WO2022042987A1 - Elektronikkomponente für ein zellkontaktiersystem - Google Patents

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WO2022042987A1
WO2022042987A1 PCT/EP2021/071233 EP2021071233W WO2022042987A1 WO 2022042987 A1 WO2022042987 A1 WO 2022042987A1 EP 2021071233 W EP2021071233 W EP 2021071233W WO 2022042987 A1 WO2022042987 A1 WO 2022042987A1
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cell
circuit board
printed circuit
electronic component
plug
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PCT/EP2021/071233
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Jürgen Weyh
Martin Wieberger
Ingo Weber
Dario KREMSER
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Diehl Advanced Mobility GmbH
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    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
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    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to cell contacting systems for electrical energy storage devices, here in particular batteries, in particular drive batteries for electrically powered motor vehicles.
  • Electrical energy storage devices are used to store or temporarily store electrical energy.
  • Such energy storage devices may, for example, be accumulator or battery packs with multiple cells, i. H. Battery or accumulator cells include.
  • battery or accumulator cells include.
  • Such energy storage devices are generally referred to as “batteries” within the meaning of the present patent application. Batteries of this type are used in particular as drive or driving batteries for electric motor vehicles.
  • Cell contacting systems are connection systems which are used to electrically connect individual cells of the battery, in particular accumulator or battery cells or batteries consisting of several cells, to one another.
  • the individual cells or cell groups are interconnected by appropriate cell contacting systems, so that a desired target voltage is available at connections or taps of the cell contacting systems.
  • the cell contacting systems usually also contain means for measuring both the individual cells and the entire battery, for example with regard to temperatures, voltages To monitor genes and currents or to manage them in charging or discharging mode.
  • Such means are in particular sensor lines, sensors or electronic circuits.
  • a connection system for an energy storage device is known from EP 2 639 857 B1, the energy storage device having a plurality of cells, with a plurality of cell connectors held by a carrier system for electrically interconnecting the cells, with a storage control unit for monitoring an energy supply and/or State of charge of the cells, wherein the carrier system is designed to accommodate the memory control unit and / or to hold and wherein the memory control unit is integrated or detachable with the carrier system.
  • a carrier part comprised by the carrier system has an interface and/or receptacle for the storage control unit.
  • the object of the present invention is to propose improvements in relation to a cell contacting system.
  • the cell contacting system is in particular one for a drive battery of an electrically driven motor vehicle.
  • the invention is based on the fact that the cell contacting system has a plurality of cell connectors which are used for power contacting of battery cells of a battery. This means that the battery power is taken from or fed into the cell connectors.
  • the electronic component is designed with regard to an intended cell contacting system. "Intended” means that the electronic component is structurally matched to a specific or a specific type of cell contacting system or battery and is intended for use there; For example, is designed for the geometry requirements, performance requirements, etc. determined thereby.
  • properties of cell contacting systems or batteries are therefore also described within the scope of the application, although strictly speaking the actual components are not part but the object of the respective invention. However, these statements also apply mutatis mutandis to the cell contacting systems or batteries according to the invention described further below and may not be explicitly repeated there again.
  • a (at least later, in the assembled state) fixed and known geometric relative position of the cell connectors to one another or in the cell contacting system is also known, at least if the cell contacting system is connected to the battery as intended.
  • the cell connectors can form a row of cell pole connectors.
  • This row of cell pole connectors can, for example, have a plurality of cell pole connectors arranged one behind the other, in particular parallel to a longitudinal axis or transverse axis of the electronic component.
  • a cell pole connector is expediently designed for the electrical interconnection of at least two cell poles of battery cells in the battery.
  • the electronic component contains a printed circuit board for a measurement and/or management arrangement for the battery, with each of the printed circuit boards having sockets for the electrical connection of the printed circuit board (or its lines/components) to the cell connectors.
  • the electronic component contains at least one supporting frame, which can be arranged in particular between the cell connectors or is arranged in the assembled state, and which has a receptacle for the printed circuit board.
  • the printed circuit board can in particular also be made in several parts.
  • the electronic component contains a plurality of, in particular single-pole, electrical connection elements for the respective electrical connection of the printed circuit board (or plug-in receptacles) to the cell connectors.
  • each connecting element has a plug-in contact, in particular at the end--facing the printed circuit board.
  • the plug contact can be plugged in with one of the plug receptacles so that it makes electrical contact.
  • the plug-in process takes place in such a way that the connection can be released again and later plugged in again. Alternatively, however, once the plug-in connection has been made, it cannot be detached.
  • Each of the plug contacts is preferably embedded in the support frame and thereby mechanically firmly attached to this.
  • the plug contacts can also be embedded in a cover assigned to the support frame and thus indirectly embedded in the support frame and fastened to it.
  • the support frame is in particular made of plastic, as is any cover provided.
  • the embedding of the plug contacts can be realized, for example, by injection into the plastic. It is also possible to implement the embedding by means of a seal to the support frame or to a cover assigned to the support frame.
  • the plug-in contact is designed as a plug and the plug-in receptacle is designed as a socket, but this can also be the other way around.
  • the plug contacts of the connecting elements facing the printed circuit board are guided through recesses in the support frame or in a cover assigned to the support frame into the area of the receptacle or are guided via their connecting element over the edge of the support frame into the area of the receptacle. in order to achieve pluggability with the plug-in receptacles on the printed circuit board.
  • the printed circuit board can be inserted into the receptacle, with the plug contacts being plugged into or with the plug receptacles (in particular simultaneously or automatically with the insertion).
  • the circuit board also has at least one communication interface for data exchange of information with a respective remote station.
  • Information is any information that is useful or necessary for battery management, in particular information about currents, voltages and temperatures of the contacted battery in the installed state or when the battery is in operation.
  • the remote station can be a communication interface of another printed circuit board, in particular another electronic component, or a remote station inside or outside the cell contacting system, e.g. an external evaluation unit, central controller, etc.
  • measurement signals from the battery are received or generated on the printed circuit board.
  • a conversion of such measurement signals into a data-transmittable signal takes place on the printed circuit board in order to transmit this via the communication interface.
  • the cell connectors that do not belong to the electronic component are in particular not embedded in the support frame, encapsulated, melted by it, etc. At most, the support frame is plugged onto the cell connector or attached to them in some other way.
  • a printed circuit board is introduced/integrated into the cell contacting system, which carries out electrical transmission/processing of measurement signals.
  • the cell contacting system with the electronic components is expanded by the communication interface in such a way that a data transmission system (wired or wireless) can be used for communication between individual printed circuit boards or cells of a module and between several battery modules.
  • the printed circuit board or printed circuit boards is or are surrounded by a support frame, in particular a plastic frame, in which preferably plug contacts, in particular press-in zone pins (or PTH pins), are embedded in order to connect the cell connectors thanks to the connecting elements (in particular indirectly via a Enamelled copper wire or directly with a conductor bridge) to be able to contact the printed circuit board.
  • the support frame preferably completely surrounds the edge of the printed circuit board after it has been inserted into the receptacle of the support frame.
  • the printed circuit board PCB, Printed Circuit Board
  • ZKS cell contacting system
  • the pluggability, in particular press-in zone technology results in minimal thermal and mechanical stress during the assembly of the circuit board.
  • the optional wire laying of a copper enamel wire as a contact allows thermal movements in the cell contacting system through flexibility or 3D mobility. This is to be understood in such a way that the wire can compensate for or yield to movements, displacements of its ends or fixing points in all three spatial directions, i.e.
  • a data transmission can be designed in any way in the ZKS itself and between ZKS to a remote station / evaluation unit etc.
  • an electronic component (printed circuit board with corresponding components) is integrated into the cell contacting system, which converts the measurement signals of the signal lines (connecting elements) into a signal (e.g. digital signal) that can be used for data transmission systems (transmission via the communication interface).
  • a data transmission system e.g. BUS, wired or wireless
  • Free adaptation to the number of cells in a battery is possible with the optional wire laying technology.
  • the use of overmoulded stamped grids (for the plug contacts/connecting elements) is possible.
  • a recording of the PCB can be designed in such a way that the PCB/FPC (Flexible Printed Circuit)/RFPC (Rigid Flex Printed Circuit) - or a combination of these - can still be used after the ZKS has been installed in the battery system or after the ZKS itself has been installed can be included.
  • PCB/FPC Flexible Printed Circuit
  • RFPC Rigid Flex Printed Circuit
  • the invention is based on the finding that in the products (cell contacting systems) currently known from practice, electromechanical line systems are used for signal transmission.
  • the signal processing is usually implemented externally (i.e. outside the ZKS). Sensors are connected directly to the components to be monitored, remote from the processing electronics. Analog (measuring) signals are implemented using FPC or Cu conductors with plug connections.
  • the control unit/PCB is usually located externally.
  • the result is an integration of electronics in cell contacting systems (single/multicell design).
  • the result is electronics with temperature measurement on cell connectors and press-fit housing.
  • the result is an extension of cell contact systems by one or more electrically conductive components, which enable the forwarding and connection of signal and sensor lines within battery systems for further processing.
  • At least one of the plug contacts is a press-in zone pin or a PTH pin (plated through hole).
  • Such pins as plug contacts are available on the market and offer reliable and simple contacting.
  • At least one of the connecting elements is a one-piece direct connector between the printed circuit board and the cell connector.
  • the direct connector is equipped with thermal length compensation, e.g. a bridge-like, multiple bend and a spring property, i.e. a "spring bridge”.
  • the direct connector is in particular made in one piece, continuously from one material, in particular without joints. This results in a particularly simple embodiment.
  • At least one of the connecting elements is designed in multiple parts and contains a fixed section facing the printed circuit board with the plug contact and a wire section facing the cell connector.
  • the wire section contains at least one wire holder connected to the fixed section, in particular a clamping fork/a fork contact, for a connecting wire and the connecting wire leading from the wire holder to the cell connector.
  • the connecting element is therefore made of several parts. Even if a material connection should arise in the assembled state, then such a joint is given in contrast to the above one-piece embodiment.
