EP4315478A1

EP4315478A1 - Verfahren zum herstellen eines zellkontaktiersystems, elektrischer energiespeicher sowie kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP4315478A1
Application number: EP22709672.4A
Authority: EP
Inventors: Torsten Franke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2024-02-07
Also published as: CN116670915A; DE102021106943A1; US20240106082A1; WO2022199981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems (6) für einen Zellverbund aus Energiespeicherzellen (36) eines elektrischen Energiespeichers (EES), mit folgenden Schritten: - Fertigen eines ersten Teils eines Leiterbahnbildes (3) zum Verschalten der Energiespeicherzellen (36) durch Strukturieren eines Leitermaterials (1), wobei beim Strukturieren Aussparungen (2) aus dem Leitermaterial (1) herausgetrennt werden; - Integrieren des strukturierten Leitermaterials (1) in einen elektrisch isolierenden Träger (14) mittels Fügen durch Urformen eines Isolationsmaterials (4), wobei das Isolationsmaterial (4) zum mechanischen Verbinden von Leiterbahnen des Leiterbahnbildes (3) zumindest bereichsweise an den Aussparungen (2) angeordnet wird und wobei in dem Isolationsmaterial (4) Zugangsöffnungen zum Freilegen von als Zellkontakte (10, 11) dienenden Leiterbahnabschnitten und zum Fertigen zumindest eines zweiten Teils des Leiterbahnbildes (3) ausgebildet werden; und - Fertigen des zumindest einen zweiten Teils des Leiterbahnbildes (3) durch weiteres Strukturieren des Leitermaterials (1), indem weitere Aussparungen (2) über die Zugangsöffnungen (2) in dem Isolationsmaterial (4) aus dem Leitermaterial (1) herausgetrennt werden. Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Energiespeicher (EES) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems, elektrischer Energiespeicher sowie

Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems für einen Zellverbund aus Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichers. Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Energiespeicher, welche beispielsweise als Traktionsbatterien für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche elektrischen Energiespeicher weisen üblicherweise zumindest einen Zellverbund aus mehreren Energiespeicherzellen auf. Zum Verschalten der Energiespeicherzellen wird ein Zellkontaktiersystem verwendet. Das Zellkontaktiersystem umfasst üblicherweise Zellverbinder, welche in Form von Blechteilen einzeln in einen elektrisch isolierenden Träger eingelegt werden. Diese Blechteile werden über Bonddrähte mit Zellterminals der Energiespeicherzellen kontaktiert. Nachteilig an einem solchen Zellkontaktiersystem ist die Vielteiligkeit sowie eine geringe Steifigkeit und Festigkeit der Anordnung aus Zellverbund und Zellkontaktiersystem. Aufgrund der Vielteiligkeit weist das Zellkontaktiersystem einen hohen Fertigungsaufwand sowie hohe Kosten auf.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie ein Zellkontaktiersystem auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems für einen Zellverbund aus Energiespeicherzellen eines elektrischen Energiespeichers. Dabei wird in einem ersten Schritt ein erster Teil eines Leiterbahnbildes zum Verschalten der Energiespeicherzellen durch Strukturieren eines Leitermaterials gefertigt, wobei beim Strukturieren Aussparungen aus dem Leitermaterial herausgetrennt werden. In einem zweiten Schritt wird das strukturierte Leitermaterial in einen elektrisch isolierenden Träger mittels Fügen durch Urformen eines Isolationsmaterials integriert, wobei das Isolationsmaterial zum mechanischen Verbinden der Leiterbahnen zumindest bereichsweise an den Aussparungen angeordnet wird und wobei in dem Isolationsmaterial Zugangsöffnungen zum Freilegen von als Zellkontakte dienenden Leiterbahnabschnitten und zum Fertigen zumindest eines zweiten Teils des Leiterbahnbildes ausgebildet werden. In einem dritten Schritt wird zumindest ein zweiter Teil des Layouts der Leiterbahnen durch Strukturieren des Leitermaterials gefertigt, indem weitere Aussparungen über die Zugangsöffnungen in dem Isolationsmaterial aus dem Leitermaterial herausgetrennt werden.

Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Energiespeicher mit zumindest einem Zellverbund aus Energiespeicherzellen, einem Speichergehäuse und zumindest einem Zellkontaktiersystem, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, wobei der zumindest eine Zellverbund und das zumindest eine Zellkontaktiersystem in einem Gehäuseinnenraum des Speichergehäuses angeordnet sind und wobei die Zellkontakte elektrisch mit Zellterminals der Energiespeicherzellen verbunden sind. Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise ein Hochvoltenergiespeicher sein, welcher als wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. als Traktionsakkumulator für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet wird. Der elektrische Energiespeicher weist den zumindest einen Zellverbund auf, welcher mehrere Energiespeicherzellen umfasst. Die Energiespeicherzellen können beispielsweise als prismatische Energiespeicherzellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Energiespeicherzellen als Rundzellen ausgebildet. Die Energiespeicherzellen weisen Zellterminals bzw. Zellpole aus. Ein erstes Zellterminal kann beispielsweise an einem Zellgehäusedeckel eines Zellgehäuses der Energiespeicherzellen ausgebildet sein. Ein zweites Zellterminal kann beispielsweise durch ein elektrisch leitfähiges, metallisches Zellgehäuseunterteil, welches elektrisch von dem Zellgehäusedeckel isoliert ist und einen Zellgehäuseboden sowie Zellgehäuseseitenwände aufweist, ausgebildet sein.

Zum Verschalten der Energiespeicherzellen ist das Zellkontaktiersystem vorgesehen. Das Zellkontaktiersystem wird an derjenigen Seite des Zellverbunds angeordnet, an welcher sich die Zellterminals befinden. Bei Zellterminals am Zellgehäusedeckel wird das Zellkontaktiersystem an einer durch die Zellgehäusedeckel gebildeten Oberseite des Zellverbunds angeordnet. Das Zellkontaktiersystem weist Leiterbahnen auf, welche Leiterbahnabschnitte in Form von Zellkontakten und Verbindungen aufweisen. Das Leiterbahnbild bzw. Leiterbahnlayout wird entsprechend einer vorbestimmten, gewünschten Verschaltung der Energiespeicherzellen erstellt, sodass die Zellkontakte selektiv mit einzelnen Zellterminals der Energiespeicherzellen und über die Verbindungen untereinander elektrisch verbunden werden können. Das Zellkontaktiersystem wird dabei in mehreren, abwechselnden Strukturier- und Urformprozessschritten gefertigt. Zunächst wird ein Leitermaterial, beispielsweise in Form von einem Blech, bereitgestellt. Aus diesem Leitermaterial werden in einem ersten Schritt Aussparungen, insbesondere durch Stanzen, herausgetrennt. Die Aussparungen werden dabei so gewählt, dass verbleibende Leitermaterialbereiche mechanisch, jedoch auch elektrisch verbunden sind, sodass das Leitermaterial nach wie vor einstückig vorliegt. Diese verbleibenden Leitermaterialbereiche bilden den ersten Teil des Leiterbahnbildes aus. Das mittels Heraustrennen gefertigte Leiterbahnbild wird auch als Leadframe bzw. Stanzkamm bezeichnet.

Das strukturierte Leitermaterial wird nun in den Träger integriert. Dazu wird das strukturierte Leitermaterial in einem zweiten Schritt mittels Fügen durch Urformen mit dem Isolationsmaterial verbunden. Das Isolationsmaterial ist ein stabilisierendes, elektrisch isolierendes Material, beispielsweise ein Kunststoff. Beim Urformen wird aus dem formlosen Isolationsmaterial der feste Träger mit einer geometrisch definierten Form hergestellt. Dazu wird das Isolationsmaterial beispielsweise plastifiziert, geformt und ausgehärtet. Während des Urformens wird das strukturierte Leitermaterial dabei in das Isolationsmaterial eingebettet und so mit dem Isolationsmaterial mechanisch verbunden. Eine solche Verbindungstechnik in Form von Fügen durch Umformen kann beispielsweise Umspritzen und/oder Vergießen des strukturierten Leitermaterials mit dem Isolationsmaterial sein. Beim Urformen werden dabei insbesondere die Aussparungen des strukturierten Leitermaterials zumindest bereichsweise mit dem Isolationsmaterial bedeckt. Durch das Isolationsmaterial können die verbleibenden Leitermaterialbereiche mechanisch miteinander verbunden werden. Das Isolationsmaterial kann dabei beidseitig auf dem strukturierten Leitermaterial angebracht werden. Außerdem können Oberflächenprofile bzw. Höhenprofile für den Träger beim Urformen des Isolationsmaterials gebildet werden. Die Oberflächenprofile können dabei an der Unterseite und der Oberseite des Leitermaterials unterschiedlich sein. Dieses Oberflächenprofil umfasst beispielsweise die Zugangsöffnungen, über welche die Energiespeicherzellen beim Anordnen des Zellkontaktiersystems am Zellverbund mit denjenigen Leiterbahnabschnitten kontaktiert werden können, welche die Zellkontakte ausbilden. Außerdem dienen die Zugangsöffnungen zum weiteren Strukturieren des Leitermaterials in einem dritten Schritt.

