WO2023088818A1 - Energiespeicher, verfahren zur herstellung eines energiespeichers sowie fahrzeug - Google Patents

Energiespeicher, verfahren zur herstellung eines energiespeichers sowie fahrzeug Download PDF

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WO2023088818A1
WO2023088818A1 PCT/EP2022/081710 EP2022081710W WO2023088818A1 WO 2023088818 A1 WO2023088818 A1 WO 2023088818A1 EP 2022081710 W EP2022081710 W EP 2022081710W WO 2023088818 A1 WO2023088818 A1 WO 2023088818A1
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electrical connection
connection element
energy store
circuit board
advantageously
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PCT/EP2022/081710
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Bastian BLÖMEKE
Steffen Rosenkranz
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • a material connection is disadvantageous, particularly in the case of electrical connection elements made of aluminum, because soldering or welding to connect aluminum is often brittle. This means a disadvantageous quality of such an energy store.
  • Welding methods in particular laser welding methods, have recently been used to connect connection elements of battery cells to one another, as disclosed in DE 10 2019 127 703 A1.
  • connection elements of battery cells have been connected to one another, as disclosed in DE 10 2019 127 703 A1.
  • the object of the invention is to ensure the energy supply of a vehicle with such an improved energy store in a simple manner.
  • the object is achieved with an energy store according to claim 1.
  • the object is also achieved by a method for producing an energy store according to claim 9.
  • the object is achieved by using the energy store described here in a vehicle according to claim 11.
  • the energy store is in particular a battery for a vehicle.
  • the battery storage device has one or more battery cells and a printed circuit board, the printed circuit board having a first electrical connection element or the printed circuit board being permanently connected to a first electrical connection element, at least one of the battery cells having a second electrical connection element, the first electrical
  • the connection element and the second electrical connection element are designed and arranged in such a way that the electrical connection elements form a non-positive electrical connection in an unconnected state in one area, in particular by touching, with the electrical connection being materially bonded in some areas by a welding process, in particular by a laser welding process.
  • the first electrical connection element and the second electrical connection element are preferably made of different metals. Next is beneficial the first electrical connection element is connected to the printed circuit board by a soldered connection. In addition, the first electrical connection element can be fastened with the aid of a clamp connection.
  • the invention can be used to advantage in particular in the case of first and second electrical connection elements in which “classic” welding is difficult.
  • the first and second electrical connection elements are advantageously welded at a point or area that touches one another, for example at the respective side end of the respective electrical connection element.
  • the second electrical connection element is advantageously designed as a contact element of the battery cell.
  • the respective first or second electrical connection element can advantageously be connectable to a current sensor, for example a shunt resistor.
  • the first and/or the second electrical connection elements are/are advantageously designed as sheet metal.
  • the battery cells are advantageously designed as pouch cells.
  • Pouch cells often include electrical connection elements made of aluminum that are formed as sheet metal, which is why the invention is particularly well suited for connecting pouch cells to an electrical connection element of the printed circuit board.
  • the respective battery cell can advantageously also be designed as a cylinder or as a prismatic battery cell. Cylindrical battery cells can advantageously form a stable arrangement in a frame.
  • the energy store preferably includes a plurality of battery cells which are arranged in a stacked manner. Due to the stacked arrangement, the respective second electrical connectors of the battery cells are formed in parallel.
  • the printed circuit board is preferably designed as a printed circuit board (PCB).
  • a battery management system (BMS) and a further controller for the energy store are preferably applied to the printed circuit board.
  • sensors such as a shunt resistor or a temperature sensor can be applied and/or attached to the printed circuit board.
  • a non-positive connection of the two electrical connectors is advantageously formed in that the respective electrical connection element is shaped in such a way that one area of the connection elements "press against one another" after the mechanical assembly of the energy store in the area or at least touch in the area. Such an assembly is also referred to as pre-assembly.
  • the electrical connection elements can form a materially bonded connection in the area with the aid of fusion welding.
  • the non-positive connection of the electrical connection elements advantageously results from an elastic material tension of the respective electrical connection element.
  • At least one electrical connection element is preferably designed to be elastic in some areas.
  • the elasticity or the elastic area is formed in such a way that the respective connecting element is formed from sheet metal, at least in some areas.
  • the integral connection of the electrical connection elements can advantageously be combined with a latching connection.
  • At least the first electrical connection element can advantageously be in thermal contact with a heat sink or have a heat sink. For example, heat from the battery cell can be better released to the environment through the heat sink. It is also advantageous that the respective electrical connection element has slots or recesses.
  • the respective electrical connection elements which are connected to one another in a materially bonded manner in some areas, preferably include slots or recesses in the same position.
  • the electrical connection elements form a common edge in the area due to an at least essentially matching outer shape of the corresponding electrical connection elements.
  • the electrical connection elements are preferably welded at the edge. Due to the slots and/or recesses on the corresponding connection elements, the edge of the respective electrical connection element is advantageously formed with a great length. This can result in a better material connection through a longer weld seam at the respective edges.
  • the electrical connection elements are advantageously designed in such a way that electrical connection elements are designed at least in the overlapping area in such a way that the edges of the electrical connection elements overlap in certain areas.
  • connection elements disclosed here are also referred to as pole connections.
  • the respective connection element is advantageously designed with a tongue-shaped section, with at least the respective tips of the tongues advantageously being welded to one another.
  • a cohesive electrical connection of the two electrical connectors advantageously takes place with the aid of laser welding in the respective area in which the electrical connection elements have been brought together essentially in a form-fitting manner through the arrangement.
  • Laser welding is a particularly advantageous method that can be used to form a well-conducting electrical connection between electrical connection elements, in particular if the respective electrical connection element is made of different materials such as copper, iron and/or aluminum.
  • the respective electrical connection element be formed at least essentially from zinc or from lead. So-called base alloys of copper, aluminum or iron can also advantageously serve as material for the respective electrical connection element.
  • the electrical connection elements are preferably designed to be congruent, at least in the area.
  • the electrical connectors preferably converge in areas and preferably overlap in the area in a form-fitting manner.
  • the electrical connection elements are preferably welded together in the area in which the electrical connection elements are designed to be congruent or touch one another in the not yet welded state.
  • the energy store can also be designed as a battery for a solar system or as a fuel cell store or as an energy store for wind power plants.
  • the form-fitting connection of the two electrical connection elements advantageously allows the energy store to be produced quickly and easily.
  • the form-fitting connection is advantageously made without an auxiliary device for positioning and/or for fixing the electrical connection elements.
  • the electrical connection elements are advantageously designed as joining partners. Elaborate screw connections for the electrical connection of the printed circuit board and the at least one battery cell can be omitted as a result.
  • the first electrical connector is made of copper or an alloy containing copper, in particular a copper-based alloy
  • the second electrical connector is made of aluminum or an alloy containing aluminum, in particular an aluminum-based alloy
  • the first electrical connector can also be formed at least essentially from a ferrous material such as stainless steel or an iron-based alloy. Ferrous materials advantageously have high strength. In addition, ferrous materials are easy to process, especially through shaping processes such as pressing or forging.
  • the second electrical connection element can also comprise an iron-containing material such as (stainless) steel, at least in some areas. #
  • the first electrical connection element can advantageously be made of iron or an iron-based alloy if the respective second electrical connection element consists at least largely of copper or a copper-based alloy.
  • the second electrical connection element which is assigned to the battery cell, is advantageously made of aluminum. This is often the case with Li-ion battery cells in particular. Aluminum is advantageously light, easy to process and has high electrical conductivity.
  • the first electrical connection element is advantageously fastened to the printed circuit board with the aid of a soldered connection.
  • the soldered connection advantageously results in an electrical connection to a conductor track on the printed circuit board.
  • a particularly simple and stable electrical and mechanical connection of the printed circuit board to the first electrical connector can be formed by a soldered connection.
