Die Erfindung betrifft ein Umverdrahtungselement für ein Energiespeichermodul, das aus mehreren, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordneten Speicherzellen besteht, die paarweise über Zellverbinder elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Energiespeichermodul der oben bezeichneten Art.

Speicherzellen, insbesondere solche auf Lithium-Ionen basierenden Speicherzellen, jedoch auch Metall-Hydrid-Speicherzellen (wie Nickel-Metall-Hydrid-Batterien) oder Lithium- Polymer-Speicherzellen oder andere chemische Energiespeicher, erlangen in der Äuto- mobilindustrie einen immer höheren Stellenwert. Insbesondere durch den Bedarf an alternativen Antriebskonzepten, beispielsweise Hybridantrieben oder reinen Elektroantrieben, ist die Speicherung von elektrischer Energie von immenser Bedeutung für den zukünftigen Automobilbau.

Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien als elektrischer Energiespeicher für Elektromotoren im Automobilbau hat sich als vorteilhaft erwiesen. Zum einen Speichern diese Akkumulatoren eine große Energiemenge bei kleinem Volumen und zum anderen unterliegen solche Batterien nur bedingt einem Alterungsprozess. Insbesondere ein„Memory- Effekt" stellt sich bei diesem nicht ein. Dadurch kann eine Vielzahl von Ladezyklen stattfinden, so dass die Lebensdauer der Batterie der eines Fahrzeugs im Wesentlichen entspricht.

Die meisten Speicherzellen stellen nur geringe Spannungen zwischen einem oder mehreren <10 V zur Verfügung. Diese geringen Spannungen reichen bei Weitem nicht aus, um einen Elektromotor eines Elektrofahrzeugs anzutreiben. Aus diesem Grunde werden Speicherzellen zu sog. Speichermodulen zusammengeschaltet. Hierbei kann eine Mehrzahl von einzelnen Speicherzellen miteinander in Reihe geschaltet werden, wodurch sich die Ausgangsspannung des Speichermoduls entsprechend der Anzahl der in Reihe geschalteten Speicherzellen multipliziert. In einem Speichermodul werden beispielsweise zwölf Speicherzellen miteinander verschaltet. Pro Speicherzellenmodul werden beispielsweise sechs hintereinander angeordnete Speicherzellen in einer Reihe in Serie verschaltet. Eine solche Reihe wird in Serie mit einer zweiten, daneben angeordneten Reihe des- selben Speicherzellenmoduls in Serie verschaltet. In einem Kraftfahrzeug kann eine Mehrzahl solcher Speicherzellenmodule vorgesehen und elektrisch miteinander verschaltet sein.

Die elektrische Verschattung zweier benachbart zueinander angeordneter, gegenpoliger Zellterminals (sog. Pole) erfolgt über Zellverbinder. Um die Temperatur der Zellverbinder und damit der jeweiligen Batterien in den Anschlussteilen überwachen zu können, sind die Zellverbinder mit einem Zellabgriff (Abgriff) eines Umverdrahtungselements verbunden. Dieser führt zu einem integrierten Schaltkreis oder einer Platine, an dem der Abgriff hinsichtlich seiner Temperatur überwachbar ist. Sowohl der Abgriff als auch das Umverdrah- tungselement, das eine Leiterzugstruktur umfasst, müssen den in einem Fahrzeug herrschenden Bedingungen standhalten.

Aufgrund der im Betrieb des Energiespeichermoduls auftretenden statischen und dynamischen Verschiebungen der Speicherzellen ist die Verbindung zwischen einem Zellabgriff des Umverdrahtungselements und dem Zellverbinder großen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Ein hieraus resultierender Verbindungsbruch könnte zu verfälschten Messergebnissen oder sogar zu einem Ausfall einer Messung führen, wodurch das Speichermodul nicht mehr zuverlässig betreibbar wäre.

Die Leiterzugstruktur ist beispielsweise auf einer Trägerplatte, wie z.B. einer Leiterplatte aus FR4, ausgebildet. Typischerweise ist die Leiterplatte zum Schutz der Leiterzugstruktur vor Korrosion, mechanischer Beschädigung mit einem Lötstopplack versehen. Diese Anordnung ist gegenüber eventuell aus den Speicherzellen auslaufendem Elektrolyt allerdings nicht beständig. Es besteht daher die Gefahr, dass es innerhalb der Leiterzugstruktur zu einem elektrischen Defekt kommen kann, wodurch die Messergebnisse ebenfalls verfälscht oder die Messung ausfallen könnte.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, welche die Gefahr einer verfälschten Messung oder einen Messausfall auf möglichst einfache und kostengünstige Weise löst.

