DE112019004217T5

DE112019004217T5 - Kraftfahrzeugbatterie-Leiterplatten mit schmelzbaren Verbindungsleitungen

Info

Publication number: DE112019004217T5
Application number: DE112019004217.3T
Authority: DE
Inventors: Nathaniel Christopher Wynn; Kyle William Butterfield; Tyler David Collins
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2021-06-02
Also published as: US20200067056A1; US11302997B2; US20220190445A1; WO2020041585A1; CN112602163A

Abstract

Es wird eine Leiterplattenanordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriepakets für ein Elektrofahrzeug beschrieben. Die Leiterplattenanordnung schließt eine Vielzahl von ersten Leiterplatten, mindestens eine zweite Leiterplatte, eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte, die konfiguriert sind, um die mindestens eine zweite Leiterplatte mit mehreren Batteriezellen zu verbinden, und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von ersten Leiterplatten mit mehreren Batteriezellen zu verbinden, ein. Verwandte Vorrichtungen, Systeme und Verfahren werden ebenfalls beschrieben.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der US-Patentanmeldung Nr. 62/721,951 , eingereicht am 23. August 2018 mit dem Titel „Automotive Battery Conductor Plates with Fusible Links“, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Batterien für Kraftfahrzeuge, einschließlich Elektrofahrzeuge, und insbesondere auf Leiterplatten von mehrzelligen Batterien für Elektrokraftfahrzeuge.
STAND DER TECHNIK
Elektrokraftfahrzeuge weisen in der Regel eine mehrzellige Batterie als Energiespeicher auf. Solche Batterien müssen einen anspruchsvollen Betriebszyklus durchlaufen, der elektrisches Laden und Entladen einschließt. Übliche Batterien weisen mehrere Module elektrochemischer Zellen auf, die in einem sorgfältig optimierten Paket kombiniert sind, wobei einige Module elektrisch in Reihe geschaltet sind und einige elektrisch parallel geschaltet sind. Die Anforderungen an die Kraftfahrzeugkonstruktion erfordern die Verwendung von Hunderten und manchmal Tausenden einzelner elektrochemischer Zellen in einer einzigen Fahrzeugbatterie. Eine große Anzahl von Zellen, die Grenzen der Herstellungsfähigkeiten und ein anspruchsvoller Betriebszyklus können zu einem Ausfall einer oder mehrerer Zellen in einer Kraftfahrzeugbatterie führen. Wenn ein solcher Zellenausfall auftritt und manchmal, wenn ein solcher Ausfall noch nicht aufgetreten ist, aber bevorsteht, kann der elektrische Widerstand einer einzelnen Zelle oder einer Gruppe von Zellen absinken. Abhängig von der elektrischen Konfiguration eines Batteriepakets kann ein solcher Abfall des elektrischen Widerstands zu einem signifikanten Anstieg des elektrischen Stroms führen, der durch die betroffenen Zellen fließt. Ein hoher elektrischer Strom kann zu einer Überhitzung der Zellen und anderer Batteriekomponenten führen, was zu einem thermischen Durchgehen und zu einer Gefährdung der Sicherheit des Elektrofahrzeugs führt.
Batteriekonstrukteure haben verschiedene Ansätze verwendet, um die Wahrscheinlichkeit solcher thermischer Ereignisse zu verringern. Einige der bekannten Vorrichtungen und Techniken zum Verbessern der thermischen Robustheit von Elektrofahrzeugbatterien schließen eine Stromunterbrechungsvorrichtung (CID), einen Druck-Temperatur-Stromschalter (PTC-SCHALTER) und die Verwendung von Sicherungen auf Zellenebene ein. Bekannte Sicherungen auf Zellenebene sind in der Regel Drahtbondverbindungen, die zwischen Zellen eingeführt werden. Bei Überstrom, der zu einer Überhitzung führt, sollen derartige Drahtbondverbindungen schmelzen und die elektrische Verbindung zu betroffenen Zellen unterbrechen. Wenn eine Zelle nicht mehr mit dem Rest der Batterie elektrisch verbunden ist, fließt kein Strom mehr durch sie, was dabei helfen kann, zu verhindern, dass ein thermisches Durchgeh-Ereignis beginnt oder sich ausbreitet.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch beobachtet, dass das Drahtbonden technische Einschränkungen aufweist und die Batterie negativ beeinflussen kann. Zum Beispiel erhöhen Drahtbondverbindungen messbar den elektrischen Widerstand auf Paketniveau, und die Verwendung von Drahtbondverbindungen erhöht auch die Herstellungszeit und -kosten. In der Regel werden Drahtbondverbindungen mit den Batteriezellen ultraschallverschweißt, was bis zu zwei Sekunden pro Zelle dauern kann. Bei etwa 7500 Zellen in einer typischen Elektrofahrzeugbatterie kann das Drahtbonden über zwei Stunden zu einer Batterieherstellungszeit beitragen. Außerdem weist dieses Verfahren in der Regel eine geringe Ausbeute auf und kann erhebliche Nacharbeiten erfordern. Wenn die Zuverlässigkeit der Herstellung von Drahtbondverbindungen bei 99 % liegt, müssen möglicherweise etwa 150 Bondverbindungen pro Batterie überarbeitet werden, wenn zwei Drahtbondverbindungen pro Zelle verwendet werden. Eine Nacharbeit ist in der Regel ein manueller Prozess, der zu erheblichen Kosten und Zeitaufwand führt, die zur Batterieherstellung hinzugefügt werden.
Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Bedürfnis nach einem alternativen Verfahren zum Bereitstellen von Schutz für eine mehrzellige Elektrofahrzeugbatterie beobachtet, die die Zuverlässigkeit verbessern, Kosten reduzieren und die Herstellungsausbeute erhöhen würde.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Beispiel umfasst eine Batterie für ein Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Batteriezellen und eine erste Leiterplattenanordnung, die eine elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellt. Die erste Leiterplattenanordnung umfasst eine Vielzahl von ersten Leiterplatten, mindestens eine zweite Leiterplatte, eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte zum Verbinden der mindestens einen zweiten Leiterplatte mit mehreren Batteriezellen, und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten zum Verbinden der Vielzahl von ersten Leiterplatten mit mehreren Batteriezellen.
Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden elektrochemischer Zellen in einer Kraftfahrzeugbatterie beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Vielzahl von Batteriezellen, das Bereitstellen einer ersten Leiterplattenanordnung, die eine Vielzahl von ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte umfasst, elektrisches Verbinden mehrerer Batteriezellen mit der mindestens einen zweiten Leiterplatte unter Verwendung einer Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und elektrisches Verbinden mehrerer Batteriezellen mit der Vielzahl von ersten Leiterplatten unter Verwendung einer Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen.
Gemäß einem weiteren Beispiel wird eine Leiterplattenanordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriepakets für ein Elektrofahrzeug beschrieben. Die Leiterplattenanordnung umfasst eine Vielzahl von ersten Leiterplatten, mindestens eine zweite Leiterplatte, eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte und ist konfiguriert, um diese mindestens eine zweite Leiterplatte mit einer Vielzahl von Batteriezellen zu verbinden, und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von ersten Leiterplatten mit mehreren Batteriezellen zu verbinden.
Der hierin beschriebene Gegenstand kann viele technische Vorteile bereitstellen, einschließlich z. B. einer schnelleren Herstellung von mehrzelligen Kraftfahrzeugbatterien auf Modulebene, eines robusten Schutzes von mehrzelligen Batterien bei einem thermischen Ereignis, des Verhinderns, dass ein Überstrom ein thermisches Durchgehen auslöst, und einer verbesserten Fahrzeugsicherheit. Beispiele des hierin beschriebenen Gegenstands sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale und Vorteile des hierin beschriebenen Gegenstands ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
Figurenliste

1A bis 1B sind Diagramme, die ein Beispiel einer Batterie für ein Kraftfahrzeug veranschaulichen.
2A bis 2C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Leiterplattenanordnung veranschaulichen.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplatte veranschaulicht.
4A bis 4B sind Diagramme, die ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung veranschaulichen.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für schmelzbare Knopf- und Randverbindungsleitungen veranschaulicht.
6A bis 6C sind Diagramme, die ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung veranschaulichen.
7A bis 7C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Batterie mit schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung veranschaulichen.
8A bis 8B sind Diagramme, die ein Beispiel für einen oberen Zellenhalter veranschaulichen.
9A ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Leiterplattenanordnung veranschaulicht.
9B ist eine Draufsicht, die eine beispielhafte Leiterplattenanordnung von 9A veranschaulicht, wobei ein Rahmenelement befestigt ist.
9C ist eine Draufsicht, die einen unteren linken Abschnitt der beispielhaften in 9A veranschaulichten Leiterplattenanordnung veranschaulicht.
9D zeigt eine Unteransicht eines Abschnitts der in 9B veranschaulichten beispielhaften Leiterplattenanordnung.
9E ist eine Seitenansicht eines Abschnitts der in 9A veranschaulichten beispielhaften Leiterplattenanordnung, von rechts ohne den Kabelbaum betrachtet.

Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen geben im Allgemeinen gleiche Elemente an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A bis 1B sind Diagramme, die ein Beispiel einer Batterie für ein Elektrofahrzeug, wie ein Kraftfahrzeug, veranschaulichen, das auf Straßen zum Transportieren von Passagieren und/oder Fracht verwendet werden kann, wobei die Batterie zum Versorgen eines elektrischen Antriebssystems mit Energie konfiguriert ist, um einen Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen, sowie zum Versorgen anderer Fahrzeugsysteme mit Energie. Ein typisches Batteriepaket 101 kann zwei Batteriemodule oder -anordnungen 103 und 105 einschließen, die jeweils eine Vielzahl von elektrochemischen Batteriezellen 115 umfassen, von denen in 1A nur einige dargestellt sind, um ein Verdecken anderer Abschnitte der Module 103 und 105 zu vermeiden. Ein oberes Modul 103 kann mit einem unteren Modul 105 identisch sein. Anders ausgedrückt: Das obere Modul 103 und das untere Modul 105 können den gleichen Aufbau und die gleiche Anzahl von elektrochemischen Batteriezellen 115 aufweisen. In diesem Fall können die Module 103 und 105 als oberes Halbpaket 103 und unteres Halbpaket 105 bezeichnet werden. Alternativ können das obere Modul 103 und das untere Modul 105 den gleichen Aufbau, aber eine unterschiedliche Anzahl von elektrochemischen Zellen 115 aufweisen. Das Batteriepaket 101 kann auch nur ein Modul oder mehr als zwei Module enthalten.
Jedes Modul 103, 105 kann mit einem rechteckigen Rahmen strukturiert sein, der als Umschließung zum Umschließen und Schützen der elektrochemischen Zellen 115 dient. Wie in 1A und 1B gezeigt, kann ein Modul 103, 105 jeweils ein erstes Rahmenelement 117 (auch als Schale bezeichnet) einschließen, das eine Vielzahl von Vertiefungen 117a (auch als Nester bezeichnet) einschließen kann, die mindestens ein Ende einer Batteriezelle 115 aufnehmen und halten (sichern). Die Vertiefungen 117a haben jeweils eine Querschnittsform (z. B. kreisförmig) und eine Tiefe, die konfiguriert ist, um eine Batteriezelle 115 zu befestigen, von der ein Ende in die Vertiefung 117a passt. Die Vertiefungen 117a können in einem Muster oder Array angeordnet sein, wie einem hexagonalen dichtgepackten Array, quadratischen Array oder jedem anderen geeigneten Array oder Muster. Ein Modul 103, 105 kann auch ein zweites Rahmenelement 118 und zwei oder mehr Seitenrahmenelemente 111 (oder Seitenplatten) einschließen. In einigen Beispielen kann das zweite Rahmenelement 118 als ein rechteckiger Ring aus Strukturmaterial konfiguriert sein, der an einem Umfang des Moduls 103 positioniert ist. In einigen Beispielen kann sich das zweite Rahmenelement 118 über eine Länge und Breite des Batteriepakets 101 erstrecken und kann Durchlässe enthalten, die es Teilen der Batteriezellen 115 ermöglichen, sich dort hindurch zu erstrecken, sodass die Batteriezellen weiter gesichert und gestützt werden können. Die Seitenplatten 111, das erste Rahmenelement 117 und das zweite Rahmenelement 118 können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Befestigungsmechanismus, z. B. Bolzen, Schrauben, Befestigungsclips, Nieten, Schweißnähten, Klebstoffen usw. aneinander befestigt werden, um eine strukturell starre Anordnung zum Halten und Befestigen der Batteriezellen 115 bereitzustellen, und kann aus beliebigen geeignet festen Materialien hergestellt sein, wie einer Metalllegierung (z. B. Aluminiumlegierung, Stahllegierung usw.), einem Kohlenstofffaserverbundstoff, anderen Verbundmaterialien, Kunststoff und dergleichen, einschließlich Kombinationen davon. Das Modul 103 umfasst auch eine am Modul 103 befestigte Leiterplattenanordnung 113, die elektrische Verbindungen zwischen elektrochemischen Zellen 115 bereitstellt und die hierin ausführlicher beschrieben wird. In ähnlicher Weise umfasst das Modul 105 auch eine Leiterplattenanordnung (in 1A nicht sichtbar) wie die Leiterplattenanordnung 113.
