用于柔性箔的应变消除的制作方法

用于柔性箔的应变消除
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年8月5日提交的美国专利申请no.16/531,363的优先权。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及电连接器，并且更具体地涉及用于电池系统的电连接器。


背景技术：

4.本节中提供的信息是为了一般性地呈现本公开的上下文。在本节中描述的目前指定的发明人的工作以及在申请时可能不符合现有技术条件的说明书的方面既不明确也不隐含地被承认为本公开的现有技术。
5.混合动力车辆包括内燃机(ice)、电动机和电池系统。根据情况，可以使用ice、电动机或这两者来驱动车辆。纯电动车辆包括电动机和电池系统，而不包括ice。混合动力和电动车辆中的电池系统通常比仅由ice驱动的传统汽车具有更高的存储容量。
6.为了提供更高的存储容量，电池系统包括连接在一起的一个或多个电池。每个电池进而包括一个或多个电池单元。更复杂的控制和监测技术用于控制电池系统。例如，在操作期间，监测附加电池参数，诸如电流、温度和充电状态。结果，对每个电池单元进行多个连接。电池系统的操作基于被监测参数来调节。


技术实现要素：

7.一种电池连接组件包括框架，该框架包括以第一距离隔开的多个柱。柔性箔包括导电层和与导电层相邻布置的第一绝缘层和第二绝缘层。第一多个迹线被限定在导电层中。多个指状物被限定在导电层中并且部分地从柔性箔中被释放，其中第一绝缘层从多个指状物中被去除以暴露导电层。多个汇流条被连接到框架并且包括第一表面、第二表面和从第一表面到第二表面的孔。多个指状物在附接位置处被附接到汇流条的第一表面，并且其中孔中的粘合剂将柔性箔附接到附接位置附近的汇流条。
8.在其他特征中，指状物被超声波焊接到汇流条的第一表面。柔性箔中的多个孔以第二距离隔开。柔性箔的孔被柱接纳并且柔性箔被布置在汇流条和框架之间。第二距离大于第一距离。
9.在其他特征中，第一多个迹线中的所选择的迹线被连接到指状物。
10.多个迹线和指状物是使用干式研磨来限定的。导电层的厚度在5μm至40μm范围内。印刷电路板被连接到柔性箔并且包括连接到第一多个迹线的第二多个迹线。印刷电路板使用粘合剂被附接到柔性箔。
11.从具体实施方式、权利要求和附图中，本公开的其他应用领域将变得很清楚。具体实施方式和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
12.根据具体实施方式和附图，本公开将变得能够被更加充分地理解，在附图中：
13.图1是根据本公开的包括框架、汇流条和柔性箔的电池连接器组件的示例的平面图；
14.图2a是根据本公开的柔性箔的一个示例的平面图；
15.图2b是根据本公开的柔性箔的另一示例的平面图；
16.图3是根据本公开的连接到汇流条的柔性箔的示例的侧视图；
17.图4a是根据本公开的印刷电路板的示例的平面图；
18.图4b是示出使用导电性粘合剂连接到柔性箔的印刷电路板的示例的侧视图；
19.图5是示出根据本公开的包括电池单元和电池外壳的电池系统的简化图；以及
20.图6是根据本公开的用于组装框架、汇流条和柔性箔的方法的示例的流程图。
21.在附图中，可以重新使用附图标记来标识相似和/或相同的元素。
具体实施方式
22.根据本公开的电池连接器组件包括框架、包括导电层和外绝缘层的柔性基板(本文中称为柔性箔(flexible foil)或柔性箔(flex foil))、以及单元连接器或汇流条。在一些示例中，提供与汇流条的连接以感测电池单元参数或用于单元电荷平衡，尽管可以出于其他原因而进行与汇流条的连接。
23.电池连接器组件提供与诸如汇流条等电池单元连接器的应变消除和可靠连接。虽然前述描述涉及车辆应用，但是根据本公开的电池连接器组件可以用于其他应用。
24.柔性箔的指状物被切割以允许与电池单元连接器的一侧(诸如汇流条)的连接。连接应当能够承受柔性箔的重量以及柔性箔与汇流条之间的相对运动。相对运动可能是由多种外部影响引起的，诸如装配公差累积、振动、机械冲击和/或不同材料的热膨胀系数(cte)差异。例如，汇流条可以在操作期间扩展约3％。
25.在一些示例中，柔性箔上的导电材料相对较薄(例如，厚度小于现有设计中使用的导电迹线)。柔性箔已经与厚度至少为100μm的较厚铜(cu)迹线一起使用。在一些示例中，根据本公开的导电迹线具有在从5μm到40μm的范围内的厚度，但是可以使用更厚或更薄的迹线。在一些示例中，导电迹线由诸如铝(al)或铜(cu)等金属制成。
26.在根据本公开的电池连接器组件中，柔性箔位于汇流条下方，并且然后被电连接到汇流条。然而，柔性箔的重量会在操作期间拉动电连接。这种重复的应变会随着时间的推移降低电连接的可靠性。另一问题是，不可能将粘合剂涂在与电连接相同的一侧而不损坏连接，因为连接是在框架与汇流条之间。为了解决这个问题，根据本公开的汇流条包括位于靠近柔性箔到汇流条的附接位置的汇流条上的孔或窗口。将粘合剂分配到孔中以将柔性箔在与汇流条的电气连接附近附接到汇流条，以提供应变消除(例如，减少电气连接上的应变)。
