Nickel-Tabs für
Akku-Cell-Balancing (CCS)

Nickel-Plättchen auf flexibler Leiterplatte, an die Zelle geschweißt und an die FPC gelötet, für die Kontaktierung einzelner Zellen im Akku.

Nickel-Tabs | CCS-Leiterplatten | Akku-Cell-Balancing | Zellkontaktierung

Nickel-Plättchen auf flexiblen Leiterplatten
für Cell-Balancing und Zellkontaktierung (CCS)

Nickel-Tabs sind Nickel-Plättchen, die auf eine flexible Leiterplatte (FPC, Flexible Printed Circuit) gelötet und an die einzelnen Zellen eines Akkus geschweißt werden. Diese Baugruppe heißt Cell-Balancing-Leiterplatte oder Zellverbindungssystem (CCS, Cell Connection System, auch Cell Contacting System). Sie kontaktiert die Zellen, greift Spannung und Temperatur ab und führt diese Signale zum Batterie-Management-System (BMS, Battery Management System). Übliche Plättchen sind 0,20 mm oder 0,30 mm dick und bestehen je nach Legierung zu über 99 Prozent aus Nickel.

verschiedene Nickel-Plättchen an flexiblen CCS-Platinen, unten: Schlangenform zur Dehnungskompensation

Akkuzellen dehnen sich über die Betriebszeit aus. Flex-Geometrien an den Nickel-Tabs, zum Beispiel eine Schlangenform, kompensieren diese Längenänderung und entlasten Schweiß- und Lötstellen. Nickel ist hier das Material der Wahl, weil es sich sowohl mit Zinn löten als auch in mehreren Verfahren mit der Zelle verschweißen lässt. Zum Verschweißen kommen Widerstandspunktschweißen (Spot Welding), Laserschweißen und Ultraschallschweißen in Frage. Kupfer ist an dieser Stelle ungünstig, weil es Wärme stark ableitet und reflektiert und sich daher schlecht zuverlässig verschweißen lässt. Die Verbindung zur Leiterplatte erfolgt zusätzlich über eine Lochung im Plättchen, durch die das Zinn beim Löten hindurchsteigt und die Verbindung verfestigt. Eine rein flächige Verlötung ohne Löcher ist deutlich weniger stabil und kann zudem durch Aufschwimmen im Lötprozess für Positionsungenauigkeiten sorgen. Übliche Lochdurchmesser liegen bei 0,80 mm bis 1,0 mm, mehrere Lötdurchstiege je Plättchen erhöhen die Festigkeit und den Zinn-Abfluss.

Nickel-Plättchen mit Lochung zur Stabilisierung und Zinndurchstieg

Die Geometrie der Plättchen ist nahezu frei wählbar. Zu enge oder filigrane Stellen sind zu vermeiden, da die Plättchen dort brechen. Die Nickel-Tabs auf der FPC sind der erste Schritt. Reicht ihr Querschnitt für den Laststrom nicht aus, lassen sich zusätzlich Aluminium-Platten aufschweißen. Diese bilden einen eigenen Strompfad von Zelle zu Zelle. Die Flex-Platine selbst wird dadurch nicht stromtragfähiger und bleibt Signalebene. Anschließend kann die Baugruppe durch eine PET-Umformung (PET, Polyethylenterephthalat) dauerhaft in eine definierte 3D-Form gebracht werden. Beide Verfahren sind serientauglich, verursachen aber hohe einmalige Setup-Kosten. Die Abgrenzung zur klassischen Busbar-Technik steht weiter unten.

Vom CCS zum integrierten Modul

CCS mit Nickel-Tabs auf FPC ist der erste Schritt und deckt Zellkontaktierung, Spannungsabgriff und Temperaturmessung ab. Für den Laststrom reicht der Querschnitt der dünnen Nickel-Tabs nicht aus. Auch durch aufgeschweißte Aluminium-Platten wird die Flex-Platine selbst nicht stromtragfähiger. Die Aluminium-Platten bilden einen eigenen Strompfad und führen den Hauptstrom direkt von Zelle zu Zelle, an der Leiterplatte vorbei. Die FPC bleibt Signalebene. Die Baugruppe übernimmt damit die Busbar-Funktion, ohne dass ein separater Zellverbinder montiert wird. Die anschließende PET-Umformung bringt die Baugruppe dauerhaft in eine definierte 3D-Form. Die PET-Umformung ist dabei Formgebung und Isolation, keine Verbindungstechnik. Der Übergang von CCS zu Busbar liegt also nicht im PET-Schritt, sondern im stromführenden Querschnitt. Das Ergebnis ist ein Cell-Contacting-Modul, das Informations- und Leistungsebene in einem Bauteil vereint.

Wann verwendet man CCS mit Nickel-Tabs?

