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`
`Sawered by SPO and Googie
`
`This translation is machine-generated. It cannot be guaranteed thatit is intelligible, accurate,
`complete, reliable or fit for specific purposes. Critical decisions, such as commercially relevant or
`financial decisions, should not be based on machine-translation output.
`
`ABSTRACT DE102013213527A1
`
`10 Battery mcdule with at least two battery cells, the at least two battery cells comprising electrical
`cell contacts, the cell contacts being conductively connected to one anotherby at least one cell
`connector, the at least one cell connector comprising a bonding wire and/or a bonding tape.
`
`03-03-2023
`
`1
`
`

`

`Deutsches
`Patent- und Markenamt
`
`BS Ca
`
`CO DE 10 2013 213 527 A1 2015.01.15
`
`(12)
`
`Offenlegungsschrift
`
`(51) Int Cl: HO1M 2/20 (2006.01)
`(21) Aktenzeichen: 10 2013 213 527.0
`(22) Anmeldetag: 10.07.2013
`HO1M 2/22 (2006.01)
`(43) Offenlegungstag: 15.01.2015
`HO1M 10/058 (2010.01)
`
`
`(71) Anmelder:
`Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
`
`(56) Ermittelter Stand der Technik:
`US 2008/0241667
`A1
`EP
`2284941
`A1
`
`(72) Erfinder:
`Angerbauer, Ralf, 71696 Moglingen, DE; Ruehle,
`
`Andreas, 70374 Stuttgart, DE
`
`
`
`Rechercheantrag gemaf& § 43 Abs. 1 Satz 1 PatG ist gestellt.
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`
`(54) Bezeichnung: Elektrischer Zellverbinder fur ein Batteriemodul
`
`20(3)
`
` ge
` 204voysoweq
`
`(57) Zusammenfassung: Batteriemodul mit mindestens zwei
`Batteriezellen, wobei die mindestens zwei Batteriezellen
`elektrische Zellkontaktierungen umfassen, wobei die Zell-
`kontaktierungen durch mindestens einen Zellverbinder mit-
`einander leitend verbunden sind, wobei der mindestens eine
`Zellverbinder einen Bonddraht und/oder ein Bondband um-
`fasst.
`
`10(3) 12(1)
`
`10(4)
`
`10(2)
`
`10(1)
`
`

