteilhaft ist das jeweilige Anschlusselement mit einem zungenförmig ausgebildeten Abschnitt ausgebildet, wobei vorteilhaft zumindest die jeweiligen Spitzen der Zungen miteinander verschweißt sind.The electrical connection elements disclosed here are also referred to as pole connections. The respective connection element is advantageously designed with a tongue-shaped section, with at least the respective tips of the tongues advantageously being welded to one another.
Vorteilhaft erfolgt eine stoffschlüssige elektrische Verbindung der beiden elektrischen Verbinder mit Hilfe des Laserschweißens in dem jeweiligen Bereich, an dem die elektrischen Anschlusselemente im Wesentlichen formschlüssig durch die Anordnung zusammengeführt worden sind.A cohesive electrical connection of the two electrical connectors advantageously takes place with the aid of laser welding in the respective area in which the electrical connection elements have been brought together essentially in a form-fitting manner through the arrangement.
Laserschweißen ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren, durch das eine gut leitenden elektrische Verbindung von elektrischen Anschlusselementen ausgebildet werden kann, insbesondere für den Fall, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement aus jeweils unterschiedlichen Materialien wie Kupfer, Eisen und/oder Aluminium ausgebildet sind. Alternativ kann das jeweilige elektrische Anschlusselement auch zumindest im Wesentlichen aus Zink oder aus Blei ausgebildet sein. Mit Vorteil können auch sogenannte Basis-Legierungen von Kupfer, Aluminium oder Eisen als Material für das jeweilige elektrische Anschlusselement dienen.Laser welding is a particularly advantageous method that can be used to form a highly conductive electrical connection between electrical connection elements, in particular if the respective electrical connection element is made of different materials such as copper, iron and/or aluminum. Alternatively, the respective electrical connection element can also be formed at least essentially from zinc or from lead. So-called base alloys of copper, aluminum or iron can advantageously also serve as material for the respective electrical connection element.
Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlusselemente zumindest in dem Bereich deckungsgleich ausgebildet. Vorzugsweise laufen die elektrischen Verbinder bereichsweise aufeinander zu und überlappen in dem Bereich vorzugsweise formschlüssig. Die elektrischen Anschlusselemente werden vorzugsweise in dem Bereich zusammengeschweißt, in dem die elektrischen Anschlusselemente deckungsgleich ausgebildet sind bzw. sich einander im noch nicht-verschweißten Zustand berühren.The electrical connection elements are preferably designed to be congruent, at least in the area. The electrical connectors preferably converge in areas and preferably overlap in the area form fitting. The electrical connection elements are preferably welded together in the area in which the electrical connection elements are formed congruently or touch one another in the not yet welded state.
Als Energiespeicher eignet sich zwar besonders gut eine Batterie für ein Fahrzeug, jedoch kann auch jede andere Art von Batterie / Akkumulator mit Hilfe der Erfindung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Lediglich beispielhaft ist der Energiespeicher auch als Batterie für eine Solaranlage oder auch als Brennstoffzellenspeicher oder als Energiespeicher für Windkraftanlagen ausführbar.Although a battery for a vehicle is particularly well suited as an energy store, any other type of battery/accumulator can also be produced more simply and cost-effectively with the aid of the invention. By way of example only, the energy store can also be designed as a battery for a solar system or as a fuel cell store or as an energy store for wind power plants.
Vorteilhaft ist durch die formschlüssige Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente eine schnelle und einfache Herstellung des Energiespeichers möglich. Mit Vorteil erfolgt die formschlüssige Verbindung ohne eine Hilfsvorrichtung zur Positionierung und/oder zur Fixierung der elektrischen Anschlusselemente. Die elektrischen Anschlusselemente sind hierbei vorteilhaft als Fügepartner ausgebildet. Aufwendige Schraubverbindungen zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte und der zumindest einen Batteriezelle können dadurch entfallen.The form-fitting connection of the two electrical connection elements advantageously allows the energy store to be manufactured quickly and easily. The form-fitting connection advantageously takes place without an auxiliary device for positioning and/or for fixing the electrical connection elements. In this case, the electrical connection elements are advantageously designed as joining partners. Elaborate screw connections for the electrical connection of the printed circuit board and the at least one battery cell can be omitted as a result.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste elektrische Verbinder aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung, insbesondere einer Kupfer-Basislegierung, ausgebildet und/oder der zweite elektrische Verbinder aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, insbesondere als Aluminium-Basislegierung, ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the first electrical connector is made of copper or an alloy containing copper, in particular a copper-based alloy, and/or the second electrical connector is made of aluminum or an alloy containing aluminum, in particular an aluminum-based alloy.
