Die Lithium-Ionen-Batterie im E-Auto benötigt ein durchdachtes Batterie-Wärmemanagement-System, um Leistung und Lebensdauer des Energiespeichers zu maximieren.

Die Lithium-Ionen-Batterie im E-Auto benötigt ein durchdachtes Batterie-Wärmemanagement-System, um Leistung und Lebensdauer des Energiespeichers zu maximieren. (Bild: AdobeStock 313099815, xiaoliangge)

Der Stromfluss in Elektrofahrzeug-Batterien, sowohl beim Laden als auch beim Entladen, erzeugt Wärme in den Zellen und den Verbindungssystemen. Zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Leistung der Lithium-Ionen-Batterie ist daher ein BTMS unerlässlich. Eine zu hohe Temperatur kann beispielsweise elektrochemische Systeme in den Zellen, die Ladeakzeptanz, die Leistungsabgabe, die Sicherheit, die Lebenszyklus-/Ersatzkosten sowie die Fahrstrecke beeinträchtigen.

Im Rahmen eines Automotive-Projekts hat Weco eine Stiftleiste für eine Platine für kommende Fahrzeuggenerationen entwickelt. Diese Platine regelt das Batterie-Wärmemanagementsystem in E-Autos. Die Anforderungen der Anwender ließen nur eine einseitige Bestückung der Leiterplatte zu, weshalb für die Stiftleiste auf SMD-Technologie zurückgegriffen wurde.

SMD-Technologie für Automotive-Modul

Bei dem entwickelte Modul für das Wärmemanagement der Batterie wurde eine Verbindung zweier Leiterplatten realisiert. Die PCBs lassen sich so im rechten Winkel zueinander positionieren. Durch eine Steckvariante ist auch möglich, die Verbindung wieder zu lösen. Die Lötung der Stiftleiste auf einer der beiden Platinen wird in SMD-Technologie ausgeführt. Diese Steck-/Löt-Lösung wird nicht nur in der Steuerung, sondern auch für die Spannungsversorgung eingesetzt.

Bild 1: Funktionsprinzip der Floating-Pin-Technologie. Ein frei beweglicher Stift sorgt für Koplanarität während des Reflow-Lötens und vermeidet thermischen Stress.
Bild 1: Funktionsprinzip der Floating-Pin-Technologie. Ein frei beweglicher Stift sorgt für Koplanarität während des Reflow-Lötens und vermeidet thermischen Stress. (Bild: Weco)

Bild 1 zeigt das Funktionsprinzip der beim Modul verwendeten Floating-Pin-Technologie. Ein in definierten Toleranzen frei beweglicher Stift sorgt für 100-prozentige Koplanarität während des Reflow-Lötprozesses und vermeidet damit Stress des Bauteils auf der Leiterplatte durch thermische Veränderungen.

Einfache Montage

Für den Steckbereich wurde eine spezielle Variante mit geringster Aufbauhöhe entwickelt, bei der die Stiftleiste direkt in die andere Leiterplatte gesteckt werden kann. Hierbei muss sowohl auf Vibrationsfestigkeit als auch auf eine wieder lösbare Verbindung geachtet werden. Der Vorteil: Die Lösung ist kostengünstig realisierbar, sehr einfach zu montieren und aufgrund der angewendeten, bereits erprobten Technologie auch schnell umsetzbar. Daher verging zwischen Anfrage des Anwenders und ersten umsetzbaren Konzepten nur etwa drei Wochen. Der aktuelle Prototyp soll ab 2024 in Serie gehen.

Technische Details

Die großpolige, gerade und für Verguss ausgelegte SMD-Stiftleiste ist im Raster 3,5 mm mit vertikal beweglichen Stiften ausgeführt. Das Gehäuse aus Hochtemperatur-Kunststoff erfüllt die DIN EN/IEC 60335-1. Die Bemessungs-Stoßspannung der Stiftleiste liegt bei 12 V, der Bemessungsstrom bei 5 A.

Der Beitrag beruht auf Unterlagen von Weco.

Die Autorin: Dr.-Ing. Nicole Ahner

Die Autorin: Dr. Nicole Ahner
(Bild: Hüthig)

Ihre Begeisterung für Hardcore-Physik und Materialentwicklung sorgte dafür, dass sie im Rahmen ihres Elektrotechnik-Studiums ihre wahre Berufung fand, die sie dann auch ins Zentrum ihres beruflichen Schaffens stellte: die Mikroelektronik und die Halbleiterfertigung. Nach Jahren in der Halbleiterforschung recherchiert und schreibt sie mittlerweile mit tiefem Fachwissen auch über elektronische Bauelemente. Ihr besonders Fables gelten Wide-Bandgap-Halbleitern, Batterien und Wasserstoff-Technologien und Materialentwicklung.

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