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DE102011004353B4 - Printed circuit board with a monitoring electronics for monitoring battery cells, and thus equipped electrical energy storage - Google Patents

Printed circuit board with a monitoring electronics for monitoring battery cells, and thus equipped electrical energy storage Download PDF

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DE102011004353B4
DE102011004353B4 DE102011004353.5A DE102011004353A DE102011004353B4 DE 102011004353 B4 DE102011004353 B4 DE 102011004353B4 DE 102011004353 A DE102011004353 A DE 102011004353A DE 102011004353 B4 DE102011004353 B4 DE 102011004353B4
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battery cells
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Abstract

Leiterplatte (10) mit einer Überwachungselektronik (12, 14) zur Überwachung von Batteriezellen und mit Leiterbahnenden zum Anschluss von elektrischen Kontakten (5) der Batteriezellen, wobei die Überwachungselektronik (12, 14) für einen Batteriezellenausgleich vorgesehene elektrische Widerstände (12) umfasst, und wobei die Überwachungselektronik (12, 14) für eine Batteriezellen-Temperaturmessung wenigstens einen Temperatursensor (14) umfasst, der unmittelbar benachbart zu einem der Leiterbahnenden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Temperatursensor (14) und dem zugehörigen Leiterbahnende eingenommener Leiterplattenbereich durch mehrere um den Leiterplattenbereich herum angeordnete Leiterplattenaperturen (16, 18, 20) thermisch isoliert ist, wobei die Widerstände (12) außerhalb des thermisch isolierten Leiterplattenbereiches angeordnet sind, und wobei verbleibende Leiterplattenstege zwischen einander benachbarten Leiterplattenaperturen (16, 18, 20) dazu genutzt sind, Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors (14) und/oder des am Leiterbahnende angeschlossenen Kontaktes (5) in andere Bereiche der Leiterplatte (10) zu führen.Printed circuit board (10) with a monitoring electronics (12, 14) for monitoring battery cells and with conductor ends for connecting electrical contacts (5) of the battery cells, wherein the monitoring electronics (12, 14) provided for a battery cell compensation electrical resistances (12), and wherein the monitoring electronics (12, 14) for a battery cell temperature measurement comprises at least one temperature sensor (14), which is arranged immediately adjacent to one of the conductor ends, characterized in that one of the temperature sensor (14) and the associated conductor track end occupied printed circuit board area by a plurality printed circuit board apertures (16, 18, 20) arranged around the printed circuit board area are thermally insulated, wherein the resistors (12) are arranged outside the thermally insulated printed circuit board area, and remaining printed circuit board webs extend between adjacent printed circuit board apertures (16, 18, 20) Are used to lead printed conductors for electrical contacting of the temperature sensor (14) and / or connected to the conductor end contact (5) in other areas of the circuit board (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einer Überwachungselektronik zur Überwachung von Batteriezellen und mit Leiterbahnenden zum Anschluss von elektrischen Kontakten der Batteriezellen. Ferner betrifft die Erfindung elektrische Energiespeicher, in welchen eine derartige Leiterplatte verwendet wird.The present invention relates to a printed circuit board with a monitoring electronics for monitoring battery cells and with conductor ends for connecting electrical contacts of the battery cells. Furthermore, the invention relates to electrical energy storage in which such a printed circuit board is used.

Eine Leiterplatte der hier interessierenden Art kann beispielsweise vorteilhaft in einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges oder Hybridfahrzeuges verwendet werden, um elektrische Kenngrößen der daran angeschlossenen Batteriezellen zu detektieren und gegebenenfalls darüber hinaus zumindest teilweise auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungselektronik auch Aufgaben im Zusammenhang mit der elektronischen Steuerung von Lade- und Entladevorgängen des Energiespeichers (z. B. Traktionsbatterie) erfüllen.A printed circuit board of the type of interest here can be used, for example, advantageously in a traction battery of an electric vehicle or hybrid vehicle, in order to detect electrical characteristics of the battery cells connected thereto and, if appropriate, at least partially evaluate them. Alternatively or additionally, the monitoring electronics can also fulfill tasks in connection with the electronic control of charging and discharging processes of the energy store (eg traction battery).

Eine bauliche Zusammenfassung der Leiterplatte bzw. der damit ausgebildeten Überwachungselektronik mit den zu überwachenden bzw. zu steuernden Batteriezellen innerhalb eines gemeinsamen Energiespeichergehäuses besitzt den Vorteil, dass die Überwachungselektronik gut vor Umwelteinflüssen geschützt werden kann.A structural summary of the printed circuit board or the monitoring electronics formed therewith with the battery cells to be monitored or controlled within a common energy storage housing has the advantage that the monitoring electronics can be well protected against environmental influences.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mittels einer derartigen Überwachungselektronik insbesondere auch eine Temperaturmessung an einer oder mehreren Batteriezellen durchzuführen, wobei der oder die hierfür benötigten Temperatursensoren über eine Verkabelung mit der Leiterplatte verbunden sind. Diese Verkabelung bedeutet nachteiligerweise einen vergleichsweise hohen Fertigungs- und Montageaufwand zur Herstellung des Energiespeichers.From the prior art it is known to carry out by means of such monitoring electronics in particular also a temperature measurement on one or more battery cells, wherein the one or more temperature sensors required for this purpose are connected via a wiring to the circuit board. This wiring disadvantageously means a comparatively high manufacturing and assembly costs for the production of energy storage.

Die Druckschrift DE 195 45 833 A1 beschreibt eine thermische Anbindung eines Temperatursensors an einem Leiterbahnende, wobei ferner für jede einzelne Batteriezelle eine einzelne Platine vorgesehen ist.The publication DE 195 45 833 A1 describes a thermal connection of a temperature sensor to a conductor end, wherein a single board is also provided for each individual battery cell.

