WO2022152743A2 - Elektrische batterie sowie verfahren zur herstellung einer derartigen elektrischen batterie - Google Patents

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WO2022152743A2
WO2022152743A2 PCT/EP2022/050527 EP2022050527W WO2022152743A2 WO 2022152743 A2 WO2022152743 A2 WO 2022152743A2 EP 2022050527 W EP2022050527 W EP 2022050527W WO 2022152743 A2 WO2022152743 A2 WO 2022152743A2
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Definitions

  • the present invention relates to an electric battery according to the preamble of claim 1 . Furthermore, the invention relates to a method for producing such an electric battery and its use.
  • a battery according to the preamble of claim 1 is known, for example, from the prior art relating to traction batteries for electric or hybrid vehicles and has: a cell stack made up of a plurality of battery cells lined up in a stacking direction, the battery cells on a stacking direction and extending orthogonally thereto Outer surface of the cell stack having protruding cell poles, and a plurality of cell connectors for electrically interconnecting cell poles of the battery cells in the cell stack which are adjacent to one another.
  • the electric battery according to the invention is characterized in that it also has: a first printed circuit board, which is arranged on the outer surface of the cell stack and extends parallel to this outer surface and has a conductor track arrangement with conductor tracks leading to respective connection areas of the first printed circuit board, at least one second printed circuit board , which is attached to one of the cell connectors, is equipped with a temperature sensor, and has a conductor track arrangement with conductor tracks leading from the temperature sensor to connection areas of the second circuit board, and an electrical wire connection connection between the connection areas of the second circuit board and the associated connection areas of the first circuit board.
  • the invention advantageously results in the battery being easy to manufacture, in particular since the structure of the battery enables at least partially automated or even fully automated manufacture in a simple manner.
  • the (at least one) second circuit board, together with the temperature sensor already arranged on it, can be positioned and attached (e.g. glued) to the relevant cell connector using an automatic machine and then the wire connection between the connection surfaces of the second circuit board and the associated connection surfaces of the first printed circuit board are formed by means of a machine ("wire bonding").
  • a second printed circuit board as a carrier for the temperature sensor can also have the advantage that the connection areas on the second printed circuit board for the wire connection connection are preferably always in the same place for different temperature sensors. This is not the case in the case of temperature sensors that are different or designed differently from one another.
  • the production of the battery preferably the automated wire bonding, can be simplified.
  • the prefabrication can be increased, so that the second printed circuit board having the temperature sensor can be arranged on the cell connector in a simple manner, preferably via an integral connection.
  • the manufacturing cost of the battery can be reduced.
  • the cell stack is at least approximately cuboid. In one embodiment it is provided that the cell stack has a volume in the range from 1 ⁇ 10′ 4 to 1 ⁇ 10′ 1 m 3 .
  • the cell stack is formed from a series of (preferably identical) battery cells in a number in the range from 5 to 100.
  • the individual battery cells are each at least approximately cuboid.
  • the battery cells are preferably stacked such that the stacking direction is in the direction of one or the shortest side of the cuboid shape.
  • the battery cells each have a volume in the range from 1 ⁇ 10′ 5 to 1 ⁇ 10′ 3 m 3 .
  • the battery cells are each designed as lithium-ion cells.
  • the battery cells have the electrically conductive, z. B. from a metallic material formed cell poles (plus and minus poles), which protrude in the stacking direction and orthogonally extending outer surface of the cell stack.
  • the cell poles can here z. B. have a strip-shaped or cuboid section that protrudes from a body (casing) of the battery cell in question.
  • the cell connectors are also electrically conductive and are used to electrically connect the lined-up battery cells to one another according to a desired scheme (e.g. series connection, or e.g. parallel connection, or a combination thereof).
  • the cell connectors can e.g. B. connected (z. B. welded) to the distal ends of the relevant cell poles protruding from the cell stack.
  • the cell connector, as well as the cell poles of the battery cells are preferably z. B. formed from a metallic material.
  • the cell connectors are plate-shaped or strip-shaped, and z. B. are formed of a metallic material and soldered or welded to the cell poles in question.
  • the cell connectors each extend in a plane that is oriented at least approximately parallel to said outer surface of the cell stack.
  • the battery cells of the cell stack are connected to one another in an electrical series connection by means of the cell connectors.
  • a positive pole of one of the two battery cells can be connected to the negative pole of the other of the two battery cells.
  • the first circuit board is arranged on the outer surface of the cell stack (on which the cell poles of the battery cells protrude) and extends parallel to this outer surface and, according to a simple embodiment, has only the conductor track arrangement with the conductor tracks leading to the respective connection areas of the first circuit board and a connection device , in order to forward sensor signals supplied by the temperature sensor or sensors to a device implemented externally by the first printed circuit board (e.g. further electrically contacted connection surfaces, or e.g. an electrical connector device, etc.).
  • a device implemented externally by the first printed circuit board e.g. further electrically contacted connection surfaces, or e.g. an electrical connector device, etc.
  • the or each second printed circuit board is equipped with (at least) one temperature sensor and attached to one of the cell connectors, preferably materially (e.g. glued or soldered) and, according to a simple embodiment, only has the conductor track arrangement with the of the (at least one) Temperature sensor to the connection surfaces of the second printed circuit board conductors leading to sensor signals supplied by the temperature sensor via an associated electrical wire connection connection from the second printed circuit board (or its connection surfaces) to the first printed circuit board (or its associated connection surfaces).
  • connection surfaces of the second printed circuit board are preferably arranged at the same point for the wire connection connection to the first printed circuit board.
  • the wire connection can be formed from a plurality of electrically conductive (e.g. metallic) wires, the respective ends of which are welded or bonded (e.g. in an automated manner) to a connection surface of the first printed circuit board on the one hand and to an associated connection surface on the second printed circuit board in question on the other hand by means of an automatic machine for "wire bonding").
  • the connection surface is formed on a top side of the second printed circuit board, with the top side being formed on a side facing away from the battery cell.
  • the wires ("bonding wires”, e.g. made of aluminum or copper material) of each wire connection connection have a length in the range from 5 to 50 mm, in particular 10 mm to 40 mm, own.
  • the bonding wires have a circular cross-section.
  • a diameter of the bonding wires z. B. in the range of 0.1 to 1 mm.
  • the bond wires have a non-circular cross-section. This can be advantageous z. B. the mechanical stability of the Wire connection connections are increased. In this case (e.g. with a rectangular cross-section), a shorter cross-sectional dimension (thickness) e.g. B. in the range of 0.05 to 0.5 mm and a longer cross-sectional dimension (width) z. B. in the range of 0.5 to 2 mm.
  • the second printed circuit board or (if several second printed circuit boards are used) each of the second printed circuit boards can either be fitted with only a single temperature sensor (e.g. NTC component) or else be fitted with a plurality of temperature sensors.
  • the temperature sensor or sensors are preferably designed as an SMD component (surface mount device).
  • this circuit board z. B have two conductor tracks and two pads to transmit the sensor signal of the temperature sensor to a z. B. forward two-pin wire connection connection.
  • the or at least one (or several or all) of the second printed circuit boards is equipped with several temperature sensors, e.g. B. for the realization of a redundant temperature detection and / or a spatially resolved temperature detection, and / or that a relevant second printed circuit board is equipped with other electronic components.