1B zeigt nur eine elektrochemische Zelle 115, und 1A zeigt nur mehrere zur Veranschaulichung, um andere Gesichtspunkte der Modulstruktur nicht zu verdecken, es versteht sich jedoch, dass ein typisches Modul 103, 105 eine große Anzahl von Zellen 115 aufweisen kann. Die Anzahl der Zellen 115 in den Modulen 103, 105 und die Anzahl der Module 103, 105 in dem Batteriepaket 101 bestimmen die Gesamtzahl der Zellen 115 in dem Batteriepaket 101. Die Gesamtzahl der Zellen in einer Batterie richtet sich in der Regel nach den Anforderungen an die Auslegung des Elektrofahrzeugs. Größere Anzahlen von Zellen können einen größeren Energiespeicher für ein Elektrofahrzeug, einen größeren Abstandsbereich, eine Fähigkeit zur Nutzung einer schnelleren Beschleunigung bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ausreichenden Reichweite und eine größere Leistungsabgabe z. B. für größere Fahrzeuggrößen usw. bereitstellen. Kleinere Anzahlen von Zellen in einer Batterie können Batteriekosten, Gewicht und Größe reduzieren und können geringere Kühlanforderungen aufweisen. Die Anzahl der Zellen 115 im Batteriepaket 101 kann zwischen zehn und einhundert, zwischen einhundert und eintausend, zwischen eintausend und zehntausend oder zwischen zehntausend und einhunderttausend betragen. Die Anzahl der Zellen 115 in einem Batteriemodul 103, 105 kann zwischen zehn und einhundert, zwischen einhundert und eintausend, zwischen eintausend und fünftausend oder zwischen fünftausend und zwanzigtausend betragen.
Wie vorstehend dargestellt verleihen die Seitenplatten 111 den Modulen 103, 105, die so konfiguriert sind, um eine Größe und Festigkeit aufweisen, die zum Halten der gewünschten Anzahl von Batteriezellen 115 geeignet sind, strukturelle Stabilität. Die Seitenplatten 111 können auch den Abstand zwischen der Leiterplattenanordnung 113 und der Schale 117 steuern. Die Seitenplatten 111 können hohl sein, um eine bessere Kühlung des Moduls 103 und der Zellen 115 zu ermöglichen, und können Konstruktionsmerkmale aufweisen, die eine einfachere Verbindung des Moduls 103 mit einem anderen Modul 105 ermöglichen, wenn das Batteriepaket 101 mehr als ein Modul aufweist. Die Seitenplatten 111 können auch Vorkehrungen zur Befestigung der Batterie 101 in ihrem Packraum in einem Fahrzeug aufweisen. Die Seitenplatten 111 können aus Metalllegierung (z. B. Aluminiumlegierung, Stahllegierung usw.), Kohlefaserverbundwerkstoff, anderem Verbundwerkstoff, Kunststoff und dergleichen, einschließlich Kombinationen davon, hergestellt sein. Die Module 103, 105 können jeweils zwei Seitenplatten 111 aufweisen, wobei sich diese beiden Seitenplatten 111 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Moduls 103, 105 befinden können. Die Module 103, 105 können jeweils vier Seitenplatten 111 aufweisen, wobei sich diese vier Seitenplatten 111 auf jeder der vier Seiten des Moduls 103, 105 zwischen der Leiterplattenanordnung 113 und der Schale 117 befinden können.
Wie in 1A gezeigt, kann das Batteriepaket 101 eine Kühlplatte 107 zum Kühlen der Batteriezellen 115 aufweisen. Die Kühlplatte 107 kann an einem Rahmenelement (Schale) 117 an einer Seite des Moduls 103 befestigt sein und sich über eine volle Länge dieser Seite des Moduls 103 erstrecken. Wenn das Batteriepaket 101 zwei Halbpakete 103 und 105 aufweist, dann kann das Batteriepaket 101 eine Kühlplatte 107 aufweisen, die zwischen zwei Halbpaketen 103 und 105 angeordnet und durch diese eingeschränkt ist, wobei die Kühlplatte in thermischem Kontakt mit einem Rahmenelement 117 oder 118 steht, um eine Batteriekühlung bereitzustellen. Das Batteriepaket 101 kann mehr als z. B. eine Kühlplatte 107 einschließen, wobei Batteriepaket 101 zwei oder mehr Module 103, 105 aufweist. In einigen Beispielen kann die Anzahl von Kühlplatten um eins geringer sein als eine Anzahl von Modulen in einem Batteriepaket. In diesem Fall kann sich jede Kühlplatte 107 zwischen einem Paar benachbarter Module befinden und durch diese eingeschränkt werden. Jede Kühlplatte 107 kann von Kühlmittel durchströmt werden. Jede Kühlplatte kann zwei Kühlmittelanschlüsse 109 aufweisen, von denen einer für den Kühlmitteleinlass und der andere für den Kühlmittelauslass verwendet werden kann.
Wie vorstehend erwähnt, kann das Modul 103 eine Leiterplattenanordnung 113 aufweisen, die elektrische Verbindungen zwischen elektrochemischen Zellen 115 bereitstellt, und das Modul 105 kann ebenfalls eine solche Leiterplattenanordnung aufweisen. Die Leiterplattenanordnung 113 kann aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Aluminium, Kupfer, Nickel, Legierungen davon, andere metallische Legierungen, andere elektrisch leitfähige Materialien und Kombinationen davon. Die Auswahl des Materials bzw. der Materialien für die Leiterplattenanordnung 113 kann von den Konstruktionsanforderungen für die Batterie 101 abhängen, wie der Fachmann erkennen wird. Obwohl höhere elektrische Leitfähigkeit, geringere Dichte, geringere Kosten und bessere Herstellungseigenschaften (um schnelleres und kostengünstigeres Stanzen, Extrudieren und Schweißen zu ermöglichen) bevorzugt sind und die Auswahl geeigneter Materialien das Abwägen dieser Überlegungen beinhalten kann. Die Leiterplattenanordnung 113 kann Vorkehrungen zum Befestigen des Moduls 103 an anderen Modulen in einer Batterie, z. B. Laschen, Löcher, Riegel usw. zur Befestigung aufweisen. Die Leiterplattenanordnung 113 kann auch Vorkehrungen zur Befestigung der Batterie 101 an ihrem Packraum innerhalb eines Fahrzeugs zur Befestigung aufweisen, z. B. Laschen, Löcher, Riegel usw.
Wie vorstehend erwähnt, können die Module 103 und 105 eine Schale 117 aufweisen. Die Schale 117 stellt Unterstützung für elektrochemische Zellen 115 bereit. Die Schale 117 kann eine dünne rechteckige Struktur sein, die Vertiefungen 117a (oder Nester) auf einer Seite zum Positionieren einzelner elektrochemischer Zellen 115 einschließt. Die Schale 117 ermöglicht auch die Steuerung des Abstands zwischen benachbarten Batteriezellen 115. Eine Seite der Schale 117 gegenüber der Seite, auf der sich Zellen befinden, kann an die Kühlplatte 107 angrenzen. Die Schale 117 kann aus einer Metalllegierung (z. B. Aluminiumlegierung, Stahllegierung usw.), Kohlefaserverbundwerkstoff, anderen Verbundwerkstoffen, Kunststoff und dergleichen, einschließlich Kombinationen davon, hergestellt sein. Die spezifische Geometrie und das spezifische Material der Schale 117 können basierend auf den Anforderungen an die Batteriekonstruktion ausgewählt werden. Es wird bevorzugt, dass eine Schale dünner ist und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, um eine bessere Kühlung der Zellen 115 durch die Kühlplatte 107 bereitzustellen. Andererseits kann eine dickere Schale aus stärkerem Material für das Modul 103 eine bessere strukturelle Stabilität und den Zellen 115 eine bessere Unterstützung bereitstellen. Es ist auch erwünscht, dass das Schalenmaterial eine geringere Dichte und gute Herstellungseigenschaften aufweist, um geringere Kosten, eine kürzere Herstellungszeit und höhere Ausbeute zu ermöglichen.
2A bis 2C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Leiterplattenanordnung 213 veranschaulichen, z. B. für die in 1A und 1B gezeigte Leiterplattenanordnung 113. Die Leiterplattenanordnung 213 kann einen oberen (ersten) Leiterplattensatz 219 und einen unteren (zweiten) Leiterplattensatz 225 aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass die Wörter „oben“ und „unten“ hierin nicht einschränkend in Bezug auf irgendeine bestimmte Ausrichtung eines Batteriepakets 101 in einem Fahrzeug sein sollen und der Einfachheit halber verwendet werden, um z. B. anzugeben, dass „oben“ in diesem Beispiel weiter weg von einer Batteriezelle 115 bedeuten kann und dass „unten“ näher an einer solchen Batteriezelle 115 bedeuten kann. Wie in 2B gezeigt, kann der obere Leiterplattensatz 219 eine oder mehrere obere Leiterplatten 220 aufweisen. Die oberen Leiterplatten 220 können eine oder mehrere obere Leiterendplatten 221 und eine oder mehrere obere Leitermittelplatten 223 einschließen. In einem Beispiel weist der obere Leiterplattensatz 219 zwei obere Leiterendplatten 221 und mindestens eine obere Leitermittelplatte 223 auf. In einem Beispiel weist der obere Leiterplattensatz 219 zwei obere Leitermittelplatten 223 auf. Wie in 2C gezeigt, kann der untere Leiterplattensatz 225 eine oder mehrere untere Leiterplatten 227 aufweisen. In einem Beispiel weist der untere Leiterplattensatz 225 drei untere Leiterplatten 227 auf. In einem Beispiel kann die Anzahl der unteren Leiterplatten 227 um eins geringer sein als die Anzahl der oberen Leiterplatten 220. Entweder eine obere Leiterplatte oder eine untere Leiterplatte kann einfach als Leiterplatte bezeichnet werden.
In einer solchen Anordnung entsprechen einige untere Leiterplatten 227 einer oberen Leiterendplatte 221 und einer Hälfte einer oberen Leitermittelplatte 223, die an diese obere Leiterendplatte 221 angrenzt. Andere untere Leiterplatten 227 entsprechen einer Hälfte einer oberen Leitermittelplatte 223 und einer Hälfte einer anderen oberen Leitermittelplatte 223, wobei diese beiden oberen Leitermittelplatten aneinander angrenzen. Jede obere Leiterendplatte 221 entspricht einer Hälfte einer unteren Leiterendplatte 227. Jede obere Leitermittelplatte 223 entspricht einer Hälfte einer unteren Leiterplatte 227 und einer Hälfte einer anderen unteren Leiterplatte 227, wobei diese beiden unteren Leiterplatten 227 aneinander angrenzen. In diesem Absatz bedeutet der Begriff „entsprechend“, dass die genannten Leiterplatten mit denselben elektrochemischen Zellen elektrisch verbunden sind.
Der obere Leiterplattensatz 219 und der untere Leiterplattensatz 225 können dünne rechteckige Strukturen mit ungefähr der gleichen Fläche sein. Sie können zu einer Leiterplattenanordnung 213 angeordnet sein. Im so montierten Zustand sind der obere Leiterplattensatz 219 und der untere Leiterplattensatz 225 durch ein elektrisch isolierendes Material, wie eine elektrisch isolierende Folie (nicht gezeigt), elektrisch voneinander isoliert. Wenn die Leiterplattenanordnung 213 in einem Batteriepaket angeordnet ist, ist der untere Leiterplattensatz 225 benachbart zu elektrochemischen Zellen positioniert, sodass er zwischen elektrochemischen Zellen und dem oberen Leiterplattensatz 219 angeordnet ist, wobei ein elektrisch isolierendes Material (z. B. elektrisch isolierende Folie) zwischen dem oberen Leiterplattensatz 219 und dem unteren Leiterplattensatz 225 angeordnet ist.
Für eine gegebene Gruppe von Zellen hat die Platte, die lokal die obere Platte ist, die entgegengesetzte Polarität der Platte, die lokal die untere Platte ist. Bei benachbarten Zellengruppen können die Polaritäten der entsprechenden Platten lokal oben und unten vertauscht sein. Diese Anordnung ermöglicht es, die elektrochemischen Zellen in mehreren Gruppen zusammenzufassen, sodass Gruppen von Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, während alle Zellen innerhalb derselben Gruppe elektrisch parallel geschaltet sind. Je mehr Gruppen in Reihe geschaltet sind, desto höher ist die Spannung, die die Batterie bereitstellen kann. Je mehr Zellen in jeder Gruppe parallel geschaltet sind, desto höher ist die Speicherkapazität der Batterie.
