DE102010039417A1 - Redistribution element for an energy storage module and energy storage module - Google Patents

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Robert Vodiunig
Hubertus Goesmann
Dr. Landua Steffen
Philipp Petz
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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Umverdrahtungselement für ein Energiespeichermodul (100), das aus mehreren, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordneten Speicherzellen (110) besteht, die paarweise über Zellverbinder (120) elektrisch miteinander verschaltet sind. Das erfindungsgemäße Umverdrahtungselement umfasst eine Trägerplatte (15), eine in mehreren Schichten in und/oder auf der Trägerplatte (15) ausgebildeten Leiterzugstruktur (10) mit mehreren, sich in einer Hauptrichtung erstreckenden Leiterbahnen (11) sowie eine zumindest abschnittsweise auf der Trägerplatte (15) aufgebrachte Isolationsschicht aus einem chemisch und mechanisch resistenten, hoch vernetzten Harz. Es sind mehrere Spannungsabgriffe (20), deren den Leiterbahnen (11) zugewandte, erste Enden (21) jeweils mit einem zugeordneten ersten Ende (12) einer jeweiligem Leiterbahn (11) verbunden sind, und deren freie, zweite Enden (22) zur, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit zugeordneten Zellverbindern (120) vorgesehen.The invention describes a rewiring element for an energy storage module (100) which consists of a plurality of storage cells (110) arranged one above the other in at least one vertical row, which are electrically connected to one another in pairs via cell connectors (120). The rewiring element according to the invention comprises a carrier plate (15), a conductor track structure (10) formed in several layers in and / or on the carrier plate (15) with several conductor tracks (11) extending in one main direction, and one at least in sections on the carrier plate (15) ) applied insulation layer made of a chemically and mechanically resistant, highly cross-linked resin. There are several voltage taps (20) whose first ends (21) facing the conductor tracks (11) are each connected to an associated first end (12) of a respective conductor track (11), and whose free, second ends (22) are used to In particular, a material connection with associated cell connectors (120) is provided.

Description

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.The invention relates to a rewiring element for an energy storage module, which consists of a plurality of memory cells arranged one above the other in at least one vertical row, which are electrically interconnected in pairs via cell connectors. The invention further relates to an energy storage module of the type described above.

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 Automobilindustrie 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.Memory cells, in particular those on lithium-ion-based memory cells, but also metal-hydride memory cells (such as nickel-metal hydride batteries) or lithium-polymer memory cells or other chemical energy storage, are gaining in importance in the automotive industry. In particular, due to the need for alternative drive concepts, for example hybrid drives or pure electric drives, the storage of electrical energy is of immense importance for future automobile construction.

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.The use of lithium-ion batteries as electrical energy storage for electric motors in the automotive industry has proved to be advantageous. On the one hand, these accumulators store a large amount of energy with a small volume and, on the other hand, such batteries are only subject to an aging process to a limited extent. In particular, a "memory effect" does not occur in this. As a result, a plurality of charge cycles take place, so that the life of the battery substantially corresponds to that of a vehicle.

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 desselben Speicherzellenmoduls in Serie verschaltet. In einem Kraftfahrzeug kann eine Mehrzahl solcher Speicherzellenmodule vorgesehen und elektrisch miteinander verschaltet sein.Most memory cells provide only low voltages between one or more <10V. These low voltages are far from sufficient to drive an electric motor of an electric vehicle. For this reason, memory cells are interconnected to so-called memory modules. Here, a plurality of individual memory cells can be connected in series with each other, whereby the output voltage of the memory module multiplied according to the number of series-connected memory cells. In a memory module, for example, twelve memory cells are interconnected. For example, six memory cells arranged one behind the other are connected in series in a row per memory cell module. Such a series is connected in series with a second, adjacent row of the same memory cell module in series. In a motor vehicle, a plurality of such memory cell modules may be provided and electrically interconnected.

Die elektrische Verschaltung 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 Umverdrahtungselement, das eine Leiterzugstruktur umfasst, müssen den in einem Fahrzeug herrschenden Bedingungen standhalten.The electrical connection of two mutually adjacent, opposite pole cell terminals (so-called Pole) via cell connectors. In order to monitor the temperature of the cell connectors and thus the respective batteries in the connection parts, the cell connectors are connected to a cell tap (tapping) of a rewiring element. This leads to an integrated circuit or a board on which the tap is monitored in terms of its temperature. Both the tap and the rewiring element, which includes a ladder train structure, must withstand the conditions prevailing in a vehicle.

