电压感测迹线熔丝到电池互连板中的整合的制作方法
【专利说明】电压感测迹线熔丝到电池互连板中的整合
[0001]相关案例的陈述
本申请是2012年3月21日提交的美国申请序列号13/425,683的题为INTEGRATEDBUSBAR, TERMINAL PIN AND CIRCULT PROTECT1N FOR SENSING INDIVIDUAL BATTERY CELLVOLTAGE的部分继续申请。
【背景技术】
[0002]本发明总体涉及和电池供能系统结合使用的电压感测构件，并且更具体地涉及一种用于将分立电压感测构件整合到统一电池装配中作为增加电池单元电压感测构件的装配稳健性和可制造性的途径的设备和方法。
[0003]对于提高车辆燃料经济性和减少车辆排放的增长的需要导致混合动力车辆和纯电动车辆两者的发展。纯电动车辆可由电池组(也称为电池)供能，而混合动力车辆包括两个或多个能量源，比如用作电池组的备用品或与电池组合作的汽油(也称为内燃)发动机。目前使用的混合动力车辆由两个主要的型式。在第一型式(已知为电荷消耗的混合架构)中，电池可由传统电网比如120VAC或240VAC电力线充电。在第二型式(已知为电荷维持的混合架构)中，电池从内燃机和再生制动中的一个或两个接收其充电的全部。在任一型式中，电池组典型地由多个模块组成，其继而由多个单个单元组成。可包括多个框架、托盘、盖和相关结构以为各种单元、模块和组提供支撑，并且因此帮助限定该单元、模块或组的较大组件。
[0004]在一种形式中，电池组的单元构造成可限定称为单元箱的刚性外壳的矩形(即棱柱)，其可沿着由对齐的平行板状表面形成的轴线堆叠(很像一副扑克牌)。位于单元箱外部上的一个边缘上的正端子和负端子关于堆叠轴线彼此横向间隔开并且用作(比如通过母线)连接到外部负荷或电路的电接触点。在单元箱内，多个单个的交替的正极和负极沿着堆叠方向彼此隔开并由非导电分隔器保持电绝缘。来自每个负极的引线一起聚集在单元箱内部以馈给负端子，而来自每个正极的引线类似地一起聚集在单元箱内部以馈给正端子。在一种形式中，每个棱柱箱单元可将直流(DC)电传送到前面提及的负荷，比如各种车辆系统，包括马达、电力牵引系统或类似物，以及辅助装备。功率逆变器典型地应用于需要交流电(AC)而不是DC功率的构件；这些功率逆变器典型地包括电容器模块和用于将DC输入信号转换为AC输出信号的集成栅双极型晶体管(IGBT)。如上面提及的，在一般形式中，这些模块通过母线或电缆组件连接，其中母线和单元的相关电流传输构件典型地由铜、铝或其合金制成。在一些情况下，引脚或相关导体可涂有其他金属的薄层以增强耐腐蚀或其他希望的性能。
[0005]母线一般被认为优于电缆组件，(尤其)因为其除了提供电连接性之外可以通过紧凑型封装将电压感测和监控电子装置和功率连接件集成。而且，其总体结构允许被用于在单个单元之间提供电连接的所有端子通过简单的装配操作相对于彼此可靠地和重复地定位。在一种形式中，监控(比如单元电压感测)使用电路保护设备(即电路保护熔丝，通常简称为“熔丝”)作为在母线和端子引脚之间的形成为用来提供(多个)电池单元的结构支撑的前述框架的一部分的电接口典型地实现。
[0006]互连板(ICB)是与母线协作以给电路保护熔丝和其他电路构件提供安装位置的框架状元件。尽管基于ICB构造的优势，但传统的母线及其到ICB的连接遭受某些缺点。当在ICB已经被模制或以其他方式成形后试图将电路保护熔丝和母线连接到ICB时，这些缺点尤其地突出。首先，在一种常用装配方法中，母线必须搭扣配合或热粧接到框架。搭扣配合尤其不是稳健的过程并且允许太多位置变化。第二，将熔丝的小的引线电阻焊到母线和端子引脚两者需要精确对齐和过程窗口，这在被合并到大的部件中比如ICB时是很难满足的。第三，熔丝引线自身会暴露于机械载荷，通常，熔丝的小的引线不足够稳健以在端子和母线之间用作机械链接和电链接两者。因此，焊接质量中的任何错误或减少将影响处理量，因为熔丝引线最终疲劳和失效。同样，这些装配困难导致失效和相关生产废品率的大的可能性，从而抬高生产成本。
[0007]—种特别的ICB到母线的连接一基于柔性电路的方法，往往使用大数量的接头以实现到熔丝的连接；这些接头(和其他因素)构成电池组ICB的全部成本的主要部分。而且，熔丝往往表面安装到柔性电路上。虽然表面安装是用于将构件附接到柔性电路的可行的、有成本效益的方法的一种，但是当熔丝的物理尺寸是大的时候其可能是有问题的；该较大的熔丝必须提供更严重的故障状态(比如与汽车电池组和其他高电压应用相关联的那些)。在该情况下，由于构件的质量，所以刚性电路板更适合较大的熔丝；然而，这些方法往往是笨重的和昂贵的。而且，这些连接方案在母线迹线通过超声波焊接附接到U形的单元安装的通道的区域尤其地易受耐久性问题；当放置在疲劳问题可变得显著的振动环境中时这些问题往往加剧。因此，需要克服这些和其他连接技术的缺点。
