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`Notice
`This translation is machine-generated. It cannot be quaranteed that it 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-transtaticn output.
`
`ABSTRACT DE102014212247A4
`
`io Batiery module with at least one batiery cell, wherein the battery module comprises a cell
`monitoring unit, wherein the cell monitoring unit is electrically conductively connected to a
`flexible printed circuit board by means of at least one bonding wire and/or atleast one bonding
`
`tape.
`
`03-03-2023
`
`1
`
`

`

`
`
`Deutsches
`Patent- und Markenamt
`
`CODE 10 2014 212 247 Ai 2015.12.31
`
`a8)
`
`Offenlegungsschrift
`
`(24) Aktenzeichen 1 2044 242 247.3
`(22) Anmalidatag: 28.06.2014
`(43) Offenlegungsiag: 34.12.2045
`
`
`(84) int Ch HOH 13/48 (2006.01)
`
`71} Anmelver:
`Rabert Bosch GmbH, 70468 Siutigart, DE
`
`i
`
`;
`.
`(72) Exfinder:
`Schwwinel, Emilia, 70563 Stuttgart, DE; Mueller,
`Carsten, 70469 Stuttgart, DE; Baumann, Stefan,
`Y288? ARenriet, OR; Ruehis, Andraas, 74321
`wee eet eee ee eee eee een ee eee ee eee eee eee eee eee eee eee eee eee Decne e cece eee ee eee ee eee ee eee eee eee ee ee eee eee eee eee eee eee eee eee
`Bistigheim-Bissingen, OF
`
`(58) Ermitteler Stand der Technik:
`DE 362034081964
`At
`DE 7) 2093 2686020
`Al
`UB 200910417458
`At
`US 2071/0 374982
`a4
`
`Rachercheanirag gemag § 45 Abs. 1 Satz 1 PatG ist gesieill,
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmeider singersichten Unterlagen entnommian
`
`(54) Bezeichnung: Elektrischer Verbinder Nir ein Batteriemodiut
`
`é-
`
`aim
`wf
`
`ms
`
`BBY BRYA
`a
`A aay
`
`Ses)ityi 803) (57) Zusammenfassung: Battenemodul mit mundesiens ei-
`
`nex Batlerkeasate, wobel das Battarieriacdul gine
`
`
`;
`chuvaasenne umfasst, wobel die Ze iberwachungsel
`
`
`nindestens
`und
`ans eines Bonddrahis
`}
`eines Bondbands mi siner fexiblen Leiferphatte elekidsch
`tetend verbundanist
`
`
`Sekibarwa-
`
`
`
`

`

`Di 10 2074 212 247 Al
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`Beschreibung
`
`Stand der Technik
`
`WOG01] Die Erfindung gehi aus von sinem elekin-
`schen Verbinder far sin Batleriemodul. Aus dem
`Stand der Technik sind elektrische Verbincder be-
`
`kann, welche mindestens sine Batteriezella cines
`Baiteriemoduls elekirisch Ieifend mit einer Erfas-
`
`sungseinheil verbinden, beispiclaweise mittels Ver-
`schweiRung von elektrisch leiftenden Drahten mil der
`Batteriezelle und der Erfassungseinhait.
`
`Offenbarung der Erfindung
`
`{O002] Nachteiig an dem bekannien Stand der
`Technik ist, dass fur eine Herstellung und Montage
`einer elekirisch leilenden Verbindung zwischen einer
`Batleriezeiis und einer Erfassungseinheit verschis-
`dens Herstellungsschritie notwendig sind. So wird ein
`élektrischer Verbinder beispieisweise aus elektrisch
`isitenden Drahten hergestelll, wobei die Drahte el-
`ne exakis Lange und eine Bisgung aufweisen miis-
`sen. Jeder siekinsche Verbinder wird mit mindesiens
`siner Batteriezelle und einer Enlassungseinhelt ver-
`schweillt oder verkiebt Die elekirisch letlenden Drah-
`ie werden anschlicend zu einem Kabelbaum 2u-
`
`sammengetasst.