  • the connecting wire is in particular an enameled wire, in particular a copper enamelled wire. By laying the wire, a simple adjustment to the installation conditions is possible. In particular, the wire itself is flexible enough to ensure thermal or mechanical (vibration, movement) length compensation between the fixed section and the cell connector.
  • the support frame is mechanically attached to the cell connectors and/or a support structure that supports, holds or fixes the cell connectors themselves in an assembled state in the cell contacting system exclusively by means of the connecting elements and is thereby attached in the cell contacting system.
  • the support frame then does not have to be held separately mechanically.
  • the printed circuit board is held both electrically and mechanically on the support frame simply by plugging it onto the plug-in contacts.
  • the printed circuit board can then be plugged onto the plug contacts in both an electrically contacting and a mechanically connecting manner.
  • the support frame contains a mechanical interface in addition to the connecting elements and the support frame is at least partially mechanically attached to the cell connectors or another structure of the ZKS and thereby in the cell contacting system in the assembled state in the cell contacting system by means of the interface.
  • An additional mechanical fastening takes place, e.g. through the connecting elements.
  • the mechanical interface is set up for attachment to an intended cell connector and/or the above-mentioned support structure carrying the cell connectors.
  • the cell connector is known in terms of its geometry, properties, etc., and the interface is specially designed to fulfill a holding function for the support frame together with the cell connector, e.g. by dimensioning a positive or frictional connection, e.g. an undercut, a clamp, a snap-in connection, etc.
  • the mechanical interface is set up for attachment to an intended cell connector and/or the support structure in that it is designed as a clip-on holder for attaching the support frame to an intended counter-structure on the cell connector.
  • the counter-structure is, for example, a sheet-like tongue or tab on the cell connector, which dimensions are known (see above).
  • the support frame or the interface can then be plugged onto the counter-structure for attachment and held there securely, in particular by appropriately dimensioned frictional engagement or positive engagement.
  • the electronic component contains a temperature sensor which is permanently attached to the circuit board.
  • this is arranged in such a way that in the assembled state, i.e. when assembled as intended in relation to an intended cell contacting system, it makes direct thermally conductive contact with one of the cell connectors.
  • "Direct" means: at best with an interlayer of heat-conducting paste / foil or similar, but not so far away from the cell connector that the temperature first has to be transferred over a distance to the sensor, e.g. through a heat-conducting sheet metal or similar with the help of the circuit board directly on the cell connector.
  • the electronic component contains an alternative temperature sensor, which is designed as or in a unit that is separate from or from the printed circuit board.
  • the unit can be electrically connected to the printed circuit board or is connected in the assembled state.
  • the printed circuit board can be located at any location relative to a desired measurement point of a temperature. Only the unit, e.g. a separate circuit board with temperature sensor, needs to be placed at the measuring point (away from the circuit board).
  • the unit is or is then connected to the printed circuit board via a signal line / radio link / communication channel / etc. for the transmission of the temperature information (not the temperature itself).
  • the temperature information is then e.g. a voltage / current / resistance etc. correlated with the temperature.
  • the electronic component has connecting elements for exactly two cell connectors.
  • the electronic component is thus used Evaluation of the condition of a battery in relation to exactly two of its cell connectors. With this, for example, the voltage of an individual battery cell or its temperature, its impedance, current output, etc. can be determined.
  • a number of such electronic components can thus be placed in an entire battery and connected to one another so that they can communicate in order to be able to manage the entire battery.
  • the electronic component has connection elements for at least three, in particular all, cell connectors of an intended cell contacting system.
  • connection elements for at least three, in particular all, cell connectors of an intended cell contacting system.
  • the object of the invention is also achieved by a cell contacting system according to patent claim 13.
  • the cell contacting system contains a plurality of cell connectors, which are used for power contacting of battery cells, and at least one electronic component according to the invention.
  • the number, location, shape, geometry, relative position to one another, etc. of cell connectors and other structural parts is known. In particular, it is possible in this way to adapt an electronic component to a specific and not just intended cell contacting system.
  • the object of the invention is also achieved by a method according to patent claim 14 for producing a cell contacting system according to the invention.
  • the electronic component according to the invention is provided with the printed circuit board not yet inserted into the receptacle.
  • the electrical connection elements of the electronic component (without the printed circuit board) are then electrically connected to the cell connectors.
  • the printed circuit board is then inserted into the receptacle, contacting the plug receptacles with the plug contacts. This avoids thermal and mechanical stress on the printed circuit board during assembly of the cell contacting system itself (still without a printed circuit board).
  • the object of the invention is also achieved by a method according to patent claim 15 for producing a battery module.
  • the battery module contains a battery and a cell contacting system according to the invention that contacts the battery.
  • the electronic component according to the invention is provided with the printed circuit board not yet inserted into the receptacle.
  • the electrical connection elements of the electronic component are then electrically connected to the cell connectors.
  • the cell contact system that may have been completed to this point is connected to the battery.
  • the printed circuit board is inserted into the receptacle with the plug contacts making contact with the plug receptacles. This avoids thermal and mechanical stress on the printed circuit board during assembly of the cell contact system, including assembly on the battery.
  • the invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following embodiments.
  • the embodiments are sometimes also referred to as “the invention” for the sake of simplicity.
  • the embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and/or optionally also include embodiments that have not been mentioned before.
  • the printed circuit board can be designed as a rigid PCB (alternatively, it can also be flex or rigid-flex).
  • the support frame is in particular a plastic frame for accommodating the printed circuit board.
  • the plug contacts are embedded in the form of press-in zone pins in the plastic frame (the pins can also be PTH pins).
  • these are Cu pins for a special aluminum - Cu laser connection process.
  • An indirect connection of the printed circuit board to the cell connector is possible via connecting elements that contain forks with wire (copper enamel wire).
  • the holder for the printed circuit board or the support frame is mounted first in the ZKS.
  • connections are made to the ZKS or the cell connectors (copper enameled wire / laser welded connection).
  • the printed circuit board is connected mechanically and electrically in one step by pressing it onto the plug contacts (eg press-in zone pins).
  • the circuit board is connected to the housing (support frame/receptacle) via plug-in contacts or press-in zone pins (alternatively, additional plastic elements can also be used).
  • the circuit board is electrically connected to the cell connectors via plug-in contacts or press-in zone pins and a laser-welded connection.
  • the construction of the support frame or the mount is designed in such a way that: 1. the housing is mounted on the cell connectors, 2. the ZKS is completely assembled, 3. the electrical connection of the plug contacts (press-in zone pins) to the cell connectors is manufactured, 4. the printed circuit board is mounted by pressing it into the housing (support frame, mount).
  • the printed circuit board is therefore connected to the ZKS in a final assembly step.
  • An installation of a rigid PCB in a "breathing" ZKS thermal / mechanical movements of the components against each other) is possible by using a flexibility (as explained above) in the form of wire (e.g. enameled copper wire).
  • wire e.g. enameled copper wire
  • the plug-in technology (press-in zone pins) with integrated tolerance and length compensation results in a ZKS for permanently stable operation.
  • FIG. 1 shows an electronic component in an oblique view
  • FIG. 2 shows a cell contacting system with two electronic components according to FIG.
  • FIG. 3 shows an alternative electronic component in plan view
  • FIG. 4 shows the electronic component from FIG. 3 in an oblique view
  • FIG. 5 shows an alternative cell contacting system with three electronic components according to FIGS. 3 and 4
  • Figure 1 shows an electronic component 2 for a cell contacting system 4.
  • FIG. 2 shows two of the electronic components 2 from FIG. 1 in their assembled state in the cell contacting system 4.
  • the cell contacting system 4 contains a plurality of cell connectors 6, nine of which (6a-i) can be seen in FIG.
  • the cell connectors 6a-i are used for power contacting of battery cells of a battery, not shown in the figures.
  • the cell contacting system 4 is mounted on the battery by, among other things, the cell connectors 6a-i being welded to the battery poles.
  • the electronic component 2 contains a printed circuit board 8. This is part of a management arrangement, not shown in detail in the figures, in order to implement battery management on the battery during its operation.
  • the printed circuit board 8 contains five plug-in receptacles 10a-e, which are not visible in more detail in the figures, here in the form of PTHs (plated through holes), ie through-holes lined with metal.
  • the plug-in receptacles 10a-e are used to electrically connect the circuit board 8 to the cell connectors 6a-i via five connecting elements 12a-e in each case.
  • the connecting elements 12a-e are also part of the electronic component 2.
  • the electronic component 2 also contains a support frame 14, here a plastic frame, which has a receptacle 16 for the printed circuit board 8.
  • the receptacle 16 is here a trough-like or shell-like receptacle that is surrounded or formed by the plastic frame. In FIGS. 1 and 2, the printed circuit board 8 has already been inserted into the receptacle 16.
  • Each of the connecting elements 12a-e has a single-pole design and has a plug-in contact 18a-e on its respective end that faces the printed circuit board 8 in the assembled state.
  • the plug-in contacts 18a-e are also not visible in FIGS. 1 and 2, since they have already been fully inserted into the plug-in receptacles 10a-e.
  • the plug contacts 18a-e are press-in zone pins.
  • the combination of press-in zone pins and PTHs enables both electrical contacting and mechanically firm mounting between connecting element 12a-e and printed circuit board 8. All of the plug contacts 18a-e are mechanically firmly embedded in the support frame 14, which is not shown in FIGS. 1 and 2 for the sake of clarity.
  • the printed circuit board 8 is mounted in the support frame 14 or in the receptacle 16 or introduced into it by being inserted into the support frame 14 / receptacle 16 in the direction of the arrow 20 . Since the connecting elements 12a-e and thus also their ends designed as plug contacts 18a-e are firmly attached to the support frame 14, they are simultaneously pressed into the plug-in receptacles 10a-e of the circuit board 8 and thus produce a respective electrical contact and a mechanical connection .