Die Druckschrift DE 198 10 746 A1 betrifft eine Platine, die durch Einschnitte in Segmente aufgeteilt ist, wobei die Segmente einzelnen Batteriezellen zugeordnet sind.The publication DE 198 10 746 A1 relates to a board, which is divided by segments into segments, wherein the segments are associated with individual battery cells.

Die Druckschrift US 2010/02900183 A1 und die Druckschrift US 6,423,441 B1 beschreiben Möglichkeiten zur thermischen Isolation mittels Leiterplattenaperturen bzw. eine mit einem Batteriemodul elektrisch verbundene Leiterplatte mit Luftströmungsöffnungen.The publication US 2010/02900183 A1 and the publication US Pat. No. 6,423,441 B1 describe possibilities for thermal insulation by means of printed circuit board apertures or a printed circuit board electrically connected to a battery module with air flow openings.

Gemäß interner betrieblicher Entwicklungen des Anmelders wurden bereits technisch vereinfachte Lösungen untersucht, bei denen ein zur Messung einer Batteriezellen-Temperatur vorgesehener Temperatursensor unmittelbar benachbart zu demjenigen der Leiterbahnenden der Leiterplatte angeordnet wurde, an welchem in der Verwendungssituation ein elektrischer Kontakt der betreffenden Batteriezelle(n) angeschlossen ist. Diese Anordnung des Temperatursensors bewirkt, dass der Sensor mit dem elektrischen Kontakt ”thermisch gekoppelt” ist. Die damit realisierte Messung der Temperatur des elektrischen Kontaktes stellt gewissermaßen eine indirekte Messung der Temperatur der betreffenden Batteriezelle(n) dar. Dies deshalb, weil der elektrische Kontakt aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit zumindest näherungsweise eine Temperatur annimmt, die auch im Inneren der betreffenden Batteriezelle(n) herrscht.According to internal company developments of the applicant, technically simplified solutions have already been investigated in which a temperature sensor provided for measuring a battery cell temperature was arranged immediately adjacent to that of the conductor ends of the printed circuit board to which an electrical contact of the relevant battery cell (s) is connected in the situation of use is. This arrangement of the temperature sensor causes the sensor to be "thermally coupled" to the electrical contact. The thus realized measurement of the temperature of the electrical contact is to some extent an indirect measurement of the temperature of the battery cell (s) concerned. This is because the electrical contact due to its thermal conductivity at least approximately assumes a temperature which is also inside the battery cell (s) prevails.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Temperatur des elektrischen Kontaktes je nach Betriebszustand der Batterie erheblich von der Temperatur der betreffenden Batteriezelle(n) abweichen kann, so dass das Messergebnis durch derartige Abweichungen mehr oder weniger stark verfälscht werden kann.However, it has been found that the temperature of the electrical contact, depending on the operating state of the battery may differ significantly from the temperature of the battery cell (s) concerned, so that the measurement result can be falsified more or less by such deviations.

Beispielsweise kann die elektrische Verlustwärme von so genannten Ausgleichswiderständen, die zum Vergleichmäßigen (”balancing”) von Batteriezellen verwendet werden, eine temperaturerhöhende Wirkung an der Anordnungsstelle des Temperatursensors bzw. am betreffenden elektrischen Kontakt besitzen.For example, the electrical loss heat of so-called balancing resistors, which are used for balancing battery cells, have a temperature-increasing effect at the location of the temperature sensor or the respective electrical contact.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mittels einer Leiterplatte der eingangs genannten Art eine fertigungstechnisch einfach zu realisierende und dennoch eine hohe Messgenauigkeit aufweisende Batteriezellen-Temperaturmessung zu ermöglichen.It is an object of the present invention, by means of a printed circuit board of the type mentioned above, to enable a battery cell temperature measurement that is easy to manufacture and yet has a high measuring accuracy.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Überwachungselektronik für eine Batteriezellen-Temperaturmessung wenigstens einen Temperatursensor umfasst, der unmittelbar benachbart zu einem der Leiterbahnenden angeordnet ist, wobei ein von diesem Temperatursensor und dem zugehörigen Leiterbahnende eingenommener Leiterplattenbereich durch wenigstens eine Leiterplattenapertur thermisch isoliert ist.This object is achieved according to the invention in that the monitoring electronics for a battery cell temperature measurement comprises at least one temperature sensor, which is disposed immediately adjacent to one of the conductor ends, wherein one of this temperature sensor and the associated conductor track end occupied printed circuit board area is thermally insulated by at least one printed circuit board aperture ,

Durch die nahe Platzierung des Temperatursensors im Bereich der Schnittstellenanbindung der betreffenden Batteriezelle(n), also nahe eines Leiterbahnendes bzw. des daran angeschlossenen elektrischen Kontaktes, wird einerseits eine hohe Integration und andererseits eine Einsparung an zusätzlichen Kontaktstellen und mechanischen Bauteilen erzielt. Um hierbei stets eine möglichst gute Angleichung der im Bereich des Leiterbahnendes gemessenen Temperatur an die Temperatur der daran über den elektrischen Kontakt angeschlossenen Batteriezelle(n) zu gewährleisten, erfolgt gemäß der Erfindung eine thermische Isolation des relevanten Leiterplattenbereiches durch wenigstens eine (die Leiterplatte durchsetzende) Apertur der Leiterplatte.Due to the close placement of the temperature sensor in the region of the interface connection of the relevant battery cell (s), ie near a conductor end or the electrical contact connected thereto, a high integration and on the other hand a saving of additional contact points and mechanical components is achieved on the one hand. In order to always the best possible approximation of the temperature measured in the region of the conductor track end temperature to the temperature of the above To ensure electrical contact connected battery cell (s), carried out according to the invention, a thermal insulation of the relevant circuit board area by at least one (the circuit board passing through) aperture of the circuit board.

