JP2019531584A - バッテリーセルを接続するための基板およびバッテリー - Google Patents

Abstract

本発明は、部分的に非導電性材料で形成されている、バッテリーセルを接続するための基板（１）に関し、この基板（１）は、第一側（２）上および第二側（１５）上の何れにも、少なくとも１つの導電性および熱伝導性の接触部（７）を有し、各接触部（７）は、相互に他の接触部（７）と導電的および熱伝導的に接続される。本発明によれば、好ましくは導電性で熱伝導性の材料で作製されたコア（１２）が基板（１）の非導電性材料中に配置され、該少なくとも１つの接触部（７）は何れも、非導電性材料の、コア（１２）とは反対向きの側に配置され、少なくとも１つの導電性および熱伝導性のリードスルー素子（１８）が、コア（１２）を貫通し、コア（１２）の両側に配置された非導電性材料を貫通して延び、リードスルー素子（１８）は、コア（１２）から電気絶縁される。熱の流れはコア（１２）を通して回収され基板（１）から放散される。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーセルを接続するための基板に関し、該基板は部分的に非導電性材料で形成され、この基板は、第一側上および第二側上の何れにも、少なくとも１つの導電性および熱伝導性の接触部を有し、各接触部は、相互に他の接触部と導電的および熱伝導的に接続される。

最新技術では、バッテリー内のバッテリーセルは、基板を介して相互に電気的および熱的に接続できることが知られている。これは、このような基板によって電流および熱の流れが可及的均一にバッテリー内に拡散されるのを可能にする。具体的に、これは、バッテリーの動作に特に有害な局所的熱ホットスポットがバッテリー中に形成されるのを防止する。バッテリーの動作温度は、できるだけ低く保たれるのが望ましい。本発明は、したがって、バッテリー内の熱の流れを拡散させるためだけでなく、その熱の流れをバッテリーから放散するために適切な基板を提供するとの目的に基づいている。

発明を解決するための手段

この目的は、前述の型の基板によって解決され、本発明によれば、この基板は、好ましくは導電性で熱伝導性の材料で作製されたコアが基板の非導電性材料中に配置され、該少なくとも１つの接触部は何れも、非導電性材料の、コアとは反対向きの側に配置され、少なくとも１つの導電性および熱伝導性のリードスルー素子が、コアを貫通し、コアの両側に配置された非導電性材料を貫通して延び、リードスルー素子は、コアから電気絶縁され、該リードスルー素子によって第一側上の接触部と第二側上の接触部とが導電的および熱伝導的に接続されるように、第一側上の該少なくとも１つの接触部と第二側上の該少なくとも１つの接触部とに導電接続され、熱の流れはコアを通して回収され基板から放散される、ように構成される。

コアは、導電性および熱伝導性の両方である材料で作製される。導電性の材料は、多くの場合それらが高熱伝導性であるという利点を提供する。コアは、基板の非導電性材料の中に配置される。このコアは、好ましくは平板状に構成される。例えば、コアは、非導電性材料をその両側に配置された導電性および熱伝導性の材料で作製されたプレートとすることができる。この非導電性材料は、好ましくは、平面状にコアに被覆される。但し、このコアは必ず平板状でなければならないことはない。しかして、本発明によれば、コアを個別の伝導性素子群またはラダー素子のテクスチャで作製することも同様に可能である。本発明によれば、このコアの幾何的形状から逸脱することもまた可能である。

少なくとも１つの導電性および熱伝導性のリードスルー素子が、非導電性材料およびコアを貫通する。これが、基板の第一側上の少なくとも１つの接触部を、基板の第二側上の少なくとも１つの接触部に導電接続する。該リードスルー素子は、２つの接触部を、直接に、もしくは追加の導電性および熱伝導性の素子を介して間接的に接続することが可能である。このリードスルー素子は、コアから電気絶縁される。これは、リードスルー素子からの電流がコアを介して基板から漏れないようにするために必要である。このような漏電は望ましくない。と言うのは、電流は基板を通っていくつかのバッテリーセルに流通されるようにされているが、基板から、コアに連結されたヒートシンクなど他の素子にはそうされていないからである。ヒートシンクを他の部品から電気絶縁するのはより一層入念なので、本発明によれば、コアは、接続素子を通って伝導される電流から既に電気絶縁されている。この電気絶縁は、コア中でリードスルー素子を取り巻く非導電性材料によって達成することができる。リードスルー素子を取り巻くこの非導電性材料は、好ましくは、コアおよびリードスルー素子の両方と熱伝導接続している。これにより、該少なくとも１つのリードスルー素子からコアに熱の流れを導くことが可能である。

本発明によれば、この非導電性材料は、基板または回路基板に使われている一般的な基層材料で作製することができる。導電性および熱伝導性の接触部ならびに導電性および熱伝導性のリードスルー素子は、好ましくは金属で作製される。銅は特に望ましい。銅はとりわけ良好な導電性および熱伝導性を有するのでこれは有利である。基板は、当技術分野で当業者に周知の製作方法を用いて妥当なコストで製作することが可能である。

本発明の或る可能な構成によれば、接触部および他の導電性および熱伝導性の素子は、基板の第一側上と第二側上とに相互に対して鏡像的に配置される。但し、本発明の別の構成によれば、基板の第一側上と第二側上とのレイアウトは相異なっている。

