DE102014011220A1

DE102014011220A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer Energiespeicherzelle und einer Leiterblechstruktur

Info

Publication number: DE102014011220A1
Application number: DE102014011220.9A
Authority: DE
Inventors: David Vergossen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-02-04
Also published as: US20170207436A1; CN106575739A; CN106575739B; US10593923B2; WO2016015809A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer elektrischen Energiespeicherzelle (2) und einer elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3), wobei die elektrische Energiespeicherzelle (2) über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiterdraht (4) mit der Leiterblechstruktur (3) kontaktiert wird, wobei wenigstens ein elektrisch leitfähiger Leiterdraht (4) zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Energiespeicherzelle (2) mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) an eine der elektrischen Energiespeicherzelle (2) zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) angebunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer elektrischen Energiespeicherzelle und einer elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur, wobei die elektrische Energiespeicherzelle über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiterdraht mit der Leiterblechstruktur kontaktiert wird.
Es ist im Zusammenhang mit der Herstellung elektrischer Anordnungen, bestehend aus mehreren über eine elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur elektrisch miteinander kontaktierten elektrischen Energiespeicherzellen, d. h. insbesondere der Herstellung von mehrere elektrische Energiespeicherzellen umfassenden Energiespeicherzellmodulen, bekannt, jeweilige elektrische Energiespeicherzellen über elektrisch leitfähige Leiterdrähte mit der Leiterblechstruktur zu kontaktieren.
Gemäß einem bekannten Ansatz ist es dabei vorgesehen, die Leiterdrähte durch leiterblechstrukturseitige Durchbrechungen zu führen und an einer freiliegende Oberseite der Leiterblechstruktur zu kontaktieren.
Dieser Ansatz ist in fertigungstechnischer Hinsicht verbesserungswürdig, was sich insbesondere dadurch begründet, dass das Durchführen entsprechender Leiterdrähte durch leiterblechstrukturseitige Durchbrechungen vergleichsweise aufwändig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer elektrischen Energiespeicherzelle und einer elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiger Leiterdraht zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Energiespeicherzelle mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur an eine der elektrischen Energiespeicherzelle zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur angebunden wird.
Das Verfahren betrifft im Allgemeinen die Ausbildung von elektrisch leitfähigen Kontakten bzw. Verbindungen zwischen wenigstens einer elektrischen Energiespeicherzelle und wenigstens einer elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur. Das Verfahren ist insbesondere im Zusammenhang mit der Ausbildung von mehrere elektrische Energiespeicherzellen umfassenden Energiespeicherzellmodulen, wie sie beispielsweise zur elektrischen Versorgung kraftfahrzeugseitiger elektrischer Verbraucher in Kraftfahrzeugen eingebaut werden, einsetzbar.
Im Allgemeinen werden entsprechende elektrisch leitfähige Kontakte zwischen entsprechenden Energiespeicherzellen und der oder allgemein einer Leiterblechstruktur verfahrensgemäß dadurch ausgebildet, dass die Energiespeicherzellen jeweils über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiterdraht mit der oder allgemein einer Leiterblechstruktur elektrisch kontaktiert, d. h. elektrisch an diese angebunden werden. Die Leiterblechstruktur kann auch als Stromsammelblech bezeichnet bzw. erachtet werden.
Die Besonderheit des Verfahrens liegt darin, dass entsprechende Leiterdrähte ausschließlich an der bzw. einer der jeweiligen zu kontaktierenden Energiespeicherzelle unmittelbar zugewandten Fläche entsprechender Leiterblechstrukturen angebunden werden. Die elektrische Kontaktierung der Leiterdrähte erfolgt sonach ausschließlich an der auch als Unterseite der Leiterblechstruktur zu bezeichnenden bzw. zu erachtenden, der bzw. einer jeweiligen Energiespeicherzelle zugewandten Fläche der Leiterblechstruktur. Die Leiterdrähte werden also nicht durch die Leiterblechstruktur geführt. Vielmehr wird der oder werden die Leiterdrähte typischerweise ausgehend von der Energiespeicherzelle direkt an die der Energiespeicherzelle unmittelbar zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur geführt.
Der beschriebene verfahrensmäßige Ansatz ist in fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft, als auf ein aufwändiges Durchführen entsprechender Leiterdrähte durch leiterblechstrukturseitige Durchbrechungen verzichtet werden kann.
Die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtungen können vergleichsweise einfach ausgestaltet sein. Im Wesentlichen umfassen entsprechende Vorrichtungen ein Werkzeug, welches derart ausgebildet bzw. eingerichtet ist, einen entsprechenden Leiterdraht einerseits mit der Energiespeicherzelle und andererseits mit der der Energiespeicherzelle zugewandten Fläche der Leiterblechstruktur zu kontaktieren. Die konkrete Ausführung des Werkzeugs ergibt sich aus der konkreten Art der elektrischen Anbindung des Leiterdrahts an die Energiespeicherzelle sowie an die Leiterblechstruktur.