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.Due to the static and dynamic displacements of the memory cells occurring during operation of the energy storage module, the connection between a cell tap of the rewiring element and the cell connector is subjected to high mechanical loads. A resulting connection break could lead to falsified measurement results or even failure of a measurement, as a result of which the memory module would no longer be reliably operable.

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.The Leiterzugstruktur is for example on a support plate, such. B. a printed circuit board made of FR4. Typically, the circuit board is provided with a solder resist to protect the circuit trace structure from corrosion, mechanical damage. However, this arrangement is not resistant to any leaking from the memory cells electrolyte. There is therefore the risk that an electrical defect can occur within the conductor traction structure, as a result of which the measurement results could also be falsified or the measurement could fail.

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.It is therefore an object of the present invention to provide a solution which solves the risk of falsified measurement or a measurement failure in the simplest and most cost-effective manner.

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.The invention provides a rewiring element for an energy storage module, which consists of a plurality of memory cells arranged one above another in at least one vertical row, which are electrically interconnected in pairs via cell connectors. The rewiring element comprises a carrier plate as well as a conductor traction structure formed in multiple layers in and / or on the carrier plate with a plurality of conductor tracks extending in a main direction. At least in sections, an insulating layer of a chemically and mechanically resistant, highly crosslinked resin is applied to the carrier plate. Finally, a plurality of voltage taps whose conductor tracks facing, first ends are each connected to an associated first end of a respective conductor track, and provided the free, second ends to, in particular cohesive, connection with associated cell connectors.

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. Because the conductor tracks of the conductor line structure can be formed in multiple layers in and / or on the carrier plate, such conductor tracks can be formed in different layers, which must be protected from an electrical short circuit. In addition, protection against electrical defects takes place in that an insulation layer of a chemically and mechanically resistant, highly crosslinked resin is applied at least in sections to the carrier plate. By a chemically resistant resin is meant a resistance to organic acids, organic solvents, inorganic acids and bases. The combination of the arrangement of the conductor tracks of the conductor track structure and the provision of an insulating layer with special properties provides a resistance to any electrolyte leaking from the memory cells. The result is an increased security of an energy storage module against electrical defects. This is accompanied by a longer life of the energy storage module.

Als chemisch und mechanisch resistente, hoch vernetzte Harze kommen Harze auf Basis von Epoxiden, Cyanatester, Epoxi-Bismaleimid-Triazin, Polyphenylenether, Polytetrafluorethylen, 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.Resins based on epoxides, cyanate esters, epoxy bismaleimide triazine, polyphenylene ethers, polytetrafluoroethylene, LCP (liquid crystal polymer), polyether ether ketone, polyimide, APPE (allylated poly phenyl ether), polyphenylene oxide (PPO), are used as chemically and mechanically resistant, highly crosslinked resins. thermoplastic polyester or thermosetting polyester into consideration. These non-exhaustive base materials for the resin have the property of resisting the electrolytes commonly used in memory cells. Which of the base materials is ultimately used in the insulating layer can be made, for example, depending on the materials used for the carrier plate and the electrolyte used in the memory cells.

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. Al2O3, Siliziumdioxid, Bariumsulfat oder Talkum, in Betracht.According to a further expedient embodiment, the resin is filled with a filler. The filler provides higher temperature, dimensional and chemical resistance and reduces possible absorption of liquid or gaseous media. As a filler, in particular materials based on ceramics, such as. As Al 2 O 3 , silica, barium sulfate or talc, into consideration.

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.It is also expedient if the resin is reinforced with a knitted fabric or a fabric or a nonwoven (a so-called nonwoven). The reinforcement causes a higher mechanical resistance of the insulating layer, so that it can be difficult or not penetrated by an object. The tougher the insulating layer is formed, the lower the probability that a arranged on the surface of the support plate trace of the wiring pattern is "exposed" by mechanical action, resulting in an electrical fault could result.

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 μm und 400 μm 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 μm 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.As a material for the conductor tracks of Leiterzugstruktur a metal, in particular a copper, a copper alloy, nickel, silver, palladium or aluminum is used. The layer thicknesses of the printed conductors can be between 3 μm and 400 μm, depending on requirements. In order to obtain a sufficient protection of the surface of the carrier plate and possibly thereon applied conductor tracks, it is expedient if the thickness of the insulating layer is between 3 .mu.m to 2.0 mm. The thickness of the insulating layer may be made, for example, depending on how much the resin is reinforced with a knit or woven or nonwoven fabric. The greater the gain, the lower the thickness of the insulating layer can be selected.