  • the printed circuit board 8 can be inserted into the support frame 14 or the receptacle 16 in the direction of the arrow 20, with the insertion taking place while the plug contacts 18a-e are plugged in or inserted into the plug receptacles 10a-e.
  • the printed circuit board 8 also has two communication interfaces 22a-b, which are also part of the electronic component 2.
  • Each of the communication interfaces 22a, b is designed here in the form of four wire holders 24 connected to the printed circuit board 8, here fork contacts or clamping forks.
  • the fork contacts are cast in the support frame 14 or mechanically fixed in this and have plug contacts for corresponding plug-in receptacles in the printed circuit board 8.
  • Each of the wire holders 24 is used for electrically contacting and mechanically fastening recording of a connecting wire 28 only symbolically indicated, here for example CU magnet wire.
  • the communication then takes place via the corresponding connecting wire 28 as an electrical communication line/communication medium for data exchange with a remote station 26 indicated only symbolically in the figures, here an external management unit for the battery.
  • the connecting elements 12a-e are one-piece direct connectors between the printed circuit board 8 and the respective cell connector 6a-i.
  • the support frame 14 is exclusively on the connecting elements 12a-e and exclusively on the cell connectors 6a-i and / or not shown, the Cell connector 6a-i supporting structure in the cell contacting system 4 held mechanically.
  • the printed circuit board 8 is also mechanically fixed in the receptacle 16 via the connection of the plug-in receptacles 10a-e with the plug-in contacts 18a-e.
  • An additional form-fitting mounting is also achieved by enclosing the printed circuit board 8 with the support frame 14.
  • circuit board 8 is designed as a multiple circuit board (multi-cell chip), ie it is designed for more than two, namely five cell connectors 6d,e,g,h,i (for circuit board 8 visible "in the front of the picture") , i.e. it can record their five possibly different potentials or other parameters.
  • multi-cell chip multi-cell chip
  • the ZKS 4 is mounted on the battery.
  • the signal lines (realized here by the connecting elements 12a-e) of the individual potential levels (e.g. potentials of the contacted cell connectors 6d,e,g,h,i) of the battery system are then connected to the individual printed circuit board 8 (here a PCB, alternatively also flex / flex -rigid PCB) summarized.
  • the potential levels are converted into a digital signal by means of the communication interfaces 22a, b via a data transmission system (BUS, bus system 44, here the connecting wires 28), here to the remote station 26.
  • BUS bus system 44, here the connecting wires 28
  • the Circuit board 8 is in a plastic frame, namely the support frame 14, used, in which the connecting elements 12a-e or the plug contacts 18a-e, here press-in pins (or PTH pins) are embedded. These pins (plug contacts 18a-e) are connected directly to the cell connectors 6d,e,g,h,i via the one-piece connecting elements 12a-e.
  • the connecting elements 12a-e are designed in several parts. Then the plug contacts 18a-e are indirectly connected to the cell connectors 6d,e,g,h,i via forks and CU enamelled wire laying, as indicated in the example for the communication interfaces 22a,b.
  • the method for producing the cell contacting system 4 is designed such that the receptacle 16 of the printed circuit board 8/the support frame 14 in the form of the plastic frame is mounted first.
  • the connections in the ZKS are then produced by connecting the connecting elements 12a-e, alternatively by laying the wire, which is not shown, to the embedded press-in zone pins (plug contacts 18a-e).
  • the printed circuit board 8 is mechanically and electrically connected to the receptacle 16 or the support frame 14 in one step by pressing onto the press-in zone pins, ie the plug contacts 18a-e.
  • the "MultiCell-Chip” variant picks up the signal for a temperature measurement via a separately designed sensor 30, here an NTC-PCB (NTC: temperature sensor, Negative Temperature Coefficient), and routes it via a supply line 32, here Cu lacquer wire, to the printed circuit board 8.
  • NTC-PCB temperature sensor, Negative Temperature Coefficient
  • the data is transmitted via BUS connections on the part of the communication interfaces 22a, b.
  • the contacting of the printed circuit board 8 by means of plug contacts 18a-e in the form of special Cu pins enables the use of a laser connection process in order (in the case of cell connectors 6 made of aluminum) to produce an aluminum-copper welded connection at the connection point between the cell connector 6 and the connection element 12 respectively.
  • FIG. 1 and 2 there is a multicell / ( Figures 3-5: single cell) electronics (electronic component 2 or circuit board 8) with temperature measurement / voltage measurement and balancing on the cell connector 6.
  • Figures 3-5 single cell electronics (electronic component 2 or circuit board 8) with temperature measurement / voltage measurement and balancing on the cell connector 6.
  • the fork contacts of the communication interfaces 22a, b are also designed as plug contacts on the printed circuit board 8 side. Here, too, contact is made with the printed circuit board 8 only when it is plugged on with corresponding plug-in receptacles (not designated separately in the figures).
  • FIGS. 3 to 5 show an alternative embodiment of an electronic component 2 and a cell contacting system 4 (FIG. 5, battery again not shown). A total of four cell connectors 6a-d and three electronic components 2 are included here.
  • the electronic component 2 is designed here as a "single-cell chip” variant (only makes contact with two cell connectors 6 each) and rests directly on one of the cell connectors 6a,c,d and uses an integrated temperature sensor 34, here a temperature sensor (NTC , indicated symbolically) the temperature of the cell connector 6a,c,d.
  • NTC temperature sensor
  • Two successive potentials are routed via connecting elements 12a, b (long press-in zone pins to the next potential (cell connector 6a, c, d). This also makes an impedance measurement possible.
  • the Connecting elements have the flexibility explained above, caused here (see especially in Fig. 4) by their S-shaped course between the points 13 and the support frame 14.
  • FIGS. 3 and 4 unlike in FIGS. 1 and 2, the mechanically fixed embedding of the connecting elements 12 and the corresponding structures of the communication interfaces 22a, b in the supporting frame 14 is shown or can be seen.
  • the fixed embedding forms a suitable starting point for successfully plugging the plug-in receptacles 10 onto the plug-in contacts 18 when inserting the printed circuit board 8 into the receptacle 16.
  • the electronic component comprises the support frame 14 with receptacle 16, with four connecting elements 12a-d being mechanically firmly embedded in the support frame 14. Only one communication interface 22a with a total of four fork contacts for wire connections is included per circuit board 8 here.
  • the printed circuit board 8 is also inserted in the direction of the arrow 20 into the receptacle 16 of the support frame 14.
  • the support frame 14 contains a mechanical interface 36 here.
  • the support frame 14 is mechanically attached to the cell connectors 6 by means of the interface 36 and thus in the entire cell contacting system 4.
  • the interface 36 has a total of four tabs 38, one Counter-structure 40, here gripping a tab of the cell connector 6 and thereby effecting a mechanical attachment.
  • the support frame 14 is pushed onto the counter-structure 40 in the direction of the arrow 42 .
  • the temperature sensor 34 also comes into contact with the counter-structure 40, that is to say the metal tab as an extension of the cell connector 6, so that the temperature of the cell connector 6 can be measured directly.
  • circuit board 8 in the form of a rigid PCB with a single-cell chip with integrated temperature measurement and impedance measurement.
  • the arrangement of the temperature sensor (chip) is below the cell connector 6a.
  • a medium not shown, adhesive or paste or rubber, with or without improved thermal conductivity properties
  • the temperature of the cell connector 6a is recorded with the temperature sensor 34 (the actual sensor/probe integrated in the chip).
  • Below the temperature sensor 34 (chip) there is a hole (not visible in the figures) in the printed circuit board 8 in order to reduce heat dissipation via the metallization of the printed circuit board 8 .
  • the actual temperature measurement takes place via the top side of the chip (facing the underside of the cell connector 6a) of the temperature sensor 34.
  • the impedance measurement is possible via the two connecting elements 12a, b and 12c, d per cell connector 6a and 6b.

Abstract

Eine Elektronikkomponente (2) für ein Zellkontaktiersystem (4) mit Zellverbindern (6a- i) dient zur Leistungskontaktierung von Batteriezellen einer Batterie und enthält eine Leiterplatte (8) einer Mess- und/oder Managementanordnung für die Batterie, mit Steckaufnahmen (10a-e) zur Verbindung mit den Zellverbindern (6a-i), einen Tragrahmen (14) mit Aufnahme (16) für die Leiterplatte (8), elektrische Verbindungselemente (12a- e) zur Verbindung von Leiterplatte (8) und Zellverbindern (6a-i) mit im Tragahmen (14) eingebetteten Steckkontakten (18a-e) für die Steckaufnahmen (10a-e), wobei die Leiterplatte (8) in die Aufnahme (16) unter Stecken der Steckaufnahmen (10a-e) mit den Steckkontakten (18a-e) einsetzbar ist, und mit einer Kommunikationsschnittstelle (22a, b). Ein Zellkontaktiersystem (4) mit Zellverbindern (6a- i) enthält mindestens eine Elektronikkomponente (2). Beim Herstellen eines Zellkontaktiersystems (4) werden zuerst die elektrischen Verbindungselemente (12a-e) mit den Zellverbindern (6a-i) verbunden und anschließend die Leiterplatte (8) in die Aufnahme (16) eingesetzt. Beim Herstellen eines Batteriemoduls werden zuerst die elektrischen Verbindungselemente (12a-e) mit den Zellverbindern (6a-i) verbunden, dann das Zellkontaktiersystem (4) mit der Batterie, und anschließend die Leiterplatte (8) in die Aufnahme (16) eingesetzt.

Description

Elektronikkomponente für ein Zellkontaktiersystem
Die Erfindung betrifft Zellkontaktiersysteme für elektrische Energiespeichereinrichtungen, hier insbesondere Batterien, insbesondere Antriebsbatterien für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge.