Im Rahmen des Verfahrens kann eine zumindest abschnittsweise als eine mehrere Durchbrechungen aufweisende Lochblechstruktur ausgebildete elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur verwendet werden. Auch wenn eine derartige, gemeinhin auch als Lochblech zu bezeichnende bzw. zu erachtende Leiterblechstruktur verwendet wird, ist es verfahrensgemäß nicht vorgesehen, entsprechende Leiterdrähte durch lochblechstrukturseitige Durchbrechungen zu führen. Die Leiterdrähte werden auch hier leiterblechstrukturseitig an jeweiligen der Energiespeicherzelle unmittelbar zugewandte Fläche der Leiterblechstruktur angebunden.
Typischerweise weist die oder allgemein eine im Rahmen des Verfahrens verwendete Leiterblechstruktur eine ebene bzw. flächige Gestalt auf. Insbesondere werden sonach plattenartige bzw. -förmige Leiterblechstrukturen verwendet. Grundsätzlich können entsprechende Leiterblechstrukturen jedoch zumindest abschnittsweise auch gekrümmte oder gewölbte Bereiche aufweisen.
Hinsichtlich der elektrischen Anbindung bzw. Kontaktierung des oder allgemein eines Leiterdrahts an die oder allgemein eine Energiespeicherzelle ist es im Rahmen des Verfahrens zweckmäßig vorgesehen, dass der Leiterdraht energiespeicherzellenseitig an einem elektrischen Anschlusselement, insbesondere einem Zellpol, der elektrischen Energiespeicherzelle angebunden wird. Jeweilige energiespeicherzellseitige elektrische Anschlusselemente, d. h. insbesondere negative oder positive Zellpole, werden sonach zweckmäßig als geeignete Kontaktierungsbereiche zur elektrischen Kontaktierung entsprechender Leiterdrähte an entsprechende Energiespeicherzellen verwendet.
Die Anbindung des oder allgemein eines Leiterdrahts an die oder allgemein eine elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur erfolgt zweckmäßig vermittels Bondens bzw. Drahtbondens. Es kommen prinzipiell alle gängigen Bond- bzw. Drahtbondverfahren in Frage. Insbesondere kann die Anbindung des oder allgemein eines Leiterdrahts an die oder allgemein eine Leiterblechstruktur sonach z. B. vermittels Thermokompressionsbondens, Thermosonic-Ball-Wedge-Bondens oder Ultraschall-Wedge-Wedge-Bondens erfolgen.
Der verwendete Leiterdraht ist zweckmäßig aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall gebildet. Das Metall, worunter selbstverständlich ebenso Metalllegierungen zu verstehen sind, sollte sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren eignen. Insbesondere kommen daher aus Aluminium, Gold oder Kupfer gebildete oder Aluminium, Gold oder Kupfer umfassende Leiterdrähte in Betracht. Die Aufzählung ist lediglich beispielhaft und deshalb nicht abschließend.
Auch die verwendete Leiterblechstruktur ist zweckmäßig aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall gebildet. Das Metall, worunter auch hier selbstverständlich ebenso Metalllegierungen zu verstehen sind, sollte sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren eignen. Insbesondere kommen daher aus Aluminium oder Kupfer gebildete oder Aluminium oder Kupfer umfassende Leiterblechstrukturen in Betracht. Auch diese Aufzählung ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend.
Die Leiterblechstruktur kann auch aus mehreren unterschiedlich elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, welche in einem mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Aufbau vorliegen. Zumindest die der Energiespeicherzelle zuzuwendende oder zugewandte Fläche der Leiterblechstruktur sollte jedoch aus einem elektrisch gut leitfähigen, sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren eignenden Material bzw. Metall gebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Anordnung, umfassend wenigstens eine elektrische Energiespeicherzelle und wenigstens eine elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur, wobei die wenigstens eine elektrische Energiespeicherzelle gemäß einem wie vorstehend beschriebenen Verfahren elektrisch mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur kontaktiert ist. Mithin gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren analog für die elektrische Anordnung. Bei der elektrischen Anordnung kann es sich beispielsweise um ein mehrere elektrisch miteinander kontaktierte bzw. verbundene Energiespeicherzellen aufweisendes Energiespeicherzellmodul, welches beispielsweise zur elektrischen Versorgung kraftfahrzeugseitiger elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug eingebaut wird, handeln.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Anordnung, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens hergestellt ist.
Die einzige Fig. zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts einer elektrischen Anordnung 1, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens hergestellt ist. Ersichtlich umfasst die Anordnung 1 mehrere benachbart angeordnete, z. B. auf Lithium oder einer Lithium-Verbindung basierende, elektrische Energiespeicherzellen 2 sowie eine Leiterblechstruktur 3.
Die Energiespeicherzellen 2 sind in einer nicht näher gezeigten Aufnahmevorrichtung aufgenommen, welche insbesondere dazu dient, die Relativposition der Energiespeicherzellen 2 zueinander sicherzustellen und die Energiespeicherzellen 2 vor äußeren, d. h. insbesondere mechanischen und korrosiven, Einflüssen zu schützen.