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.In order to obtain the broadest possible protection against chemical and mechanical effects, it is expedient if the insulating layer completely covers the surface of the carrier plate. In particular, the insulating layer is applied all-round to the carrier plate in order to prevent the penetration of electrolyte to the printed conductors - both on the surface of the carrier plate and in the interior of the carrier plate.

Ein weiter verbesserter Schutz vor chemischen und mechanischen Beschädigungen der Leiterbahnen der Leiterzugstruktur ergibt sich dadurch, dass die Leiterbahnen der Leiterzugstruktur ausschließlich im Inneren der Trägerplatte verlaufen und über Durchkontaktierungen von der Oberfläche der Trägerplatte her kontaktierbar sind.A further improved protection against chemical and mechanical damage to the tracks of the Leiterzugstruktur results from the fact that the tracks of the Leiterzugstruktur extend exclusively in the interior of the carrier plate and via vias from the surface of the carrier plate are contacted.

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.The penetration of electrolyte into the interior of the carrier plate is further complicated by the fact that the carrier plate is carried out burr-free. A burr-free and smooth outer contour of the support plate can be ensured by a suitable choice of Trägerplattenharzmaterialien in combination with fillers and reinforcing materials. As a material for the support plate z. B. conventional printed circuit board material, such. As the commonly used FR4 used. The burr freedom can z. B. mechanical ablation, such. B. milling, can be achieved. The finer a filler provided in the backing plate material is dispersed and the finer the reinforcing fibers, the smoother the edges become.

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 Isolations- und Schutzschicht die Funktion zum Schutz der Trägerplatte vor Korrosion und mechanischer Beschädigung nicht mehr zu übernehmen braucht, kann diese unter Umständen vollständig entfallen.The insulating layer may be applied to a solder resist of the carrier plate. Lötstopplack is usually used to protect the circuit board from corrosion, mechanical damage and prevents the soldering of the surfaces coated with it on the circuit board with solder. Since the typically used solder resists however, have no resistance to the electrolyte used in memory cells, the additional insulating layer is provided under the Lötstopplack to protect the underlying tracks of electrical defects. Alternatively or additionally, the insulating layer may also be applied instead of the solder resist on the support plate. Since the Lötstopplack does not need to take over the function of protecting the carrier plate from corrosion and mechanical damage due to the inventively provided insulation and protective layer, this may be completely eliminated under certain circumstances.

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.The invention further provides an energy storage module, in particular for motor vehicles, comprising a plurality of memory cells arranged one above the other in at least one vertical row, which are electrically interconnected in pairs via cell connectors, and a rewiring element of the type described above, wherein the free, second ends of the voltage taps have a material fit the associated cell connectors are connected.

Das erfindungsgemäße Energiespeichermodul weist die gleichen Vorteile auf, die oben in Verbindung mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements erläutert wurden.The energy storage module according to the invention has the same advantages that were explained above in connection with the description of the rewiring element according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Gleiche Elemente sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the drawing. The same elements are provided here with the same reference numerals. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements von einer Vorderseite her, 1 a perspective view of a rewiring element according to the invention from a front side,

2 eine perspektivische Darstellung des Umverdrahtungselements aus 1 von einer Rückseite her, und 2 a perspective view of the rewiring element 1 from the back, and

3 eine Draufsicht auf ein Energiespeichermodul mit sechs in einer Spalte verschalteten Speicherzellen und zwei Spalten, bei dem ein erfindungsgemäßes Umverdrahtungselement vorgesehen ist. 3 a plan view of an energy storage module with six interconnected in a column memory cells and two columns, in which a rewiring element according to the invention is provided.

1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Umverdrahtungselements 1 in einer perspektivischen Darstellung von vorne. 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. 1 shows a view of a rewiring element according to the invention 1 in a perspective view from the front. 2 shows a perspective view of the same rewiring element 1 in a perspective view from behind. The rewiring element 1 the first embodiment shown comprises a carrier 15 , on the example of seven voltage taps 20 are arranged. At the top of the carrier 15 is a plug 40 intended.