  • the first electrical connection element can enter into a fixed mechanical and/or electrical connection with the printed circuit board using a press-in method.
  • the respective second electrical connection element of the respective battery cell is often made of aluminum or an aluminum-containing alloy, in particular an aluminum-based alloy. Therefore, the electrical connection elements of a battery cell that are already present can be advantageously used directly for connection to the (first) electrical connection element of the printed circuit board.
  • the respective battery cell is advantageously designed as a lithium-ion battery cell.
  • lead cells can serve as battery cells. In particular, battery cells based on sodium ions or on graphene can be used.
  • the different materials such as aluminium, iron or aluminium, in particular their respective base alloys, of the electrical connection elements can be connected to one another simply and securely using a laser welding process in particular.
  • the first electrical connection element and the second electrical connection element are materially connected by a laser welding process.
  • connection takes place particularly advantageously at the edges of electrical connection elements which are arranged in an overlapping manner.
  • recesses such as holes can be introduced in the overlapping area of the respective electrical connection element, with the electrical connection elements being welded to one another on the respective inside of the recesses.
  • the use of the laser welding method allows the creation of the electrical connection of the electrical connection elements to be monitored particularly well, for example with the aid of optical monitoring.
  • so-called welding spatter can be effectively prevented. Damage to the battery cell connected to the printed circuit board is effectively prevented in a particularly advantageous manner.
  • the avoidance of brittle areas is greatly reduced.
  • the first electrical connection element is in direct thermal contact with a temperature sensor.
  • the temperature sensor is preferably designed to determine the temperature of the battery cell, which is attached to the circuit board directly via the electrical connection elements.
  • the temperature sensor is advantageously fastened directly to the printed circuit board with the aid of a soldered connection.
  • a cable-based electrical connection of the temperature sensor is not necessary in this case. This contributes in particular to improved production of the energy store.
  • the temperature sensor is preferably designed as a temperature-dependent resistor, in particular as a PTC or NTC.
  • the temperature sensor is advantageously attached directly to the printed circuit board.
  • the temperature sensor is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connector.
  • a thermally conductive paste between the temperature sensor and the first electrical connection element is advantageously used to improve the thermal connection.
  • the temperature sensor is attached to the first electrical connection element.
  • the welded connection of the two electrical connection elements to one another ensures a good thermal connection of the electrical connection elements and thus a good thermal connection between the respective battery cell and the printed circuit board.
  • the temperature of the battery cell can be determined by a temperature sensor that is attached to the printed circuit board. In this way, further temperature sensors on the at least one battery cell can be saved. In a further advantageous embodiment of the invention, the temperature sensor is arranged on the printed circuit board.
  • the temperature sensor is preferably attached directly to the printed circuit board, for example with a soldered connection or a press-in connection.
  • the temperature sensor is advantageous at least in the immediate vicinity of or in direct contact with the first electrical connection element.
  • a mechanical (press) connection of the temperature sensor to the first electrical connection element preferably also takes place.
  • the temperature sensor is advantageously positioned in an opening or a recess in the first electrical connector.
  • the first and/or the second electrical connection element each has at least one area that converges, with the integral connection being positioned in the respective area that converges.
  • a tapering area can be formed by edges that narrow towards one another or by edges of the respective electrical connection element that converge. Such an area is preferably designed in the shape of a tongue.
  • a tongue-shaped area is understood to mean, in particular, a trapezoidal area rounded off at the top.
  • the area that converges in each case can be formed by essentially triangular recesses on the sides of the area in question. The corners or edges created by the recesses are advantageously rounded.
  • the respective electrical connection element advantageously has a plurality of such converging areas on at least one end or on one side of the electrical connection element.
  • the corners and/or edges of the respective electrical connection element are rounded, so that any electrical potential peaks that may occur are avoided.
  • the respective area is particularly advantageously designed to be triangular or trapezoidal, with the edge of the respective electrical connection element having a rounded shape.
  • the energy store has at least two battery cells, with each battery cell having two second electrical connection elements, with the respective second connection elements of the battery cells being connected to one another using a laser welding process.
  • the second electrical connection elements form a materially bonded connection with one another as a result of the welding process.
  • the integral connection advantageously results in a thermal connection between the battery cells and particularly advantageously with the temperature sensor.
  • the energy store advantageously includes a plurality of battery cells which are electrically connected in series.
  • the battery cells are electrically connected by means of an electrical connection between two connection elements in each case.
  • the respective second electrical connection elements are particularly advantageously made of aluminum or of an aluminum-based alloy, so that the electrical connection elements enter into a stable and form-fitting connection with one another by means of a welding process.
  • the battery cells are advantageously designed as so-called pouch cells.
  • the battery cells are embodied as cylindrical or prismatic battery cells, it being possible for the battery cells to have connection lugs which are embodied as second electrical connection elements.
  • the second connection elements are advantageously made at least essentially from copper or a copper-based alloy.
  • connection lugs of the respective battery cell can be welded directly to the respective first electrical connection element.
  • the energy store can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the second electrical connection elements have areas that converge, the second electrical connection elements being connected in a material-to-material and/or form-fitting manner in the areas that converge.
  • the respective second electrical connection elements are preferably connected using a welding process, in particular a laser welding process.
  • the method for producing an energy store according to the above description comprises at least the following steps:
  • the method further includes attachment of the first electrical connection element to the printed circuit board, preferably with the aid of a soldered connection.
  • the first electrical connection element can also be fastened to the printed circuit board by a (press-fit) connection.
  • the electrical connection elements in the area are connected using the welding process.
  • the electrical connection elements are connected in the area that is tapering, in particular trapezoidal or tongue-shaped.
  • the connection is advantageously made at the respective edge of the electrical connection elements arranged one on top of the other.
  • the integral connection can advantageously be improved in that a connection of the respective electrical connection element is or is formed within the area with the aid of laser welding.
  • the method described above can be used to provide a particularly simple, quick and, moreover, robust connection of a circuit board to at least one battery cell. As a result, an energy store can be produced in an improved manner.
  • a temperature sensor is attached to the printed circuit board or to the first electrical connection element in such a way that a thermal connection is created between the temperature sensor and the first electrical connection element.
  • the temperature sensor is advantageously attached to the printed circuit board after the first connection element has been attached to the printed circuit board.
  • the thermal connection of the temperature sensor to the first electrical connection element is then improved, advantageously with the aid of a press connection and/or a thermally conductive paste.
  • the temperature sensor can be attached to the printed circuit board in a first step and the first electrical connection element can be attached to the printed circuit board in a second step.
  • the first electrical connection element is fastened, there is a direct thermal connection of the temperature sensor to the first electrical connection element.
  • the temperature sensor can advantageously be positioned in a recess in the printed circuit board and/or in a recess in the first electrical connection element.
  • the direct thermal connection with the aid of a press connection and/or a thermally conductive paste is advantageous.
  • the vehicle includes at least one energy store as described above.
  • the vehicle can be in the form of a motor vehicle, an electrically operated road vehicle, preferably an automobile, or a rail vehicle.
  • the energy store described here can also be provided in the field of wind power or for temporarily storing solar energy.
  • the energy store can also be used with a fuel cell.
  • the invention relates to an energy store, a method for producing such an energy store and a vehicle with such an energy store.
  • the energy store comprises at least one battery cell and a circuit board, the circuit board advantageously being provided as part of a battery management system and/or for the electrical connection of the at least one battery cell to external connections of the energy store.
  • the printed circuit board comprises at least a first electrical connection element, advantageously in the form of a copper bar or trained as copper bleach.
  • the respective battery cell comprises at least one second connection element, usually in the form of an aluminum sheet or an aluminum rail.
  • a welding process in particular a laser welding process, is used to connect the two electrical connection elements.
