包括柔性电路的汇流排的制作方法
【专利摘要】一种连接多个电池单元的多层汇流排，其包括单元连接层，该单元连接层包括布置为将多个电池单元串联连接的多个导体板。该汇流排还包括柔性电路层，该柔性电路包括基板，在基板上形成有多条测量线路，其中所述测量线路布置为连接至所述多个电池单元中的至少两个电池单元上的正和负连接位置。
【专利说明】包括柔性电路的汇流排
【技术领域】
[0001]本文所公开的主题涉及电池系统，更具体地，涉及监控所连接的一组电池中的每个电池单元(battery cell)的充电状态的电池系统，并且更具体地涉及电动或混合动力电动车辆中的电池系统。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV, hybrid electric vehicle)是包括内燃机(ICE,internal combustion engine)和电动机这两者的车辆。在某些情况下,这样的车辆能够提供比仅包括ICE的车辆更高的燃油经济性。纯电动车辆具有仅仅一个或者多个电动机。
[0003]在任一种设备中，电动机都从电池组(battery unit)接收电力。电池组通常包括两个或多个串联连接的电池单元。在纯电动车辆的情况中，电池单元的数量可以成百个。在操作期间，如果能够单独地监控每个单元，则会是有利的。例如，在充电操作期间监控每个单元能够提高安全性。另外，了解这些单元中的电荷量可用于预测车辆可行驶里程或者这些单元自身的寿命。
[0004]通常，这些单元彼此串联连接，以形成电池组。然后，传感器电线连接至每个单元的端子。然后，通过安装在这些单元的顶部的系带将传感器电线捆扎在一起。这种方法虽然有效，但是却缓慢并且容易造成连接错误。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个实施例，公开了一种连接多个电池单元的多层汇流排。该实施例的汇流排包括单元连接层和柔性电路层，该单元连接层包括布置为将多个电池单元串联连接的多个导体板，该柔性电路层包括基板，该基板上形成有多条测量线路。该测量线路布置为连接至多个电池单元中的至少两个电池单元上的正和负连接位置。
[0006]根据本发明的另一实施例，公开了一种用于车辆的电池系统。该电池系统包括多个电池单元和连接该多个电池单元的多层汇流排。该汇流排包括单元连接层和柔性电路层，该单元连接层包括布置为将多个电池单元串联连接的多个导体板，该柔性电路层包括基板，该基板上形成有多条测量线路。该测量线路布置为连接至多个电池单元中的至少两个电池单元上的正和负连接位置。汇流排还包括设置在导体板与柔性电路层之间的绝缘层。
[0007]根据结合附图进行的下列描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]作为本发明的主题在说明书的结论处的权利要求中特别指出并且明确要求。根据结合附图进行的下列详细描述，本发明的前述和其它特征和优点会变得明显，在附图中:
[0009]图1是包括多个串联连接的电池单元的电池舱的俯视图；
[0010]图2是例示根据一个实施例的柔性电路的线路图；以及[0011]图3例示了根据本发明的一个实施例的多层汇流排的分解视图。
[0012]利用参考附图的示例，详细的说明解释了本发明的实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0013]参考图1，例示了包含电池系统101的电池舱100。电池舱100和电池系统101可以位于例如混合动力电动车辆(HEV)或者纯电动车辆中。在其它情况下，电池舱100和/或电池系统101可以在包括电池的任何类型的设备中，例如风力涡轮机中。电池系统101包括多个串联连接的电池单元(单元)102a-102d。在本文中这些单元将不时地统称为单元102。如所例示的，电池系统101包括四个单元102a-102d。当然，系统101中的单元102的数量可以是大于I的任意数量。如所例示的，所有单元102包括在单个电池舱100中。在某些情况下，附加的单元102可以位于不同的外壳(未示出)中。
[0014]无论配置如何，电池系统101能够提供输出电压Vwt。在某些情况下，Vout能够提供至HEV中的电动机。所例示的每个单元102a-102d包括一对正端子104和一对负端子106。具体地，单元102a包括一对正端子104a和一对负端子106a，单元102b包括一对正端子104b和一对负端子106b，单元102c包括一对正端子104c和一对负端子106c，以及单元102d包括一对正端子104d和一对负端子106d。应理解的是，每个单元102不需要一对正端子或负端子。即，该单元可包括任意数量的端子，只要每个单元提供至少一个正连接点和一个负连接点。如所例示的，设置每个单元102上的成对的正端子104和负端子106，作为冗余故障保护连接。
[0015]本领域中的那些技术人员通常知道如何将这些单元102串联连接。同样地，这些单元102的特定配置并不意味着是限制性的，而仅是可采用的许多种配置中的一种配置。图1中所示的特定布置使每个单元102按照与至少一个相邻单元102相反的方向来布置。具体地，负端子106a与正端子104b相邻布置，而负端子106b与正端子104c相邻布置，以此类推。
