DE102022126684A1 - Umspritzte verbindungsplatinen-anordnung für leistungsmodul - Google Patents

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Nicholas Compton
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Abstract

Eine Verbindungsplatinen-Anordnung umfasst eine Stromschienen-Anordnung mit mindestens einer Schiene, die eine Vielzahl von Stromschienen aufweist. Die Verbindungsplatinen-Anordnung kann bei einem Leistungsmodul verwendet werden, das eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist. Die Verbindungsplatinen-Anordnung umfasst eine Sensorleitungs-Anordnung mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, die sich in der Nähe der mindestens einen Schiene erstrecken. Ein umspritzter Platinenrahmen ist einstückig über der Stromschienen-Anordnung und der Sensorleitungs-Anordnung angebracht. Der umspritzte Platinenrahmen weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Der umspritzte Platinenrahmen ist so konfiguriert, dass ein starrer Lastpfad entsteht, wenn die Stromschienen-Anordnung mit der Sensorleitungs-Anordnung und der Vielzahl von Batteriezellen verbunden wird.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine umspritzte Verbindungsplatinen-Anordnung, die in einem Leistungsmodul verwendet werden kann, sowie auf ein entsprechendes Verfahren zum Zusammenbau. Leistungsmodule zur Erzeugung von nutzbarer Energie haben zahlreiche Anwendungen in den unterschiedlichsten Bereichen. Die Nutzung von reinen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Elektrisch betriebene Verkehrsmittel können Leistungsmodule, wie z.B. Batteriemodule, verwenden, um einen Motor/Generator zu betreiben. Darüber hinaus können die Leistungsmodule von in Leistungsumwandlungsgeräten wie z.B. industriellen Motorantrieben, eingebetteten Motorantrieben und AC-DC-Stromversorgungen eingesetzt werden, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hier wird eine Verbindungsplatinen-Anordnung beschrieben, die bei einem Leistungsmodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen verwendet werden kann. Die Verbindungsplatinen-Anordnung umfasst eine Stromschienen-Anordnung mit mindestens einer Schiene, die eine Vielzahl von Stromschienen aufweist. Die Verbindungsplatinen-Anordnung umfasst eine Sensorleitungs-Anordnung mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, die sich in der Nähe der mindestens einen Schiene erstrecken. Ein umspritzter Platinenrahmen ist einstückig über der Stromschienen-Anordnung und der Sensorleitungs-Anordnung angebracht. Der umspritzte Platinenrahmen ist so konfiguriert, dass ein starrer Lastpfad entsteht, wenn die Stromschienen-Anordnung mit der Sensorleitungs-Anordnung und der Vielzahl von Batteriezellen verbunden wird.
  • Die Stromschienen-Anordnung hat einen ersten und einen zweiten Rand. Ein erster und ein zweiter Anschluss können elektrisch mit der mindestens einen Schiene an dem ersten Rand verbunden sein, wobei entweder der erste oder der zweite Anschluss positiv und der andere negativ ist. Ein Endverbinder kann elektrisch mit der mindestens einen Schiene an dem zweiten Rand verbunden sein. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine Kontaktstelle mit der Vielzahl von Leiterbahnen an dem zweiten Rand verbunden.
  • Der umspritzte Platinenrahmen weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche des umspritzten Platinenrahmens kann eine Vielzahl von beabstandeten Taschen aufweisen, die als strukturelles Positionierungs- bzw. Lokalisierungsmittel für die Stromschienen-Anordnung dienen. Eine Sicherung kann mit einem Teil der Sensorleitungs-Anordnung verbunden und relativ zu mindestens einer der mehreren beabstandeten Taschen ausgerichtet sein. In einigen Ausführungsformen ist der umspritzte Platinenrahmen an der zweiten Oberfläche mit der Mehrzahl der Batteriezellen verbunden. Die zweite Oberfläche kann eine Vielzahl von beabstandeten Vertiefungen aufweisen, die geeignet sind, die Vielzahl von Batteriezellen zu lokalisieren bzw. zu positionieren und zu halten.