`
`Vorigile der Erfindung
`
`{0003} Die eriindungsgamafse Vorgehansweise mit
`den kennzeichnenden Merkmaien der unabhangigen
`Anspruche weist demaecenuber den Vorteil auf, dass
`eine Zelliberwachungseinhelt mittels mindestens si-
`nes Bonddrahis und/ader mindesterns eines Bond-
`
`bands miteiner flexibien Letierptatte elekirisch leitend
`verbunden ist
`
`0004] Wertere vorisihafie Ausfuhrungsiornen der
`vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Un-
`teransprache.
`
`($005) Vorieilhafierweise wird ais Matenal for den
`Bonddraht und/oder das Bondband Aluminium, Alu-
`miniunSilizium, Kupfer oder Gold zur Verringerung
`von Leitungsverlusien verwendet. Weiter vorteilhafi
`kénnen der Bonddrant und/oder das Bondband mit-
`tels Waizplattieren hergestelll werden, beisnielswel-
`se durch Auforingen einer Kupferschicht auf sine Alu-
`miniumschicht, wobet diese Verbindung mechanisch
`unlosbar ist,
`
`in
`8006] Voricihafienweise weist der Bonddraht
`Abhangigkelt einer spezifischen Energiedichie, bei-
`spielsweise 200Whikg, und einer Anzahl der Batisrie-
`zelien des betreifenden Battenemoduls sinen Durch-
`messer zwischen 100um und 500um auf, so dass
`ein maximaler Stromfiluss von beispieisweise 204
`durch den Bonddraht gewahreistet ist, ohne dass
`
`der Bonddraht beispielsweise durch Warmesinwir-
`kung beschadiat wird.
`
`e007] Vorteihafierweise weist das Bondbancd in
`Abhangiqkelt einer spezifischen Energiedichis, bei-
`spisisweise 240Wh/ka, und einer Anzahl der Batteris-
`zellen des betreffendan Batteniemoduls einen recht-
`ackigen Querschnitt mit einer Breite zwischen 30um
`und 3000um und einer HGhe zwischen 7Oum und
`500umauf, so dass ein maximaler Stronvfluss von
`beispicisweise BOA durch das Bondband gewahrisis-
`tetist, ohne dass das Boncband beispieisweise durch
`Warmeeinwirkung beschadigt wird.
`
`f6008] Vorteilhafierweise weist der Boncddraht und/
`oder das Bondband eine Lange zwischen dmm und
`30mm auf, so dass eine mechanische Stabiliat si-
`chergesiellt ist und geringe Leitungswiderstande er-
`reicht werden.
`
`(6089) Vorteilhaflerweise umfasst die Zelluberwa-
`chungseinheit mindestens einen Spannungssenser,
`ainen Stromsensar, einen Temperatursensor, einen
`Widerstand und/oder ein Batlerismanagemenisys-
`tem, so dass durch die Zelluberwachunaseinheil beat
`spicisweise cine Spannung cinzelner Batteriezelien
`erfassi wird.
`
`i010] Vorteihafierweise ist die Zellberwachungs-
`ainheit innerhalb eines Bereich der flexiblen Leiter-
`
`nlatie angsordnet und die Zelliberwachungseainheit
`und die flexible Lelierplatte miisinander verklebt, ver-
`schraubt, veriGiel, verschweilfMt und/oder mitiels Arre-
`terungen mechanisch verbunden, wodurch eine be-
`sonders hohe Festigkeit erreicht wird und eine Aus-
`falirate beispielsweise auigrund van Vibralionen re-
`duziert wird.
`
`{6011] Vorteilhaflerweise weist die flexible Leiter-
`Matic als Grundmaisrial PET (Polyester), PEM (@s-
`iyethyiennaphtalal und/oder Pi (Palyimic) aud, wohei
`Letterbahnen mittels Druckverfahren oder Lithagra-
`phie auf das Grundmaterial aufgebracht werden.