Die Erfindung schafft ein Umverdrahtungselement für ein Energiespeichermodul, das aus mehreren, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordneten Speicherzellen besteht, die paarweise über Zellverbinder elektrisch miteinander verschaltet sind. Das Umverdrahtungselement umfasst eine Trägerplatte sowie eine in mehreren Schichten in und/oder auf der Trägerplatte ausgebildete Leiterzugstruktur mit mehreren, sich in einer Hauptrichtung erstreckenden Leiterbahnen. Zumindest abschnittsweise ist auf der Trägerplatte eine Isolationsschicht aus einem chemisch und mechanisch resistenten, hoch vernetzten Harz aufgebracht. Schließlich sind mehrere Spannungsabgriffe, deren den Leiterbahnen zugewandete, erste Enden jeweils mit einem zugeordneten ersten Ende einer jeweiligen Leiterbahn verbunden sind, und deren freie, zweite Enden zur, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit zugeordneten Zellverbindern vorgesehen. Dadurch, dass die Leiterbahnen der Leiterzugstruktur in mehreren Schichten in und/oder auf der Trägerplatte ausgebildet sein können, können solche Leiterbahnen in unterschiedlichen Schichten ausgebildet werden, welche vor einem elektrischen Kurzschluss geschützt werden müssen. Zusätzlich erfolgt ein Schutz gegenüber elektrischen Defekten dadurch, dass eine Isolationsschicht aus einem chemisch und mechanisch resistenten, hoch vernetzten Harz zumindest abschnittsweise auf der Trägerplatte aufgebracht ist. Unter einem chemisch resistenten Harz wird eine Resistenz gegenüber organischen Säuren, organischen Lösemitteln, anorganischen Säuren und Basen verstanden. Durch die Kombination der Anordnung der Leiterbahnen der Leiterzugstruktur und dem Vorsehen einer Isolationsschicht mit speziellen Eigenschaften wird eine Beständigkeit gegenüber eventuell aus den Speicherzellen auslaufendem Elektrolyt bereitgestellt. Im Ergebnis ergibt sich eine erhöhte Sicherheit eines Energiespeichermoduls gegenüber elektrischen Defekten. Damit einher geht eine höhere Lebensdauer des Energiespeichermoduls.

Als chemisch und mechanisch resistente, hoch vernetzte Harze kommen Harze auf Basis von Epoxiden, Cyanatester, Epoxi-Bismaleimid-Triazin, Polyphenylenether, Polytetraflu- orethylen, LCP (Liquid Crystal Polymer), Polyetheretherketon, Polyimid, APPE (allylated PolyPhenylEther), Polyphenylenoxid (PPO), thermoplastische Polyester oder duroplastische Polyester in Betracht. Diese nicht abschließend aufgeführten Basisstoffe für das Harz weisen die Eigenschaft einer Resistenz gegenüber den in Speicherzellen üblicherweise verwendeten Elektrolyten auf. Welches der Basismaterialien letztendlich in der Isolationsschicht zum Einsatz kommt, kann beispielsweise abhängig von den für die Trägerplatte verwendeten Materialien sowie dem in den Speicherzellen eingesetzten Elektrolyt gemacht werden. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Harz mit einem Füllstoff gefüllt. Der Füllstoff sorgt für höhere Temperatur- , Dimensions- und Chemikalienbeständigkeiten und reduziert mögliche Absorptionen von flüssigen oder gasförmigen Medien. Als Füllstoff kommen insbesondere Materialien auf keramischer Basis, wie z.B. Al ₂ 0 _3l Siliziumdioxid, Bariumsulfat oder Talkum, in Betracht.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn das Harz mit einem Gewirk oder einem Gewebe oder einem Vlies (einem sog. Nonwoven) verstärkt ist. Die Verstärkung bewirkt eine höhere mechanische Resistenz der Isolationsschicht, so dass diese nur schwer oder nicht von einem Gegenstand durchdrungen werden kann. Je zäher die Isolationsschicht ausgebildet ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine auf der Oberfläche, der Trägerplatte angeordnete Leiterbahn der Leiterbahnstruktur durch mechanische Einwirkung„freigelegt' wird, woraus ein elektrischer Fehler resultieren könnte.