  • Die Vielzahl von Stromschienen können jeweils gegenüberliegende Seiten mit entsprechenden Laschen aufweisen, die sich von dort aus erstrecken, und die Vielzahl von Stromschienen sind mit dem umspritzten Platinenrahmen so ausgerichtet, dass die entsprechenden Laschen der benachbarten der Vielzahl von Stromschienen in der Vielzahl von beabstandeten Taschen angeordnet sind. Die jeweiligen Laschen benachbarter Stromschienen können durch die Vielzahl von beabstandeten Taschen hindurch geschweißt werden. Die jeweiligen Laschen können im Wesentlichen orthogonal zu der Vielzahl von Stromschienen angeordnet sein. Mindestens eine der Vielzahl von Stromschienen kann eine erste Leiterschicht und eine zweite Leiterschicht umfassen, die mit der ersten Leiterschicht verschweißt ist. Die erste Leiterschicht ist direkt mit mindestens einer der Vielzahl von Batteriezellen verbunden, und die zweite Leiterschicht erstreckt sich zwischen der ersten Leiterschicht und der Sensorleitungs-Anordnung.
  • Hier wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Leistungsmoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Verbindungsplatinen-Anordnung beschrieben. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung einer Stromschienen-Anordnung mit mindestens einer Schiene mit einer Vielzahl von Stromschienen. Das Verfahren umfasst die Herstellung einer Sensorleitungs-Anordnung mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, die sich in der Nähe der mindestens einen Schiene erstrecken, und das Ausbilden eines umspritzten Platinenrahmens über der Stromschienen-Anordnung und der Sensorleitungs-Anordnung mittels einer Formungsvorrichtung. Der umspritzte Platinenrahmen weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Der umspritzte Platinenrahmen ist so konfiguriert, dass ein starrer Lastpfad entsteht, wenn die Stromschienen-Anordnung mit der Sensorleitungs-Anordnung und der Vielzahl von Batteriezellen verbunden wird.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Varianten zur Ausführung der Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Teilexplosionsdarstellung einer Verbindungsplatinen-Anordnung;
    • 2 ist eine schematische perspektivische Teilansicht der Verbindungsplatinen-Anordnung nach dem Gießen;
    • 3 ist eine schematische Teilschnittansicht der Verbindungsplatinen-Anordnung durch die Achse 3-3 in 2;
    • 4 ist eine schematische Teildraufsicht auf ein weiteres Beispiel für eine Verbindungsplatinen-Anordnung;
    • 5 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils der Verbindungsplatinen-Anordnung von 4, die eine Sicherung zeigt; und
    • 6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für den Zusammenbau eines Leistungsmoduls, das die Verbindungsplatinen-Anordnung der 1-5 enthält.
  • Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es versteht sich, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den vorgenannten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigen die 1-5 verschiedene Konfigurationen einer Verbindungsplatinen-Anordnung. 1 ist eine schematische Teilexplosionsdarstellung einer Verbindungsplatinen-Anordnung. Die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 umfasst eine Stromschienen-Anordnung 12 und eine Sensorleitungs-Anordnung (senseline assembly) 14. Wie nachstehend beschrieben, wird ein umspritzter Platinenrahmen 16 mit Hilfe einer Formungsvorrichtung 20 einstückig über der Stromschienen-Anordnung 12 und der Sensorleitungs-Anordnung 14 geformt. 2 zeigt die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 nach dem Spritzgussverfahren.
