EP4049336A1

EP4049336A1 - Zentrierung für einen zellverbinder in batteriemodulen

Info

Publication number: EP4049336A1
Application number: EP20797419.7A
Authority: EP
Inventors: Andreas Sedlmayr; Sebastian Berning
Original assignee: Instagrid GmbH
Current assignee: Instagrid GmbH
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-08-31
Also published as: US20220247030A1; DE102019128396A1; WO2021078788A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodulgehäuse zur Aufnahme mehrerer Batteriezellen (12), mit mehreren Aufnahmebereichen (34) für die Batteriezellen, Batteriezellen-Aufnahmebereiche, einem Aufnahmebereich (50) für eine Leiterplatte (52), Leiterplatten- Aufnahmebereich, der benachbart zu den Batteriezellen- Aufnahmebereichen liegt; und mehreren Aufnahmebereichen (40) für Zellverbinder (20), Zellverbinder-Aufnahmebereiche, die benachbart zu einigen der Batteriezellen-Aufnahmebereichen vorgesehen sind. Es zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Zentriereinheit (60) für einen Zellverbinder (20) innerhalb zumindest einer der Zellverbinder-Aufnahmebereiche (40) vorgesehen ist.

Description

Zentrierung für einen Zellverbinder in Batteriemodulen

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodulgehäuse zur Aufnahme mehrerer Batteriezellen, mit mehreren Aufnahmebereichen für die Batteriezellen (auch Batteriezel- len-Aufnahmebereiche genannt), einem Aufnahmebereich für eine Leiterplatte (auch Leiterplatten-Aufnahmebereich genannt), der benachbart zu den Batteriezellen- Aufnahmebereichen liegt, und mehreren Aufnahmebereichen für Zellverbinder (auch Zellverbinder-Aufnahmebereiche genannt), die benachbart zu einigen der Batteriezellen- Aufnahmebereichen vorgesehen sind.

[0002] Wieder aufladbare Batterien (Akkumulatoren), die nachfolgend als Batterien bezeichnet werden, sind seit Jahrzehnten integraler Bestandteil von Systemen, die fernab vom Netz mit Energie versorgt werden sollen. Die Marktdurchdringung von Batterien ist durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Zelltechnologie und deren Produktion in standardisierten Formen in hohen Volumina über das letzte Jahrzehnt signifikant erhöht worden.

[0003] So gibt es heute Märkte, wie Elektrowerkzeuge, in denen mittlerweile batteriebetriebene Geräte eine Vormachtstellung eingenommen haben. Durch immer weiter sinkende Kosten haben Batterielösungen in den letzten Jahren in vielen weiteren Märkten Einzug erhalten, zum Beispiel bei elektrischen Fahrrädern und Staubsauger. [0004] Um die Batterieversorgung für eine spezielle Anwendung zu ermöglichen, werden einzelne Batteriezellen in Reihen-, und Parallel-Schaltungen oder in einer Kombination aus beidem betrieben. Dazu werden die einzelnen Batteriezellen über elektrisch leitende Einheiten, zum Beispiel Metallblech, miteinander in der entsprechenden Anordnung verbunden, um die entsprechende Spannung und Kapazität bereitzustellen. Üblicherweise sind diese mehreren miteinander verschalteten Batteriezellen in ein Gehäuse eingebracht, um eine kompakte einfach handhabbare Einheit, die auch als Batterie-Pack bzw. Batte riemodul bezeichnet wird.

[0005] Der sichere und zuverlässige Betrieb von Lithium-Ionen Batterien stellt einige Anforderungen an das Design eines Batteriemoduls. So ist es zum Beispiel notwendig, jede Lithium-Ionen-Zelle ständig zu überwachen und Maßnahmen zu ergreifen, wenn sich eine Zelle außerhalb eines definierten Betriebsbereichs, wie beispielsweise Strom, Spannung, Temperatur, befindet. Zur Überwachung und Steuerung werden elektronische Schaltungen eingesetzt, sogenannte Batteriemanagementsysteme (BMS). Damit diese eine Überwachung vornehmen können, müssen Sie mit den Batteriezellen, nachfolgend kurz Zellen genannt, verbunden sein, oder in anderen Fällen Sensoren besitzen, die mit den Zellen verbunden sind oder aus der Ferne die Zellen überwachen können, beispiels weise durch Temperatursensoren.