Vorteilhaft kann auch der erste elektrische Verbinder zumindest im Wesentlichen aus einem eisenhaltigen Werkstoff wie Edelstahl oder einer Eisen-Basislegierung ausgebildet sein. Vorteilhaft weisen eisenhaltige Werkstoffe eine hohe Festigkeit auf. Darüber hinaus sind eisenhaltige Werkstoffe leicht zu bearbeiten, insbesondere durch formgebende Verfahren wie Pressen oder Schmieden.Advantageously, the first electrical connector can also be formed at least essentially from a ferrous material such as stainless steel or an iron-based alloy. Ferrous materials advantageously have high strength. In addition, ferrous materials are easy to process, especially through shaping processes such as pressing or forging.
Mit Vorteil kann auch das zweite elektrische Anschlusselement zumindest bereichsweise einen Eisen-haltigen Werkstoff wie (Edel-) Stahl umfassen. #Advantageously, the second electrical connection element can also comprise an iron-containing material such as (stainless) steel, at least in some areas. #
Mit Vorteil ist das erste elektrische Anschlusselement aus Eisen oder einer Eisen-Basislegierung wählbar, insofern das jeweilige zweite elektrische Anschlusselement zumindest weitgehend aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung besteht.The first electrical connection element made of iron or an iron-based alloy can advantageously be selected insofar as the respective second electrical connection element consists at least largely of copper or a copper-based alloy.
Vorteilhaft ist das zweite elektrische Anschlusselement, welches der Batteriezelle zugeordnet ist, aus Aluminium ausgebildet. Dies ist insbesondere bei Li-lonen-Batteriezellen oft der Fall. Aluminium ist vorteilhaft leicht, einfach zu bearbeiten und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.The second electrical connection element, which is assigned to the battery cell, is advantageously made of aluminum. This is often the case with Li-ion battery cells in particular. Aluminum is advantageously light, easy to process and has high electrical conductivity.
Vorteilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe einer Lötverbindung mit der Leiterplatte befestigt. Durch die Lötverbindung erfolgt vorteilhaft eine elektrische Verbindung mit einer Leiterbahn auf der Leiterplatte. Durch eine Lötverbindung kann eine besonders einfache und stabile elektrische und mechanische Verbindung der Leiterplatte mit dem ersten elektrischen Verbinder ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe eines Einpress-Verfahrens mit der Leiterplatte eine feste mechanische und/oder elektrische Verbindung eingehen.The first electrical connection element is advantageously fastened to the printed circuit board with the aid of a soldered connection. The soldered connection advantageously results in an electrical connection to a conductor track on the printed circuit board. A particularly simple and stable electrical and mechanical connection of the printed circuit board to the first electrical connector can be formed by a soldered connection. Alternatively or additionally, the first electrical connection element can enter into a fixed mechanical and/or electrical connection with the printed circuit board using a press-in method.
Das jeweils zweite elektrische Anschlusselement der jeweiligen Batteriezelle ist häufig aus Aluminium oder einer Aluminium-haltigen Legierung, insbesondere einer Aluminium-Basislegierung ausgebildet. Daher können die bereits vorhandenen elektrischen Anschlusselemente einer Batteriezelle direkt zur Verbindung mit dem (ersten) elektrischen Anschlusselement der Leiterplatte vorteilhaft genutzt werden.The respective second electrical connection element of the respective battery cell is often made of aluminum or an aluminum-containing alloy, in particular an aluminum-based alloy. Therefore, the electrical connection elements of a battery cell that are already present can advantageously be used directly for connection to the (first) electrical connection element of the printed circuit board.
Vorteilhaft ist die jeweilige Batteriezelle als Li-lonen-Batteriezelle ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können Blei-Zellen als Batteriezellen dienen. Insbesondere können auf Natrium-Ionen oder auf Graphen basierte Batteriezellen verwendet werden.The respective battery cell is advantageously designed as a Li-ion battery cell. Alternatively or additionally, lead cells can serve as battery cells. In particular, battery cells based on sodium ions or on graphene can be used.
Insbesondere durch ein Laserschweißverfahren können die unterschiedlichen Materialien wie Aluminium, Eisen oder Aluminium, insbesondere deren jeweiligen Basislegierungen, der elektrischen Anschlusselemente einfach und sicher miteinander verbunden werden.The different materials such as aluminium, iron or aluminium, in particular their respective base alloys, of the electrical connection elements can be connected to one another simply and securely using a laser welding process in particular.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement durch ein Laserschweißverfahren stoffschlüssig verbunden.In a further advantageous embodiment of the invention, the first electrical connection element and the second electrical connection element are materially connected by a laser welding process.