  • additional components z. B. processing (z. B. a pre-processing such as z. B. amplification) of the sensor signal or signals can be implemented, which are supplied by the temperature sensor or sensors of the second printed circuit board in question. If the temperature sensor (or other components that may be provided) require an energy supply, a wire connection can be provided between the first and second printed circuit boards in an analogous manner (as for the sensor signal).
  • a second printed circuit board is equipped with several temperature sensors and/or other electronic components, this printed circuit board can have more conductor tracks and more connection areas, e.g. B. to forward several (sensor) signals separately from each other to a wired connection having more wires.
  • the or each second printed circuit board extends in a plane that is oriented at least approximately parallel to the outer surface of the cell stack.
  • connection surfaces of the first printed circuit board and the connection surfaces of the second printed circuit board(s) are at least approximately at the same place, viewed in the direction orthogonal to said outer surface of the cell stack.
  • This allows e.g. the distances to be bridged by means of the electrical wire connection(s) between on the one hand the connection surfaces of the first printed circuit board and on the other hand the respectively associated connection surfaces of the second printed circuit board(s) can advantageously be reduced.
  • all connection surfaces viewed in the direction orthogonal to the outer surface of the cell stack are within an area that is less than 10%, in particular less than 5%, of the total extent of the cell stack (including cell poles) viewed in this direction.
  • z. B. provided that both the first printed circuit board and the or each second printed circuit board each extend in a plane that is oriented at least approximately parallel to the outer surface of the cell stack, with any distance between the planes of the first printed circuit board on the one hand and the or each of the second printed circuit boards is less than 10%, in particular less than 5%, of the total extent of the cell stack considered in this direction.
  • connection surfaces of the first printed circuit board are arranged in a row running in the stacking direction of the cell stack in an edge region of the first printed circuit board. This allows e.g. B. the distances to be bridged by means of the electrical wire connection between on the one hand the connection surfaces of the first printed circuit board and on the other hand the respectively associated connection surface of the second printed circuit board are advantageously reduced.
  • the first printed circuit board and/or the second printed circuit board has an at least approximately rectangular format.
  • first printed circuit board e.g. B. a comb-like or star-like format, in which, starting from a central area, comb-like or star-like projections (with conductor tracks formed thereon) extend to individual connection surfaces or groups of connection surfaces belonging together (at the end regions of the projections), which are each electrically further connected via an associated one of a plurality of wire connection connections (to form a assigned by several second printed circuit boards).
  • the first printed circuit board and/or the second printed circuit board has a thickness in the range from 1 to 3 mm.
  • first printed circuit board As well as the second printed circuit board, technologies can advantageously be used within the scope of the invention, which are well established in the prior art for printed circuit boards provided as circuit carrier boards.
  • printed circuit boards are known in great variety, which have one or more (arranged in different levels) structured conductor layers, where also z. B. electrical vias can be provided in order to implement a connection between different conductor layers or conductor layer levels there.
  • Circuit boards of this type can be used to produce the battery according to the invention (as the “first circuit board” and/or as the “second circuit board”).
  • Printed circuit boards with multiple structured conductor layers can be particularly advantageous in the context of the invention, for. This can be used, for example, when the first printed circuit board has other electronic components or an electronic device (e.g.
  • Battery management system is to have, or if the second printed circuit board is to have other electronic components or an electronic device in addition to the (at least one) temperature sensor and the conductor track arrangement with the connection surfaces.
  • the second printed circuit board is arranged in a materially bonded manner on the relevant cell connector, in particular glued on (preferably with a thermally conductive adhesive).
  • the second circuit board is soldered to the relevant cell connector.
  • the first printed circuit board is equipped with electronic components, in particular for realizing a electronic device for processing and/or evaluating a sensor signal supplied by the temperature sensor.
  • the processing can e.g. B. amplification of an (analog) sensor signal and/or analog/digital conversion of such a sensor signal.
  • the evaluation can e.g. B. for the purpose of evaluating the (at least one) temperature detected by means of the (at least one) temperature sensor as part of a so-called battery management system.
  • processing and/or evaluating is carried out at least partially outside the electric battery.
  • processing and/or evaluating is carried out at least partially outside the electric battery.
  • an electronic device formed on the first printed circuit board is in communication with a further device implemented separately therefrom (e.g. via a cable connection).
  • the battery cells can here z. B. are automatically supplied and brought into a (z. B. also automatically supplied) housing or frame-like structure in which the cell stack is held in the finished battery (and possibly z. B. mechanically braced) is. electrically interconnecting cell poles of battery cells that are adjacent to one another in the cell stack by soldering or welding cell connectors to the relevant cell poles.
  • This step can e.g. B. be carried out automatically.
  • the cell connectors can here z. B. automatically fed, positioned and fixed. Arranging a first printed circuit board on the outer surface of the cell stack and extending parallel to this outer surface, the first printed circuit board having a conductor track arrangement with conductor tracks leading to respective connection areas of the first printed circuit board. This step can e.g. B. be carried out automatically.
  • the circuit board can here z. B. automatically supplied, positioned and fixed, z. B. glued and / or screwed. Alternatively or additionally, attachment can be implemented by latching the printed circuit board, for example the aforementioned housing or frame-like structure (or a part rigidly connected thereto).
  • Attaching e.g. gluing or e.g. soldering
  • at least one second printed circuit board to one of the cell connectors, the second printed circuit board being equipped with a temperature sensor and having a conductor track arrangement with conductor tracks leading from the temperature sensor to connection areas of the second circuit board.
  • This step can e.g. B. be carried out automatically.
  • the circuit board can here z. B. automatically supplied, positioned and fixed, z. B. be glued or soldered.
  • At least the fastening of the at least one second printed circuit board to one of the cell connectors and/or the wire bonding to form the electrical wire connection is carried out automatically.
  • an electric battery of the type described here or an electric battery produced using the method described here as a traction battery in a vehicle is proposed.
  • a vehicle eg electric or hybrid vehicle
  • FIG. 1 shows a schematic perspective partial view of an electric battery according to an exemplary embodiment
  • Fig. 2 is a perspective view of a detail of Fig. 1.
  • Fig. 1 shows an electric battery 10, having a cell stack 12 of, in the example, a total of twelve battery cells 14 lined up next to one another.
  • the battery cells 14 z. B. as lithium-ion cells with a cell voltage of z. B. 3.6 V implemented and each identical cuboid, wherein the battery cells 14 are stacked as shown in Fig. 1 in a stacking direction y corresponding to the shortest edge of the cuboid shape.
  • the battery cells 14 On an outer surface of the cell stack 12 extending in the stacking direction y and in a direction x orthogonal thereto, the battery cells 14 each have two protruding cell poles 16 (negative pole) and 18 (positive pole).
  • the direction x corresponds to the direction of the longest edge of the cuboid shape and the cell poles 16, 18 of each battery cell 14 viewed in the direction x are provided in opposite end regions of the respective battery cell 14.
  • a direction z (upward in FIG. 1) corresponds to the third edge direction of the cuboid shape of the battery cells 14 and runs orthogonally to the directions x and y.
  • the twelve battery cells 14 are connected to one another with eleven cell connectors 20 in an electrical series circuit, with battery cells 14 that are adjacent to one another in pairs in the cell stack 12 having a positive pole 18 of one of the two battery cells 14 connected to the negative pole 16 of the other of the two battery cells 14.