`

`DE 10 2013 213 527 A1
`
`2015.01.15
`
`Beschreibung
`
`Stand der Technik
`
`[0001] Die Erfindung geht aus von einem elektri-
`schen Zellverbinder fur ein Batteriemodul. Aus dem
`Stand der Technik sind Zellverbinder bekannt, wel-
`che mindestens zwei Batteriezellen eines Batterie-
`moduls elektrisch leitend verbinden. Hierzu werden
`beispielsweise dinne, geschichtete, wellenférmig ge-
`formte Bleche verwendet.
`
`Offenbarung der Erfindung
`
`[0002] Nachteilig an dem bekannten Stand der
`Technik ist, dass fir die Herstellung und Montage ei-
`nes Zellverbinders verschiedene Herstellungsschritte
`notwendig sind. So wird der elektrische Zellverbinder
`aus einem Stuck gefertigt oder aus mehreren elek-
`trisch leitfahigen Materialien zusammengefugt, wobei
`fiir die elektrische und mechanische Verbindung bei-
`spielsweise eine Aussparung mit einer hohen Mess-
`genauigkeit in den Zellverbinder gestanzt wird. Zum
`Ausgleich von Toleranzen der Batteriezellen und Ei-
`genbewegungen derZellen wird der elektrische Zell-
`verbinder an mindestens einer Stelle zusatzlich ge-
`bogen. AnschlieBend wird der elektrische Zellverbin-
`der mit den Batteriezellen verschweiRt, verklebt oder
`verklemmt.
`
`Vorteile der Erfindung
`
`[0003] Die erfindungsgemake Vorgehensweise mit
`den kennzeichnenden Merkmalen der unabhangigen
`Anspruche weist demgegentberden Vorteil auf, dass
`zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung
`zwischen mindestens zwei Batteriezellen ein Zell-
`verbinder mindestens einen Bonddraht und/oder ein
`Bondband umfasst.
`
`[0004] Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen der
`vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Un-
`teranspruche.
`
`[0005] Vorteilhafterweise wird als Material fur den
`Bonddraht und/oder das Bondband Aluminium oder
`Aluminium-Silizium oder Kupfer oder Gold zur Verrin-
`gerung von Leitungsverlusten verwendet.
`
`in
`[0006] Vorteilhafterweise weist der Bonddraht
`Abhangigkeit einer spezifischen Energiedichte, bei-
`spielsweise 200Wh/kg, und einer Anzahl der Batterie-
`zellen des betreffenden Batteriemoduls einen Durch-
`messer zwischen 200um und 6GO00um auf, so dass
`ein maximaler Stromfluss von beispielsweise 20A
`durch den Bonddraht gewahrleistet ist, ohne dass
`der Bonddraht beispielsweise durch Warmeeinwir-
`kung beschadigt wird.
`
`[0007] Vorteilhafterweise weist das Bondband in
`Abhangigkeit einer spezifischen Energiedichte, bei-
`spielsweise 240Wh/kg, und einer Anzahl der Batterie-
`zellen des betreffenden Batteriemoduls einen recht-
`eckigen Querschnitt mit einer Breite zwischen 150um
`und 5000um und einer Héhe zwischen 100um und
`500um auf, so dass ein maximaler Stromfluss von
`beispielsweise 80A durch das Bondband gewahrleis-
`tet ist, ohne dass das Bondband beispielsweise durch
`Warmeeinwirkung beschadigt wird.
`
`[0008] Vorteilhafterweise treten bei Verwendung ei-
`nes Bondbands weniger Schaden an Kontaktierungs-
`flachen auf, wie beispielsweise Bruchstellen an Kon-
`taktierungsflachen durch zu starke Biegungen des
`Bonddrahts. Dadurch ist es moglich, denselben Ab-
`stand mit einem, im Vergleich zu einem Bonddraht,
`kurzeren Bondband zu Uberbriicken.
`
`[0009] Vorteilhafterweise sind bei einer elektrisch
`leitenden Verbindung, welche mehr als einen Bond-
`draht und/oder mehr als ein Bondbandals Zellverbin-
`der umfasst, Kontaktierungsflachen der Bonddrahte
`und/oder der Bondbander nebeneinander auf einer
`Zellkontaktierungen der Batteriezelle und/oder auf-
`einander auf der Zellkontaktierung der Batteriezelle
`angeordnet.
`
`[0010] Um eine elektrische leitende Verbindung zwi-
`schen dem Bonddraht und/oder dem Bondband und
`einer Zellkontaktierung der Batteriezelle herzustel-
`len, werden verschiedene Verfahrensvarianten wie
`ein Thermokompressionsbonden (TC-Bonden), ein
`Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden (TS-Bonden) und/
`oder ein Ultraschall-Wedge-Wedge-Bonden (US-
`Bonden) eingesetzt.
`
`[0011] Diese Verfahren werden beispielsweise an-
`hand eines verwendeten Materials der Bonddrahte
`oder des Bondbands ausgewahlt. So wird das TC-
`Bonden fur ein Drahtbonden selten eingesetzt, da die
`fir eine Verbindung ndtigen hohen Krafte und Tem-
`peraturen zu einer Beschadigung der Verbindungs-
`elemente fihren k6nnen, wohingegen das Verfahren
`jedoch fiir ein Bandbonden geeignetist. Wird Gold
`oder Kupfer als Material fur die Bondrahte oder Bond-
`bander verwendet, so eignet sich das TS-Bonden.
`Wird hingegen Aluminium bzw. Aluminium-Silizium
`als Material fur die Bonddrahte oder Bondbander ver-
`wendet, so eignet sich vorteilhafterweise das US-
`Bonden.
`
`[0012] Vorteilhafterweise ist eine neue Geometrie
`und/oder eine neue Anordnung von Batteriezellen
`aufgrund der mechanischen Flexibilitat der Bond-
`drahte und/oder der Bondbander als Zellverbinder
`moglich. Vorteilhafterweise lassen sich neue Geome-
`trien durch Verwendung der Bonddrahte und/oderder
`Bondbander mit einem geringen Anderungsaufwand
`an Bondmaschinen umsetzen.
`
`2/5
`
`