Als Material für die Leiterbahnen der Leiterzugstruktur wird ein Metall, insbesondere ein Kupfer, eine Kupfer-Legierung, Nickel, Silber, Paladium oder Aluminium verwendet. Die Schichtdicken der Leiterbahnen können - je nach Anforderung - zwischen 3 pm und 400 pm betragen. Um einen ausreichenden Schutz der Oberfläche der Trägerplatte und eventuell darauf aufgebrachter Leiterbahnen zu erhalten, ist es zweckmäßig, wenn die Dicke der Isolationsschicht zwischen 3 pm bis 2,0 mm beträgt. Die Dicke der Isolationsschicht kann beispielsweise abhängig davon gemacht werden, wie sehr das Harz mit einem Gewirk oder Gewebe oder einem Vlies verstärkt ist. Je größer die Verstärkung ist, desto geringer kann die Dicke der Isolationsschicht gewählt werden.

Um einen möglichst umfassenden Schutz gegenüber chemischen und mechanischen Einwirkungen zu erhalten, ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht die Oberfläche der Trägerplatte vollständig bedeckt. Insbesondere ist die Isolationsschicht all-umfänglich auf die Trägerplatte aufgebracht, um ein Vordringen von Elektrolyt zu den Leiterbahnen - sowohl auf der Oberfläche der Trägerplatte als auch im Inneren der Trägerplatte - zu verhindern.

Ein weiter verbesserter Schutz vor chemischen und mechanischen Beschädigungen der Leiterbahnen der Leiterzugstruktur ergibt sich dadurch, dass die Leiterbahnen der Leiter- zugstruktur ausschließlich im Inneren der Trägerplatte verlaufen und über Durchkontaktie- rungen von der Oberfläche der Trägerplatte her kontaktierbar sind.

Das Eindringen von Elektrolyt in das Innere der Trägerplatte wird weiterhin dadurch erschwert, dass die Trägerplatte gratfrei ausgeführt wird. Eine gratfreie und glatte Außenkontur der Trägerplatte kann durch geeignete Wahl der Trägerplattenharzmaterialien in Kombination mit Füllstoffen und Verstärkungsmaterialien gewährleistet werden. Als Material für die Trägerplatte kann z.B. herkömmliches Leiterplatten-Material, wie z.B. das üblicherweise verwendete FR4, eingesetzt werden. Die Gratfreiheit kann z.B. über mechanische Abtragsverfahren, wie z.B. Fräsen, erzielt werden. Je feiner ein im Trägerplattenmaterial vorgesehener Füllstoff dispergiert ist und je feiner Verstärkungsfasern sind, desto glatter werden die Kanten.

Die Isolationsschicht kann auf einen Lötstopplack der Trägerplatte aufgebracht sein. Lötstopplack dient üblicherweise zum Schutz der Leiterplatte vor Korrosion, mechanischer Beschädigung und verhindert beim Löten das Benetzen der mit ihm überzogenen Flächen auf der Leiterplatte mit Lot. Da die typischerweise verwendeten Lötstopplacke jedoch keine Resistenz gegenüber den bei Speicherzellen verwendeten Elektrolyten aufweisen, ist die zusätzliche Isolationsschicht unter dem Lötstopplack vorgesehen, um die darunter angeordneten Leiterbahnen von elektrischen Defekten zu schützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Isolationsschicht auch anstelle des Lötstoppacks auf der Trägerplatte aufgebracht sein. Da der Lötstopplack aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Iso- lations- und Schutzschicht die Funktion zum Schutz der Trägerplatte vor Korrosion und mechanischer Beschädigung nicht mehr zu übernehmen braucht, kann diese unter Umständen vollständig entfallen.

Die Erfindung schafft weiter ein Energiespeichermodul, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend mehrere, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordnete Speicherzellen, die paarweise über Zellverbinder elektrisch miteinander verschaltet sind, sowie ein Umverdrahtungselement der oben beschriebenen Art, wobei die freien, zweiten Enden der Spannungsabgriffe stoffschlüssig mit den zugeordneten Zellverbindern verbunden sind. Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul weist die gleichen Vorteile auf, die oben in Verbindung mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements erläutert wurden.

Die Erfindung wird nachfolgend näher.anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Gleiche Elemente sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements von einer Vorderseite her,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Umverdrahtungselements aus Fig. 1 von einer Rückseite her, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Energiespeichermodul mit sechs in einer Spalte verschalteten Speicherzellen und zwei Spalten, bei dem ein erfindungsgemäßes Umverdrah- tungselement vorgesehen ist.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements 1 in einer perspektivischen Darstellung von vorne. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung desselben Umverdrahtungselements 1 in einer perspektivischen Darstellung von hinten. Das Umverdrahtungselement 1 der gezeigten ersten Ausführungsvariante umfasst einen Träger 15, an dem beispielhaft sieben Spannungsabgriffe 20 angeordnet sind. Am oberen Ende des Trägers 15 ist ein Stecker 40 vorgesehen.