  • a negative pole of the battery 10 is formed by the negative pole 16 of a first cell in the stack 12 (bottom left in FIG. 1), and a positive pole of the battery 10 is formed by the positive pole 18 of a last cell in the stack 12 (not shown in FIG. 1). (top right in Fig. 1) formed.
  • the electric battery 10 also has a printed circuit board 30, also referred to below as the "first printed circuit board”, which is arranged on the outer surface of the stack 12 and parallel to this outer surface, ie extending in an x-y plane.
  • the printed circuit board 30 has a conductor track arrangement 32 with conductor tracks leading to respective connection areas 34 of the printed circuit board 30 .
  • the electric battery 10 also has at least one circuit board 40, also referred to below as the "second circuit board", which is glued to one of the cell connectors 20 with a heat-conducting adhesive 46 (cf. Fig. 2), with a temperature sensor 41 (cf. Fig. 2) is equipped, and has a conductor track arrangement 42 (cf. FIG. 2) with conductor tracks leading from the temperature sensor 41 to connection surfaces 44 (cf. FIG. 2) of the second printed circuit board 40 .
  • a circuit board 40 also referred to below as the "second circuit board”
  • the second circuit board which is glued to one of the cell connectors 20 with a heat-conducting adhesive 46 (cf. Fig. 2), with a temperature sensor 41 (cf. Fig. 2) is equipped, and has a conductor track arrangement 42 (cf. FIG. 2) with conductor tracks leading from the temperature sensor 41 to connection surfaces 44 (cf. FIG. 2) of the second printed circuit board 40 .
  • FIG. 2 is a detailed view of a lower region of the electric battery 10 in FIG. 1, from which the components 40, 41, 42, 44 and 46 for one of the cell connectors 20 can be seen.
  • connection pads 44 of the second printed circuit board 40 and the associated connection pads 34 of the first printed circuit board 30 are electrically connected to one another by an electrical wire connection connection 50 produced by wire bonding.
  • a sensor signal supplied by the temperature sensor 41 (e.g. soldered NTC module) on the second printed circuit board 40 can be forwarded via the conductor track arrangement 42, the connection areas 44 and the wire connection connection 50 to the connection areas 34 and thus to the conductor track arrangement 32 of the first circuit board 30 will.
  • connection surfaces 44 drawn in the electric battery 10 shown in FIG. 1 and in the first printed circuit board 30 shown in FIG Connection surfaces 44 drawn.
  • a second printed circuit board 40 including a temperature sensor 41, a conductor track arrangement 42 and connection surfaces 44
  • all eleven second printed circuit boards 40 are therefore connected via a respectively assigned, in the example two-pole Wire bond connection 50 electrically connected to first circuit board 30 .
  • the connection surfaces 34 of the first printed circuit board 30 are arranged in two rows running in the stacking direction y of the cell stack 12 in a respective edge region (left and right in FIG. 1) of the first printed circuit board 30 (in order to enable the shortest possible wire connection connections 50).
  • temperature monitoring can advantageously be carried out during operation of the battery 10, for example by a so-called “battery management system” in the form of an electronic device 36, which in particular, e.g. B. as shown in dashed lines in Fig. 1 can be formed on the first printed circuit board 30.
  • battery management system in the form of an electronic device 36, which in particular, e.g. B. as shown in dashed lines in Fig. 1 can be formed on the first printed circuit board 30.
  • the printed circuit board 30 can be equipped with further electronic components in order to implement the electronic device 36, for example for processing and/or evaluating the sensor signals supplied by the temperature sensors 41.
  • the device 36 formed on the first printed circuit board can represent a battery management system (or at least a part thereof) of the battery 10 .
  • the production of the electric battery 10 can advantageously z. B. done as follows:
  • the cell stack 12 is formed by stringing the battery cells 14 together.
  • the cell poles 16, 18 are electrically connected to one another according to the desired connection (here: series connection) by welding on the cell connectors 20.
  • the cell connectors 20 are preferably automatically fed into a production station, positioned at the relevant cell poles 16, 18 and welded to them.
  • the first printed circuit board 30 which is already prefabricated and possibly equipped with electronic components (cf. device 36 in FIG. 1), is fastened to the outer surface of the cell stack and extends parallel to this outer surface.
  • the Circuit board 30 is z. B. automatically supplied, positioned and fixed, z. B. glued and / or screwed and / or ver stet.
  • the printed circuit boards 40 are preferably supplied, positioned and fastened in an automated manner. For attachment by respective bonds z. B. be previously chewed with an automatic adhesive dispenser on the cell connectors 20 adhesive. Alternatively, the adhesive can be applied to the printed circuit boards 40 (before they are positioned on the cell connectors 20) using an automatic adhesive dispenser.
  • connection surfaces 34 of the first printed circuit board 30 and the connection surfaces 44 of the second printed circuit board 40 are at least approximately at the same place when viewed in a direction orthogonal to the outer surface of the cell stack (z-direction), in order to advantageously to keep the distances to be bridged by means of the electrical wire connection connections 50 low.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie (10), aufweisend: einen Zellenstapel (12) aus mehreren in einer Stapelrichtung (y) aneinander gereihten Batteriezellen (14), wobei die Batteriezellen (14) an einer sich in Stapelrichtung (y) und orthogonal (x) dazu erstreckenden Außenfläche des Zellenstapels (12) hervorstehende Zellenpole (16, 18) aufweisen; und mehrere Zellverbinder (20) zum elektrisch miteinander Verbinden von Zellenpolen (16, 18) von im Zellenstapel (12) einander benachbarten der Batteriezellen (14). Um insbesondere auch im Falle einer Anordnung mehrerer Temperatursensoren (41) in der Batterie (10) eine einfache Herstellbarkeit der Batterie (10) zu ermöglichen, weist die Batterie (10) erfindungsgemäß ferner auf: eine erste Leiterplatte (30), die an der Außenfläche des Zellenstapels (12) und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend angeordnet ist und eine Leiterbahnanordnung (32) mit zu jeweiligen Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30) führenden Leiterbahnen aufweist; wenigstens eine zweite Leiterplatte (40), die an einem der Zellverbinder (20) befestigt ist, mit einem Temperatursensor (41) bestückt ist, und eine Leiterbahnanordnung (42) mit von dem Temperatursensor (41) zu Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) führenden Leiterbahnen aufweist; und eine elektrische Drahtanschlussverbindung (50) zwischen den Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) und zugeordneten der Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30). Die Erfindung schlägt ferner ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Batterie (10) vor.

Description

Beschreibung
Elektrische Batterie sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Batterie, sowie deren Verwendung.
Eine Batterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus dem Stand der Technik betreffend Traktionsbatterien für Elektro- oder Hybridfahrzeuge bekannt und weist auf: einen Zellenstapel aus mehreren in einer Stapelrichtung aneinander gereihten Batteriezellen, wobei die Batteriezellen an einer sich in Stapelrichtung und orthogonal dazu erstreckenden Außenfläche des Zellenstapels hervorstehende Zellenpole aufweisen, und mehrere Zellverbinder zum elektrisch miteinander Verbinden von Zellenpolen von im Zellenstapel einander benachbarten der Batteriezellen.