`

`DE 10 2013 213 527 A1
`
`2015.01.15
`
`[0013] Vorteilhafterweise wird durch jeden einzelnen
`Zellverbinder aufgrund eines verringerten Materialbe-
`darfs Gewicht eingespart, wodurch beispielsweise ei-
`ne Reichweite eines Fahrzeugs vergrdfSert wird.
`
`[0014] Vorteilhafterweise ist eine Reparatur von de-
`fekten elektrischen Verbindungen zwischen Zellkon-
`taktierungen,
`im Vergleich zwischen einer Verwen-
`dung von Bonddrahten und/oder Bondbandern und
`einer Verwendung von Zellverbindern nach dem
`Stand der Technik mit vergleichsweise geringem
`Aufwand mdglich. Um eine defekte elektrische Ver-
`bindung zu reparieren wird mindestens ein neuer
`Bonddraht und/oder ein neues Bondband mit den
`Zellkontaktierungen mittels Bonden elektrisch kon-
`taktiert, wobei vorteilhafterweise aufgrund geringer
`Querschnitte der Bonddrahte und/oder Bondbander
`ausreichend Kontaktierungsflachen auf den Zellkon-
`taktierungen vorhanden sind.
`
`[0015] Vorteilhafterweise wird durch eine Kontaktie-
`rung von redundanten Bonddrahten und/oder Bond-
`bandern, beispielsweise durch mindestens ein wei-
`teres Bondband zwischen zwei Zellkontaktierungen,
`welchesnicht zur Gewahrleistung eines ausreichend
`hohen Stromfluss notwendig ist, eine vom jeweili-
`gen Batteriemodul abhangige Ausfallwahrscheinlich-
`keit verringert.
`
`[0016] Vorteilhafterweise sind weniger Herstellungs-
`schritte zur Kontaktierung von Batteriezellen durch
`Bonddrahte und/oder Bondbanderals Zellverbinder
`notwendig, wodurch ein geringerer technischer Auf-
`wandfur einen Herstellungsprozess von Batteriemo-
`dulen notwendig ist und einen héheren Automatisie-
`rungsgrad ermdglicht.
`
`[0017] Vorteilhafterweise wird das Batteriemodul in
`einer Lithium-lonen-Batterie verwendet.
`
`Kurzbeschreibung der Figuren
`
`[0018] Ausfthrungsbeispiele der Erfindung sind in
`der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
`Beschreibung nahererlautert.
`
`[0019] Es zeigt:
`
`1 eine Ausfiihrungsform gemak dem
`[0020] Fig.
`Stand der Technik; und
`
`[0021] Fig. 2 eine Ausfuhrungsform der erfindungs-
`gemaken Vorrichtung.
`
`Detaillierte Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
`
`[0022] Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen
`Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
`
`Batteriezellen
`vier
`zeigt
`1
`[0023] Fig.
`10(1), 10(2), 10(3), 10(4) eines Batteriemoduls 1 mit
`Zellkontaktierungen 11(1), 11(2), 11(3), 11(4), 12(1),
`12(2), 12(3), 12(4), die Uber elektrische Zellverbinder
`13(1), 13(2), 13(3), 13(4) miteinander elektrisch lei-