Der Träger 15 ist beispielsweise eine Leiterplatte aus FR4 oder einem anderen Leiterplattenmaterial. Auf der in 1 gezeigten Vorderseite und/oder auf der in 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.The carrier 15 is for example a printed circuit board made of FR4 or another printed circuit board material. On the in 1 shown front side and / or on the in 2 shown back and / or inside the circuit board is a Leiterzugstruktur 10 with a plurality of tracks 11 educated. The printed conductors on the front and back are optional. Inside the printed circuit board, the conductor tracks run in at least one layer. In each embodiment, the interconnects run in and / on the circuit board in multiple layers. The tracks 11 extend at least partially in the vertical direction of the plug 40 to the voltage taps 20 to create an electrical path between them.

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 Lötprozess erfolgen. Selbstverständlich sind auch andere Kontaktierungsarten denkbar.Over the plug 40 can the rewiring element 1 be connected to a control unit of an energy storage module. The plug 40 is one of the carrier 15 separately manufactured component that can be generated for example by the encapsulation of contact elements with plastic. Likewise, this can be made in any other way. The preparation of the electrical connection between contact elements (not shown) of the plug 40 and in the upper part of the carrier 15 ending ends of the tracks 11 can be done for example by a soldering process. Of course, other types of contacting are conceivable.

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.Each of the voltage taps 20 is - as already explained - with at least one conductor track of the conductor traction structure of the carrier 15 electrically connected. The electrical connection takes place in each case in the region of a first end 21 of the voltage tap. Respective free, second ends 22 the voltage taps are intended for cohesive connection with associated cell connectors.

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 Elastizität 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.The voltage taps 20 are formed in the embodiment shown as motion compensation elements. As a result, the voltage taps are able to compensate for a relative movement of the rewiring element relative to the cell connectors and / or due to different extensions of the rewiring element and the cell connectors and / or static or dynamic displacements of the memory cells of the energy storage module in which the rewiring element is used. This means that the voltage taps point in all spatial directions (ie in the plane of the carrier 15 of the rewiring element 1 and perpendicular to) an elasticity, which on the one hand leads to no plastic deformation of the voltage taps and on the other hand, the bonded connection to the cell connectors and the connection to the tracks is not mechanically stressed.

Die 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 in der Ebene des Trägers 15 als auch senkrecht dazu. The 1 and 2 show one way this elastic motion compensation by means of the voltage taps 20 to provide by their geometric shape. For this are the first ends 21 the voltage taps in a first connection section 23 and the second ends 22 the voltage taps 20 in a second connection section 24 , The first and the second connection section adjoin one another in the exemplary embodiment at a 90 ° angle. However, the selected angle is merely exemplary. Rather, the first and the second connection section could 23 . 24 be arranged at a different angle, preferably in the range of 45 ° to 135 ° to each other. Contrary to the drawing, it is also not necessary that all of the voltage taps have the shape of an "L". Instead, only some of the voltage taps could 20 have the course shown. The angled design allows flexible movement of the carrier 15 and cell connectors both at the level of the carrier 15 as well as perpendicular to it.

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 Umverdrahtungselements, 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.The arrangement of the second connection sections 24 the number of voltage taps 20 is predetermined by the position and arrangement of the memory cell connector and thus the electrically interconnected by the memory cell connector memory cells. If this is possible due to the circumstances, it is preferred if the first connection section 23 forms an extension of a respective contacted trace of the conductor traction structure (in the vertical). This is an increased stability of the rewiring element, but also a greater elasticity connected because the free, movable length between the fixed first and second ends 21 . 22 the voltage taps 20 the flexibility determines.

In dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich der in 1 links unten und in 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.In the in the 1 and 2 shown embodiment, only in 1 bottom left and in 2 bottom right shown voltage tap 20 so relative to the carrier 15 arranged that its first connection section 23 perpendicular (horizontal) to the course of the wearer 15 extends. As explained, this is due to the arrangement and position of the cell connectors to be contacted.

Eine weiter verbesserte Flexibilität der Spannungsabgriffe 20 ergibt sich durch das Versehen 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.A further improved flexibility of the voltage taps 20 results from the provision of slots 26 . 27 in the first and second connection section 23 . 24 , The slots preferably merge into one another in the area of the angles. In the exemplary embodiment, each of the connection sections 23 . 24 each a single slot 26 . 27 on. In a different configuration, a plurality of thinner slots arranged parallel next to each other could also be provided in each connection section. The slots can be in the voltage taps 20 by a separation process, such. B. punching, be introduced. Likewise, it is possible to introduce slots by means of a laser in the voltage taps.