In diesem dritten Schritt werden weitere Aussparungen über die Zugangsöffnungen aus dem Leitermaterial herausgetrennt. Insbesondere werden diejenigen Bereiche zum Ausgestalten bzw. Fertigstellen des Leiterbahnbilds herausgetrennt, welche im ersten Schritt nicht herausgetrennt werden konnten, da sonst ein mehrstückiges, aus Einzelteilen bestehendes Leiterbahnlayout Vorgelegen hätte, welche jedoch eine unerwünschte elektrische Verbindung zwischen Leitermaterialbereichen ausbilden würden. Nach dem dritten Schritt kann das Leiterbahnbild vollendet sein. Es kann aber auch sein, dass, ja nach Komplexität des Leiterbahnbildes weitere zweite und dritte Schritte durchgeführt werden.

Mittels eines solchen Verfahrens, welches Strukturieren, insbesondere Stanzen, und Urformen, beispielsweise Spritzgießen, umfasst, kann auf einfache Weise ein kostengünstiges Zellkontaktiersystem mit einer hohen Komplexität des Leiterbahnbildes hergestellt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahnabschnitte, welche die Zellkontakte ausbilden, ausgehend von dem Träger abgestuft sind und eine ebene, blattfederartige Kontaktfläche ausbilden. In dem Leitermaterial wird somit im Bereich der Zugangsöffnungen durch Biegen eine Stufe ausgebildet, wobei ein Endabschnitt der Leiterbahn die ebene Kontaktfläche ausbildet, welche vollflächig auf den Zellterminals angeordnet werden kann. Ferner können durch das Strukturieren des Leitermaterials Leiterbahnabschnitte gefertigt werden, welche als Leistungsanschlüsse zum Kontaktieren des Zellverbunds und/oder Sensieranschlüsse zum Kontaktieren von Sensoren des elektrischen Energiespeichers und/oder Zellverbinder zum Verbinden der Zellkontakte und/oder als Schmelzsicherung ausgebildete Verengungen und/oder mit den Zellkontakten verbundene, stiftartige Kontaktelemente ausgebildet sind. Auch können Leiterbahnen in das Leiterbahnbild integriert werden, beispielsweise für die Durchführung von Leitungen zwischen einem Hinterwagen und einem Vorderwagen des Kraftfahrzeugs zum Anschluss von Antrieben und/oder Hilfsaggregaten.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn beim Urformen des Isolationsmaterials Wandbereiche für Aufnahmen für die Energiespeicherzellen und/oder Aufnahmen für Verstärkungselemente und/oder Isolationsüberdeckungen von Leiterbahnabschnitten und/oder Verrastungselemente des Trägers gefertigt werden. Es wird also das Oberflächenprofil an der dem Zellverbund zugewandten Unterseite des Trägers so gefertigt, dass die Aufnahmen für die Energiespeicherzellen gebildet werden. Diese Aufnahmen bestehen aus Wandbereichen, welche sich zumindest teilweise in Höhenrichtung der Energiespeicherzellen über die Zellgehäuseseitenwände erstrecken. Im Falle von Rundzellen können die Aufnahmen beispielsweise zylinderförmig oder wabenförmig sein. In den Wandbereichen können Verdickungen ausgebildet sein, welche die Aufnahme bereichsweise verengen und somit die Energiespeicherzellen durch Festklemmen in den Aufnahmen fixieren. Die Isolationsüberdeckungen können beispielsweise an der Oberseite des Trägers gefertigt sein. Außerdem können Aufnahmen für Verstärkungselemente gefertigt werden, welche beispielsweise in den Wandbereichen angeordnet sind. Die Aufnahmen können beispielsweise Durchgangsöffnungen sein, in welche Verstärkungselemente in Form von Streben eingeführt werden. Die Verrastungselemente können beispielsweise mit korrespondierenden Verrastungselementen an den Zellgehäusen der Energiespeicherzellen verrasten und die Energiespeicherzellen somit fixieren. Auch können die Verrastungselemente mit anderen Elementen, beispielsweise kraftübertragenden Elementen, verrasten.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird zumindest eine Biegekante in dem Träger ausgebildet, indem beim Urformen des Isolationsmaterials linienförmige Materialaussparungen in dem Träger hergestellt werden, wobei über die zumindest eine Biegekante zumindest ein Randbereich des Zellkontaktiersystems zum Ausbilden eines den Zellverbund zumindest teilweise umgebenden Rahmes gefaltet wird. Beispielsweise kann der Träger rechteckförmig ausgebildet sein, wobei die Randbereiche aller Seiten faltbar ausgebildet sind. Die gefalteten Randbereiche können dabei ebenfalls Leiterbahnabschnitte aufweisen. Beispielsweise kann einer der Randbereiche die Leistungsanschlüsse zum Kontaktieren des Zellverbunds aufweisen, sodass die Leistungsanschlüsse seitlich am Zellverbund angeordnet sind.