Darüber hinaus sind für derartige Batterien aus dem Stand der Technik auch verschiedene Konzepte bekannt, um unter Verwendung eines oder mehrerer in der Batterie angeordneter Temperatursensoren eine Temperaturüberwachung durchzuführen. Abgesehen von einer gewissen Verkomplizierung des Aufbaus der Batterie erhöhen die bekannten Konzepte jedoch nachteiliger Weise den Aufwand zur Herstellung der Batterie, insbesondere wenn mehrere Temperatursensoren, z. B. ein Temperatursensor pro Batteriezelle, zu verbauen sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Batterie der eingangs genannten Art ein neuartiges Konzept zur Realisierung einer Temperaturüberwachung aufzuzeigen, bei welchem insbesondere auch im Falle der Anordnung mehrerer Temperatursensoren in der Batterie eine einfache Herstellbarkeit der Batterie ermöglicht sein soll.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine elektrische Batterie nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Batterie nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die erfindungsgemäße elektrische Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine erste Leiterplatte, die an der Außenfläche des Zellenstapels und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend angeordnet ist und eine Leiterbahnanordnung mit zu jeweiligen Anschlussflächen der ersten Leiterplatte führenden Leiterbahnen aufweist, wenigstens eine zweite Leiterplatte, die an einem der Zellverbinder befestigt ist, mit einem Temperatursensor bestückt ist, und eine Leiterbahnanordnung mit von dem Temperatursensor zu Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte führenden Leiterbahnen aufweist, und eine elektrische Drahtanschlussverbindung zwischen den Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte und zugeordneten der Anschlussflächen der ersten Leiterplatte.
Mit der Erfindung ergibt sich vorteilhaft eine einfache Herstellbarkeit der Batterie, insbesondere da der Aufbau der Batterie in einfacher Weise eine zumindest teilautomatisierte oder sogar vollautomatisierte Herstellung ermöglicht.
Insbesondere kann hierfür beispielsweise die (wenigstens eine) zweite Leiterplatte mitsamt bereits daran angeordnetem Temperatursensor mittels eines Automaten an dem betreffenden der Zellverbinder positioniert und befestigt (z. B. angeklebt) werden und dann die Drahtanschlussverbindung zwischen den Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte und zugeordneten der Anschlussflächen der ersten Leiterplatte mittels eines Automaten gebildet werden ("Drahtbonden"). Die Bereitstellung einer zweiten Leiterplatte als Träger des Temperatursensors kann zudem den Vorteil haben, dass vorzugsweise für verschiedene Temperatursensoren die Anschlussflächen auf der zweiten Leiterplatte für die Drahtanschlussverbindung immer an der gleichen Stelle sind. Dies ist bei unterschiedlichen bzw. voneinander verschiedenartig ausgebildeten Temperatursensoren nicht gegeben. Somit kann insbesondere die Herstellung der Batterie, vorzugsweise das automatisierte Drahtbonden, vereinfacht werden. Überdies kann durch die zweite Leiterplatte mit dem darauf angeordneten Temperatursensor die Vorfertigung erhöht werden, so dass die den Temperatursensor aufweisende zweite Leiterplatte in einfacher Weise, vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung, auf den Zellverbinder angeordnet werden kann. Somit können zusätzlich die Herstellungskosten der Batterie reduziert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zellenstapel wenigstens annähernd quaderförmig ist. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zellenstapel ein Volumen im Bereich von 1 x 10’4 bis 1 x 10’1 m3 besitzt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zellenstapel aus einer Aneinanderreihung von (bevorzugt identisch ausgebildeten) Batteriezellen einer Anzahl im Bereich von 5 bis 100 gebildet ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einzelnen Batteriezellen jeweils wenigstens annähernd quaderförmig sind. In diesem Fall sind die Batteriezellen bevorzugt so gestapelt, dass die Stapelrichtung in der Richtung einer bzw. der kürzesten Seite der Quaderform verläuft. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Batteriezellen jeweils ein Volumen im Bereich von 1 x 10’5 bis 1 x 10’3 m3 besitzen.
In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen jeweils als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet.
Die Batteriezellen weisen die elektrisch leitfähigen, z. B. aus einem metallischen Material gebildeten Zellenpole (Plus- und Minuspole) auf, die an der sich in Stapelrichtung und orthogonal dazu erstreckenden Außenfläche des Zellenstapels hervorstehen. Die Zellenpole können hierbei z. B. einen streifenförmigen oder quaderförmigen Abschnitt aufweisen, der aus einem Korpus (Ummantelung) der betreffenden Batteriezelle herausragt.
Die Zellverbinder sind ebenfalls elektrisch leitfähig und dienen dazu, die aneinander gereihten Batteriezellen gemäß eines gewünschten Schemas elektrisch miteinander zu verbinden (z. B. Reihenschaltung, oder z. B. Parallelschaltung, oder Kombination davon). Die Zellverbinder können z. B. an den distalen Enden der betreffenden vom Zellenstapel hervorstehenden Zellenpole angebunden (z. B. verschweißt) sein. Die Zellverbinder, wie auch die Zellenpole der Batteriezellen, sind bevorzugt z. B. aus einem metallischen Material gebildet. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zellverbinder plattenförmig oder streifenförmig ausgebildet sind, und z. B. aus einem metallischen Material gebildet und mit den betreffenden der Zellenpole verlötet oder verschweißt sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Zellverbinder hierbei jeweils in einer Ebene, die wenigstens annähernd parallel zu der besagten Außenfläche des Zellenstapels orientiert ist.
In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen des Zellenstapels mittels der Zellverbinder in elektrischer Reihenschaltung miteinander verbunden. In diesem Fall kann bei in Stapelrichtung betrachtet paarweise einander benachbarten Batteriezellen jeweils ein Pluspol einer der beiden Batteriezellen mit dem Minuspol der anderen der beiden Batteriezellen verbunden sein.
Die erste Leiterplatte ist an der Außenfläche des Zellenstapels (an welcher die Zellenpole der Batteriezellen hervorstehen) und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend angeordnet und weist gemäß einer einfachen Ausführungsform nur die Leiterbahnanordnung mit den zu den jeweiligen Anschlussflächen der ersten Leiterplatte führenden Leiterbahnen sowie eine Anschlusseinrichtung auf, um von dem oder den Temperatursensoren gelieferte Sensorsignale an eine extern von der ersten Leiterplatte implementierte Einrichtung weiterzuleiten (z. B. weitere elektrisch kontaktierte Anschlussflächen, oder z. B. eine elektrische Steckverbindereinrichtung, etc.).
Die bzw. jede zweite Leiterplatte ist mit (wenigstens) einem Temperatursensor bestückt und an einem der Zellverbinder, vorzugsweise stoffschlüssig, befestigt (z. B. angeklebt oder angelötet) und weist gemäß einer einfachen Ausführungsform nur die Leiterbahnanordnung mit den von dem (wenigstens einen) Temperatursensor zu den Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte führenden Leiterbahnen auf, um von dem Temperatursensor gelieferte Sensorsignale über eine zugeordnete elektrische Drahtanschlussverbindung von der zweiten Leiterplatte (bzw. deren Anschlussflächen) an die erste Leiterplatte (bzw. deren zugeordnete der Anschlussflächen) weiterzuleiten.
