特許 6148406 バッテリモジュールのための電気コネクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6148406

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】バッテリモジュールのための電気コネクタ

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/20 20060101AFI20170607BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/20 A

   H01M2/10 M

【請求項の数】9

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-524724(P2016-524724)

(86)(22)【出願日】2014年6月24日

(65)【公表番号】特表2016-526776(P2016-526776A)

(43)【公表日】2016年9月5日

(86)【国際出願番号】EP2014063202

(87)【国際公開番号】WO2015003896

(87)【国際公開日】20150115

【審査請求日】2016年1月8日

(31)【優先権主張番号】102013213524.6

(32)【優先日】2013年7月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】501125231

【氏名又は名称】ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】アンガーバウアー、ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】デポンテ、ルネ

(72)【発明者】

【氏名】リューレ、アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ベルク、フィリップ

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２４１２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８２８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１４１８５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２４１６６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／２０

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのセル（１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４））を有するバッテリモジュール（２）であって、前記バッテリモジュール（２）は、セル監視ユニット（１５）を備え、前記セル監視ユニット（１５）は、接続手段（２２）と電気的に接続される、前記バッテリモジュール（２）において、
少なくとも１つのセル接触子（１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４））、及び／又は、少なくとも１つのセルコネクタ（１３（１）、１３（２）、１３（３）、１３（４））が、少なくとも１つのボンディング用ストリップ（２３（１））によって、前記接続手段（２２）と電導的に接続されることを特徴とする、バッテリモジュール（２）。

【請求項2】

前記ボンディング用ストリップ（２３（１））の資材として、アルミニウム、アルミニウム・シリコン、銅、又は金が利用されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項3】

前記ボンディング用ストリップ（２３（１））は、幅が３０μｍ〜５００μｍ、厚みが１０μｍ〜２００μｍの矩形の形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項4】

前記ボンディング用ストリップ（２３（１））は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項5】

前記セル監視ユニット（１５）は、電圧センサ、電流センサ、温度センサ、及び／又は、抵抗器を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項6】

１つより多いボンディング用ストリップを含む導電接続の場合には、前記ボンディング用ストリップの接触面は、前記セル接触子（１２（４））上又は前記接続手段（２２）上に相並んで配置され、及び／又は、前記セル接触子（１２（４））上又は前記接続手段（２２）上に上下に重なって配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項7】

前記接続手段（２２）は、導体板、少なくとも１つの導電路、及び／又は、プラグを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（２）。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の、バッテリモジュール（２）の少なくとも１つのセル接触子（１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４））及び／又は少なくとも１つのセルコネクタ（１３（１）、１３（２）、１３（３）、１３（４））と、接続手段（２２）と、の間で導電接続を形成する方法において、
前記導電接続は、少なくとも１つのボンディング用ストリップ（２３（１））と、少なくとも２つのセル（１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４））のセル接触子（１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４））と、の間の接触面（２３（１ａ）、２３（３ａ））を介して、及び、前記ボンディング用ストリップ（２３（１））と、前記接続手段（２２）と、の間の接触面（２３（１ｂ）、２３（３ｂ））を介して、サーモソニックボール・ウェッジ・ボンディング、超音波ウェッジ・ウェッジ・ボンディング、及び／又は、熱圧着を利用して形成されることを特徴とする、方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つのセル（１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４））は、リチウムイオンバッテリセルである、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリモジュール（２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリモジュールのための電気コネクタから出発する。

【背景技術】

【0002】

従来技術では、バッテリモジュールの少なくとも１つのバッテリセルと検出ユニットとを、例えば当該バッテリセル及び検出ユニットに導電性ワイヤを溶接することによって、電導的に接続する電気コネクタが公知である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記の公知の従来技術の欠点は、バッテリセルと検出ユニットとの間の導電接続の形成及び取り付けのために、様々な製造工程が必要となることである。即ち、電気コネクタは、例えば導電性ワイヤで製造され、その際に、当該ワイヤは、長さが正確であり、湾曲を有している必要がある。各電気コネクタは、少なくとも１つのバッテリセル及び検出ユニットに溶接され、又は貼着される。続いて、導電性ワイヤは、ケーブルハーネスへと纏められる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

これに対して、独立請求項に記載された固有の特徴を備える本発明に係るやり方は、少なくとも１つのバッテリセルと接続手段との間の導電接続を形成するために、当該導電接続が少なくとも１つのボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップを含むという利点がある。

【0005】

本発明の更なる別の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

【0006】

有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップのための資材として、アルミニウム、アルミニウム−シリコン、銅、又は金が、伝導損の低減のために利用される。

【0007】

有利に、ボンディング用ストリップを利用する際には、例えば、ボンディング用ワイヤの強い屈曲による接触面の破損箇所のような、接触面の損傷の発生がより少ない。これにより、ボンディング用ワイヤに比べてより短いボンディング用ストリップを用いて、同一距離を架橋することが可能である。