Mit einer oder mehreren solchen Leiterplattenaperturen wird der ”thermische Widerstand” zwischen dem relevanten Leiterplattenbereich und den übrigen Leiterplattenbereichen vergrößert, so dass in letzteren Bereichen etwaig wirkende Wärmesenken oder Wärmequellen (z. B. die genannten Ausgleichwiderstände) vorteilhaft einen geringeren Einfluss auf die am Leiterbahnende bzw. am elektrischen Kontakt gemessene Temperatur besitzen. Vielmehr wird die vom Temperatursensor gemessene Temperatur mit relativ geringer Abweichung der betreffenden Batteriezellentemperatur entsprechen.With one or more such printed circuit board apertures, the "thermal resistance" between the relevant printed circuit board area and the remaining printed circuit board areas is increased so that any heat sinks or heat sources acting in the latter areas (eg the compensating resistors) advantageously have a smaller effect on the printed conductor end or conductor Have measured temperature at the electrical contact. Rather, the temperature measured by the temperature sensor will correspond with relatively little deviation of the relevant battery cell temperature.

Die Überwachungselektronik umfasst für einen Batteriezellenausgleich (”Balancing”) vorgesehene elektrische Widerstände (”Balancing-Widerstände”), wobei diese Widerstände außerhalb des thermisch isolierten Leiterplattenbereiches angeordnet sind.The monitoring electronics comprise electrical resistances ("balancing resistors") provided for battery cell balancing, these resistors being arranged outside the thermally insulated printed circuit board area.

Bevorzugt sind die Widerstände relativ ”weit weg” vom thermisch isolierten Leiterplattenbereich angeordnet. In dieser Hinsicht kann z. B. vorgesehen sein, dass der minimale Abstand zwischen den Widerständen und dem Leiterbahnende mindestens so groß ist wie der minimale Abstand zwischen den Widerständen und jeder derjenigen Leiterplattenaperturen, welche das betreffende Leiterbahnende thermisch isolieren.Preferably, the resistors are arranged relatively "far away" from the thermally insulated printed circuit board area. In this regard, z. Example, be provided that the minimum distance between the resistors and the conductor end is at least as large as the minimum distance between the resistors and each of those printed circuit board apertures which thermally isolate the relevant conductor end.

Im Hinblick auf die Qualität der erfindungsgemäß realisierten thermischen Isolierung ist die (wenigstens eine) Leiterplattenapertur derart ausgebildet, dass durch deren Existenz eine etwaige Differenz zwischen einer Temperatur in der betreffenden Batteriezelle und der am Ort des betreffenden Temperatursensors herrschenden Temperatur zumindest halbiert wird.With regard to the quality of the thermal insulation realized according to the invention, the (at least one) printed circuit board aperture is designed such that its existence at least halves any difference between a temperature in the relevant battery cell and the temperature prevailing at the location of the relevant temperature sensor.

Jede Leiterplattenapertur verringert aufgrund ihrer Fläche die nutzbare Leiterplattenfläche und bewirkt darüber hinaus eine gewisse mechanische Schwächung der Leiterplatte. Insbesondere um diese Nachteile bei vorgegebener thermischer Isolationswirkung möglichst gering zu halten, kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Leiterplattenapertur langgestreckt ist. Zu bedenken ist hierbei, dass im Falle einer solchen ”schlitzartigen” Apertur die thermische Isolationswirkung in der Praxis nahezu unabhängig von der ”Schlitzbreite” ist, dass bei einer kleineren Schlitzbreite jedoch die genannten Nachteile hinsichtlich Platzbedarf und mechanischer Stabilität entsprechend kleiner sind.Each printed circuit board aperture reduces due to their area the usable circuit board area and also causes a certain mechanical weakening of the circuit board. In particular in order to minimize these disadvantages for a given thermal insulation effect, it can be provided according to an advantageous embodiment that the printed circuit board aperture is elongated. It should be remembered that in the case of such a "slot-like" aperture, the thermal insulation effect in practice is almost independent of the "slot width", that with a smaller slot width, however, the mentioned disadvantages in terms of space and mechanical stability are correspondingly smaller.

Es ist vorgesehen, dass zur thermischen Isolation des betreffenden Leiterplattenbereiches mehrere Aperturen um diesen Leiterplattenbereich herum angeordnet sind. Im Falle von langgestreckten Aperturen können diese vorteilhaft im Wesentlichen in Richtung ihrer Längserstreckungen aneinandergereiht werden. Die zwischen derartigen Aperturen verbleibenden Leiterplattenstege bewirken in diesem Fall die mechanische Stabilität und weisen jeweils eine oder mehrere Leiterbahnen auf, über welche das mit dem elektrischen Batteriezellenkontakt verbundene Leiterbahnende (und auch elektrische Anschlüsse des Temperatursensors) zu anderen Leiterplattenbereichen geführt wird.It is envisaged that a plurality of apertures are arranged around this printed circuit board area for thermal insulation of the relevant printed circuit board area. In the case of elongated apertures, these can advantageously be strung together substantially in the direction of their longitudinal extensions. The circuit board webs remaining between such apertures bring about the mechanical stability in this case and each have one or more interconnects via which the interconnect end (and also electrical connections of the temperature sensor) connected to the electrical battery cell contact is routed to other circuit board areas.

In einer Ausführungsform ist der Temperatursensor als ein diskretes Bauelement ausgebildet, z. B. als ein so genanntes SMD-Bauteil.In one embodiment, the temperature sensor is configured as a discrete component, e.g. B. as a so-called SMD component.