In einer Ausgestaltung des elektrischen Energiespeichers weist ein dem Zellkontaktiersystem zugewandte Gehäuseteil zumindest eine Auswölbung auf, welche dazu ausgelegt ist, die Zellkontakte an die Zellterminals der Energiespeicherzellen anzupressen. Das Speichergehäuse kann Gehäuseteile in Form von einem Gehäusedeckel bzw. einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseboden bzw. einem Gehäuseunterteil aufweisen, welche unter Ausbildung des Gehäuseinnenraums zusammengefügt sind. Eines der Gehäuseteile, beispielsweise der Gehäusedeckel, kann die zumindest eine Auswölbung aufweisen, welche derart auf das Zellkontaktiersystem drückt, dass die Zellkontakte an die Zellterminals angepresst werden. Die zumindest eine Auswölbung bildet somit einen Druckkontakt aus. Die Auswölbung kann beispielsweise ambossartig geformt sein und somit auf die ebene Kontaktfläche der Zellkontakte drücken.

Auch kann vorgesehen sein, dass der Gehäusedeckel und der Gehäuseboden des Speichergehäuses zum Leiten eines Kühlmittels doppelwandig ausgebildet sind. Der zumindest eine Zellverbund kann somit zweiseitig gekühlt werden. Diese Ausführungsform ist in Kombination mit der zumindest eine Auswölbung, welche den Druckkontakt ausbildet, besonders vorteilhaft, da in diesem Fall jedes der doppelwandigen Gehäuseteile nahe an dem zumindest einen Zellverbund angeordnet ist, sodass das hindurchströmende Kühlmittel die Abwärme der Energiespeicherzellen abtransportieren kann.

In einer Weiterbildung weist der elektrische Energiespeicher eine Überwachungseinrichtung auf, welche an einer dem Zellverbund abgewandten Seite des Zellkontaktiersystems auf dem Träger angeordnet ist und welche dazu ausgelegt ist, zur Überwachung der Energiespeicherzellen Signale zwischen Sensoreinrichtungen der Energiespeicherzellen und zumindest einem Steuergerät des elektrischen Energiespeichers zu übermitteln. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung einen Wellenleiter zum Übertragen von akustischen und/oder optischen Signalen aufweist, wobei der Wellenleiter als ein einstückiges oder mehrstückiges Formteil ausgebildet ist. Eine dem Zellkontaktiersystem zugewandte Seite der Überwachungseinrichtung kann Führungselemente für Druckkontaktstifte zum Anpressen der Zellkontakte an die Zellterminals aufweisen. Das Formteil ist dazu ausgelegt, zumindest eine Sensoreinrichtung mit zumindest einem Steuergerät des elektrischen Energiespeichers potentialfrei zu koppeln. In einer besonderen Ausführungsform weist das Formteil dazu zumindest einen Sammelkanal zum Anschließen an das Steuergerät und daran angeschlossenen Anschlusskanäle zum Anschließen an die Sensoreinrichtungen der Energiespeicherzellen auf und ist dabei ein Fertigteil, welches mit nur einem Montageschritt an den Energiespeicherzellen und dem Steuergerät angeordnet werden kann. Das Formteil besteht in dieser Form also nicht aus Einzelteilen, welche miteinander verbunden bzw. verkabelt werden müssen, sondern stellt bereits ein einstückiges Übertragungsnetzwerk, beispielsweise ein Bus-Netzwerk, zur Signalübertragung bereit. Das Formteil kann flexible Bereiche aufweisen, sodass es gemeinsam mit dem Zellkontaktiersystem gefaltet werden kann. Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug in Form von einem Personenkraftwagen ausgebildet.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1d Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsform eines

Zellkontaktiersystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Leitermaterials des Zellkontaktiersystems mit einem fertiggestellten Leiterbahnlayout;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Trägers des Zellkontaktiersystems;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einem Zellkontaktiersystem;