  • Verbindungsplatinen-Anordnungen werden in der Regel als zwei oder mehr separate Teil-Anordnungen hergestellt. Die hier vorgestellte Verbindungsplatinen-Anordnung 10 vereint mehrere Komponenten in einer Anordnung. Durch die Vereinigung dieser Teil-Anordnungen zu einer Komponente entfällt die Notwendigkeit der Befestigung und Fixierung zwischen ihnen. Die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 fungiert gleichzeitig als Struktur-, Zellenhalte-, Abtast- (einschließlich Fixierung) und Buslösung. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Verbindungsplatinen-Anordnung 10, der durch die Achse 3-3 in 2 verläuft.
  • Die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 reduziert auch den Platzbedarf für die Sensorik (Verringerung der Höhe Z der in 3 gezeigten Verbindungsplatinen-Anordnung 10) und die Busverdrahtung innerhalb des begrenzten zugewiesenen Raums (z.B. in einem Fahrzeug) und bietet gleichzeitig eine robuste Lösung. Wie in 3 gezeigt, kann die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 bei einem Leistungsmodul 22 verwendet werden, das eine Vielzahl von Batteriezellen 24 („Vielzahl von“ wird im Folgenden weggelassen) aufweist, wie z.B. die erste Zelle 24A und die zweite Zelle 24B, die in 3 gezeigt sind. Bei den Batteriezellen 24 kann es sich um zylindrische oder beutelartige Zellen handeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Zellen auf Lithium-Mangan-, Lithium-Ionen-Phosphat-, Lithium-Cobalt- und Lithium-Nickel-Basis. Es versteht sich von selbst, dass das Leistungsmodul 22 viele verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternierende Komponenten enthalten kann.
  • Wie in 3 dargestellt, ist der umspritzte Platinenrahmen 16 so konfiguriert, dass ein starrer Lastpfad zwischen den Batteriezellen 24 und einer Batteriepackstruktur 26 entsteht, wenn die Stromschienen-Anordnung 12 mit der Sensorleitungs-Anordnung 14 und den Batteriezellen 24 verbunden wird. Das Design ermöglicht es, dass die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 zu einer strukturellen Komponente innerhalb der Batteriepackstruktur 26 wird. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Verbindungsplatinen-Anordnung 100, die weiter unten beschrieben wird. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen Teil der Verbindungsplatinen-Anordnung 100.
  • 6 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm für ein Verfahren 200 zum Zusammenbau des Leistungsmoduls 22. Das Verfahren 200 muss nicht in der hier angegebenen Reihenfolge angewendet werden und kann dynamisch ausgeführt werden.
  • Gemäß Block 202 von 6 umfasst das Verfahren 200 die Bereitstellung der Stromschienen-Anordnung 12 und der Sensorleitungs-Anordnung 14. Wie in 1-3 dargestellt, umfasst die Stromschienen-Anordnung 12 mindestens eine Schiene mit einer Vielzahl von Stromschienen 34 („Vielzahl von“ wird im Folgenden weggelassen). In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Stromschienen-Anordnung 12 eine erste Schiene 30 und eine zweite Schiene 32. Es versteht sich von selbst, dass die Anzahl und Anordnung der Schienen je nach Anwendung variiert werden kann. Die Stromschienen-Anordnung 12 stellt die Verbindung her, über die eine elektrische Last Batteriestrom bezieht. Die Stromschienen 34 sind leitfähig und können z.B. in einer möglichen Ausführungsform alternierend Kupfer- und Aluminium-Stromschienen oder Stromschienen umfassen, die aus demselben Material, z.B. Aluminium, Kupfer, Bimetall oder einer Kombination davon gebildet sind. Die Stromschienen 34 werden mit den Elektrodenanschlüssen von einzelnen Batteriezellen 24 in leitenden Kontakt gebracht (z.B. durch Schweißen), um einen Stromkreis zu schließen. Die Anzahl der Stromschienen 34 hängt von der jeweiligen Konstruktion und Verwendung des Leistungsmoduls 22 ab, z.B. von der Anzahl der im Leistungsmodul 22 verwendeten Batteriezellen/Zellengruppen, davon, ob diese Zellen/Zellengruppen in Reihe oder parallel geschaltet sind, usw. Die Stromschienen 34 können aus gestanztem und/oder bearbeitetem Bandmetall oder mit einem anderen geeigneten Herstellungsverfahren gebildet werden. Die erste und die zweite Schiene 30, 32 sind im Wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich in einer ersten Richtung D1. Die Stromschienen 34 sind im Wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich in einer zweiten Richtung D2, die orthogonal zur ersten Richtung D1 sein kann.