Das Leiterbahnende kann insbesondere einen flächig ausgedehnten Leiterbahnabschnitt zur flächigen Anbindung (z. B. Verlötung) eines Endes eines als Anschlussfahne vorgesehenen elektrischen Kontaktes darstellen.In particular, the conductor track end may represent a surface-area conductor track section for surface connection (eg soldering) of one end of an electrical contact provided as a connection lug.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die elektrischen Kontakte der Batteriezellen neben einer guten elektrischen Leitfähigkeit auch eine gute thermische Leitfähigkeit besitzen. Insofern ist z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung als Material für die Batteriezellenkontakte vorteilhaft.In the context of the invention, it is advantageous if the electrical contacts of the battery cells in addition to good electrical conductivity also have a good thermal conductivity. In this respect, z. As copper or a copper alloy as a material for the battery cell contacts advantageous.

Wenngleich die Erfindung prinzipiell für eine Vielzahl verschiedener Arten von Energiespeichern eingesetzt werden kann, so ergibt sich eine vorteilhafte Verwendung insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.Although the invention can be used in principle for a variety of different types of energy storage, it results in an advantageous use, in particular for a traction battery of an electric or hybrid vehicle.

Bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass wenigstens einige der an den Leiterbahnenden angeschlossenen elektrischen Kontakte als gemeinsame elektrische Kontakte von zwei in Parallel- oder Reihenschaltung miteinander verschalteten Batteriezellen vorgesehen sind.In an electrical energy store according to the invention, it is provided in one embodiment that at least some of the electrical contacts connected to the conductor track ends are provided as common electrical contacts of two battery cells connected in parallel or in series with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen mit Bezug auf die beigefugten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of exemplary embodiments with reference to the attached drawings. They show:

1 ein Batteriemodul, umfassend einen Batteriezellenblock mit einer daran angeschlossenen Leiterplatte gemaß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, 1 a battery module comprising a battery cell block with a printed circuit board connected thereto according to an embodiment of the invention,

2 ein Detail aus 1, 2 a detail from 1 .

3 eine Leiterplatte gemaß eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, und 3 a printed circuit board according to another exemplary embodiment of the invention, and

4 ein Detail aus 3. 4 a detail from 3 ,

Die 1 und 2 veranschaulichen ein Batteriemodul 1 zum Aufbau einer Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug (aus mehreren solchen Batteriemodulen).The 1 and 2 illustrate a battery module 1 for building a traction battery for a hybrid vehicle (from several such battery modules).

Das Batteriemodul 1 umfasst einen (in den Figuren nur teilweise dargestellten) Batteriezellenblock 3, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Stapel von etwa quaderförmigen Batteriezellen gebildet ist.The battery module 1 comprises a (not shown in the figures) battery cell block 3 , which is formed in the illustrated embodiment of a stack of approximately rectangular battery cells.

Die Batteriezellen sind mittels elektrischer Kontakte 5 in einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verschaltet und gleichzeitig an einer Leiterplatte 10 angeschlossen, so dass mittels einer auf der Leiterplatte 10 ausgebildeten Uberwachungselektronik vorteilhaft insbesondere elektrische Parameter (z. B. Zellenspannungen etc.) im Betrieb der Traktionsbatterie erfasst und ausgewertet werden konnen. In 1 sind nur die acht am weitesten links angeordneten Kontakte 5 eingezeichnet. Tatsachlich sind insgesamt 25 solche Kontakte 5 an der Leiterplatte 10 angeschlossen.The battery cells are by means of electrical contacts 5 interconnected in an electrical series circuit and at the same time on a circuit board 10 connected so that by means of a on the circuit board 10 In particular, electrical parameters (eg cell voltages, etc.) can be detected and evaluated during operation of the traction battery. In 1 are only the eight leftmost contacts 5 located. In fact, there are a total of 25 such contacts 5 on the circuit board 10 connected.

Die elektrische Reihenschaltung der Batteriezellen lasst sich anhand von 1 wie folgt erlautern: Der Kontakt 5 in 1 oben ganz links ist mit dem Pluspol einer Batteriezelle verbunden und bildet auch den Pluspol des Batteriemoduls 1. Der elektrische Kontakt 5 in 1 unten ganz links ist einerseits mit dem Minuspol dieser ersten Batteriezelle und andererseits mit dem Pluspol einer zweiten Batteriezelle verbunden. Der Minuspol dieser zweiten Batteriezelle ist wiederum mit dem elektrischen Kontakt 5 verbunden, der in 1 oben der zweite von links ist. Letzterer Kontakt 5 ist wiederum gleichzeitig mit dem Pluspol einer dritten Batteriezelle verbunden usw. Die elektrische Reihenschaltung der Batteriezellen in 1 verläuft somit ausgehend von dem Kontakt ganz links oben (Pluspol des Batteriemoduls 1) gewissermaßen zickzackartig bis hin zu einem (nicht dargestellten) Kontakt 5 am rechten Ende der Leiterplatte 10, welcher den Minuspol des Batteriemoduls 1 bildet. Abgesehen von den beiden Kontakten 5, welche den Pluspol und den Minuspol des Batteriemoduls 1 bilden, sind die Kontakte 5 somit als gemeinsame elektrische Kontakte von jeweils zwei im Batteriezellenblock 3 einander benachbarten und in Reihenschaltung miteinander verschalteten Batteriezellen verwendet.The electrical series connection of the battery cells can be based on 1 explain as follows: the contact 5 in 1 The upper left corner is connected to the positive pole of a battery cell and also forms the positive pole of the battery module 1 , The electrical contact 5 in 1 bottom leftmost is connected on the one hand to the negative pole of this first battery cell and on the other hand to the positive pole of a second battery cell. The negative terminal of this second battery cell is in turn connected to the electrical contact 5 connected in 1 above is the second from the left. The latter contact 5 is in turn connected to the positive pole of a third battery cell at the same time, etc. The electrical series connection of the battery cells in FIG 1 thus runs starting from the contact at the top left (positive pole of the battery module 1 ) in a manner zigzagging up to a contact (not shown) 5 at the right end of the circuit board 10 , which is the negative pole of the battery module 1 forms. Apart from the two contacts 5 , which the positive pole and the negative pole of the battery module 1 form, are the contacts 5 thus as common electrical contacts of two each in the battery cell block 3 used adjacent to each other and connected in series with each other battery cells.