`
`i604 2] Umi eine sisktrische leilende Verbindung zwi-
`schen dem Bonddraht und/oder dem Bondband und
`einer Stromschiens, einer Leiterbahn und/oder ei-
`ner Kontakiisrungsfiachen herzustellen, werden ver-
`schiedene Verfahrensvarianien wie ein Thermokam-
`pressionsbonden (TC-Bonden}, ein Thermosonic-
`Ball-Wwedge-Bonden (TS-Bondern} und/oder ein Ub
`traschall-Wedge-Wedge-Bonden (US-Bonden) ein-
`gesetzi.
`
`OOS] Diese Verfahren werden beispicisweise an-
`hand eines vernwendeten Materials der Ronddrahte
`
`oder des Bondbands ausgewahll. So wird das TC-
`Banden fdr ein Drahibonden selien eingeselzi, da die
`far eine Verbindung ndétigen hohen Krafte und Tem-
`peraturen zu einer Beschadigung der Verbindungs-
`
`aig
`
`

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`elemente fahren konnen, wohingegen das Verfah-
`ren jedoch fur ein Bandbonden geeignet ist. Wird
`Geid oder Kupfer als Material fur die Bonddrahte
`oder Bondbander verwendet, so signet sich das TS-
`Bonden. Wird hingecen Aluminium bzw. Aluminium-
`Silizium als Material fur die Bonddrahte oder Bond-
`
`bander verwendet, so cignet sich vorteilhafierwaise
`das US-Bonden.
`
`{oO14] Vorieilhafierweise ist cine bauraumoptimierte
`Anordnung von Batteriezelien aufgrund des, im Ver-
`gieich zu bisher vervendeten Kabelbaumen, gerin-
`geren Platzbedarfs der flexibien Leiterplatie, der Zell-
`uberwachungseinheil und den Bonddrahten und/oder
`dan Bondbandern mogiich.
`
`{O015] Vorieilhafierweise ist eine neue Geometric
`und/oder eine neue Anordnung von Batteriezelien
`avfgrund der mechanischen Fiextoitat der Bond-
`drahie und/oder der Bondbander als Zellverbinder
`
`méglich. Vorteilhafterweise lassen sich neue Geno-
`metien mit einem geringen Anderungsaufwand an
`Bondmaschinen umseizen.
`
`(004161 Vorieilhafierweise ist eine Reparatur von de-
`fekien elektrischen Verbindungen, bei einer Verwen-
`dung von flexibien Lerterpiatien, Zelluberwachungs-
`einnstien, Bonddrzihien unc/oder Bondbandem,
`im
`Vergisich zu bisherigen Verbindunastechniken rit
`vergisichsweise geringem Aufwand maogiich.
`
`O017] Vorieihafiarweise sind weniger Herstellunus-
`schritte zur Kontaktierung von Batteriezelien und dem
`Verbindungsmittel durch Bonddrahte und/oder Bond-
`bander notwendig, wodurch ein geringerer techni-
`scher Aufwand flr einen Herstellungsprozess von
`Batiteriemoduien notwendig ist und einen hdoheren
`Automatisierungsgrad ermdglicht.
`
`(0018) Vorieithafienweise wird das Batteniernadul in
`einer Lithium-lonen-, einer Lithtum-Schwefel- und/
`oder seiner Lithium-Luit-Batierie venvendet.
`
`Kurzbeschreibung der Figuren
`
`$0019] Ausfuhrungsbeispiele der Erfindund sind in
`der Zeichnung dargestellt und in der nachiolgender
`Beschretoung nahererigutert,
`
`(0020) Es zeict:
`
`{O027] Fig. 7 eine Ausiihrungsionm des erfindungs-
`gemaien Batterismodul: und
`
`0022] Fig. 2 sin Diagramm der beisnpiethafien
`stromiragiahickait in Abhangigkeit eines Burchmes-
`sers eines Bonddrahts.