  • Wie in 1 dargestellt, weist die Stromschienen-Anordnung 12 einen ersten Rand 36 und einen zweiten Rand 38 auf. Ein erster Anschluss 40 und ein zweiter Anschluss 42 sind elektrisch mit der ersten Schiene 30 bzw. der zweiten Schiene 32 verbunden, beide an dem ersten Rand 36, wie in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, ist ein Endverbinder 44 (z.B. ein U-Stromkollektor, bei dem der Strom eine U-förmige Wende macht) elektrisch mit der ersten Schiene 30 und der zweiten Schiene 32 an dem zweiten Rand 38 verbunden. 4 zeigt einen ersten Anschluss 140, einen zweiten Anschluss 142 und einen U-Stromkollektor 144, der elektrisch mit der Stromschienen-Anordnung 112 verbunden ist. Entweder der erste Anschluss 40 (oder 140) oder der zweite Anschluss 42 (oder 142) ist positiv, und der andere ist negativ.
  • Gemäß den 1 und 2 misst die Sensorleitungs-Anordnung 14 die Zellenspannung (in Bezug auf die Batteriezellen 24) und gibt einer Stromversorgung eine Rückmeldung, die sie auf der Grundlage der Differenz zwischen der beabsichtigten Leistung und der tatsächlichen Leistung anpassen kann. Die Sensorleitungs-Anordnung 14 kann darüber hinaus eine Temperaturerfassung bereitstellen, um Temperaturschwankungen oder mögliches thermisches Durchgehen festzustellen. Die Sensorleitungs-Anordnung 14 umfasst eine Vielzahl von Leiterbahnen, wie z.B. eine erste Gruppe von Leiterbahnen 50 und eine zweite Gruppe von Leiterbahnen 52, die neben oder in der Nähe der ersten Schiene 30 bzw. der zweiten Schiene 32 angeordnet sind.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die erste Gruppe von Leiterbahnen 50 und die zweite Gruppe von Leiterbahnen 52 im Wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich in der ersten Richtung D1. Die Dicke und Länge der Komponenten in der Sensorleitungs-Anordnung 14 kann je nach den für die Anwendung verwendeten Materialien variieren und je nach der für den Stromdurchgang erforderlichen Stromstärke angepasst werden. Die Sensorleitungs-Anordnung 14 kann mit Hilfe von softwarebasierten Verfahren wie Fotobildgebung (photoimaging), Laserbohren, Drucken, Schneiden oder Konturieren geformt werden. Alternativ dazu können die Verfahren auch gestanzte Leitungsrahmen, Einsätze oder Spritzgussformen umfassen. Es können Oberflächenbehandlungen durchgeführt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Vernickelung, additive Kupferoberflächenbehandlungen und Kombinationen aus Kupferunterlage, Vernickelung und Verzinnung.
