HOCHVOLTBATTERIE MIT VERBINDEREINHEIT UND VERBINDEREINHEIT FüR EINE SOLCHE

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie, die aus einer Anzahl in Reihen angeordneten zylindrischen Zellen, einer Tragstruktur für die Zellen und einer Deckplatte besteht, an welcher Deckplatte Hochstrom- Verbinder für die einzelnen Zellen und eine Zeilüberwachungseinheit angebracht sind. Dabei sind unter Batterie elektrische Speicher aller Art zu verstehen: chemische, kapazitive, etc.

Derartige Batterien werden neuerdings für den Antrieb von Kraftfahrzeugen in verschiedenen Anordnungen eingesetzt. Sie können die dafür erforderlichen hohen Ströme liefern, müssen dafür aber nicht nur gekühlt, sondern auch laufend überwacht werden.

Bei bekannten gattungsgemäßen Batterien sind die Hochstrom- Verbinder der einzelnen Zellen und zu den externen Anschlüssen in passende Ausnehmungen der Deckplatte eingesetzte Leiter aus Kupfer. Die Zellüberwachungsein- heit ist eine separate, über der Deckplatte angebrachte Einheit, die über ein-

zelne Leiter, Drähte oder Lamellen aus Kupferblech, oft auch über Steckverbinder an die Pole der einzelnen Zellen angeschlossen ist. Diese Verbindungen sind Korrosion und Erschütterungen ausgesetzt, sodass Funktionsstörungen auftreten.

Der Fertigungs- und Montageaufwand für eine derartige Batterie ist sehr groß, wegen der großen Anzahl an Bauteilen und der komplizierten Form der Deckplatte (siehe etwa die EP 1109237 Bl) und weil die einzelnen Leiter einzeln in die Deckplatte eingesetzt und in ihr befestigt beziehungsweise miteinander verbunden werden müssen. Dazu kommt, dass für verschiedene (fahrzeugspe- zifische) Ausführungen der Batterie verschieden angeordnete Zellverbinder und auch verschiedene Deckplatten bereitstehen müssen.

Aus der EP 1363483 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten für mechatronische Vorrichtungen im automobilen Bereich bekannt, die für Hochstrom - und Signalstrom - Anwendungen geeignet sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hochvoltbatterie dahingehend zu verbessern, dass sie niederere Kosten für Herstellung, Montage und Logistik verursacht. Erfindungsgemäß ist die Deckplatte eine mehrlagige Leiterplatte mit mindestens zwei leitenden Lagen, deren erste an der den Zellen zugewandten Seite der Leiterplatte angebracht und zur Bildung der Hochstrom -Verbinder von erheblicher Dicke ist, und deren zweite Lage von geringer Dicke ist und die Verbindungsleitungen zur Zeilüberwachungseinheit bildet, wobei die beiden Lagen an gewissen Stellen mittels leitend ausgestalteter, die Leiterplatte durchsetzender Bohrungen miteinander verbunden sind.

Die leitenden Lagen sind mittels bekannter Abtrag- beziehungsweise ätzverfahren behandelt, sodass sie die Leiter bilden. Wenn die Deckplatte mit ihrer

dicken Schicht, aus der das Material zwischen den Leitern abgetragen ist, auf den Polen der Zellen aufliegt, so sind diese direkt ohne weitere Verbindungselemente an die Leiter angeschlossen. Die in der weiteren dünnen leitenden Schicht ausgebildeten Leiter ist über die Löcher mit den entsprechenden Messpunkten, meist auf den stromführenden Leitern, verbunden. Auf diese Weise sind mit einer einzigen Platte ohne weitere Montagearbeiten alle nötigen Verbindungen hergestellt.

In Weiterbildung der Erfindung enthält die zweite Lage auch die die ZeIl- überwachungseinheit bildenden Bauelemente. Damit ist ein denkbar hoher Integrationsgrad erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Batterie, axonometrisch,

Fig. 2: Einen Vertikalschnitt nach H-II in Fig. 1, Fig. 3 : Eine Ansicht des Deckels von unten.