Der erste und der zweite Anschlussabschnitt 23, 24 jeweiliger Spannungsabgriffe 20 sind in dem in den 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.The first and the second connection section 23 . 24 respective voltage taps 20 are in the in the 1 and 2 shown embodiment arranged in different, parallel planes. This results in a step profile of the voltage taps 20 , The step profile can on the one hand by the geometric conditions in the connection of the rewiring element 1 be due to the cell connectors of the energy storage module. On the other hand, the stepped course may also be deliberately provided to the free length between the fixed first and second ends 21 . 22 the voltage taps 20 continue to increase, whereby the flexibility is further advantageously improved.

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 Spannungsabgriffe 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.As material for the voltage taps 20 Preferably, copper or aluminum or an alloy thereof is selected. Optionally, the voltage taps may also be made of a different material and coated with copper or aluminum or alloys thereof. Preferably, the material of the voltage taps is selected corresponding to the material of the cell connectors and / or the conductor tracks to be contacted, in which or regions a cohesive connection is to take place. If cell connectors and interconnects are made of different materials, the voltage taps could also be designed as a bimetal. In this case, a material connection of the first and second ends can be achieved in a particularly simple manner 21 . 22 Achieve the voltage taps with the respective connection partners.

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.It is preferred if the second ends 22 the voltage taps are welded directly to the cell connector, or optionally directly to a connection terminal of the memory cell. Preferably, the welding is carried out using a laser, but also all other welding methods, such. As friction welding, ultrasonic welding, friction stir welding, torsional friction welding, rotational friction welding, multi-orbital friction welding, resistance welding, can be used.

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 Umverdrahtungselements 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.The production of the cohesive connection of the first ends 21 with the conductor tracks is preferably carried out by a conventional soldering. For this purpose, have the first ends 21 the voltage taps 20 at least one, from the plane of the respective voltage tap 20 outstanding foot, which is set by associated recesses of the support plate. The successively arranged feet allow the recording of moments, whereby in a possible Bend the rewiring element, the solder joint between the first ends 21 and the associated trace of the Leiterzugstruktur is not damaged. The feet are preferably in the direction of the first connection section 23 arranged one behind the other, as this further improves the elasticity in the region of the connection. The feet are soldered from the back of the wearer 15 ago.

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.When the voltage taps 20 are formed of copper, so they are provided with a conventional surface (tin). As a result, for example, a soldering in the reflow process can take place.

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.Pass the voltage taps 20 whereas aluminum, a copper barrier layer and / or a nickel-tin surface is applied. Subsequently, in the manner described by inserting the feet through corresponding recesses of the circuit board 15 and a soldering.

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.As already explained, the number and arrangement of the voltage taps results 20 on the carrier 15 by the number and shape of the memory connectors or the memory cells connecting them. In a rewiring element according to the invention 1 At least one voltage tap is provided per cell connector. To ensure redundancy, it is advantageous to have at least two voltage taps per cell connector 20 provided. The function of a voltage attack is to transmit measurement currents so that measurement and control functions can be taken over by the control unit connected to the plug. In particular, the voltage taps are used to measure temperatures of the cell connectors and thus of the memory cells. In addition, these serve to measure voltages of the individual memory cells in order to achieve a voltage balance of the energy storage module.

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.Through the described shape of the voltage taps 20 a compensation of different expansions of the rewiring element takes place 1 , in particular its carrier 15 , and the cell connectors and a holding element described in more detail below for holding the memory cells and other components of the energy storage module.

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 Umverdrahtungselement 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.As already described above, the conductor tracks 11 the ladder train structure 10 not only on the front and back surfaces of the wearer 15 be formed, but also extend in at least one position in the interior of the carrier 15 , In a special embodiment, the conductor tracks run 11 the ladder train structure 10 even exclusively inside the carrier 15 and are via vias from the surface of the carrier 15 can be contacted. Depending on the number of required in the rewiring element interconnects 11 the ladder train structure 10 These may be arranged in a common or in several, inner layers. Such carriers are known as multi-layer printed circuit boards. Relocating the tracks 11 inside the carrier 15 protects them already due to their arrangement against mechanical and other damage. In particular, with regard to short circuits, sensitive conductor tracks in different layers of the carrier 15 be arranged.