  • a temperature sensor is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connection element. The temperature sensor can advantageously determine a temperature of the at least one battery cell
  • FIG. 1 shows a battery cell and a printed circuit board, which are connected via electrical connection elements
  • FIG. 2 shows part of an exemplary electrical connection element
  • FIG. 3 shows an exemplary energy store in a vehicle
  • the battery cell 7 and the circuit board 5 are part of an energy store 1 (not shown separately).
  • the first electrical connection element 3a is electrically connected to the circuit board 5 .
  • the electrical connection of the printed circuit board 5 to the first electrical connection element 3a is formed by a soldered connection 10, as shown here by way of example.
  • the printed circuit board 5 and the first electrical connection element 3a can advantageously also be connected to one another by a press-in method.
  • the first electrical connection element 3a is advantageously made of copper or a copper Base alloy formed.
  • the first electrical connection element 3a can be made of an iron-containing material, for example stainless steel.
  • the first electrical connection element 3a is shown overlapping in a region 11 with a second electrical connection element 3b.
  • the first electrical connection element 3a and the second electrical connection element 3b are advantageously arranged congruently or at least essentially overlapping in the area 11 .
  • the electrical connectors are connected to one another in a cohesive manner using a welding process, in particular a laser welding process.
  • the integral connection is advantageously made by (laser) welding at the respective edge of the electrical connection
  • the second electrical connection element 3b is connected to the battery cell 7 .
  • the second electrical connection element is designed as an aluminum sheet.
  • a highly conductive and durable connection of metals of the same type such as aluminium, iron and copper (and their base alloys) is particularly possible using welding processes, in particular the laser welding process.
  • the electrical connection elements 3a, 3b or the printed circuit board 5 and the battery cell 7 are advantageously positioned and aligned in such a way that the electrical connection elements 3a, 3b overlap one another in such a way that the respective overlapping edge of the electrical connection elements 3a, 3b is sufficient represents a stable attachment and electrically and/or thermally sufficient conductive connection.
  • Such a possibility is described by way of example in FIG. 2 below.
  • a temperature sensor 9 is positioned on one side of the circuit board 5 .
  • the temperature sensor 9 is advantageously attached to the circuit board 5 .
  • the temperature sensor 9 is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connection element 3a.
  • the temperature sensor 9 advantageously touches the first electrical connection element 3a. Due to the integral connection of the first and the second electrical connection element 3a, 3b, an at least indirect thermal contact is formed between the battery cell 7 and the temperature sensor 9.
  • the temperature sensor 9 can also be arranged directly on the first electrical connection element 3a.
  • the temperature sensor 9 can be positioned in a recess or opening in the first electrical connection element 3a and/or the circuit board 5 .
  • the temperature sensor 9 can be connected particularly easily to the electronic components on the printed circuit board 5, in particular a battery management system.
  • the temperature of the battery cell 7 can thus be determined with the aid of the temperature sensor 9 . In this way, at least one complex wiring of a temperature sensor 9 on the battery cell 7 can be saved.
  • the electrical connection element 3a, 3b comprises a plurality of cutouts 14, with each two adjacent cutouts 14 forming a section that converges, in particular a (rounded) trapezoidal or tongue-shaped section 13.
  • the respective electrical connection element 3a, 3b comprises an opening 15, with the respective opening 15 advantageously being in the section of a tongue 13 or in the area 11 is positioned.
  • the opening 15 serves to enlarge the edge of the respective electrical connection element 3a, 3b.
  • connection elements 3a, 3b in the opening 15 can be advantageous (therefore the opening is shown with a broken line).
  • the electrical connection elements 3a, 3b are bonded to one another at the edge by the welding process.
  • the longer edge of the respective electrical connector therefore contributes to a stronger welded connection between the electrical connection elements 3a, 3b.
  • the welded connection 17 is arranged on the edges of the respective electrical connection element 3a, 3b, as indicated on the right-hand side of the figure.
  • FIG 3 shows a vehicle 100 with an energy store 1 .
  • the energy store is advantageous as a traction battery or as a starter battery for vehicle 100 educated.
  • the vehicle 100 is shown here as an automobile, the vehicle 100 can also be in the form of a rail vehicle.
  • the process scheme comprises at least a first step v1, a second step v2 and a third step v3.
  • the printed circuit board (5) is mechanically connected to the respective battery cell 7 in such a way that the electrical connection elements 3a, 3b touch at least in certain areas.
  • a non-positive connection of the electrical connection elements 3a, 3b aligned with one another is also formed.
  • the respective adjacent second electrical connection elements 3b are connected using a (laser) welding process.
  • the contacting second electrical connection elements 3b of adjacent battery cells 7 form a non-positive connection, so that a cohesive (electrical) connection of the second electrical connection elements 3b can be carried out simply and safely using a (laser) welding process.
  • this second step v2 can also take place before the first step v1.
  • a third step v3 the corresponding first electrical connection elements 3a are electrically connected to the corresponding second electrical connection elements 3b.
  • the electrical connection of the first electrical connection element 3a to the second electrical connection element 3b is advantageously carried out using a laser welding process.
  • the temperature sensor 9 is advantageously positioned in such a way that the temperature sensor 9 enters into a direct thermal connection with the first electrical connection element 3a.
  • the invention relates to an energy storage device 1, a method for producing such an energy storage device 1 and a vehicle 100 with such an energy storage device 1.
  • the energy storage device 1 comprises at least one battery cell 7 and a printed circuit board 5, the printed circuit board 5 advantageously being part of a battery pack - Is provided nagement systems and / or for the electrical connection of at least one battery riezelle with external terminals of the energy storage.
  • the printed circuit board includes at least one first electrical connection element 3a, advantageously in the form of a copper bar or copper plate.
  • the respective battery cell 7 comprises a second connection element 3b, generally in the form of an aluminum sheet or an aluminum rail.
  • a welding process in particular a laser welding process, is used for the integral connection of the two electrical connection elements 3a, 3b.
  • a temperature sensor 9 is advantageously in direct thermal contact with the first electrical connection element 3a.

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Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher (1), ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers (1) sowie ein Fahrzeug (100) mit einem solchen Energiespeicher (1). Der Energiespeicher (1) umfasse zumindest eine Batteriezelle (7) und eine Leiterplatte (5), wobei die Leiterplatte (5) vorteilhaft als Teil eines Batteriemanagementsystems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batteriezelle (7) mit äußeren Anschlüssen des Energiespeichers (1) vorgesehen ist. Die Leiterplatte (5) umfasse zumindest ein erstes elektrisches Anschlusselement (3a), vorteilhaft als Kupferschiene oder als Kupferblech ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle umfasst ein zweites elektrisches Anschlusselement (3b), in der Regel als Aluminiumblech oder als Aluminiumschiene ausgebildet. Zur Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente (3a, 3b) dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor (9) in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement (3a), so dass der Temperatursensor (9) die Temperatur der Batteriezelle (7) ermitteln kann.

Description

Energiespeicher, Verfahren zur Herstellung eines
Energiespeichers sowie Fahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug.
Energiespeicher umfassen heute eine Mehrzahl von Batteriezellen und eine Leiter- platte (Platine mit elektrischen/elektronischen Bauteilen). In der Regel werden die Bat- teriezellen untereinander sowie mit einem elektrischen Anschlusselemente der Leiter- platte durch eine Schraubverbindung miteinander verbunden.
Nachteilhaft umfassen solche Schraubverbindungen eine hohe Zahl von Arbeitsschrit- ten.
Daher sind vereinzelnd auch stoffschlüssige Verbindungen wie Löten zur Verbindung der elektrischen Anschlusselemente im Bereich von Energiespeicher offenbart.
Nachteilig ist eine stoffschlüssige Verbindung insbesondere bei elektrischen Anschlus- selementen aus Aluminium, weil Löten oder Schweißen zur Verbindung von Alumi- nium oft brüchig ist. Dies bedeutet eine nachteilhafte Qualität eines solchen Energie- speichers.
Schweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren werden seit kurzem verwen- det, um Anschlusselemente von Batteriezellen miteinander zu verbinden, wie DE 10 2019 127 703 A1 offenbart. Es gibt weiterhin ähnliche Technologien zur Verbindung von Batteriezellen miteinander, beispielhaft US 2019 / 0296313 A1.
Der Stand der Technik gibt jedoch keinen Hinweis auf eine schnelle und geeignete elektrische Verbindung von Leiterplatten mit den Batteriezellen, welches schnell und einfach durchgeführt werden kann. Ein solches vorteilhaftes Verfahren würde zu ver- besserten Energiespeichern führen.
Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Energiespeicher bereitzu- stellen, der einfach herstellbar ist.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Energieversorgung eines Fahrzeugs mit einem solchen verbesserten Energiespeicher auf einfache Art und Weise zu si- chern.
Die Aufgabe wird mit einem Energiespeicher nach Anspruch 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers nach Anspruch 9 gelöst. Schließlich wird die Aufgabe durch Anwendung des hier beschriebenen Ener- giespeichers in einem Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Energiespeicher ist insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug ausgebildet. Der Batteriespeicher weist eine oder mehrere Batteriezellen und eine Leiterplatte auf, wo- bei die Leiterplatte ein erstes elektrisches Anschlusselement aufweist oder wobei die Leiterplatte mit einem ersten elektrischen Anschlusselement fest verbunden ist, wobei zumindest eine der Batteriezellen ein zweites elektrischen Anschlusselement aufweist, wobei das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlus- selement derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die elektrischen Anschlussele- mente in einem unverbundenen Zustand in einem Bereich, insbesondere durch ein Berühren, kraftschlüssig eine elektrische Verbindung ausbilden, wobei die elektrische Verbindung bereichsweise stoffschlüssig durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch ein Laserschweißverfahren, ausgebildet ist.
Vorzugsweise sind das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement aus unterschiedlichen Metallen ausgebildet. Weiter vorteilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement durch eine Lötverbindung mit der Leiterplatte verbunden. Darüber hinaus kann das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe ei- ner Klemmverbindung befestigt sein.
Die Erfindung ist insbesondere bei ersten und zweiten elektrischen Anschlusselemen- ten mit Vorteil einsetzbar, bei denen ein „klassisches“ Verschweißen schwierig ausge- staltet ist. Mit Vorteil erfolgt ein Verschweißen der ersten und zweiten elektrischen An- schlusselemente an einer einander berührenden Stelle oder einem einander berüh- renden Bereich, beispielhaft am jeweiligen Seitenende des jeweiligen elektrischen An- schlusselement.
Vorteilhaft ist das zweite elektrische Anschlusselement als Kontaktelement der Batte- riezelle ausgebildet.
Mit Vorteil kann das jeweilige erste oder zweite elektrische Anschlusselement zur Ver- bindung mit einem Stromsensor, zum Beispiel einem Shunt-Widerstand, verbindbar sein.
Vorteilhaft sind das erste und/oder das zweite elektrische Anschlusselemente als Blech ausgebildet.
Vorteilhaft sind die Batteriezellen als Pouch-Zellen ausgebildet. Pouch-Zellen umfas- sen häufig blechhaft-ausgebildete elektrische Anschlusselemente aus Aluminium, da- her ist die Erfindung besonders gut zur Verbindung von Pouch-Zellen mit einem elektrischen Anschlusselement der Leiterplatte geeignet. Vorteilhaft kann die jeweilige Batteriezelle auch zylinderförmig oder als prismatische Batteriezelle ausgebildet sein. Zylinderförmige Batteriezellen können vorteilhaft in einem Gerüst eine stabile Anord- nung ausbilden.
Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl von Batteriezellen, die ge- stapelt angeordnet sind. Durch die gestapelte Anordnung sind die jeweils zweiten elektrischen Verbinder der Batteriezellen parallel ausgebildet. Die Leiterplatte ist vorzugsweise als Printed-Circuit-Board (PCB) ausgebildet. Auf der Leiterplatte ist vorzugsweise ein Batterie-Management-System (BMS) sowie eine wei- tere Steuerung für den Energiespeicher aufgebracht. Darüber hinaus können Senso- ren wie ein Shunt-Widerstand oder auch ein Temperatursensor auf der Leiterplatte aufgebracht und/oder befestigt sein.
Eine kraftschlüssige Verbindung der beiden elektrischen Verbinder wird vorteilhaft dadurch ausgebildet, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement derart geformt ist, dass jeweils ein Bereich der Anschlusselemente nach dem mechanischen Zusam- menfügen des Energiespeichers in dem Bereich „gegeneinanderdrücken“ oder sich zumindest in dem Bereich berühren. Ein solches Zusammenfügen wird auch als Vor- montage bezeichnet. Die elektrischen Anschlusselemente können mit Hilfe eines Schmelzschweißen eine stoffschlüssige Verbindung in dem Bereich ausbilden. Die kraftschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlusselemente resultiert vorteilhaft durch eine elastische Materialspannung des jeweiligen elektrischen Anschlussele- mente.
Vorzugsweise ist zumindest ein elektrisches Anschlusselement bereichsweise elas- tisch ausgebildet. Vorteilhaft sind die Elastizität oder der elastische Bereich derart ausgebildet, indem das jeweilige Anschlusselement zumindest bereichsweise aus ei- nem Blech ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist die stoffschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlusselemente mit einer Rastverbindung kombinierbar.
Mit Vorteil kann zumindest das erste elektrische Anschlusselement in einem thermi- schen Kontakt zu einem Kühlkörper stehen oder einen Kühlkörper aufweisen. Durch den Kühlkörper kann beispielhaft Wärme von der Batteriezelle verbessert an die Um- gebung abgegeben werden. Vorteilhaft sind auch, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement Schlitze oder Aussparungen aufweist. Vorzugsweise umfassen die jeweilige elektrische Anschlus- selemente, die miteinander bereichsweise stoffschlüssig verbunden sind, Schlitze oder Aussparungen an der gleichen Position. Durch eine, zumindest im Wesentlichen, übereinstimmende, äußere Form der entsprechenden elektrischen Anschlussele- mente bilden die elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich einen gemeinsamen Rand. Vorzugsweise erfolgt ein Verschweißen der elektrischen Anschlusselemente an dem Rand. Durch die Schlitze und/oder Aussparungen an den entsprechenden An- schlusselementen ist der Rand des jeweiligen elektrischen Anschlusselements vorteil- haft mit einer hohen Länge ausgebildet. Damit kann sich eine bessere stoffschlüssige Verbindung durch eine längere Schweißnaht an den jeweiligen Rändern ergeben.
Vorteilhaft sind die elektrischen Anschlusselemente derart ausgeführt, dass sich elektrischen Anschlusselemente zumindest in den überlappenden Bereich derart aus- geführt sind, so dass die Ränder der elektrischen Anschlusselemente bereichsweise überlappen.
Die hier offenbarte elektrischen Anschlusselemente werden auch als Polanschlüsse bezeichnet. Vorteilhaft ist das jeweilige Anschlusselement mit einem zungenförmig ausgebildeten Abschnitt ausgebildet, wobei vorteilhaft zumindest die jeweiligen Spit- zen der Zungen miteinander verschweißt sind.
Vorteilhaft erfolgt eine stoffschlüssige elektrische Verbindung der beiden elektrischen Verbinder mit Hilfe des Laserschweißens in dem jeweiligen Bereich, an dem die elektrischen Anschlusselemente im Wesentlichen formschlüssig durch die Anordnung zusammengeführt worden sind.