CCS mit Nickel-Tabs ist die richtige Wahl, wenn einzelne Zellen eines Akkupacks kontaktiert, überwacht und balanciert werden müssen. Typische Situationen: wenn Einzelverdrahtung oder Kabelbäume im Pack ersetzt werden sollen, wenn Bauraum und Gewicht kritisch sind, wenn viele Zellen reproduzierbar und automatisiert angebunden werden müssen, oder wenn Spannungs- und Temperaturabgriff mit der Zellverbindung in einer Baugruppe zusammengefasst werden sollen. Führt der Verbinder dagegen nur dauerhaft hohe Ströme und ist keine Zellüberwachung nötig, reicht eine klassische massive Busbar.

Für einmalige Muster ohne Serienabsicht ist CCS wegen der hohen einmaligen Setup-Kosten selten wirtschaftlich. Hier empfehlen sich klassische Kabelbäume.

Anwendungen

Elektromobilität (EV, Electric Vehicle):

Modul- und Pack-Verdrahtung in Traktionsbatterien.

E-Bike, E-Scooter, Pedelec:

kompakte Packs aus Rundzellen mit integriertem Zellabgriff.

Akku-Werkzeuge (Power-Tools):

Hochstrom-Packs mit robuster Schweißverbindung.

Stationäre Speicher, Heimspeicher, USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung):

Zellverbindung in größeren Modulverbänden.

Robotik, Drohnen (UAV, Unmanned Aerial Vehicle), Medizingeräte:

leichte, platzsparende CCS-Baugruppen.

Zellbauform:

CCS ist zellformunabhängig. Üblich, aber nicht darauf limitiert, sind zylindrische Zellen (18650, 21700, 4680), prismatische und Pouch-Zellen. Die Tab-Geometrie kann angepasst werden.

Abgrenzung: CCS mit Nickel-Tabs gegen massive Busbar

CCS und Busbar sind keine konkurrierenden Produkte, sondern zwei Funktionsebenen im Batteriemodul. Die Matrix zeigt die gängigen Unterschiede.

Merkmal	CCS mit Nickel-Tabs auf FPC (Leiton)	Massive Busbar / Zellverbinder
Primärfunktion	Zellkontaktierung, Spannungsabgriff, Temperaturmessung, Balancing-Anbindung.	Hauptstrompfad, Leistungsverbindung zwischen Zellen und Blöcken.
Leiter und Material	Dünne Nickel-Plättchen (0,20 bis 0,30 mm), aufgelötet, auf Kupfer-FPC.	Massiver Querschnitt aus Kupfer oder Aluminium, im Millimeterbereich.
Stromtragfähigkeit	Begrenzt, für Sense-Signale und moderate Ströme. Nickel schlechter leitfähig als Kupfer.	Hoch, trägt den Laststrom des Packs.
Signal und Sensorik	Integraler Bestandteil: Sense-Leitungen, NTC, ID-Tracking.	Oft nicht enthalten, reine Leistungsebene.
Zellanbindung	Widerstandspunkt-, Laser- oder Ultraschallschweißen der Tabs, Löten an die FPC.	Laserschweißen, Schrauben oder Bonden.
Formgebung	Dünn und flexibel, per PET-Umformung dauerhaft in 3D-Form bringbar.	Starr, Form durch Stanzen und Biegen.
Rolle im Modul	Informations- und Balancing-Ebene.	Leistungsebene.

Vorteile

Schweiß- und lötbar:

Nickel lässt sich an die Zelle schweißen (Widerstandspunkt-, Laser- oder Ultraschallschweißen) und an die FPC löten.

Signal und Leistung in einer Baugruppe:

Zellkontaktierung, Spannungsabgriff und Temperaturerfassung über NTC-Sensoren (NTC, Negative Temperature Coefficient, Heißleiter zur Temperaturmessung) auf einer Flex-Platine.

Belastbare Verbindung:

geschweißte Zellanbindung, Lötstellen über Lotdurchstiege im Plättchen verankert.

Freie Geometrie:

nahezu beliebige Plättchenform, Fixierungen auf der Flex-Platine verhindern Verrutschen und Verdrehen beim Löten.

Erweiterbar:

Aluminium-Platten für die Leistungsverbindung aufschweißbar (Busbar-Funktion), dauerhafte 3D-Form über PET-Umformung, Flex-zu-Starr-Verbindung im Hot-Bar-Verfahren.

Test und Rückverfolgbarkeit:

Widerstandsmessung, Protokollierung und ID-Tracking mit QR-Code, 100 Prozent Rückverfolgbarkeit.

Wichtige Hinweise:

Nickel ist schlechter leitfähig als Kupfer. Die Stromtragfähigkeit der Tabs wird daher über Querschnitt und Geometrie bestimmt und ist projektspezifisch auszulegen. Zu enge oder filigrane Stellen in der Plättchengeometrie sind zu vermeiden, da die Plättchen dort brechen.

Der Nickelanteil hängt von der Legierung ab und ist projektspezifisch festzulegen.