Der Träger 15 ist beispielsweise eine Leiterplatte aus FR4 oder einem anderen Leiterplattenmaterial. Auf der in Fig. 1 gezeigten Vorderseite und/oder auf der in Fig. 2 gezeigten Rückseite und/oder im Inneren der Leiterplatte ist eine Leiterzugstruktur 10 mit einer Mehrzahl an Leiterbahnen 11 ausgebildet. Die auf der Vorder- und Rückseite ausgebildeten Leiterbahnen sind optional. Im Inneren der Leiterplatte verlaufen die Leiterbahnen in zumindest einer Schicht. In jeder Ausgestaltung verlaufen die Leiterbahnen in und/auf der Leiterplatte in mehreren Schichten. Die Leiterbahnen 11 erstrecken sich zumindest abschnittsweise in vertikaler Richtung von dem Stecker 40 zu den Spannungsabgriffen 20 hin, um einen elektrischen Pfad zwischen diesen herzustellen. Über den Stecker 40 kann das Umverdrahtungselement 1 an eine Steuerungseinheit eines Energiespeichermoduls angeschlossen werden. Der Stecker 40 ist ein von dem Träger 15 separat hergestelltes Bauelement, das beispielsweise durch das Umspritzen von Kontaktelementen mit Kunststoff erzeugt werden kann. Ebenso kann dieses auf beliebige andere Weise hergestellt sein. Die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Kontaktelementen (nicht dargestellt) des Steckers 40 und den im oberen Bereich des Trägers 15 endenden Enden der Leiterbahnen 11 kann beispielsweise durch einen Löt- prozess erfolgen. Selbstverständlich sind auch andere Kontaktierungsarten denkbar.

Jeder der Spannungsabgriffe 20 ist - wie bereits erläutert - mit wenigstens einer Leiterbahn der Leiterzugstruktur des Trägers 15 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt jeweils im Bereich eines ersten Endes 21 des Spannungsabgriffs. Jeweilige freie, zweite Enden 22 der Spannungsabgriffe sind zur stoffschlüssigen Verbindung mit zugeordneten Zellverbindern vorgesehen.

Die Spannungsabgriffe 20 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Bewegungsausgleichselemente ausgebildet. Hierdurch sind die Spannungsabgriffe in der Lage, eine Relativbewegung des Umverdrahtungselements gegenüber den Zellverbindern und/oder aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungen des Umverdrahtungselements und der Zellverbinder und/oder statischen oder dynamischen Verschiebungen der Speicherzellen des Energiespeichermoduls, in dem das Umverdrahtungselement eingesetzt wird, auszugleichen. Dies bedeutet, die Spannungsabgriffe weisen in allen Raumrichtungen (d.h. in der Ebene des Trägers 15 des Umverdrahtungselements 1 und senkrecht dazu) eine Elastizi- tät auf, welche einerseits zu keiner plastischen Verformung der Spannungsabgriffe führt und andererseits die stoffschlüssige Verbindung zu den Zellverbindern sowie die Verbindung zu den Leiterbahnen mechanisch nicht belastet.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Möglichkeit, diesen elastischen Bewegungsausgleich mittels der Spannungsabgriffe 20 durch deren geometrische Gestalt bereitzustellen. Hierzu liegen die ersten Enden 21 der Spannungsabgriffe in einem ersten Anschlussabschnitt 23 und die zweiten Enden 22 der Spannungsabgriffe 20 in einem zweiten Anschlussabschnitt 24. Der erste und der zweite Anschlussabschnitt grenzen im Ausführungsbeispiel im 90°-Winkel aneinander. Der gewählte Winkel ist jedoch lediglich beispielhaft. Vielmehr könnten der erste und der zweite Anschlussabschnitt 23, 24 auch in einem anderen Winkel, vorzugsweise im Bereich von 45° bis 135°, zueinander angeordnet sein. Entgegen der zeichnerischen Darstellung ist es auch nicht notwendig, dass sämtliche der Spannungsabgriffe die Gestalt eines„L" aufweisen. Stattdessen könnten auch nur manche der Spannungsabgriffe 20 den gezeigten Verlauf haben. Die gewinkelte Ausgestaltung ermöglicht eine flexible Bewegung von Träger 15 und Zellverbindern sowohl iri der Ebene des Trägers 15 als auch senkrecht dazu.