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, Polytetrafluorethylen, LCP (Liquid Crystal Polymer), Polyetheretherketon, Polyphenylenoxid, Polyimid, 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.For further improved protection of the rewiring element from electrical defects, eg. B. short circuits between tracks 11 due to emerging from the memory cells electrolyte is on the support 15 at least in sections an insulating layer of a chemically and mechanically resistant, highly crosslinked resin based on epoxides, cyanate ester, epoxy bismaleimide triazine, polyphenylene ether, polytetrafluoroethylene, LCP (liquid crystal polymer), polyether ether ketone, polyphenylene oxide, polyimide, APPE (allylated poly phenyl ether), Polyphenylene oxide (PPO), thermoplastic polyester or thermosetting polyester applied. Such an insulating layer provides protection against organic acids, organic solvents and strong inorganic acids or bases. The insulating layer prevents in the area in which it is applied to the carrier, a sub-migration and thus a contact with the conductor tracks. Preferably, the material of the insulating layer for reliable and circumferential protection is preferably applied over the entire surface of the carrier 15 , ie all around, upset. The insulation layer can be applied under a possibly applied in the context of conventional printed circuit board production Lötstopplack or provided instead of Lötstopplacks.

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 mechanische Beschädigung der Isolationsschicht und ein Freilegen eventuell auf der Vorder- und Rückseite angeordneten Leiterbahnen 11 verhindert oder zumindest erschwert werden kann.In order not only to provide protection against chemical materials but also to ensure protection against mechanical damage, the resin may be filled with a filler and / or filled with a knit, fabric or nonwoven fabric. This increases the toughness of the insulating layer, so that a mechanical damage to the insulating layer and an exposing possibly arranged on the front and back conductor tracks 11 prevented or at least made difficult.

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 μm und 400 μm aufweisen. Je nach notwendigem Schutz gegenüber chemischen und mechanischen Beschädigungen weist die oberflächlich aufgebrachte Isolationsschicht eine Dicke zwischen 3 μm und 2 mm auf.The conductor tracks, which are preferably formed of copper or a copper alloy, can, depending on the requirements and arrangement, be disposed on the surfaces or in the interior of the carrier 15 have a layer thickness between 3 microns and 400 microns. Depending on the necessary protection against chemical and mechanical damage, the surface applied insulating layer has a thickness between 3 microns and 2 mm.

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.In order to prevent or hinder the penetration of electrolyte solutions into the carrier or onto the surfaces of the carrier, it is advantageous if the carrier has a smooth, burr-free outer contour. Such a smooth and free outline contour can be ensured by the appropriate choice of the material of the wearer. The more compact the surface, the lower the risk of chemical attack on the wearer's material 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-In-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.Due to the conductor tracks provided in the interior of the carrier, holes, so-called plated-through holes, are required in order to be able to connect the voltage taps described at the beginning to the conductor tracks. Required holes and plated-through holes can be made with a so-called Tent-pressure (overprinting holes with a suitable thermally or UV-curing lacquer as the last process step) or a so-called plug-in process (complete filling of holes with a suitable lacquer before application the last galvanic metal layer) effectively against aggressive media such. As the electrolyte to be protected.

Bei dem mit der Isolationsschicht versehenen Träger können Isolationsabstände beliebig variiert werden. Insbesondere ist hierdurch die Gefahr von Korrosions- oder Migrationseffekten vermindert.In the carrier provided with the insulating layer isolation distances can be varied as desired. In particular, this reduces the risk of corrosion or migration effects.

Die 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 3 zugewandte Zellterminals sind alternierend übereinander und nebeneinander angeordnet. Des 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.The 3 each shows in a schematic plan view the structure of an energy storage module according to the invention. The energy storage module consists - by way of example only - two horizontally juxtaposed columns with six vertically stacked memory cells. Respect to the viewer in 3 facing cell terminals are arranged alternately one above the other and next to each other. That is, for example, a positive pole of the memory cell 110 bottom left in a plane with a negative pole of the memory cell arranged vertically above 110 is arranged. Then in the vertical direction upwards again a positive pole, followed by a negative pole, etc. The plus pole of the memory cell 110 bottom left is arranged in a plane with a negative pole of the memory cell of the horizontally adjacent column (bottom right). In the vertical direction above this again followed by a positive pole, followed by a negative pole, etc. In each case, a cell connector connects a positive and a negative pole adjacent memory cells 110 , Overall, the energy storage module points 100 five cell connectors 120 on. The two uppermost memory cells in the vertical direction 110 are with the already mentioned module swords 121 connected, via which a total voltage of the energy storage module can be tapped.