Jede obere Leiterplatte 220 und jede untere Leiterplatte 227 kann einen oder mehrere Balken 229 aufweisen. In einem Beispiel haben alle Leiterplatten 220 in einer oberen Leiterplattenanordnung eine gleiche Anzahl von Balken 229, und alle Leiterplatten 227 in einer unteren Leiterplattenanordnung haben eine gleiche Anzahl von Balken. Der Balken 229 kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei eine Seite länger als eine andere ist. Eine kurze Seite des Balken-Querschnitts kann als Balken-Dicke bezeichnet werden. Eine lange Seite des Balken-Querschnitts kann als Balken-Breite bezeichnet werden. Die Abmessung des Balkens in der Richtung senkrecht sowohl zur Dicke als auch zur Breite des Balkens kann als Länge des Balkens bezeichnet werden. Die Breite des Balkens 229 kann in einer Ebene mit der Leiterplattenanordnung liegen. Die Länge des Balkens 229 kann auch in einer Ebene mit der Leiterplattenanordnung liegen. Die Dicke des Balkens 229 kann senkrecht zur Ebene der Leiterplattenanordnung sein. Ein Verhältnis der Breite des Balkens 229 zur Dicke des Balkens 229 kann 2:1 oder 5:1 oder 10:1 oder 20:1 oder zwischen 2:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 20:1 oder zwischen 20:1 und 100: 1 betragen. Ein Verhältnis der Balken-Länge 229 zur Balken-Breite 229 kann 5:1 oder 10: 1 oder 20:1 oder 50:1 oder zwischen 2:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 20:1 oder zwischen 20:1 und 100:1 betragen. Die Anzahl der Balken auf jeder Leiterplatte kann zwischen 2 und 5, zwischen 5 und 10 oder zwischen 10 und 100 liegen.
In einem Beispiel können die Balken 229, die zur selben Leiterplatte gehören, parallel zueinander sein. Die zur selben Leiterplatte gehörenden Balken 229 können abstandsgleich zueinander sein. Benachbarte Balken 229, die zur selben Leiterplatte gehören, können durch eine Planke 230 verbunden sein. Planke 230 kann die gleiche Dicke wie Balken 229 aufweisen. Eine Breite der Planke 230 kann gleich der Breite des Balkens 229 sein oder kann zwischen dem 0,5- und 2,0-fachen der Breite des Strahls 229 betragen. Das Verhältnis der Länge der Planke 230 zu ihrer Breite kann 1:1 oder 1,5:1 oder 2:1 betragen oder zwischen 0,5:1 und 2:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 betragen. Mit jedem anderen Balken als den Balken am Rand der Leiterplatte können zwei Planken verbunden sein. In diesem Fall können zwei Planken an derselben Stelle entlang der Länge des Balkens verbunden sein. In einem Beispiel sind zwei Planken an zwei verschiedenen Stellen entlang der Länge des Balkens verbunden, sodass diese zwei Planken zueinander versetzt sind. Das Verhältnis dieses Versatzes zur Länge der Planke kann 0,5:1 oder 1:1 oder 2:1 oder zwischen 0,2:1 und 1:1 oder zwischen 1:1 und 10:1 betragen. Die Balken 229 und Planken 230 können aus demselben Material hergestellt sein. In einem Beispiel können die Balken und Planken jeder Leiterplatte in einem Stanzvorgang aus Blech geformt sein. An den oberen Leiterendplatten können nach dem Stanzvorgang Schienen angebracht werden, um die Leiterplattenanordnung an dem Rest des Batteriemoduls zu befestigen oder um das Batteriemodul an dem Rest des Batteriepakets zu befestigen oder um das Batteriepaket an seinem Ort innerhalb eines Fahrzeugs zu befestigen.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplatte veranschaulicht. In einem Beispiel kann jeder Balken 329 eine oder mehrere schmelzbare Verbindungsleitungen 331 und eine oder mehrere nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 341 aufweisen. Die schmelzbare Verbindungsleitung 331 kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Balken 329 und einer oder zwei elektrochemischen Zellen des Batteriemoduls bereitstellen. Die nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 kann auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Balken 329 und einer oder zwei elektrochemischen Zellen des Batteriemoduls bereitstellen. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 können aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie einem Metall oder einer Metalllegierung, hergestellt sein. In einem Beispiel können die schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 aus Kupfer, Aluminium, Nickel oder deren Legierungen gestanzt werden.
Die schmelzbare Verbindungsleitung 331 kann einen Fuß 335 aufweisen, während die nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 einen Fuß 343 aufweisen kann. Die Füße 335 und 343 sind die Bereiche, in denen die schmelzbare Verbindungsleitung 331 bzw. die nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 mit dem Balken 329 verbunden ist. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 können im gleichen Stanzprozess hergestellt sein, der die Balken 329 und die Leiterplatte erzeugt. Alternativ können die schmelzbare Verbindungsleitungen 331 und die nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 341 in einem separaten Prozess (zum Beispiel durch einen Stanzprozess) hergestellt und dann mit dem Balken 329 verschweißt werden. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 können Kontaktstellen aufweisen. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 können Kontaktstellen 337 aufweisen, und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen können Kontaktstellen 345 aufweisen. Sowohl die Kontaktstellen 337 der schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 als auch die Kontaktstellen 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen können dünner als die Balken 329 und dünner als die Planken 330 sein. Ein Verhältnis der Dicke des Balkens 329 zur Dicke der Kontaktstelle 337 der schmelzbaren Verbindungsleitung 331 kann 2:1 oder 10:1 oder 100:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 100:1 oder zwischen 50:1 und 1000: 1 betragen. Ein Verhältnis der Dicke der Planke 330 zur Dicke der Kontaktstelle 337 der schmelzbaren Verbindungsleitung 331 kann 2:1 oder 10:1 oder 100:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 100:1 oder zwischen 50:1 und 1000: 1 betragen. Ein Verhältnis der Dicke des Balkens 329 zur Dicke der Kontaktstelle 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitung 341 kann 2:1 oder 10:1 oder 100:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 100:1 oder zwischen 50:1 und 1000: 1 betragen. Ein Verhältnis der Dicke der Planke 330 zur Dicke der Kontaktstelle 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitung 341 331 kann 2:1 oder 10:1 oder 100:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 100:1 oder zwischen 50:1 und 1000: 1 betragen.
Der Hauptunterschied zwischen der schmelzbaren Verbindungsleitung 331 und der nicht schmelzbaren Verbindungsleitung 341 besteht darin, dass eine schmelzbare Verbindungsleitung 331 einen Sicherungsabschnitt einschließt, der als Hals 333 ausgebildet sein kann, der schmaler und/oder dünner als der elektrische Leiter ist, während eine nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 keinen Sicherungsabschnitt, d. h. keinen Hals, aufweisen kann. Der Hals 333 ist ein Abschnitt der schmelzbaren Verbindungsleitung 331 zwischen dem Fuß 335 und der Kontaktstelle 337 der schmelzbaren Verbindungsleitung. Die Dicke des Halses 333 kann die gleiche sein wie die Dicke des Fußes 335 oder zwischen dem 0,5- und 2,0-fachen der Dicke des Fußes 335 betragen. Die Dicke des Halses 333 kann die gleiche sein wie die Dicke der Kontaktstelle 337 oder zwischen dem 0,5- und 2,0-fachen der Dicke der Kontaktstelle 337 betragen. Die Querschnittsfläche des Halses 333 kann kleiner als die Querschnittsfläche des Fußes 335 und kleiner als die Querschnittsfläche der Kontaktstelle 337 sein. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Fußes 335 zur Querschnittsfläche des Halses 333 kann 1,5:1 oder 2:1 oder 5:1 oder 10:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 20:1 betragen. Das Verhältnis der Querschnittsfläche der Kontaktstelle 337 zur Querschnittsfläche des Halses 333 kann 1,5:1 oder 2:1 oder 5:1 oder 10:1 oder zwischen 1:1 und 5:1 oder zwischen 5:1 und 20:1 betragen.
Die Hälse 333 von schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 können die elektrochemischen Batteriezellen 115, das Batteriemodul 103, das Batteriepaket 101 und ein Fahrzeug bei einem Zellenausfall oder beginnenden Ausfall schützen. Wenn eine elektrochemische Zelle ausfällt oder einem Ausfall nahe kommt, kann ihr elektrischer Widerstand absinken. Mit verringertem elektrischen Widerstand kann der durch eine solche Zelle fließende elektrische Strom zunehmen. Dies kann zu einer Überhitzung der Zelle und umgebender Bauteile führen. Die schmelzbare Verbindungsleitung 331, die mit einer solchen Zelle in Kontakt steht, kann sich aufgrund des durch die schmelzbare Verbindungsleitung fließenden elektrischen Stroms auch proportional zur ohmschen Erwärmung erwärmen. Die ohmsche Erwärmung der schmelzbaren Verbindungsleitung kann an der engsten Stelle der schmelzbaren Verbindungsleitung, also deren Hals 333, am höchsten sein. Bei einer geeigneten Auswahl des Materials und der Größe für die schmelzbare Verbindungsleitung des Halses 333 kann eine Erwärmung auf den Schmelzpunkt dieses Materials erreicht werden, bevor der Ausfall der Zelle einen thermischen Durchschlag für das Batteriepaket 101 verursacht. Wenn der Schmelzpunkt erreicht ist, kann der Hals 333 schmelzen, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Zelle, an der die Schmelzsicherung befestigt war, und dem Balken 329 der Leiterplatte unterbrochen wird. Ohne elektrische Verbindung darf kein elektrischer Strom mehr durch die Zelle fließen, wodurch eine weitere Verschlechterung der Zelle verhindert wird. Mit anderen Worten kann der Hals 333 ermöglichen, dass die schmelzbare Verbindungsleitung 331 als Sicherung für die Zelle oder Zellen fungiert, mit denen diese schmelzbare Verbindungsleitung 331 verbunden ist.
Ein weiterer Unterschied zwischen den schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und den nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 besteht darin, dass die Kontaktstellen 337 der schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 eine ovale Form aufweisen können, während die Kontaktstellen 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 eine rechteckige Form aufweisen können.
Die Kontaktstelle 337 der schmelzbaren Verbindungsleitung 331 kann eine Öffnung 339 aufweisen. Die Öffnung 339 kann eine kreisförmige Form oder eine ovale Form aufweisen. Die Öffnung 339 ist ein Durchgangsloch in der Kontaktstelle 337. Die Öffnung 339 kann während desselben Prozesses gebildet werden, der die schmelzbare Verbindungsleitung 331 bildet, oder während desselben Prozesses, der die Kontaktstelle 337 bildet, oder in einem separaten Prozess, nachdem die Kontaktstelle 337 gebildet wurde. Die schmelzbare Verbindungsleitung 331 und die Kontaktstelle 337 können im gleichen Prozess gebildet werden. Wenn die Öffnung 339 in einem separaten Prozess gebildet wird, kann sie durch Stanzen oder durch Schneiden oder durch Bohren gebildet werden. Schneiden oder Bohren kann beispielsweise mechanisches oder Laserschneiden oder -bohren sein.
Die Kontaktstelle 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitung 341 kann eine Öffnung 347 aufweisen. Die Öffnung 347 kann eine rechteckige Form, eine ovale Form oder eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken aufweisen. Die Öffnung 347 ist ein Durchgangsloch in der Kontaktstelle 345. Die Öffnung 347 kann während desselben Prozesses gebildet werden, der die nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 bildet, oder während desselben Prozesses, der die Kontaktstelle 345 bildet, oder in einem separaten Prozess, nachdem die Kontaktstelle 345 gebildet wurde. Die nicht schmelzbare Verbindungsleitung 341 und die Kontaktstelle 345 können im gleichen Prozess gebildet werden. Wenn die Öffnung 347 in einem separaten Prozess gebildet wird, kann sie durch Stanzen oder durch Schneiden oder durch Bohren gebildet werden. Schneiden oder Bohren kann mechanisch oder mittels Laser erfolgen.
Die Kontaktstellen 337 der schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 und die Kontaktstellen 345 der nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 können durch Schweißen mit elektrochemischen Zellen verbunden werden. In einem Beispiel kann Laserschweißen verwendet werden. Es kann auch Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen oder eine andere Schweißart verwendet werden. In einem Beispiel können alle schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 auf demselben Balken 329 auf derselben Seite des Balkens 329 in Bezug auf die Planke 330 angeordnet sein, während alle nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341 auf diesem Balken 329 auf einer anderen (gegenüberliegenden) Seite des Balkens von der Planke angeordnet sein können. In einem Beispiel können sich alle schmelzbaren Verbindungsleitungen 331 auf dem Balken 329 und alle nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 341, die mit demselben Balken 329 verbunden sind, auf der Seite des Balkens befinden, auf der ein und dieselbe der beiden Planken 330 mit diesem Balken verbunden ist.