Die Anordnung der zweiten Anschlussabschnitte 24 der Anzahl an Spannungsabgriffen 20 ist durch die Lage und Anordnung der Speicherzellenverbinder und damit der durch die Speicherzellenverbinder elektrisch miteinander verschalteten Speicherzellen Vorgegeben. Sofern dies aufgrund der Gegebenheiten möglich ist, ist es bevorzugt, wenn der erste Anschlussabschnitt 23 eine Verlängerung einer jeweiligen kontaktierten Leiterbahn der Leiterzugstruktur (in der Vertikalen) ausbildet. Hiermit ist eine erhöhte Stabilität des Um- verdrahtungselements, aber auch eine größere Elastizität verbunden. da die freie, bewegliche Länge zwischen den fixierten ersten und zweiten Enden 21 , 22 der Spannungsabgriffe 20 die Flexibilität bestimmt.

In dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich der in Fig. 1 links unten und in Fig. 2 rechts unten gezeigte Spannungsabgriff 20 derart relativ zu dem Träger 15 angeordnet, dass dessen erster Anschlussabschnitt 23 sich senkrecht (horizontal) zum Verlauf des Trägers 15 erstreckt. Dies ist, wie erläutert, durch die Anordnung und Lage der zu kontaktierenden Zellverbinder bedingt.

Eine weiter verbesserte Flexibilität der Spannungsabgriffe 20 ergibt sich durch das Vorsehen von Schlitzen 26, 27 im ersten und zweiten Anschlussabschnitt 23, 24. Die Schlitze gehen vorzugsweise im Bereich der Winkel ineinander über. Im Ausführungsbeispiel weist jeder der Anschlussabschnitte 23, 24 jeweils einen einzigen Schlitz 26, 27 auf. In einer davon abweichenden Ausgestaltung könnten in jedem Anschlussabschnitt auch mehrere parallel nebeneinander angeordnete dünnere Schlitze vorgesehen sein. Die Schlitze können in die Spannungsabgriffe 20 durch ein Trennverfahren, wie z.B. Stanzen, eingebracht sein. Ebenso ist es möglich, Schlitze mittels eines Lasers in die Spannungsabgriffe einzubringen. Der erste und der zweite Anschlussabschnitt 23, 24 jeweiliger Spannungsabgriffe 20 sind in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen, parallelen Ebenen angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein Stufenverlauf der Spannungsabgriffe 20. Der Stufenverlauf kann einerseits durch die geometrischen Gegebenheiten bei der Verbindung des Umverdrahtungselements 1 mit den Zellverbindern des Energiespeichermoduls bedingt sein. Andererseits kann der gestufte Verlauf auch bewusst vorgesehen sein, um die freie Länge zwischen den fixierten ersten und zweiten Enden 21 , 22 der Spannungsabgriffe 20 weiter zu erhöhen, wodurch die Flexibilität weiter vorteilhaft verbessert wird.

Als Material für die Spannungsabgriffe 20 wird vorzugsweise Kupfer oder Aluminium oder eine Legierung davon gewählt. Gegebenenfalls können die Spannungsabgriffe auch aus einem anderen Material bestehen und mit Kupfer oder Aluminium oder Legierungen davon beschichtet sein. Bevorzugt ist das Material der Spannungsabgriffe korrespondierend zu dem Material der Zellverbinder und/oder der zu kontaktierenden Leiterbahnen gewählt, in dem oder den Bereichen eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen soll. Sofern Zellverbinder und Leiterbahnen aus unterschiedlichen Materialien bestehen, könnten die Span- nungsabgriffe auch als Bimetall ausgebildet sein. In diesem Fall lässt sich auf besonders einfache Weise eine stoffschlüssige Verbindung der ersten und zweiten Enden 21 , 22 der Spannungsabgriffe mit den jeweiligen Verbindungspartnern erzielen.

Es ist bevorzugt, wenn die zweiten Enden 22 der Spannungsabgriffe direkt auf den Zellverbinder, oder optional auch direkt auf ein Anschlussterminal der Speicherzelle, geschweißt werden. Bevorzugt erfolgt die Verschweißung unter Verwendung eines Lasers, wobei jedoch auch alle anderen Schweißverfahren, wie z.B. Reibschweißen, Ultraschallschweißen, Rührreibschweißen, torsionales Reibschweißen, Rotationsreibschweißen, Multi-Orbital-Reibschweißen, Widerstandsschweißen, eingesetzt werden können.

