一种柔性芯片、具有该柔性芯片的动力电池组及电动汽车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性芯片，同时也公开了具有该柔性芯片的动力电池组，还公开了应用该动力电池组的电动汽车。该柔性芯片包括依序设置在绝缘衬底上的金属层、电阻层以及钝化层；电阻层通过接线端与金属层电连接，金属层通过接线端与外层电路电连接。在动力电池组中，温度传感器、均衡电阻以及加热电阻均可采用该柔性芯片实现，使得电池单元控制电路变得结构简单、易于装配、可靠性高。由于柔性芯片可以通过印刷工艺制备，便于实现规模化生产，可以有效控制成本以及缩短动力电池组的上市周期。
【专利说明】—种柔性芯片、具有该柔性芯片的动力电池组及电动汽车
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性芯片，同时还涉及具有该柔性芯片的动力电池组以及应用该动力电池组的电动汽车，属于电池管理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着石油资源争夺日益升级、全球气候环境不断恶化，汽车节能环保技术已经成为当今全球汽车业所面临的重大技术挑战。近年来，人们对电动汽车的期望越来越高，但由于电动汽车的成本，尤其是动力电池组的制造成本很高，使得电动汽车一直未能真正进入市场。如何降低动力电池组的制造成本、减少研发上市周期、提高工作可靠性，是电动汽车大量投入市场前需要解决的重要问题。
[0003]图1为现有的一个动力电池组(也称电池包)的结构示意图。该动力电池组由多个电池模块串联组成，每个电池模块包含多个电池单元。图2为现有的电池控制系统的结构示意图。该电池控制系统用于测量电池模块的电压以及温度，同时负责实现电流均衡，因此每个电池模块的内部都需要安装电池控制器和均流电路板，对每个电池单元的电压、温度进行测量。电池控制器中包含温度传感器、电阻等元器件。动力电池组在制造时，由于元器件的数量过多，致使元器件之间的连接容易出现接触不良等问题，使整个动力电池组的可靠性无法得到保证。另外，还有一个重要问题是适用于某种电池模块的控制电路无法针对不同电池组实现通用。
[0004]这样使得目前的动力电池组存在以下几个问题:1.动力电池组的设计以及制造成本高、上市周期慢。由于不同厂家的动力电池组设计不同，动力电池组的控制电路需要根据各个电池模块的特点重新设计，因此动力电池组的研发费用高并且上市周期较长。2.动力电池组的灵活性和可靠性不高。由于电池模块内部包含电池控制器和均衡电流板等器件，在制造时不仅面临元器件的成本，并且进行元器件的连接、配置也使得动力电池组的灵活性以及可靠性大大降低。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性芯片、具有该柔性芯片的动力电池组以及应用该动力电池组的电动汽车。
[0006]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0007]一方面，本发明提供了一种柔性芯片，包括依序设置在绝缘衬底上的金属层、电阻层以及钝化层；
[0008]所述电阻层通过接线端与所述金属层电连接，所述金属层通过接线端与外层电路电连接。
[0009]其中较优地，所述金属层、所述电阻层和所述钝化层通过印刷工艺制备。
[0010]其中较优地，所述绝缘衬底的材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。[0011]其中较优地，所述电阻层和所述金属层的材料为银。
[0012]其中较优地，所述电阻层采用温度感应材料。
[0013]其中较优地，所述金属层为叉指状金属电极。
[0014]另一方面，本发明还提供一种动力电池组，该动力电池组包括由上述柔性芯片制成的温度传感器。
[0015]另一方面，本发明还提供一种动力电池组，该动力电池组包括由上述柔性芯片制成的均衡电阻。
[0016]另一方面，本发明还提供一种动力电池组，该动力电池组包括由上述柔性芯片制成的加热电阻。
[0017]再一方面，本发明还提供一种电动汽车，其中应用上述的动力电池组。
[0018]本发明所提供的柔性芯片使电池单元控制电路变得结构简单、易于装配、可靠性高。由于柔性芯片可以通过印刷工艺制备，便于实现规模化生产，可以有效控制成本以及缩短动力电池组的上市周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为现有的动力电池组的结构示意图；
[0020]图2为现有的电池控制系统的结构示意图；
[0021]图3为本发明所提供的柔性芯片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0023]如图3所示，本发明提供一种用于动力电池组的柔性芯片。该柔性芯片包括绝缘衬底1、金属层2、电阻层3以及钝化层4。其中，金属层2、电阻层3以及钝化层4依序设置在绝缘衬底I之上。电阻层3通过接线端与金属层2电连接，金属层2通过接线端与外层电路电连接。下面对本柔性芯片的具体结构展开详细的说明。