好ましくは、コアは、少なくとも部分的に基板の縁部から引き出されるか、またはその縁部上に露出される。したがって、このコアは、熱エネルギを基板の側部から導き出すのに適している。コアは、いくつかの縁部で基板から引き出すことができまたは露出することができる。好ましくは、コアは、基板の１つの縁部から周方向に完全に引き出されるか、またはその縁部上で周方向に完全に露出される。また、本発明によれば、コアは、基板の縁部で露出されたりまたは縁部から引き出されたりはしないが、基板の非伝導性材料中の陥凹を通して基板から引き出される。この領域中のコアが、基板からの十分に大きな熱の流れの導出を提供するために十分な大きさの断面を有していることを確実にすべきである。

本発明の或る特定の実施形態によれば、コアが熱伝導性の熱放散素子に熱伝導接続されるか、または該コアが熱伝導性の熱放散素子を形成し、この熱放散素子は基板の平面中に延びる第一平面部を有し、さらに該熱放散素子は基板の平面と直角に配向された別の平面中に延びる第二平面部も有する。かかる熱放散素子は、バッテリーからの熱の流れを放散するのにとりわけ適している。第一平面部は、基板が中に配置されたバッテリーのセルアレンジメントから、熱の流れを導き出すのに適している。熱放散素子の第二平面部は、この熱の流れをヒートシンクに放散するのに適している。このために、第二平面部はヒートシンクに平らに接して置かれる。このヒートシンクは、基板が中に配置されたセルアレンジメントの周囲に配置されたハウジングであってよい。但し、このヒートシンクは別の冷却素子であってもよい。熱放散素子のこの第二平面部は平板状なので、特に大きな熱の流れを、該第二平面部を介してヒートシンクに放散することが可能である。

本発明によれば、基板内部のコアは金属で作製することができる。ほとんどの金属は、非常に良好な導電性だけでなく、非常に良好な熱伝導性も有する。本発明によれば、コアは銅で作製することが可能である。あるいは、コアは別の金属または金属合金で作製されてもよい。

コアは、とりわけ好ましくは、アルミニウムで作製される。アルミニウムは非常に良好な熱伝導性を、だが同時に低い密度を有する。これは、基板が特に軽量に作製されることを可能にし、このことは、バッテリーの重量に大きく影響し得る。バッテリーは、本発明によって構成された複数の基板を包含する。

この基板は、本発明によって、導電性および熱伝導性の接続部が基板の第一側上に配置されるように構成することが可能で、該接続部は、基板の第一側上の接触部を相互に導電的および熱伝導的に接続し、基板の第一側上の接触部の各々には電気ヒューズが割り当てられ、基板の第一側上の接続部は、基板の第一側上のこれら接触部が該接続部に対して電気的に固結されるように、当該接触部に割り当てられた電気ヒューズを介して基板の第一側上の各接触部に接続される。これは、基板が連結されているバッテリーセルの内部抵抗がバッテリーセル中の故障によって絶縁破壊され、過剰に高い電流が当該バッテリーセルを通って伝導されるような場合に特に有利である。この場合、基板の、不具合バッテリーセルに導電的および熱伝導的に接続された接触部に割り当てられた電気ヒューズがトリガされる。したがって、過剰な電流が不具合バッテリーセルから接続部の中に流れることはできない。その結果、基板の残りの接触部に導電的および熱伝導的に当接している残りのバッテリーセルは、不具合バッテリーセルから電気的に保護される。

リードスルー素子は、それらが基板の第一側上の接続部を基板の第二側上の該少なくとも１つの接触部に導電的および熱伝導的に接続するように配置され、これにより、基板の第一側上の各接触部が、基板の第一側上の他の各接触部および基板の第二側上の各接触部に対し、少なくとも１つの電気ヒューズによって相互に固結されることがとりわけ好ましい。これは、全ての接触部が相互に電気的に固結されることを確実にする。かかる配置によって、不必要に多数のヒューズを設ける必要を回避できる。とりわけ、本発明によるこの配置は、基板の第一側および第二側の接触部を相互に接続している導電性のリードスルー素子をヒューズとして形成しなければならない必要性はない。但し、リードスルー素子がヒューズとして形成される本発明の別の構成を用いることも可能である。本発明によれば、リードスルー素子群が接続部中に配置されず、そのそれぞれが基板の第一側上および第二側上の接触部を相互に直接接続することも大いに可能である。

この接続部が、基板の第一側上に、平面状の導電性および熱伝導性の層として形成されれば有利である。接続部が平面層として形成される場合、該接続部は非常に高い導電性および熱伝導性を有し、したがって基板の第一側上の接触部の間に電気および熱の流れを流通させるのにとりわけ適している。これに換えて、接続部は、相互に導電的および熱伝導的に接続された導体トラックの合成体として設計されてもよい。導体トラックの合成体の利点は、導電性および熱伝導性の低い材料を接続部に使用すべきことである。基板上には、非伝導性材料上に配置することが可能な他の部品に対する追加のスペースが残る。