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.Due to production-related fluctuations of the memory cells, the distance between two mutually adjacent, opposite polarity cell terminals (Poland) is subject to tolerances. This means that when two memory cells are arranged side by side substantially in one plane, the cell terminals are not exactly coplanar with each other. Further aggravating is that the memory cells move in their operation to each other. The shift may be caused by varying temperatures of the memory cells in changing environmental conditions in addition to an accumulation caused by chemical reactions of the memory cells. Since a balance of static and dynamic shifts must be ensured over the entire life of a memory module, so that permissible forces and moments are not exceeded at the cell terminals, provided for establishing an electrical connection between two memory cell connectors provide motion compensation, z. B. by the cell terminals contacting connecting parts of a (battery) cell connector are flexibly coupled together.

Aus der 3 ist gut zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Umverdrahtungselement 1 zwischen den beiden vertikal angeordneten Spalten angeordnet ist. Dabei ist dem Betrachter die in 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.From the 3 is easy to see that the rewiring element according to the invention 1 is arranged between the two vertically arranged columns. The viewer is in the 2 shown back of the rewiring element 1 facing. The electrical contacting of the voltage taps 20 takes place on the side facing the viewer of the cell connector 120 including the module swords 121 or optionally the respective cell terminals of the memory cells themselves.

Der in den 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.The in the 1 and 2 apparent plug has away from the viewer in the leaf level and is thus facing the memory cells. This is a space-optimized energy storage module 100 provided.

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.Through the described shape of the voltage taps 20 can have different extensions of carrier 15 and the cell connectors or module swords or else in the holding elements 102 fixed memory cells are compensated.

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 Halteelement 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 3 beschriebenen Speicherzellen aufgesetzt, woraufhin eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Zellverbindern und den Zellterminals der Speicherzellen erfolgen kann.A mechanical fixation of the rewiring element 1 Preferably takes place not only on the cohesive connections to the cell connectors / module swords or memory cells, but it is additionally a holder in a holding element, not shown 102 , This results in mounting advantages, since cell connectors, module swords and the rewiring element initially in a holding element 102 can be introduced and fixed. Subsequently, the production of the cohesive connection between the voltage taps takes place 20 and the cell connectors or module swords. This semi-finished product is then applied to the end faces of the 3 placed memory cells, whereupon a cohesive connection between the cell connectors and the cell terminals of the memory cells can take place.

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.Deviating from this, the production of the material-locking connections between the voltage taps and the cell connectors / module blades could also take place in a common production step together with the production of the electrical connection between cell connectors and cell terminals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
UmverdrahtungselementUmverdrahtungselement
1010
Leiterzugstrukturconduction path
1111
Leiterbahnenconductor tracks
1515
Trägerplattesupport plate
2020
Spannungsabgriffvoltage tap
2121
erste Enden des Spannungsabgriffsfirst ends of the voltage tap
2222
zweite Enden des Spannungsabgriffssecond ends of the voltage tap
2323
erster Anschlussabschnittfirst connection section
2424
zweiter Anschlussabschnittsecond connection section
2525
Winkel zwischen erstem und zweitem AnschlussabschnittAngle between first and second connection section
2626
Schlitz im ersten AnschlussabschnittSlot in the first connection section
2727
Schlitz im zweiten AnschlussabschnittSlot in the second connection section
4040
Steckerplug
100100
EnergiespeichermodulEnergy storage module
102102
Halteelementretaining element
110110
Speicherzellememory cell
120120
Zellverbindercell connectors
121121
Modulschwertermodule Swords

Claims (12)