`tend verbunden sind, so dass eine Reihenschaltung
`der Batteriezellen 10(1), 10(2), 10(3), 10(4) entsteht,
`gemak einer AusfUhrungsform nach dem Stand der
`Technik. Beispielsweise ist der Pluspol der Batterie-
`zelle 10(1) mittels der Zellkontaktierung 12(1) Uber
`den elektrischen Zellverbinder 13(2) mit dem Minus-
`pol der Batteriezelle 10(2) mittels der Zellkontaktie-
`rung 11(2) verbunden.
`
`[0024] Der elektrische Zellverbinder 13(4) umfasst
`ein erstes Verbindungselement 13(4a), ein zweites
`Verbindungselement 13(4c), sowie ein gebogenes
`Verbindungselement 13(4b), welches das erste Ver-
`bindungselement 13(4a) mit dem zweiten Verbin-
`dungselement 13(4c) elektrisch verbindet. Um ei-
`ne elektrisch leitende Verbindung und mechanische
`Verbindung zwischen der Zellkontaktierung 11(1) und
`einer Zellkontaktierung einer weiteren Batteriezelle
`mittels des Zellverbinders 13(1) herzustellen, weist
`beispielsweise der Zellverbinder 13(1) eine Ausspa-
`rung 13(1d) auf.
`
`[0025] Der elektrische Zellverbinder 13(4) kann aus
`einem Stuck gefertigt sein, oder aus verschiede-
`nen, elektrisch leitfahigen Materialien zusammenge-
`fugt sein. Durch das gebogene Verbindungselement
`13(4b) werden Toleranzen der Batteriezellen und Ei-
`genbewegungen der Zellen ausgeglichen. Der elek-
`trische Zellverbinder 13(4)
`ist mit den Batteriezel-
`len 10(3), 10(4) verschweift oder verklebt oder ver-
`klemmt.
`
`Batteriezellen
`vier
`zeigt
`2
`[0026] Fig.
`10(1), 10(2), 10(3), 10(4) eines Batteriemoduls 2 ge-
`mak einer Ausfihrungsform der Erfindung mit Zell-
`kontaktierungen 11(1), 11(2), 11(3), 11(4), 12(1),
`12(2), 12(3), 12(4), die Uber elektrische Zellverbinder
`20(1), 20(2), 20(3), 21 miteinander elektrisch leitend
`verbunden sind, so dass eine Reihenschaltung der
`Batteriezellen 10(1), 10(2), 10(3), 10(4) entsteht.
`
`[0027] In einer vorteilhaften Ausfihrungsform um-
`fasst der elektrische Zellverbinder 20(1) einen einzel-
`nen Bonddraht mit einer ersten Kontaktierungsflache
`20(1a) auf einer ersten Zellkontaktierung 11(4) und
`einer zweiten Kontaktierungsflache 20(1b) auf einer
`zweiten Zellkontaktierung 12(3). In einer alternativen
`Ausfuhrungsform umfasst der elektrische Zellverbin-
`der 20(2) mindestens zwei Bonddrahte.
`
`[0028] In einer weiteren alternativen Ausfluhrungs-
`form umfasst der elektrische Zellverbinder 21 ein
`Bondband mit einer ersten Kontaktierungsflache
`21(a) auf einer ersten Zellkontaktierung 11(2) und
`einer zweiten Kontaktierungsflache 21(b) auf einer
`
`3/5
`
`