好ましくは、少なくとも１つの接触部が、基板の第二側上に、基板の第二側上の平面状で導電性および熱伝導性の接続および接触領域の中に配置される。基板の第二側上のこの接続および接触領域が平面層として形成される場合、それは非常に高い導電性および熱伝導性を有し、したがって基板の第二側上の接触部の間に電気および熱の流れを流通させるのにとりわけ適している。但し、この接続および接触領域は違ったように構成されてもよい。しかして、第二側が、基板の第一側上の接続部および接触部と鏡像的に配置された接続部および接触部を有する構成も可能である。また、本発明によれば、基板の第二側上の各接触部にヒューズを割り当てることも可能である。但し、基板の第二側上の該少なくとも１つの接触部へのヒューズは絶対的に必要というわけではない。と言うのは、不具合が生じた場合、基板に導電的および熱伝導的に接続されたバッテリーセルを適切に保護するのに、基板の第一側上に配置されたヒューズで十分だからである。この理由から、平面状の接続および接触領域を備える本発明の構成は好ましく、この構成では、特定のやり方によって、接触部が接続および接触領域から別離されることはない。

本発明の或る特定の構成によれば、第一側上の接続部は、非導電性材料を貫通して、第二側上の接続および接触領域に、好ましくは導電的および熱伝導的に接続される。しかして、基板の第一側上の接続部が、第二側上の接続および接触領域に、接触素子を介して導電性および熱伝導性の仕方で直接に接続される必要はない。代わりに、第一側上の接続部と第二側上の接続および接触領域との間に導電性および熱伝導性の接続がされてよい。電気および熱の流れを、基板の第二側上の接続および接触領域の少なくとも１つの接触部に導くことができる。

本発明のさらなる構成によれば、基板の第一側上の各接触部の周囲に、複数のリードスルー素子が接触部から均一な間隔を空けて配置される。いくつかのリードスルー素子を備えることによって、電気および熱の流れを、とりわけうまく基板の第一側から第二側に導けることが示されている。リードスルー素子が、基板の第一側上の接続部中の接触部の近くに配置されると有利であることが判明している。これら接触部の周りへのリードスルー素子の円形の配置が特に適している。６〜１２の数のリードスルー素子が、とりわけ有利であることが判明している。

本発明によれば、少なくとも１つのリードスルー素子を、非伝導性材料を貫通しているリードスルー陥凹の内側縁部に配置することができる。この陥凹は、円形であってもまたは任意の他の形状であってもよい。本発明によれば、リードスルー素子は、好ましくはリードスルー陥凹の内側縁部の上に蒸着または印刷することが可能な金属層である。このリードスルー陥凹は、非伝導性材料の中にドリル穿孔またはパンチ穿孔されてよい。但し、リードスルー素子は違ったように構成することも可能で、具体的には、必ずしも非伝導性材料を貫通するリードスルー陥凹に沿って配置されなくてもよい。例えば、或る可能な構成によれば、リードスルー素子は、リベット素子として非伝導性材料の中に挿入することも可能である。

本発明によれば、これら接触部は、基板の第一側および第二側それぞれの表面によって画定される平面に対し、基板の第一側上および／または第二側上から嵩上げすることができる。接触部の嵩上げされた素子は、好ましくは、平坦表面、またはバッテリーセルの端子の形状に適合されたレリーフ形状を備えた表面を有する。これは、接触部のバッテリーセルへの接触を向上させる。接触部は、好ましくは、基板の第一側の表面および第二側の表面それぞれによって画定される平面から０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの間で突き出るような仕方で構成される。

接触部が嵩上げされた接触点を有すれば有利である。これら接触点は、接触部と当接するバッテリーセルとの間の、はっきりした形での導電的および熱伝導的な接続を確立するために用いることができる。

好ましくは、基板は可撓性である。このため、基板は、可撓性材料および／または弾性材料で作製することができる。例えば、非導電性材料は弾性高分子で作製されてよい。この非導電性材料は、ポリイミドで形成されてよく、好ましくはカプトンである。カプトンは、化学的に高度な耐性があり非常に高い耐電場強度を有する。基板に用いられる導電性および熱伝導性の材料、その接触部、基板の第一側上の接続部、基板の第二側上の接続および接触領域、ならびに少なくとも１つのリードスルー素子は、有利には金属から成る。適した金属は、基板の導電性の諸部が基板の何らかのあり得る変形によって損傷されないように、十分な弾性または可撓性を有する。用いられる金属の量は、有利には、基板の諸部にそれらの導電性および熱伝導性を減退させたりまたは喪失させたりしかねない、基板のあり得る変形によって、金属が損傷されることのないように形成される。

とりわけ好ましくは、基板を冷却するために基板中に少なくとも１つの冷却ラインが設けられる。この冷却ラインは、基板によって形成される平面において基板を貫通することができる。本発明によれば、基板の中にいくつかの冷却ラインを設けることが可能である。本発明によれば、この冷却ラインは基板のコアを貫通することができる。

好ましくは、少なくとも１つの追加のコンタクトが、導体トラックまたは平面の相互接続部に、基板の第一側上の導電性および熱伝導性の層に、および／または基板の第二側上の接続および接触領域上に設けられる。かかるコンタクトは、バッテリーセルが接触することを意図されていない。かかるコンタクトには、例えば、基板に印加される電圧が測定できるように、バッテリー管理システムを接続することが可能である。

好ましくは、基板上に少なくとも１つのさらなるコンタクトが設けられる。このさらなるコンタクトは、例えば、基板上に搭載されたまたは基板中に備えられた測定デバイスに接続されてよい。これは温度センサであってよい。また、本発明によれば、このコンタクトは、基板上に備えられた測定デバイスを読み取るおよび／または制御するために使用が可能なバスシステムに接続するために使うこともできる。

