DE102015010824A1 - Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben - Google Patents

Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen eines Packs von Batterieelementen, insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte, umfassend mindestens ein leitendes Bondverbindungsmittel, insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte und/oder Bondbänder, das mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, anbringbar ist, zwischen zumindest zwei oder mehreren Bauelementen des Packs, insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen, insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung angeordneter Bauelemente.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.
  • Bekannt sind Vorrichtungen zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mit geschweißten Verbindungsmitteln oder Zellverbindern verbunden sind.
  • Nachteilig ist es, dass der Aufbau Beschränkungen unterliegt und das Herstellungsverfahren insbesondere bei Kleinserien aufwendig ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben mit einem sicheren und variablen leitenden Verbindungselement bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen eines Packs von Batterieelementen, insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte, umfassend mindestens ein leitendes Bondverbindungsmittel, insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte und/oder Bondbänder, das mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, anbringbar ist, zwischen zumindest zwei oder mehreren Bauelementen des Packs, insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen, insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung angeordneter Bauelemente.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können sowohl schnelle als auch komplexere Verbindungslösungen, beispielsweise in einer winkligen Anordnung, flexibel und individuell umgesetzt werden, wobei die Vorrichtungen bei dem Herstellungsverfahren geschont werden. Weiterhin können auf einfache Weise individuell angepasste Stromleistungsanforderungen innerhalb desselben Packs umgesetzt werden, je nach Bedarf, z. B. durch parallel angeordnete Drähte, speziell angepasste Materialauswahl und auch Bondbänder mit größeren Durchmessern. Durch das Bonden, insbesondere Ultraschallbonden oder Thermokompressionsbonden, wird eine elektrisch leitfähige und mechanisch feste, stoffschlüssige Verbindung hergestellt, die insbesondere im Batteriebereich vorteilhaft eingesetzt werden kann, da jede Anwendung unterschiedliche Herausforderungen darstellt. Beim Ultraschallbonden wird in einem Reibschweißprozess, bei dem die Kontaktstellen leicht aneinander gedrückt werden und gleichzeitig quer zur Arbeitsebene bewegt werden, eine geringe Belastung erreicht, was bevorzugt bei wärmeempfindlichen Materialien eingesetzt werden kann. Durch die materialschonende Eigenschaft eignet sich Ultraschallbonden auch für Anwendungen im Akkumulatorenpack, die leicht deformiert werden können. Um viele Kontakte bonden zu können, werden die Parameter, insbesondere Impulszeit, Leistung, Temperatur und Kraft angepasst eingestellt, je nach Voraussetzungen des Packs.
  • Thermokompressionsbonden ist ebenfalls beim Drahtbonden einsetzbar, wobei die Anschlüsse insbesondere aus duktilem Material bestehen, beispielsweise Golddrähte. Diese werden entweder auf dem Substrat oder dem Bauteil aufgebracht, wobei gegenüber flache Kontakte, insbesondere aus demselben Material, als Verbindungspartner dienen. Ohne dass das Material der Anschlüsse aufgeschmolzen werden muss, wird somit eine stoffschlüssige Verbindung mit ausreichender mechanischer Festigkeit, Stabilität und guter elektrischer Leitfähigkeit erzeugt.
  • Es können an spezielle Anforderungen angepasste Bondverbindungen zwischen Batteriemanagementsystem und den Zellen hergestellt werden. Hierbei können die Verbindungen zwischen den Zellen beispielsweise durch Zellverbinder realisiert werden, anschließend kann auf die Zellverbinder gebondet werden. Die Mittelspannungsabgriffe werden durch Bonddrähte realisiert. Beim Bonden zwischen Batteriemanagementsystem und Zellen bzw. Verbindern kann um eine Ecke in einem Winkel gebondet werden, das bedeutet insbesondere, dass der Bondkopf bzw. Pack um 90° gedreht wird.
  • Vorteilhaft ist es, wenn ein oder mehrerer Zellhalter zum Aufnehmen von zumindest zwei Bauelementen, insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen, die mit dem Bondverbindungsmittel verbunden sind, vorgesehen ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Aufbauelemente insbesondere umfassen Akkumulatorzellen und/oder ein Batteriemanagementsystemelement und/oder ein Mittelspannungsabgriffsmittel und/oder Hauptanschlussmittel.