  • In Block 204 von 6 wird der umspritzte Platinenrahmen 16 durch einen Formgebungsprozess einstückig über der Stromschienen-Anordnung 12 und der Sensorleitungs-Anordnung 14 geformt. Der Begriff „umspritzt“ soll nicht nur ein Formgebungsverfahren, sondern auch eine Struktur beschreiben. Ein Beispiel für eine Formungsvorrichtung 20 ist in 1 dargestellt. Beispielsweise kann ein Polymermaterial durch eine Zuführung 54 (siehe 1) eingeführt und mit einem Heizelement 56 erhitzt werden. Gemäß 1 wird das geschmolzene durch eine Einspritzdüse 60 in einen Formhohlraum 58 eingespritzt. Die Stromschienen-Anordnung 12 und die Sensorleitungs-Anordnung 14 werden in den Formhohlraum 58 eingesetzt. Der Platinenrahmen 16 wird direkt um die Stromschienen-Anordnung 12 und die Sensorleitungs-Anordnung 14 gespritzt, um ein einziges massives Stück zu schaffen, das in seine endgültige Form aushärtet und anschließend ausgeformt wird. Die innere Form des Formhohlraums 58 kann je nach Anwendungsfall variiert werden. Es versteht sich, dass die Formungsvorrichtung 20 eine andere Konfiguration haben und andere, nicht dargestellte Komponenten enthalten kann.
  • Der umspritzte Platinenrahmen ermöglicht eine Strategie der Fixierung durch eingebettete Sensorleitungen. In einer drahtlosen Ausführungsform kann beispielsweise der umspritzte Platinenrahmen 16 an einen Radiofrequenz (RF)-Kommunikationschip (nicht abgebildet) angespritzt werden. Da die Elemente direkt an die Komponente angespritzt werden, entfällt außerdem die Notwendigkeit sekundärer Isolationskomponenten (z.B. Fingerklemmschutz an Anschlüssen). Wie in 1-3 dargestellt, weist der umspritzte Platinenrahmen 16 eine erste Oberfläche 62 und eine zweite Oberfläche 64 auf. Die erste Oberfläche 62 des umspritzten Platinenrahmens 16 ist so geformt, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Taschen 66 (in 1-3 dargestellt) als strukturelles Lokalisierungselement für die Stromschienen-Anordnung 12 enthält. 4 zeigt eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Taschen 66 gemäß einer anderen Ausführungsform. Während die Taschen 66 (in 1-3) eine rechteckige Form haben, sind die Taschen 166 (in 4) oval. Es versteht sich, dass die Form der Taschen 66, 166 je nach Anwendungsfall variiert werden kann.
  • Zu den polymeren Materialien können Hochleistungskunststoffe, Polymere, Kunstharze oder andere Materialien gehören. In einigen Ausführungsformen können die polymeren Materialien mit einem zweiten Material wie Glasfaser, Kohlefaser oder Harz verstärkt werden. Zu den polymeren Materialien können gehören: Polyamide, wie Polyphthalamid (PPA), Polyarylamid (PAA), Poly[imino(1,6-dioxohexamethylen)iminohexamethylen] und Poly(hexano-6-lactam). Andere geeignete polymere Materialien können sein: Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polymethylmethacrylat, ein oder mehrere Cycloolefin-Copolymere, ein oder mehrere Flüssigkristallpolymere, Polyoxymethylen, ein oder mehrere Polyacrylate, Polyacrylnitril, ein oder mehrere Polyamid-Imide, ein oder mehrere Polyaryletherketone (z.B. Polyetheretherketon, Polyetherketonketon), Polybutadien, Polybutylen, Polybutylenterephthalat, ein oder mehrere Chlorfluorpolymere (z.B. Polychlortrifluorethylen), Polyethylenterephthalat, Polycyclohexylendimethylenterephthalat, ein oder mehrere Polycarbonate, ein oder mehrere Polyhydroxyalkanoate, ein oder mehrere Polyketone, Polyetherimid, ein oder mehrere Polysulfone, ein oder mehrere Polyimide, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polyethylen und Kombinationen oder Mischungen davon.
  • Weiter zu Block 206 von 6: Das Verfahren 200 umfasst das Verbinden der Batteriezellen 24 und das Kleben der zweiten Oberfläche 64 des umspritzten Platinenrahmens 16 an die Batteriezellen 24. Wie in 2 gezeigt, ist die zweite Oberfläche 64 des umspritzten Platinenrahmens 16 so geformt, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Vertiefungen 68 zum Lokalisieren und Halten der Vielzahl von Batteriezellen 24 aufweist. Mit anderen Worten ist jede der Vertiefungen so bemessen, dass sie zu einer einzelnen der Batteriezellen 24 passt.