`

`DE 10 2013 213 527 A1
`
`2015.01.15
`
`zweiten Zellkontaktierung 12(1). Mittels des Zellver-
`binders 20(3) wird eine elektrisch leitende Verbin-
`dung zwischen der Zellkontaktierung 11(1) und einer
`Zellkontaktierung einer weiteren Batteriezelle herge-
`stellt.
`
`[0029] Als Material fiir den mindestens einen Bond-
`draht und das mindestens eine Bondband wird Alumi-
`nium, Aluminium-Silizium, Kupfer oder Gold verwen-
`det.
`
`[0030] Vorteilhafterweise betragt der Durchmesser
`des Bonddrahts zwischen 500yum und 600 um, so
`dass ein maximaler Stromfluss von 20A durch den
`Bonddraht gewahrleistet ist, ohne dass der Bond-
`draht beispielsweise durch Warmeeinwirkung be-
`schadigt wird.
`
`[0031] In einer ersten vorteilhaften Ausfihrungs-
`form betragt die Breite des Bondbands 2000um und
`die Héhe des Bondbands 200um, hierdurch kénnen
`zwei Bonddrahte mit einem Durchmesser von 500um
`durch ein Bondband ersetzt werden.
`
`[0032] In einer zweiten vorteilhaften Ausflhrungs-
`form betragt die Breite des Bondbands 4000um und
`die Héhe des Bondbands 200um, hierdurch kénnen
`vier Bonddrahte mit einem Durchmesser von 500um
`durch ein Bondband ersetzt werden.
`
`[0033] In einer dritten vorteilhaften Ausfuhrungsform
`betragt die Breite des Bondbands 5000um und die
`Hdhe des Bondbands 300um, hierdurch kénnen sie-
`ben Bonddrahte mit einem Durchmesser von 500yum
`durch ein Bondband ersetzt werden.
`
`[0034] Vorteilnafterweise betragt die Lange der
`Bonddrahts und/oder des Bondbands zwischen 10
`mm und 50mm, um eine ausreichende mechani-
`sche Stabilitat zwischen zwei Kontaktierungsflachen
`20(1a), 20(1b) bzw. 21(a), 21(b) zu erreichen.
`
`Patentanspriiche
`
`1. Batteriemodul (2) mit mindestens zwei Batterie-
`zellen (10(1), 10(2), 10(3), 10(4)), wobei die mindes-
`tens zwei Batteriezellen (10(1), 10(2), 10(3), 10(4))
`elektrische Zellkontaktierungen (11(1), 11(2), 11(3),
`11(4), 12(1), 12(2), 12(3), 12(4)) umfassen, wobei die
`Zellkontaktierungen (12(1), 11(2) bzw. 12(2), 11(3)
`bzw. 12(3), 11(4)) durch mindestens einen Zellver-
`binder (20(1), 20(2), 20(3), 20(4)) miteinanderleitend
`verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der
`mindestens eine Zellverbinder (20(1), 20(2), 20(3),
`20(4)) einen Bonddraht und/oder ein Bondband um-
`fasst.
`
`2. Batteriemodul (2) nach Anspruch 1, dadurch
`gekennzeichnet, dass als Material fur den Bond-
`
`draht und/oder das Bondband Aluminium oder Alumi-
`nium-Silizium oder Kupfer oder Gold verwendetwird.
`
`3. Batteriemodul (2) nach einem der vorhergehen-
`den Anspriche, dadurch gekennzeichnet, dass der
`Bonddraht einen Durchmesser zwischen 200um und
`600um aufweist.
`
`4. Batteriemodul (2) nach einem der Anspriche 1
`oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bonc-
`band eine rechteckigen Querschnitt mit mit einer H6-
`he zwischen 100um und 500um aufweist.
`
`5. Batteriemodul (2) nach Anspruch 4, dadurch
`gekennzeichnet, dass das Bondband eine Breite
`zwischen 150um und 2500um aufweist.
`
`6. Batteriemodul (2) nach Anspruch 4, dadurch
`gekennzeichnet, dass das Bondband eine Breite
`zwischen 2500um und 5000um aufweist.
`
`7. Batteriemodul (2) nach einem der vorhergehen-
`den Ansprtche, dadurch gekennzeichnet, dass der
`Bonddraht und/oder das Bondband eine Lange zwi-
`schen 10mm und 50mm aufweist.
`
`(2) nach einem der vorherge-
`8. Batteriemodul
`henden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass
`bei einem Zellverbinder (20(2)), welcher mehr als ei-
`nen Bonddraht und/oder mehr als ein Bondband als
`Zellverbinder umfasst, die Kontaktierungsflachen der
`Bonddrahte und/oder der Bondbander nebeneinan-
`der auf den Zellkontaktierungen (11(3), 12(2)) und/
`oder aufeinander auf den Zellkontaktierungen (11(3),
`12(2)) angeordnetsind.
`
`9. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch lei-
`tenden Verbindung zwischen mindestens zwei Bat-
`teriezellen (10(1), 10(2), 10(3), 10(4)) eines Batterie-
`moduls (2) nach einem der Ansprtche 1 bis 6, da-
`durch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende
`Verbindung durch eine Kontaktierungsflache (20(1a),
`20(1b), 21(a), 21(b)) zwischen mindestens einem
`Bonddraht und/oder mindestens einem Bondband
`und Zellkontaktierungen (12(1), 11(2) bzw. 12(2),
`11(3) bzw. 12(3), 11(4)) der mindestens zwei Batte-
`riezellen (10(1), 10(2), bzw. 10(2), 10(3) bzw. 10(3),
`10(4)) mittels Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden und/
`oder Ultraschall-Wedge-Wedge-Bonden und/oder
`Thermokompressionsbonden hergestellt wird.
`
`10. Verwendung eines Batteriemoduls (2) nach ei-
`nem der Anspruche 1 bis 8 fur eine Lithium-lonen-
`Batterie.
`
`Es folgt eine Seite Zeichnungen
`
`4/5
`
`

`

`Fig. 1
`
`Fig. 2
`
`DE 10 2013 213 527 A1
`
`2015.01.15
`
`Anhangende Zeichnungen
`
`12(4)
`
`11(3)
`
`12(2)
`
`11(1)
`
`13(1d
`
`20(3)
`
`(1d)
`BX
`
`10(4)
`
`10(3)
`
`10(2)
`
`10(1)
`
`11(2)
`
`12(1)
`
`5/5
`
`