Laserschweißen ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren, durch das eine gut leiten- den elektrische Verbindung von elektrischen Anschlusselementen ausgebildet werden kann, insbesondere für den Fall, dass das jeweilige elektrische Anschlusselement aus jeweils unterschiedlichen Materialien wie Kupfer, Eisen und/oder Aluminium aus- gebildet sind. Alternativ kann das jeweilige elektrische Anschlusselement auch zumindest im Wesentlichen aus Zink oder aus Blei ausgebildet sein. Mit Vorteil kön- nen auch sogenannte Basis-Legierungen von Kupfer, Aluminium oder Eisen als Mate- rial für das jeweilige elektrische Anschlusselement dienen.
Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlusselemente zumindest in dem Bereich de- ckungsgleich ausgebildet. Vorzugsweise laufen die elektrischen Verbinder bereichs- weise aufeinander zu und überlappen in dem Bereich vorzugsweise formschlüssig. Die elektrischen Anschlusselemente werden vorzugsweise in dem Bereich zusam- mengeschweißt, in dem die elektrischen Anschlusselemente deckungsgleich ausgebil- det sind bzw. sich einander im noch nicht-verschweißten Zustand berühren.
Als Energiespeicher eignet sich zwar besonders gut eine Batterie für ein Fahrzeug, je- doch kann auch jede andere Art von Batterie / Akkumulator mit Hilfe der Erfindung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden. Lediglich beispielhaft ist der Ener- giespeicher auch als Batterie für eine Solaranlage oder auch als Brennstoffzellenspei- cher oder als Energiespeicher für Windkraftanlagen ausführbar.
Vorteilhaft ist durch die formschlüssige Verbindung der beiden elektrischen Anschlus- selemente eine schnelle und einfache Herstellung des Energiespeichers möglich. Mit Vorteil erfolgt die formschlüssige Verbindung ohne eine Hilfsvorrichtung zur Positio- nierung und/oder zur Fixierung der elektrischen Anschlusselemente. Die elektrischen Anschlusselemente sind hierbei vorteilhaft als Fügepartner ausgebildet. Aufwendige Schraubverbindungen zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte und der zumindest einen Batteriezelle können dadurch entfallen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste elektrische Verbinder aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung, insbesondere einer Kupfer- Basislegierung, ausgebildet und/oder der zweite elektrische Verbinder aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung, insbesondere als Aluminium-Basislegierung, ausgebildet. Vorteilhaft kann auch der erste elektrische Verbinder zumindest im Wesentlichen aus einem eisenhaltigen Werkstoff wie Edelstahl oder einer Eisen-Basislegierung ausge- bildet sein. Vorteilhaft weisen eisenhaltige Werkstoffe eine hohe Festigkeit auf. Dar- über hinaus sind eisenhaltige Werkstoffe leicht zu bearbeiten, insbesondere durch formgebende Verfahren wie Pressen oder Schmieden.
Mit Vorteil kann auch das zweite elektrische Anschlusselement zumindest bereichs- weise einen Eisen-haltigen Werkstoff wie (Edel-) Stahl umfassen. #
Mit Vorteil ist das erste elektrische Anschlusselement aus Eisen oder einer Eisen-Ba- sislegierung wählbar, insofern das jeweilige zweite elektrische Anschlusselement zu- mindest weitgehend aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung besteht.
Vorteilhaft ist das zweite elektrische Anschlusselement, welches der Batteriezelle zu- geordnet ist, aus Aluminium ausgebildet. Dies ist insbesondere bei Li-Ionen-Batterie- zellen oft der Fall. Aluminium ist vorteilhaft leicht, einfach zu bearbeiten und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
Vorteilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe einer Lötverbindung mit der Leiterplatte befestigt. Durch die Lötverbindung erfolgt vorteilhaft eine elektrische Verbindung mit einer Leiterbahn auf der Leiterplatte. Durch eine Lötverbindung kann eine besonders einfache und stabile elektrische und mechanische Verbindung der Lei- terplatte mit dem ersten elektrischen Verbinder ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste elektrische Anschlusselement mit Hilfe eines Einpress-Ver- fahrens mit der Leiterplatte eine feste mechanische und/oder elektrische Verbindung eingehen.
Das jeweils zweite elektrische Anschlusselement der jeweiligen Batteriezelle ist häufig aus Aluminium oder einer Aluminium-haltigen Legierung, insbesondere einer Alumi- nium-Basislegierung ausgebildet. Daher können die bereits vorhandenen elektrischen Anschlusselemente einer Batteriezelle direkt zur Verbindung mit dem (ersten) elektri- schen Anschlusselement der Leiterplatte vorteilhaft genutzt werden. Vorteilhaft ist die jeweilige Batteriezelle als Li-Ionen-Batteriezelle ausgebildet. Alterna- tiv oder zusätzlich können Blei-Zellen als Batteriezellen dienen. Insbesondere können auf Natrium-Ionen oder auf Graphen basierte Batteriezellen verwendet werden.
Insbesondere durch ein Laserschweißverfahren können die unterschiedlichen Materi- alien wie Aluminium, Eisen oder Aluminium, insbesondere deren jeweiligen Basisle- gierungen, der elektrischen Anschlusselemente einfach und sicher miteinander ver- bunden werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste elektrische Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement durch ein Laser- schweißverfahren stoffschlüssig verbunden.
Besonders vorteilhaft erfolgt die Verbindung an den Rändern von jeweils überlappend angeordneten elektrischen Anschlusselementen. Zur Erhöhung der Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung können Aussparungen wie Löcher in dem überlappenden Bereich des jeweiligen elektrischen Anschlusselements eingebracht sein, wobei die elektrischen Anschlusselementen an der jeweiligen Innenseite der Aussparungen mit- einander verschweißt sind.
Durch die Verwendung des Laserschweißverfahrens kann eine besonders gute Über- wachung der Erstellung der elektrischen Verbindung der elektrischen Anschlussele- mente erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer optischen Überwachung. Darüber hin- aus können sogenannte Schweißspritzer wirksam unterbunden werden. Besonders vorteilhaft werden Schäden an der jeweilig mit der Leiterplatte verbundenen Batterie- zelle wirksam unterbunden. Schließlich ist bei der Verwendung von Aluminium und Kupfer als Material für die elektrischen Anschlusselemente eine Vermeidung von sprö- den Bereichen stark vermindert. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steht das erste elektri- sche Anschlusselement im direkten thermischen Kontakt mit einem Temperatur- sensor.
Der Temperatursensor ist vorzugsweise zur Bestimmung der Temperatur der Batterie- zelle ausgebildet, welche unmittelbar über die elektrischen Anschlusselemente mit der Leiterplatte befestigt ist. Vorteilhaft ist der Temperatursensor direkt mit Hilfe einer Löt- verbindung mit der Leiterplatte befestigt. Mit Vorteil erfolgt eine direkte thermische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschlusselement mit Hilfe einer Wär- meleitpaste und/oder einer Klemmverbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Eine auf Kabel-basierte elektrische Verbindung des Temperatursensors ist in diesem Falle nicht notwendig. Dies trägt insbesondere zur verbesserten Herstellung des Energiespeichers bei.
Vorzugsweise ist der Temperatursensor als Temperatur-abhängiger Widerstand, ins- besondere als PTC oder NTC, ausgebildet. Vorteilhaft ist der Temperatursensor direkt auf der Leiterplatte befestigt. Mit Vorteil steht der Temperatursensor in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Verbinder. Zur Verbesserung der thermischen Verbindung dient vorteilhaft eine Wärmeleitpaste zwischen dem Tempe- ratursensor und dem ersten elektrischen Anschlusselement.
Alternativ ist der Temperatursensor an dem ersten elektrischen Anschlusselement be- festigt.