Cell-Balancing-Baugruppen sind generell setup-intensiv. Schon ohne optionale Verfahren erfordern die Überlänge der Flex-Platine und die Assemblierung der Plättchen eine Vielzahl von Vorrichtungen (Fixtures), dazu kommen Stanzwerkzeug, Schweiß- und Lötvorrichtungen. Das Aufschweißen von Aluminium-Kontakten und die PET-Umformung erhöhen die Setup-Kosten zusätzlich. Für Transport und Handling der meist langen und filigranen CCS-Baugruppen sind in der Regel kundenspezifische PET-Verpackungstrays erforderlich, die ebenfalls zu den einmaligen Setup-Kosten zählen. Alle diese einmaligen Kosten (NRE, Non-Recurring Engineering) amortisieren sich erst ab Serie. Für reine Muster ist der Stückpreis entsprechend höher.

Konformitätsnachweise wie RoHS und REACH sind auf Anfrage möglich.

Angebot anfragen

Was wir für eine belastbare Anfrage brauchen: Gerberdaten oder ein vergleichbares Format (ODB++, KiCAD, Eagle etc.) für das Flex-Layout, technische Zeichnungen der Nickel-Tabs (auf Wunsch schlagen wir Verbesserungen vor) und eine Stückliste (BOM, Bill of Materials) mit den zusätzlichen Bauteilen, meist NTCs und immer einem Stecker. Dazu Stückzahl und Zielserie. Optionale Verfahren wie Aluminium-Platten, PET-Umformung oder kundenspezifische Verpackungstrays sollten früh benannt werden, weil sie Werkzeuge und Setup-Kosten bestimmen.

Warum Leiton: technische Beratung von der Tab-Geometrie bis zum integrierten Modul, kundenspezifische Werkzeuge und Vorrichtungen, CAM-Prüfung (CAM, Computer Aided Manufacturing, Aufbereitung und Prüfung der Fertigungsdaten) und Serienfähigkeit aus einer Hand, 100 Prozent Test mit Widerstandsmessung und ID-Tracking, persönliche Erreichbarkeit. Projekte ordnet Leiton je nach Preis, Lieferzeit und Technologie passend ein, vom Muster bis zur Serie.

Jetzt unverbindlich Angebot für CCS mit Nickel-Tabs anfragen

Häufige Fragen

Wann ist CCS mit Nickel-Tabs sinnvoll, wann eine massive Busbar?

CCS ist sinnvoll, wenn einzelne Zellen kontaktiert, überwacht und balanciert werden müssen und Bauraum und Gewicht zählen. Eine massive Busbar bleibt die richtige Wahl, wenn ein einfacher Strompfad dauerhaft hohe Ströme führt und keine Zellüberwachung auf der Verbindung nötig ist. Die Kriterien im Einzelnen stehen in der Abgrenzungstabelle.

Warum bestehen die Tabs aus Nickel und nicht aus Kupfer?

Nickel lässt sich zuverlässig an die Zelle schweißen und mit Zinn an die Leiterplatte löten. Kupfer leitet Wärme stark ab und reflektiert sie, dadurch ist es schlecht reproduzierbar schweißbar. Die geringere Leitfähigkeit von Nickel wird über Querschnitt und Geometrie ausgeglichen, für hohe Lastströme werden zusätzlich Aluminium-Platten aufgeschweißt.

Wovon hängen die Kosten einer CCS-Baugruppe ab?

Vor allem von den einmaligen Setup-Kosten (NRE): Stanzwerkzeug, Schweiß- und Lötvorrichtungen, Fixtures, gegebenenfalls Werkzeuge für Aluminium-Platten, PET-Umformung und kundenspezifische Verpackungstrays. Dazu kommen Lagenaufbau und Länge der Flex-Platine, Anzahl der Tabs und Abgriffe sowie die Stückzahl, über die sich die einmaligen Kosten amortisieren.

Ab welcher Stückzahl ist CCS wirtschaftlich?

Eine feste Grenze gibt es nicht, die einmaligen Kosten dominieren. Der Stückpreis sinkt mit der Serie deutlich. Muster sind sinnvoll als Vorstufe einer geplanten Serie, als Einzelstücke sind sie entsprechend teurer. Wenn keine Serien geplant sind, sollte zunächst die Machbarkeit mit konventionellen Kabelbäumen geprüft werden.

Welche anderen Bezeichnungen sind für Nickel-Tabs und CCS üblich?

Für die Plättchen ist auch die Bezeichnung Nickel-Plättchen üblich. Die Gesamtbaugruppe heißt CCS (Cell Connection System, auch Cell Contacting System), Zellkontaktiersystem, Zellverbindungssystem oder Cell-Balancing-Leiterplatte. Gemeint ist dasselbe Produkt: Nickel-Tabs auf einer flexiblen Leiterplatte zur Kontaktierung und Überwachung einzelner Zellen. Nicht gemeint sind Nickel-Bänder als Rohmaterial für den Packbau sowie massive Zellverbinder oder Busbars, das ist eine andere Technologie.