本発明は、セルアレンジメントを有するバッテリーにさらに関し、このセルアレンジメントは複数のバッテリーセルを含み、該セルアレンジメントは少なくとも２つのバッテリー区分域を含み、各バッテリー区分域は、複数のバッテリーセルから成り、これらバッテリー区分域のバッテリーセルは、それぞれのバッテリー区分域のバッテリーセルの端子群が、共通の第一接触平面に位置づけされ、それぞれのバッテリー区分域のバッテリーセルの端子群が、共通の第二接触平面に位置づけされるように配列され、これらバッテリー区分域は相互に隣接して配置され、何れの場合も、バッテリー区分域の第一接触平面が、隣接して配置されたバッテリー区分域の第二接触平面に面しており、これら接触平面は相互に対し平行に配列され、第一側および第二側を有する、少なくとも部分的に導電性および熱伝導性の接続プレートが、少なくとも２つの連続するバッテリー区分域の間に配置され、該プレートは、その第一側上および第二側上の何れにも少なくとも１つの導電性および熱伝導性の接触部を有し、この接続プレートの第一側に面する端子は、この第一側の少なくとも１つの接触部と熱伝導的および導電的に接続され、この接続プレートの第二側に面する端子は、この第二側の少なくとも１つの接触部に熱伝導的および導電的に接続され、この接続プレートの接触部は、該接続プレートを介し相互に導電的および熱伝導的に接続されている。本発明によれば、この接続プレートは前述した基板として構成される。コアは、熱の流れがそのコアを通して回収され、セルアレンジメントからヒートシンク上に放散されるように、ヒートシンクに熱伝導的に接続可能である。

このバッテリーは、各バッテリー区分域中にいくつかのバッテリーセルを包含する。好ましくは、このバッテリーセルは円形のセルである。このようなセルは、機械的応力に対しとりわけ耐性があることが判明している。

好ましくは、各バッテリーセルは正端子および負端子を有し、バッテリー区分域のバッテリーセルは、それぞれのバッテリー区分域のバッテリーセルの全ての正端子が第一接触平面中にあり、それぞれのバッテリー区分域のバッテリーセルの全ての負端子が第二接触平面中にあるように配列され、第一側の少なくとも１つの接触部に接続された端子群は、接続プレートを介して相互に導電的および熱伝導的に接続され、第二側の少なくとも１つの接触部に接続された端子群は、接続プレートを介して相互に導電的および熱伝導的に接続され、第一側の少なくとも１つの接触部に接続された端子群は、これらバッテリーセルが電気的および熱的な直列回路および並列回路において互いに導電接続されるように、接続プレートを介して第二側の少なくとも１つの接触部に接続された端子に導電的および熱伝導的に接続される。かかる配置の利点は、電流および熱の流れをセルアレンジメントの全体に亘って流通できることである。或るバッテリー区分域中の或るバッテリーセルが故障した場合、そのバッテリー区分域には他の機能しているバッテリーセルが存在するので、バッテリーのパフォーマンスはわずかに損なわれるだけである。正端子または負端子は、それぞれ、バッテリーセルの正極または負極として理解されるべきである。

本発明によれば、このセルアレンジメントは熱伝導性のハウジングに封入することが可能である。このハウジングは熱伝導性なので、ヒートシンクとしてセルアレンジメントから熱を吸収し、随意的にそれを該ハウジングが熱伝導的に接続された他のヒートシンクに搬送するのに適している。前述した熱放散素子を、このハウジングに熱伝導的に接続することができる。このハウジングは、好ましくは金属で、好ましくは鉄、アルミニウム、または金属合金で作製される。かかるハウジングは、セルアレンジメントを外部の影響から保護するのに適している。本ハウジングは、好ましくは、加圧プレートを配置するための２つの開口を有する。本発明によれば、本ハウジングは、細長い陥凹部を換気スロットとして含んでよい。

本発明によれば、バッテリーセルは、第一バッテリー区分域の接触平面の第一端子が第二バッテリー区分域の接触平面の第二端子に対し真正面に配置されるように、配置することができ、これにより、バッテリー区分域の全てのバッテリーセルが、隣接するバッテリー区分域のバッテリーセルと整列して配置される。しかして、いくつかのバッテリー区分域のバッテリーセルの群は、列にして配置される。

好ましくは、バッテリー区分域の正端子は、隣接するバッテリー区分域の負端子に直接に導電的および熱伝導的に当接する。これにより、２つ以上のバッテリーセルが、直接隣り合うバッテリーセルが基板によって隔てられることなく、直列に接続される。かかる構造は、セルアレイ内の基板の数が少なくてもバッテリー内の電流および熱の流れの十分な分配が可能な場合に設けることができる。これが成り立つかどうかは、主としてバッテリーセルの容量特性および他の特性によって決まる。

バッテリー始端域およびバッテリー終端域が、バッテリーの２つの外部接触平面に位置する端子群によって画定されていることが好ましく、それぞれの加圧プレートがバッテリー始端域とバッテリー終端域とに配置され、これら加圧プレートが張力素子によって相互に連結され、これにより、少なくとも１つの基板に当接するバッテリーセルが該少なくとも１つの基板に押し付けられる。