Denkbar ist, dass eine Mehrzahl von zweiten Leiterplatten vorgesehen ist und jede zweite Leiterplatte mit einem Temperatursensor bestückt ist, wobei die Temperatursensoren gleich ausgebildet sind. Möglich ist aber auch, dass eine Mehrzahl von zweiten Leiterplatten vorgesehen sind, wobei voneinander verschiedene Temperatursensoren zur Bestückung der verschiedenen Leiterplatten verwendet sind und/oder werden. Dies kann erforderlich sein, um bestimmte Temperaturbereich genauer zu erfassen. Einige Temperatursensoren mögen vielleicht in höheren Temperaturen präziser sein. Andere hingegen weisen eine erhöhte Genauigkeit bei niedrigen Temperaturen auf. Denkbar ist auch, dass unterschiedliche Sensoren verwendet werden, um eine Redundanz bereitzustellen.
Vorzugsweise sind bei einer Mehrzahl von zweiten Leiterplatten die Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte zur Drahtanschlussverbindung mit ersten Leiterplatte an der gleichen Stelle angeordnet. Somit kann der Prozess zur vorzugweise automatisierten elektrischen Drahtanschlussverbindung vereinfacht und/oder beschleunigt werden.
Die Drahtanschlussverbindung kann aus mehreren elektrisch leitfähigen (z. B. metallischen) Drähten gebildet sein, deren jeweilige Enden einerseits an einer Anschlussfläche der ersten Leiterplatte und andererseits an einer zugeordneten Anschlussfläche der betreffenden zweiten Leiterplatte angeschweißt oder angebondet sind (z. B. in automatisierter Weise mittels eines Automaten zum "Drahtbonden"). Die Anschlussfläche ist auf einer Oberseite der zweiten Leiterplatte ausgebildet, wobei die Oberseite auf einer der Batteriezelle abgewandten Seite ausgebildet ist. Auf diese Weise kann nach der Anordnung des den Temperatursensor aufweisenden Zellverbinders auf der Batteriezelle bzw. dessen Zellpol die Drahtanschlussverbindung in einfach Weise erfolgen, da die Anschlussfläche leicht zugänglich ist.
Im Hinblick auf das bei der Erfindung bevorzugt automatisierte Drahtbonden ist es von Vorteil, wenn die Drähte ("Bonddrähte", z. B. aus Aluminium- oder Kupfermaterial) jeder Drahtanschlussverbindung eine Länge im Bereich von 5 bis 50 mm, insbesondere 10 mm bis 40 mm, besitzen.
In einer Ausführungsform besitzen die Bonddrähte einen kreisförmigen Querschnitt. In diesem Fall kann ein Durchmesser der Bonddrähte z. B. im Bereich von 0,1 bis 1 mm liegen.
In einer Ausführungsform besitzen die Bonddrähte einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Damit kann vorteilhaft z. B. die mechanische Stabilität der Drahtanschlussverbindungen vergrößert werden. In diesem Fall (z. B. bei einem rechteckigen Querschnitt) kann eine kürzere Querschnittsausdehnung (Dicke) z. B. im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegen und kann eine längere Querschnittsausdehnung (Breite) z. B. im Bereich von 0,5 bis 2 mm liegen.
Die zweite Leiterplatte bzw. (im Falle der Verwendung mehrerer zweiter Leiterplatten) jede der zweiten Leiterplatten kann im Rahmen der Erfindung jeweils entweder mit nur einem einzigen Temperatursensor (z. B. NTC-Baustein) bestückt sein oder aber mit mehreren Temperatursensoren bestückt sein. Der oder die Temperatursensoren sind vorzugsweise als SMD-Bauteil (surface mount device) ausgebildet
Insbesondere falls eine zweite Leiterplatte mit nur einem einzigen Temperatursensor bestückt ist, so kann diese Leiterplatte z. B. zwei Leiterbahnen und zwei Anschlussflächen aufweisen, um das Sensorsignal des Temperatursensors darüber an eine z. B. zweipolige Drahtanschlussverbindung weiterzuleiten.
Wie bereits erwähnt soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die bzw. wenigstens eine (oder mehrere oder alle) der zweiten Leiterplatten mit mehreren Temperatursensoren bestückt ist, z. B. zur Realisierung einer redundanten Temperaturerfassung und/oder einer ortsaufgelösten Temperaturerfassung, und/oder dass eine betreffende zweite Leiterplatte mit weiteren elektronischen Bauelementen bestückt ist. Mit solchen weiteren Bauelementen kann z. B. eine Verarbeitung (z. B. eine Vorverarbeitung wie z. B. Verstärkung) des oder der Sensorsignale realisiert werden, die von dem oder den Temperatursensoren der betreffenden zweiten Leiterplatte geliefert werden. Falls der Temperatursensor (oder ggf. vorgesehene weitere Komponenten) eine Energieversorgung erfordern, so kann hierfür in analoger Weise (wie für das Sensorsignal) eine Drahtanschlussverbindung zwischen erster und zweiter Leiterplatte vorgesehen sein.
Falls eine zweite Leiterplatte mit mehreren Temperatursensoren und/oder weiteren elektronischen Bauelementen bestückt ist, so kann diese Leiterplatte demgegenüber entsprechend mehr Leiterbahnen und mehr Anschlussflächen aufweisen, z. B. um mehrere (Sensor)signale separat voneinander an eine mehr Drähte aufweisende Drahtanschlussverbindung weiterzuleiten. In einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die bzw. jede zweite Leiterplatte jeweils in einer Ebene, die wenigstens annähernd parallel zu der Außenfläche des Zellenstapels orientiert ist.
In einer Ausführungsform befinden sich die Anschlussflächen der ersten Leiterplatte und die Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte(n) in Richtung orthogonal zur besagten Außenfläche des Zellenstapels betrachtet wenigstens annähernd an der gleichen Stelle. Damit können z. B. vorteilhaft die mittels der elektrischen Drahtanschlussverbindung(en) zu überbrückenden Distanzen zwischen einerseits den Anschlussflächen der ersten Leiterplatte und andererseits den jeweils zugeordneten Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte(n) vorteilhaft verringert werden. Beispielsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass sämtliche Anschlussflächen in Richtung orthogonal zur Außenfläche des Zellenstapels betrachtet sich innerhalb eines Bereiches befinden, der kleiner ist als 10%, insbesondere kleiner ist als 5%, der in dieser Richtung betrachteten Gesamtausdehnung des Zellenstapels (einschließlich Zellpolen).
In einer Ausführungsform ist hierfür z. B. vorgesehen, dass sich sowohl die erste Leiterplatte als auch die bzw. jede zweite Leiterplatte jeweils in einer Ebene erstrecken, die wenigstens annähernd parallel zu der Außenfläche des Zellenstapels orientiert ist, wobei ein etwaiger Abstand der Ebenen von einerseits der ersten Leiterplatte und andererseits der bzw. jeder der zweiten Leiterplatten kleiner ist als 10%, insbesondere kleiner ist als 5%, der in dieser Richtung betrachteten Gesamtausdehnung des Zellenstapels.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anschlussflächen der ersten Leiterplatte in einer in Stapelrichtung des Zellenstapels verlaufenden Reihe in einem Randbereich der ersten Leiterplatte angeordnet sind. Damit können z. B. die mittels der elektrischen Drahtanschlussverbindung zu überbrückenden Distanzen zwischen einerseits den Anschlussflächen der ersten Leiterplatte und andererseits der jeweils zugeordneten Anschlussfläche der zweiten Leiterplatte vorteilhaft verringert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Leiterplatte und/oder die zweite Leiterplatte ein wenigstens annähernd rechteckiges Format besitzt.