Elektrische Energiespeichereinrichtungen werden zum Speichern bzw. Zwischenspeichern von elektrischer Energie verwendet. Solche Energiespeichereinrichtungen können z.B. Akkumulatoren- oder Batteriepacks mit mehreren Zellen, d. h. Batterie- oder Akkuzellen umfassen. Solche Energiespeichereinrichtungen werden im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung der Einfachheit halber generell als "Batterien" bezeichnet. Anwendung finden derartige Batterien insbesondere als Antriebs- bzw. Fahrbatterien für elektrische Kraftfahrzeuge.
Zellkontaktiersysteme sind Verbindungssysteme, die dazu dienen, einzelne Zellen der Batterie, insbesondere Akkumulator- oder Batteriezellen bzw. aus mehreren Zellen bestehende Batterien elektrisch miteinander zu verbinden. Durch entsprechende Zellkontaktiersysteme werden die einzelnen Zellen oder Zellverbände zusammengeschaltet, so dass eine gewünschte Zielspannung an Anschlüssen bzw. Abgriffen der Zellkontaktiersysteme zur Verfügung steht.
Die Zellkontaktiersysteme enthalten dabei in der Regel auch Mittel, um sowohl die einzelnen Zellen als auch die gesamte Batterie z.B. hinsichtlich Temperaturen, Spannun- gen und Strömen zu überwachen bzw. im Lade- oder Entladebetrieb zu managen. Solche Mittel sind insbesondere Sensorleitungen, Sensoren oder auch elektronische Schaltungen.
Z.B. ist aus der EP 2 639 857 B1 ein Verbindungssystem für eine Energiespeichereinrichtung bekannt, wobei die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl an Zellen aufweist, mit einer Mehrzahl von durch ein Trägersystem gehalterten Zellverbindern zum elektrischen Zusammenschalten der Zellen, mit einer Speicherkontrolleinheit zur Überwachung eines Energievorrats und/oder Ladezustands der Zellen, wobei das Trägersystem dazu ausgebildet ist, die Speicherkontrolleinheit aufzunehmen und/oder zu haltern und wobei die Speicherkontrolleinheit mit dem Trägersystem integriert oder lösbar ausgebildet ist. Ein vom Trägersystem umfasstes Trägerteil weist eine Schnittstelle und / oder Aufnahme für die Speicherkontrolleinheit auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf ein Zellkontaktiersystem vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektronikkomponente gemäß Patentanspruch 1 für ein Zellkontaktiersystem. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Das Zellkontaktiersystem ist insbesondere ein solches für eine Antriebsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung geht davon aus, dass das Zellkontaktiersystem eine Mehrzahl von Zellverbindern aufweist, die zur Leistungskontaktierung von Batteriezellen einer Batterie dienen. Dies bedeutet, dass über die Zellverbinder die Batterieleistung aus dieser entnommen oder in diese eingespeist wird. Insbesondere ist die Elektronikkomponente im Hinblick auf ein bestimmungsgemäßes Zellkontaktiersystem ausgeführt. "Bestimmungsgemäß" heißt, dass die Elektronikkomponente auf ein bestimmtes oder einen bestimmten Typ von Zellkontaktiersystem bzw. Batterie konstruktiv abgestimmt ist und für den Einsatz dort vorgesehen ist; z.B. für die dadurch bestimmten Geometrieanforderungen, Leistungsanforderungen usw. ausgelegt ist. lm Sinne der oben genannten bestimmungsgemäßen Eignung werden im Rahmen der Anmeldung daher auch Eigenschaften von Zellkontaktiersystem bzw. Batterien beschrieben, obschon die eigentlichen Komponenten streng genommen nicht Teil, sondern Objekt der jeweiligen Erfindung sind. Diese Aussagen gelten jedoch sinngemäß auch für die weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Zellkontaktiersysteme bzw. Batterien und werden gegebenenfalls dort nicht nochmals explizit wiederholt.
Insbesondere ist daher auch eine (zumindest spätere, im Montagezustand) feste und bekannte geometrische Relativlage der Zellverbinder zueinander bzw. im Zellkontaktiersystem bekannt, zumindest wenn das Zellkontaktiersystem bestimmungsgemäß mit der Batterie verbunden ist.
Die Zellverbinder können eine Zellpolverbinderreihe bilden. Diese Zellpolverbinderreihe kann beispielsweise mehrere, insbesondere parallel zu einer Längsachse oder Querachse der Elektronikkomponente hintereinander gelegen angeordnete Zellpolverbinder aufweisen. Ein Zellpolverbinder ist zweckmäßigerweise zur elektrischen Verschaltung von jeweils zumindest zwei Zellpolen von Batteriezellen der Batterie ausgebildet.
Die Elektronikkomponente enthält eine Leiterplatte einer Mess- und/oder Managementanordnung für die Batterie, wobei jede der Leiterplatten Steckaufnahmen zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte (bzw. deren Leitungen / Komponenten) mit den Zellverbindern aufweist. Die Elektronikkomponente enthält mindestens einen, insbesondere zwischen den Zellverbindern anordenbaren bzw. im Montagezustand angeordneten, Tragrahmen, der eine Aufnahme für die Leiterplatte aufweist. Die Leiterplatte kann dabei insbesondere auch mehrteilig ausgeführt sein.
Die Elektronikkomponente enthält eine Mehrzahl von, insbesondere einpoligen, elektrischen Verbindungselementen zur jeweiligen elektrischen Verbindung der Leiterplatte (bzw. Steckaufnahmen) mit den Zellverbindern. Dabei weist jedes Verbindungselement, insbesondere endseitig - der Leiterplatte zugewandt, einen Steckkontakt auf. Der Steckkontakt ist mit einer der Steckaufnahmen elektrisch kontaktierend steckbar. Insbesondere geschieht der Steckvorgang so, dass die Verbindung wieder lösbar und später erneut steckbar ist. Alternativ ist die einmal hergestellte Steckverbindung jedoch unlösbar. Jeder der Steckkontakte ist vorzugsweise im Tragahmen eingebettet und dadurch mechanisch fest an diesem befestigt. In einer alternativen Ausführungsform können die Steckkontakte auch in einer dem Tragrahmen zugeordneten Abdeckung eingebettet und damit mittelbar im Tragrahmen eingebettet und an diesem befestigt sein. Der Tragrahmen ist insbesondere aus Kunststoff gefertigt, ebenso wie eine etwaig vorgesehene Abdeckung. Die Einbettung der Steckkontakte kann dabei beispielsweise durch Einspritzen in den Kunststoff realisiert werden. Es ist auch möglich, die Einbettung mittels einer Abdichtung zum Tragrahmen oder zu einer dem Tragrahmen zugeordneten Abdeckung zu realisieren. Insbesondere ist der Steckkontakt als Stecker und die Steckaufnahme als Buchse ausgeführt, dies kann aber auch umgekehrt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die der Leiterplatte zugewandten Steckkontakte der Verbindungselemente durch Aussparungen im Tragrahmen oder in einer dem Tragrahmen zugeordneten Abdeckung in den Bereich der Aufnahme hindurchgeführt sind oder über ihr Verbindungselement über den Rand des T ragrahmens in den Bereich der Aufnahme geführt sind, um eine Steckbarkeit mit den Steckaufnahmen der Leiterplatte zu realisieren.
Die Leiterplatte ist in die Aufnahme einsetzbar, wobei dabei (insbesondere gleichzeitig bzw. automatisch mit dem Einsetzen) ein Stecken der Steckkontakte in bzw. mit den Steckaufnahmen erfolgt.
Die Leiterplatte weist außerdem mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch von Informationen mit einer jeweiligen Gegenstelle auf. Informationen sind jegliche für ein Batteriemanagement nützliche oder notwendige Informationen, insbesondere solche über Ströme, Spannungen und Temperaturen der kontaktierten Batterie im Montagezustand bzw. im Betrieb der Batterie.
Eine Kommunikation kann dabei ausgehend von der Leiterplatte in eine oder beide Richtungen (eingehend/ausgehend) erfolgen. Die Gegenstelle kann eine Kommunikationsschnittstelle einer anderen Leiterplatte, insbesondere einer anderen Elektronikkomponente, oder eine Gegenstelle innerhalb oder außerhalb des Zellkontaktiersystems sein, z.B. eine externe Auswerteeinheit, Zentralsteuerung etc. Auf der Leiterplatte werden insbesondere Messignale aus der Batterie (Spannungen, Ströme, Temperaturen etc.) empfangen oder erzeugt. Auf der Leiterplatte findet insbesondere eine Umwandlung solcher Messsignale in ein datenübertragbares Signal statt, um dieses über die Kommunikationsschnittstelle zu übertragen.
Die nicht zur Elektronikkomponente gehörenden Zellverbinder sind insbesondere nicht im Tragrahmen eingebettet, vergossen, von diesem umschmolzen etc. Allenfalls ist der Tragrahmen dabei auf Zellverbinder aufgesteckt bzw. anderweitig an diesen befestigt.