これにより、セルアセンブリ内の諸部品は一緒に押し付けられる。この場合、これら加圧プレートはバッテリーセル上に接触力を及ぼす。本発明によれば、加圧プレートは、バッテリー始端域でまたはバッテリー終端域で、バッテリーセル上に直接に接触圧力を及ぼすことができる。加圧プレートは、バッテリーセルの端子に直接当接してよい。あるいは、加圧プレートは、また、バッテリー始端域またはバッテリー終端域で、バッテリーセル上に間接的に接触力を及ぼすことも可能である。本発明によれば、加圧プレートとバッテリーセルとの間に、追加の層を設けることができる。この追加の層は、非導電性におよび／または弾性に構成されてよい。

本発明によれば、これら加圧プレートは、平板状に形成することができるが、違った構成の加圧プレートも同様に可能である。張力素子は、各々加圧プレートに連結される。有利には、バッテリーセルと張力素子との間には電気的接続は存在しない。この場合、張力素子は、それらが加圧プレートに引張力を及ぼすような仕方で加圧プレートの間に締結される。この引張力によって、加圧プレートは、セルアレンジメントに前述した接触力を及ぼすことができる。この接触力は、バッテリー内のセルアセンブリの全てのバッテリー区分域に亘って伝達される。その結果、バッテリーセルは、セルアセンブリ内の該少なくとも１つの接触部の素子にとりわけ十分に接触される。

張力素子は、ロッド、管、または他の細長い素子の形であってよい。好ましくは、このロッドは金属、最も好ましくは鋼鉄で作製される。特に、この張力素子に導電性の材料が用いられる場合、有利には、張力素子とバッテリーセルまたはバッテリーの電流伝送部品との間には導電性の接続はない。あるいは、このロッドは、特に安定的なプラスチックまたは合成材料で作製されてもよい。

加圧プレートが金属プレートとして構成されれば有利である。金属プレートは十分に安定的なので、張力素子からセルアセンブリに引張力の伝達が可能である。望まれる引張力の如何によって、この金属プレートは異なる厚さに作製することができる。高い引張力が望まれる場合、この金属プレートは特に厚く作製する必要がある。好ましくは、この金属プレートの厚さは３〜２０ｍｍであり、最も好ましくは５ｍｍの厚さである。本発明によれば、該金属プレートは、銅、アルミニウム、または他の極めて高い熱伝導性の材料で形成することができる。あるいは、加圧プレートを金属で作製しないことも可能である。この場合、本発明によれば該加圧プレートは硬質プラスチックで作製されてよい。

好ましくは、張力素子は、加圧プレート中の張力素子陥凹に通され、張力素子陥凹中の張力素子は加圧プレート中にボルト固定され、および／またはナットを使って加圧プレートにボルト止めされる。ねじ連結は、張力素子によって加圧プレート上に及ぼされる引張力の高精度な調節を可能にする。但し、本発明によれば、張力素子が加圧プレート上に引張力を及ぼすような仕方で張力素子を張力素子陥凹を固定するために、他の固定手段を用いることも可能である。

本発明の実装のさらなる有利な形態が諸図面に示される。

基板の第一側上の図で、本発明による基板の概略図を示す。 基板の第二側上の図で、図１による基板の概略図を示す。 断面図で、リードスルー陥凹を備えた、図１および図２による基板の概略図を示す。 本発明による、いくつかの基板を備えたバッテリーのセルアレンジメントの概略図を示す。 断面図で、図４によるバッテリーのセルアレンジメントの一区分域の概略図を示す。 ハウジングを備えた、図４および図５によるバッテリーの概略図を示す。

図１は、基板の第一側２上の図で、本発明による基板１の概略図を示す。この図では、基板１は、第一セルレベル４中および第二セルレベル５（図示せず）中にオフセットをもって配置されたバッテリーセルを備えるセルアレンジメント３の部分である。基板１は、第一セルレベル４および第二セルレベル５のそれぞれに配置された８つおよび７つのバッテリーセル（図示せず）を備えた、７つの第一セルレベル４および第二セルレベル５、を有するセルアレンジメント３に適応している。基板１は、張力素子（図示せず）が通り抜けることが可能な張力素子陥凹６を有する。

基板１は部分的に、非導電性材料で作製される。基板１の第一側上では、銅が、導電性および熱伝導性の材料としてこの非導電性材料に被覆される。この銅材料はいくつかの接触部７を有する。これらはバッテリーセルの端子に接触するのに適している。このために、接触部７は嵩上げされている。接触部７は、非導電性材料で作製された絶縁部８によって接続部９から隔てられている。接続部９は平面状である。これは接触部７を相互に導電的および熱伝導的に接続する。導電性および熱伝導性の導体トラック１０は、ヒューズとして形成され、各絶縁部８を通り抜ける。これらにより、接触部７は相互に電気的に固結される。

各絶縁部８の周囲、しかして同様に各接触部７の周囲に、いくつかのリードスルー陥凹１１が円形状に配置される。各リードスルー陥凹１１中に、リードスルー素子（図示せず）が配置され、これはそのリードスルー陥凹１１の中に配置される。このリードスルー素子は銅で作製され、基板１の第一側２の接続部９を、基板１の第二側（図示せず）に、導電的および熱伝導的に接続する。バッテリーセルから接触部７に流れる電流は、しかして、導体トラック１０および接続部を通って基板１の第二側に流れることができる。基板１の第一側２上の接触部７は、接続部９に対し電気的に固結されているので、これらは、基板１の第二側上の接触部（図示せず）に対しても同様に固結されている。