Jeder der Kontakte 5 ist als eine streifenformige, z. B. aus Kupfer gefertigte Kontaktfahne ausgebildet. Das distale Ende jedes Kontaktes 5 ist gemäß einer herkommlichen Technik an einem Leiterbahnende an der Oberseite der Leiterplatte 10 angebunden, beispielsweise angelötet.Each of the contacts 5 is as a strip-shaped, z. B. made of copper contact lug formed. The distal end of each contact 5 is according to a conventional technique at a conductor end at the top of the circuit board 10 tethered, for example, soldered.

Der Ubersichtlichkeit der Darstellung halber sind in den Figuren diese Leiterbahnenden und die davon ausgehend zu anderen Bereichen der Leiterplatte 10 führenden Leiterbahnen nicht eingezeichnet. Solche Leiterbahnen und die hier interessierenden Leiterbahnenden, welche gewissermaßen flachig ausgedehnte Leiterbahnabschnitte bilden, konnen in herkommlicher Weise ausgebildet sein, also z. B. als metallische Leiterbahnen (z. B. aus Kupfer) auf einem elektrisch isolierenden Substrat (z. B. Epoxidharz) der Leiterplatte 10.For the sake of clarity of illustration, in the figures, these conductor ends and those starting from this to other areas of the circuit board 10 leading conductors are not shown. Such strip conductors and the conductor track ends of interest here, which to a certain extent form flat conductor track sections in a flat manner, can be designed in a conventional manner, that is to say, for example. B. as metallic interconnects (eg., Copper) on an electrically insulating substrate (eg epoxy resin) of the circuit board 10 ,

Von der auf der Leiterplatte 10 ausgebildeten Uberwachungselektronik sind in den Figuren lediglich Anordnungen 12 von elektrischen Widerständen sowie ein Temperatursensor 14 eingezeichnet. Diese Komponenten sind im dargestellten Beispiel als so genannte SMD-Bauteile an der Oberseite der Leiterplatte 10 aufgelötet. Des Weiteren kann die Überwachungselektronik insbesondere eine elektronische Steuereinrichtung (z. B. enthaltend einen Mikrocontroller) umfassen, um z. B. eine bedarfsweise Bestromung der Widerstande 12 anzusteueren und/oder ein vom Temperatursensor 14 geliefertes Signal auszuwerten.From the on the circuit board 10 trained monitoring electronics are only arrangements in the figures 12 of electrical resistors as well as a temperature sensor 14 located. These components are in the example shown as so-called SMD components on the top of the circuit board 10 soldered. In addition, the monitoring electronics may in particular comprise an electronic control device (eg containing a microcontroller) in order, for. B., if necessary, energization of the resistors 12 to drive and / or one of the temperature sensor 14 to evaluate the signal supplied.

Der Temperatursensor 14 ist unmittelbar benachbart, d. h. thermisch gekoppelt, zu einem der Leiterbahnenden angeordnet, an dem einer der elektrischen Kontakte 5 der Batteriezellen angeschlossen ist, und dient somit zur Messung der Temperatur derjenigen (zwei) Batteriezellen, welche über diesen elektrischen Kontakt 5 an der Leiterplatte 10 angeschlossen sind. Mit dem Temperatursensor 14 wird somit eine indirekte Messung der betreffenden Batteriezellentemperatur durch direkte Messung der Temperatur des betreffenden Kontaktes 5 bzw. des betreffenden Leiterbahnendes realisiert.The temperature sensor 14 is immediately adjacent, ie thermally coupled, arranged to one of the conductor ends, on which one of the electrical contacts 5 the battery cells is connected, and thus serves to measure the temperature of those (two) battery cells, which via this electrical contact 5 on the circuit board 10 are connected. With the temperature sensor 14 Thus, an indirect measurement of the relevant battery cell temperature by direct measurement of the temperature of the contact in question 5 or the relevant conductor end realized.

Die Überwachungselektronik kann fur diese Batteriezellen-Temperaturmessung außer dem in den Figuren dargestellten Temperatursensor 14 noch weitere (unmittelbar benachbart zu anderen der Leiterbahnenden angeordnete) Temperatursensoren umfassen, um noch weitere Batteriezellentemperaturen zu messen.The monitoring electronics can for this battery cell temperature measurement except the temperature sensor shown in the figures 14 further include (immediately adjacent to other of the conductor ends arranged) temperature sensors to measure even more battery cell temperatures.