4A ist ein Diagramm in perspektivischer Ansicht (z. B. perspektivische Draufsicht), das ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung veranschaulicht. Diese Ansicht zeigt eine obere Leiterendplatte 421, eine obere Leitermittelplatte 423 und eine untere Leiterendplatte 427. Die untere Leiterplatte 427 ist von der oberen Leiterendplatte 421 und der oberen Leitermittelplatte 423 mit einem elektrisch isolierenden Material (in 4A nicht gezeigt), wie einer elektrisch isolierenden Platte oder Folie, elektrisch isoliert. 4B ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt von 4A zeigt, wobei ein elektrisch isolierendes Material 428 zwischen der unteren Leiterplatte 427 und den oberen Leiterplatten 421 und 423 angeordnet ist. Wenn die oberen Leiterplatten 421, 423 und die unteren Leiterplatten 427 zu einer Leiterplattenanordnung zusammengefügt werden, können die Balken 429 aller Leiterplatten ausgerichtet werden. Träger benachbarter oberer Leiterplatten können in ihrer Längsrichtung ausgerichtet sein. Balken benachbarter oberer Leiterplatten und unterer Leiterplatten können quer, in einer Richtung senkrecht zu ihrer Länge ausgerichtet sein. Beim Anordnen von Leiterplatten zu einer Leiterplattenanordnung kann zwischen benachbarten oberen Leiterplatten ein Spalt vorhanden sein. Dieser Spalt zwischen zwei benachbarten oberen Leiterplatten kann auf eine Stelle auf der entsprechenden unteren Leiterplatte ausgerichtet sein, an der sich Planken dieser unteren Leiterplatte befinden. Beim Anordnen von Leiterplatten zu einer Leiterplattenanordnung kann zwischen benachbarten unteren Leiterplatten ein Spalt vorhanden sein. Dieser Spalt zwischen zwei benachbarten unteren Leiterplatten kann auf eine Stelle auf der entsprechenden oberen Leiterplatte ausgerichtet sein, an der sich Planken dieser oberen Leiterplatte befinden.
Wie in dem Beispiel von 4A gezeigt, können schmelzbare Verbindungsleitungen 431 und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 441 auf ihren jeweiligen Leiterplatten derart beabstandet sein, dass, wenn obere Leiterplatten und untere Leiterplatten zu einer Leiterplattenanordnung angeordnet werden, mindestens eine schmelzbare Verbindungsleitung neben zu jeder nicht schmelzbaren Verbindungsleitung und mindestens eine nicht schmelzbare Verbindungsleitung neben jeder schmelzbaren Verbindungsleitung vorhanden sein kann.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für schmelzbare Knopfverbindungsleitungen und schmelzbare Randverbindungsleitungen veranschaulicht. Der Balken 529 der Leiterplatte kann eine oder mehrere schmelzbare Verbindungsleitungen 531 aufweisen. Schmelzbare Verbindungsleitungen 531 können von unterschiedlichem Typ sein, z. B. eine schmelzbare Knopfverbindungsleitung 549 und eine schmelzbare Randverbindungsleitung 559. Schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 549 sind dazu ausgelegt, mit Knöpfen elektrochemischer Zellen verbunden zu werden. Ein Knopf einer elektrochemischen Zelle ist in der Regel ein Pluspol dieser Zelle. Schmelzbare Randverbindungsleitungen 559 sind dazu ausgelegt, mit Rändern elektrochemischer Zellen verbunden zu werden. Ein Rand einer elektrochemischen Zelle ist in der Regel ein negativer Pol dieser Zelle. Der Knopf und der Rand einer gegebenen Batteriezelle können in der Regel an einem gleichen Ende der Batteriezelle angeordnet sein.
Die schmelzbare Knopfverbindungsleitung 549 kann einen Hals 551, einen Fuß 553, eine Kontaktstelle 555 und eine Öffnung 557 aufweisen. Struktur und Funktion dieser Elemente können die gleichen sein, wie vorstehend in Bezug auf 3 erörtert. Die schmelzbare Randverbindungsleitung 559 kann so ausgelegt sein, dass sie mit Rändern von zwei benachbarten Zellen verbunden ist. Daher ist eine Kontaktstelle der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 in zwei Teile aufgeteilt - eine erste Kontaktstelle 565 und eine zweites Kontaktstelle 567. Die erste Kontaktstelle 565 und die zweite Kontaktstelle 567 der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 können durch einen Schlitz 569 getrennt sein. Der Schlitz 569 kann eine gerade und schmale Öffnung zwischen zwei Kontaktstellen 565 und 567 sein. Eine Breite des Schlitzes 569 kann kleiner sein als eine Breite der Kontaktstellen 565 und 567. Ein Verhältnis der Breite der Kontaktstellen 565 und 567 zur Breite des Schlitzes 569 kann 1,5:1 oder 2: 1 oder 5:1 oder zwischen 1:1 und 2:1 oder zwischen 2:1 und 10:1 oder zwischen 10:1 und 100:1 betragen. Die Breite des Schlitzes 569 kann 0,1 mm oder 1 mm oder 5 mm oder zwischen 0,1 mm und 1 mm oder zwischen 1 mm und 10 mm betragen.
An einem Ende des Schlitzes 569 kann er offen sein. Am anderen Ende des Schlitzes 569 kann er an dem Fuß 564 der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 enden. An diesem Ende des Schlitzes 569 kann sich eine Erweiterung 571 befinden. Die Erweiterung 571 kann dazu dienen, die Breite eines ersten Halses 561 der ersten Kontaktstelle 565 der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 zu reduzieren und die Breite eines zweiten Halses 563 der zweiten Kontaktstelle 567 der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 zu reduzieren. In einem Beispiel kann die schmelzbare Randverbindungsleitung in Bezug auf die Mittelachse des Schlitzes 569 symmetrisch sein, sodass die Flächen der Kontaktstellen 565 und 567 gleich sind und die Querschnittsflächen der Hälse 561 und 563 gleich sind. Der Begriff „gleich“ ist im Rahmen von Fertigungstoleranzen zu verstehen.
Die Kontaktstellen 565 und 567 können mit Rändern von zwei benachbarten elektrochemischen Zellen verbunden sein. Wenn eine dieser beiden benachbarten Zellen ausfällt, kann der entsprechende Hals der schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 (Hals 561 von Kontaktstelle 565 oder Hals 563 von Kontaktstelle 567) schmelzen, was verhindern kann, dass elektrischer Strom durch diese ausfallende Zelle fließt. Gleichzeitig kann die andere der zwei benachbarten Zellen, die mit dem anderen der zwei Kontaktstellen verbunden ist, weiterhin arbeiten, da ihr entsprechender Hals der gleichen schmelzbaren Randverbindungsleitung 559 nicht schmelzen würde.
6A bis 6C sind Diagramme, die ein Beispiel für schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen. 6A zeigt zwei obere Leiterplatten 620, eine untere Leiterplatte 627 und elektrochemische Zellen 615. Die untere Leiterplatte 627 ist von den oberen Leiterplatten 620 mit einem elektrisch isolierenden Material (nicht gezeigt), wie einer elektrisch isolierenden Platte oder Folie, elektrisch isoliert. Jede Zelle 615 kann einen Knopf 673 aufweisen, der in der Regel ein positiver Anschluss der Zelle ist. Jede Zelle 615 kann einen Rand 675 aufweisen, der in der Regel ein negativer Anschluss der Zelle ist. Die Zellen 615 können zylindrische elektrochemische Zellen mit einem Knopf an einem Ende des Zylinders sein. Eine Gruppe von Zellen 615 kann parallel zueinander angeordnet sein. Knöpfe aller Zellen in einer Gruppe können in dieselbe Richtung ausgerichtet sein. In einer Ansicht von 6A sind Zellen so ausgerichtet, dass alle Knöpfe von Zellen, die in dieser Ansicht gezeigt sind, nach oben ausgerichtet sind.
Die untere Leiterplatte 627 kann sich zwischen einer Gruppe elektrochemischer Zellen und zwei oberen Leiterplatten 620 befinden. In einer Ausführungsform weisen die Leiterplatten 627 und 620 Durchlässe 677 auf. Die Durchlässe 677 können unterschiedliche Formen aufweisen, z. B. eine erste Form 679 (z. B. länglich mit zwei Endabschnitten, die schmaler sind als ein breiterer Mittelabschnitt) und eine zweite Form 681 (z. B. länglich mit zwei Endabschnitten, die breiter sind als ein schmalerer Mittelabschnitt). Die Durchlässe 677 können auf Leiterplatten so angeordnet sein, dass beim Anordnen der Leiterplatten jeder Durchlass 677 mit der ersten Durchlassform 679 auf der oberen Leiterplatte 620 über den Durchlass 677 mit der zweiten Durchlassform 681 auf der unteren Leiterplatte 627 gelegt werden kann. Jeder Durchlass 677 mit der zweiten Durchlassform 681 auf der oberen Leiterplatte 620 kann über den Durchlass 677 mit der ersten Durchlassform 679 auf der unteren Leiterplatte 627 gelegt werden. Jeder Durchlass 677 mit der ersten Durchlassform auf der unteren Leiterplatte 627 kann dem Durchlass 677 mit der zweiten Durchlassform 681 auf der oberen Leiterplatte 620 entsprechen, während jeder Durchlass 677 mit der zweiten Durchlassform 681 auf der unteren Leiterplatte 627 des Durchlasses 677 mit der ersten Durchlassform 679 auf der oberen Leiterplatte 620 entsprechen kann.
Wie vorstehend erwähnt, kann in einem Beispiel die erste Durchlassform 679 eine größere Öffnung in der Mitte aufweisen als an einem ihrer beiden Enden. In einem Beispiel kann die zweite Durchlassform 681 eine engere Öffnung in der Mitte aufweisen als an einem ihrer beiden Enden. Diese Anordnung von Durchlassformen kann einen leichteren Zugang von Schweißgeräten zu den Knöpfen 673 und Rändern 675 der Zellen ermöglichen, wenn schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen an die Zellen geschweißt werden. Durchlässe können den Zugang für jedes geeignete Verbindungswerkzeug ermöglichen, einschließlich eines Ultraschallschweißkopfs, eines Laserschweißkopfs, einer Laserschweißvorrichtung, eines Laserstrahls. In einer Ausführungsform sind schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen mit Abschnitten von Leiterplatten an den schmalen Abschnitten der Durchlässe verbunden. In dieser Ausführungsform können beide Enden von schmelzbaren Verbindungsleitungen und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen mit Abschnitten der Leiterplatten verbunden sein. Die oberen Leiterplatten 620 können nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 641 tragen, während die unteren Leiterplatten 627 schmelzbare Randverbindungsleitungen 659 und schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 649 tragen können.
6B zeigt eine Ansicht der Leiterplattenanordnung von unten. Nicht schmelzbare Verbindungsleitungen können unterschiedliche Breiten aufweisen, je nachdem, ob sie mit dem Knopf oder mit dem Rand der Zellen verbunden sind. Nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen 685 können breiter sein als nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 683. Jede der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen 685 kann die gleiche Breite aufweisen, die entlang ihrer Länge konstant sein kann. Jede der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 683 kann die gleiche Breite aufweisen, die entlang ihrer Länge konstant sein kann. Jede der schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 649 kann eine Kontaktstelle 655, das sich mittig entlang ihrer Länge befindet, und zwei Hälse 651 auf jeder Seite der Kontaktstelle 655 aufweisen. Jede der schmelzbaren Randverbindungleitungen 659 kann einen Schlitz 669 aufweisen, der die erste Kontaktstelle 665 der schmelzbaren Randverbindungsleitung von der zweiten Kontaktstelle 667 der schmelzbaren Randverbindungsleitung trennen kann. Zwei Kontaktstellen 665 und 667 können in Bezug auf die Mittelachse des Schlitzes 669 symmetrisch sein. Jede der Kontaktstellen 665 und 667 kann an zwei ihrer Seiten mit der entsprechenden Leiterplatte verbunden sein.
Alle schmelzbaren Verbindungsleitungen und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen können aus der Ebene ihrer jeweiligen Leiterplatte zu den Zellen hin herausragen. Zwei Enden jeder schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitung können an Abschnitten ihrer entsprechenden Leiterplatte verbunden sein (z. B. daran angebracht sein). Die Kontaktstellen jeder schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitung, die in der Nähe des Zentrums dieser Verbindungsleitung positioniert sind, sind am weitesten von der Ebene der entsprechenden Leiterplatte entfernt.