Durch die Schweißverbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente miteinan- der ist eine gute thermische Verbindung der elektrischen Anschlusselemente und da- mit einer guten thermische Verbindung zwischen der jeweiligen Batteriezelle und der Leiterplatte gewährleistet. So kann die Temperatur der Batteriezelle durch einen Tem- peratursensor ermittelt werden, der auf der Leiterplatte befestigt ist. So können wei- tere Temperatursensoren an der zumindest einen Batteriezelle eingespart werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursensor auf der Leiterplatte angeordnet.
Vorzugsweise ist der Temperatursensor direkt auf der Leiterplatte, beispielsweise mit einer Lötverbindung oder einer Einpressverbindung befestigt. Vorteilhaft ist der Tem- peratursensor zumindest in unmittelbarer Nähe oder in unmittelbaren Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Insofern das erste elektrische Anschlussele- ment mit der Leiterplatte durch eine Pressverbindung (Press-Fit) verbunden wird, er- folgt vorzugsweise ebenfalls eine mechanische (Press-) Verbindung des Temperatur- sensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement.
Vorteilhaft ist der Temperatursensor in einer Öffnung oder einer Aussparung des ers- ten elektrischen Verbinders positioniert.
Durch die direkte Befestigung des Temperaursensors auf der Leiterplatte, insbeson- dere mit Hilfe von Lötkontakte, kann ein Anschluss des Temperatursensors durch Lit- zen oder dergleichen unterbleiben. Daher trägt auch die Ausgestaltung gemäß vorste- hender Beschreibung zu einer einfachen und kostengünstigen Bereitstellung des Energiespeichers bei.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste und/oder der zweite elektrisch Anschlusselement jeweils zumindest einen zusammenlaufenden Bereich auf, wobei die stoffschlüssige Verbindung in dem jeweilig zusammenlaufen- den Bereich positioniert ist.
Ein zulaufender Bereich kann durch zueinander verengte Ränder oder aufeinander zulaufende Ränder des jeweiligen elektrischen Anschlusselements ausgebildet sein. Ein solcher Bereich ist vorzugsweise zungenförmig ausgestaltet. Unter einem zungen- förmigen Bereich wird insbesondere ein oben abgerundeter trapezförmiger Bereich verstanden. Der jeweilig zusammenlaufende Bereich kann durch im Wesentlichen dreieckige Aus- sparungen an den Seiten des jeweiligen Bereiches ausgeführt werden. Vorteilhaft sind die durch die Aussparungen entstehenden Ecken oder Kanten abgerundet.
Mit Vorteil weist das jeweilige elektrische Anschlusselement eine Mehrzahl derartiger zusammenlaufenden Bereiche an zumindest einem Ende oder an einer Seite des elektrischen Anschlusselements auf.
Mit Vorteil sind Ecken und/oder Kanten des jeweiligen elektrischen Anschlussele- ments abgerundet, so dass eventuell auftretende elektrische Potentialspitzen vermie- den werden.
Besonders vorteilhaft ist der jeweilige Bereich dreieckig oder trapezförmig ausgebildet, wobei am Rand des jeweiligen elektrischen Anschlusselements in einer abgerundeten Form vorliegt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energiespei- cher zumindest zwei Batteriezellen auf, wobei die jeweilige Batteriezelle jeweils zwei zweite elektrische Anschlusselemente aufweist, wobei die jeweiligen zweiten An- schlusselemente der Batteriezellen mit einem Laserschweißverfahren miteinander verbunden sind.
Durch das Schweißverfahren bilden die zweiten elektrischen Anschlusselemente eine stoffschlüssige Verbindung miteinander. Durch die stoffschlüssige Verbindung erfolgt vorteilhaft eine thermische Verbindung der Batteriezellen untereinander sowie beson- ders vorteilhaft mit dem Temperatursensor.
Vorteilhaft umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die elektrische Verbindung der Batteriezellen er- folgt mittels einer elektrischen Verbindung von jeweils zweiten Anschlusselementen miteinander.. Besonders vorteilhaft sind die jeweiligen zweiten elektrischen Anschlusselemente aus Aluminium oder aus einer Aluminium-Basislegierung ausgebildet, so dass die elektri- schen Anschlusselemente untereinander durch ein Schweißverfahren eine stabile und formschlüssige Verbindung eingehen.
Vorteilhaft sind die Batteriezellen als sogenannte Pouchzellen ausgebildet. Alternativ sind die Batteriezellen als zylinderförmige oder prismatischen Batteriezellen ausgebil- det, wobei die Batteriezellen Anschlussfahnen aufweisen können, die als zweite elekt- rische Anschlusselemente ausgebildet sind. Mit Vorteil sind die zweiten Anschlussele- mente zumindest im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung gefer- tigt.
Durch die hier offenbarte Erfindung können die Anschlussfahnen der jeweiligen Batte- riezelle direkt mit dem jeweiligen ersten elektrischen Anschlusselement verschweißt sein. So kann mit Hilfe der Erfindung eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Energiespeichers erfolgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die zweiten elektrischen Anschlusselemente zusammenlaufende Bereiche auf, wobei die zweiten elektrischen Anschlusselemente bei den zusammenlaufenden Bereichen stoffschlüs- sig und/oder formschlüssig verbunden sind.
Die Verbindung der jeweiligen zweiten elektrischen Anschlusselemente erfolgt vor- zugsweise mit einem Schweißverfahren, insbesondere einem Laserschweißverfahren.
Das Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers gemäß der vorangehenden Beschreibung umfasst zumindest folgende Schritte:
- Positionierung der Batteriezelle und der Leiterplatte derart, so dass das jeweilige erste Anschlusselement und das zweite elektrische Anschlusselement eine kraft- schlüssige Verbindung in einem Bereich eingehen, - stoffschlüssiges Verbinden des ersten elektrischen Anschlusselementes mit dem zweiten elektrischen Anschlusselements in dem Bereich, insbesondere mit Hilfe eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens.
Optional umfasst das Verfahren weiter eine Befestigung des ersten elektrischen An- schlusselements mit der Leiterplatte, vorzugsweise mit Hilfe einer Lötverbindung. Mit Vorteil kann auch das erste elektrische Anschlusselement auch durch eine (Ein-) Pressverbindung an der Leiterplatte befestigt werden.
Optional werden die elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich mit Hilfe des Schweißverfahrens verbunden.
Optional erfolgt eine Verbindung der elektrischen Anschlusselemente in dem Bereich, der zulaufend, insbesondere trapez- oder zungenförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft er- folgt die Verbindung am jeweiligen Rand der aneinander angeordneten elektrischen Anschlusselemente.
Vorteilhaft kann die stoffschlüssige Verbindung dadurch verbessert werden, indem mit Hilfe eines Laserschweißens eine Verbindung des jeweiligen elektrischen Anschlus- selements innerhalb des Bereiches ausgebildet wird oder ist.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren kann eine besonders einfache, schnelle und überdies widerstandsfähige Verbindung einer Platine mit zumindest einer Batteriezelle bereitgestellt werden. Hierdurch kann ein Energiespeicher verbessert hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Befestigung eines Tem- peratursensors an der Leiterplatte oder an dem ersten elektrischen Anschlusselement, derart, dass zwischen dem Temperatursensor und dem ersten elektrischen Anschlus- selement eine thermische Verbindung entsteht. Vorteilhaft erfolgt die Befestigung des Temperatursensors an der Leiterplatte nach der Befestigung des ersten Anschlusselements an der Leiterplatte. Optional erfolgt im An- schluss eine Verbesserung der thermischen Verbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselement, vorteilhaft mit Hilfe einer Pressverbindung und/oder einer Wärmeleitpaste.
Alternativ kann die Befestigung des Temperatursensors an der Leiterplatte in einem ersten Schritt erfolgen und in einem zweiten Schritt erfolgt eine Befestigung des ers- ten elektrischen Anschlusselements an der Leiterplatte. Vorteilhaft erfolgt bei der Be- festigung des ersten elektrischen Anschlusselements eine unmittelbare thermische Verbindung des Temperatursensors mit dem ersten elektrischen Anschlusselements.