  • Vorteilhaft ist es, wenn ein Bondverbindungsmittel zwischen Batteriemanagementsystem und einem oder mehreren Akkumulatorzellen angebracht ist, wobei das Bondverbindungsmittel insbesondere außerhalb einer Ebene in einem Winkel verläuft, insbesondere um etwa 90°. Durch die Verbindung können die Sicherheitsaspekte, die das Batteriemanagemenetsystem für die Vorrichtung hinsichtlich der Entladung einzelne Akkumulatorzellen erfüllt, sehr individuell unterstützt werden, insbesondere können größere oder kleinere Kapazitäten gut angepasst werden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn ein Mittelspannungsabgriffsmittel zwischen mehreren Akkumulatorzellen durch ein Bondverbindungsmittel eingerichtet ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn ein Hauptanschlussmittel zum leitenden Kontakt von oder nach außen durch einen oder mehrere Bondverbindungsmittel eingerichtet ist, wobei die Verbindung der Akkumulatorzellen an das Batteriemanagementsystem und/oder direkt an den Hauptanschluss eines Packs durch ein Bondverbindungsmittel eingerichtet ist. Die Hauptanschlüsse, insbesondere Akkupluspol/Akkuminuspol, können durch ein Bondverbindungsmittel, insbesondere Bonddrähte, realisiert werden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn zwei oder mehrere Akkumulatorzellen mit einem Zellverbindungsmittel leitend verbunden sind, wobei ein Bondverbindungsmittel mit dem Zellverbindungsmittel gebondet ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Bondverbindungsmittel Bonddrähte und/oder Bondbänder aufweist, die geringe Übergangswiderstände zu Kontaktstellen aufweisen, insbesondere Bonddrähte umfassen Kupfer und/oder Drähte mit größeren Durchmessern, insbesondere angepasst an die Leistungsanforderungen geformten Querschnitten. Es können somit individuell Bonddrähte umfassend Kupfer bzw. Bondbänder verwendet werden, insbesondere um die Stromleitfähigkeit zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für Packs umfassend Akkumulatorzellen für Leicht-Elektro-Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrräder, da es kleine und individuell angefertigte Lösungen erfordert.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen eines Packs von Batterieelementen, insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, umfassend mindestens ein leitendes, gebondetes Bondverbindungsmittel, insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte und/oder Bondbänder, zwischen zwei oder mehreren Bauelementen des Packs, insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen, angebracht wird, insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung angeordneter Bauelemente.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.
  • Es zeigt:
  • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben und
  • 2 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen 2 eines Packs 3 von Batterieelementen 4, insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen 9, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, umfassend mindestens ein leitendes Bondverbindungsmittel 5, insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte 6, das mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, anbringbar ist, zwischen zumindest zwei oder mehreren Bauelementen 2 des Packs 3, insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen 9, insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung 7 angeordneter Aufbauelemente 2.