6C zeigt eine Querschnittsansicht der Leiterplattenanordnung. Die obere Leiterplatte 620 kann sich über der unteren Leiterplatte 627 befinden. Eine nicht schmelzbare Zwischenschicht 687 kann mit der Unterseite der oberen Leiterplatte 620 verbunden sein. Eine schmelzbare Zwischenschicht 691 kann mit der Unterseite der unteren Leiterplatte 627 verbunden sein. Ein Spalt 689 zwischen der Unterseite der nicht schmelzbaren Zwischenschicht 687 und der Oberseite der unteren Leiterplatte 627 ist in 6C dargestellt, und der Spalt 689 kann ein elektrisch isolierendes Material, wie eine elektrische isolierende Folie (nicht gezeigt), aufnehmen. Die schmelzbaren Randverbindungsleitungen 659 können mit der schmelzbaren Zwischenschicht 691 verbunden sein. Die schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 649 können auch mit der schmelzbaren Zwischenschicht 691 verbunden sein. Die nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen 685 können mit der nicht schmelzbaren Zwischenschicht 687 verbunden sein. Die nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 683 können auch mit der nicht schmelzbaren Zwischenschicht 687 verbunden sein.
Die elektrisch isolierende Folie kann so ausgelegt sein, dass sie beispielsweise einer Spannung bis zu 2000 V, 3000 V, 4000 V oder 5000 V standhält, ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. In einem normalen Betrieb kann eine maximale Arbeitsspannung bis zu, z. B., 500 V oder bis zu 1000 V oder bis zu 2000 V betragen. Das Batteriepaket kann so ausgelegt sein, dass es einem Strom von Zelle zu Zelle innerhalb derselben Zellengruppe zwischen z. B., 3 A und 5 A oder zwischen 5 A und 10 A standhält, ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. Der Maximalstrom durch einzelne Zellen innerhalb von Gruppen, die im Normalbetrieb in Reihe geschaltet sind, kann beispielsweise bis zu 50 A betragen und liegt z. B. zwischen 2 A und 30 A oder zwischen 5 A und 20 A oder zwischen 15 A und 40 A, ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt und kann erwartungsgemäß innerhalb einer gegebenen Anwendung variieren. Eine Leiterplattenkonfiguration, wie hierin beschrieben, kann einen Maximalstrom tolerieren, der zwischen Zellgruppen und für das gesamte Batteriepaket fließt, zum Beispiel zu einem gegebenen Zeitpunkt von bis zu etwa 3500 A (2200 A nominal im Normalbetrieb). Der typische Maximalstrom, der zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das volle Batteriepaket fließt, kann im Normalbetrieb bis zu 2200 A (nominal) betragen, und der Effektivstrom (RMS-Strom) über einen gegebenen Zeitraum von zehn Minuten kann auch im Normalbetrieb in verschiedenen Bereichen liegen, z. B., zwischen 50 A und 400 A, zwischen 300 A und 500 A, zwischen 100 A und 1000 A, ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. Der Batteriepack kann so ausgelegt sein, dass er beispielsweise bis zu einer Sekunde oder zwischen einer Sekunde und zwei Sekunden oder zwischen zwei Sekunden und zwanzig Sekunden oder zwischen zwanzig Sekunden und zwei Minuten bei Maximalstrom arbeitet, ist aber nicht auf diese Bereiche beschränkt. Der Batteriepack kann so ausgelegt sein, dass er zum Beispiel bis zu 20 Minuten oder zwischen 20 Minuten und 1 Stunde oder zwischen 1 Stunde und 3 Stunden oder zwischen 3 Stunden und 10 Stunden lang mit einem RMS-Strom mit der höchsten Nennleistung von 10 Minuten arbeitet, ist aber nicht auf diese Bereiche beschränkt. Die schmelzbare Verbindungsleitung kann so ausgelegt sein, dass sie nicht schmilzt, wenn der Maximalstrom, der durch einzelne Zellen fließt, innerhalb ihres normalen Betriebsbereichs liegt. Die Batterie kann so ausgelegt sein, dass sie einen Temperaturanstieg über die Umgebung im Normalbetrieb von beispielsweise bis zu 20 Grad Celsius oder bis zwischen 20 Grad Celsius und 30 Grad Celsius oder bis zwischen 30 Grad Celsius und 50 Grad Celsius oder zwischen 50 Grad Celsius und 100 Grad Celsius aufweist, ist aber nicht auf diese Bereiche beschränkt.
7A bis 7C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Batterie mit schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen einer Leiterplattenanordnung veranschaulichen. 7A zeigt einen Satz zylindrischer elektrochemischer Zellen 715. Die Leiterplattenanordnung 713 kann obere Leiterplatten 720 und untere Leiterplatten 727 aufweisen. In diesem Beispiel weist ein Satz von Zellen sechzehn Zellen 715 auf, die in einer 2s8p-Konfiguration angeordnet sind. Diese Bezeichnung bedeutet, dass ein Satz von Zellen zwei Gruppen von acht Zellen in jedem Satz aufweist, wobei acht Zellen in jeder Gruppe elektrisch parallel geschaltet sind, während zwei Gruppen von Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
7B zeigt eine Leiterplattenanordnung 713 von oben. Die Leiterplattenanordnung 713 weist in diesem Beispiel zwei obere Leiterplatten 720 und eine untere Leiterplatte 727 auf. Die Leiterplatten können Durchlässe 777 aufweisen. Einige Durchlässe 777 können einen Abschnitt mit einer kreisförmigen Durchlassform 779 aufweisen, während andere Durchlässe 777 einen Abschnitt mit einer rechteckigen Durchlassform 781 aufweisen können. Jede kreisförmige Durchlassform 779 kann zwei Finger 793 auf den diametrisch gegenüberliegenden Seiten aufweisen. Die zwei Finger 793 können eine identische Form aufweisen. Jeder Finger 793 kann eine rechteckige Form aufweisen. Ein Spalt zwischen zwei Fingern 793 desselben Durchlasses kann ungefähr gleich einer Breite der Finger sein. In einer Ausführungsform können kreisförmige Durchlassformen 779 Knöpfen von Zellen 715 entsprechen, während rechteckige Durchlassformen 781 Rändern von Zellen 715 entsprechen können. Die Durchlässe 777 mit kreisförmigen Durchlassformen 779 können schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 749 oder nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 783 aufweisen. Die Durchlässe 777 mit rechteckigen Durchlassformen 779 können schmelzbare Randverbindungsleitungen 759 oder nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen 785 aufweisen.
7C zeigt eine Leiterplattenanordnung 713 von unten. Diese Ansicht zeigt Details von schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen und von Durchlässen der Leiterplatten gemäß einer Ausführungsform. Der Durchlass mit rechteckiger Durchlassform 781 auf der unteren Leiterplatte 727 kann gleich groß sein wie der entsprechende Durchlass gleicher Form auf der oberen Leiterplatte 720. Eine solche Anordnung von Durchlässen mit rechteckiger Durchlassform 781 kann für schmelzbare Randverbindungsleitungen 759 verwendet werden. In dieser Anordnung kann die schmelzbare Randverbindungsleitung 759 an (z. B. befestigt an) der unteren Leiterplatte 727 verbunden sein. Der Durchlass mit rechteckiger Durchlassform 781 auf der unteren Leiterplatte 727 kann größer sein als der entsprechende Durchlass gleicher Form auf der oberen Leiterplatte 720. Eine solche Anordnung von Durchlässen mit rechteckiger Durchlassform 781 kann für nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen 759 verwendet werden. In dieser Anordnung kann die nicht schmelzbare Randverbindungsleitung 785 an (z. B. befestigt an) der oberen Leiterplatte 720 verbunden sein. In einem Beispiel sind alle schmelzbaren Verbindungsleitungen an (z. B. angebracht an) der unteren Leiterplatte 727 verbunden.
Die schmelzbaren Verbindungsleitungen können aus dünnem Blech gefertigt sein. Das Metall kann Aluminium oder Kupfer oder Nickel oder eine Legierung aus Aluminium oder eine Legierung aus Kupfer oder eine Legierung aus Nickel oder einem anderen geeignetes Metall sein. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen können eine Dicke von 0,01 mm bis 0,1 mm oder zwischen 0,05 mm und 0,2 mm oder zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweisen. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen können eine Breite von 0,1 mm bis 0,2 mm oder zwischen 0,2 mm und 1 mm oder zwischen 0,5 mm und 5 mm aufweisen. Die schmelzbaren Verbindungsleitungen können eine Querschnittsfläche von, zum Beispiel, zwischen 0,1 mm² und 0,2 mm² oder zwischen 0,2 mm² und 0,5 mm² oder zwischen 0,5 mm² und 1 mm² aufweisen, sind jedoch nicht auf diese Werte beschränkt.
Der Durchlass mit einer kreisförmigen Durchlassform 779 auf der unteren Leiterplatte 727 kann die gleiche Größe aufweisen wie der entsprechende Durchlass mit der gleichen Form auf der oberen Leiterplatte 720. Eine solche Anordnung von Durchlässen mit kreisförmiger Durchlassform 779 kann für schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 749 verwendet werden. In dieser Anordnung kann die schmelzbare Knopfverbindungsleitung 749 an (z. B. befestigt an) der unteren Leiterplatte 727 verbunden sein. Der Durchlass mit einer kreisförmigen Durchlassform 779 auf der unteren Leiterplatte 727 kann kürzere Finger 793 aufweisen als der entsprechende Durchlass der gleichen Form auf der oberen Leiterplatte 720. Eine solche Anordnung von Durchlässen mit kreisförmiger Durchlassform 779 kann für nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen 783 verwendet werden. In dieser Anordnung kann die nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitung 783 an (z. B. befestigt an) der oberen Leiterplatte 720 verbunden sein.
Die schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 749, die nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen 783, die schmelzbaren Randverbindungsleitungen 759 und die nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen 785 können alle Kontaktstellen in der Mitte aufweisen, und jede Mitte jeder Verbindungsleitung kann zwei Verbindungen zu ihrer entsprechenden Leiterplatte aufweisen. Jedes Zentrum kann auf der Seite der unteren Leiterplatte 727 aus einer Ebene der Leiterplattenanordnung 713 herausragen. Die Anordnung und die Formen der Durchlässe 777 können so gestaltet sein, dass sie einen leichten Zugang zu den schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen für ihre Befestigung an den Zellen ermöglichen. In einem Beispiel werden schmelzbare und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen mit den Zellen laserverschweißt. Andere Befestigungsverfahren können Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und andere Arten von Schweißen einschließen.
8A zeigt einen oberen Zellenhalter 870, der an den Leiterplatten 820 und 827 positioniert und konfiguriert ist, um die Zellen (nicht gezeigt) zu halten. 8B zeigt denselben oberen Zellenhalter 870 mit entfernten Leiterplatten. Der obere Zellenhalter 870 kann aus nicht leitendem Material, wie beispielsweise spritzgegossenem Kunststoff, hergestellt sein. Der Zellenhalter kann z. B. durch Spritzgießen unter Verwendung einer Form hergestellt sein, die sich in zwei oder mehr Abschnitte trennt und die gewünschte Form des Zellenhalters 870 bereitstellt, wenn er sich in einer geschlossenen (Form-)Position befindet. Geeignete Materialien schließen z. B. Polycarbonat, Polypropylen, Nylon, Mischungen davon usw. ein. Die Farbe des Kunststoffmaterials kann transparent, matt oder gefärbt sein, z. B. schwarz oder orange. Um ein Schadenspotential bei einem thermischen Ereignis zu reduzieren, können den Kunststoffmaterialien flammwidrige Zusätze wie Tetrabrombisphenol A, Tris(tribromphenyl)-Cyanurat oder andere zugesetzt werden. Zum Beispiel kann der Kunststoff so ausgelegt sein, dass er den UL94-V-0-Standard bei 3 mm erfüllt. Bei der Endkühlung eines dicht gepackten zylindrischen Batteriepacks auf Zellbasis kann es vorteilhaft sein, die lokal obere Leiterplatte 820 mit dem Zellenknopf und die lokal untere Leiterplatte 827 mit dem Rand der Zelle zu verbinden.
Wie in 8B gezeigt, kann der obere Zellenhalter 870 einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt 872 aufweisen, der zwischen Leiterplatten und den Zellen positioniert sein kann. Die Dicke des im Wesentlichen ebenen Abschnitts 872 kann z. B. zwischen 0,5 mm und 2 mm, zwischen 1 mm und 5 mm, zwischen 2 mm und 10 mm betragen, ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. Der obere Zellenhalter 870 kann auch einen Wandabschnitt 874 aufweisen, der obere Abschnitte der Seiten der Zellen umgeben kann. Der Wandabschnitt 874 kann verjüngt sein, um im seitlichen Querschnitt näher an den Leiterplatten dicker und im seitlichen Querschnitt weg von den Leiterplatten schmaler zu sein.
Die Dicke des Wandabschnitts 874 kann variieren, wobei die kleinste Dicke entlang des Querschnitts durch eine Ebene auftritt, die durch Mittelachsen zweier benachbarter Zellen verläuft. Die geringste Dicke des Wandabschnitts 874 kann zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, zwischen 0,2 mm und 1 mm, zwischen 0,5 mm und 2 mm, zwischen 1 mm und 5 mm betragen. Die Höhe des Wandabschnitts 874 kann zwischen 1 mm und 5 mm, zwischen 2 mm und 10 mm, zwischen 5 mm und 30 mm, zwischen 10 mm und 50 mm betragen. Der Wandabschnitt kann sich über die gesamte Höhe der Zelle erstrecken. Der Wandabschnitt 874 kann Lokalisatoren 876 aufweisen, die beim Führen der Zellen in den oberen Zellenhalter 870 während des Anordnens und beim Lokalisieren von Zellen in den oberen Zellenhaltern während des Betriebs helfen können. Die Zellen können zusätzlich durch einen unteren Zellhalter gehalten werden, der sich in der Nähe des Bodens der Zellen befindet.