Gemäß der Erfindung ergibt sich das Einbringen/Integrieren einer Leiterplatte in das Zellkontaktiersystem, welche eine elektrische Weiterleitung / Verarbeitung von Messsignalen ausführt. Das Zellkontaktiersystem mit den elektronischen Komponenten (Leiterplatte etc.) wird durch die Kommunikationsschnittstelle so erweitert, dass ein Datenübertragungssystem (leitungsgebunden oder per Funk) für die Kommunikation zwischen einzelnen Leiterplatten bzw. Zellen eines Moduls und zwischen mehreren Batteriemodulen verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung ist die Leiterplatte bzw. sind die Leiterplatten von einem Tragrahmen, insbesondere Kunststoffrahmen, umgeben, in welchen vorzugsweise Steckkontakte, insbesondere Einpresszonen-Pins (oder PTH-Pins), eingebettet sind, um die Zellverbinder dank der Verbindungselemente (insbesondere indirekt über einen Cu- Lackdraht oder direkt mit einer Leiterbrücke) mit der Leiterplatte kontaktieren zu können. Der Tragrahmen umgibt den Rand der Leiterplatte nach dem Einsetzen derselben in die Aufnahme des Tragrahmens vorzugsweise vollständig.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Montage der Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) erst nach Anschweißen des Zellkontaktiersystems (ZKS) auf die Batterie (Zelle) vorzunehmen. Durch die Steckbarkeit, insbesondere Einpresszonen-Technik, ist es möglich, die, insbesondere starre, Leiterplatte als letzten Montageschritt in das ZKS einzusetzen und auch erst nachdem alle vorgehenden Prozessschritte erfolgreich sind. Durch die Steckbarkeit, insbesondere Einpresszonen-Technologie, ergibt sich eine minimale thermische und mechanische Belastung während der Montage der Leiterplatte. Die optionale Drahtverlegung eines Cu-Lackdrahtes als Kontaktierung erlaubt thermische Bewegungen im Zellkontaktiersystem durch Nachgiebigkeiten bzw. eine 3D-Be- weglichkeit. Dies ist so zu verstehen, dass der Draht Bewegungen, Verschiebungen seiner Enden bzw. Fixierstellen in allen drei Raumrichtungen, also in 3D, ausgleichen bzw. diesen nachgeben kann. Dies wird insbesondere erreicht durch einen geschwungenen bzw. brückenförmigen bzw. U-förmigen oder S-förmigen Verlauf des Drahtes. Entsprechendes gilt auch für eine Formgebung der Verbindungselemente. Eine Datenübertragung kann im ZKS selbst und zwischen ZKS bis zu einer Gegenstelle / Auswerteinheit etc. beliebig gestaltet werden.
Gemäß der Erfindung ergibt sich die Integration einer elektronischen Komponente (Leiterplatte mit entsprechenden Komponenten) in das Zellkontaktiersystem, welche die Messsignale der Signalleitungen (Verbindungselemente) in ein für Datenübertragungssysteme (Übertragung über die Kommunikationsschnittstelle) verwendbares Signal (z.B. Digitalsignal) umwandelt. Es ergibt sich die Möglichkeit der Integration eines Datenübertragungssystems (z.B. BUS, leitungsgeführt oder drahtlos) in das ZKS. Eine freie Anpassung auf die Zellanzahl einer Batterie ist durch die optionale Drahtverlegetechnik möglich. Der Einsatz von umspritzten Stanzgittern (für die Steckkontakte / Verbindungselemente) ist möglich. Eine Aufnahme des PCB kann so gestaltet werden, dass die PCB/FPC(Flexible Printed Circuit)/RFPC(Rigid Flex Printed Circuit) - oder auch eine Kombination daraus - auch nach der Montage des ZKS ins Batteriesystem oder nach der Montage des ZKS selbst noch aufgenommen werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in den aktuell aus der Praxis bekannten Produkten (Zellkontaktiersysteme) zur Signalleitung elektromechanische Leitungssysteme verwendet werden. Die Signalverarbeitung wird meist extern (also außerhalb des ZKS) realisiert. Die Anbindung von Sensoren erfolgt direkt auf den zu beobachtenden Bauteilen abgesetzt von der Verarbeitungselektronik. Analoge (Mess-)Signale werden mittels FPC oder Cu-Leiter mit Steckverbindungen realisiert. Die Kontrolleinheit/PCB ist meist extern angeordnet.
Gemäß der Erfindung ergibt sich eine Alternative zu den aus der Praxis bekannten bestehenden Lösungen für die Weiterleitung physikalischer Zustandsgrößen von und zwischen Batteriekomponenten zu einer dezentralen Signalauswertung oder Verarbeitung ohne Verkabelung der Einzelkomponenten. Es ergibt sich eine Funktionsintegration von separaten Teilbaugruppen und Sensoriken.
Es ergibt sich eine Integration von Elektronik in Zellkontaktiersysteme (Single-/Mul- ticell-Design). Es ergibt sich eine Elektronik mit Temperaturmessung auf Zellverbindern und ein Einpresszonenhousing. Es ergibt sich eine Erweiterung von Zellkontakiersyste- men um eine oder mehrere elektrisch leitende Komponenten, welche die Weiterleitung und Verschaltung von Signal- und Sensorleitungen innerhalb von Batteriesystemen zur weiteren Verarbeitung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der Steckkontakte ein Einpresszonenpin oder ein PTH-Pin (plated through hole). Derartige Pins als Steckkontakte sind am Markt erhältlich und bieten eine zuverlässige und einfache Kontaktierung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Verbindungselemente ein einstückiger Direktverbinder zwischen Leiterplatte und Zellverbinder. Insbesondere ist der Direktverbinder mit einem thermischen Längenausgleich ausgerüstet, z.B. einer brückenartigen, mehrfachen Abwinkelung und einer Federeigenschaft, also eine "Federbrücke". Der Direktverbinder ist insbesondere einteilig, durchgehend aus einem Material, insbesondere ohne Fügestellen gefertigt. So ergibt sich eine besonders einfache Ausführungsform.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Verbindungselemente mehrteilig ausgeführt und enthält einen der Leiterplatte zugewandten Festabschnitt mit dem Steckkontakt und einen dem Zellverbinder zugewandten Drahtabschnitt. Der Drahtabschnitt enthält wenigstens einen mit dem Festabschnitt verbundenen Drahthalter, insbesondere eine Klemmgabel / einen Gabelkontakt, für einen Verbindungsdraht und den von dem Drahthalter zum Zellverbinder führenden Verbindungsdraht. Das Verbindungselement ist daher aus mehreren Teilen gefertigt. Selbst wenn im Montagezustand dabei eine stoffschlüssige Verbindung entstehen sollte, dann ist so eine Fügestelle in Abgrenzung zur obigen einstückigen Ausführungsform gegeben. Der Verbindungsdraht ist insbesondere ein Lackdraht, insbesondere ein Cu-Lack- draht. Durch die Drahtverlegung ist vor allem eine einfache Anpassung an Montagegegebenheiten möglich. Der Draht ist insbesondere an sich flexibel genug, um einen thermischen oder mechanischen (Vibrationen, Bewegungen) Längenausgleich zwischen Festabschnitt und Zellverbinder zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Tragrahmen in einem Montagezustand im Zellkontaktiersystem ausschließlich vermittels der Verbindungselemente mechanisch an den Zellverbindern und/oder einer wiederum die Zellverbinder selbst tragenden, haltenden bzw. fixierenden Tragstruktur befestigt und dadurch im Zellkontaktierungssystem befestigt. Der Tragrahmen muss dann nicht gesondert mechanisch gehalten werden.
Insbesondere ist entsprechend die Leiterplatte alleine durch Aufstecken auf die Steckkontakte sowohl elektrisch als auch mechanisch am Tragrahmen gehalten. Auch hier entfällt dann die Notwendigkeit einer anderweitigen Befestigung der Leiterplatte am Tragrahmen oder einer anderen Haltestruktur. Die Leiterplatte ist dann also sowohl elektrisch kontaktierend als auch mechanisch verbindend auf die Steckkontakte aufsteckbar.
In einer alternativen Ausführungsform zu oben enthält der Tragrahmen neben den Verbindungselementen eine mechanische Schnittstelle und der Tragrahmen ist im Montagezustand im Zellkontaktiersystem zumindest teilweise vermittels der Schnittstelle mechanisch an den Zellverbindern oder einer anderen Struktur des ZKS und dadurch im Zellkontaktiersystem befestigt. Eine zusätzliche mechanische Befestigung erfolgt z.B. durch die Verbindungselemente.