Fig.5 eine schematische Seitenschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers;

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers; Fig. 7 eine schematische Darstellung des Zellkontaktiersystems mit einer

Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung; und

Fig. 8a, 8b schematische Schnittdarstellungen des Trägers mit Energiespeicherzellen.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1a bis Fig. 1d zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Zellkontaktiersystems 6, von welchem eine Ausführungsform in Fig. 1d gezeigt ist. Das Zellkontaktiersystem 6 dient zum Verschalten von Energiespeicherzellen 36 (siehe Fig. 4) eines elektrischen Energiespeichers EES zu zumindest einem Zellverbund. Der elektrische Energiespeicher EES kann beispielsweise als Traktionsbatterie für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug verwendet werden. Zum Fertigen des Zellkontaktiersystems 6 wird, wie in Fig. 1a, gezeigt, ein Leitermaterial 1, beispielsweise in Form von einem Blech, bereitgestellt und strukturiert. Dazu werden isolierende Aussparungen 2 aus dem Leitermaterial 1 herausgetrennt, um einen ersten Teil eines funktionalen Leiterbahnbildes 3 bzw. Leiterbahnlayouts (siehe Fig. 2) zu fertigen. Die isolierenden Aussparungen 2 werden zumindest in all jenen Bereichen eingebracht, welche in einem in Fig. 1b dargestellten zweiten Fertigungsschritt durch stabilisierendes Isolationsmaterial 4 überdeckt werden.

Die isolierenden Aussparungen 2 sind hierbei derart eingeschränkt, dass der maßliche Bezug aller aus dem Leitermaterial 1 bestehenden Bereiche erhalten bleibt. Eine weitere Anforderung an die isolierenden Aussparungen 2 ist insbesondere, dass diese für das beidseitig angebrachte stabilisierende Isolationsmaterial 4 ausreichend Materialschluss und damit eine hohe Stabilität der Anordnung 5 gegen Scherkräfte ermöglichen.

In einem dritten Fertigungsschritt, welcher in Fig. 1c gezeigt ist, werden in die von dem Isolationsmaterial 4 nicht überdeckten Bereiche, welche Zugangsöffnungen für die Fertigung eines zweiten Teils des Leiterbahnbildes 3 bilden, weitere isolierende Aussparungen 2 eingebracht, um das Leiterbahnbild 3 fertigzustellen. Die Fertigungsfolge kann bei besonderen Anforderungen an das Leiterbahnbild 3 um weitere Fertigungsschritte gemäß Fig. 1b und Fig. 1c erweitert werden. In einem optionalen vierten Fertigungsschritt gemäß Fig. 1d wird die ebene Anordnung 5 zu dem fertigen Zellkontaktiersystem 6 gefaltet. Auf das Zellkontaktiersystem 6 kann eine Überwachungseinrichtung 7 montiert werden, welche hier als ein Senseboard 7a ausgebildet ist. Das in Fig. 2 beispielhaft dargestellte funktionale Leiterbahnbild 3, welches durch das zumindest zweimalige Strukturieren des Leitermaterials 1 fertiggestellt ist, enthält Leiterbahnabschnitte, welche als Leistungsanschlüsse 8 zum Kontaktieren des Zellverbunds aus verschalteten Energiespeicherzellen 36, Sensieranschlüsse 9, teilweise miteinander verbundene erste Zellkontakte 10 und zweite Zellkontakte 11, als Schmelzsicherung ausgebildete Verengungen 12 der Leiterbahnen sowie stiftartige Kontaktelemente 13 bzw. aufgestellte Kontakte. Die aufgestellten Kontakte 13 können beispielsweise während des ersten Fertigungsschrittes gemäß Fig. 1a, des dritten Fertigungsschrittes gemäß Fig. 1c oder des vierten Fertigungsschrittes gemäß Fig. 1d ausgeformt werden.