  • In Block 208 von 6 kann das Verfahren 200 das Anschließen einer Sicherung umfassen, um eine Überlastung des Stromkreises zu verhindern, z.B. die Sicherung 190 an die in 5 gezeigte Verbindungsplatinen-Anordnung 100. Wie in 5 dargestellt, sind eine Sensorleitungs-Anordnung 114 und eine Stromschiene 134 in einen umspritzten Platinenrahmen 116 eingebettet. Die Sicherung 190 ist in einer der beabstandeten Taschen 166 (z.B. der ersten Tasche 165) positioniert und leitend mit einem Teil der Sensorleitungs-Anordnung 114 verbunden. Eine zweite Tasche 167 ist ebenfalls in 5 dargestellt. Die Gesamtzahl an Sicherungen kann je nach Anwendung variiert werden.
  • In Block 210 von 6 umfasst das Verfahren 200 das Schweißen verschiedener Verbindungspunkte, z.B. zwischen den jeweiligen Abschnitten der Sensorleitungs-Anordnung 14 und der Stromschienen-Anordnung 12. Die Schweißung verbindet die Sensorleitungs-Anordnung 14 und die Stromschienen-Anordnung und ermöglicht die Messung der Zellenspannung in Verbindung mit einem Batteriemanagementsystem. Das Schweißen kann mit Ultraschall erfolgen. Widerstandsschwei-ßen und Laserschweißen können alternativ oder zusätzlich zum Ultraschallschwei-ßen eingesetzt werden.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, haben die Stromschienen 34 jeweils Laschen 74, 76, die sich von zwei gegenüberliegenden Seiten aus erstrecken. In einigen Ausführungsformen sind die jeweiligen Laschen 74, 76 im Wesentlichen orthogonal zu den Stromschienen 34. Wie in 2 gezeigt, sind die Stromschienen 34 mit dem umspritzten Platinenrahmen 16 so ausgerichtet, dass die jeweiligen benachbarten Laschen 78 der benachbarten Stromschienen 34 in der Vielzahl der beabstandeten Taschen 66 positioniert sind. 4 zeigt Stromschienen 134 mit entsprechenden Laschen 174, 176, die sich von zwei gegenüberliegenden Seiten aus erstrecken. Die jeweiligen benachbarten Laschen 78 in 2 (und die jeweiligen benachbarten Laschen 178 in 4) werden durch den Zugang, der durch die Vielzahl von beabstandeten Taschen 66 (Taschen 166 in 4) bereitgestellt wird, miteinander verschweißt. Die Batteriezellen 24 werden an Verbindungsstellen der Stromschienen-Anordnung 12 geschweißt.
  • Wie in 3 dargestellt, können die Stromschienen 34 eine einteilige Konfiguration mit einer einzelnen Leiterschicht 80, die direkt mit mindestens einer der Batteriezellen (z.B. der ersten Zelle 24A) verbunden ist, oder eine zweiteilige Konfiguration 82 oder eine Kombination aus beiden aufweisen. Wie in 3 dargestellt, umfasst die zweiteilige Konfiguration 82 eine erste Leiterschicht 84, die direkt mit mindestens einer der Batteriezellen (z.B. der zweiten Zelle 24B) verbunden ist, und eine zweite Leiterschicht 86, die über eine Schweißnaht 88 mit der ersten Leiterschicht 84 verbunden ist. Es können verschiedene Schweißverfahren wie Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen oder (Flach-)Drahtbon- den (wire/ribbon bonding) eingesetzt werden. Die zweite Leiterschicht 86 erstreckt sich zwischen der ersten Leiterschicht 84 und der Sensorleitungs-Anordnung 14.