In einer bevorzugten Variante der genannten Ausführungsform ist die mechanische Schnittstelle zur Befestigung an einem bestimmungsgemäßen Zellverbinder und/oder der oben genannten, die Zellverbinder tragenden Tragstruktur eingerichtet. Gemäß den obigen Ausführungen ist also der Zellverbinder hinsichtlich seiner Geometrie, Eigenschaften usw. bekannt und die Schnittstelle ist speziell darauf ausgelegt, um zusammen mit dem Zellverbinder eine Haltefunktion für den Tragrahmen zu erfüllen, z.B. durch Dimensionierung eines Form- oder Reibschlusses, z.B. einer Umgreifung, eines Hinterschnitts, einer Klemmung, einer Rastverbindung usw. ln einer bevorzugten Variante der genannten Ausführungsform ist die mechanische Schnittstelle dadurch zur Befestigung an einem bestimmungsgemäßen Zellverbinder und/oder der Tragstruktur eingerichtet, dass sie als Aufsteckhalter zum Aufstecken des Tragrahmens auf eine bestimmungsgemäße Gegenstruktur am Zellverbinder ausgebildet ist. Die Gegenstruktur ist z.B. eine in ihren Dimensionen bekannte (s.o.) blattartige Zunge oder Lasche am Zellverbinder. Der Tragrahmen bzw. die Schnittstelle kann dann auf die Gegenstruktur zur Befestigung aufgesteckt und insbesondere durch entsprechend dimensionierten Reibschluss oder Formschluss dort sicher gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Elektronikkomponente einen Temperaturfühler, der fest auf der Leiterplatte angebracht ist. Insbesondere ist dieser so angeordnet, dass er im Montagezustand, d.h. bei bestimmungsgemäßer Montage in Relation zu einem bestimmungsgemäßen Zellkontaktiersystem einen der Zellverbinder direkt wärmeleitend kontaktiert. "Direkt" bedeutet: allenfalls unter Zwischenlage einer Wärmeleitpaste / Folie o.ä., nicht jedoch so weit entfernt vom Zellverbinder, dass erst eine streckenhafte Übertragung der Temperatur zum Fühler nötig wäre, z.B. durch ein Wärmeleitblech o.ä. So kann eine direkte Temperaturmessung mit Hilfe der Platine direkt am Zellverbinder erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Elektronikkomponente einen alternativen Temperaturfühler, der als oder in einer zur bzw. von der Leiterplatte separaten Einheit ausgeführt ist. Die Einheit ist elektrisch mit der Leiterplatte verbindbar oder im Montagezustand verbunden. Somit kann die Leiterplatte im Montagezustand an einem beliebigen Ort relativ zu einer gewünschten Messstelle einer Temperatur liegen. An der Messstelle ist dann nur (entfernt von der Leiterplatte) die Einheit, z.B. eine separate Leiterplatte mit Temperaturfühler, zu platzieren. Die Einheit wird oder ist dann über eine Signalleitung / Funkstrecke / Kommunikationskanal / etc. zur Übertragung der Temperaturinformation (nicht der Temperatur selbst) mit der Leiterplatte verbunden. Die Temperaturinformation ist dann z.B. eine mit der Temperatur korrelierte Spannung / Strom / Widerstand etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Elektronikkomponente Verbindungselemente für genau zwei Zellverbinder auf. Die Elektronikkomponente dient damit der Auswertung des Zustandes einer Batterie in Bezug auf genau zwei von deren Zellverbindern. Damit kann z.B. die Spannung einer einzelnen Batteriezelle oder deren Temperatur, deren Impedanz, Stromleistung usw. ermittelt werden. In einer gesamten Batterie können so eine Reihe von derartigen Elektronikkomponenten platziert und kommunizierend miteinander verbunden werden, um die gesamte Batterie managen zu können.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Elektronikkomponente Verbindungselemente für mindestens drei, insbesondere alle Zellverbinder eines bestimmungsgemäßen Zellkontaktiersystems auf. Somit kann bereits auf Ebene der Leiterplatte eine Auswertung komplexerer Zusammenhänge im ZKS bzw. - im Montagezustand und Betrieb - in der Batterie ermittelt werden. So reicht z.B. eine einzige Leiterplatte zur Bewerkstelligung eines gesamten Batteriemonitorings oder sogar -managements aus.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Zellkontaktiersystem gemäß Patentanspruch 13. Das Zellkontaktiersystem und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektronikkomponente erläutert. Das Zellkontaktiersystem enthält eine Mehrzahl von Zellverbindern, die zur Leistungskontaktierung von Batteriezellen dienen, und mindestens eine erfindungsgemäße Elektronikkomponente. In einem entsprechenden Zellkontaktiersystem ist die Anzahl, Lage, Gestalt, Geometrie, Relativposition zueinander usw. von Zellverbindern und sonstigen Strukturteilen bekannt. Insbesondere ist so die Anpassung einer Elektronikkomponente an ein konkretes und nicht nur bestimmungsgemäßes Zellkontaktiersystem möglich.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Zellkontaktiersystems. Bei dem Verfahren wird die erfindungsgemäße Elektronikkomponente mit noch nicht in die Aufnahme eingesetzter Leiterplatte bereitgestellt. Zuerst werden dann die elektrischen Verbindungselemente der Elektronikkomponente (ohne Leiterplatte) mit den Zellverbindern elektrisch verbunden. Anschließend wird die Leiterplatte unter Kontaktierung der Steckaufnahmen mit den Steckkontakten in die Aufnahme eingesetzt. So wird eine thermische und mechanische Belastung der Leiterplatte während der Montage des Zellkontaktiersystems selbst (noch ohne Leiterplatte) vermieden. Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 zum Herstellen eines Batteriemoduls. Das Batteriemodul enthält eine Batterie und ein die Batterie kontaktierendes, erfindungsgemäßes Zellkontaktiersystem. Bei dem Verfahren wird die erfindungsgemäße Elektronikkomponente mit noch nicht in die Aufnahme eingesetzter Leiterplatte bereitgestellt. Zuerst werden dann die elektrischen Verbindungselemente der Elektronikkomponente (ohne Leiterplatte) mit den Zellverbindern elektrisch verbunden. Außerdem wird (vorher, zeitgleich oder später) das ggf. so weit fertiggestellte Zellkontaktiersystem mit der Batterie verbunden. Nach diesem Schritt, also anschließend wird die Leiterplatte unter Kontaktierung der Steckaufnahmen mit den Steckkontakten in die Aufnahme eingesetzt. So wird eine thermische und mechanische Belastung der Leiterplatte während der Montage des Zellkontaktiersystems, auch der Montage auf die Batterie vermieden.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch "die Erfindung" genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
Die Leiterplatte kann als Rigid PCB (alternativ kann sie auch Flex oder Starr-Flex ausgeführt sein) ausgeführt sein. Der Tragrahmen ist insbesondere ein Kunststoffrahmen für die Aufnahme der Leiterplatte. Es erfolgt insbesondere eine Einbettung der Steckkontakte in Form von Einpresszonen-Pins in den Kunststoffrahmen (die Pins können auch PTH Pins sein). Es handelt sich insbesondere um Cu-Pins für ein spezielles Laser-Verbindungsverfahren Alu - Cu. Es erfolgt insbesondere eine direkte Anbindung mittiger Pins von der Leiterplatte an die Zellverbinder. Eine indirekte Anbindung der Leiterplatte über Verbindungselemente, die Gabeln mit Draht (Cu-Lackdraht) enthalten, an die Zellverbinder ist möglich. Die Aufnahme für die Leiterplatte bzw. der Tragrahmen wird insbesondere zuerst im ZKS montiert. Dann werden Verbindungen zum ZKS bzw. den Zellverbindern (Cu- Lackdraht / Laserschweissverbindung) hergestellt. Abschließend wird die Leiterplatte über Eindrücken auf die Steckkontakte (z.B. Einpresszonenpins) mechanisch und elektrisch in einem Schritt verbunden. Die Verbindung der Leiterplatte zum Housing (Tragrahmen / Aufnahme) erfolgt über Steckkontakte bzw. Einpresszonenpins (kann alternativ auch über zusätzliche Kunststoffelemente erfolgen). Die elektrische Verbindung der Leiterplatte zu den Zellverbindern erfolgt über Steckkontakte bzw. Einpresszonenpins und Laserschweissverbindung.
Die Konstruktion des Tragrahmens bzw. der Aufnahme (PCB housing) ist insbesondere so gestaltet, dass: 1. das Housing auf die Zellverbinder montiert wird, 2. das ZKS komplett assembliert wird, 3. die elektrische Verbindung der Steckkontakte (Einpresszonenpins) zu den Zellverbindern hergestellt wird, 4. die Leiterplatte durch Einpressen im Housing (Tragrahmen, Aufnahme) montiert wird.
Die Leiterplatte wird also in einem abschließenden Montageschritt mit dem ZKS verbunden. Hierbei ergeben sich minimale Belastung des PCB durch den Einsatz der Stecktechnik (Einpresszonentechnologie). Ein Einbau eines starren PCB in ein „atmendes” ZKS (thermische / mechanische Bewegungen der Komponenten gegeneinander) ist möglich durch den Einsatz einer Nachgiebigkeit (wie oben erläutert) in Form von Draht (z.B. Cu- Lackdraht). Dank der Kommunikationsschnittstellen ist die Erstellung eines Bussystem innerhalb des ZKS / Moduls, insbesondere durch Draht (z.B. Cu-Lack- draht) möglich.
Durch die Stecktechnik (Einpresszonenpins) mit integriertem Toleranz- und Längenausgleich ergibt sich ein ZKS für einen dauerstabilen Betrieb.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
Figur 1 eine Elektronikkomponente in Schrägansicht,
Figur 2 ein Zellkontaktiersystem mit zwei Elektronikkomponenten gemäß Fig. 1
Figur 3 eine alternative Elektronikkomponente in Draufsicht,
Figur 4 die Elektronikkomponente aus Fig. 3 in Schrägansicht, Figur 5 ein alternatives Zellkontaktiersystem mit drei Elektronikkomponenten gemäß Figs. 3 und 4
Figur 1 zeigt eine Elektronikkomponente 2 für ein Zellkontaktiersystem 4.
Figur 2 zeigt zwei der Elektronikkomponenten 2 aus Figur 1 in ihrem Montagezustand im Zellkontaktiersystem 4. Das Zellkontaktiersystem 4 enthält eine Mehrzahl von Zellverbindern 6, von denen in Figur 2 neun Stück (6a-i) erkennbar sind. Die Zellverbinder 6a-i dienen zur Leistungskontaktierung von in den Figuren nicht dargestellten Batteriezellen einer Batterie. Bei der nicht dargestellten Endmontage eines Batteriesystems wird das Zellkontaktiersystem 4 auf der Batterie montiert, indem unter anderem die Zellverbinder 6a-i mit den Batteriepolen verschweißt werden.
Die Elektronikkomponente 2 enthält eine Leiterplatte 8. Diese ist Teil einer in den Figuren nicht näher dargestellten Managementanordnung, um ein Batteriemanagement an der Batterie bei deren Betrieb zu realisieren. Die Leiterplatte 8 enthält im Beispiel fünf in den Figuren nicht näher sichtbare Steckaufnahmen 10a-e, hier in Form von PTHs (plated through hole), also metallisch ausgekleideten Durchgangsbohrungen. Die Steckaufnahmen 10a-e dienen zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte 8 mit den Zellverbindern 6a-i über hier jeweils fünf Verbindungselemente 12a-e. Die Verbindungselemente 12a-e sind ebenfalls Teil der Elektronikkomponente 2.
Die Elektronikkomponente 2 enthält außerdem einen Tragrahmen 14, hier einen Kunststoffrahmen, der eine Aufnahme 16 für die Leiterplatte 8 aufweist. Die Aufnahme 16 ist hier ein wannen- oder schalenartiger Aufnahmeraum, der vom Kunststoffrahmen umgeben bzw. gebildet ist. In den Figuren 1 und 2 ist die Leiterplatte 8 bereits in die Aufnahme 16 eingesetzt.
Jedes der Verbindungselemente 12a-e ist hier einpolig ausgeführt und weist an seinem jeweiligen, im Montagezustand der Leiterplatte 8 zugewandten Ende einen Steckkontakt 18a-e auf. Die Steckkontakte 18a-e sind in den Figuren 1 und 2 ebenfalls nicht sichtbar, da diese bereits vollständig in die Steckaufnahmen 10a-e eingesteckt sind.