Der obere Zellenhalter 870 kann Zugangsdurchlässe (Löcher) 878 und 880 zum Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen den Leiterplatten und den Zellen aufweisen. Der Zugangsdurchlass (Loch) 878 kann eine Öffnung zum Verbinden von Leiterplatten mit den Knöpfen der Zellen bereitstellen. Der Zugangsdurchlass (Loch) 880 kann eine Öffnung zum Verbinden von Leiterplatten mit den Rändern der Zellen bereitstellen. Wenn der Abstand zwischen benachbarten Zellen abnimmt, können die Zugangsdurchlässe für Randverbindungsleitungen beginnen, den Formfluss während der Herstellung des Spritzgussteils zu beeinträchtigen. Die in 8A bis 8B gezeigte Anordnung kann ein engeres Zellenpacken ermöglichen, das den Formfluss für einen kontinuierlich spritzgegossenen oberen Zellenhalter 870 am Knopfende einer Sammlung von Zellen beibehält.
Die Submodulleiterplatten 820 und 827 können so angeordnet sein, dass sie keine dieser drei Durchlässe pro Zellenpaar (zwei Löcher 878 und ein Loch 880) abdecken. In einer Ausführungsform können die Zellen Teil desselben parallelen Zellensteins (Gruppe von Zellen) sein, sodass die zwei Knöpfe elektrisch mit derselben Leiterplatte verbunden sind und die zwei Ränder elektrisch mit derselben Leiterplatte verbunden sind (in diesem Beispiel anders als die mit den Knöpfen verbundene Leiterplatte). In dieser Ausführungsform können die Zellen elektrisch parallel zueinander geschaltet sein. In einem Beispiel dieser Ausführungsform können die zwei Ränder benachbarter Zellen zwei verschiedene Verbindungsleitungen verwenden, um ihre elektrischen Verbindungen mit der Leiterplatte herzustellen. In einem anderen Beispiel dieser Ausführungsform können sich die beiden Ränder benachbarter Zellen eine gemeinsame Verbindungsleitung teilen.
In einer anderen Ausführungsform können die beiden Ränder benachbarter Zellen mit unterschiedlichen Leiterplatten elektrisch verbunden sein, und die beiden Knöpfe können ebenfalls mit unterschiedlichen Leiterplatten elektrisch verbunden sein. In einem Beispiel dieser Ausführungsform können die beiden Zellen elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sein.
In dem beschriebenen oberen Zellenhalter mit drei Löchern pro Paar von benachbarten Zellen kann der Kunststoff zwischen der Leiterplatte und den Zellen andernfalls im Wesentlichen in einer angemessenen Dicke vorhanden sein, sodass es einen ausreichenden Kunststoffquerschnitt 882 zwischen Sätzen von Zellen gibt, um zu ermöglichen, dass der Kunststoff die Form vollständig füllt, ohne dass ein separater Anschnitt auf jeder Seite jedes Satzes von Zellen erforderlich ist. Die Querschnittsfläche des Querschnitts 882 kann z. B. zwischen 0,05 mm² und 0,1 mm², zwischen 0,2 mm² und 1 mm², zwischen 0,5 mm² und 2 mm², zwischen 1 mm² und 5 mm², zwischen 2 mm² und 10 mm², zwischen 5 mm² und 20 mm², zwischen 10 mm² und 100 mm² betragen, ist aber nicht auf diese Werte beschränkt. Beispielhafte Ausführungsformen können Kosten und Komplexität des Formwerkzeugs reduzieren, um eine erhöhte Zelldichte in einem Batteriepack zu unterstützen, und somit den Volumenbedarf des Batteriepacks reduzieren.
9A ist eine Veranschaulichung einer Draufsicht einer anderen beispielhaften Leiterplattenanordnung 913 gemäß der Offenbarung. Wie die Leiterplattenanordnung 113, die in 1A und 1B gezeigt, kann die Leiterplattenanordnung 913 mit einem Batteriepaket verwendet werden, wie dem Batteriepaket 101, das in 1A gezeigt ist. Zum Beispiel können beispielhafte Leiterplattenanordnungen 913 an einem oberen Modul eines Batteriepakets und an einem unteren Modul eines Batteriepakets zusammen mit einer Kühlplatte, einem ersten Rahmenelement (oder einer Schale), einem zweiten Rahmenelement, Batteriezellen und anderen Merkmalen verwendet werden, wie dem oberen Modul 103, dem unteren Modul 105, der Kühlplatte 107, dem ersten Rahmenelement (oder der Schale) 117, dem zweiten Rahmenelement 118, Batteriezellen 115 und anderen Merkmalen, wie in 1A veranschaulicht, deren Beschreibung hier der Kürze halber nicht wiederholt wird.
Die Leiterplattenanordnung 913 stellt eine elektrische Verbindung zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriepakets bereit, wie den Batteriezellen 115 des in 1A veranschaulichten Batteriepakets. Wie in 9A gezeigt, schließt die Leiterplattenanordnung 913 eine Vielzahl von ersten Leiterplatten 923 und mindestens eine zweite Leiterplatte 921 ein. Im Beispiel der 9A sind fünf erste Leiterplatten 923 und zwei zweite Leiterplatten 921 dargestellt. Wie bei der Leiterplattenanordnung 113 können die ersten Leiterplatten 923 und die zweiten Leiterplatten 921 aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Aluminium, Kupfer, Nickel, Legierungen davon, anderen metallischen Legierungen, anderen elektrisch leitfähigen Materialien und Kombinationen davon, wobei Überlegungen zu deren Auswahl hierin zuvor erörtert wurden. Wie bei der Leiterplattenanordnung 113 kann die Leiterplattenanordnung 913 Vorkehrungen zum Befestigen von Leiterplatten an anderen Abschnitten des Batteriepakets 101, z. B Laschen, Löcher, Riegel usw., zum Befestigen einschließen.
Die ersten Leiterplatten 923 und die zweite(n) Leiterplatte(n) 921 schließen Balken 929 und Planken 930 ein. Wie in dem Beispiel von 9A gezeigt können, wie bei der in 1A veranschaulichten Leiterplattenanordnung 113, Balken längliche Abschnitte aus Metall sein, die in einer Richtung ausgerichtet sind (z. B. horizontal in der Ebene der Seite in 9A), und Planken können längliche Abschnitte aus Metall sein, die in einer anderen Richtung ausgerichtet sind (z. B. im Wesentlichen vertikal in der Ebene der Seite in 9A). Wie bei der Leiterplattenanordnung stellen Planken 930 eine elektrische Verbindung zwischen zugehörigen Balken 929 einer gegebenen Leiterplatte bereit. Geeignete Abmessungen der Planken 930 und Balken 929 können so gewählt werden, wie zuvor hierin erörtert, um Anforderungen für Strom- und Spannungshandhabung, physischen Festigkeitsanforderungen, und einer gewünschten Packdichte von Batteriezellen gerecht zu werden, die mit der Gesamtstruktur und den Stützvorkehrungen konsistent ist, die durch das Gesamtbatteriemodul und ein oder mehrere Rahmenelemente bereitgestellt werden, die die Leiterplattenanordnung 913 stützen. Wie in dem Beispiel von 9A gezeigt, können die Planken 930 eine gebogene Form (d. h. nicht gerade) in der Draufsicht in der Ebene der Leiterplattenanordnung 913 aufweisen, sodass zwei Enden einer gegebenen Planke 930, die die jeweilige Balken 929 schneiden, seitlich voneinander versetzt sind, d. h. seitlich voneinander verschoben sind, wobei sie durch einen gebogenen Mittelabschnitt der Planke 930 verbunden sind. Solch eine gebogene Struktur einer Planke 930 mit versetzten Enden kann einen Vorteil des Bereitstellens von Raum für schmelzbare Verbindungsleitungen oder nicht schmelzbare Verbindungsleitungen an einem Ende eines gegebenen Balkens 929 bereitstellen, um die Packdichte von Batteriezellen in dem Batteriepaket zu erhöhen.
Die ersten Leiterplatten 923 und die zweite(n) Leiterplatte(n) 921 können zu einer Leiterplattenanordnung 913 zusammengefügt werden. Bezugnehmend auf 9B kann in einem Beispiel ein Rahmen 917, der z. B. ein elektrisch isolierender spritzgegossener Kunststoffrahmen oder ein anderer Rahmen sein kann, der eine ausreichende strukturelle Unterstützung und elektrische Isolierung bereitstellt, Unterstützung für die erste und zweite Leiterplatte 923 und 921 durch Befestigung der ersten und zweiten Leiterplatte 923 und 921 an dem Rahmen 917 bereitstellen. Die Leiterplatten 923, 921 können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Befestigungsansatzes, wie vorstehend beschrieben, an dem Rahmen befestigt werden, einschließlich Klebstoffen, wie zum Beispiel beliebigen geeigneten Methylmethacrylatklebstoffen, sowie, abhängig von den Materialien, die für den elektrisch isolierenden Rahmen verwendet werden, Heißverstemmen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen und mechanisches Zusammenschnappen von Teilen. Wie in dem Beispiel von 9B veranschaulicht, kann der Rahmen 917, wie in der Konfiguration veranschaulicht, miteinander verbundene Rippen einschließen, die sich in zwei oder mehr Richtungen erstrecken, z. B., wie die Rippen 917A, die in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und die Rippen 917B, die in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist (z. B., in horizontaler und vertikaler Draufsicht auf die Papierebene von 9A, zur einfachen Bezugnahme). Die Offenbarung ist jedoch nicht auf solche beispielhaften Richtungen beschränkt, und Rippen, die in andere Richtungen ausgerichtet sind, können verwendet werden, und Rippen können in mehr als zwei Richtungen ausgerichtet sein. Die Positionen und Ausrichtungen solcher Rippen 917A, 917B können den Positionen und Ausrichtungen der zugehörigen Balken 929 und Planken 930 der Leiterplatten 923, 921 entsprechen und können ferner an zusätzlichen Stellen für zusätzliche strukturelle Stabilität bereitgestellt werden (z. B. eine zusätzliche Rahmenrippe 917B kann an einer oder mehreren Positionen zwischen benachbarten Planken 930 bereitgestellt werden). Zusätzlich kann der Rahmen 917 auch einen Außenumfangsabschnitt an einem Umfang des Rahmens 917 einschließen. Wie in 9A und 9B gezeigt, kann eine Leiterplattenanordnung 913, wenn sie angeordnet ist, einen Umriss in Draufsicht oder Unteransicht von insgesamt rechteckiger Form aufweisen, jedoch ist der Umriss nicht auf eine rechteckige Form beschränkt. Im angeordneten Zustand und ohne Batteriezellen, die mit den Leiterplatten 932, 921 verbunden sind, sind die Leiterplatten durch elektrisch isolierendes Material des Rahmens 917 elektrisch voneinander isoliert. Die Abmessungen des Rahmens 917 und seiner Rippen 917A, 917B können im Allgemeinen den Abmessungen der zugehörigen Balken 929 und Planken 930 der Leiterplattenanordnung 913 entsprechen. Die zuvor hierin beschriebenen Abmessungen anderer Leiterplatten, Balken und Planken sind auf die Leiterplattenanordnung 913 anwendbar. Die Dicke des Rahmens 917 (d. h. in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Seite für 9B) kann ausgewählt werden, um eine ausreichende elektrische Isolierung und strukturelle Unterstützung bereitzustellen, die mit der Unterstützung, die durch andere strukturelle Elemente des Batteriepakets bereitgestellt wird, und eine solche Dicke kann zum Beispiel zwischen 1 mm und 5 mm, zwischen 2 mm und 10 mm, zwischen 5 mm und 30 mm, zwischen 10 mm und 50 mm betragen, obwohl die Dicke nicht auf diese Werte beschränkt ist. Zusätzlich versteht es sich, in Anbetracht der Tatsache, dass der Rahmen 917 und die Leiterplattenanordnung 913 an einer Knopf- und Randseite einer Sammlung von Batteriezellen (z. B. Oberseite zur einfachen Bezugnahme) bereitgestellt sind, dass ein Zellenhalter, wie der Zellenhalter 870, in 8A und 8B auf einer gegenüberliegenden Seite der Sammlung von Batteriezellen (z. B. Unterseite, zur einfachen Bezugnahme) bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann eine Sammlung von Batteriezellen in einem Batteriepaket (wie Batteriepaket 101, dargestellt in 1A) sowohl am oberen als auch am unteren Ende davon gestützt werden. Wie zuvor erwähnt, kann eine Kühlplatte, (wie die in 1A veranschaulichte Kühlplatte 107), mit einer Einzelmodulanordnung (z. B. unter Verwendung nur des in 1A veranschaulichten Moduls 103) oder einer Doppelmodulanordnung (z. B. unter Verwendung beider in 1A veranschaulichten Module 103 und 105) verwendet werden.