Abweichend davon können vor allem für die erste Leiterplatte auch andere Formgestaltungen vorteilhaft sein, z. B. ein kammartiges oder sternartiges Format, bei welchem sich ausgehend von einem zentralen Bereich kämm- oder sternartige Vorsprünge (mit daran ausgebildeten Leiterbahnen) zu einzelnen Anschlussflächen bzw. Gruppen von zusammengehörigen Anschlussflächen (an Endbereichen der Vorsprünge) erstrecken, die jeweils über eine zugeordnete von mehreren Drahtanschlussverbindungen elektrisch weiterverbunden sind (zu einer zugeordneten von mehreren zweiten Leiterplatten).
In einer Ausführungsform besitzt die erste Leiterplatte und/oder die zweite Leiterplatte eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm.
Hinsichtlich der Gestaltung der ersten Leiterplatte, wie auch der zweiten Leiterplatte, kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft auf Technologien zurückgegriffen werden, die für als Schaltungsträgerplatten vorgesehene Leiterplatten im Stand der Technik gut etabliert sind. Aus diesem Stand der Technik sind in großer Vielfalt Leiterplatten bekannt, die eine oder mehrere (in verschiedenen Ebenen angeordnete) strukturierte Leiterlagen aufweisen, wobei an einzelnen Stellen außerdem z. B. elektrische Durchkontaktierungen vorgesehen seien können, um an dort eine Verbindung zwischen verschiedenen Leiterlagen bzw. Leiterlagenebenen zu implementieren. Derartige Leiterplatten können zur Herstellung der erfindungsgemäßen Batterie eingesetzt werden (als "erste Leiterplatte" und/oder als "zweite Leiterplatte"). Leiterplatten mit mehreren strukturierten Leiterlagen können im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft z. B. dann eingesetzt werden, wenn die erste Leiterplatte außer der Leiterbahnanordnung mit den Anschlussflächen noch weitere elektronische Komponenten bzw. eine elektronische Einrichtung (z. B.
Batteriemanagementsystem) aufweisen soll, bzw. wenn die zweite Leiterplatte außer dem (wenigstens einen) Temperatursensor und der Leiterbahnanordnung mit den Anschlussflächen noch weitere elektronische Komponenten bzw. eine elektronische Einrichtung aufweisen soll.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Leiterplatte an dem betreffenden Zellverbinder stoffschlüssig angeordnet, insbesondere angeklebt, ist (bevorzugt mit einem wärmeleitenden Klebstoff). Alternativ kann z. B. vorgesehen sein, dass die zweite Leiterplatte an dem betreffenden Zellverbinder angelötet ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen bestückt ist, insbesondere zur Realisierung einer elektronischen Einrichtung zur Verarbeitung und/oder Auswertung eines von dem Temperatursensor gelieferten Sensorsignals.
Die Verarbeitung kann z. B. eine Verstärkung eines (analogen) Sensorsignals und/oder Analog/Digital-Wandlung eines solchen Sensorsignals beinhalten.
Die Auswertung kann z. B. zum Zwecke einer Auswertung der (wenigstens einen) mittels des (wenigstens einen) Temperatursensor erfassten Temperatur im Rahmen eines so genannten Batteriemanagementsystems beinhalten.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Verarbeitung und/oder Auswertung des oder der betreffenden Sensorsignale durch eine an der ersten Leiterplatte ausgebildete elektronischen Einrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Verarbeitung und/oder Auswertung wenigstens zum Teil außerhalb der elektrischen Batterie durchgeführt wird. Hierfür kann z. B. eine an der ersten Leiterplatte ausgebildete elektronische Einrichtung in Kommunikationverbindung mit einer separat davon implementierten weiteren Einrichtung stehen (etwa über eine Kabelverbindung).
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Batterie der hier beschriebenen Art vorgeschlagen, aufweisend folgende Schritte:
Bilden eines Zellenstapels durch Aneinanderreihen von mehreren Batteriezellen in einer Stapelrichtung, wobei die Batteriezellen an einer sich in Stapelrichtung und orthogonal dazu erstreckenden Außenfläche des so gebildeten Zellenstapels hervorstehende Zellenpole aufweisen. Dieser Schritt kann z. B. automatisiert durchgeführt werden. Die Batteriezellen können hierbei z. B. automatisiert zugeführt und in eine (z. B. ebenfalls automatisiert zugeführte) gehäuse- oder rahmenartige Struktur verbracht werden, in welcher der Zellstapel in der fertigen Batterie gehalten (und ggf. z. B. mechanisch verspannt) wird. elektrisch miteinander Verbinden von Zellenpolen von im Zellenstapel einander benachbarten der Batteriezellen durch Anlöten oder Anschweißen von Zellverbindern an den betreffenden Zellenpolen. Dieser Schritt kann z. B. automatisiert durchgeführt werden. Die Zellverbinder können hierbei z. B. automatisiert zugeführt, positioniert und befestigt werden. Anordnen einer ersten Leiterplatte an der Außenfläche des Zellenstapels und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend, wobei die erste Leiterplatte eine Leiterbahnanordnung mit zu jeweiligen Anschlussflächen der ersten Leiterplatte führenden Leiterbahnen aufweist. Dieser Schritt kann z. B. automatisiert durchgeführt werden. Die Leiterplatte kann hierbei z. B. automatisiert zugeführt, positioniert und befestigt, z. B. verklebt und/oder verschraubt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Befestigung durch eine Verrastung der Leiterplatte realisiert sein, etwa der vorerwähnten gehäuse- oder rahmenartigen Struktur (oder einem starr damit verbundenen Teil).
Befestigen (z. B. Ankleben oder z. B. Anlöten) wenigstens einer zweiten Leiterplatte an einem der Zellverbinder, wobei die zweite Leiterplatte mit einem Temperatursensor bestückt ist und eine Leiterbahnanordnung mit von dem Temperatursensor zu Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte führenden Leiterbahnen aufweist. Dieser Schritt kann z. B. automatisiert durchgeführt werden. Die Leiterplatte kann hierbei z. B. automatisiert zugeführt, positioniert und befestigt, z. B. verklebt oder verlötet werden.
Drahtbonden zum Bilden einer elektrischen Drahtanschlussverbindung zwischen den Anschlussflächen der zweiten Leiterplatte und zugeordneten der Anschlussflächen der ersten Leiterplatte. Dieser Schritt wird besonders vorteilhaft automatisiert durchgeführt.
Besonders bevorzugt wird zumindest das Befestigen der wenigstens einen zweiten Leiterplatte an einem der Zellverbinder und/oder das Drahtbonden zum Bilden der elektrischen Drahtanschlussverbindung automatisiert durchgeführt.
Die für die erfindungsgemäße elektrische Batterie hier beschriebenen Ausführungsformen und besonderen Ausgestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw. besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vorgesehen sein, und umgekehrt.
Gemäß eines noch weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung einer elektrischen Batterie der hier beschriebenen Art bzw. einer mittels des hier beschriebenen Verfahrens hergestellten elektrischen Batterie als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug (z. B. Elektro- oder Hybridfahrzeug) vorgeschlagen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Teilansicht einer elektrischen Batterie gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Details von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine elektrischen Batterie 10, aufweisend einen Zellenstapel 12 aus im Beispiel insgesamt zwölf aneinander gereihten Batteriezellen 14.