基板１中には、銅製のコア１２が配置され、これは、横方向にセルアレンジメント３の外側領域に部分的に延びている。これらの基板１の外側領域では、コア１２は熱放散素子１３を形成する。この図には、４つの熱放散素子１３が、各々が第一平面部１４を備えて示されている。各熱放散素子１３には、第二平面部もあるが透視図であるため見えない。

図２は、基板１の第二側１５上の図で、図１による基板１の概略図を示す。基板１の第二側１５上には、接続および接触領域１６として形成された銅の層がある。接続および接触領域１６中には、接触部７が配置され、これらはバッテリーセルの端子と接触するのに適している。各接触部７の周囲には、いくつかのリードスルー陥凹１１が円形状に配置される。図示されていないが、リードスルー素子は、前述のように、基板１中のリードスルー陥凹１１の中に配置される。

この図にも、各々が第一平面部１４を備える、４つの熱放散素子１３が示されている。また、基板１の第二側上にも張力素子陥凹６が見られ、これらを通って張力素子（図示せず）が通過することが可能である。

図３は、断面図で、リードスルー陥凹１１を備えた、図１および図２による基板１の概略図を示す。基板１は、非伝導性の基層材料１７を含む。この基層材料１７は、コア１２を取り巻いている。基板１の第一側２上で銅層が接続部９を形成する。基板１の第二側１５上では、銅層が接続および接触領域１６を形成する。リードスルー陥凹１１は基板１を貫通している。これは、接続部９と、接続および接触領域１６とを通り抜ける。銅製のリードスルー素子１８は、薄層として、リードスルー陥凹１１の縁部に付着される。リードスルー素子１８は、基層材料１７によってコア１２から電気絶縁されている。また一方、熱の流れは、基層材料１７を通って流れ、コア１２を介して基板１から放散することができる。

図４は、本発明による、基板１を備えたバッテリー２０のセルアレンジメント３の概略図を示す。セルアレンジメント３では、いくつかのバッテリーセル２１が、バッテリー区分域２２中に相互に隣り合って配置される。バッテリー区分域２２中に配置されたバッテリーセル２１は並列に接続される。本発明によるいくつかの基板１によって、バッテリーセル２１の並列接続が可能になる。このため、バッテリーセル２１の端子は、基板１に導電的および熱伝導的に接続される。基板１は、各々、２つのバッテリー区分域２２の間に配置される。各バッテリー区分域２２は、７つのバッテリーセル２１の高さを有する。相隣接するバッテリー区分域２２のバッテリーセル２１は、これらの間に配置された基板１によって直列に接続される。しかして、セルアレンジメント３中のバッテリーセル群２１は相互に並列および直列の両方に接続される。

バッテリー始端域２３およびバッテリー終端域２４は、それぞれ、バッテリー２０中のバッテリーセル２１の正端子および負端子によって形成される。バッテリー始端域２３およびバッテリー終端域２４は、外部基板１に接続される。これら外部基板１は、バッテリーセル２１の端子群を導電的および熱伝導的に接続する。加圧プレート２５は、各々、外部基板１の、バッテリー始端域２３およびバッテリー終端域２４のそれぞれとは反対向きの側に配置される。加圧プレート２５は、銅で作製される。したがって、これはとりわけ高い熱伝導性を有する。

加圧プレート２５は、張力素子２６によって電気絶縁された仕方で相互に連結される。張力素子２６は、これらが加圧プレート２５上に引張力を及ぼすような仕方で加圧プレート２５にねじ止めされる。これはセルアレンジメント３を圧縮する。具体的に、バッテリーセル２１が基板１に対し押し付けられる。これは、バッテリーセル２１の端子と基板１との間の接触面積を増大させ、その結果、バッテリーセル２１と基板１との間で電気および熱の流れがよりよく流通し、しかしてセルアレンジメント３全体に亘ってよりうまく拡散することが可能になる。これは、バッテリー２０内の局所的熱ホットスポットを回避する。さらに、本発明による張力素子２６および加圧プレート２５によって押圧されたセルアレンジメント３によって、本発明によるバッテリー２０は機械的応力に対しとりわけ耐性がある。

バッテリーセル２１がセルアレンジメント３内にしっかりと保持されていることを確実にするために、バッテリーセル２１は、いくつかの位置決めプレート２７によって囲い込まれる。位置決めプレート２７は、バッテリー区分域２２中のバッテリーセル２１を、形に合わせた仕方で囲い込む。バッテリーセル２１の端子の基板１への正確な接触が必要なので、位置決めプレート２７は、本図では基板１の近傍に配置されている。

基板１は各々コア１２を有し、これは横方向に基板１の外に引き出される。基板１の外側では、コア１２は熱放散素子１３を形成する。熱は、この熱放散素子１３を介してセルアレンジメント３から放散することができる。熱放散素子１３は、基板１の平面中に延びる第一平面部１４と、基板１の平面と直角に配向された別の平面に延びる第二平面部２８とを有する。第二平面部２８は、熱の流れが基板１からハウジング（図示せず）またはヒートシンク（図示せず）それぞれに放散できるように、ハウジングまたはヒートシンクに熱伝導接続をするのに適している。