Wie bei der Leiterplattenanordnung 913 können benachbarte Leiterplatten 923 und/oder 921 eine ineinandergreifende Struktur aufweisen, wobei sich die Balken 929 einer Leiterplatte 923, 921 neben und zwischen den Balken 929 einer oder zweier benachbarter Leiterplatten 923, 921 erstrecken. Eine solche ineinandergreifende Struktur kann eine erhöhte Packungsdichte von Batteriezellen ermöglichen.
Wie in dem Beispiel von 9A gezeigt, können die ersten Leiterplatten 923 einen ersten Typ 923A von Leiterplatte einschließen, der als ein Außen- oder Außenbordtyp angesehen werden kann, da dieser Typ Balken 929 einschließt, die an einer Außenkante der Leiterplattenanordnung 913 positioniert sind. Wie in dem Beispiel von 9A gezeigt, können die ersten Leiterplatten 923 auch einen zweiten Typ 923B von Leiterplatte einschließen, der als ein Innen- oder Innenbordtyp angesehen werden kann, da keiner der Balken 929 dieses Typs einschließt, an einer Außenkante der Leiterplattenanordnung 913 positioniert ist.
Wie in 9A gezeigt, kann die Leiterplattenanordnung 913 auch eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 an einer zweiten Leiterplatte 921 (in diesem Beispiel auf der rechten Seite von 9A) einschließen, die konfiguriert sind, um die zweite Leiterplatte 921 mit mehreren Batteriezellen zu verbinden. Die Leiterplattenanordnung 913 kann auch eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 an der Vielzahl von ersten Leiterplatten 923 einschließen, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von ersten Leiterplatten 923 mit mehreren Batteriezellen zu verbinden. Wie ebenfalls in 9A gezeigt, kann eine andere zweite Leiterplatte 921 (z. B. in diesem Beispiel auf der linken Seite von 9A) mehrere nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 941 an dieser anderen zweiten Leiterplatte einschließen. In einem Beispiel, wie in 9A veranschaulicht, kann eine zweite Leiterplatte 921 (z. B. auf der rechten Seite von 9A) nur schmelzbare Verbindungsleitungen 931 einschließen und frei von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 sein. Zusätzlich kann in einem Beispiel eine andere (unterschiedliche) zweite Leiterplatte 921 (z. B. auf der linken Seite von 9A) der Leiterplattenanordnung 913 nur nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 941 einschließen und frei von schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 sein. Die Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und eine oder mehrere zweite Leiterplatten können sowohl schmelzbare Verbindungsleitungen 931 als auch nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 941 einschließen. Außerdem kann die Vielzahl von ersten Leiterplatten jeweils sowohl schmelzbare Verbindungsleitungen 931 als auch nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 941 einschließen. Darüber hinaus können schmelzbare Verbindungsleitungen entweder vom Knopftyp (schmelzbare Knopfverbindungsleitungen) oder vom Randtyp (schmelzbare Randverbindungsleitungen) sein, und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen können vom Knopftyp (nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen) oder vom Randtyp (nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen) sein, wie zuvor hierin beschrieben, wobei die vorherige Erörterung hierin, einschließlich der Erörterung von Konfiguration, Materialien und Abmessungen, auf die Beispiele von 9A bis 9E anwendbar ist.
9C ist eine Draufsicht eines linken unteren Abschnitts der in 9A veranschaulichten beispielhaften Leiterplattenanordnung in erweiterter Ansicht. Wie in 9A, 9B und 9C gezeigt, können ein Kabelbaum 912 einschließlich eines elektrischen Verbinders 914, eines Kabels 916 und mehrerer Unterkabel 926 bereitgestellt werden, um die Spannungen an den verschiedenen Leiterplatten 923, 921 zu überwachen. Insbesondere können Unterkabel 926 an den Leiterplatten 923, 921 an den Verbindungspunkten 922 zur Spannungsüberwachung unter Verwendung einer geeigneten Spannungsüberwachungsschaltung (nicht gezeigt) befestigt werden. Außerdem schließen, wie in 9C gezeigt, die Leiterplatten 923, 921 auch Ausrichtungsmerkmale (Zacken oder Finger) 951 ein, die eine korrekte Ausrichtung der Leiterplatten 923, 921 mit dem Rahmen ermöglichen, wie ferner unter Bezugnahme auf 9D erörtert.
9D zeigt eine Unteransicht eines Abschnitts der beispielhaften Leiterplatten- und Rahmenanordnung, die in 9B veranschaulicht ist. Insbesondere zeigt 9D eine erweiterte Ansicht bei höherer Vergrößerung von zwei benachbarten ersten Leiterplatten 923, die jeweils Balken 929 und Planken 930 aufweisen, wie vorstehend beschrieben. Die Leiterplatten 923 werden mit jedem geeigneten Befestigungsmittel, wie Klebstoff, am Rahmen 917 befestigt. Der Rahmen 917, der wiederum aus spritzgegossenem Kunststoff sein oder diesen umfassen kann, schließt mehrere erste Ausrichtungsmerkmale, z. B. Zapfen oder Stifte 952 ein, und die Leiterplatten 923 (und 921) schließen zweite Ausrichtungsmerkmale, z. B., Zacken oder Finger 951 ein, wobei die Zanken/Finger 951 um Zapfen/Stifte 952 positioniert sind, um die Strukturen während der Montage auszurichten. Außerdem schließt der Rahmen 917 vorstehende Abstandshalter 954 und 953 ein, die dazu dienen, Abschnitte benachbarter Leiterplatten 923 (und 921) zu trennen, um die Ausrichtung während der Montage weiter zu ermöglichen. Wie in 9D gezeigt, kann der Rahmen 917 auch Kabelführungen 955 einschließen, die einen Durchlass, durch den ein Kabel oder Draht verlaufen kann, und eine Lasche über dem Durchlass umfassen, um das Halten des Kabels oder Drahts an Ort und Stelle zu unterstützen. Der Rahmen 917 kann auch Laschen 956 auf entweder vertikalen Rippen oder horizontalen Rippen einschließen, um die Befestigung einer zusätzlichen elektrisch isolierenden Folie zu unterstützen, die auf Wunsch über der Oberseite der leitfähigen Platten-/Rahmenanordnung platziert werden kann.
In dem in 9A bis 9E veranschaulichten Beispiel, und wie in 9D in erweiterter Ansicht gezeigt, schließt jede schmelzbare Verbindungsleitung 931 des Beispiels eine Kontaktstelle 937 ein, die eine abgerundete, relativ kreisförmige Form aufweist und so positioniert ist, dass sie mit einem Knopf einer zugehörigen Batteriezelle zusammentrifft. Solche schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 sind in diesem Beispiel schmelzbare Knopfverbindungsleitungen. Wie in 9D gezeigt und wie zuvor beschrieben, können die schmelzbaren Knopfverbindungen 931 einen Hals 933, der ein Schmelzabschnitt ist, eine Kontaktstelle 937 und einen Fuß 935 einschließen, wobei der Hals 933 eine kleinere Querschnittsfläche als der Fuß 935 und die Kontaktstelle 937 aufweist. Die kleine Querschnittsfläche des Halses 933 ermöglicht es ihm, als Schmelzabschnitt zu dienen. Außerdem weisen die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 in diesem Beispiel, wie in 9D gezeigt, Kontaktstellen 945 mit einer relativ rechteckigen Form mit eingekerbten Seiten auf. Diese nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 schließen einen Fuß 943 und die Kontaktstelle 945, aber keinen Schmelzabschnitt ein. In diesem Beispiel ist jede Kontaktstelle 945 so positioniert, dass sie mit Rändern von zwei zugehörigen Batteriezellen zusammenfällt, wobei ein Abschnitt eines Randes einer Batteriezelle mit einer Seite der Kontaktstelle 945 verbunden ist und ein Abschnitt des Randes der anderen Batteriezelle mit der gegenüberliegenden Seite der Kontaktstelle 945 verbunden ist. In diesem Beispiel sind solche nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen. Die Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und, wie zuvor erwähnt, können eine oder mehrere zweite Leiterplatten und eine oder mehrere zweite Leiterplatten sowohl schmelzbare Verbindungsleitungen 931 als auch nicht schmelzbare Verbindungsleitungen 941 einschließen. Darüber hinaus können schmelzbare Verbindungsleitungen entweder vom Knopftyp (schmelzbare Knopfverbindungsleitungen) oder vom Randtyp (schmelzbare Randverbindungsleitungen) sein, und nicht schmelzbare Verbindungsleitungen können vom Knopftyp (nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen) oder vom Randtyp (nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen) sein, wie zuvor hierin beschrieben. Während die schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 in den Beispielen von 9A bis 9E nicht mit Schlitzen oder Öffnungen (Durchlässen) veranschaulicht sind, können die Kontaktstellen oder andere Abschnitte von schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941, falls gewünscht, mit Schlitzen und/oder Öffnungen/Durchlässen bereitgestellt sein. Außerdem sind andere Gesichtspunkte von zuvor beschriebenen schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen, einschließlich der Erörterung von Konfiguration, Materialien und Abmessungen, Herstellung usw., auf die Beispiele von 9A bis 9E anwendbar.
Dementsprechend versteht es sich, dass in einem Beispiel jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfassen kann, und dass die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungen 931 schmelzbare Knopfverbindungen umfassen kann, und dass die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungen 941 nicht schmelzbare Randverbindungen umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann in einem Beispiel die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungen 931 schmelzbare Randverbindungen umfassen, und die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungen 941 kann nicht schmelzbare Knopfverbindungen umfassen. Darüber hinaus kann in einem Beispiel jede der ersten Leiterplatten 923 Knopfverbindungsleitungen umfassen, die mit Knöpfen verbunden sind, und kann ferner Randverbindungsleitungen umfassen, die mit Rändern verbunden sind, sodass eine erste der zweiten Leiterplatten 921 Knopfverbindungsleitungen umfasst, die mit Knöpfen verbunden sind, und frei von Randverbindungsleitungen ist, die mit Rändern verbunden sind, und wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten Randverbindungsleitungen umfasst, die mit Rändern verbunden sind, und frei von Knopfverbindungsleitungen ist, die mit Knöpfen verbunden sind.
9E ist eine Seitenansicht (kein Querschnitt) eines Abschnitts der in 9A veranschaulichten beispielhaften Leiterplattenanordnung, von rechts betrachtet ohne den Kabelbaum. Wie in 9E gezeigt, ist, wenn die Leiterplattenanordnung 913 von 9A von der rechten Seite betrachtet wird, die Seite der zweiten Leiterplatte 921 sichtbar, ebenso wie eine Reihe von schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 und Abschnitte der benachbarten Reihe der nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941. Weitere Reihen der schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 und der nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 weiter zur linken Seite von 9A hin sind in der in 9E gezeigten Seitenansicht nicht erkennbar. In ähnlicher Weise sind weitere Leiterplatten 923 und 921, die weiter zur linken Seite von 9A hin liegen, in 9E nicht erkennbar. Das Beispiel von 9E veranschaulicht, wie auch aus der Erörterung von 9A bis 9D ersichtlich ist, dass die ersten Leiterplatten 923 und die zweite(n) Leiterplatte(n) 921 in einer planaren Konfiguration angeordnet sein können, sodass die ersten Leiterplatten 923 und die zweite(n) Leiterplatte(n) 921 in einer gleichen Ebene angeordnet sind, und dass die schmelzbaren Verbindungsleitungen 931 und die nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen 941 Abschnitte aufweisen, die sich unterhalb der Ebene der Leiterplatten 923, 921 erstrecken, um elektrischen Kontakt mit Knöpfen und Rändern der entsprechenden Batteriezellen herzustellen.
Bezugnehmend auf die Beispiele von 2A bis 4B versteht es sich, dass die ersten Leiterplatten und die zweite(n) Leiterplatte(n) alternativ in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sein können, sodass die ersten Leiterplatten in einer ersten Ebene angeordnet sind und die zweite(n) Leiterplatte(n) in einer zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene und der zweiten Ebene voneinander versetzt sind. In einem solchen Fall kann eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material die ersten Leiterplatten und die zweite(n) Leiterplatte(n) trennen, wie zum Beispiel in 4A und 4B gezeigt, wobei die ersten Leiterplatten 421 und 423 von der/den unteren Leiterplatte(n) 427 durch elektrisch isolierendes Material 428 getrennt sind. In einigen Beispielen wird in Betracht gezogen, dass ein bestimmtes Batteriepaket ein Batteriemodul mit einer Leiterplattenanordnung einer planaren Konfiguration und ein Batteriemodul mit einer Leiterplattenanordnung einer gestapelten Konfiguration verwenden kann.