Die Steckkontakte 18a-e sind im Ausführungsbeispiel Einpresszonenpins. Die Kombination aus Einpresszonenpins und PTHs ermöglicht sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch eine mechanisch feste Halterung zwischen Verbindungselement 12a-e und Leiterplatte 8. Sämtliche Steckkontakte 18a-e sind jeweils im Tragrahmen 14 mechanisch fest eingebettet, was in den Figuren 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
So ist folgendes möglich: Die Leiterplatte 8 wird in dem Tragrahmen 14 bzw. in der Aufnahme 16 montiert bzw. in diese eingebracht, in dem sie in Richtung des Pfeils 20 in den Tragrahmen 14 / die Aufnahme 16 eingeführt wird. Da die Verbindungselemente 12a-e und damit auch deren als Steckkontakte 18a-e ausgeführte Enden fest am Tragrahmen 14 befestigt sind, werden diese dabei gleichzeitig in die Steckaufnahmen 10a- e der Leiterplatte 8 eingedrückt und stellen so einen jeweiligen elektrischen Kontakt und eine mechanische Verbindung her. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte 8 also in Richtung des Pfeils 20 in den Tragrahmen 14 bzw. die Aufnahme 16 einsetzbar, wobei das Einsetzen unter gleichzeitigem Stecken bzw. Einstecken bzw. Einführen der Steckkontakte 18a-e in die Steckaufnahmen 10a-e erfolgt.
Die Leiterplatte 8 weist außerdem im Beispiel zwei Kommunikationsschnittstellen 22a-b auf, die ebenfalls Teil der Elektronikkomponente 2 sind. Jede der Kommunikationsschnittstellen 22a, b ist hier in Form von vier an der Leiterplatte 8 angeschlossenen Drahthalter 24, hier Gabelkontakten bzw. Klemmgabeln ausgeführt. Auch die Gabelkontakte sind im Tragrahmen 14 vergossen bzw. mechanisch fest in diesem aufgenommen und besitzen Steckkontakte für entsprechende Steckaufnahmen in der Leiterplatte 8. Jeder der Drahthalter 24 dient der elektrisch kontaktierenden und mechanisch befestigenden Aufnahme von einem nur symbolisch angedeuteten Verbindungsdraht 28, hier z.B. CU-Lackdraht. Die Kommunikation erfolgt dann über die entsprechenden Verbindungsdraht 28 als elektrische Kommunikationsleitung / Kommunikationsmedium zum Datenaustausch mit einer in den Figuren nur symbolisch angedeuteten Gegenstelle 26, hier einer externen Managementeinheit für die Batterie.
Die Verbindungselemente 12a-e sind im Beispiel einstückige Direktverbinder zwischen Leiterplatte 8 und dem jeweiligen Zellverbinder 6a-i.
Im Beispiel ist der Tragrahmen 14 ausschließlich über die Verbindungselemente 12a-e und ausschließlich an den Zellverbindern 6a-i und/oder einer nicht dargestellten, die Zellverbinder 6a-i tragenden Tragstruktur im Zellkontaktiersystem 4 mechanisch gehalten. Auch die Leiterplatte 8 ist in der Aufnahme 16 über die Verbindung der Steckaufnahmen 10a-e mit den Steckkontakten 18a-e mechanisch fixiert. Eine zusätzliche formschlüssige Halterung erfolgt außerdem durch die Umgrenzung der Leiterplatte 8 mit dem Tragrahmen 14.
Im Ausführungsbeispiel ist Leiterplatte 8 als Mehrfachleiterplatte (Multi-Cell-Chip) ausgeführt, d.h. sie ist für mehr als zwei, hier nämlich fünf Zellverbinder 6d,e,g,h,i (für die "vorne im Bild" sichtbare Leiterplatte 8) ausgelegt, kann also deren fünf ggf. unterschiedliche Potenziale oder sonstige Kenngrößen erfassen. Für ein Batteriesystem mit zum Beispiel fünfzehn Zellverbindern wären damit lediglich drei Elektronikkomponenten 2 mit solchen Leiterplatten 8 notwendig.
Im nicht dargestellten Endmontagezustand ist das ZKS 4 auf der Batterie montiert. Die Signalleitungen (hier realisiert durch die Verbindungselemente 12a-e) der einzelnen Potenzialniveaus (z.B. Potenziale der kontaktierten Zellverbinder 6d,e,g,h,i) des Batteriesystems werden dann auf der einzelnen Leiterplatte 8 (hier ein PCB, alternativ auch flex / flex-rigid PCB) zusammengefasst. Dort werden die Potenzialniveaus in ein digitales Signal umgewandelt vermittels der Kommunikationsschnittstellen 22a, b über ein Datenübertragungssystem (BUS, Bussystem 44, hier die Verbindungsdrähte 28) weitergegeben, hier an die Gegenstelle 26. Die dafür notwendigen elektronischen Komponenten befinden sich auf der Leiterplatte 8. Die Leiterplatte 8 ist in einen Kunststoff rahmen, nämlich den Tragrahmen 14, eingesetzt, in welchen die Verbindungselemente 12a-e bzw. die Steckkontakte 18a-e, hier Einpresszonen-Pins (oder PTH-Pins) eingebettet sind. Diese Pins (Steckkontakte 18a-e) werden direkt über die einteiligen Verbindungselemente 12a-e mit den Zellverbindern 6d,e,g,h,i verbunden.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungselemente 12a-e mehrteilig ausgeführt. Dann werden die Steckkontakte 18a-e indirekt über Gabeln und CU-Lackdrahtverlegung mit den Zellvebindem 6d,e,g,h,i verbunden, wie im Beispiel für die Kommunikationsschnittstellen 22a, b angedeutet ist. Das Verfahren zur Herstellung des Zellkontaktiersystem 4 ist so gestaltet, dass die Aufnahme 16 der Leiterplatte 8 / der Tragrahmen 14 in Form des Kunststoffrahmens zuerst montiert wird. Anschließend werden die Verbindungen im ZKS durch Verbinden der Verbindungselemente 12a-e, alternativ die genannte nicht dargestellte Drahtverlegung, zu den eingebetteten Einpresszonen-Pins (Steckkontakte 18a-e) hergestellt. Abschließend wird die Leiterplatte 8 über Eindrücken auf die Einpresszonenpins, also die Steckkontakte 18a-e mechanisch und elektrisch in einem Schritt mit der Aufnahme 16 bzw. dem Tragrahmen 14 verbunden.
Es wird zwischen mehreren Leiterplatten (Single-Cell-Chip), welche jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Potenzialen liegen (siehe Figuren 3-5), und einer Mehrfach- oder Gesamtleiterplatte (MultiCell-Chip), welche mehr als zwei oder alle im Batteriesystem liegenden Potenziale erfasst, unterschieden (siehe Figs. 1-2).
Die "MultiCell-Chip"-Variante greift für eine Temperaturmessung über einen separat ausgeführten Sensor 30, hier ein NTC-PCB (NTC: Temperaturfühler, Negative Temperature Coefficient), das Signal ab und leitet es über eine Zuleitung 32, hier Cu-Lack- draht, zur Leiterplatte 8. Die Datenübertragung erfolgt für beide Varianten über BUS- Anbindungen seitens der Kommunikationsschnittstellen 22a, b. Die Kontaktierung der Leiterplatte 8 durch Steckkontakte 18a-e in Form von speziellen Cu-Pins ermöglicht die Anwendung eines Laser-Verbindungsverfahrens, um (bei Zellverbindern 6 aus Aluminium) serienfähig eine Alu-Cu-Schweißverbindung an der Verbindungsstelle zwischen Zellverbinder 6 und Verbindungselement 12 zu erzeugen.
Gemäß der Figuren 1 und 2 ergibt sich also eine Multicell / (Figuren 3-5: Single-Cell) Elektronik (Elektronikkomponente 2 bzw. Leiterplatte 8) mit Temperaturmessung / Spannungsmessung und Balancing auf dem Zellverbinder 6.
Auch die Gabelkontakte der Kommunikationsschnittstellen 22a, b sind auf Seite der Leiterplatte 8 als Steckkontakte ausgebildet. Auch hier erfolgt eine Kontaktierung der Leiterplatte 8 erst bei deren Aufstecken mit entsprechenden Steckaufnahmen (in den Figuren nicht separat bezeichnet).
Die Verschweißung zwischen den Verbindungselementen 12 und den Zellverbindern 6 erfolgt jeweils an der plattenartig verbreiterten Stelle 13 der Verbindungselemente 12. Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Elektronikkomponente 2 und eines Zellkontaktiersystems 4 (Fig. 5, Batterie wiederum nicht dargestellt). Hier sind insgesamt vier Zellverbinder 6a-d und drei Elektronikkomponenten 2 enthalten.
Die Elektronikkomponente 2 ist hier als "Single-Cell-Chip"-Variante (kontaktiert nur jeweils zwei Zellverbinder 6) ausgeführt und liegt direkt am einem der Zellverbinder 6a,c,d an und greift über einen integrierten Temperaturfühler 34, hier einen Temperatursensor (NTC, symbolisch angedeutet) die Temperatur des Zellverbinders 6a,c,d ab. Zwei aufeinander folgende Potenziale (zweiter Zellverbinder 6b zu 6a, 6a zu 6c und 6c zu 6d) werden über Verbindungselemente 12a, b (lang ausgeführte Einpresszonenpins zum nächsten Potenzial (Zellverbinder 6a, c,d) geführt. So ist auch eine Impedanzmessung möglich. Die Verbindungselemente weisen dabei die oben erläuterte Nachgiebigkeit auf, hier bewirkt (siehe insb. in Fig. 4) durch deren S-förmigen Verlauf zwischen den Stellen 13 und dem Tragrahmen 14.
Insbesondere in den Figuren 3 und 4 ist hier, anders als in den Figuren 1 und 2, die mechanisch feste Einbettung der Verbindungselemente 12 und der entsprechenden Strukturen der Kommunikationsschnittstellen 22a, b in den Tragrahmen 14 dargestellt bzw. zu erkennen. Die feste Einbettung bildet einen geeigneten Ausgangspunkt für ein erfolgreiches Aufstecken der Steckaufnahmen 10 auf die Steckkontakte 18 beim Einführen der Leiterplatte 8 in die Aufnahme 16.