【0008】

有利に、１つより多いボンディング用ワイヤ又は１つより多いボンディング用ストリップを含む導電接続の場合には、当該ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの接触面は、バッテリセルのセル接触子上又は接続手段上に相並んで配置され、及び／又は、バッテリセルのセル接触子の上又は接続手段の上に上下に重なって配置される。

【0009】

有利に、接続手段は、導体板、少なくとも１つの導電路、及び／又は、プラグを含み、これにより、必要な設置空間が小さくなる。

【0010】

ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップと、バッテリセルのセル接触子と、の間の導電接続、又は、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップと、接続手段と、の間の導電接続を形成するために、熱圧着（Ｔｈｅｒｍｏｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｂｏｎｄｅｎ）（ＴＣボンディング）、サーモソニックボール・ウェッジ・ボンディング（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ−Ｂａｌｌ−Ｗｅｄｇｅ−Ｂｏｎｄｅｎ）（ＴＳボンディング）、及び／又は、超音波ウェッジ・ウェッジ・ボンディング（Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌ−Ｗｅｄｇｅ−Ｗｅｄｇｅ−Ｂｏｎｄｅｎ）（ＵＳボンディング）のような、様々なバリエーションの方法が利用される。

【0011】

本方法は、例えば、ボンディング用ワイヤ又はボンディング用ストリップの利用される資材によって選択される。即ち、ＴＣボンディングは、接合のために必要な大きな力と温度とにより接合要素の損傷を引き起こす可能性があるため、ワイヤボンディング（Ｄｒａｈｔｂｏｎｄｅｎ）のためにはほとんど利用されないのに対し、本方法は、ストリップボンディング（Ｂａｎｄｂｏｎｄｅｎ）のためには適している。金又は銅が、ボンディング用ワイヤ又はボンディング用ストリップの資材として利用される場合には、ＴＳボンディングが適している。これに対し、アルミニウム又はアルミニウム−シリコンが、ボンディング用ワイヤ又はボンディング用ストリップの資材として利用される場合には、有利に、ＵＳボンディングが適している。

【0012】

有利に、従来利用されるケーブルハーネスに比べて、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップのために必要な空間は小さいため、設置空間が最適化されたバッテリセルの配置が可能である。

【0013】

有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの機械的な柔軟性により、バッテリセルの新しい形状及び／又は新しい配置が可能である。有利に、新しい形状は、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの利用によって、ボンディング機での変更コストが僅かに掛かるだけで実現される。

【0014】

ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの利用によって、有利に、最適な冷却のためにバッテリモジュールの底部上でバッテリセルを位置合わせする際に発生する、製造による高さの違いが補正される。

【0015】

有利に、各ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップによって、従来のワイヤに比べて資材に対する要求事項が減るため重量が削減され、これにより、例えば、車両の航続距離が大きくなる。

【0016】

有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップによって熱の伝達が行われ、従って、接続手段に組み込まれた少なくとも１つの温度センサ、又は接続手段上に配置された少なくとも１つの温度センサは、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップを用いて、少なくとも１つのバッテリセルの温度を検出し、セル監視ユニットへと伝達する。有利に、これにより、セルコネクタ上及び／又はセル監視ユニット内のセンサが節約される。

【0017】

有利に、接続手段上に配置されたセンサは、少なくとも１つのボンディング用ワイヤ及び／又は少なくとも１つボンディング用ストリップによって、接続手段と電気的に接触させられる。

【0018】

有利に、セル接触子と接続手段との間の電気接続の故障の修理は、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの利用と、従来技術によるセルコネクタの利用と、を比較すると、比較的僅かなコストで可能である。故障した電気接続を修理するために、少なくとも１つの新しいボンディング用ワイヤ及び／又は少なくとも１つの新しいボンディング用ストリップが、ボンディングによって、セル接触子と電気的に接触させられ、及び、接続手段と電気的に接触させられ、その際に有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの断面は小さいため、セル接触子上及び接続手段上には十分な接触面が存在する。

【0019】

有利に、余剰なボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの接触によって、例えば、セル接触子と接続手段との間の少なくとも１つの更なる別のストリップボンディングによって、電気的及び機械的な影響に依存した故障確率が低減される。

【0020】

有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップによって、バッテリセルと接続手段とを接触させるために必要な製造工程は少なく、これにより、バッテリモジュールの製造過程のために必要な技術的コストはより小さく、自動化の度合いをより高くすることが可能である。

【0021】

有利に、バッテリモジュールは、リチウムイオンバッテリ内で使用される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本発明の実施例が図面に示され、以下の明細書においてより詳細に解説される。