[0006] Für die Messung von Strom und Spannung werden die Zellen elektrisch leitend mit der Elektronikschaltung verbunden, die dann über entsprechende Bauteile, zum Beispiel Shunts oder ICs, die Parameter misst und diese bewertet oder zur Bewertung an eine andere Stelle überträgt. Die elektrisch leitende Verbindung wird heute meist durch eine Kombination aus Stanzbiegeteilen und/oder Kabeln mit Löten oder Schweißen hergestellt.

[0007] Eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen herzustellen und zu halten ist essenziell für den Betrieb eines Batterie elektrisch betriebenen Systems. Fällt eine Verbindung aus, so wird das ganze System ausgeschaltet oder es besteht die Gefahr, dass eine Zelle außerhalb ihrer Grenzen betrieben wird und so ausfällt oder in einen unsicheren Zustand übergeht. Zudem besteht bei einer losen Verbindung die Gefahr, dass eine nicht gewollte elektrische Verbindung mit einem anderen leitenden Teil entsteht und dadurch die Batterie kurzgeschlossen wird, was zum Ausfall bis zum thermi schen zersetzen der Batterie führen kann.

[0008] Daneben besteht ein hoher Anspruch an die Fertigbarkeit von Batteriemodulen, um in hohen Volumina Kostenvorteile zu erzielen.

[0009] Die heute gängigen Verbindungen über Kabel haben den Nachteil, dass sie durch ihre

Flexibilität nicht in wiederholbarer Ausrichtung gefertigt werden können und dadurch nicht eindeutig positioniert werden können. Sie müssen deshalb manuell an beiden Enden verbunden werden.

[0010] Ein weiterer Nachteil der Flexibilität von Kabeln ist im Falle einer losen Verbindungsstelle die hohe Wahrscheinlichkeit für eine ungewollte Verbindung an anderer kritischer Stelle.

[0011] Die Verbindung nur über ein Stanzbiegeteil herzustellen, hat hier den Vorteil, dass man sich durch eine weitere Biegung eine Verbindung spart und so nur eine Verbindung von Zelle zu Elektronik verbleibt. Auch die höhere Biegesteifigkeit erlaubt ein längeres Tole ranzfeld in der Produktion und so einen höheren Automatisierungsgrad bzw. eine höhere Wiederholfrequenz in der Fertigung. Auch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlverbindung im Falle einer losen Verbindung ist dadurch stark verringert.

[0012] Durch bestehende Fertigungstoleranzen bleibt jedoch auch bei Stanzbiegeteilen und anderen Verbindungen mit besserer Biegesteifigkeit als Kabel der Nachteil, dass Teile immer noch manuell eingefügt oder manuell nachgearbeitet werden müssen, weil vor allem bei ungünstigen Aspekt-Verhältnissen kleine Toleranzen hohe Abweichungen ergeben und nicht nur eine automatisierte Teilezufuhr und Herstellung der Verbindung nicht möglich ist, sondern häufig schon in der manuellen Fertigung Probleme mit der Positionierung entstehen, wenn zwei oder mehrere Zellverbinder mit einer Elektronik verbunden werden müssen, was in jedem Batteriemodul der Fall ist.

[0013] Dies ist besonders kritisch, wenn die Länge der Verbindung zwischen Zelle und Elektronik größer als der Durchmesser der verwendeten Zelle ist. [0014] Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein

Batteriemodulgehäuse zur Aufnahme mehrerer Batteriezellen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die beschriebenen Nachteile überwunden werden können. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, die Fertigung zu vereinfachen, sodass auch ein automatisiertes Fertigungsverfahren möglich ist, ohne jedoch Einbußen bei der Sicherheit hinnehmen zu müssen.

[0015] Diese Aufgabe wird von dem eingangs genannten Batteriemodulgehäuse dadurch gelöst, dass zumindest eine Zentriereinheit für einen Zellverbinder innerhalb zumindest einer der Zellverbinder-Aufnahmebereiche vorgesehen ist.