Das Verfahren dient im Allgemeinen der Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen entsprechenden Energiespeicherzellen 2 und wenigstens einer entsprechenden Leiterblechstruktur 3. Gemäß dem Verfahren werden die Energiespeicherzellen 2 jeweils über elektrisch leitfähige Leiterdrähte 4 mit der Leiterblechstruktur 3 kontaktiert. Bei der Leiterblechstruktur 3 handelt es sich um ein so genanntes Stromsammelblech.
Zur Realisierung einer elektrischen Kontaktierung zwischen jeweiligen Energiespeicherzellen 2 und der Leiterblechstruktur 3 kommen insbesondere Bondverfahren bzw. Drahtbondverfahren zum Einsatz.
Wesentlich an dem Verfahren ist, dass, wie in der Fig. ersichtlich, jeweilige Leiterdrähte 4 zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzellen 2 mit Leiterblechstruktur 3 jeweils an eine der jeweiligen Energiespeicherzelle 2 zugewandte Fläche der Leiterblechstruktur 3 angebunden werden. Jeweilige Leiterdrähte 4 werden also einerseits an jeweilige energiespeicherzellseitige elektrische Anschlusselemente 5 in Form positiver oder negativer Zellpole angebunden bzw. mit diesen kontaktiert und ausgehend von diesen direkt zu der der jeweiligen Energiespeicherzelle 2 zugewandten Fläche der nächstliegenden Leiterblechstruktur 3 geführt, an bzw. mit welcher diese dann ebenso angebunden bzw. elektrisch kontaktiert werden.
Die verwendeten Leiterdrähte 4 sind aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall, wie z. B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gebildet. Das Metall eignet sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren.
Auch die verwendete Leiterblechstruktur 3 ist aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall, wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung, gebildet. Das Metall, eignet sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren. Die Leiterblechstruktur 3 könnte auch aus mehreren unterschiedlich elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, welche in einem mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Aufbau vorliegen. Zumindest die den Energiespeicherzellen 2 zuzuwendende oder zugewandte Fläche der Leiterblechstruktur 3 sollte jedoch aus einem elektrisch gut leitfähigen, sich zur Anwendung im Rahmen entsprechender Bondverfahren eignenden Material bzw. Metall gebildet sein.
Ersichtlich handelt es sich bei der verwendeten Leiterblechstruktur 3 um ein flächiges bzw. plattenartiges, mehrere, typischerweise in regelmäßiger Anordnung ausgebildete, Durchbrechungen 6 aufweisendes Lochblech.
Wenngleich in der Fig. nur eine oberhalb der Energiespeicherzellen 2 angeordnete (obere) Leiterblechstruktur 3 gezeigt ist, ist es selbstverständlich auch möglich, eine weitere (untere) Leiterblechstruktur 3 unterhalb der Energiespeicherzellen 2 anzuordnen und die Energiespeicherzellen 2 entsprechend, insbesondere alternativ oder ergänzend, mit der (unteren) Leiterblechstruktur 3 zu kontaktieren. Die elektrische Kontaktierung wäre auch hier derart, dass die Leiterdrähte 4 zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Energiespeicherzelle 2 mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur 3 an die der elektrischen Energiespeicherzelle 2 zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur 3 angebunden wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer elektrischen Energiespeicherzelle (2) und einer elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3), wobei die elektrische Energiespeicherzelle (2) über wenigstens einen elektrisch leitfähigen Leiterdraht (4) mit der Leiterblechstruktur (3) kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiger Leiterdraht (4) zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Energiespeicherzelle (2) mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) an eine der elektrischen Energiespeicherzelle (2) zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) angebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest abschnittsweise als eine mehrere Durchbrechungen (6) aufweisende Lochblechstruktur ausgebildete elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur (3) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Leiterdraht (4) direkt an die der elektrischen Energiespeicherzelle (2) zugewandte Fläche der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Leiterdraht (4) energiespeicherzellenseitig an einem elektrischen Anschlusselement (5), insbesondere einem Zellpol, der elektrischen Energiespeicherzelle (2) angebunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine plattenartige elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur (3) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des elektrisch leitfähigen Leiterdrahts (4) an die elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur (4) vermittels Bondens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Aluminium, Gold oder Kupfer gebildeter oder ein Aluminium, Gold oder Kupfer umfassender elektrisch leitfähiger Leiterdraht (4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Aluminium oder Kupfer gebildete oder Aluminium oder ein Kupfer umfassende elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur (3) verwendet wird.
Elektrische Anordnung (1), umfassend wenigstens eine elektrische Energiespeicherzelle (2) und eine elektrisch leitfähige Leiterblechstruktur (3), wobei die wenigstens eine elektrische Energiespeicherzelle (2) gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche elektrisch mit der elektrisch leitfähigen Leiterblechstruktur (3) kontaktiert ist.