Die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung der ersten Enden 21 mit den Leiterbahnen erfolgt bevorzugt durch eine konventionelle Lötung. Zu diesem Zweck weisen die ersten Enden 21 der Spannungsabgriffe 20 zumindest einen, aus der Ebene des jeweiligen Spannungsabgriffs 20 herausragenden Fuß auf, der durch zugeordnete Aussparungen der Trägerplatte gesetzt ist. Die hintereinander angeordneten Füße ermöglichen die Aufnahme von Momenten, wodurch bei einer eventuellen Biegung des Umverdrahtungse- lements die Lötverbindung zwischen den ersten Enden 21 und der zugeordneten Leiterbahn der Leiterzugstruktur nicht beschädigt wird. Bevorzugt sind die Füße in Richtung des ersten Anschlussabschnitts 23 hintereinander angeordnet, da hierdurch die Elastizität im Bereich der Verbindung weiter verbessert wird. Die Lötung der Füße erfolgt von der Rückseite des Trägers 15 her.

Wenn die Spannungsabgriffe 20 aus Kupfer ausgebildet sind, so sind diese mit einer konventionellen Oberfläche (Zinn) versehen. Hierdurch kann beispielsweise eine Lötung im Reflow-Verfahren erfolgen.

Bestehen die Spannungsabgriffe 20 hingegen aus Aluminium, so wird eine Kupfer- Sperrschicht und/oder eine Nickel-Zinn-Oberfläche aufgebracht. Anschließend erfolgt in der beschriebenen Weise ein Durchstecken der Füße durch entsprechende Aussparungen der Leiterplatte 15 und eine Verlötung.

Wie bereits erläutert, ergibt sich die Anzahl und Anordnung der Spannungsabgriffe 20 an dem Träger 15 durch die Anzahl und Gestalt der Speicherverbinder bzw. der diese verbindenden Speicherzellen. Bei einem erfindungsgemäßen Umverdrahtungselement 1 ist pro Zellverbinder mindestens ein Spannungsabgriff vorgesehen. Um eine Redundanz sicherzustellen, ist es vorteilhaft, pro Zellverbinder wenigstens zwei Spannungsabgriffe 20 vorzusehen. Die Funktion eines Spannungsangriffs besteht darin, Messströme zu übertragen, so dass durch die an den Stecker angeschlossene Steuereinheit Mess- und Steuerungsfunktionen übernommen werden können. Insbesondere werden die Spannungsabgriffe dazu verwendet, Temperaturen der Zellverbinder und damit der Speicherzellen zu messen. Darüber hinaus dienen diese dazu, Spannungen der einzelnen Speicherzellen zu messen, um eine Spannungssymmetrierung des Energiespeichermoduls zu erzielen.

Durch die beschriebene Gestalt der Spannungsabgriffe 20 erfolgt ein Ausgleich unterschiedlicher Ausdehnungen des Umverdrahtungselements 1 , insbesondere dessen Trägers 15, und den Zellverbindern sowie eines nachfolgend näher beschriebenen Halteelements zur Halterung der Speicherzellen und weiteren Komponenten des Energiespeichermoduls. Wie oben bereits beschrieben, können die Leiterbahnen 11 der Leiterzugstruktur 10 nicht nur auf den vorderen und hinteren Oberflächen des Trägers 15 ausgebildet sein, sondern erstrecken sich auch in zumindest einer Lage im Inneren des Trägers 15. In einer speziellen Ausgestaltung verlaufen die Leiterbahnen 11 der Leiterzugstruktur 10 sogar ausschließlich im Inneren des Trägers 15 und sind über Durchkontaktierungen von der Oberfläche des Trägers 15 her kontaktierbar. Je nach Anzahl der in dem Umverdrahtungsele- ment notwendigen Leiterbahnen 11 der Leiterzugstruktur 10 können diese in einer gemeinsamen oder in mehreren, inneren Schichten angeordnet sein. Derartige Träger sind als Multi-Layer-Leiterplatten bekannt. Das Verlagern der Leiterbahnen 11 ins Innere des Trägers 15 schützt diese bereits aufgrund ihrer Anordnung vor mechanischen und anderen Beschädigungen. Insbesondere können bezüglich Kurzschlüssen sensible Leiterbahnen in unterschiedlichen Schichten des Trägers 15 angeordnet sein.