[0016] Zur Verbindung der Pole zweier Zellen wird, wie zuvor bereits ausgeführt, ein sogenannter Zellverbinder eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich mehrere Zellen parallel oder in Serie miteinander verbinden, um ein Batteriemodul bereitzustellen. Zur Überwachung der Zellen innerhalb des Batteriemoduls über ein Batteriemanagementsys tem ist es erforderlich, beide Pole mit dem Batteriemanagementsystem zu verbinden. Hierfür weist der Zellverbinder einen Abschnitt auf, der eine elektrische Verbindung zwischen dem Pol und einer Leiterplatte herstellt, die das Batteriemanagementsystem üblicherweise trägt. Der Abschnitt des Zellverbinders erstreckt sich dafür üblicherweise über die gesamte Länge einer Zelle, bevor sie in eine Kontaktierungsöffnung oder ein Kontaktelement der Leiterplatte eintaucht, um die elektrische Verbindung herzustellen.

[0017] Die erfindungsgemäße Zentriereinheit sorgt nun dafür, dass der genannte Abschnitt des Zellverbinders ohne weiteres in die Öffnung bzw. das Kontakt-Element der Leiterplatte positioniert werden kann, ohne dass eine Fehlpositionierung auftritt. So lassen sich unter anderem auch Fertigungstoleranzen beim Zellverbinder ausgleichen.

[0018] Mit der erfindungsgemäßen Zentriereinheit ist es nun möglich, den Zellverbinder automatisiert einzubauen, ohne dass die Gefahr einer Fehlpositionierung bezüglich der Leiterplatte, insbesondere der Öffnung in der Leiterplatte bzw. dem Kontaktelement, besteht. [0019] Darüber hinaus kann der Zellverbinder günstig als Stanzbiegeteil aus einem leitfähigen Material hergestellt werden, sodass beispielsweise auf eine Kabelverbindung zwischen den Polen und der Leiterplatte verzichtet werden kann.

[0020] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird damit vollkommen gelöst.

[0021] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Zentriereinheit fest mit dem

Batteriemodulgehäuse verbunden, vorzugsweise integraler Bestandteil des Batteriemo dulgehäuses.

[0022] Dies hat den Vorteil, dass eine äußerst kostengünstige Fertigung möglich ist.

[0023] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Zentriereinheit in den Zellverbinder-

Aufnahmebereich einsetzbar.

[0024] D. h. mit anderen Worten, dass die Zentriereinheit nicht fest mit dem Batteriemodulge häuse verbunden ist, sondern sich nach dem Fertigen des Batteriemodulgehäuses einsetzen lässt.

[0025] Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass eine große Flexibilität erreichbar ist. So können beispielsweise unterschiedliche Zentriereinheiten vorgesehen werden, die auf unterschiedliche Zellverbinder oder unterschiedliche Aufnahmen oder Kontaktelemente auf der Leiterplatte angepasst sind.

[0026] Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Zentriereinheit zumindest zwei, vorzugsweise vier Zentrierelemente auf, die so angeordnet sind, dass sie einen Öff nungsquerschnitt zwischen sich definieren, durch den ein Abschnitt des Zellverbinder hindurchsteckbar ist.

[0027] Der Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, dass die Genauigkeit der Positionierung bei Einsatz von mehreren Zentrierelementen erhöht werden kann. [0028] Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Zentrierelemente der Zentriereinheit so angeordnet, dass der Öffnungsquerschnitt sich in Einsteckrichtung reduziert, um den Zellverbinder zu führen und zentrieren.

[0029] Der Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, dass der Zellverbinder während des

Einsteckens von den Zentrierelementen in die zentrierte Position geführt wird, sodass ein verhaken, etc. zwischen Zellverbinder und Zentrierelement vermieden werden kann.

[0030] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Öffnungsquerschnitt anfangs - in Einsteck- Richtung gesehen - mindestens 50 % größer als der Querschnitt des durchzuführenden Abschnitts des Zellverbinders.

[0031] Dieses Größenverhältnis hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.

[0032] Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Zentrierelemente als nachgiebige Laschen ausgebildet.

[0033] Der Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen, dass die Nachgiebigkeit der Laschen einen größeren Ausgleich gegenüber Fertigungstoleranzen bietet.

[0034] Bei der bevorzugten Weiterbildung ist der Öffnungsquerschnitt einstellbar.