`
`Detaillierie Reschreibung der Austuhrungsbeispicie
`
`9023] Gleiche Bezugszsichen bezeichnen in allen
`Figuren qieiche Vornchtungskomponenten.
`
`[0024] Fig. 1 zeigt ein Batisriemodul 1 mit mehreren
`Batteriazelian 2(49}, 2(2}, 23}, 204), wobsi jade Batic-
`riezelie 2(1}, 2{2}, 2{3}, 2{n} mindesiens zwei Zeilter-
`minals 9{1a}, 9(4b}, $(2a} aufweist.
`
`ist beispicisweise das Zellterminal
`1
`[6026] In Fig.
`${1a} mii einem pasitiven Pol der Batieriezelle 2{7}
`und das ZelHerminal $(ib} mit einern negativen Pol
`der Batieriezelle 2(4} mechanisch und elekirisch lei-
`lend verbunden. Zelllerminals unterschiedlicher Po-
`iarHtat sindi mitieis mindestens eines Zellverbinders
`
`8f4}, &(2), 8(3} elektrisch leitend rniteinanider verbun-
`den, beispielsweise istdas Zellterminal 9{4 b) der Bat-
`teriezelle 244} mii dem Zeltenninal 9(2a) der Batierie-
`velle 2(2} verbunden. Die Zellerverbinder 8{4), &¢2},
`8(3} sind als Bandcrahie und/ader Bondbander aus-
`gefuhrt.
`
`f6026] Erfindungsgemak umfasst das Batterternodul
`4 eine flexible Leiterplatie 3 und sine Zelluberwa-
`chungseinheit 4.
`In der in Fig.
`1 gezeiaten Ausfih-
`rungsform ist die Zelllberwachunagseinheit 4 inner-
`naib sines Bereichs derflexisien Leiterpiaite Sange-
`ordnei und die flexible Leiterplatie 3 und die Zeliber-
`wachungseinheit 4 sind mileinander verklebt.
`
`[0027] In aiternativen Austuhrungsiormen wird sine
`mechanischs Verbindung zwischen cer flexibien Lai-
`terplatte 3 und der Zelhernvachungseinhelt 4 durch
`Verschrauben, Veridten und/oder VerschweifSen er-
`alt.
`
`f6028] In einer welieren Ausfuhrungsform wird die
`z2elluberwachungseinheit 4 mittels elektronischer
`Bauteile direkt auf der flexiblen Leiterplatte 3 urmge-
`setzi, wodurch vorisiihafierwaise eine stare Leiter-
`nlatie der ZeHGberwachunaseinheit 4 enifalk.
`
`In einer weiferen Ausfihrungsiorm weilSt
`fO029]
`dis flexible Leterplatis 3 und/oder die elliberwa-
`chungseinheit 4 eine Vorrichtung zum Arretieren auf,
`so dass beispielsweise die Zelluberwachungseinheit
`4 reversibel mil der flexiblen Leltterplatie 3 mecha-
`nisch verbunden ist und vorteilhaflerveise im Faile
`eines Defekis getauschi wird.
`
`{G030] Die flexible Lelterplatte 3 weist beispielswei-
`se in der gezcigien Ausfihrungsform Stromschienen
`und/oder Vorricntungen zum Ladungsausdicich der
`Batieriezelicn 2(4}, 2{2}, 243}, 2m} aut. Die Zellterm:-
`nals $(ia}, S(1b}, $(2a}) sind mittels mindesitens ei-
`nem Bonddraht 6(4) und/oder sinem Bondband &{2)}
`alekirisch isitend mit der flexiblen Leiterplatte 4 ver-
`bunden, beispicisweise mit den Stramschienen, Lel-
`terbahnen, Kontaktierungsfiachen unc/oder den Var-
`
`3/8
`
`

`

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`richtungen zum Ladungsausgieich. Vorieilhatterwei-
`s¢ ist in der gezeigien Ausfihrunasform ein Tempe-
`raiursensor 7 mil der flexiblen Letterplatle 3 verbun-
`den.