Das stabilisierende Isolationsmaterial 4 bildet einen Träger 14 bzw. ein Trägerelement aus, welches in Fig. 3 gezeigt ist. Der Trägerelement 14 beinhaltet Aufnahmen 15 für die Energiespeicherzellen 36, Aufnahmen 16 für Verstärkungselemente 20 (siehe Fig. 1b,

Fig. 1c, Fig. 4), Aussparungen 17 für Stegisolationen, die im dritten Fertigungsschritt gemäß Fig. 1 c erzeugt werden können, linienförmige Materialaussparungen 18 für Biegungen, welche Biegekanten zum Falten der ebenen Anordnung 5 im vierten Fertigungsschritt gemäß Fig. 1d ausbilden, und Isolationsüberdeckungen 19 über Bereichen, welche mit Leiterbahnabschnitten überbrückt sind. Im zweiten Fertigungsschritt gemäß Fig. 1b können die Verstärkungselemente 20 bereits in den Träger 14 eingebracht werden, wodurch eine gesonderte Ausbildung der Aufnahmen 16 für die Verstärkungselemente 20 entfällt. Ebenfalls kann der Träger 14, wie in Fig. 4 gezeigt, Verrastungen 21 enthalten, durch welche kraftübertragende Elemente 22 im Träger 14 und/oder die Energiespeicherzellen 36 in den Aufnahmen 15 (siehe Fig. 6) gehalten werden können. Über die kraftübertragenden Elemente 22 ist es möglich, die ersten Zellkontakte 10 und zweiten Zellkontakte 11 als Druckkontakte zu der Energiespeicherzelle 36 auszuführen. Alternativ ist es möglich, die Zellkontakte 10, 11 mittels Schweiß- bzw. Lötverfahren mit der Zelle zu verbinden.

Das Senseboard 7a ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 1d beispielsweise als ein Starrflex-PCB ausgebildet und beinhaltet flexible Bereiche für die Auffaltung des Senseboards 7a bei der Montage auf das Zellkontaktiersystem 6 sowie, wie in Fig. 1d gezeigt) Kontaktbereiche 23 für eine äußere Kontaktierung, für eine Kontaktierung des Leiterbahnbildes 3 und für ergänzende Sensoreinrichtungen 24 der Energiespeicherzellen 36, wie beispielsweise Temperatursensoren. Außerdem kann das Senseboard 7a verbindende Leiterbahnen sowie Führungselemente 25 für die ausgestellten Kontakte 13 umfassen. Das Senseboard 7a kann dabei ebenfalls über Druckkontakte 26 oder metallurgische Verbindungen 27 mit dem funktionalen Leiterbahnbild 3 und den ergänzenden Sensoreinrichtungen 24 elektrisch verbunden werden. Ebenfalls kann das Senseboard 7a im Bereich von Entgasungsöffnungen 28 der Energiespeicherzellen 36 Aussparungen 29 beinhalten, um im Entgasungsfall eine ungehinderte Entgasung der Energiespeicherzellen 36 zu ermöglichen.

In der beispielhaften Anordnung ist das Zellkontaktiersystem 6 über den Träger 14 sowie über die Verstärkungselemente 20 mit einem ersten Gehäuseteil 30 und einem zweiten Gehäuseteil 31 eines Speichergehäuses 32 des elektrischen Energiespeichers EES mechanisch verbunden. Das zweite Gehäuseteil 31 ist hier doppelwandig ausgebildet und formt einen Kühlkanal 34 zum Leiten eines Kühlmittels. Eine den Energiespeicherzellen 36 zugewandte Innenseite 33 des zweiten Gehäuseteils 31 ist mit einer elektrischen Isolation 35 versehen.

Die in dem Träger 14 enthaltenen Energiespeicherzellen 36 sind ebenfalls mit dem zweiten Gehäuseteil 31 mechanisch und gut wärmeleitend verbunden. Die Energiespeicherzellen 36 weisen ein Zellgehäuse 37 mit einem Zellgehäusedeckel 38 und einer elektrisch isolierenden Zelldichtung 39 auf. In dem Zellgehäuse 37 ist ein Zellaktivteil 40, also ein galvanisches Element angeordnet. Der Zellgehäusedeckel 38 beinhaltet hier eine Zellberstmembran 41 zur Abdeckung der Entgasungsöffnung 28.

Der erste Zellkontakt 10, das kraftübertragende Element 22, das Senseboard 7a und das erste Gehäuseteil 30 sind derart ausgestaltet, dass die Zellberstmembranen 41 bei einem Überdruck in dem jeweiligen Zellgehäuse 37 ungehindert öffnen können und die jeweiligen Energiespeicherzellen 36 somit entgasen können. Dazu enthält das erste Gehäuseteil 30 hier Gehäuseberstmembranen 42, die bei einer Entgasung der lokal zugehörigen Energiespeicherzellen 36 ebenfalls öffnen. Im Bereich von Zellterminals der Energiespeicherzellen 36, welche mit den Zellkontakten 10, 11 elektrisch verbunden sind, der ergänzenden Sensoreinrichtungen 24 und des Senseboards 7 ist ein flexibles elektrisch isolierendes Material 43 eingebracht.