Besonders vorteilhaft erfolgt die Verbindung an den Rändern von jeweils überlappend angeordneten elektrischen Anschlusselementen. Zur Erhöhung der Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung können Aussparungen wie Löcher in dem überlappenden Bereich des jeweiligen elektrischen Anschlusselements eingebracht sein, wobei die elektrischen Anschlusselementen an der jeweiligen Innenseite der Aussparungen miteinander verschweißt sind.The connection takes place particularly advantageously at the edges of electrical connection elements which are arranged in an overlapping manner. In order to increase the strength of the material connection, recesses such as holes can be introduced in the overlapping area of the respective electrical connection element, with the electrical connection elements being welded to one another on the respective inner side of the recesses.
Durch die Verwendung des Laserschweißverfahrens kann eine besonders gute Überwachung der Erstellung der elektrischen Verbindung der elektrischen Anschlusselemente erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer optischen Überwachung. Darüber hinaus können sogenannte Schweißspritzer wirksam unterbunden werden. Besonders vorteilhaft werden Schäden an der jeweilig mit der Leiterplatte verbundenen Batteriezelle wirksam unterbunden. Schließlich ist bei der Verwendung von Aluminium und Kupfer als Material für die elektrischen Anschlusselemente eine Vermeidung von spröden Bereichen stark vermindert.The use of the laser welding method allows particularly good monitoring of the creation of the electrical connection of the electrical connection elements, for example with the aid of optical monitoring. In addition, so-called welding spatter can be effectively prevented. In a particularly advantageous manner, damage to the battery cell connected to the printed circuit board is effectively prevented. Finally, when aluminum and copper are used as the material for the electrical connection elements, the avoidance of brittle areas is greatly reduced.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht das erste elektrische Anschlusselement im direkten thermischen Kontakt mit einem Temperatursensor.In a further advantageous embodiment of the invention, the first electrical connection element is in direct thermal contact with a temperature sensor.
Der Temperatursensor ist vorzugsweise zur Bestimmung der Temperatur der Batteriezelle ausgebildet, welche unmittelbar über die elektrischen Anschlusselemente mit der Leiterplatte befestigt ist. Vorteilhaft ist der Temperatursensor direkt mit Hilfe einer Lötverbindung mit der Leiterplatte befestigt. Mit Vorteil erfolgt eine direkte thermische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschlusselement mit Hilfe einer Wärmeleitpaste und/oder einer Klemmverbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Eine auf Kabel-basierte elektrische Verbindung des Temperatursensors ist in diesem Falle nicht notwendig. Dies trägt insbesondere zur verbesserten Herstellung des Energiespeichers bei.The temperature sensor is preferably designed to determine the temperature of the battery cell, which is attached to the circuit board directly via the electrical connection elements. The temperature sensor is advantageously fastened directly to the printed circuit board with the aid of a soldered connection. Advantageously, there is a direct thermal connection between the first electrical connection element using a thermally conductive paste and/or a clamped connection of the temperature sensor to the first electrical connection element. A cable-based electrical connection of the temperature sensor is not necessary in this case. This contributes in particular to improved production of the energy store.
Vorzugsweise ist der Temperatursensor als Temperatur-abhängiger Widerstand, insbesondere als PTC oder NTC, ausgebildet. Vorteilhaft ist der Temperatursensor direkt auf der Leiterplatte befestigt. Mit Vorteil steht der Temperatursensor in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Verbinder. Zur Verbesserung der thermischen Verbindung dient vorteilhaft eine Wärmeleitpaste zwischen dem Temperatursensor und dem ersten elektrischen Anschlusselement.The temperature sensor is preferably designed as a temperature-dependent resistor, in particular as a PTC or NTC. The temperature sensor is advantageously attached directly to the printed circuit board. The temperature sensor is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connector. A thermally conductive paste between the temperature sensor and the first electrical connection element is advantageously used to improve the thermal connection.
Alternativ ist der Temperatursensor an dem ersten elektrischen Anschlusselement befestigt.Alternatively, the temperature sensor is attached to the first electrical connection element.
Durch die Schweißverbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente miteinander ist eine gute thermische Verbindung der elektrischen Anschlusselemente und damit einer guten thermische Verbindung zwischen der jeweiligen Batteriezelle und der Leiterplatte gewährleistet. So kann die Temperatur der Batteriezelle durch einen Temperatursensor ermittelt werden, der auf der Leiterplatte befestigt ist. So können weitere Temperatursensoren an der zumindest einen Batteriezelle eingespart werden. The welded connection of the two electrical connection elements to one another ensures a good thermal connection of the electrical connection elements and thus a good thermal connection between the respective battery cell and the printed circuit board. The temperature of the battery cell can be determined by a temperature sensor that is attached to the printed circuit board. In this way, further temperature sensors on the at least one battery cell can be saved.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursensor auf der Leiterplatte angeordnet.In a further advantageous embodiment of the invention, the temperature sensor is arranged on the printed circuit board.