27.可以理解，柔性箔与汇流条的电连接位于一侧，并且粘合剂从汇流条的相对侧分配。这种方法简化了电池连接器组件的制造，同时提高了可靠性。
28.现在参考图1，示出了用于电池系统的电池连接器组件10。在一些示例中，电池系统包括两行电池单元。在一些示例中，各行电池单元包括串联连接到汇流条的8个电池单
元，并且各行电池单元也一起串联连接到正电池端子和负电池端子。如可以理解的，本文中描述的电池系统仅用于说明目的，并且可以包括其他布置、单元的数目、电池单元的并联和/或串联连接等。
29.电池连接器组件10包括框架14、附接到框架10的多个汇流条18、第一柔性箔34-1和第二柔性箔34-2(这两者可以统称为柔性箔34)。
30.在一些示例中，汇流条18可以并排连接，扩展部分20位于其间，如18-1和18-2所示。扩展部分20可以包括弯曲(bent)或弯曲(curved)以允许相对运动的金属。在其他示例中，汇流条18可以端对端连接，扩展部分21位于其间，如18-3和18-4所示。在一些示例中，汇流条18包括个体或单个汇流条，如18-5和18-6所示。
31.每个汇流条18包括一个或多个孔26，一个或多个孔26从汇流条18的一个表面穿过汇流条18到汇流条18的相对表面。汇流条18的相对表面在对应的附接位置28处被附接到柔性箔34。在一些示例中，柔性箔34使用超声波焊接来附接。一个或多个孔26邻近附接位置28被布置。如下文将进一步描述的，在柔性箔34被附接在附接位置28处之后，在所选择的孔26中施加粘合剂以将柔性箔34附接到汇流条18。粘合剂为附接位置28提供应变消除。
32.框架14可以包括柔性凸片22以允许汇流条18卡扣配合到框架14中，如果需要则保持和释放。在一些示例中，柔性凸片22沿着框架14的相对侧被定位。附加柔性凸片22被布置在与框架14的中央部分相邻的第一行和第二行中。框架14通常在第一平面中延伸并且包括第一行柱和第二行柱30。第一行和第二行中的每个中的柱30以距离d1隔开(如图3所示)。柱30从框架14在横向于第一平面的方向上延伸。
33.柔性箔34包括接纳柱30的隔开的孔38。柔性箔34中的隔开的孔38以大于d1的距离d2(如图2a所示)隔开。距离d1和d2的差异可以用于减少电连接上的应变，如下文将进一步描述的。
34.现在参考图2a和图2b，示出了柔性箔34的示例。柔性箔34包括导电层40和在导电层40的一侧或两侧的绝缘层42。在一些示例中，导电层40由诸如al或cu等金属制成，并且具有从5μm至40μm的范围内的厚度，尽管可以使用更粗和更细的迹线。在一些示例中，可以使用厚度为9μm、18μm或35μm的cu、或者厚度为9μm或18μm的al。在一些示例中，绝缘层42包括诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚酰亚胺(pi)等膜，但也可以使用其他材料。
35.在一些位置，使用干式研磨工艺去除导电层40和/或绝缘层42的在一侧的部分。在2011年4月5日颁发的题为“methods and devices for manufacturing of electrical components and laminated structures”的美国专利第7,919,027号中示出和描述了干式研磨工艺的一个合适的示例，该专利在此通过引用整体并入本文。在干式研磨期间，柔性箔的卷材被送入磨轮与刻板之间。
36.刻板包括旋转滚筒和柔性基板，柔性基板具有包括凸起部分和非凸起部分的图案。基板被附接到滚筒。在一些示例中，使用光刻制作图案。磨轮布置在卷材的相对侧。刻板上图案的凸起部分将导电层推入磨轮，并且导电层的对应部分被去除。可以使用类似方法来研磨绝缘层。留下的导电层由此被图案化以提供迹线、用于指状物的焊盘等、以及不存在导电层的中间区域。在研磨导电层之后，可以在导电层上布置绝缘层或覆盖层。可以使用附加研磨步骤来暴露迹线的部分。
37.柔性箔34包括连接位置50和从连接位置50延伸到柔性箔34的其他位置的迹线52。绝缘层42在连接位置50处从导电层40的一侧去除以允许与迹线的外部连接。多个指状物54在柔性箔34中被吻切，并且绝缘层42从多个指状物54上被去除，如62所示。多个指状物54的边缘在58处被切割以将多个指状物54的一部分从柔性箔34上释放，以允许通过超声波焊接和粘合剂进行与汇流条18的连接。在图2a中，多个指状物54具有矩形形状并且切口具有“u”形以释放多个指状物54的三个边缘。然而，可以使用其他形状。在图2b中，切口58'可以用于去除围绕“u”形切口的柔性箔34的材料以提供间隙。