[0035] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch die Einsteilbarkeit des Öffnungsquerschnitts eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung des jeweiligen Zellverbinder er reichbar ist.

[0036] Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Batteriezellen-Aufnahmebereiche durch zumindest teilzylindrisch ausgebildete Wände begrenzt, derart, dass zylindrische Batterie zellen in den Batteriezellen-Aufnahmebereichen definiert gehalten sind. Vorzugsweise ist die Zentriereinheit an zumindest einer Wand eines Batteriezellen-Aufnahmebereichs, vorzugsweise an Wänden zweier Batteriezellen-Aufnahmebereiche festgelegt. [0037] Auch diese Maßnahme hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie einerseits eine einfache Fertigung und andererseits eine gute Positionierungsmöglichkeit auch der Batteriezellen innerhalb des Batteriemodulgehäuses ermöglicht.

[0038] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Leiterplatte im Leiterplatten- Aufnahmebereich gehalten, wobei die Leiterplatte Öffnungen für Zellverbinder aufweist und die Öffnungen und die Zentriereinheiten zueinander ausgerichtet sind, sodass die Zellverbinder durch die Zentriereinheiten beim Einstecken in die Öffnungen geführt sind.

[0039] Diese Maßnahme hat sich ebenfalls als besonders vorteilhaft herausgestellt.

[0040] Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist ein Zellverbinder einen Pol-Verbinder-Abschnitt und einen Verbindungssteg-Abschnitt auf, wobei der Pol-Verbinder-Abschnitt zumindest zwei Batteriezellen-Pole verbindet und der Verbindungssteg-Abschnitt den Zellverbinder- Aufnahmebereich durchläuft und eine Verbindung mit der Leiterplatte herstellt.

[0041] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sich der Zellverbinder auf kostengünstige Weise als Stanzbiegeteil hersteilen lässt. Bevorzugt ist der Zellverbinder als aus einem Metall blech gestanztes und gebogenes Teil hergestellt. Denkbar wäre jedoch auch, den Pol- Verbinder-Abschnitt und den Verbindungssteg-Abschnitt getrennt voneinander herzustel len, bspw. durch Stanzen und Beigen, und dann anschließend beide Teile miteinander Stoff- oder formschlüssig fügt, bspw. durch laser- oder Punktschweißen.

[0042] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist ein äußeres Gehäuse vorgesehen, dass ein aufsteckbares oberes und ein unteres Gehäuseteil sowie ein geschlossenes Wandteil aufweist, wobei das untere Gehäuseteil zumindest abschnittsweise, vorzugsweise voll ständig durch die Leiterplatte gebildet ist.

[0043] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf ein Bauteil, nämlich ein aufsteckbares unteres Gehäuseteil verzichtet werden kann, da die Leiterplatte das untere Gehäuseteil bildet und folglich den unteren Öffnungsbereich, der durch das geschlossene Wandteil gebildet wird, abschließt. [0044] Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Wände der Batteriezellen- Aufnahmebereiche an dem Wandteil angebracht.

[0045] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Batteriemodulgehäuse aus einem Kunststoff, vorzugsweise durch Spritzguss hergestellt.

[0046] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein sehr kostengünstiges Gehäuse möglich ist.

[0047] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Länge des Batteriezellen-Aufnahmebereichs größer als dessen Durchmesser.

[0048] Bei einer solchen Geometrie ist der Vorteil der erfindungsgemäßen Zentriereinheit besonders groß, da die Gefahr einer Fehlpositionierung durch die große Länge des Verbindungsstück-Abschnitts des Zellverbinder im Vergleich zu dessen Breite erhöht ist.

[0049] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0050] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigen:

[0051] Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Batteriemodulgehäuses mit eingesetzten Batteriezellen, Zell verbinden und Leiterplatte;

[0052] Figur 2 eine schematische Darstellung eines Bereichs des Batteriemodulgehäuses zur

Erläuterung der Anordnung eines Zell verbinden das;

[0053] Figur 3eine schematische perspektivische Darstellung eines Zellverbinder; [0054] Figur 4eine schematische Detailansicht eines unteren Bereichs des Batteriemodule Gehäuses zur Verdeutlichung der Zentriereinheit; und

[0055] Figur 5eine schematische Schnittdarstellung einer Zentriereinheit von oben.