`
`{O031] Die Zellibarnwachungseinhell 4 umfasst zur
`Ermitiung von Batlenemodulcigenschatien far das
`Batieriemodul
`1 wie heispieisweise Ladezustand
`Oc}, Gesundheitszustand (SOH),
`innenwider-
`sland mindestens einen Spannungssensoar, einen
`Stromsensor, einen Temperatursensor, einen Wider-
`stand und/aoderein Batierlemanagementsystem. Bie
`Zealttberwachungseinheit 4 ist mi der flexiblen Let-
`terplatie 3 mittels mindestens sinern Bonddraht 5{4}
`uind/ader einem Bondband §(2} clektisch istend ver-
`bunden und karin obeispieisweise mittels des Span-
`nungssensar eine Spannung ciner einzeinen Batie-
`riezelle 2(1}, 2(2), 2(3}, 2(n} oder aller Batteriezelien
`{4}, 2(2}, 243), 2(n} erfassen.
`
`$0032] Durch die Zellubenwachungseinhelt kann vor-
`jedhaflerweise die Sicherheii von Batleriemodulen 4
`erhoht wercen, da Fehler frihzeitig erkannt werden,
`so dass Sicherheitsmaknanmen bereits vor Auftreten
`eines Fehilers ergriffen werden kénnen und beispicis-
`weise cinzeine Batteriezelien 244}, 242}, 2(3}, 2in)} 2u-
`oder abgeschaliet werden.
`
`In einer weiteren Ausfuhrungsiorm sind die
`78033]
`Zelliberwachungseinheit 4 und/oder die flexible Lei-
`terplatte 3 mitiels elekinschlaitender Verbindungen
`unc/oder optischer Verbindungen mit werlersn Zell-
`uberwachungssinheiten 4, flexiblen Leiterplaticn 3
`und/oder Batieriemanagementsysiemen verbunden,
`beispielsweise miftels seiner Kabelverbindung und/
`oder mifteis eines Bussysiems.
`
`(0034) Vorieithatterweise erfassi ain zeantrales Batie-
`riemanagemenitsysiem Batterlemoduleigenschafien
`von mehreren Balleriemodulen 1, um Batteriecigen-
`schaiten anhand der Batleriemodufeigenschaften 21
`ermilieln.
`
`In Fig. 2 ist Gber einer Lange eines Bond-
`{O035]
`drahis (in Milimetern} sine Stromtragfahigkeil Gn Am-
`pere} von seinem Verhalinis Durchmesser des Boncd-
`drahis zu Lange des Bonddrahts aufgetragen. An-
`hand der dargestellien Kurven karin in Abhangigkelt
`einer nohvendigen Stromfestigkeit des Bonddrahis
`der Durchimesser gewahit werden, so dass sine Ge-
`wichisreduktion durch einen geringeren Materialbe-
`darf und eine Verringerung von Ubergangswiderstan-
`den erreichi wird.
`in Fig. 2 ist beispieisweise die
`Stramiyagianigkeit iir emen Bonddrahi 28 bzw. 24
`aus Aluminium mit einem Durchmesser von 5@0um
`bzw. 200um dargesiall.
`
`{80386] Vird cine besonders hohe Anforderung an
`eine mecnanische Siabiltat einer Bondverbindung
`des Bonddrahts gestelit, beispisisweise aufgrund ei-
`
`ner hohen Umgebungstemperatur des Batteriemo-
`duis 4 oder durch siarke Vibrationen, wird ein gréfke-
`rer Durchmesser des Bonddrahis qewahli, so dass
`oeispicisweise ein Abreiwert bei einem Durchmes-
`ser des Boriddrahis von 200um bei 500cN liegt.