図５は、断面図で、図４によるバッテリー２０のセルアレンジメントの一区分域の概略図を示す。バッテリーセル２１は、第一セルレベル４および第二セルレベル５中に配置されている。バッテリーセル群２１は相互に直接に隣接している。第二セルレベル５は、各々、第一セルレベル４よりも１つ少ないバッテリーセル２１を有する。これによって外側通過区域２９がもたらされる。張力素子２６は、この外側通過区域２９を貫通してよい。外側通過区域２９は、できるだけ多くのバッテリーセル２１が、セルアレンジメント３の最小可能な横断面積に配置されるのを可能にする。例えば、張力素子２６をバッテリー区分域２２の縁部域の中に挿入することにより、バッテリーセル２１全体を移動させる必要がない。代わりに、第二セルレベル５から１つのバッテリーセル２１だけが除去される。第二セルレベル５からの１つのバッテリーセル２１だけの除去は、２つの外側通過区域２９をもたらす。１つ以上の張力素子２６が、各外側通過区域２９を貫通することが可能である。この図では、各外側通過区域２９を１つの張力素子２６が貫通している。また一方、セルアレンジメント３の均一な安定性を達成するために、バッテリーセル２１が配置されていない内側通過区域３０も設けられる。張力素子２６は、この内側通過区域３０も貫通する。

バッテリーセル２１は、位置付けプレート２７によって、バッテリー区分域の中に囲い込まれる。張力素子陥凹６が位置付けプレート２７中に設けられ、これを通って、張力素子２６が、外側通過区域２９の中および内側通過区域３０の中を貫通する。

図６は、本発明による、ハウジング３１を備えたバッテリー２０の概略図を示す。ハウジング３１は、鉄で作製され、本発明による基板１を備えたセルアレンジメント３を封入している。ハウジング３１の内側で、熱放散素子１３は、熱の流れがセルアレンジメント３からハウジング３１に放散できるように、ハウジング３１に連結することができる。ハウジング３１は、搭載プレート３２に強固に連結され、該プレートはヒートシンクとしての役割をする。ハウジング３１は、加圧プレート２５によって両端部を閉じられている。加圧プレート２５は、冷却フィン３３を有し、かかる加圧プレート２５は、ハウジング３１内部のセルアレンジメント３を冷却するための助力となる。図示はされていないが、張力素子は、加圧プレート２５を貫通し、電気絶縁された仕方でナット３４を使って加圧プレート２５にねじ止めされる。

１．基板
２．基板の第一側
３．セルアレンジメント
４．第一セルレベル
５．第二セルレベル
６．張力素子陥凹
７．接触部
８．絶縁部
９．接続部
１０．導体トラック
１１．リードスルー陥凹
１２．コア
１３．熱放散素子
１４．熱放散素子の第一平面部
１５．基板の第二側
１６．接続および接触領域
１７．基層材料
１８．リードスルー素子
２０．バッテリー
２１．バッテリーセル
２２．バッテリー区分域
２３．バッテリー始端域
２４．バッテリー終端域
２５．加圧プレート
２６．張力素子
２７．位置決めプレート
２８．熱放散素子の第二平面部
２９．外側通過区域
３０．内側通過区域
３１．ハウジング
３２．搭載プレート
３３．冷却フィン
３４．ナット

Claims (17)