[0056] In Figur 1 ist ein Batteriemodulgehäuse in schematischer perspektivischer Darstellung gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Zur besseren Erläuterung der im Batteriemodulgehäuse vorgesehenen Elemente ist dessen Oberseite geöffnet und ein weiterer Bereich als Schnittdarstellung gezeigt.

[0057] Das Batteriemodulgehäuse 10 enthält mehrere Batteriezellen 12, im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Batteriezellen, die gleichmäßig verteilt im Innen raum des Batteriemodulgehäuses vorgesehen sind.

[0058] Bei den Batteriezellen 12 handelt es sich beispielsweise um wieder aufladbare Lithium- Ionen Batterien 13, die einen zylindrischen Aufbau haben, dessen Längserstreckung deutlich größer ist als dessen Durchmesser. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel sind die Batteriezellen 12 so in das Batteriemodulgehäuse 10 eingesetzt, dass sich die Längsach se der Batteriezellen in Z-Richtung (in der Figur in vertikaler Richtung) erstreckt.

[0059] Die Pole der Batteriezellen 12 liegen an den jeweiligen Längsenden und werden üblicherweise zur Verschaltung der Batteriezellen elektrisch miteinander verbunden. Die Art der elektrischen Verbindung der Pole hängt dabei von der gewünschten Ausgangs spannung und der Leistung ab, wobei es im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielt, wie die einzelnen Batteriezellen miteinander verschaltet sind.

[0060] Zur elektrischen Verbindung einzelner Batteriezellen 12 miteinander werden sogenannte Zellverbinder 20 eingesetzt, bei denen es sich um aus einem leitfähigen Material im Stanzbiegeverfahren hergestellte Plättchen handelt. Wie in Figur 1 gut zu erkennen ist, sind insgesamt drei Zellverbinder 20 vorgesehen, wobei jeder Zellverbinder 20 bspw. einen Plus-Pol mit einem Minus-Pol benachbarter Batteriezellen verbindet. Entsprechen de weitere Zellverbinder sind an der Unterseite der Batteriezellen 12 vorgesehen, die jedoch nicht gezeigt sind und die für die vorliegende Erfindung auch nicht von Bedeutung sind.

[0061] An der in Figur 1 gezeigten aufgeschnittenen Seite des Batteriemodulgehäuses 10 ist gut zu erkennen, dass von dem in einer X-Y Ebene liegenden Abschnitt des Zellverbinder 20 ein sich in Z-Richtung erstreckender Abschnitt 22 abgeht, der sich über die gesamte Länge der Batteriezelle 12 erstreckt. Der Zellverbinder 20 gliedert sich folglich, wie nochmals in Figur 3 schematisch dargestellt ist, in einen ersten Abschnitt, der als Pol- Verbinder-Abschnitt 24 bezeichnet wird, und einen Abschnitt 22, der als Verbindungssteg- Abschnitt 26 bezeichnet wird. Der Pol-Verbinder-Abschnitt und der Verbindungsteg- Abschnitt liegen in Ebenen, die senkrecht zueinander stehen.

[0062] Das Batteriemodulgehäuse 10 selbst weist Seitenwände 30 auf, die einen Innenraum 32 umschließen. In diesem Innenraum 32 sind Batteriezellen-Aufnahmebereiche 34 vorge sehen, die dazu dienen, die Batteriezellen 12 in definierten Positionen zu halten. Die Batteriezellen-Aufnahmebereiche 34 werden dabei durch Wandelemente 36 begrenzt. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder Batteriezelle 12 ein Batteriezellen- Aufnahmebereich 34 zugeordnet, der wiederum durch zumindest ein Wandelement 36 begrenzt ist. Das einem Batteriezellen-Aufnahmebereich zugeordnete Wandelement 36 weist eine zumindest teilzylindrische Form auf und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Batteriezelle 12. Die Wandelemente 36 wiederum sind an der Innen seite der Seitenwände 30 angebracht. Die Wandelemente 36 ermöglichen somit ein positionsgenaues einsetzen der Batteriezellen 12 über die Oberseite des Batteriemodul gehäuses 10.