【図1】従来技術による一実施形態を示す。

【図2】本発明に係る装置の一実施形態を示す。

【0023】

同一の符号は、全ての図面において同一の装置構成要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、バッテリモジュール１の４つのバッテリセル１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）が、セル接触子１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）と共に示されており、このセル接触子１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）は、電気セルコネクタ１３（１）、１３（２）、１３（３）、１３（４）を介して互いに電導的に接続され、従って、従来技術の一実施形態に係るバッテリセル１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）の並列接続が生じる。例えば、バッテリセル１０（１）の陽極は、セル接触子１２（１）によって、電気セルコネクタ１３（２）を介して、バッテリセル１０（２）の陰極と、セル接触子１１（２）によって接続される。

【0025】

電気セルコネクタ１３（４）は、第１の接続要素１３（４ａ）と、第２の接続要素１３（４ｃ）と、第１の接続要素１３（４ａ）と第２の接続要素１３（４ｃ）とを接続する屈曲した接続要素１３（４ｂ）と、を含む。セル接触子１１（１）と、更なる別のバッテリセルのセル接触子と、の間の電導接続及び機械的接続を、セルコネクタ１３（１）を用いて形成するために、例えば、セルコネクタ１３（１）は、開口部１３（１ｄ）を有する。

【0026】

電気セルコネクタ１３（４）は、１つの部品で製造されてもよく、又は、電導性の様々な資材が組み合わされてもよい。屈曲した接続要素１３（４ｂ）によって、バッテリセルの公差と、セルの移動と、が補正される。

【0027】

電気セルコネクタ１３（４）は、バッテリセル１０（３）、１０（４）に溶接され、貼着され、又は焼き付けられる。

【0028】

セル監視ユニット１５は、電気コネクタ１６（１）、１６（２）、１６（３）、１６（４）によって、例えば電導性ワイヤによって、バッテリセル１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）のセル接触子１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）と接続される。

【0029】

図２は、本発明の一実施形態に係るバッテリモジュール２の４つのバッテリセル１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）が、セル接触子１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）と共に示されており、このセル接触子１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）は、ボンディング用ワイヤ２３（２）、２３（３）、２３（４）及び／又は少なくとも１つのボンディング用ストリップ２３（１）によって、接続手段２２と電導的に接続される。

【0030】

有利な実施形態において、上記の電導接続は、第１のセル接触子１２（３）上の第１の接触面２３（３ａ）と、接続手段２２上の第２の接触面２３（３ｂ）と、を有する１つのボンディング用ワイヤ２３（３）を含む。

【0031】

代替的な実施形態において、上記の電導接続は、少なくとも２つのボンディング用ワイヤ２３（４）を含む。

【0032】

更なる別の代替的な実施形態において、上記の電導接続は、第１のセル接触子１２（１）上の第１の接触面２３（１ａ）と、接続手段２２上の第２の接触面２３（１ｂ）と、を有するボンディング用ストリップ２３（１）を含む。

【0033】

代替的な実施形態において、第２の接触面２３（３ｂ）は導電路上に配置され、その際、この導電路は、接続手段上又は接続手段内に存在し、セル監視ユニット１５と電導的に接続されている。

【0034】

セルコネクタ１３（１）を用いて、セル接触子１１（１）と、更なる別のバッテリセルのセル接触子と、の間の電導接続が形成される。

【0035】

少なくとも１つのボンディング用ワイヤ及び少なくとも１つのボンディング用ストリップの資材として、アルミニウム、アルミニウム−シリコン、銅、又は金が利用される。

【0036】

有利に、ボンディング用ワイヤの直径は１０μｍ〜１００μｍであるため、０．３Ａ〜０．５Ａの間の電流の流れが保証され、その際に、ボンディング用ワイヤが、例えば熱の影響により損傷を受けることはない。

【0037】

有利に、ボンディング用ストリップの幅は、３０μｍ〜５００μｍであり、ボンディング用ストリップの厚みは、１０μｍ〜２００μｍであり、これにより、直径が１００μｍの３つのボンディング用ワイヤを、１つのボンディング用ストリップで代替することが可能である。

【0038】

有利に、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップの長さは、１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、２つの接触面２３（３ａ）、２３（３ｂ）又は２３（１ａ）、２３（１ｂ）の間の十分な機械的安定性が実現される。

【0039】

セル監視ユニット１５は、セル接触子１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）と、接続手段２２と、セル監視ユニット１５と、の間の電導接続を利用して、例えば電圧センサを用いて、個々のバッテリセルの電圧を測定する。さらに、セル監視ユニット１５は、例えばバッテリセルの平衡化方法を実施するために、電流センサ、温度センサ、及び／又は、抵抗を含んでもよい。

【0040】

代替的な実施形態において、電気セルコネクタ１３（１）、１３（２）、１３（３）、１３（４）は、セル接触子１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）、１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）の間の電導接続のために、ワイヤ、ボンディング用ワイヤ及び／又はボンディング用ストリップを含む。

【図1】

【図2】