`
`Patentanspruche
`
`1. Batteremodul () mit mindesiens einer Bat
`feriezelle (204), 2(2), 243}, 2{m}), wobel das Batte-
`femodcul (1) eine Zelluberwachungseinhalt (4) um-
`fasst, dadurch gekennzeichnat, dass dice Zelllber-
`wachungseinheit (4) miltieis mindestens eines Bond-
`drahis @(}) und/oder mindestens eines Bondbands
`(8(23) mil einer flexiblen Leilerplatte (3) elektisch lei-
`tend verbunden pst.
`
`2. Batterlernodul (1) nach Anspruch 1, dadurch
`gekennzeichnet, dass als Material far den Bond-
`draht (6(7$ unc/oder das Bondband (&(2}) Alumini-
`um, Aluminium-Silizium, Kupfer und/oder Gold ver-
`wendet wird.
`
`(4) nach einem der vornerge-
`3. Battehemodul
`henden Anspnichs, dadurch gekennzeichnet, dass
`der Bonddraht (84) einen Durchmesser zwischen
`700um und 500um aufweist
`
`4, Batteriemodul (1) nach einem der vorhergehen-
`den Anspriche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
`dass das Bandband (82) sine rechteckige Form mit
`ainer Breite zwischen 30um und 300Gum und einer
`Hohe zwischen 1Gum und 5G0um aufweist.
`
`5. Batleriemodul (1) nach einem der vorhergehen-
`den Ansproche, dadurch gakennzeichnet, dass der
`Bonddraht (8(4)) und/foder das Bondband 5{2}} eine
`Lange zwischen imm und 30mm aufweist.
`
`(1) nach einem der vorherge-
`8. Batteriemodul
`henden Ansnanichs, dadurch gekennzeichnet, dass
`die Zalliberwachungseinheit (4) mindestens einen
`Spannungssensar, einen Stromsensar, einen Tem-
`peratursensor, einen Widerstand und/oder ein Batte-
`remanagementsysiem umfasst,
`
`(4) nach einem der vorherge-
`?. Batleriemodul
`henden Ansorlche, dadurch gekennzeichnet, dass
`die Zellubenvachungseinheit (4) innerhalb eines Be-
`reichs der flexiblen Leiierplatte (3) angeordnetist und
`die Zelluberwachungseimheil (4) und die flexiole Lat
`jlerplatte (2) miteinander verklebt, verschraubt, verld-
`tet und/oder verschweift und/odermittels Arretierun-
`
`gan mechanisch veroundsn.
`
`8. Batteriemodul (2) nach einem der verhergehen-
`den Ansprichs, dadurch gekennzeichnet, dass die
`fiexidie Leiterpiatie ©) als Grundmaienal PET (Poly-
`aster}, PEM (Potyethylennaphtalat) und/oder PI (Pa-
`iyimid) aufweist.
`
`46
`
`

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`9. Verfahren zur Herstellung ciner clektrisch lei-
`tenden Verbindung nach einem der Ansprache 4
`bis 8, datiurch gekennzeichnet, dass cine elek-
`irisch isitende Verbindung zwischen der Zelluber-
`wachungseinheit
`(4) und der flexiblen Leiterplat-
`te (3} mitteis Thermosonic-Ball-Wedgs-Bonden, Ul-
`traschall-Wedge-Wedge-Bonden und/oder Thermo-
`kompressionsbonden mindestens eines Bonddranis
`(3(4}} und/oder eines Bondbands (8(2)) hergesteilt
`wird,
`
`10. Verwendung gines Batteriemoduls (4) nach el-
`nem der Anspriche 1 bis 8 flr eine Lithium-jonen-,
`Lithium-Schwefel- und/oder Lithtum-Luft-Batterie.
`
`Es frigt eine Seite Zeichnungen
`
`5/68
`
`

`

`DE 10 2014 212 247 Ai
`
`2015.12.31
`
`Anhangende Zeichnungen
`
` ro ri
`
`a(t)
`
`WEA geo.
`
`Fig. 1
`
`6/8
`
`