  • Bondverbindungsmittel 5 werden durch Bonden zwischen Batteriemanagementsystelement 10 und den Akkumulatorzellen 9 individuell hergestellt, so dass eine Anpassung an unterschiedliche Winkel 14 in Winkelanordnungen 7 eingerichtet werden können. Hierbei können auch Verbindungen zwischen den Akkumulatorzellen 9 durch Zellverbindungsmittel 15 realisiert werden, dann wird auf die Zellverbindungsmittel 15 gebondet werden. Alternativ kann die Verbindung zwischen den Akkumulatorzellen 9 ebenfalls durch Bonddrähte 6 realisiert werden. Es können Bonddrähte 6 umfassend Kupfer bzw. Bondbänder verwendet werden, um die Stromleitfähigkeit zu verbessern. Vorteilhaft können diese Vorrichtungen für Bereiche wie Elektroräder, Powertoolgeräte und Gartengeräte eingesetzt werden, insbesondere wenn es kleine und individuell angefertigte Lösungen erfordert, die mit dem angegebenen Verfahren einfach und sicher herzustellen sind.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wobei ein Bondverbindungsmittel 5 zwischen einem Bauelement 2, insbesondere einer Akkumulatorzelle 9, und einer Platine 18, insbesondere eines Batteriemanagementsystemelements 10, mit einem Hauptanschlussmittel 12 eingerichtet ist. Das Batteriemanagementsystemelement 10 kann beispielhaft zudem den Stromfluss zwischen Hauptanschlussmittel 12 und einem Anschluss Richtung Batteriepack unterbrechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben
    2
    Bauelement
    3
    Pack
    4
    Batterieelement
    5
    Bondverbindungsmittel
    6
    Bonddraht
    7
    Winkelanordnung
    8
    Zellhalter
    9
    Akkumulatorzellen
    10
    Batteriemanagementsystemelement
    12
    Hauptanschlussmittel
    13
    Ebene
    14
    Winkel
    15
    Zellverbindungsmittel
    16
    Kontaktstelle
    18
    Platine

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen (2) eines Packs (3) von Batterieelementen (4), insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen (9), insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte, umfassend mindestens ein leitendes Bondverbindungsmittel (5), insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte (6) und/oder Bondbänder, das mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, anbringbar ist, zwischen zumindest zwei oder mehreren Bauelementen (2) des Packs (3), insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen (9), insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung (7) angeordneter Bauelemente (2).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrerer Zellhalter (8) zum Aufnehmen von zumindest zwei Bauelemente (4), insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorzellen (9), die mit dem Bondverbindungsmittel (5) verbunden sind, vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (4) insbesondere umfassen Akkumulatorzellen (9) und/oder ein Batteriemanagementsystemelement (10) und/oder ein Mittelspannungsabgriffsmittel und/oder Hauptanschlussmittel (12).
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bondverbindungsmittel (5) zwischen Batteriemanagementsystem (10) und einem oder mehreren Akkumulatorzellen (9) angebracht ist, wobei das Bondverbindungsmittel (5) insbesondere außerhalb einer Ebene (13) in einem Winkel (14) verläuft, insbesondere um etwa 90°.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelspannungsabgriffsmittel zwischen einer oder mehrere Akkumulatorzellen (9) und dem Batteriemanagementsystem (10) durch ein Bondverbindungsmittel (5) eingerichtet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptanschlussmittel (12) zum leitenden Kontakt von oder nach außen durch einen oder mehrere Bondverbindungsmittel (5) eingerichtet ist, wobei die Verbindung der Akkumulatorzellen (9) an das Batteriemanagementsystem (10) und/oder direkt an den Hauptanschluss (12) eines Packs durch ein Bondverbindungsmittel (5) eingerichtet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Akkumulatorzellen (9) mit einem Zellverbindungsmittel (15) leitend verbunden sind, wobei ein Bondverbindungsmittel (5) mit dem Zellverbindungsmittel (15) gebondet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondverbindungsmittel (5) Bonddrähte (6) und/oder Bondbänder aufweist, die geringe Übergangswiderstände zu Kontaktstellen (16) aufweisen, insbesondere Bonddrähte (6) umfassen Kupfer und/oder Drähte mit größeren Durchmessern, insbesondere angepasst an die Leistungsanforderungen geformten Querschnitten.
  9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für Paks (3) umfassend Akkumulatorzellen (9) für Leicht-Elektro-Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrräder.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (1) zum Energiespeichern und/oder Energieabgeben, die mehrfach aufladbar ist, mit Bauelementen eines Packs (3) von Batterieelementen, insbesondere einer Akkustation, insbesondere Akkumulatorzellen (9), insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere für Powertoolgeräte und/oder Gartengeräte, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Bondverbindungsverfahrens, insbesondere mittels Ultraschallbonden und/oder Thermokompressionsbonden, umfassend mindestens ein leitendes, gebondetes Bondverbindungsmittel (5), insbesondere umfassend ein oder mehrere Bonddrähte (6) und/oder Bondbänder, zwischen zwei oder mehreren Bauelementen (4) des Packs (3), insbesondere zwischen zumindest zwei Akkumulatorenzellen (9), angebracht wird, insbesondere entlang zweier zueinander in einer Winkelanordnung (7) angeordneter Bauelemente (4).
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