[0063] In Figur 1 ist weiter zu erkennen, dass sich der Verbindungssteg-Abschnitt 26 des Zellverbinders 20 senkrecht, d. h. in Z-Richtung, durch einen Zellverbinder- Aufnahmebereich 40 hindurch erstreckt, wobei dieser Zellverbinder-Aufnahmebereich 40 zumindest teilweise durch Wandelemente 42 begrenzt ist. Diese Wandelemente 42 erstrecken sich bevorzugt ebenfalls über die gesamte Länge einer Batteriezelle 12, wobei das Wandelement 36 zur Begrenzung des Batteriezellen-Aufnahmebereichs 34 auch die Funktion des Wandelements 42 übernehmen kann. Mit anderen Worten können die Wandelemente 36, 42 sowohl einen Batteriezellen-Aufnahmebereich 34 als auch einen Zellverbinder-Aufnahmebereich 40 begrenzen. Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform eines Batteriemodulgehäuses 10 umfasst insgesamt sechs Batteriezellen- Aufnahmebereiche 34 sowie drei Zellverbinder-Aufnahmebereiche 40.

[0064] Das Batteriemodulgehäuse 10 weist schließlich noch einen Leiterplatten- Aufnahmebereich 50 auf, der am unteren Ende (in Z-Richtung gesehen) des Batteriemo dulgehäuses 10 vorgesehen ist und unterhalb der eingesetzten Batteriezellen 12 liegt. In diesem Leiterplatten-Aufnahmebereich 50 kann eine Leiterplatte 52 eingesetzt werden, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel den gesamten durch die Seitenwände 30 gebildeten unteren Öffnungsbereich abdeckt.

[0065] Die Leiterplatte 52 weist die für das Batteriemanagement notwendige Elektronik auf und stellte zudem die Anschlüsse für ein Abgreifen der Ausgangsspannung der miteinander in Reihe oder in Serie verschaltet Batteriezellen 12 auf.

[0066] Wie zuvor bereits angedeutet, führt der Verbindungssteg-Abschnitt 26 eines jeden Zellverbinders 20 ein Spannungssignal nach unten in den Leiterplatten-Aufnahmebereich 50 und schließlich zu der Leiterplatte 52 und das Batteriemanagement-System.

[0067] Die Verbindung des Verbindungssteg-Abschnitts 26 mit der Leiterplatte 52 erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass die Leiterplatte 52 eine entsprechende Öffnung zur Aufnahme des Verbindungssteg-Abschnitts aufweist. Beim Einstecken des Verbindungs steg-Abschnitts 26 in die entsprechende Öffnung der Leiterplatte 52 erfolgt eine elektri sche Kontaktierung mit entsprechenden Leiterbahnen, sodass das Signal der oben liegenden Pole der jeweiligen Batterie Zellen durch die Elektronik auf der Leiterplatte ausgewertet und bereitgestellt werden kann.

[0068] Das Batteriemodulgehäuse 10 wird nach Einsetzen der Batteriezellen 12 und der Zellverbinder 20 von oben durch einen Deckel, der aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 1 nicht dargestellt ist, geschlossen, sodass dann insgesamt ein einfach handhabbares geschlossenes Batteriemodul 11 bereitgestellt werden kann. [0069] In Figur 2 sind zur Verdeutlichung des Aufbaus zwei nebeneinander angeordnete

Batteriezellen 12 dargestellt, deren oben liegende Pole über den Zellverbinder 20 mitei nander verbunden sind.

[0070] Unterhalb der beiden Batteriezellen 12 ist die Leiterplatte 52 vorgesehen, die die erforderliche Elektronik für einen Batteriemanagement-System aufweist.

[0071] Ferner sind schematisch noch zwei Wandelemente 42 zu erkennen, die in der gezeigten Seitenansicht den Zellverbinder-Aufnahmebereich 40 begrenzen.

[0072] In diesem Zeltverbinder-Aufnahmebereich 40 erstreckt sich der Verbindungssteg-

Abschnitt 26 des Zellverbinders 20, wobei der untere Längsendabschnitt des Verbin dungssteg-Abschnitts 26 in einer Öffnung 54 in der Leiterplatte 52 aufgenommen ist, vorzugsweise die Öffnung 54 vollständig durchdringt. Auf diese Weise kann eine elektri sche Verbindung zwischen den oberen Polen der beiden Batteriezellen 12 mit der Leiter platte 52 und damit der darauf vorgesehenen Elektronik hergestellt werden.