Zum weiter verbesserten Schutz des Umverdrahtungselements vor elektrischen Defekten, z.B. Kurzschlüssen zwischen Leiterbahnen 11 aufgrund von aus den Speicherzellen austretendem Elektrolyt, ist auf dem Träger 15 zumindest abschnittsweise eine Isolationsschicht aus einem chemisch und mechanisch resistenten, hoch vernetzten Harz auf Basis von Epoxiden, Cyanatester, Epoxi-Bismaleimid-Triazin, Polyphenylenether, Polytetraflu- orethylen, LOP (Liquid Crystal Polymer), Polyetheretherketon, Polyphenylenoxid, Polyi- mid, APPE (allylated PolyPhenylEther), Polyphenylenoxid (PPO), thermoplastische Polyester oder duroplastische Polyester aufgebracht. Eine derartige Isolationsschicht bietet Schutz gegen organische Säuren, organische Lösemittel und starke anorganische Säuren oder Basen. Die Isolationsschicht verhindert in dem Bereich, in dem sie auf den Träger aufgebracht ist, eine Unterwanderung und damit einen Kontakt mit den Leiterbahnen. Vorzugsweise wird das Material der Isolationsschicht für einen zuverlässigen und umfänglichen Schutz vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche des Trägers 15, d.h. allumfänglich, aufgebracht. Die Isolationsschicht kann dabei unter einem eventuell im Rahmen der herkömmlichen Leiterplattenherstellung aufgebrachten Lötstopplack aufgebracht oder anstelle des Lötstopplacks vorgesehen sein.

Um nicht nur einen Schutz vor chemischen Materialien bereitzustellen, sondern auch einen Schutz vor mechanischer Beschädigung sicherzustellen, kann das Harz mit einem Füllstoff gefüllt und/oder mit einem Gewirk, einem Gewebe oder einem Vlies (Nonwoven) gefüllt sein. Hierdurch erhöht sich die Zähigkeit der Isolationsschicht, so dass eine me- chanische Beschädigung der Isolationsschicht und ein Freilegen eventuell auf der Vorder- und Rückseite angeordneten Leiterbahnen 11 verhindert oder zumindest erschwert werden kann.

Die vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung gebildeten Leiterbahnen können je nach Anforderung und Anordnung auf den Oberflächen oder im Inneren des Trägers 15 eine Schichtdicke zwischen 3 pm und 400 pm aufweisen. Je nach notwendigem Schutz gegenüber chemischen und mechanischen Beschädigungen weist die oberflächlich aufgebrachte Isolationsschicht eine Dicke zwischen 3 pm und 2 mm auf.

Um das Eindringen von Elektrolytlösungen in den Träger oder auf die Oberflächen des Trägers zu verhindern oder zu erschweren ist es vorteilhaft, wenn der Träger eine glatte, gratfreie Außenkontur aufweist. Eine solche glatte und gradfreie Außenkontur kann durch die entsprechende Wahl des Materials des Trägers sichergestellt werden. Je kompakter die Oberfläche ist, desto geringer ist die Gefahr eines chemischen Angriffs des Materials des Trägers 15.

Aufgrund der im Inneren des Trägers vorgesehenen Leiterbahnen sind Bohrungen, sog. Durchkontaktierungen, erforderlich, um die eingangs beschriebenen Spannungsabgriffe mit den Leiterbahnen verbinden zu können. Erforderliche Bohrungen und Durchkontaktierungen können mit einem sog. Tent-Druck (Überdrucken von Bohrungen mit einem geeigneten thermisch oder UV-härtendem Lack als letzten Prozessschritt) oder einem sog. Plug-ln-Prozess (vollständiges Füllen von Bohrungen mit einem geeigneten Lack vor dem Aufbringen der letzten galvanischen Metallschicht) wirksam gegen aggressive Medien, wie z.B. den Elektrolyt, geschützt werden.

Bei dem mit der Isolationsschicht versehenen Träger können Isolationsabstände beliebig variiert werden. Insbesondere ist hierdurch die Gefahr von Korrosions- oder Migrationseffekten vermindert.

Die Fig. 3 zeigt jeweils in einer schematischen Draufsicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls. Das Energiespeichermodul besteht - lediglich beispielhaft - aus zwei horizontal nebeneinander angeordneten Spalten mit jeweils sechs vertikal übereinander angeordneten Speicherzellen. Jeweilige dem Betrachter in Fig. 3 zugewandte Zellterminals sind alternierend übereinander und nebeneinander angeordnet. Das heißt, dass beispielsweise ein Pluspol der Speicherzelle 110 links unten in einer Ebene mit einem Minuspol der vertikal darüber angeordneten Speicherzelle 110 angeordnet ist. Daraufhin erfolgt in vertikaler Richtung nach oben wieder ein Pluspol, auf den ein Minuspol usw. folgt. Der Pluspol der Speicherzelle 110 links unten ist in einer Ebene mit einem Minuspol der Speicherzelle der horizontal benachbarten Spalte (rechts unten) angeordnet. In vertikaler Richtung über diesen folgt wieder ein Pluspol, auf den ein Minuspol usw. folgt. Jeweils ein Zellverbinder verbindet einen Plus- und einen Minuspol benachbart angeordneter Speicherzellen 110. Insgesamt weist das Energiespeichermodul 100 fünf Zellverbinder 120 auf. Die beiden in vertikaler Richtung obersten Speicherzellen 110 sind mit den bereits erwähnten Modulschwertern 121 verbunden, über die eine Gesamtspannung des Energiespeichermoduls abgegriffen werden kann.