Vorzugsweise ist der Temperatursensor direkt auf der Leiterplatte, beispielsweise mit einer Lötverbindung oder einer Einpressverbindung befestigt. Vorteilhaft ist der Temperatursensor zumindest in unmittelbarer Nähe oder in unmittelbaren Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Insofern das erste elektrische Anschlusselement mit der Leiterplatte durch eine Pressverbindung (Press-Fit) verbunden wird, erfolgt vorzugsweise ebenfalls eine mechanische (Press-) Verbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement.The temperature sensor is preferably attached directly to the printed circuit board, for example with a soldered connection or a press-in connection. The temperature sensor is advantageously at least in the immediate vicinity of or in direct contact with the first electrical connection element. Insofar as the first electrical connection element is connected to the printed circuit board by a press connection (press-fit), there is preferably also a mechanical (press) connection of the temperature sensor to the first electrical connection element.
Vorteilhaft ist der Temperatursensor in einer Öffnung oder einer Aussparung des ersten elektrischen Verbinders positioniert.The temperature sensor is advantageously positioned in an opening or a recess of the first electrical connector.
Durch die direkte Befestigung des Temperaursensors auf der Leiterplatte, insbesondere mit Hilfe von Lötkontakte, kann ein Anschluss des Temperatursensors durch Litzen oder dergleichen unterbleiben. Daher trägt auch die Ausgestaltung gemäß vorstehender Beschreibung zu einer einfachen und kostengünstigen Bereitstellung des Energiespeichers bei.Due to the direct attachment of the temperature sensor to the printed circuit board, in particular with the aid of soldering contacts, there is no need to connect the temperature sensor using stranded wires or the like. The configuration according to the above description therefore also contributes to a simple and cost-effective provision of the energy store.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste und/oder der zweite elektrisch Anschlusselement jeweils zumindest einen zusammenlaufenden Bereich auf, wobei die stoffschlüssige Verbindung in dem jeweilig zusammenlaufenden Bereich positioniert ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the first and/or the second electrical connection element each has at least one area that converges, with the material connection being positioned in the respective area that converges.
Ein zulaufender Bereich kann durch zueinander verengte Ränder oder aufeinander zulaufende Ränder des jeweiligen elektrischen Anschlusselements ausgebildet sein. Ein solcher Bereich ist vorzugsweise zungenförmig ausgestaltet. Unter einem zungenförmigen Bereich wird insbesondere ein oben abgerundeter trapezförmiger Bereich verstanden.A tapering area can be formed by edges that narrow towards one another or by edges of the respective electrical connection element that converge. Such an area is preferably designed in the shape of a tongue. A tongue-shaped area is understood to mean, in particular, a trapezoidal area rounded off at the top.
Der jeweilig zusammenlaufende Bereich kann durch im Wesentlichen dreieckige Aussparungen an den Seiten des jeweiligen Bereiches ausgeführt werden. Vorteilhaft sind die durch die Aussparungen entstehenden Ecken oder Kanten abgerundet.The respectively converging area can be implemented by essentially triangular recesses on the sides of the respective area. The corners or edges created by the recesses are advantageously rounded.
Mit Vorteil weist das jeweilige elektrische Anschlusselement eine Mehrzahl derartiger zusammenlaufenden Bereiche an zumindest einem Ende oder an einer Seite des elektrischen Anschlusselements auf.The respective electrical connection element advantageously has a plurality of such converging areas on at least one end or on one side of the electrical connection element.
Mit Vorteil sind Ecken und/oder Kanten des jeweiligen elektrischen Anschlusselements abgerundet, so dass eventuell auftretende elektrische Potentialspitzen vermieden werden.Advantageously, corners and/or edges of the respective electrical connection element are rounded, so that any electrical potential peaks that may occur are avoided.
Besonders vorteilhaft ist der jeweilige Bereich dreieckig oder trapezförmig ausgebildet, wobei am Rand des jeweiligen elektrischen Anschlusselements in einer abgerundeten Form vorliegt.The respective area is particularly advantageously designed to be triangular or trapezoidal, with the edge of the respective electrical connection element having a rounded shape.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energiespeicher zumindest zwei Batteriezellen auf, wobei die jeweilige Batteriezelle jeweils zwei zweite elektrische Anschlusselemente aufweist, wobei die jeweiligen zweiten Anschlusselemente der Batteriezellen mit einem Laserschweißverfahren miteinander verbunden sind.In a further advantageous embodiment of the invention, the energy store has at least two battery cells, with each battery cell having two second electrical connection elements, with the respective second connection elements of the battery cells being connected to one another using a laser welding process.