Die Integration des Temperatursensors 14 (und gegebenenfalls noch weiterer Temperatursensoren) unmittelbar auf der Leiterplatte 10 vereinfacht die Fertigung des Batteriemoduls 1 ganz erheblich. Es werden weniger Bauteile benotigt und die Anzahl der Kontaktierungsstellen ist verringert, etwa im Vergleich zu einem ”verkabelten” Anschluss von Temperatursensoren. Durch diese Erhohung der Integrationstiefe ergibt sich vorteilhaft eine Kostenreduzierung. Auch kann eine flexible bzw. anpassbare Gestaltung hinsichtlich der Anzahl und Anordnung von Temperaturmessstellen in einfacher Weise dadurch vorgesehen werden, dass die Leiterplatte mit einer Vielzahl von vorbereiteten Temperaturmessstellen gefertigt wird, wobei an diesen Stellen dann individuell (je nach Anwendungsfall) lediglich noch eine Bestuckung mit Temperatursensoren (z. B. SMD-Bauteile) vorzunehmen ist.The integration of the temperature sensor 14 (and optionally further temperature sensors) directly on the circuit board 10 simplifies the production of the battery module 1 quite considerably. Fewer components are needed and the number of contact points is reduced, as compared to a "wired" connection of temperature sensors. This increase in the integration depth advantageously results in a cost reduction. Also, a flexible or adaptable design with regard to the number and arrangement of temperature measuring points in a simple manner can be provided by the fact that the circuit board a plurality of prepared temperature measuring points is manufactured, wherein at these points then individually (depending on the application) is only make a Bestuckung with temperature sensors (eg., SMD components).

Hinsichtlich der Genauigkeit der Batteriezellen-Temperaturmessung ist im Rahmen der Erfindung von Bedeutung, dass ein vom Temperatursensor 14 und dem zugehörigen Leiterbahnende eingenommener Leiterplattenbereich durch wenigstens eine Leiterplattenapertur thermisch isoliert ist.With regard to the accuracy of the battery cell temperature measurement is important in the context of the invention that one of the temperature sensor 14 and the associated printed circuit board end area is thermally insulated by at least one printed circuit board aperture.

In 2 sind im Bereich eines der elektrischen Kontakte 5 beispielsweise drei solche Leiterplattenaperturen 16, 18 und 20 ersichtlich, deren Existenz eine im Betrieb des Batteriemoduls 1 etwaig auftretende Differenz zwischen der betreffenden Batteriezellentemperatur und der am Ort des Temperatursensors 14 herrschenden Temperatur erheblich verringert. Bevorzugt erfolgt in allen denkbaren Betriebssituationen des Batteriemoduls 1 eine Verringerung dieser Temperaturdifferenz um wenigstens einen Faktor 2, weiter bevorzugt wenigstens um einen Faktor 3.In 2 are in the range of one of the electrical contacts 5 For example, three such PCB apertures 16 . 18 and 20 its existence in the operation of the battery module 1 Any difference between the relevant battery cell temperature and the location of the temperature sensor 14 significantly reduced temperature prevailing. Preferably takes place in all conceivable operating situations of the battery module 1 a reduction of this temperature difference by at least a factor of 2, more preferably by at least a factor of 3.

Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sind die dargestellten Leiterplattenaperturen 16, 18 und 20 jeweils langgestreckt ausgebildet. Damit lasst sich trotz geringer mechanischer Schwachung der Leiterplatte 10 eine gute thermische Isolationswirkung erzielen. Die langgestreckten Aperturen 16, 18 und 20 sind hierbei im Wesentlichen in Richtung ihrer Langserstreckungen aneinandergereiht. Verbleibende Leiterplattenstege zwischen einander benachbarten der Aperturen 16, 18, 20 bzw. zwischen dem (in der Figur unteren) Leiterplattenrand und den Aperturen 16 bzw. 20 werden dazu genutzt, (nicht dargestellte) Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors 14 und des elektrischen Kontaktes 5 in andere Bereiche der Leiterplatte 10 zu fuhren.In the illustrated embodiment, the printed circuit board apertures are shown 16 . 18 and 20 each formed elongated. This leaves despite low mechanical weakness of the circuit board 10 achieve a good thermal insulation effect. The elongated apertures 16 . 18 and 20 are strung together essentially in the direction of their long stretches. Remaining printed circuit board webs between adjacent apertures 16 . 18 . 20 or between the (lower in the figure) board edge and the apertures 16 respectively. 20 are used to (not shown) printed conductors for electrical contacting of the temperature sensor 14 and the electrical contact 5 in other areas of the circuit board 10 respectively.

Im Betrieb des Batteriezellenmoduls 1 (bzw. einer damit gebildeten Traktionsbatterie) werden die Widerstandsanordnungen 12 fur ein so genanntes passives ”Balancing” verwendet, um je nach individuellem Ladezustand der einzelnen Batteriezellen diejenigen Batteriezellen gezielt uber einen oder mehrere zugeordnete Balancing-Widerstande etwas zu entladen (um so die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen aneinander anzugleichen). Die bei einem solchen Zellenausgleich über die betreffenden Widerstände der Anordnungen 12 fließenden Entladestrome erzeugen eine entsprechende Verlustwärme am Ort der Widerstände. Diese Verlustwarme kann sich durch Wärmeleitung an der Leiterplatte 10 ausbreiten. Ohne die Aperturen 16, 18, 20 um den Bereich eines bestimmten elektrischen Kontaktes 5 herum bestünde somit die Gefahr, dass die Verlustwarme zu einer Temperaturerhohung des Leiterplattenbereiches fuhrt, der vom Temperatursensor 14 und dem zugehorigen Leiterbahnende bzw. dem daran angeschlossenen elektrischen Kontakt 5 eingenommen wird. Dies würde die Temperaturmessung nachteiligerweise verfälschen.During operation of the battery cell module 1 (or a traction battery formed therewith) become the resistor arrangements 12 used for a so-called passive "balancing", depending on the individual state of charge of the individual battery cells those battery cells targeted via one or more associated balancing resistors something to discharge (so as to match the states of charge of the individual battery cells to each other). The in such a cell compensation over the respective resistances of the arrangements 12 flowing discharge currents generate a corresponding heat loss at the location of the resistors. This loss of heat can be due to heat conduction on the circuit board 10 spread. Without the apertures 16 . 18 . 20 around the area of a particular electrical contact 5 There is thus the risk that the loss of heat leads to an increase in the temperature of the printed circuit board area that is caused by the temperature sensor 14 and the associated conductor track end or the electrical contact connected thereto 5 is taken. This would detrimentally distort the temperature measurement.