38.在一些示例中，第一组迹线52延伸到沿着柔性箔34的一侧定位的多个指状物54。第二组迹线52延伸到沿着柔性箔34的另一侧定位的多个指状物54。第三组迹线(在70处)延伸到第一位置和第二位置。在一些示例中，温度传感器74或其他类型的传感器可以布置在这些位置处。柔性箔34还可以包括隔开的孔76以允许气流通过框架14和柔性箔34。
39.现在参考图3，柔性箔34被示出为连接到汇流条18。由于柱之间的距离d1的差异和柔性箔34中的孔38之间的差异d2，柔性箔34是弯曲的(以减少应变)并且位于汇流条18的表面106附近。多个指状物54中的一个被超声波焊接在汇流条18的区域108中。汇流条18中的孔26中的一个位于区域108附近。粘合剂110可以通过孔26被输送以将指状物54结合到汇流条18的表面106。
40.现在参考图4a和图4b，示出了与柔性箔的外部连接。在图4a中，示出了印刷电路板150。在图4b中，印刷电路板150被示出为附接到柔性箔34。印刷电路板150包括在连接位置50处与迹线52对准的迹线154。粘合剂164被施加在柔性箔34的端部(包括连接位置50)与印刷电路板150之间(迹线154和52对准)。在一些示例中，粘合剂164在一个方向(对应于施加压力的方向)上传导并且包括环氧树脂。在一些示例中，使用monopox热固化粘合剂。在横向于印刷电路板150的方向上施加热量和压力达预定时段以固化粘合剂。印刷电路板150可以包括镀通孔160以提供外部连接。
41.现在参考图5，电池系统170包括包围多个电池单元174的电池外壳172。框架14包括附接到电池外壳172中的多个电池单元174的汇流条18(图5中未示出)。连接器176提供与电池系统170的连接以用于参数感测组件和/或用于单元平衡(如上所述)。端子连接(未示出)也连接到电池系统170。
42.现在参考图6，示出了用于制造和组装框架、汇流条和柔性箔的方法200。可以理解，该方法的一个或多个步骤的顺序可以改变。在210处，提供具有一个或多个绝缘层和导电层的柔性箔。导电层和/或绝缘层使用如上所述的干式研磨被图案化。在214处，研磨导电层或绝缘层的部分。在218处，在柔性箔中切割指状物以部分地释放指状物。在一些示例中，使用底模。在222处，提供带孔的汇流条。
43.在224处，在框架的柱上布置柔性箔。在228处，将指状物连接(例如，超声波焊接)到汇流条。可以理解，步骤224和228的顺序可以颠倒。在232处，使用通过汇流条中的孔施加的粘合剂将指状物胶合到超声波焊接位置附近的汇流条。在236处，将柔性箔的迹线的端部胶合到印刷电路板的迹线。然后可以将框架布置在包括电池单元的电池外壳上。
44.前述描述在本质上仅仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应当如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得很清楚。
应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同顺序(或同时)执行而不改变本公开的原理。此外，虽然每个实施例在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的特征中的任何一个或多个可以在任何其他实施例的特征中实现和/或与其组合，即使该组合没有明确描述。换言之，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列保持在本公开的范围内。
45.元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等)之间的空间和功能关系使用各种术语描述，包括“连接的”、“接合的”、“耦合的”、“邻接”、“相邻”、“在
……
之上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是其中在第一元件与第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但也可以是在第一元件与第二元件之间存在一个或多个中间元件(空间上或功能上)的间接关系。如本文中使用的，短语a、b和c中的至少一个应当被解释为表示使用非排他性的逻辑或的逻辑(a or b or c)，而不应当被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个、和c中的至少一个”。
46.在图中，箭头所指的箭头方向通常示出说明中感兴趣的信息(诸如数据或指令)的流动。例如，当元素a和元素b交换各种信息但从元素a传输到元素b的信息与图示相关时，箭头可以从元素a指向元素b。这个单向箭头并不表示没有其他信息从元素b传输到元素a。此外，对于从元素a发送到元素b的信息，元素b可以向元素a发送对信息的请求或接收确认。