  • Block 210 kann ferner, wie in 4 gezeigt, die elektrische Verbindung mindestens einer Kontaktstelle mit der Mehrzahl von Leiterbahnen umfassen, z.B. eine erste Kontaktstelle 192 und eine zweite Kontaktstelle 194, die mit der ersten Gruppe von Leiterbahnen 150 bzw. der zweiten Gruppe von Leiterbahnen 152 verbunden sind. Die ersten und zweiten Kontaktstellen 192, 194 können durch Ätzen von Metallfolien (z.B. Aluminium oder Kupfer), Plattieren von Metall und Aufdrucken von leitfähigen Farben hergestellt werden. Die Größe, Form und Lage der ersten und zweiten Kontaktstellen 192, 194 kann abhängig von der Anwendung variiert werden, wozu der verfügbare Platz und die Anzahl der Gruppen von Leiterbahnen gehört. Alternativ kann je nach Design auch ein Verbinder verwendet werden. Die verbleibenden Enden der ersten und zweiten Gruppe von Leiterbahnen 50, 52 können z.B. durch Crimpen, Löten, Schweißen, elektrisch leitende Klebeverbindungen und andere Verfahren abgeschlossen werden.
  • Weiter zu Block 212 von 6: Das Verfahren 200 umfasst ferner das Kleben der ersten Oberfläche 62 des umspritzten Platinenrahmens 16 an den Batteriepack 26. Wie in 3 gezeigt, kann die erste Oberfläche 62 mit dem Batteriepack 26 verbunden sein, zum Beispiel durch eine Zwischenschicht 96 (die leitend sein kann) und eine Klebeschicht 98. Wie bereits erwähnt, können einige Schritte weggelassen und die Reihenfolge der Schritte geändert werden. Die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 kann auch andere elektronische Komponenten in Form von Zellenüberwachungschips, Sensoren, Kondensatoren, Widerständen, Transceivern, Kühlkörpern usw. enthalten. Die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 kann mit einem Batterie-Controller (nicht dargestellt) über eine drahtlose bzw. Funkverbindung (RF) und/oder durch Übertragung von Signalen über einen festverdrahteten Satz von Übertragungsleitern kommunizieren.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 einen starren Lastpfad bereitstellt, wenn die Stromschienen-Anordnung 12 mit der Sensorleitungs-Anordnung 14 und der Vielzahl von Batteriezellen 24 verbunden ist. Die hier beschriebene strukturelle Integration ermöglicht eine vertikale Installation in einem Schritt mit robuster Positionierung von Batteriezellen, Stromschienen (Stromkollektoren), Sensorleitungen und Schweißstellen. Die strukturelle Integration ermöglicht eine Verringerung der Masse des Batteriepacks und vereinfacht die Komplexität der Montage. Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, dass die Verbindungsplatinen-Anordnung 10 eine flexible Leiterplatte überflüssig macht. Es versteht sich jedoch von selbst, dass flexible Leiterplatten in Verbindung mit der obigen Struktur verwendet werden können.
  • Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, wobei der Umfang der Offenbarung ausschließlich durch die Ansprüche definiert ist. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zum Realisieren der beanspruchten Offenbarung im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen, um die Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verwirklichen. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele von Ausführungsformen beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren gewünschten Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Dementsprechend fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Zusammenbauen eines Leistungsmoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Verbindungsplatinen-Anordnung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Stromschienen-Anordnung, die mindestens eine Schiene mit einer Vielzahl von Stromschienen aufweist; Bereitstellen einer Sensorleitungs-Anordnung mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, die sich in der Nähe der mindestens einen Schiene erstrecken; Ausbilden eines umspritzten Platinenrahmens über der Stromschienen-Anordnung und der Sensorleitungs-Anordnung mittels einer Formungsvorrichtung, wobei der umspritzte Platinenrahmen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist; und Konfigurieren des umspritzten Platinenrahmens derart, dass ein starrer Lastpfad entsteht, wenn die Stromschienen-Anordnung mit der Sensorleitungs-Anordnung und der Mehrzahl von Batteriezellen verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der umspritzte Platinenrahmen einen ersten Rand und einen zweiten Rand aufweist, und ferner umfassend: elektrisches Verbinden eines ersten Anschlusses und eines zweiten Anschlusses mit der mindestens einen Schiene an dem ersten Rand; und elektrisches Verbinden eines Endverbinders mit der ersten Schiene und der zweiten Schiene an dem zweiten Rand.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: elektrisches Verbinden mindestens einer Kontaktstelle mit der Vielzahl von Leiterbahnen an dem zweiten Rand.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Formen der ersten Oberfläche des umspritzten Platinenrahmens derart, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Taschen als strukturelles Positionierungsmittel für die Stromschienen-Anordnung aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Verbinden einer Sicherung mit einem Teil der Sensorleitungs-Anordnung und Ausrichten der Sicherung mit mindestens einer der mehreren beabstandeten Taschen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Konfigurieren der Vielzahl von Stromschienen mit zwei jeweiligen gegenüberliegenden Seiten, von denen aus sich jeweils Laschen erstrecken; und Ausrichten der Vielzahl von Stromschienen mit dem umspritzten Platinenrahmen derart, dass die jeweiligen Laschen von benachbarten der Vielzahl von Stromschienen in der Vielzahl von beabstandeten Taschen positioniert sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Zusammenschweißen der jeweiligen Laschen von benachbarten der Vielzahl von Stromschienen durch die Vielzahl von beabstandeten Taschen hindurch, wobei die jeweiligen Laschen im Wesentlichen orthogonal zu der Vielzahl von Stromschienen sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Formen der zweiten Oberfläche des umspritzten Platinenrahmens derart, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Vertiefungen zum Lokalisieren und Halten der Vielzahl von Batteriezellen aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Konfigurieren mindestens einer der Vielzahl von Stromschienen derart, dass sie eine erste Leiterschicht enthält, und direktes Verbinden der ersten Leiterschicht mit mindestens einer der Vielzahl von Batteriezellen; und Verschweißen einer zweiten Leiterschicht mit der ersten Leiterschicht, wobei sich die zweite Leiterschicht zwischen der ersten Leiterschicht und der Sensorleitungs-Anordnung erstreckt.
  10. Verfahren zum Zusammenbauen eines Leistungsmoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einer Verbindungsplatinen-Anordnung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Stromschienen-Anordnung mit einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, die jeweils eine Vielzahl von Stromschienen aufweisen; Bereitstellen einer Sensorleitungs-Anordnung mit einer ersten Vielzahl von Leiterbahnen und einer zweiten Vielzahl von Leiterbahnen, wobei die Sensorleitungs-Anordnung so positioniert wird, dass die erste Vielzahl von Leiterbahnen und die zweite Vielzahl von Leiterbahnen sich benachbart zu der ersten Schiene bzw. der zweiten Schiene erstrecken; Ausbilden eines umspritzten Platinenrahmens über der Stromschienen-Anordnung und der Sensorleitungs-Anordnung mittels einer Formungsvorrichtung, wobei der umspritzte Platinenrahmen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist; Formen der ersten Oberfläche des umspritzten Platinenrahmens derart, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Taschen als strukturelles Positionierungsmittel für die Stromschienen-Anordnung aufweist; Formen der zweiten Oberfläche des umspritzten Platinenrahmens derart, dass sie eine Vielzahl von beabstandeten Vertiefungen zum Lokalisieren und Halten der Vielzahl von Batteriezellen aufweist; und Konfigurieren des umspritzten Platinenrahmens derart, dass ein starrer Lastpfad fertiggestellt wird, wenn die Stromschienen-Anordnung mit der Sensorleitungs-Anordnung und der Mehrzahl von Batteriezellen verbunden wird.
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