1. 部分的に非導電性材料で形成されている、バッテリーセル（２１）を接続するための基板（１）であって、
   前記基板（１）は、第一側（２）上および第二側（１５）上の何れにも少なくとも１つの導電性および熱伝導性の接触部（７）を有し、
   各接触部（７）が他の各接触部（７）と導電的および熱伝導的に接続される、
   基板（１）であって、
   好ましくは導電性および熱伝導性の材料で作製されたコア（１２）が、前記基板（１）の前記非導電性材料中に配置され、
   前記少なくとも１つの接触部（７）は、何れも、前記非導電性材料の、前記コア（１２）と反対向きの前記側上に配置され、
   少なくとも１つの導電性および熱伝導性のリードスルー素子（１８）が、前記コア（１２）を貫通し、さらに前記コア（１２）の両側に配置された前記非導電性材料を貫通して延び、
   前記リードスルー素子（１８）は、前記コア（１２）から電気絶縁され、前記リードスルー素子（１８）によって前記第一側（２）上の前記接触部（７）と前記第二側（１５）上の前記接触部（７）とが導電的および熱伝導的に接続されるように、前記第一側（２）上の前記少なくとも１つの接触部（７）と前記第二側（１５）上の前記少なくとも１つの接触部（７）とに、導電接続され、熱の流れが前記コア（１２）を通して回収され前記基板（１）から放散されることができる、
   ことを特徴とする、基板（１）。
2. 前記コア（１２）が少なくとも部分的に前記基板（１）の縁部から引き出されるか、または前記縁部上に露出されることを特徴とする、請求項１に記載の基板（１）。
3. 前記コア（１２）が周方向に前記基板（１）の縁部から完全に引き出されるか、または前記縁部上に露出されることを特徴とする、請求項２に記載の基板（１）。
4. 前記コア（１２）が、熱伝導性の熱放散素子（１３）に熱伝導接続されるか、または前記コア（１２）が熱伝導性の熱放散素子（１３）を形成し、
   前記熱放散素子（１３）が、前記基板（１）の平面中に延びる第一平面部（１４）を有し、
   前記熱放散素子（１３）が、前記基板（１）の前記平面と直角に配向された別の平面中に延びる第二平面部（２８）を有する、
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の基板（１）。
5. 前記コア（１２）が金属で作製されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の基板（１）。
6. 前記コア（１２）がアルミニウムで作製されることを特徴とする、請求項５に記載の基板（１）。
7. 前記基板（１）の前記第一側（２）上に、導電性および熱伝導性の接続部（９）が配置され、これが前記基板（１）の前記第一側上の前記接触部（７）を相互に導電的および熱伝導的に接続し、
   前記基板（１）の前記第一側（２）上の前記接触部（７）の各々に電気ヒューズが割り当てられ、前記基板（１）の前記第一側（２）上の前記接続部（９）は、前記基板（１）の前記第一側上の前記接触部（７）が前記接続部（９）に対し電気的に固結されるように、前記基板（１）の前記第一側（２）上の各接触部（７）に、当該接触部（７）に割り当てられた電気ヒューズを介して接続される、
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の基板（１）。
8. 前記リードスルー素子（１８）が、それらが前記基板（１）の前記第一側上の前記接続部（９）を前記基板（１）の前記第二側上の前記少なくとも１つの接触部（７）に導電的および熱伝導的に接続するように配置され、これにより前記第一側（２）上の各接触部（７）が、前記基板（１）の前記第一側（２）上の他の各接触部（７）に対しておよび前記基板（１）の前記第二側（１５）上の各接触部（７）に対して、少なくとも１つの電気ヒューズによって固結されることを特徴とする、請求項７に記載の基板（１）。
9. 前記接続部（９）が、前記基板（１）の前記第一側（２）上に平面状の導電性および熱伝導性の層として形成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の基板（１）。
10. 前記接続部（９）が、相互に導電的および熱伝導的に接続された導体トラックの合成体として形成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の基板（１）。
11. 前記少なくとも１つの接触部（７）が、前記基板（１）の前記第二側上に、前記基板（１）の前記第二側（１５）上の平面状の導電性および熱伝導性の接続および接触領域（１６）の中に配置されることを特徴とする、請求項７〜１０の何れか一項に記載の基板（１）。
12. 前記第一側（２）上の前記接続部（９）が、前記非導電性材料を貫通して、前記第二側（１５）上の前記接続および接触領域に、好ましくは導電的および熱伝導的に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の基板（１）。
13. 前記基板（１）の前記第一側（２）上の各接触部（７）の周囲に、複数のリードスルー素子（１８）が、前記接触部（７）から均一に間隔を空けて配置されることを特徴とする、請求項７〜１２の何れか一項に記載の基板（１）。
14. 前記少なくとも１つのリードスルー素子（１８）が、前記非導電性材料および前記コア（１２）を貫通するリードスルー陥凹（１１）の内側縁部上に配置されることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の基板（１）。
15. 前記基板（１）の前記第一側（２）上および／または前記第二側（１５）上の前記接触部（７）が、前記基板（１）の前記第一側または前記第二側の表面により画定される平面に対してそれぞれ嵩上げされることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載の基板（１）。
16. 前記接触部（７）が、嵩上げされた接触点を有することを特徴とする、請求項１〜１５の何れか一項に記載の基板（１）。
17. セルアレンジメント（３）を有するバッテリー（２０）であって、
    前記セルアレンジメント（３）は、複数のバッテリーセル（２１）を含み、
    前記セルアレンジメント（３）は、少なくとも２つのバッテリー区分域（２２）を含み、
    各バッテリー区分域（２２）は、複数のバッテリーセル（２１）から成り、
    前記バッテリー区分域（２２）の前記バッテリーセル（２１）は、前記それぞれのバッテリー区分域（２２）の前記バッテリーセル（２１）の端子群が、共通の第一接触平面に位置づけされ、前記それぞれのバッテリー区分域（２２）の前記バッテリーセル（２１）の端子群が、共通の第二接触平面に位置づけされるように配列され、
    前記バッテリー区分域（２２）が相互に隣接して配置され、
    何れの場合も、バッテリー区分域（２２）の第一接触平面が、隣接して配置されたバッテリー区分域（２２）の第二接触平面に面しており、
    前記接触平面は相互に対し平行に配列され、
    第一側（２）および第二側（１５）を有する、少なくとも部分的に導電性および熱伝導性の接続プレートが、少なくとも２つの連続するバッテリー区分域（２２）の間に配置され、前記接続プレートは、前記第一側（２）上および前記第二側（１５）上の何れにも、少なくとも１つの熱伝導性および導電性の接触部（７）を有し、
    この接続プレートの前記第一側（２）に面する前記端子は、この第一側（２）の前記少なくとも１つの接触部（７）に熱伝導的および導電的に接続され、
    この接続プレートの第二側（１５）に面する前記端子は、この第二側（１５）の前記少なくとも１つの接触部（７）に熱伝導的および導電的に接続され、
    前記接続プレートの接触部（７）は、前記接続プレートを介し相互に導電的および熱伝導的に接続される、
    バッテリー（２０）であって、
    前記接続プレートが、請求項１〜１６の何れか一項に記載の基板（１）として構成され、
    前記コア（１２）は、熱の流れが前記コア（１２）を通して回収され、前記セルアレンジメント（３）からヒートシンク上に放散できるように、前記ヒートシンクに熱伝導的に接続可能である、
    ことを特徴とする、バッテリー（２０）。

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