Im dargestellten Beispiel sind die Batteriezellen 14 z. B. als Lithium-Ionen-Zellen mit einer Zellenspannung von z. B. 3,6 V implementiert und jeweils identisch quaderförmig ausgebildet, wobei die Batteriezellen 14 wie in Fig. 1 ersichtlich in einer der kürzesten Kante der Quaderform entsprechenden Stapelrichtung y gestapelt sind.
An einer sich in der Stapelrichtung y und in einer dazu orthogonalen Richtung x erstreckenden Außenfläche des Zellenstapels 12 weisen die Batteriezellen 14 jeweils zwei hervorstehende Zellenpole 16 (Minuspol) und 18 (Pluspol) auf.
Im Beispiel entspricht die Richtung x der Richtung der längsten Kante der Quaderform und sind die Zellenpole 16, 18 jeder Batteriezelle 14 in Richtung x betrachtet jeweils in einander entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Batteriezelle 14 vorgesehen. Eine Richtung z (in Fig. 1 nach oben) entspricht der dritten Kantenrichtung der Quaderform der Batteriezellen 14 und verläuft orthogonal zu den Richtungen x und y.
Die von der besagten Außenfläche (in einer x-y-Ebene) in Richtung z abstehenden Zellenpole 16, 18 von im Zellenstapel 12 einander benachbarten der Batteriezellen 14 sind mittels mehrerer Zellverbinder 20 elektrisch miteinander verbunden.
Im Beispiel sind die zwölf Batteriezellen 14 mit elf Zellverbindern 20 in elektrischer Reihenschaltung miteinander verbunden, wobei bei im Zellenstapel 12 paarweise einander benachbarten Batteriezellen 14 jeweils ein Pluspol 18 einer der beiden Batteriezellen 14 mit dem Minuspol 16 der anderen der beiden Batteriezellen 14 verbunden ist. Ein Minuspol der Batterie 10 wird durch den Minuspol 16 einer im Stapel 12 ersten Zelle (in Fig. 1 links unten) gebildet, und ein Pluspol der Batterie 10 wird durch den (in Fig 1 nicht dargestellten) Pluspol 18 einer im Stapel 12 letzten Zelle (in Fig. 1 rechts oben) gebildet.
Die elektrische Batterie 10 weist ferner eine Leiterplatte 30 auf, nachfolgend auch als "erste Leiterplatte" bezeichnet, die an der Außenfläche des Stapels 12 und parallel zu dieser Außenfläche, also in einer x-y-Ebene sich erstreckend angeordnet ist. Die Leiterplatte 30 weist eine Leiterbahnanordnung 32 mit zu jeweiligen Anschlussflächen 34 der Leiterplatte 30 führenden Leiterbahnen auf.
Die elektrische Batterie 10 weist ferner wenigstens eine nachfolgend auch als "zweite Leiterplatte" bezeichnete Leiterplatte 40 auf, die an einem der Zellverbinder 20 mit einem wärmeleitenden Klebstoff 46 (vgl. Fig. 2) angeklebt ist, mit einem Temperatursensor 41 (vgl. Fig. 2) bestückt ist, und eine Leiterbahnanordnung 42 (vgl. Fig. 2) mit von dem Temperatursensor 41 zu Anschlussflächen 44 (vgl. Fig. 2) der zweiten Leiterplatte 40 führenden Leiterbahnen aufweist.
Fig. 2 ist eine Detailansicht eines in Fig. 1 unteren Bereiches der elektrischen Batterie 10, aus der für einen der Zellverbinder 20 die Komponenten 40, 41 , 42, 44 und 46 ersichtlich sind.
Die Anschlussflächen 44 der zweiten Leiterplatte 40 und die zugeordneten Anschlussflächen 34 der ersten Leiterplatte 30 sind durch eine durch Drahtbonden hergestellte elektrische Drahtanschlussverbindung 50 elektrisch miteinander verbunden. Ein von dem Temperatursensor 41 (z. B. aufgelöteter NTC-Baustein) auf der zweiten Leiterplatte 40 geliefertes Sensorsignal kann über die Leiterbahnanordnung 42, die Anschlussflächen 44 und die Drahtanschlussverbindung 50 zu den Anschlussflächen 34 und somit zu der Leiterbahnanordnung 32 der ersten Leiterplatte 30 weitergeleitet werden.
Lediglich der Einfachheit der Darstellung halber ist bei der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Batterie 10 nur eine einzige "zweite Leiterplatte" 40 eingezeichnet und bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Leiterplatte 30 nur der dieser einzigen Leiterplatte 40 zugeordnete Teil der Leiterbahnanordnung 42 und der Anschlussflächen 44 eingezeichnet. Tatsächlich ist bei der Batterie 10 an jedem der elf Zellverbinder 20 jeweils eine solche zweite Leiterplatte 40 (mitsamt einem Temperatursensor 41 , einer Leiterbahnanordnung 42 und Anschlussflächen 44) aufgeklebt, und sind sämtliche somit insgesamt elf zweite Leiterplatten 40 über eine jeweils zugeordnete, im Beispiel zweipolige Drahtanschlussverbindung 50 elektrisch mit der ersten Leiterplatte 30 verbunden. Die Anschlussflächen 34 der ersten Leiterplatte 30 sind hierbei in zwei in Stapelrichtung y des Zellenstapels 12 verlaufenden Reihen in einem jeweiligen Randbereich (in Fig. 1 links und rechts) der ersten Leiterplatte 30 angeordnet (um möglichst kurze Drahtanschlussverbindungen 50 zu ermöglichen).
Unter Verwendung der mehreren in der Batterie 10 angeordneten Temperatursensoren 41 kann im Betrieb der Batterie 10 vorteilhaft eine Temperaturüberwachung durchgeführt werden, beispielsweise durch ein so genanntes "Batteriemanagementsystem" in Form einer elektronischen Einrichtung 36, die insbesondere z. B. wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt an der ersten Leiterplatte 30 ausgebildet sein kann.
Die Leiterplatte 30 kann zu diesem Zweck mit weiteren elektronischen Bauelementen bestückt sein, um die elektronische Einrichtung 36 zu implementieren, beispielsweise zur Verarbeitung und/oder Auswertung der von den Temperatursensoren 41 gelieferten Sensorsignale. Die an der ersten Leiterplatte ausgebildete Einrichtung 36 kann ein Batteriemanagementsystem (oder zumindest einen Teil davon) der Batterie 10 darstellen.
Die Herstellung der elektrischen Batterie 10 kann vorteilhaft z. B. wie folgt erfolgen:
Zunächst wird der Zellenstapel 12 durch Aneinanderreihen der Batteriezellen 14 gebildet.
Dann werden die Zellenpole 16, 18 gemäß der gewünschten Verschaltung (hier: Reihenschaltung) durch Anschweißen der Zellverbinder 20 elektrisch miteinander verbunden. Die Zellverbinder 20 werden hierbei in einer Fertigungsstation bevorzugt automatisiert zugeführt, an den betreffenden Zellenpolen 16, 18 positioniert und mit diesen verschweißt.