Vorteilhaft kann der Temperatursensor in einer Aussparung der Leiterpatte und/oder einer Aussparung des ersten elektrischen Anschlusselements positioniert sein. Vorteil- haft wird die unmittelbare thermische Verbindung mit Hilfe einer Pressverbindung und/oder einer Wärmeleitpaste.
Das Fahrzeug umfasst zumindest einen Energiespeicher wie vorstehend beschrieben. Das Fahrzeug kann als Kraftfahrzeug, als elektrisch betriebenes Straßenfahrzeug, vorzugsweise als Automobil oder als Schienenfahrzeug ausgebildet sein.
Alternativ kann der hier beschriebene Energiespeicher auch im Bereich Windkraft oder zum Zwischenspeichern von Solarenergie vorgesehen sein. Alternativ kann der Energiespeicher auch mit einer Brennstoffzelle eingesetzt werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeicher. Der Energiespeicher umfasse zumindest eine Batteriezelle und eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte vorteilhaft als Teil eines Batteriemanagementsys- tems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batteriezelle mit äu- ßeren Anschlüssen des Energiespeichers vorgesehen ist. Die Leiterplatte umfasse zu- mindest ein erstes elektrisches Anschlusselement, vorteilhat als Kupferschiene oder als Kupferbleich ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle umfasst zumindest ein zwei- tes Anschlusselement, in der Regel als Aluminiumblech oder als Aluminiumschiene ausgebildet. Zur Verbindung der beiden elektrischen Anschlusselemente dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement. Vorteilhaft kann der Temperatursensor eine Temperatur der zu- mindest einen Batteriezelle bestimmen
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und nachfolgend beschriebenen Ausführungen sind ledig- lich beispielhaft und schränken den Geltungsbereich der Erfindung keinesfalls ein.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Batteriezelle und eine Leiterplatte, die über elektrische Anschlussele- mente verbunden sind,
Fig. 2 ein Teil eines beispielhaften elektrischen Anschlusselements Fig. 3 ein beispielhafter Energiespeicher in einem Fahrzeug sowie
Fig. 4 Ein beispielhaftes Verfahrensschema.
Fig. 1 zeigt eine Batteriezelle 7 und eine Leiterplatte 5, die über elektrische Anschlus- selemente 3a, 3b verbunden sind. Die Batteriezelle 7 und die Leiterplatte 5 sind Teil eines Energiespeichers 1 (nicht gesondert gezeigt).
Das erste elektrische Anschlusselement 3a ist mit der Leiterplatte 5 elektrisch verbun- den. Die elektrische Verbindung der Leiterplatte 5 mit dem ersten elektrischen An- schlusselement 3a ist, wie hier beispielhaft gezeigt, durch eine Lötverbindung 10 aus- gebildet. Mit Vorteil kann können die Leiterplatte 5 und das erste elektrische Anschlus- selement 3a auch durch ein Einpress-Verfahren miteinander verbunden werden. Vor- teilhaft ist das erste elektrische Anschlusselement 3a aus Kupfer oder einer Kupfer- Basislegierung ausgebildet. Alternativ kann das erste elektrische Anschlusselement 3a aus einem Eisen-haltigen Werkstoff, z.B. aus Edelstahl, ausgebildet sein. Das erste elektrische Anschlusselement 3a ist in einem Bereich 11 mit einem zweiten elektrischen Anschlusselement 3b überlappend dargestellt. Das erste elektrische An- schlusselement 3a und das zweite elektrische Anschlusselement 3b sind vorteilhaft in dem Bereich 11 deckungsgleich oder zumindest im Wesentlichen überlappend ange- ordnet. In den Bereich 11 sind die die elektrischen Verbinder mit einem Schweißver- fahren, insbesondere einem Laserschweißverfahren, stoffschlüssig miteinander ver- bunden. Mit Vorteil erfolgt die stoffschlüssige Verbindung durch (Laser-) Schweißen an dem jeweiligen Rand des elektrischen Anschlusselementes3a, 3b.
Das zweite elektrische Anschlusselement 3b ist mit der Batteriezelle 7 verbunden. Ins- besondere bei sogenannten Pouch-Zellen ist das zweite elektrische Anschlussele- ment als Aluminium-Blech ausgebildet. Eine gut leitfähige und haltbare Verbindung ar- tungsgleicher Metalle wie Aluminium, Eisen und Kupfer (sowie deren Basislegierun- gen) ist besonders durch Schweißverfahren, insbesondere dem Laserschweißverfah- ren, möglich.
Mit Vorteil sind die elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b bzw. die Leiterplatte 5 so- wie die Batteriezelle 7 derart positioniert und ausgerichtet, dass die elektrischen An- schlusselemente 3a, 3b derart einander überlappen, dass der jeweils überlappende Rand der elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b ausreichend für eine stabile Befesti- gung und elektrisch und/oder thermisch ausreichende leitfähige Verbindung darstellt. Eine solche Möglichkeit ist in nachfolgender Figur 2 beispielhaft beschrieben.
Auf einer Seite der Leiterplatte 5 ist ein Temperatursensor 9 positioniert. Der Tempe- ratursensor 9 ist vorteilhaft mit der Leiterplatte 5 befestigt. Der Temperatursensor 9 steht vorteilhaft in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen An- schlusselement 3a. Vorteilhaft berührt der Temperatursensor 9 das erste elektrische Anschlusselement 3a. Durch die stoffschlüssige Verbindung des ersten und des zwei- ten elektrischen Anschlusselements 3a, 3b ist ein, zumindest mittelbarer, thermischer Kontakt zwischen der Batteriezelle 7 und dem Temperatursensor 9 ausgebildet. Alternativ kann der Temperatursensor 9 auch direkt auf dem ersten elektrischen An- schlusselement 3a angeordnet sein. Alternativ kann der Temperatursensor 9 in einer Aussparung oder Öffnung des ersten elektrische Anschlusselements 3a und/oder der Leiterplatte 5 positioniert sein. In den vorgenannten Ausgestaltungen kann eine be- sonders einfache Anbindung des Temperatursensors 9 an die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte 5, insbesondere einem Batteriemanagementsystem, erfolgen. So- mit kann mit Hilfe des Temperatursensors 9 die Temperatur der Batteriezelle 7 be- stimmt werden. So kann zumindest eine aufwendige Verkabelung eines Temperatur- sensors 9 an der Batteriezelle 7 eingespart werden.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt eines elektrischen Anschlusselements 3a, 3b. Das elektrische Anschlusselement 3a, 3b umfasst eine Mehrzahl von Aussparun- gen 14, wobei jeweils zwei benachbarte Aussparungen 14 einen einander zulaufen- den Abschnitt, insbesondere ein (abgerundeter) trapez- oder zungenförmiger Ab- schnitt 13, ausbildet. Vorzugsweise erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung der elektri- schen Anschlusselemente im Bereich 11 der Zungen 13. Alternativ oder zusätzlich umfasst das jeweilige elektrische Anschlusselement 3a, 3b eine Öffnung 15, wobei die jeweilige Öffnung 15 vorteilhaft in dem Abschnitt einer Zunge 13 oder in dem Bereich 1 1 positioniert ist. Die Öffnung 15 dient zur Vergrößerung des Randes des jeweiligen elektrischen Anschlusselements 3a, 3b. Vorteilhaft kann eine stoffschlüssige Verbin- dung der elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b in der Öffnung 15. (Daher ist die Öff- nung gestrichelt gezeichnet). Mit Vorteilhaft erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung der elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b miteinander an dem Rand durch das Schweißverfahren. Daher trägt der längere Rand des jeweiligen elektrischen Verbin- ders zu einer festeren Schweißverbindung der elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b untereinander bei. Die Schweißverbindung 17 ist an den Rändern des jeweiligen elektrischen Anschlusselements 3a, 3b angeordnet, wie auf der rechten Seite der Fi- gur angedeutet.