Beispielhaft wird hier die Anordnung anhand der einen Elektronikkomponente 2 zwischen den Zellverbindern 6a, b erläutert.
Auch hier umfasst die Elektronikkomponente den Tragrahmen 14 mit Aufnahme 16, wobei in den Tragrahmen 14 vier Verbindungselemente 12a-d mechanisch fest eingebettet sind. Pro Leiterplatte 8 ist hier nur eine Kommunikationsschnittstelle 22a mit insgesamt vier Gabelkontakten für Drahtanschlüsse enthalten. Das Einstecken der Leiterplatte 8 erfolgt ebenfalls in Richtung des Pfeils 20 in die Aufnahme 16 des Tragrahmens 14. Der Tragrahmen 14 enthält hier allerdings eine mechanische Schnittstelle 36. Im Montagezustand in Figur 5 ist der Tragrahmen 14 mittels der Schnittstelle 36 mechanisch an den Zellverbindern 6 befestigt und dadurch im gesamten Zellkontaktiersystem 4. Die Schnittstelle 36 weist hierzu insgesamt vier Laschen 38 auf, die eine Gegenstruktur 40, hier eine Lasche des Zellverbinders 6 umgreifen und dadurch eine mechanische Befestigung bewirken. Zur Montage wird der Tragrahmen 14 in Richtung des Pfeils 42 auf die Gegenstruktur 40 aufgeschoben.
Dabei tritt auch der Temperaturfühler 34 in Kontakt mit der Gegenstruktur 40, also der metallischen Lasche als Fortsatz des Zellverbinder 6, so dass die Temperatur des Zellverbinders 6 direkt gemessen werden kann.
Gemäß der Figuren 3-5 ergibt sich also eine Leiterplatte 8 in Form eines Rigid-PCB mit Single-Cell-Chip mit integrierter Temperarturmessung und Impedanzmessung.
Die Anordnung des Temperatursensors (Chip) befindet sich unterhalb des Zellverbinders 6a. Über ein Medium (nicht dargestellt, Klebstoff oder Paste oder Gummi, mit oder ohne verbesserte Wärmeleiteigenschaften) wird die Temperatur des Zellverbinders 6a mit dem im Temperaturfühler 34 (im Chip integrierter eigentlicher Sensor / Fühler) erfasst. Unterhalb des Temperaturfühlers 34 (Chip) befindet sich ein (in den Figuren nicht sichtbares) Loch in der Leiterplatte 8, um eine Wärmeabfuhr über die Metallisierung der Leiterplatte 8 zu verringern. Die eigentlicheTemperaturmessung erfolgt über die (der Unterseite des Zellverbinders 6a zugewandte) Chipoberseite des Temperaturfühlers 34.
Die Impedanzmessung wird über die zwei Verbindungselemente 12a, b und 12c, d pro Zellverbinder 6a und 6b möglich.
Für ein entsprechend mit einer nicht dargestellten Batterie komplettiertes Zellkontaktiersystem 4 ergibt sich gemäß Figur 5 eine Singlecell Steuerung: Eine elektrische Verbindung (Logik Anbindung/Steuerungsanbindung) erfolgt durch ein Bussystem 44 (Anschluss an der Kommunikationsschnittstelle 22a) zum jeweils nächsten Single-Cell- Chip (Leiterplatte 8) über hier Cu-Lackdraht (Schweissgabeln, etc.), im Beispiel einen vieradrigen Bus aus vier Verbindungsdrähten 28. Bezugszeichenliste Elektronikkomponente Zellkontaktiersystem a-i Zellverbinder Leiterplatte 0a-e Steckaufnahme 2a-e Verbindungselement 3 Stelle 4 Tragrahmen 6 Aufnahme 8a-e Steckkontakt 0 Pfeil 2a, b Kommunikationsschnittstelle 4 Drahthalter 6 Gegenstelle 8 Verbindungsdraht 0 Sensor 2 Zuleitung 4 Temperaturfühler 6 Schnittstelle (mechanisch) 8 Lasche 0 Gegenstruktur 2 Pfeil 4 Bussystem

Claims

Patentansprüche
1. Elektronikkomponente (2) für ein Zellkontaktiersystem (4), wobei das Zellkontaktiersystem (4) eine Mehrzahl von Zellverbindern (6a-i) aufweist, die zur Leistungskontaktierung von Batteriezellen einer Batterie dienen,
- mit einer Leiterplatte (8) einer Mess- und/oder Managementanordnung für die Batterie, wobei die Leiterplatte (8) Steckaufnahmen (10a-e) zur elektrischen Verbindung mit den Zellverbindern (6a-i) aufweist,
- mit mindestens einem Tragrahmen (14), der eine Aufnahme (16) für die Leiterplatte (8) aufweist,
- mit einer Mehrzahl von elektrischen Verbindungselementen (12a-e) zur jeweiligen elektrischen Verbindung der Leiterplatte (8) mit den Zellverbindern (6a-i),
- wobei jedes Verbindungselement (12a-e) einen Steckkontakt (18a-e) aufweist, der mit einer der Steckaufnahmen (10a-e) elektrisch kontaktierend steckbar ist,
- wobei jeder der Steckkontakte (18a-e) im Tragahmen (14) eingebettet und dadurch an diesem befestigt ist,
- wobei die Leiterplatte (8) in die Aufnahme (16) unter Stecken der Steckaufnahmen (10a-e) mit den Steckkontakten (18a-e) einsetzbar ist,
- wobei die Leiterplatte (8) mindestens eine Kommunikationsschnittstelle (22a, b) zum Datenaustausch von Informationen mit einer Gegenstelle (26) aufweist.
2. Elektronikkomponente (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Steckkontakte (18a-e) ein Einpresszonenpin oder ein PTH-Pin ist.
3. Elektronikkomponente (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Verbindungselemente (12a-e) ein einstückiger Direktverbinder zwischen Leiterplatte (8) und Zellverbinder (6a-i) ist.
4. Elektronikkomponente (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Verbindungselemente (12a-e) mehrteilig ausgeführt ist und einen der Leiterplatte (8) zugewandten Festabschnitt mit dem Steckkontakt (18a-e) und einen dem Zellverbinder (6a-i) zugewandten Drahtabschnitt enthält, der wenigstens einen mit dem Festabschnitt verbundenen Drahthalter (24) für einen Verbindungsdraht (28) und den von dem Drahthalter (24) zum Zellverbinder (6a-i) führenden Verbindungsdraht (28) enthält.
5. Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (14) in einem Montagezustand im Zellkontaktiersystem (4) ausschließlich vermittels der Verbindungselemente (12a-e) mechanisch an den Zellverbindern (6a-i) und/oder einer die Zellverbinder tragenden Tragstruktur und dadurch im Zellkontaktierungssystem (4) befestigt ist.
6. Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragrahmen (14) neben den Verbindungselementen (12a-e) eine mechanische Schnittstelle (36) enthält und der Tragrahmen (14) im Montagezustand im Zellkontaktiersystem (4) zumindest teilweise vermittels der Schnittstelle (36) mechanisch an den Zellverbindern (6a-i) und dadurch im Zellkontaktierungssystem (4) befestigt ist.
7. Elektronikkomponente (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schnittstelle (36) zur Befestigung an einem bestimmungsgemäßen Zellverbinder (6a-i) und/oder einer die Zellverbinder tragenden Tragstruktur eingerichtet ist.
8. Elektronikkomponente (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schnittstelle (36) dadurch zur Befestigung an bestimmungsgemäßen Zellverbinder (6a-i) und/oder der Tragstruktur eingerichtet ist, dass sie als Aufsteckhalter zum Aufstecken des Tragrahmens (14) auf eine bestimmungsgemäße Gegenstruktur (40) am Zellverbinder (6a-i) ausgebildet ist.
9. Elektronikkomponente (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Temperaturfühler (34) enthält, der fest auf der Leiterplatte (8) angebracht ist.
10. Elektronikkomponente (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Temperaturfühler (34) enthält, der als zur Leiterplatte (8) separate Einheit ausgeführt ist, die elektrisch mit der Leiterplatte (8) verbindbar oder verbunden ist
11. Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verbindungselemente (12a-e) für genau zwei Zellverbinder (6a-i) aufweist.
12. Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verbindungselemente (12a-e) für mindestens drei Zellverbinder (6a-i) aufweist.
13. Zellkontaktiersystem (4) mit einer Mehrzahl von Zellverbindern (6a-i), die zur Leistungskontaktierung von Batteriezellen dienen, und mit mindestens einer Elektronikkomponente (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Herstellen eines Zellkontaktiersystems (4) nach Anspruch 13, bei dem:
- die Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit noch nicht in die Aufnahme (16) eingesetzter Leiterplatte (8) bereitgestellt wird, und
- zuerst die elektrischen Verbindungselemente (12a-e) mit den Zellverbindern (6a-i) elektrisch verbunden werden,
- anschließend die Leiterplatte (8) unter Kontaktierung der Steckaufnahmen (10a-e) mit den Steckkontakten (18a-e) in die Aufnahme (16) eingesetzt wird.
15. Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls, das eine Batterie und ein die Batterie kontaktierendes Zellkontaktiersystem (4) nach Anspruch 13 enthält, bei dem: - die Elektronikkomponente (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit noch nicht in die Aufnahme (16) eingesetzter Leiterplatte (8) bereitgestellt wird, und
- zuerst deren elektrische Verbindungselemente (12a-e) mit den Zellverbindern (6a-i) elektrisch verbunden werden, und
- das Zellkontaktiersystem (4) mit der Batterie verbunden wird, und
- anschließend die Leiterplatte (8) unter Kontaktierung der Steckaufnahmen (10a-e) mit den Steckkontakten (18a-e) in die Aufnahme (16) eingesetzt wird.
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