[0073] Beim Zusammenbau des Batteriemoduls 11, insbesondere beim Einbringen der

Zellverbinder 20 ergibt sich durch das sehr große Längen/Breiten-Verhältnis des Verbin dungssteg-Abschnitts 26 ein Positionierungs-Problem. D. h. mit anderen Worten, dass der Verbindungssteg-Abschnitt 26 nicht ohne weiteres in die Öffnung 24 eingeführt werden kann. Diese Schwierigkeit, die durch übliche Fertigungstoleranzen noch vergrößert wird, verhindert üblicherweise das automatisierte Einbringen und Positionieren des Zellverbin der 20.

[0074] Um nun dieses Problem zu überwinden, ist eine Zentriereinheit 60 innerhalb des

Zellverbinder-Aufnahmebereichs 40 vorgesehen. Diese Zentriereinheit 60 hat die Aufga be, den Verbindungssteg-Abschnitt 26 beim Einbringen zu führen und exakt zu der Öffnung 54 auszurichten, sodass der Verbindungssteg-Abschnitt 26 ohne verhaken etc. die Öffnung 54 in der Leiterplatte findet. Die Zentriereinheit 60 ist dafür so ausgebildet, dass sie den Öffnungsquerschnitt des Zellverbinder-Aufnahmebereichs 40 in Z-Richtung nach unten reduziert, wobei der untere kleinste Öffnungsquerschnitt der Zentriereinheit 60 in etwa dem Querschnitt des Verbindungssteg-Abschnitts 26 entspricht. Besonders bevorzugt ist der Öffnungsquerschnitt am oberen Ende der Zentriereinheit 60 mindestens 50 % größer als der Querschnitt des hin durchzuführenden Verbindungssteg-Abschnitts 26.

[0075] Zur Erzielung der Zentrierfunktion der Zentriereinheit 60 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wobei nachfolgend drei Möglichkeiten beispielhaft erläutert werden.

[0076] Eine Möglichkeit, die Zentriereinheit 60 auszubilden, besteht darin, mehrere

Zentrierelemente, vorzugsweise vier Zentrierelemente 62, an den Wandelementen 42, die den Zellverbinder-Aufnahmebereich 40 begrenzen, vorzusehen. Diese Zentrierelemente 62 können als nachgiebige (vorzugsweise in X-und Y-Richtung) Laschen ausgebildet sein, die an den Wandelementen 42 angebracht sind.

[0077] Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Form der Wandelemente 42 im unteren Bereich so zu verändern, dass sie den Öffnungsquerschnitt entsprechend reduzieren, sodass diese durch die Wandelemente 42 gebildete Öffnung exakt zu der Öffnung in der Leiter platte 52 ausgerichtet ist.

[0078] Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch denkbar, eine Kombination der vorgenannten beiden Lösungen vorzusehen, also einerseits ein in der Form verändertes Wandelement 42 und andererseits ein beispielsweise gegenüberliegendes nachgiebiges Zentrierelemente 62, dass an dem entsprechenden Wandelement 42 vorgesehen ist.

[0079] Den vorgenannten Lösungen ist gemeinsam, dass sie fester Bestandteil des Batteriemodulgehäuses 10 sind.

[0080] In einer dritten Lösung könnte nun die Zentriereinheit 60 als separates Element ausgebildet sein, dass je nach Bedarf in den Zellverbinder-Aufnahmebereich 40 einge setzt werden kann. Ein solcher Zentriereinheit 60 ist beispielhaft in Figur 5 gezeigt. Lediglich beispielhaft weist die Zentriereinheit 60 einen rechteckförmigen Rahmen 64 auf, an dem vorzugsweise vier Zentrierelemente 62 angebracht sind, die den Verbindungs steg-Abschnitt 26 führen und zentrieren.

[0081] In Figur 4 ist nochmals in vergrößerter Darstellung der untere Bereich des Batteriemodulgehäuses 10 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist die Zentriereinheit 60 mit zwei vorgesehenen Zentrierelementen 62 an den beiden Wandelementen 42. Wie zuvor erläutert, könnten die unteren Abschnitte 44 der Wandelemente 42 so ausgebildet sein, dass sie den Öffnungsquerschnitt reduzieren, um eine Zentrierfunktion für den Verbin dungssteg-Abschnitt 26 bereitzustellen.