Durch das Schweißverfahren bilden die zweiten elektrischen Anschlusselemente eine stoffschlüssige Verbindung miteinander. Durch die stoffschlüssige Verbindung erfolgt vorteilhaft eine thermische Verbindung der Batteriezellen untereinander sowie besonders vorteilhaft mit dem Temperatursensor.The second electrical connection elements form a materially bonded connection with one another as a result of the welding process. The integral connection advantageously results in a thermal connection between the battery cells and particularly advantageously with the temperature sensor.
Vorteilhaft umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die elektrische Verbindung der Batteriezellen erfolgt mittels einer elektrischen Verbindung von jeweils zweiten Anschlusselementen miteinander..The energy store advantageously includes a plurality of battery cells which are electrically connected in series. The battery cells are electrically connected by means of an electrical connection between two connection elements in each case.
Besonders vorteilhaft sind die jeweiligen zweiten elektrischen Anschlusselemente aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Basislegierung ausgebildet, so dass die elektrischen Anschlusselemente untereinander durch ein Schweißverfahren eine stabile und formschlüssige Verbindung eingehen.The respective second electrical connection elements are particularly advantageously made of aluminum or of an aluminum-based alloy, so that the electrical connection elements enter into a stable and form-fitting connection with one another by means of a welding process.
Vorteilhaft sind die Batteriezellen als sogenannte Pouchzellen ausgebildet. Alternativ sind die Batteriezellen als zylinderförmige oder prismatischen Batteriezellen ausgebildet, wobei die Batteriezellen Anschlussfahnen aufweisen können, die als zweite elektrische Anschlusselemente ausgebildet sind. Mit Vorteil sind die zweiten Anschlusselemente zumindest im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung gefertigt.The battery cells are advantageously designed as so-called pouch cells. Alternatively, the battery cells are embodied as cylindrical or prismatic battery cells, it being possible for the battery cells to have terminal lugs which are embodied as second electrical connection elements. The second connection elements are advantageously made at least essentially from copper or a copper-based alloy.
Durch die hier offenbarte Erfindung können die Anschlussfahnen der jeweiligen Batteriezelle direkt mit dem jeweiligen ersten elektrischen Anschlusselement verschweißt sein. So kann mit Hilfe der Erfindung eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Energiespeichers erfolgen.Due to the invention disclosed here, the connection lugs of the respective battery cell can be welded directly to the respective first electrical connection element. With the aid of the invention, the energy store can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die zweiten elektrischen Anschlusselemente zusammenlaufende Bereiche auf, wobei die zweiten elektrischen Anschlusselemente bei den zusammenlaufenden Bereichen stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind.In a further advantageous embodiment of the invention, the second electrical connection elements have areas that converge, the second electrical connection elements being connected in a material-to-material and/or form-fitting manner in the areas that converge.
Die Verbindung der jeweiligen zweiten elektrischen Anschlusselemente erfolgt vorzugsweise mit einem Schweißverfahren, insbesondere einem Laserschweißverfahren.The respective second electrical connection elements are preferably connected using a welding process, in particular a laser welding process.
Das Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers gemäß der vorangehenden Beschreibung umfasst zumindest folgende Schritte:
- - Positionierung der Batteriezelle und der Leiterplatte derart, so dass das jeweilige erste Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement eine kraftschlüssige Verbindung in einem Bereich eingehen,
- - stoffschlüssiges Verbinden des ersten elektrischen Anschlusselementes mit dem zweiten elektrischen Anschlusselements in dem Bereich, insbesondere mit Hilfe eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens.
- - Positioning of the battery cell and the printed circuit board in such a way that the respective first connection element and the second electrical connection element form a non-positive connection in one area,
- - Cohesively connecting the first electrical connection element to the second electrical connection element in the area, in particular with the aid of a welding process, in particular a laser welding process.
Optional umfasst das Verfahren weiter eine Befestigung des ersten elektrischen Anschlusselements mit der Leiterplatte, vorzugsweise mit Hilfe einer Lötverbindung. Mit Vorteil kann auch das erste elektrische Anschlusselement auch durch eine (Ein-) Pressverbindung an der Leiterplatte befestigt werden.Optionally, the method further includes fastening the first electrical connection element to the printed circuit board, preferably with the aid of a soldered connection. Advantageously, the first electrical connection element can also be fastened to the printed circuit board by a (press-fit) connection.