[0016]根据一个实施例，一个单元的端子104、106通过一个或多个导体板108连接至相邻单元的端子104、106。如所例示的，单元102a的负端子106a通过导体板108a_b连接至单元102b的正端子104b,单元102b的负端子106b通过导体板108b_c连接至单元102c的正端子104c,以及单元102c的负端子106c通过导体板108c_d连接至单元102d的正端子104d。本领域的技术人员会理解的是，这样的连接方案提供了单元102a-d的串联连接并且在单元102a的正端子104a与单元106d的负端子106d之间提供了输出电压Vwt。尽管指定为Vwt，但应理解的是单元102可以通过在单元102a的正端子104a与单元106d的负端子106d两端施加电压/电流来充电。
[0017]应理解的是，输出电压Vout可看作单独的连接或者可以包括在插头连接器或其它类型的连接器元件中。另外，输出电压Vrat可包括在包括其它电连接的连接器元件中。
[0018]导体板108可由不同类型的导电金属制成，例如不锈钢、铜、铝、锌、铁、过渡金属以及包括上述金属中的至少一种的合金。在一个实施例中，导体板108由镀有镀锡层和镀镍层的金属形成。导体板108的厚度根据环境可具有任意厚度、形状、尺寸或质地。根据单元102上端子104、106的数量和位置，可在导体板108中形成有任意数量的孔。在一个实施例中，该孔可包括设置在其中的凹坑(dishing)和/或套管(bushing),以使导体板108之间的接触点稳定(level)。如以下进一步详细解释的，在一个实施例中，导体板108中的一部分或者全部可包括在多层汇流排的这些层中的一个层中或可附(enclosed)在该多层汇流排的这些层之间。
[0019]如上所述，除提供电力之外，期望测量单个单元的一个或多个参数。同样地，在现有技术中，线路耦接至端子104、106，以允许测量每个单元102中的电荷量。然后，这些线路捆扎在一起，并且也占据电池舱中的空间。
[0020]图2例示了可连接至一个或多个单元102的不同终端的测量线路202、204、206以及208。为了清楚，例如，在图2中未示出单元102，但是应理解的是，这些单元能够如图1所示地配置。在图2中，导体板108a-b、108b-c、108c-d中的每一个包括孔201，孔201的尺寸允许单元端子穿过这些孔。根据一个实施例，设置了能够相对于这些单元在导体板108上方或下方移动的柔性电路200。柔性电路200包括形成在该柔性电路200上的测量线路202、204、206以及208。柔性电路200可以包括基板层203。测量线路202-208形成在基板层203的一侧或两侧上。基板层203可以例如由诸如一些液晶聚合物(LCP, liquid crystal polymers)、聚对苯二 甲酸乙二醇酯(PET, polyethyleneterephthalate)、聚萘二 甲酸乙二醇酯(PEN, polyethylene naphthalate)等的聚酯和诸如聚四氟乙烯(PTFE, polytetrafluoroethylene)、聚酰亚胺(PI, polyimide)、聚醚酰亚胺(PEI,polyetherimide)以及环氧树脂的含氟聚合物和共聚物形成。在这些基板材料203中的任意一种材料上，可以形成所需数量的测量线路，并且将这些测量线路布置为使得测量线路包括连接端230，该连接端230在测量线路放置在电池单元的顶部时覆盖在孔201所处的位置上。在一个实施例中，测量线路的另一端可耦接至连接器210。在一个实施例中，连接器210可形成在基板203中或者耦接至基板203。当然，连接器210可根据环境设置为单独的元件或者可省去。
[0021]测量线路202-208为监控线路连接至其的单元的电荷量或其它参数的设备(未示出)提供连接机构。具体地，假定柔性电路200如图1中布置地覆盖在这些单元上，可在测量线路202与204之间测量单元102b中的电压并且可在测量线路206与208之间测量单元102c中的电压。还应理解的是，柔性电路可包括其它测量线路，该测量线路配置成连接至例如传感器或其它输出的单元的其它部分。另外，如图2所示，在这些单元包括冗余端子的情况下，一条或多条测量线路202-208可包括耦接至冗余端子的冗余路径202’ -208’。
[0022]较之现有技术，由于测量线路202-208形成在基板上，所以所有的线路包含在一个薄层中、无需单独捆扎并且能够减少或者消除操作者连接错误。在了解电池舱中的单元要如何布置的情况下，能够确定测量线路202-208的特定配置。同样地，应理解的是，可以按照任意配置来布置测量线路并且图2中所示的配置仅仅是示例。
[0023]应理解的是，在一个实施例中，柔性电路200与导体板物理上分开，使得测量线路202-208均不与导体板108物理接触。测量线路202-208可具有任意厚度，但通常可以是
12、18、35或70微米厚并且能够由诸如铜的导电金属形成。在一个实施例中，该铜上镀有锡、金或者其组合，或者其合金，例如N1-Au。尽管未示出，但应理解的是柔性电路200可包括覆层或者设置在该柔性电路的一侧或两侧中的一部分或全部上的其它绝缘体。
[0024]图3例示了根据一个实施例的多层汇流排300的分解视图。多层汇流排300被布置并且配置成使得其包括多个接入孔312，这些接入孔312放置成使得能够允许单元102的端子104、106从这些孔穿过。这种穿过允许多层汇流排300中的电气元件形成与端子104、106的电接触。例如，这种接触能够提供单元102的串联耦接和对每个单元102上的电压的监控。在一个实施例中，多层汇流排300的所有层302-308夹在一起并且形成柔性单元，然而，应理解的是，单元102可以不包括图3中例示的端子104、106。在这种情况下，诸如压缩的聚合物的其它装置可包括在多层汇流排中，以使电气元件(例如，线316和/或连接板108)与单元102上的电连接位置电连接。