Die Leistungsanschlüsse 8 und die Messanschlüsse des Zellkontaktiersystems 6 sowie die Anschlüsse 23 für die äußere Kontaktierung des Senseboards 7a sind, wie in der Darstellung des elektrischen Energiespeichers EES in Fig. 5 gezeigt, durch Öffnungen im zweiten Gehäuseteil 31 geführt. Der um das Zellkontaktiersystem 6 verbleibende Gehäuseinnenraum zwischen dem ersten Gehäuseteil 30 und dem zweiten Gehäuseteil 31 ist durch elektrisch isolierendes Material 44 ausgefüllt. Auf das zweite Gehäuseteil 31 ist eine Speicherelektronik 45 des elektrischen Energiespeichers EES montiert. Eine elektronische Schaltung 46 der Speicherelektronik 45 beinhaltet Gegenkontakte 47 für die Leistungsanschlüsse 8 und die Sensieranschlüsse 9 des Zellkontaktiersystems 6, die Anschlüsse 23 für die äußere Kontaktierung des Senseboards 7a sowie Außenkontakte 48 des elektrischen Energiespeichers EES zur Verbindung mit einem äußeren, speicherexternen elektrischen Kreis 49. Das zweite Gehäuseteil 31 beinhaltet Anschlüsse 50 zur Verbindung mit einem äußeren, speicherexternen Kühlkreislauf 51.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Energiespeichers 1. Hier ist das erste Gehäuseteil 30 ebenfalls doppelwandig ausgebildet und formt somit ebenfalls einen Kühlkanal 34 zum Leiten eines Kühlmittels. Durch die doppelwandige Ausbildung der beiden Gehäuseteile 30, 31 können die Energiespeicherzellen 36 beidseitig gekühlt werden. Außerdem weist eine dem Zellkontaktiersystem 6 zugewandte Seite 52 zumindest eine Auswölbung 53 auf, welche die Zellkontakte 10, 11 an Zellterminals der Energiespeicherzellen 36, welche sich hier im Bereich des Zellgehäusedeckels 38 befinden, anpresst. Das erste Gehäuseteil 30 wird somit als Amboss verwendet, das heißt die Kontur des ersten Gehäuseteils 30 stellt im Bereich von ebenen Kontaktflächen 54 der Zellkontakte Anpressflächen mit definierter Elastizität dar. An der zweiten Seite ist eine Isolationsfläche 55 angeordnet. Hier weist außerdem das zweite Gehäuseteil 31 Öffnungen 56 auf, welche fluchtend zu den Entgasungsöffnungen 28 angeordnet sind und über welche das Heißgas aus dem Gehäuseinnenraum des Speichergehäuses 32 in eine Umgebung entweichen kann. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung 7, welche hier als ein Formteil 7b ausgebildet. Das Formteil 7b bildet einen Wellenleiter zum Leiten von akustischen und/oder optischen Signalen aus. Das Formteil 7b kann teilweise aus Kunststoff gebildet sein. Die zur Überwachung des elektrischen Energiespeichers EES dienenden Sensoreinrichtungen 24 können dabei auf den ersten Zellkontakten 10, zweiten Zellkontakten 11, deren Verbindungen, dem Träger

14 oder den Energiespeicherzellen 36 angebracht sein.

In Fig. 8a und Fig. 8b sind Schnittdarstellung des Trägers 14 im Bereich der Aufnahmen

15 für die Energiespeicherzellen 36 gezeigt. In Wandbereichen 57, welche die Aufnahmen 15 ausbilden, sind bereichsweise Verdickungen 58 ausgebildet, durch welche die Energiespeicherzellen 36 in den Aufnahmen festgeklemmt werden. Außerdem weisen die Aufnahmen 15 Stützelemente 59 zum Abstützen der Energiespeicherzellen 36 in den Aufnahmen 15 auf.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems (6) für einen Zellverbund aus Energiespeicherzellen (36) eines elektrischen Energiespeichers (EES), mit folgenden Schritten:

- Fertigen eines ersten Teils eines Leiterbahnbildes (3) zum Verschalten der Energiespeicherzellen (36) durch Strukturieren eines Leitermaterials (1), wobei beim Strukturieren Aussparungen (2) aus dem Leitermaterial (1) herausgetrennt werden;