Optional werden die elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich mit Hilfe des Schweißverfahrens verbunden.Optionally, the electrical connection elements in the area are connected using the welding process.
Optional erfolgt eine Verbindung der elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich, der zulaufend, insbesondere trapez- oder zungenförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft erfolgt die Verbindung am jeweiligen Rand der aneinander angeordneten elektrischen Anschlusselemente.Optionally, the electrical connection elements are connected in the area that is tapering, in particular trapezoidal or tongue-shaped. The connection is advantageously made at the respective edge of the electrical connection elements arranged one on top of the other.
Vorteilhaft kann die stoffschlüssige Verbindung dadurch verbessert werden, indem mit Hilfe eines Laserschweißens eine Verbindung des jeweiligen elektrischen Anschlusselements innerhalb des Bereiches ausgebildet wird oder ist.The material connection can advantageously be improved in that a connection of the respective electrical connection element is or is formed within the region with the aid of laser welding.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann eine besonders einfache, schnelle und überdies widerstandsfähige Verbindung einer Platine mit zumindest einer Batteriezelle bereitgestellt werden. Hierdurch kann ein Energiespeicher verbessert hergestellt werden.The method described above can be used to provide a particularly simple, quick and, moreover, robust connection of a circuit board to at least one battery cell. As a result, an energy store can be produced in an improved manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Befestigung eines Temperatursensors an der Leiterplatte oder an dem ersten elektrischen Anschlusselement, derart, dass zwischen dem Temperatursensor und dem ersten elektrischen Anschlusselement eine thermische Verbindung entsteht.In an advantageous embodiment of the invention, a temperature sensor is attached to the printed circuit board or to the first electrical connection element in such a way that a thermal connection is created between the temperature sensor and the first electrical connection element.
Vorteilhaft erfolgt die Befestigung des Temperatursensors an der Leiterplatte nach der Befestigung des ersten Anschlusselements an der Leiterplatte. Optional erfolgt im Anschluss eine Verbesserung der thermischen Verbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement, vorteilhaft mit Hilfe einer Pressverbindung und/oder einer Wärmeleitpaste.The temperature sensor is advantageously attached to the printed circuit board after the first connection element has been attached to the printed circuit board. Optionally, the thermal connection of the temperature sensor to the first electrical connection element is then improved, advantageously with the aid of a press connection and/or a thermally conductive paste.
Alternativ kann die Befestigung des Temperatursensors an der Leiterplatte in einem ersten Schritt erfolgen und in einem zweiten Schritt erfolgt eine Befestigung des ersten elektrischen Anschlusselements an der Leiterplatte. Vorteilhaft erfolgt bei der Befestigung des ersten elektrischen Anschlusselements eine unmittelbare thermische Verbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselements.Alternatively, the temperature sensor can be attached to the printed circuit board in a first step and the first electrical connection element can be attached to the printed circuit board in a second step. When the first electrical connection element is fastened, there is advantageously a direct thermal connection between the temperature sensor and the first electrical connection element.
Vorteilhaft kann der Temperatursensor in einer Aussparung der Leiterpatte und/oder einer Aussparung des ersten elektrischen Anschlusselements positioniert sein. Vorteilhaft wird die unmittelbare thermische Verbindung mit Hilfe einer Pressverbindung und/oder einer Wärmeleitpaste.The temperature sensor can advantageously be positioned in a recess in the printed circuit board and/or in a recess in the first electrical connection element. The direct thermal connection with the aid of a press connection and/or a thermally conductive paste is advantageous.
Das Fahrzeug umfasst zumindest einen Energiespeicher wie vorstehend beschrieben. Das Fahrzeug kann als Kraftfahrzeug, als elektrisch betriebenes Straßenfahrzeug, vorzugsweise als Automobil oder als Schienenfahrzeug ausgebildet sein.The vehicle includes at least one energy store as described above. The vehicle can be in the form of a motor vehicle, an electrically operated road vehicle, preferably an automobile, or a rail vehicle.