Umverdrahtungselement für ein Energiespeichermodul (100), das aus mehreren, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordneten Speicherzellen (110) besteht, die paarweise über Zellverbinder (120) elektrisch miteinander verschaltet sind, mit – einer Trägerplatte (15); – einer in mehreren Schichten in und/oder auf der Trägerplatte (15) ausgebildeten Leiterzugstruktur (10) mit mehreren, sich in einer Hauptrichtung erstreckenden Leiterbahnen (11); – einer zumindest abschnittsweise auf der Trägerplatte (15) aufgebrachten Isolationsschicht aus einem chemisch und mechanisch resistenten, hoch vernetzten Harz; und – mehreren Spannungsabgriffen (20), deren den Leiterbahnen (11) zugewandte, erste Enden (21) jeweils mit einem zugeordneten ersten Ende (12) einer jeweiligen Leiterbahn (11) verbunden sind, und deren freie, zweite Enden (22) zur, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit zugeordneten Zellverbindern (120) vorgesehen sind.Rewiring element for an energy storage module ( 100 ), which consists of several, in at least one vertical row stacked memory cells ( 110 ) in pairs via cell connectors ( 120 ) are electrically interconnected, with - a carrier plate ( 15 ); - one in several layers in and / or on the carrier plate ( 15 ) trained ladder train structure ( 10 ) with a plurality of interconnects extending in a main direction ( 11 ); - one at least in sections on the support plate ( 15 ) applied insulating layer of a chemically and mechanically resistant, highly crosslinked resin; and - several voltage taps ( 20 ), whose conductor tracks ( 11 ), first ends (FIG. 21 ) each having an associated first end ( 12 ) of a respective track ( 11 ), and their free, second ends ( 22 ) for, in particular cohesive, connection with associated cell connectors ( 120 ) are provided. Umverdrahtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz auf Basis von Epoxiden, Cyanatester, Epoxi-Bismaleimid-Triazin, Polyphenylenether, Polytetrafluorethylen, LCP (Liquid Crystal Polymer), Polyetheretherketon, Polyimid, APPE (allylated PolyPhenylEther), Polyphenylenoxid (PPO), thermoplastische Polyester oder duroplastische Polyester gebildet ist.The redistribution element according to claim 1, characterized in that the resin is based on epoxides, cyanate ester, epoxy bismaleimide triazine, polyphenylene ether, polytetrafluoroethylene, LCP (liquid crystal polymer), polyether ether ketone, polyimide, APPE (allylated poly phenyl ether), polyphenylene oxide (PPO), thermoplastic polyester or thermosetting polyester is formed. Umverdrahtungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz mit einem Füllstoff gefüllt ist.Redistribution element according to claim 1 or 2, characterized in that the resin is filled with a filler. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz mit einem Gewirk oder einem Gewebe oder einem Vlies (Nonwoven) verstärkt ist.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the resin is reinforced with a knitted fabric or a woven fabric or nonwoven fabric. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Leiterbahnen (11) zwischen 3 μm und 400 μm beträgt.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the conductor tracks ( 11 ) is between 3 μm and 400 μm. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Isolationsschicht 3 μm bis 2,0 mm beträgt.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the insulating layer is 3 μm to 2.0 mm. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht die Oberfläche der Trägerplatte (15) vollständig bedeckt.Rewinding element according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer, the surface of the carrier plate ( 15 completely covered. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (11) der Leiterzugstruktur (10) ausschließlich im Inneren der Trägerplatte (15) verlaufen und über Durchkontaktierungen von der Oberfläche der Trägerplatte (15) her kontaktierbar sind.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor tracks ( 11 ) of the conductor traction structure ( 10 ) exclusively inside the carrier plate ( 15 ) and via vias from the surface of the carrier plate ( 15 ) are contactable ago. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (15) gratfrei ist.Rewiring element according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 15 ) is burr-free. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht unter einem Lötstopplack der Trägerplatte (15) aufgebracht ist.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer under a solder resist of the carrier plate ( 15 ) is applied. Umverdrahtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht anstelle des Lötstopplacks auf der Trägerplatte (15) aufgebracht ist.Redistribution element according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer instead of the solder resist on the support plate ( 15 ) is applied. Energiespeichermodul (100), insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend: – mehrere, in zumindest einer vertikalen Reihe übereinander angeordnete Speicherzellen (110), die paarweise über Zellverbinder (120) elektrisch miteinander verschaltet sind; – ein Umverdrahtungselement (1); dadurch gekennzeichnet, dass dieses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, wobei deren freie, zweite Enden (22) der Spannungsabgriffe (20) stoffschlüssig mit zugeordneten Zellverbindern (120) verbunden sind.Energy storage module ( 100 ), in particular for motor vehicles, comprising: A plurality of memory cells arranged one above the other in at least one vertical row ( 110 ) in pairs via cell connectors ( 120 ) are electrically interconnected; A rewiring element ( 1 ); characterized in that it is designed according to one of claims 1 to 11, wherein its free, second ends ( 22 ) of the voltage taps ( 20 ) cohesively with associated cell connectors ( 120 ) are connected.
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