Fig. 3 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 1 . Der Energiespeicher ist vorteilhaft als Traktionsbatterie oder als Starter-Batterie des Fahrzeugs 100 ausgebildet. Obgleich das Fahrzeug 100 hier als Automobil dargestellt ist, kann das Fahrzeug 100 auch als Schienenfahrzeug ausgebildet sein.
Fig 4 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensschema. Das Verfahrensschema umfasst zu- mindest einen erste Schritt v1 , einen zweiten Schritt v2 und einen dritten Schritt v3.
Bei dem ersten Schritt v1 erfolgt eine mechanische Verbindung der Leiterplatte (5) mit der jeweiligen Batteriezelle 7 derart, dass die elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b zumindest bereichsweise berühren. Vorteilhaft bildet sich in einem Bereich 11 der je- weils überlappenden elektrischen Anschlusselemente 3a, 3b auch eine kraftschlüs- sige Verbindung der jeweils zueinander ausgerichteten elektrischen Anschlussele- mente 3a, 3b aus.
In einem optionalen zweiten Schritt v2 erfolgt eine Verbindung der jeweils benachbar- ten zweiten elektrischen Anschlusselemente 3b mit Hilfe eines (Laser-) Schweißver- fahrens. Vorteilhaft bilden die sich jeweils berührenden zweiten elektrischen Anschlus- selemente 3b jeweils benachbarter Batteriezellen 7 eine kraftschlüssige Verbindung aus, so dass eine stoffschlüssige (elektrische) Verbindung der zweiten elektrischen Anschlusselemente 3b mit einem (Laser-) Schweißverfahren einfach und sicher erfol- gen kann. Je nach Ausgestaltung des Energiespeichers 1 kann dieser zweite Schritt v2 auch vor dem ersten Schritt v1 erfolgen.
In einem dritten Schritt v3 erfolgt eine elektrische Verbindung der entsprechenden ers- ten elektrischen Anschlusselemente 3a mit den entsprechenden zweiten elektrischen Anschlusselementen 3b. Die elektrische Verbindung des ersten elektrischen An- schlusselements 3a mit dem zweiten elektrischen Anschlusselements 3b erfolgt mit Vorteil mit Hilfe eines Laserschweißverfahrens.
Vorteilhaft wird in einem weiteren Schritt der Temperatursensor 9 derart positioniert, so dass der Temperatursensor 9 eine unmittelbare thermische Verbindung mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a eingeht. Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energiespeicher 1 , ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Energiespeichers 1 sowie ein Fahrzeug 100 mit einem sol- chen Energiespeicher 1. Der Energiespeicher 1 umfasse zumindest eine Batteriezelle 7 und eine Leiterplatte 5, wobei die Leiterplatte 5 vorteilhaft als Teil eines Batteriema- nagementsystems und/oder zur elektrischen Verbindung der zumindest einen Batte- riezelle mit äußeren Anschlüssen des Energiespeichers vorgesehen ist. Die Leiter- platte umfasse zumindest ein erstes elektrisches Anschlusselement 3a, vorteilhaft als Kupferschiene oder als Kupferbleich ausgebildet. Die jeweilige Batteriezelle 7 umfasst ein zweites Anschlusselement3b , in der Regel als Aluminiumblech oder als Alumini- umschiene ausgebildet. Zur stoffschlüssigen Verbindung der beiden elektrischen An- schlusselemente 3a, 3b dient ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweiß- verfahren. Vorteilhaft steht ein Temperatursensor 9 in unmittelbaren thermischen Kon- takt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 3a.
Bezugszeichenliste
1 Energiespeicher
100 Fahrzeug
3a Erstes elektrisches Anschlusselement
3b Zweites elektrisches Anschlusselement
5 Leiterplatte
7 Batteriezelle
9 Temperatursensor
10 Lötverbindung
11 Bereich
13 Zunge
14 Aussparung
15 Öffnung
17 Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche 1. Energiespeicher (1 ), insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug, aufwei- send eine oder mehrere Batteriezellen (7) und eine Leiterplatte (5), wobei die Leiterplatte(5) ein erstes elektrisches Anschlusselement (3a) aufweist oder wobei die Leiterplatte mit einem ersten elektrischen Anschlusselement (3a) fest verbunden ist, wobei zumindest eine der Batteriezellen (7) ein zweites elektrischen Anschlusselement (3b) aufweist, wobei das erste elekt- rische Anschlusselement (3a) und das zweite elektrische Anschlusselement (3b) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die elektrischen An- schlusselemente (3a, 3b) in einem unverbundenen Zustand in einem Be- reich (1 1 ), insbesondere durch ein Berühren, kraftschlüssig eine elektrische Verbindung ausbilden, wobei die elektrische Verbindung bereichsweise stoffschlüssig durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch ein Laser- schweißverfahren, ausgebildet ist.
2. Energiespeicher (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das erste elektrische An- schlusselement (3a) aus Kupfer oder einer Kupfer-Basislegierung ausgebil- det ist und/oder das zweite elektrische Anschlusselement (3b) aus Alumi- nium oder einer Aluminium-Basislegierung ausgebildet ist.
3. Energiespeicher (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste elektrische Anschlusselement (3a) und der zweite elektrische Verbin- der (3b) durch ein Laserschweißverfahren stoffschlüssig verbunden sind.
4. Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste elektrische Anschlusselement (3a) in einem direkten thermischen Kontakt mit einem Temperatursensor (9) steht.
5. Energiespeicher nach Anspruch 4, wobei der Temperatursensor (9) auf der Leiterplatte (5) angeordnet ist und/oder mit der Leiterplatte (5) befestigt ist.
6. Energiespeicher (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Verbinder (3a, 3b) jeweils zumindest einen zu- sammenlaufenden Abschnitt, insbesondere ein zungenförmiger Bereich (13), aufweist, wobei die stoffschlüssige Verbindung der elektrischen An- schlusselemente (3a, 3b) in dem jeweilig zusammenlaufenden Abschnitt positioniert ist.
7. Energiespeicher (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufwei- send zumindest zwei Batteriezellen (7), wobei die jeweilige Batteriezelle (7) jeweils zwei elektrische Anschlusselemente (3b) aufweist, wobei jeweils be- nachbarte elektrische Anschlusselemente (3b) der jeweiligen Batteriezelle (7) mit einem Laserschweißverfahren miteinander verbunden sind.
8. Energiespeicher nach Anspruch 7, wobei die zweiten elektrischen An- schlusselemente (3b) zusammenlaufende Abschnitte aufweisen und die zweiten elektrischen Anschlusselemente (3b) mit Hilfe von einem Schweiß- verfahrens, insbesondere einem Laserschweißverfahren, miteinander ver- bunden sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers (1 ) nach einem der vo- rangehenden Ansprüche, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- Positionierung der Batteriezelle (7) und der Leiterplatte (5) derart, so dass das jeweilige elektrische Anschlusselement (3a) und das zweite elektrische Anschlusselement (3b) eine kraftschlüssige Verbindung in einem Bereich (1 1 ) eingehen,
- stoffschlüssiges Verbinden des ersten elektrischen Anschlusselements (3a) mit dem zweiten elektrischen Anschlusselement (3b) in dem Bereich (1 1 ) mit Hilfe eines Schweißvorgangs, insbesondere mit Hilfe eines Laser- schweißvorgangs.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Temperatursensor (9) auf der Leiter- platte (5) derart befestigt wird, so dass der Temperatursensor (9) in direkten thermischen Kontakt mit dem ersten elektrischen Anschlusselement (3b) steht.
11. Fahrzeug (100), aufweisend einen Energiespeicher (1 ) nach einem der An- sprüche 1 bis 8
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