Alternativ kann der hier beschriebene Energiespeicher auch im Bereich Windkraft oder zum Zwischenspeichern von Solarenergie vorgesehen sein. Alternativ kann der Energiespeicher auch mit einer Brennstoffzelle eingesetzt werden.Alternatively, the energy store described here can also be provided in the field of wind power or for temporarily storing solar energy. Alternatively, the energy store can also be used with a fuel cell.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeicher. Der Energiespeicher umfasse zumindest eine Batteriezelle und eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte vorteilhaft als Teil eines Batteriemanagementsystems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batteriezelle mit äußeren Anschlüssen des Energiespeichers vorgesehen ist. Die Leiterplatte umfasse zumindest ein erstes elektrisches Anschlusselement, vorteilhat als Kupferschiene oder als Kupferbleich ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle umfasst zumindest ein zweites Anschlusselement, in der Regel als Aluminiumblech oder als Aluminiumschiene ausgebildet. Zur Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Vorteilhaft kann der Temperatursensor eine Temperatur der zumindest einen Batteriezelle bestimmenIn summary, the invention relates to an energy store, a method for producing such an energy store and a vehicle with such an energy store. The energy store comprises at least one battery cell and a circuit board, the circuit board advantageously being provided as part of a battery management system and/or for the electrical connection of the at least one battery cell to external connections of the energy store. The printed circuit board comprises at least one first electrical connection element, advantageously designed as a copper bar or as a copper plate. The respective battery cell comprises at least one second connection element, usually in the form of an aluminum sheet or an aluminum rail. A welding process, in particular a laser welding process, is used to connect the two electrical connection elements. A temperature sensor is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connection element. The temperature sensor can advantageously determine a temperature of the at least one battery cell
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und nachfolgend beschriebenen Ausführungen sind lediglich beispielhaft und schränken den Geltungsbereich der Erfindung keinesfalls ein.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings. The embodiments shown in the figures and described below are only examples and in no way limit the scope of the invention.
Dabei zeigt:
-
1 eine Batteriezelle und eine Leiterplatte, die über elektrische Anschlusselemente verbunden sind, -
2 ein Teil eines beispielhaften elektrischen Anschlusselements -
3 ein beispielhafter Energiespeicher in einem Fahrzeug sowie -
4 Ein beispielhaftes Verfahrensschema.
-
1 a battery cell and a printed circuit board, which are connected via electrical connection elements, -
2 a portion of an exemplary electrical connector -
3 an example of energy storage in a vehicle and -
4 An exemplary process scheme.
Das erste elektrische Anschlusselement 3a ist mit der Leiterplatte 5 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung der Leiterplatte 5 mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a ist, wie hier beispielhaft gezeigt, durch eine Lötverbindung 10 ausgebildet. Mit Vorteil kann können die Leiterplatte 5 und das erste elektrische Anschlusselement 3a auch durch ein Einpress-Verfahren miteinander verbunden werden. Vorteilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement 3a aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung ausgebildet. Alternativ kann das erste elektrische Anschlusselement 3a aus einem Eisen-haltigen Werkstoff, z.B. aus Edelstahl, ausgebildet sein. Das erste elektrische Anschlusselement 3a ist in einem Bereich 11 mit einem zweiten elektrischen Anschlusselement 3b überlappend dargestellt. Das erste elektrische Anschlusselement 3a und das zweite elektrische Anschlusselement 3b sind vorteilhaft in dem Bereich 11 deckungsgleich oder zumindest im Wesentlichen überlappend angeordnet. In den Bereich 11 sind die die elektrischen Verbinder mit einem Schweißverfahren, insbesondere einem Laserschweißverfahren, stoffschlüssig miteinander verbunden. Mit Vorteil erfolgt die stoffschlüssige Verbindung durch (Laser-) Schweißen an dem jeweiligen Rand des elektrischen Anschlusselementes3a, 3b.The first
Das zweite elektrische Anschlusselement 3b ist mit der Batteriezelle 7 verbunden. Insbesondere bei sogenannten Pouch-Zellen ist das zweite elektrische Anschlusselement als Aluminium-Blech ausgebildet. Eine gut leitfähige und haltbare Verbindung artungsgleicher Metalle wie Aluminium, Eisen und Kupfer (sowie deren Basislegierungen) ist besonders durch Schweißverfahren, insbesondere dem Laserschweißverfahren, möglich.The second
Mit Vorteil sind die elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b bzw. die Leiterplatte 5 sowie die Batteriezelle 7 derart positioniert und ausgerichtet, dass die elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b derart einander überlappen, dass der jeweils überlappende Rand der elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b ausreichend für eine stabile Befestigung und elektrisch und/oder thermisch ausreichende leitfähige Verbindung darstellt. Eine solche Möglichkeit ist in nachfolgender