Durch produktionsbedingte Schwankungen der Speicherzellen ist der Abstand zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten, gegenpoligen Zellterminals (Polen) toleranzbehaftet. Dies bedeutet, dass wenn zwei Speicherzellen nebeneinander im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, die Zellterminals nicht exakt koplanar zueinander liegen. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass sich die Speicherzellen in ihrem Betrieb zueinander verschieben. Die Verschiebung kann neben einem durch chemische Reaktionen der Speicherzellen verursachten Aufbauchen auch durch unterschiedlich hohe Temperaturen der Speicherzellen bei wechselnden Umgebungsbedingungen verursacht sein. Da über die gesamte Lebensdauer eines Speichermoduls ein Ausgleich von statischen und dynamischen Verschiebungen gewährleistet sein muss, so dass zulässige Kräfte und Momente an den Zellterminals nicht überschritten werden, stellen die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Speicherzellen vorgesehenen Zellverbinder eine Bewegungskompensation bereit, z.B. indem die Zellterminals kontaktierende Anschlussteile eines (Batterie-)Zellverbinders flexibel miteinander gekoppelt sind.

Aus der Fig. 3 ist gut zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Umverdrahtungselement 1 zwischen den beiden vertikal angeordneten Spalten angeordnet ist. Dabei ist dem Betrachter die in Fig. 2 gezeigte Rückseite des Umverdrahtungselements 1 zugewandt. Die elektrische Kontaktierung der Spannungsabgriffe 20 erfolgt auf der dem Betrachter zugewandten Seiten der Zellverbinder 120 einschließlich der Modulschwerter 121 oder gegebenenfalls der jeweiligen Zellterminals der Speicherzellen selbst. Der in den Figuren 1 und 2 ersichtliche Stecker weist vom Betrachter weg in die Blattebene hinein und ist damit den Speicherzellen zugewandt. Hierdurch ist ein raumoptimiertes Energiespeichermodul 100 bereitgestellt.

Durch die beschriebene Gestalt der Spannungsabgriffe 20 können unterschiedliche Ausdehnungen von Träger 15 und den Zellverbindern bzw. Modulschwertern oder aber auch der in Halteelementen 102 fixierten Speicherzellen ausgeglichen werden.

Eine mechanische Fixierung des Umverdrahtungselements 1 erfolgt bevorzugt nicht nur über die stoffschlüssigen Verbindungen zu den Zellverbindern/Modulschwertern bzw. Speicherzellen, sondern es erfolgt zusätzlich eine Halterung in einem nicht näher dargestellten Halteelemeht 102. Hieraus ergeben sich montagetechnische Vorteile, da Zellverbinder, Modulschwerter und das Umverdrahtungselement zunächst in einem Halteelement 102 eingebracht und fixiert werden können. Anschließend erfolgt die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Spannungsabgriffen 20 und den Zellverbindern bzw. Modulschwertern. Dieses Halbzeug wird dann auf die Stirnseiten der in Fig. 3 beschriebenen Speicherzellen aufgesetzt, woraufhin eine stoffschlüssige Verbindung zwischen ^' den Zellverbindern und den Zellterminals der Speicherzellen erfolgen kann.

Abweichend davon könnte die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Spannungsabgriffen und den Zellverbindern/Modulschwertern auch in einem gemeinsamen Herstellungsschritt zusammen mit der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Zellverbindern und Zellterminals erfolgen.

Bezugszeichenliste

Umverdrahtungselement

Leiterzugstruktur

Leiterbahnen

Trägerplatte

Spannungsabgriff

erste Enden des Spannungsabgriffs

zweite Enden des Spannungsabgriffs

erster Anschlussabschnitt

zweiter Anschlussabschnitt

Winkel zwischen erstem und zweitem Anschlussabschnitt

Schlitz im ersten Anschlussabschnitt

Schlitz im zweiten Anschlussabschnitt

Stecker

Energiespeichermodul

Halteelement

Speicherzelle

Zellverbinder

Modulschwerter