[0025]所例示的多层汇流排300包括用于密封并且包裹其它层的外部层302和310。外层302和310可由基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的粘性涂敷绝缘物形成。然而，应理解的是，可以省去外部层302、310中的一层或者这两层都省去。
[0026]单元连接层304与外部层302相邻并且包括一个或多个导体板108。而连接层304示出为承载导体板108的物理元件，应理解的是连接层304可以仅包括导体板108。还应理解的是，外部层302、310中的一层或两层可包括布置为容纳导体板108的腔或切除部(cutouts)。导体板108可布置为使得这些导体板之间存在弯曲区域314以允许多层汇流排300弯曲。
[0027]柔性电路层308包括柔性电路，而该柔性电路包括形成在其中的测量线路。例如，能够如上所述相对于图2的柔性电路200来形成柔性电路层308。层304-308的相对顺序能够根据图3中所示来改变。例如，单元连接层304可在柔性电路层308的下面。无论配置如何，绝缘层306都设置在单元连接层304与柔性电路层308之间，使得导体板108不会使任何的测量线路316相互短路。
[0028]在一个实施例中，单元连接层304和柔性电路层308并不彼此结合。而是例如，这些层通过将这些层耦接至电池上的终端的紧固件均可覆盖在电池上并且保持在一起。
[0029]尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了发明，但容易理解的是该发明不限于所公开的这种实施例。而是，本发明可修改为包括迄今尚未描述但是与本发明的思想和范围相当的许多变化、改变、替代或等效布置。另外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅仅一些。因此，可以看出本发明并不受限于前面的描述，而是仅仅受限于所附权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种连接多个电池单元的多层汇流排，所述汇流排包括: 单元连接层，所述单元连接层包括布置为将所述多个电池单元串联连接的多个导体板；以及 柔性电路层，所述柔性电路层包括基板，在所述基板上形成有多条测量线路，所述测量线路布置为连接至所述多个电池单元中的至少两个电池单元上的正和负连接位置；以及。
2.根据权利要求1所述的多层汇流排，进一步包括: 多个外部层，所述多个外部层包裹所述单元连接层、所述柔性电路层以及所述绝缘层的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的多层汇流排，进一步包括: 连接器，所述连接器为外部设备提供连接至所述测量线路的连接。
4.根据权利要求3所述的多层汇流排，其中，所述连接器耦接至所述基板。
5.根据权利要求3所述的多层汇流排，其中，所述连接器电连接至所述多个导体板。
6.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述单元连接层、所述柔性电路层以及所述绝缘层包括孔，所述孔布置为允许所述单元上的端子穿过这些孔。
7.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述导体板布置为使得所述多层汇流排能够弯曲。
8.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述导体板包括形成在所述导体板中以允许所述单元上的端子穿过 的孔。
9.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述导体板包含铜、铝、或者铜和铝的组口 ο
10.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述导体板具有包含铜、铝、或者铜和铝的组合的涂层。
11.根据权利要求1所述的多层汇流排，其中，所述测量线路包含铜。
12.根据权利要求11所述的多层汇流排，其中，所述测量线路包含镀层，所述镀层包含锡、银、镍、金或者镍和金的组合。
13.根据权利要求1所述的多层汇流排，其与所述多个电池单元结合。
14.根据权利要求1所述的多层汇流排，进一步包括: 绝缘层，所述绝缘层设置在所述导体板与所述柔性电路层之间。
15.一种用于车辆的电池系统，所述系统包括: 多个电池单元；以及 连接所述多个电池单元的多层汇流排，所述汇流排包括: 单元连接层，所述单元连接层包括布置为将所述多个电池单元串联连接的多个导体板； 柔性电路层，所述柔性电路层包括基板，在所述基板上形成有多个测量线路，所述测量线路布置为连接至所述多个电池单元的至少两个电池单元上的正连接位置和负连接位置；以及 绝缘层，所述绝缘层设置在所述导体板与所述柔性电路层之间。
16.根据权利要求15所述的电池系统，还包括: 包含所述电池单元的电池舱。
17.根据权利要求16所述的电池系统，其中，所述电池舱位于所述车辆内。
18.根据权利要求15所述的电池系统，其中，所述多层汇流排还包括: 多个外部层，所述多个外部层包裹所述单元连接层、所述柔性电路层以及所述绝缘层的至少一部分。
19.根据权利要求15所述的电池系统，其中，所述多层汇流排还包括: 连接器，所述连接器为外部设备提供连接至所述测量线路的连接。
【文档编号】H02J7/00GK103718341SQ201280038246
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2011年8月8日
【发明者】马克·伯尔克, 斯特凡·德斯梅特 申请人:罗杰斯公司