In Fig. 1 ist eine Hochvoltbatterie summarisch mit 1 bezeichnet. Sie besteht aus einer Anzahl zylindrischer Zellen 2, hier in zwei Reihen zu je fünf angeordnet, einer Tragstruktur 3 mit Befestigungslaschen 5 zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug und einer Deckplatte 6. Die Tragstruktur 3 hat hier die Form einer Platte mit abwärts gerichteten Flanschen 4, in denen die Zellen 2 befestigt sind. Sie könnte aber auch einen Kasten 3' bilden, was strichliert an- gedeutet ist. An der Tragstruktur 3 sind nach oben gerichtete Anschlüsse 7+, 7- zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Hochstrom-Netz und eine Steckverbindung 8 zur Verbindung mit oder von einer Zellüberwachungsein- heit oder einer Einheit für das Batteriemanagement.

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In dem Vertikalschnitt der Fig. 2 ist die Tragstruktur weggelassen, zu sehen sind nur mehr die Zellen 2 mit ihren Polen 11, 12 und die Deckplatte 6. Die Deckplatte 6 ist eine mehrlagige Leiterplatte, deren Matrix aus einem isolierenden Kunststoff besteht. Etwas über einer Bodenfläche 13 ist eine erste lei-

10 tende Lage 15 erheblicher Dicke zur Bildung von Hochstromverbindern der Pole 11, 12 der Zellen 2 stellenweise abgetragen. Diese erste leitende Lage 15 könnte auch außen an der Bodenfläche 13 angebracht sein. Diese sowie die weiteren leitenden Lagen bestehen vorzugsweise aus Kupfer und sind beispielsweise nach dem in der EP 1 363483 A2 beschriebenen Verfahren ein-

15 beziehungsweise angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Lage 16 erheblicher Dicke zumindest stellenweise vorgesehen, um die Verbindung mit dem Fahrzeug oder einer Leistungsschaltung herzustellen, siehe weiter unten.

20 An der (oberen) Oberfläche der Deckplatte 6 ist eine zweite leitende Lage 17 geringer Dicke (siehe auch Fig.l) aufgetragen, an der Teile 22, 22' angebracht beziehungsweise in diese integriert sind. Im letzteren Fall sind auch Polverbindungsleitungen 25 (Fig.3) aus derselben (15) oder einer weiteren ersten Lage ausgebildet. über der zweiten Lage 17 und den elektronischen Bauele-

25 menten 17, 21 kann noch eine isolierende Decklage 18 angebracht sein. Zur Verbindung der Pole 11, 12 der Zellen 2 mit der zweiten Lage 17 sind die Deckplatte 6 durchstoßende Bohrungen 19 vorgesehen, deren Inneres - sei es durch Füllung sei es durch Beschichtung der Wände - leitend gestaltet ist und so die erste leitende Lage 15 an diesen Stellen mit der zweiten leitenden Lage

30 17 verbinden.

Wieder in Fig. 1 ist die hier summarisch mit 9 bezeichnete Zellenüberwachungseinheit mit ihren Verbindungsleitern 20, elektronischen Bauelementen

21 und weiteren elektronischen Bauelementen 22 allgemein dargestellt, ohne

Anspruch auf Genauigkeit im Detail. In einer vereinfachten Ausführungsform wären auf der Deckplatte 6 nur die Verbindungen 20 und gewisse elektronische Bauelemente 21 als gedruckte Schaltung ausgeführt und die Steckverbindung 8 würde die Verbindung zu einer außerhalb der Batterie 1 liegenden Auswerteeinheit herstellen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit in den weiteren Bauelementen 22,22' untergebracht.

Fig. 3 zeigt die Deckplatte 6 von unten, wobei deren Matrix 14 als transparent angenommen ist. Man erkennt die den Polen 11, 12 der einzelnen Zellen 2 zu- geordneten Hochstromverbinder 24 und die hier in einer anderen Ebene angeordneten Polverbinder 25, 25+, 25-, die über die Anschlüsse 7+, 7- Strom an einen Verbraucher liefern. Die Bohrungen 19 stellen die Verbindung zu den darüber liegenden aus der zweiten leitenden Lage 17 herausgearbeiteten Leitungsverbindungen 20 her.

Die in der beschriebenen Weise integral ausgebildete Deckplatte 6 kann fertig montiert in die Tragstruktur ein- oder auf die Zellen 2 aufgesetzt werden. Die aus der dicken leitenden Lage herausgearbeiteten Hochstromverbinder 24 liegen so ohne weitere Befestigungselemente auf den Polen 11, 12 der Zellen 2 auf. Bei der Montage braucht die Deckplatte 6 somit nur auf die Tragstruktur 3 aufgesetzt zu werden und die Batterie ist gebrauchsfertig.