Insbesondere dieser temperaturbeeinflussende Effekt wird jedoch durch die dargestellte Anordnung der Aperturen 16, 18, 20 und die dadurch bewerkstelligte ”thermische Isolation” vorteilhaft erheblich reduziert.In particular, however, this temperature-influencing effect is due to the illustrated arrangement of the apertures 16 . 18 . 20 and the accomplished "thermal insulation" advantageously considerably reduced.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils erganzt durch einen kleinen Buchstaben ”a” zur Unterscheidung der Ausfuhrungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel eingegangen und im Ubrigen hiermit ausdrucklich auf die Beschreibung dieses vorangegangenen Ausfuhrungsbeispiels verwiesen.In the following description of a further exemplary embodiment, the same reference numbers are used for equivalent components, in each case supplemented by a small letter "a" to distinguish the embodiment. Essentially, only the differences from the exemplary embodiment already described are dealt with, and otherwise explicit reference is made here to the description of this preceding exemplary embodiment.

Die 3 und 4 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 10a mit Leiterbahnenden, an denen elektrische Kontakte 5a von Batteriezellen angeschlossen sind.The 3 and 4 illustrate another embodiment of a circuit board 10a with conductor ends, where electrical contacts 5a connected by battery cells.

4 ist eine vergroßerte Darstellung des in 3 mit IV bezeichneten Bereiches. 4 is an enlarged illustration of the in 3 with area designated IV.

Wie bei dem mit Bezug auf die 1 und 2 bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch bei der Leiterplatte 10a ein Temperatursensor 14a (4) bzw. ein diesen Temperatursensor 14a unmittelbar umgebender Leiterplattenbereich durch drei Leiterplattenaperturen 16a, 18a und 20a umgeben und somit insbesondere von einer etwaigen Warmeentwicklung im Bereich von Widerstandsanordnungen 12a abgeschirmt.As with the respect to the 1 and 2 already described embodiment is also in the circuit board 10a a temperature sensor 14a ( 4 ) or a temperature sensor 14a immediately surrounding PCB area through three printed circuit board apertures 16a . 18a and 20a surrounded and thus in particular by a possible heat development in the field of resistance arrangements 12a shielded.

Eine Besonderheit der Leiterplatte 10a bzw. eines damit gebildeten Batteriemoduls besteht jedoch darin, dass eine dieser Aperturen, hier die Apertur 20a, sich nicht neben dem vom elektrischen Kontakt 5a eingenommenen Leiterplattenbereich sondern innerhalb dieses Leiterplattenbereiches erstreckt, wobei das an der Leiterplatte 10a angebundene Kontaktende im Bereich dieser Apertur 20a ausgespart ist. Der elektrische Kontakt 5a besitzt im dargestellten Beispiel ein ”geschlitztes Ende” mit einer Schlitzbreite, die der Breite der Apertur 20a entspricht. Das Kontaktende besitzt somit zwei Kontaktlaschen 7a und 9a, die jeweils auf der Leiterplatte 10a kontaktiert (z. B. angelotet) sind, sei es an einem einzigen zusammenhangenden Leiterbahnende oder bevorzugt an zwei separaten Leiterbahnenden (die zu zwei verschiedenen Leiterbahnen gehoren).A special feature of the printed circuit board 10a or a battery module formed therewith is, however, that one of these apertures, here the aperture 20a , not next to the electrical contact 5a but extends within this circuit board area, wherein the on the circuit board 10a connected contact end in the region of this aperture 20a is omitted. The electrical contact 5a has in the example shown a "slotted end" with a slit width, the width of the aperture 20a equivalent. The contact end thus has two contact tabs 7a and 9a , each on the circuit board 10a are contacted (eg, angelotet), whether on a single interconnected trace end, or preferably on two separate trace ends (which belong to two different traces).

Hinsichtlich des vom Temperatursensor 14a und der Kontaktlasche 7a eingenommenen Leiterplattenbereiches gilt dasselbe wie oben fur das Ausführungsbeispiel gemaß der 1 und 2 erlautert: Dieser Leiterplattenbereich ist durch die Aperturen 16a, 18a und 20a thermisch von anderen Leiterplattenbereichen isoliert, so dass mittels des Temperatursensors 14a die Temperatur der Kontaktlasche 7a gemessen wird, wobei diese Temperatur reprasentativ für die entsprechende Batteriezellentemperatur ist.Regarding the temperature sensor 14a and the contact tab 7a assumed board area applies the same as above for the embodiment according to the 1 and 2 Explains: This PCB area is through the apertures 16a . 18a and 20a thermally insulated from other circuit board areas, so that by means of the temperature sensor 14a the temperature of the contact tab 7a is measured, this temperature is representative of the corresponding battery cell temperature.

Dieser Leiterplattenbereich ist im dargestellten Beispiel aufgrund der Existenz der Apertur 20a jedoch auch in einem gewissen Ausmaß thermisch isoliert von der zweiten Kontaktlasche 9a. Insofern ist es bei dieser Ausgestaltung möglich, die Kontaktlasche 9a als einen ”Wärmeubertragungspfad” zu nutzen, ohne damit die Temperaturmessung mittels des Temperatursensors 14a stark zu verfalschen. Durch die Ausgestaltung mit den zwei Kontaktlaschen 7a, 9a konnen somit z. B. zwei Temperaturpfade, einerseits fur eine Entwarmung der auf der Leiterplatte 10a befindlichen Elektronik hin zur Batteriezelle und andererseits fur eine Entwärmung der Batteriezelle hin zu einer Leiterbahn der Leiterplatte 10a getrennt werden.This circuit board area is in the illustrated example due to the existence of the aperture 20a but also to some extent thermally isolated from the second contact tab 9a , In this respect, it is possible in this embodiment, the contact tab 9a as a "heat transfer path" to use, without the temperature measurement by means of the temperature sensor 14a strongly corrupt. Due to the design with the two contact tabs 7a . 9a can thus z. B. two temperature paths, on the one hand for a dehumidification of the circuit board 10a located electronics to the battery cell and on the other hand for a cooling of the battery cell towards a conductor track of the circuit board 10a be separated.