Auf einer Seite der Leiterplatte 5 ist ein Temperatursensor 9 positioniert. Der Temperatursensor 9 ist vorteilhaft mit der Leiterplatte 5 befestigt. Der Temperatursensor 9 steht vorteilhaft in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a. Vorteilhaft berührt der Temperatursensor 9 das erste elektrische Anschlusselement 3a. Durch die stoffschlüssige Verbindung des ersten und des zweiten elektrischen Anschlusselements 3a, 3b ist ein, zumindest mittelbarer, thermischer Kontakt zwischen der Batteriezelle 7 und dem Temperatursensor 9 ausgebildet. A temperature sensor 9 is positioned on one side of the
Alternativ kann der Temperatursensor 9 auch direkt auf dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a angeordnet sein. Alternativ kann der Temperatursensor 9 in einer Aussparung oder Öffnung des ersten elektrische Anschlusselements 3a und/oder der Leiterplatte 5 positioniert sein. In den vorgenannten Ausgestaltungen kann eine besonders einfache Anbindung des Temperatursensors 9 an die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte 5, insbesondere einem Batteriemanagementsystem, erfolgen. Somit kann mit Hilfe des Temperatursensors 9 die Temperatur der Batteriezelle 7 bestimmt werden. So kann zumindest eine aufwendige Verkabelung eines Temperatursensors 9 an der Batteriezelle 7 eingespart werden.Alternatively, the temperature sensor 9 can also be arranged directly on the first
Bei dem ersten Schritt v1 erfolgt eine mechanische Verbindung der Leiterplatte (5) mit der jeweiligen Batteriezelle 7 derart, dass die elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b zumindest bereichsweise berühren. Vorteilhaft bildet sich in einem Bereich 11 der jeweils überlappenden elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b auch eine kraftschlüssige Verbindung der jeweils zueinander ausgerichteten elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b aus.In the first step v1, the printed circuit board (5) is mechanically connected to the
In einem optionalen zweiten Schritt v2 erfolgt eine Verbindung der jeweils benachbarten zweiten elektrischen Anschlusselemente 3b mit Hilfe eines (Laser-) Schweißverfahrens. Vorteilhaft bilden die sich jeweils berührenden zweiten elektrischen Anschlusselemente 3b jeweils benachbarter Batteriezellen 7 eine kraftschlüssige Verbindung aus, so dass eine stoffschlüssige (elektrische) Verbindung der zweiten elektrischen Anschlusselemente 3b mit einem (Laser-) Schweißverfahren einfach und sicher erfolgen kann. Je nach Ausgestaltung des Energiespeichers 1 kann dieser zweite Schritt v2 auch vor dem ersten Schritt v1 erfolgen.In an optional second step v2, the respective adjacent second
In einem dritten Schritt v3 erfolgt eine elektrische Verbindung der entsprechenden ersten elektrischen Anschlusselemente 3a mit den entsprechenden zweiten elektrischen Anschlusselementen 3b. Die elektrische Verbindung des ersten elektrischen Anschlusselements 3a mit dem zweiten elektrischen Anschlusselements 3b erfolgt mit Vorteil mit Hilfe eines Laserschweißverfahrens.In a third step v3, the corresponding first
Vorteilhaft wird in einem weiteren Schritt der Temperatursensor 9 derart positioniert, so dass der Temperatursensor 9 eine unmittelbare thermische Verbindung mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a eingeht.In a further step, the temperature sensor 9 is advantageously positioned in such a way that the temperature sensor 9 enters into a direct thermal connection with the first
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers 1 sowie ein Fahrzeug 100 mit einem solchen Energiespeicher 1. Der Energiespeicher 1 umfasse zumindest eine Batteriezelle 7 und eine Leiterplatte 5, wobei die Leiterplatte 5 vorteilhaft als Teil eines Batteriemanagementsystems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batteriezelle mit äußeren Anschlüssen des Energiespeichers vorgesehen ist. Die Leiterplatte umfasse zumindest ein erstes elektrisches Anschlusselement 3a, vorteilhaft als Kupferschiene oder als Kupferbleich ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle 7 umfasst ein zweites Anschlusselement3b , in der Regel als Aluminiumblech oder als Aluminiumschiene ausgebildet. Zur stoffschlüssigen Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor 9 in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a.In summary, the invention relates to an
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Energiespeicherenergy storage
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 3a3a
- Erstes elektrisches AnschlusselementFirst electrical connection element
- 3b3b
- Zweites elektrisches AnschlusselementSecond electrical connection element
- 55
- Leiterplattecircuit board
- 77
- Batteriezellebattery cell
- 99
- Temperatursensortemperature sensor
- 1010
- Lötverbindungsolder connection
- 1111
- BereichArea
- 1313
- ZungeTongue
- 1414
- Aussparungrecess
- 1515
- Öffnungopening
- 1717
- Schweißverbindungwelded joint
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102019127703 A1 [0006]DE 102019127703 A1 [0006]
- US 2019/0296313 A1 [0006]US 2019/0296313 A1 [0006]
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