[0082] Zusammenfassend ist also festzustellen, dass mithilfe der Zentriereinheit 60 eine deutlich vereinfachte Fertigung des Batteriemoduls 11 möglich wird. Das Einsetzen der Zellverbin der 20 kann automatisiert erfolgen, da der Verbindungssteg-Abschnitt 26 durch die Zentriereinheit sicher in die entsprechenden Öffnungen 54 der Leiterplatte 52 geführt wird. Ein verhaken etc. wird somit ausgeschlossen. Auch fertigungsbedingte Toleranzen können durch die Zentriereinheit 60 ausgeglichen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Batteriemodulgehäuse zur Aufnahme mehrerer Batteriezellen (12), mit mehreren Aufnahmebereichen (34) für die Batteriezellen, Batteriezellen- Aufnahmebereiche, einem Aufnahmebereich (50) für eine Leiterplatte (52), Leiterplatten- Aufnahmebereich, der benachbart zu den Batteriezellen-Aufnahmebereichen liegt; und mehreren Aufnahmebereichen (40) für Zellverbinder (20), Zellverbinder- Aufnahmebereiche, die benachbart zu einigen der Batteriezellen-Aufnahmebereichen vorgesehen sind; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zentriereinheit (60) für einen Zellverbinder (20) innerhalb zumin dest einer der Zellverbinder-Aufnahmebereiche (40) vorgesehen ist.

2. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinheit fest mit dem Batteriemodulgehäuse verbunden ist, vorzugsweise integraler Bestandteil des Batteriemodulgehäuses ist.

3. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinheit in den Zellverbinder-Aufnahmebereich einsetzbar ist.

4. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinheit zumindest zwei, vorzugsweise vier Zentrierele mente aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einen Öffnungsquerschnitt zwischen sich definieren, durch den ein Abschnitt des Zellverbinders hindurchsteckbar ist.

5. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente so angeordnet sind, dass der Öffnungsquerschnitt sich in Einsteckrich tung reduziert, um den Zellverbinder zu führen und zentrieren.

6. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt anfangs -in Einsteckrichtung gesehen- mindestens 50% größer ist als der Querschnitt des hindurchzuführenden Abschnitts des Zellverbinders.

7. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente als vorzugsweise nachgiebige Laschen ausgebildet sind.

8. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt einstellbar ist.

9. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen-Aufnahmebereiche durch zumindest teilzylind risch ausgebildete Wände begrenzt sind, derart, dass zylindrische Batteriezellen in den Batteriezellen-Aufnahmebereichen definiert gehalten sind.

10. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinheit an zumindest einer Wand eines Batteriezellen-Aufnahmebereichs, vor zugsweise an Wänden zweier Batteriezellen-Aufnahmebereiche festgelegt ist.

11. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte im Leiterplatten-Aufnahmebereich gehalten ist, wobei die Leiterplatte Öffnungen für Zellverbinder aufweist und die Öffnungen und die Zentriereinheiten zueinander ausgerichtet sind, so dass die Zellverbinder durch die Zentriereinheiten beim Einstecken in die Öffnungen geführt sind.

12. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellverbinder einen Pol-Verbinder-Abschnitt und einen Verbin dungssteg-Abschnitt aufweist, wobei der Pol-Verbinder-Abschnitt zumindest zwei Batte- riezellen-Pole verbindet und der Verbindungssteg-Abschnitt durch den Zellverbinder- Aufnahmebereich hindurchläuft und eine Verbindung mit der Leiterplatte herstellt.

13. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Gehäuse vorgesehen ist, das ein aufsteckbares obere und unteres Gehäuseteil und ein geschlossenes Wandteil aufweist, wobei das untere Gehäuseteil durch die Leiterplatte gebildet ist.

14. Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Batteriezellen-Aufnahmebereiche an dem Wandteil angebracht sind.

15. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kunststoff hergestellt ist.

16. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder ein Stanz-Biegeteil ist.

17. Batteriemodulgehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Batteriezellen-Aufnahmebereichs größer ist als dessen Durchmesser.