Durch die thermische Trennung der Kontaktlaschen 7a und 9a auf der Leiterplatte 10a mittels der als Schlitz bis hin zum Leiterplattenrand ausgebildeten Apertur 20a wird die zu sensierende Stelle (hier: Kontaktlasche 7a) von der thermischen Entwicklung/Erwarmung, welche im Betrieb des betreffenden Batteriemoduls verursacht werden kann, getrennt. Dadurch wird eine Beeinflussung durch die entstehende Verlustleistung im Messbereich des Temperatursensors 14a minimiert bzw. vermieden.Due to the thermal separation of the contact tabs 7a and 9a on the circuit board 10a by means of the aperture formed as a slot up to the circuit board edge 20a becomes the point to be sensed (here: contact tab 7a ) is separated from the thermal development / heating which may be caused during the operation of the battery module in question. This has an effect on the resulting power loss in the measuring range of the temperature sensor 14a minimized or avoided.

Claims (6)

Leiterplatte (10) mit einer Überwachungselektronik (12, 14) zur Überwachung von Batteriezellen und mit Leiterbahnenden zum Anschluss von elektrischen Kontakten (5) der Batteriezellen, wobei die Überwachungselektronik (12, 14) für einen Batteriezellenausgleich vorgesehene elektrische Widerstände (12) umfasst, und wobei die Überwachungselektronik (12, 14) für eine Batteriezellen-Temperaturmessung wenigstens einen Temperatursensor (14) umfasst, der unmittelbar benachbart zu einem der Leiterbahnenden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Temperatursensor (14) und dem zugehörigen Leiterbahnende eingenommener Leiterplattenbereich durch mehrere um den Leiterplattenbereich herum angeordnete Leiterplattenaperturen (16, 18, 20) thermisch isoliert ist, wobei die Widerstände (12) außerhalb des thermisch isolierten Leiterplattenbereiches angeordnet sind, und wobei verbleibende Leiterplattenstege zwischen einander benachbarten Leiterplattenaperturen (16, 18, 20) dazu genutzt sind, Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors (14) und/oder des am Leiterbahnende angeschlossenen Kontaktes (5) in andere Bereiche der Leiterplatte (10) zu führen.Printed circuit board ( 10 ) with a monitoring electronics ( 12 . 14 ) for monitoring battery cells and with conductor ends for connecting electrical contacts ( 5 ) of the battery cells, wherein the monitoring electronics ( 12 . 14 ) provided for battery cell compensation electrical resistances ( 12 ), and wherein the monitoring electronics ( 12 . 14 ) for a battery cell temperature measurement at least one temperature sensor ( 14 ) disposed immediately adjacent to one of the conductor ends, characterized in that one of the temperature sensors ( 14 ) and the associated printed conductor end area by a plurality of printed circuit board apertures arranged around the printed circuit board region (US Pat. 16 . 18 . 20 ) is thermally insulated, wherein the resistors ( 12 ) are disposed outside of the thermally insulated printed circuit board area, and wherein remaining printed circuit board webs between adjacent printed circuit board apertures ( 16 . 18 . 20 ) are used, conductor tracks for electrical contacting of the temperature sensor ( 14 ) and / or the contact connected to the conductor end ( 5 ) in other areas of the circuit board ( 10 ) respectively. Leiterplatte (10) nach Anspruch 1, wobei der minimale Abstand zwischen den Widerständen (12) und dem Leiterbahnende mindestens so groß ist wie der minimale Abstand zwischen den Widerständen (12) und jeder der Leiterplattenaperturen (16, 18, 20), welche dieses Leiterbahnende thermisch isolieren.Printed circuit board ( 10 ) according to claim 1, wherein the minimum distance between the resistors ( 12 ) and the conductor end is at least as large as the minimum distance between the resistors ( 12 ) and each of the PCB apertures ( 16 . 18 . 20 ), which thermally isolate this conductor end. Leiterplatte (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperatursensor (14) als ein SMID-Bauteil ausgebildet ist.Printed circuit board ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the temperature sensor ( 14 ) is formed as an SMID component. Leiterplatte (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterplattenaperturen (16, 18, 20) jeweils langgestreckt sind.Printed circuit board ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the printed circuit board apertures ( 16 . 18 . 20 ) are each elongated. Elektrischer Energiespeicher, insbesondere Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend wenigstens einen aus mehreren Batteriezellen gebildeten Batteriezellenblock (3), an welchem eine Leiterplatte (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche angeschlossen ist.Electrical energy store, in particular traction battery for an electric or hybrid vehicle, comprising at least one battery cell block formed from a plurality of battery cells ( 3 ), on which a printed circuit board ( 10 ) is connected according to one of the preceding claims. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 5, wobei wenigstens einige der an den Leiterbahnenden angeschlossenen elektrischen Kontakte (5) als gemeinsame elektrische Kontakte von zwei in Parallel- oder Reihenschaltung miteinander verschalteten Batteriezellen vorgesehen sind.The electrical energy store according to claim 5, wherein at least some of the electrical contacts connected to the conductor ends ( 5 ) are provided as common electrical contacts of two connected in parallel or series connection with each other battery cells.
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