- Integrieren des strukturierten Leitermaterials (1) in einen elektrisch isolierenden Träger (14) mittels Fügen durch Urformen eines Isolationsmaterials (4), wobei das Isolationsmaterial (4) zum mechanischen Verbinden von Leiterbahnen des Leiterbahnbildes (3) zumindest bereichsweise an den Aussparungen (2) angeordnet wird und wobei in dem Isolationsmaterial (4) Zugangsöffnungen zum Freilegen von als Zellkontakte (10, 11) dienenden Leiterbahnabschnitten und zum Fertigen zumindest eines zweiten Teils des Leiterbahnbildes (3) ausgebildet werden; und

- Fertigen des zumindest einen zweiten Teils des Leiterbahnbildes (3) durch weiteres Strukturieren des Leitermaterials (1), indem weitere Aussparungen (2) über die Zugangsöffnungen (2) in dem Isolationsmaterial (4) aus dem Leitermaterial (1) herausgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (2) durch Stanzen aus dem Leitermaterial (1) herausgetrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Leitermaterial (1) beim Fügen durch Urformen mit dem Isolationsmaterial (4) umspritzt und/oder vergossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Urformen des Isolationsmaterials Aufnahmen (15) für die Energiespeicherzellen (36) und/oder Aufnahmen (16) für Verstärkungselemente (20) und/oder Isolationsüberdeckungen (19) von Leiterbahnabschnitten und/oder Verrastungselemente (21) des Trägers (14) gefertigt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Strukturieren des Leitermaterials (1) Leiterbahnabschnitte in Form von Leistungsanschlüssen (8) zum Kontaktieren des Zellverbunds und/oder Sensieranschlüsse (9) zum Kontaktieren von Sensoreinrichtungen (24) des elektrischen Energiespeichers (EES) und/oder Zellverbinder zum Verbinden der Zellkontakte (10, 11) und/oder als Schmelzsicherung ausgebildete Verengungen (12) und/oder mit den Zellkontakten (10, 11) verbundene, stiftartige Kontaktelemente (13) gefertigt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnabschnitte, welche die Zellkontakte (10, 11) ausbilden, ausgehend von dem Träger (14) abgestuft werden und eine ebene, blattfederartige Kontaktfläche (54) ausbilden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Biegekante in dem Träger (14) ausgebildet wird, indem beim Urformen des Isolationsmaterials (4) linienförmige Materialaussparungen (18) in dem Träger (14) hergestellt werden, wobei über die zumindest eine Biegekante zumindest ein Randbereich des Zellkontaktiersystems (6) zum Ausbilden eines den Zellverbund zumindest teilweise umgebenden Rahmes gefaltet wird.

8. Elektrischer Energiespeicher (EES) mit zumindest einem Zellverbund aus Energiespeicherzellen (36), einem Speichergehäuse (32) und zumindest einem Zellkontaktiersystem (6), welches mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei der zumindest eine Zellverbund und das zumindest eine Zellkontaktiersystem (6) in einem Gehäuseinnenraum des Speichergehäuses (32) angeordnet sind und wobei die Zellkontakte (10, 11) elektrisch mit Zellterminals der Energiespeicherzellen (36) verbunden sind.

9. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Zellkontaktiersystem (6) zugewandtes Gehäuseteil (30) zumindest eine Auswölbung (53) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Zellkontakte (10, 11) an die Zellterminals der Energiespeicherzellen (36) anzupressen.

10. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gehäuseteil (30) in Form von einem Gehäusedeckel und ein zweites Gehäuseteil (31) in Form von einem Gehäuseboden des Speichergehäuses (32) zum Leiten eines Kühlmittels doppelwandig ausgebildet sind.

11. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (EES) eine Überwachungseinrichtung (7) aufweist, welche an einer dem Zellverbund abgewandten Seite des Zellkontaktiersystems (6) auf dem Träger (14) angeordnet ist und welche dazu ausgelegt ist, zur Überwachung der Energiespeicherzellen (36) Signale zwischen Sensoreinrichtungen (24) der Energiespeicherzellen (36) und zumindest einem Steuergerät des elektrischen Energiespeichers (EES) zu übermitteln.

12. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (7) einen Wellenleiter zum Übertragen von akustischen und/oder optischen Signalen aufweist, wobei der Wellenleiter als Formteil (7b) ausgebildet ist.

13. Elektrischer Energiespeicher (EES) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Zellkontaktiersystem (6) zugewandte Seite der Überwachungseinrichtung (7) Führungselemente (25) für Druckkontaktstifte zum Anpressen der Zellkontakte (10, 11) an die Zellterminals aufweist.

14. Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher (EES) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.