Es versteht sich, dass die Offenbarung, die sich auf die vorstehenden 1A bis 8B bezieht, auf die Beispiele anwendbar sein soll, die in 9A bis 9E offenbart werden, und dass alle Variationen und Kombinationen, die sich auf beschriebene Merkmale beziehen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Formen, Materialien, Abmessungen, Herstellung, Verbindungen, Befestigung usw. von Leiterplatten, schmelzbaren und nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen, Zellenhalter, Kühlmerkmale, Sicherheitsschutzmerkmale, Strukturelemente wie Rahmenelemente und Seitenplatten, Batteriemodule und Batteriepakete usw. auf die in Verbindung mit den in 9A bis 9E beschriebenen Beispiele anwendbar sein sollen.
In den vorstehenden Beschreibungen und in den Ansprüchen können Ausdrücke wie „mindestens eines von“ oder „eines oder mehrere von“ auftreten, gefolgt von einer zusammenhängenden Liste von Elementen oder Merkmalen. Der Begriff „und/oder“ kann auch in einer Liste von zwei oder mehr Elementen oder Merkmalen vorkommen. Sofern der Kontext, in dem er verwendet wird, nicht implizit oder explizit etwas anderes besagt, ist mit einem solchen Ausdruck jedes der aufgeführten Elemente oder Merkmale einzeln oder jedes der aufgeführten Elemente oder Merkmale in Kombination mit einem der anderen aufgeführten Elemente oder Merkmale gemeint. Es versteht sich auch, dass, wie in der Beschreibung hierin und in den folgenden Ansprüchen verwendet, die Bedeutung von „ein“, „eine“ und „der/die/das“ die Pluralreferenz einschließt, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Es versteht sich auch, dass, wie in der Beschreibung hierin und in den folgenden Ansprüchen verwendet, die Bedeutung von „in“, sowohl „in“ als auch „auf“ einschließt, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Schließlich schließen die Bedeutungen von „und“ und „oder“, wie sie in der Beschreibung hierin und in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, sowohl den Konjunktiv als auch den Disjunktiv ein und können austauschbar verwendet werden, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes vorgibt; der Ausdruck „ausschließlich oder“ kann verwendet werden, um eine Situation anzugeben, in der nur die disjunkte Bedeutung gelten darf. Außerdem bezieht sich, wie in der Beschreibung hierin und in den folgenden Ansprüchen verwendet, die Bedeutung von „etwa“ und/oder „ungefähr“ auf ± 10 % der angegebenen Menge, sofern nicht anders angegeben. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „basierend auf‟ vorstehend und in den Ansprüchen als „mindestens teilweise basierend auf zu verstehen, sodass auch ein nicht genanntes Merkmal oder Element zulässig ist.
Der hierin beschriebene Gegenstand kann in Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration in Systemen, Vorrichtungen, Verfahren und/oder Artikeln umgesetzt werden. Die in der vorstehenden Beschreibung dargelegten Implementierungen stellen nicht alle Implementierungen dar, die mit dem hierin beschriebenen Gegenstand übereinstimmen. Stattdessen sind sie lediglich einige Beispiele, die mit Gesichtspunkten in Bezug auf den beschriebenen Gegenstand konsistent sind. Obwohl einige Variationen vorstehend ausführlich beschrieben wurden, sind andere Modifikationen oder Ergänzungen möglich. Insbesondere können weitere Merkmale und/oder Variationen zusätzlich zu den hierin dargelegten bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Implementierungen auf verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale und/oder Kombinationen und Unterkombinationen mehrerer weiterer vorstehend offenbarter Merkmale gerichtet sein. Andere Implementierungen können im Schutzumfang der folgenden Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/721951 [0001]

Claims

Batterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen; und eine erste Leiterplattenanordnung, die eine elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellt, die erste Leiterplattenanordnung umfassend: eine Vielzahl von ersten Leiterplatten; mindestens eine zweite Leiterplatte; eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte und Verbinden der mindestens einen zweiten Leiterplatte mit mehreren Batteriezellen; und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten und Verbinden der Vielzahl von ersten Leiterplatten mit mehreren Batteriezellen.
Batterie nach Anspruch 1, ferner umfassend: mehrere nicht schmelzbare Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte.
Batterie nach Anspruch 2, ferner umfassend: mehrere schmelzbare Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten.
Batterie nach Anspruch 1, umfassend mehrere zweite Leiterplatten, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten nur schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Batterie nach Anspruch 4, wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten nur nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Batterie nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst.
Batterie nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungen nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst.
Batterie nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, wobei jede der ersten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen, die mit Knöpfen verbunden sind, und Randverbindungsleitungen, die mit Rändern verbunden sind, umfasst, und wobei die mindestens eine zweite Leiterplatte mehrere zweite Leiterplatten umfasst, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen umfasst, die mit Knöpfen verbunden sind und frei von Randverbindungsleitungen ist, die mit Rändern verbunden sind, und wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten Randverbindungsleitungen umfasst, die mit Rändern verbunden sind, und frei von Knopfverbindungsleitungen ist, die mit Knöpfen verbunden sind.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten in einer ersten Ebene angeordnet sind und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer zweiten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene und der zweiten Ebene voneinander versetzt sind.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer planaren Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gleichen Ebene angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erstes Batteriepaket, das eine erste Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen umfasst; ein zweites Batteriepaket, das eine zweite Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen umfasst; eine Kühlplatte zwischen dem ersten Batteriepaket und dem zweiten Batteriepaket; und eine zweite Leiterplattenanordnung, wobei die erste Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen zwischen der Kühlplatte und der ersten Leiterplattenanordnung angeordnet ist und die zweite Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen zwischen der Kühlplatte und der zweiten Leiterplattenanordnung angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen eine Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und eine Vielzahl von schmelzbaren Randverbindungsleitungen umfasst, und wobei eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungen eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen umfasst.
Batterie nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und die Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplattenanordnung und den Knöpfen der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellen, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Randzellen und die Vielzahl von nicht schmelzbaren Randzellen eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplattenanordnung und den Rändern der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellen.
Batterie nach Anspruch 12, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen einen Fuß der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, einen Hals der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung und eine Öffnung der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst, und wobei jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen einen Fuß der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung und eine Öffnung der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst, aber keinen Hals der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst.
Batterie nach Anspruch 12, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Randverbindungsleitungen einen Fuß der schmelzbaren Randverbindungsleitung, zwei Hälse der schmelzbaren Randverbindungsleitung, zwei Kontaktstellen der schmelzbaren Randverbindungsleitung und einen Schlitz der schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst, und wobei jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen einen Fuß der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst, aber keinen Schlitz der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst und keinen Hals der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst.
Batterie nach Anspruch 15, wobei der Schlitz der schmelzbaren Randverbindungsleitung eine Verbreiterung nahe des Fußes der schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst.
Batterie nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen eine Stanzung ist.
Batterie nach Anspruch 17, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen einen rechteckigen Querschnitt mit einer größeren Seite von mehr als 1,0 mm und einer kleineren Seite von mehr als 0,1 mm aufweist.
Batterie nach Anspruch 17, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer, Kupferlegierung, Nickel, Nickellegierung.
Verfahren zum elektrischen Verbinden elektrochemischer Zellen in einer Kraftfahrzeugbatterie, das Verfahren umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von Batteriezellen; Bereitstellen einer ersten Leiterplattenanordnung, die eine Vielzahl von ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte umfasst; elektrisches Verbinden mehrerer Batteriezellen mit der mindestens einen zweiten Leiterplatte unter Verwendung einer Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und elektrisches Verbinden mehrerer Batteriezellen mit der Vielzahl von ersten Leiterplatten unter Verwendung einer Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: mehrere nicht schmelzbare Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend: mehrere schmelzbare Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten.
Verfahren nach Anspruch 20, umfassend mehrere zweite Leiterplatten, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten nur schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten nur nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, wobei jede der ersten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen, die mit Knöpfen verbunden sind, und Randverbindungsleitungen, die mit Rändern verbunden sind, umfasst, und wobei die mindestens eine zweite Leiterplatte mehrere zweite Leiterplatten umfasst, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen umfasst, die mit Knöpfen verbunden sind und frei von Randverbindungsleitungen ist, die mit Rändern verbunden sind, und wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten Randverbindungsleitungen umfasst, die mit Rändern verbunden sind, und frei von Knopfverbindungsleitungen ist, die mit Knöpfen verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten in einer ersten Ebene angeordnet sind und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer zweiten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene und der zweiten Ebene voneinander versetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer planaren Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gleichen Ebene angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Bereitstellen eines ersten Batteriepakets, das eine erste Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen umfasst; Bereitstellen eines zweiten Batteriepakets, das eine zweite Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen umfasst; Bereitstellen einer Kühlplatte zwischen dem ersten Batteriepaket und dem zweiten Batteriepaket; und Bereitstellen einer zweiten Leiterplattenanordnung, wobei die erste Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen zwischen der Kühlplatte und der ersten Leiterplattenanordnung angeordnet ist und die zweite Hälfte der Vielzahl von Batteriezellen zwischen der Kühlplatte und der zweiten Leiterplattenanordnung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen eine Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und eine Vielzahl von schmelzbaren Randverbindungsleitungen umfasst, und wobei eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungen eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen und die Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplattenanordnung und den Knöpfen der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellen, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Randzellen und die Vielzahl von nicht schmelzbaren Randzellen eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplattenanordnung und den Rändern der Vielzahl von Batteriezellen bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen einen Fuß der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, einen Hals der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung und eine Öffnung der schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst, und wobei jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitungen einen Fuß der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung und eine Öffnung der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst, aber keinen Hals der nicht schmelzbaren Knopfverbindungsleitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Randverbindungsleitungen einen Fuß der schmelzbaren Randverbindungsleitung, zwei Hälse der schmelzbaren Randverbindungsleitung, zwei Kontaktstellen der schmelzbaren Randverbindungsleitung und einen Schlitz der schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst, und wobei jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Randverbindungsleitungen einen Fuß der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung, eine Kontaktstelle der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst, aber keinen Schlitz der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst und keinen Hals der nicht schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schlitz der schmelzbaren Randverbindungsleitung eine Verbreiterung nahe des Fußes der schmelzbaren Randverbindungsleitung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen eine Stanzung ist.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen einen rechteckigen Querschnitt mit einer größeren Seite von mehr als 1,0 mm und einer kleineren Seite von mehr als 0,1 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei jede der Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen und jede der Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer, Kupferlegierung, Nickel, Nickellegierung.
Leiterplattenanordnung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriepakets für ein Elektrofahrzeug, umfassend: eine Vielzahl von ersten Leiterplatten; mindestens eine zweite Leiterplatte; eine Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte, die konfiguriert sind, um die mindestens eine zweite Leiterplatte mit mehreren Batteriezellen zu verbinden; und eine Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von ersten Leiterplatten mit mehreren Batteriezellen zu verbinden.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, ferner umfassend: mehrere nicht schmelzbare Verbindungsleitungen an der mindestens einen zweiten Leiterplatte.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, ferner umfassend: mehrere schmelzbare Verbindungsleitungen an der Vielzahl von ersten Leiterplatten.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, die mehrere zweite Leiterplatten umfasst, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten nur schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 42, wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten nur nicht schmelzbare Verbindungsleitungen einschließt und frei von schmelzbaren Verbindungsleitungen ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, und wobei die Vielzahl von schmelzbaren Verbindungsleitungen schmelzbare Randverbindungsleitungen umfasst, und wobei die Vielzahl von nicht schmelzbaren Verbindungsleitungen nicht schmelzbare Knopfverbindungsleitungen umfasst.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, wobei jede der Vielzahl von Batteriezellen einen Knopf und einen Rand umfasst, wobei jede der ersten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen, die mit Knöpfen verbunden sind, und Randverbindungsleitungen, die mit Rändern verbunden sind, umfasst, und wobei die mindestens eine zweite Leiterplatte mehrere zweite Leiterplatten umfasst, wobei eine erste der zweiten Leiterplatten Knopfverbindungsleitungen umfasst, die mit Knöpfen verbunden sind und frei von Randverbindungsleitungen ist, die mit Rändern verbunden sind, und wobei eine zweite der zweiten Leiterplatten Randverbindungsleitungen umfasst, die mit Rändern verbunden sind, und frei von Knopfverbindungsleitungen ist, die mit Knöpfen verbunden sind.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten in einer ersten Ebene angeordnet sind und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer zweiten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene in einer Richtung senkrecht zu der ersten Ebene und der zweiten Ebene voneinander versetzt sind.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 39, wobei die ersten Leiterplatten und mindestens eine zweite Leiterplatte in einer planaren Konfiguration angeordnet sind, sodass die ersten Leiterplatten und die mindestens eine zweite Leiterplatte in einer gleichen Ebene angeordnet sind.