Außerdem wird die bereits vorgefertigte und ggf. mit elektronischen Bauteilen (vgl. Einrichtung 36 in Fig. 1 ) bestückte erste Leiterplatte 30 an der Außenfläche des Zellenstapels und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend befestigt. Die Leiterplatte 30 wird z. B. automatisiert zugeführt, positioniert und befestigt, z. B. verklebt und/oder verschraubt und/oder ver stet.
Dann werden die bereits vorgefertigten und mit den Temperatursensoren 41 bestückten zweiten Leiterplatten 40 an den Zellverbindern 20 befestigt. Die Leiterplatten 40 werden bevorzugt automatisiert zugeführt, positioniert und befestigt. Für die Befestigung durch jeweilige Verklebungen kann z. B. zuvor mit einem automatischen Klebstoffdispenser an den Zellverbindern 20 Klebstoff aufgetrogen werden. Alternativ kann mit einem automatischen Klebstoffdispenser der Klebstoff an den Leiterplatten 40 aufgetrogen werden (bevor diese an den Zellverbindern 20 positioniert werden).
Schließlich erfolgt ein automatisiertes Drahtbonden zur Herstellung der elektrischen Drohtanschlussverbindungen 50 zwischen den zweiten Leiterplatten 40 und der ersten Leiterplatte 30. Dieser Schritt wird automatisiert durch einen Automaten ("Drahtbonder") durchgeführt. Abweichend von der Darstellung im Beispiel der Fig. 1 und 2 können die Drohtanschlussverbindungen 50 auch von Bonddrähten mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt, z. B. einem rechteckigen Querschnitt gebildet sein.
Insbesondere für ein derart weitgehend automatisiertes Herstellungsverfahren ist es im Rahmen der Erfindung von Vorteil, wenn wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 dargestellt die Anschlussflächen 34 der ersten Leiterplatte 30 und die Anschlussflächen 44 der zweiten Leiterplatten 40 auf der dem Zellenstapel 12 jeweils abgewandten Flachseite der Leiterplatten 30, 40 angeordnet sind, um eine gute Zugänglichkeit für die Werkzeuge wie den Drahtbonder zu gewährleisten. Außerdem ist es von Vorteil, wenn wie dargestellt die Anschlussflächen 34 der ersten Leiterplatte 30 und die Anschlussflächen 44 der zweiten Leiterplatten 40 sich in Richtung orthogonal zur Außenfläche des Zellenstapels (z-Richtung) betrachtet wenigstens annähernd an der gleichen Stelle befinden, um damit vorteilhaft die mittels der elektrischen Drohtanschlussverbindungen 50 zu überbrückenden Distanzen gering zu halten.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Batterie (10), aufweisend einen Zellenstapel (12) aus mehreren in einer Stapelrichtung (y) aneinander gereihten Batteriezellen (14), wobei die Batteriezellen (14) an einer sich in Stapelrichtung (y) und orthogonal (x) dazu erstreckenden Außenfläche des Zellenstapels (12) hervorstehende Zellenpole (16, 18) aufweisen, mehrere Zellverbinder (20) zum elektrisch miteinander Verbinden von Zellenpolen (16, 18) von im Zellenstapel (12) einander benachbarten Batteriezellen (14), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Batterie (10) ferner aufweist: eine erste Leiterplatte (30), die an der Außenfläche des Zellenstapels (12) und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend angeordnet ist und eine Leiterbahnanordnung (32) mit zu jeweiligen Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30) führenden Leiterbahnen aufweist, wenigstens eine zweite Leiterplatte (40), die an einem der Zellverbinder (20) befestigt ist, mit einem Temperatursensor (41 ) bestückt ist, und eine Leiterbahnanordnung (42) mit von dem Temperatursensor (41 ) zu Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) führenden Leiterbahnen aufweist, und eine elektrische Drahtanschlussverbindung (50) zwischen den Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) und der zugeordneten Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30).
2. Elektrische Batterie (10) nach Anspruch 1 , wobei die Zellverbinder (20) plattenförmig oder streifenförmig ausgebildet sind.
3. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30) in einer in Stapelrichtung (y) des Zellenstapels (12) verlaufenden Reihe in einem Randbereich der ersten Leiterplatte (30) angeordnet sind.
4. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Leiterplatte (30) ein wenigstens annähernd rechteckiges Format besitzt.
5. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterplatte (40) an dem betreffenden Zellverbinder (20) angeklebt ist.
6. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Mehrzahl zweiter Leiterplatten (40), wobei jede zweite Leiterplatte (40) mit wenigstens einem Temperatursensor (41 ) bestückt ist, und die Temperatursensoren (41 ) gleich ausgebildet sind.
7. Elektrische Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend eine Mehrzahl zweiter Leiterplatten (40), wobei voneinander verschiedene Temperatursensoren (41 ) zur Bestückung der verschiedenen zweiten Leiterplatten (40) verwendet sind.
8. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von zweiten Leiterplatten (40) die Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatten (40) zur Drahtanschlussverbindung (50) mit ersten Leiterplatte (30) an der gleichen Stelle angeordnet sind.
9. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussflächen (44) auf einer Oberseite der zweiten Leiterplatte (40) ausgebildet ist, wobei die Oberseite auf einer der Batteriezelle (14) abgewandten Seite ausgebildet ist.
10. Elektrische Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Leiterplatte (30) mit elektronischen Bauelementen bestückt ist, insbesondere zur Realisierung einer elektronischen Einrichtung zur Verarbeitung und/oder Auswertung eines von dem Temperatursensor (41 ) gelieferten Sensorsignals.
11 . Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend folgende Schritte:
Bilden eines Zellenstapels (12) durch Aneinanderreihen von mehreren Batteriezellen (14) in einer Stapelrichtung (y), wobei die Batteriezellen (14) an einer 17 sich in Stapelrichtung (y) und orthogonal (x) dazu erstreckenden Außenfläche des so gebildeten Zellenstapels (12) hervorstehende Zellenpole (16, 18) aufweisen, elektrisch miteinander Verbinden von Zellenpolen (16, 18) von im Zellenstapel (12) einander benachbarten der Batteriezellen (14) durch Anlöten oder Anschweißen von Zellverbindern (20) an den betreffenden Zellenpolen (16, 18),
Anordnen einer ersten Leiterplatte (30) an der Außenfläche des Zellenstapels (12) und parallel zu dieser Außenfläche sich erstreckend, wobei die erste Leiterplatte (30) eine Leiterbahnanordnung (32) mit zu jeweiligen Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30) führenden Leiterbahnen aufweist,
Befestigen wenigstens einer zweiten Leiterplatte (40) an einem der Zellverbinder (20), wobei die zweite Leiterplatte (40) mit einem Temperatursensor (41 ) bestückt ist und eine Leiterbahnanordnung (42) mit von dem Temperatursensor (41 ) zu Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) führenden Leiterbahnen aufweist,
Drahtbonden zum Bilden einer elektrischen Drahtanschlussverbindung (50) zwischen den Anschlussflächen (44) der zweiten Leiterplatte (40) und zugeordneten der Anschlussflächen (34) der ersten Leiterplatte (30).
12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Batterie (10) nach Anspruch 11 , wobei zumindest das Befestigen der wenigstens einer zweiten Leiterplatte (40) an einem der Zellverbinder (20) und/oder das Drahtbonden zum Bilden der elektrischen Drahtanschlussverbindung (50) automatisiert durchgeführt wird.
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