【发明内容】
[0008]根据本发明的教导，公开一种形成使用在电池供能的汽车推进系统中的集成电路的方法。所述电路包括具有用来在母线和端子引脚之间建立电连通的引线的熔丝。在优选的形式中，对于在较大电池组或相关组件内的每个单元具有电路。在本发明上下文中，电路可形成为作为连接器壳体的部分(在此更简单地还称为壳体)，其继而永久地固定到或以其他方式形成为ICB或相关框架的部分；在任意情况下，框架和电压感测(在此也指代为电压感测)电路之间的连接的整体本质使得被刚性地固定到彼此，在功能上讲其是整体的，即使其原先的独立本质的一些可见标记可存在。因此，在本发明上下文中通过整合到框架中，电压感测电路成为结构整体，从而与现有技术的方法相比展示出提高的结构稳健性，在现有技术中可能发生独立形成的电压感测电路，其更易受反复处理和相关的易于破坏的事件。特别地，构成整体的电压感测电路的端子引脚、熔丝和母线的组合一旦耦接到壳体被构造成与壳体和在壳体内的模块整体以便壳体和电路一起限定自主部件，其在自身内是结构上稳健的整体结构，以及当其(比如通过包覆成型、封装等)固定到较大框架时成为其整体部件。
[0009]根据本发明的另一方面，公开用于感测通过在由多个电池单元组成的电池组内的电池单元产生的电压的组件。如上面提及的，装配的电路提供测量电池组中的每个单个单元的电压的手段。电压感测电路由至少三个构件组成，包括端子引脚、包覆的母线和熔丝(即电路保护)，其装配在一起以适配在模块化壳体中，其继而可固定到ICB或电池框架。通过把这些导电件整合在壳体内并进一步把该壳体整合到框架(比如注射成型的框架)中，所有构件的更稳健性可得到实现。这对于链接作为紧凑的模块化壳体的一部分的端子引脚和母线的熔丝尤其有价值，其与熔丝和相关构件分立地相比可承受远远更严厉的操作处理。
[0010]根据本发明的又一方面，公开了构造为向车辆提供推进功率的电池组。电池组包括多个电池单元，用于每个电池单元以允许单元得到固定的框架和固定到框架的电压感测电路，其中电压感测电路包括前面提及的熔丝、母线和端子引脚，以及构造为将熔丝、母线和端子引脚彼此保持电连通的壳体。在一个具体形式中，壳体限定模制的结构以便一旦各种导电构件之间的连接做出，电压感测电路限定模块化单元。如上面提及的，壳体的模制结构优选地还模制到框架的模制结构中；该模制、封装、包覆成型等确保壳体和框架之间的整体连接。在优选形式中，由模制壳体限定的形状包括各种成形物以便接收电压感测电路的导电部件。本领域技术人员应理解的是电池组可包括用于机械或电支撑的额外的特征，包括额外的框架、容纳件、冷却回路或类似物。
[0011]根据本发明的又一方面，公开一种包括用于在电池供能的汽车推进系统中的集成电路的组件。该组件可将多个棱柱型电池单元机械地和电地接收到形成在ICB中或上的接收单元的安装通道中。限定多个单个信号承载线的母线形成在ICB和耦接件(其在优选的形式中是电监控连接集头)中以通过单个信号承载线的相应一个在每个通道和耦接件之间建立信号连接；以该方式，放置到相应通道中的每个电池单元(或者有平行的多个电池以便电压在整组上测量的构造上为电池单元组)具有专用的电压感测电路，其可通过母线将与每个单元有关的电压信号通过耦接件发送到单元监控或控制电路。重要地，母线在ICB内比如通过包覆成型整体形成。以类似方式，通道可与ICB整体形成。以该方式，熔丝可仅在母线和通道(其如上面描述优选地通过包覆成型在ICB内整体形成)在ICB中形成后安装和电耦接到相应的信号承载线。以该方式，(例如通过锡融合，在下面描述)每个熔丝的连接在每个电压感测电路的形成中是最后一步。(比如通过包覆成型等)通过把母线和ICB整体形成，可生产耐振动、处理和其他导致损害的条件和环境的更稳健的组件。
[0012]根据本发明的另一方面，公开一种构造为向车辆提供推进功率的电池组。所述电池组包括沿着堆叠轴线对齐以在它们之间限定面对关系的多个棱柱型电池单元。此外，包括单元监测电子装置、构造成包含多个单元的盒以及耦接到盒和单元中的至少一个的组件。ICB包括多个接收电池单元的安装通道，以及耦接件和母线，后者通过单个信号承载线的相应一个在每个通道和耦接件之间建立信号连接。电压感测电路通过信号与每个通道和母线的相应部分合作，并且额外地形成在ICB内以包括至少一个熔丝和耦接到熔丝的至少一条导电线。优选地，母线和通道的一个或两个和ICB整合形成，比如通过包覆成型(在母线情况下)或共同模制(在通道情况下)。囊可形成在母线、迹线或端子中以便于熔丝的引线更完全耦接到该母线、迹线或端子上的匹配部分。