[0024]在本发明中，绝缘衬底I为绝缘材料制成，优选为塑料衬底。在制作绝缘衬底I时，优选采用聚酰亚胺薄膜作为塑料衬底的材料。常用的聚酰亚胺薄膜的厚度为100 μ m，耐热性高(温度高达230°C )，尺寸稳定性好，并且具有很好的润湿性和柔性，非常适合作为柔性印刷板的基底。另外，可以根据芯片的工作环境选择制作绝缘衬底I的材料。例如，动力电池组的工作环境温度在一 20°C?+ 60°C，选择聚酰亚胺薄膜制作绝缘衬底I的材料成本相对较高，可以选用成本相对较低的聚酯薄膜，例如聚对苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二醇酯等具有同等功能的材料代替。
[0025]金属层2位于绝缘衬底I的上层，通过焊盘将电阻层3和外部电路的元器件电连接。另外，金属层2还可以进行电路布线，例如在塑料衬底上制作出电池单元控制电路等。在制作柔性芯片时，优选采用丝网印刷工艺将金属层2印刷在绝缘衬底I上，印刷材料优选采用银墨水。这样，所获得的金属层2厚度大约为lOOnm。由于银墨水的阻抗为5?30 μ Ω/cm，价格低廉，并且可以批量供货，保证了柔性芯片的低阻抗、低成本和低工艺复杂度。此处可以理解，其它可以将金属层2固定在绝缘衬底I上的技术如溅射等也可以用于实现本发明，在此就不一一赘述了。[0026]电阻层3位于金属层2与钝化层4之间。电阻层3与金属层2通过预留的焊盘电连接。电阻层3为整个柔性芯片的电阻部分，通过改变电阻的长宽比例来实现电阻的调节。本发明在制作柔性芯片时，优选采用丝网印刷工艺将电阻层3印刷在金属层2上，再在表面镀绝缘层使其与金属层2绝缘。印刷材料优选采用银墨水，当然也可以根据柔性芯片的实际用途对电阻层3的材料进行选择。例如，柔性芯片作为温度传感器使用时，电阻层3所用材料为具有温度感应功能的材料如Si薄膜或者SiC薄膜等。
[0027]钝化层4位于整个柔性芯片的最上层，是一层具有机械保护功能和电气绝缘性能的覆盖膜。该钝化层4不仅可以用于稳定柔性芯片的电学性能，同时也可以避免外界电荷的干扰、机械擦伤以及环境中湿度等因素的影响，对柔性芯片起到了封装保护的作用。在本发明中，对钝化层4的材料不进行具体限定，可以是二氧化硅、氮化硅、绝缘胶等中的任意一种。
[0028]本发明所提供的柔性芯片可以作为温度传感器使用，也可以作为均衡电阻使用，还可以作为加热电阻使用。下面，结合不同的实施例对本柔性芯片进行进一步的详细说明。
[0029]实施例1:柔性芯片作为电池单元控制电路中的温度传感器
[0030]如图3所示(仅示出了温度传感器，其他电路未示出)，本实施例中的柔性芯片可以通过丝网印刷工艺在塑料绝缘衬底I上实现。绝缘衬底I采用厚度为100 μ m的聚酰亚胺薄膜材料。如果电池只是在一 20°C?+ 60°C之间工作，可以选用低成本的绝缘衬底材料如PET (聚对苯二甲酸乙二酯)或者PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)。在本实施例中，金属层2为两个叉指状的金属电极，优选采用银墨水印刷，其厚度约为lOOnm，从而具有制造成本低、低工艺复杂度和低阻抗(约5?30 μ Ω.cm)等特点。电阻层3采用温度感应材料如Si薄膜或者SiC薄膜印刷(或溅射)在金属层2上。由于电阻层的阻抗受温度影响较大(大约为5?10kQ/cm)，电阻层3完全覆盖了下一层的叉指电极，可以实现传感面积利用的最大化。温度传感器的电阻值可以通过调整电阻的长宽比例进行调整。金属层2与电阻层3通过预留的焊盘实现电连接，其中金属电极充当连接电极端。金属层2通过焊盘将电阻层3和外部电路的元器件进行电连接。钝化层4采用钝化材料印刷而成，起封装保护的作用，使印刷出来的柔性芯片电学性能稳定，减少外界电荷的干扰，避免柔性芯片受到环境湿度的影响，同时也避免机械擦伤的不利影响。
[0031]在本实施例中，采用柔性芯片作为温度传感器结构简单、热容量较低，检测温度的延迟时间短，能够及时检测出电池温度的变化。这种传感器放置在电池表面，如果采用传感器阵列方式进行排布，则能够检测出电池表面的温度分布，从而更有效地监测电池的工作状态，有助于延长动力电池组的寿命、提升动力电池组的性能。
[0032]实施例2:柔性芯片作为电池单元控制电路中的均衡电阻或加热电阻
[0033]本实施例中的柔性芯片与实施例1基本相同，主要区别在于电阻层3。均衡电阻的电阻层3优选采用银墨水印刷在金属层2上。电阻层3的阻值在I?25 Ω/cm之间。该均衡电阻不仅用于电流的均衡，同时在均衡过程可以将电能直接转化为热能。因此，该均衡电阻可作为加热电阻，使电池在低温的环境中被均匀加热到理想的工作温度，有效地提高整个动力电池组的工作性能。采用柔性芯片的加热电阻结构简单、使用方便，无需增加额外的加热设备，使得电池控制系统的灵活性、可靠性、安全性得到了有效提升。
[0034]实施例3:柔性芯片将温度传感器、均衡电阻和加热电阻进行集成[0035]本实施例中的柔性芯片包含温度传感器、均衡电阻和加热电阻三个功能。由于作为温度传感器或者均衡电阻的柔性芯片中，电阻层3采用不同的材料，因此这三个元器件的功能层可以在通用的塑料衬底上直接上下堆叠起来。与传统的分立元器件相比，柔性芯片集成了三种元器件的功能，可以有效减少内部的连线，同时避免了因装配问题造成的元器件损伤或者接触不良。
[0036]相对于针对电池模块的控制电路，本发明所提供的柔性芯片容易实现对每个电池单元的控制，避免传统布线方式造成的电池质量问题。另外，采用本发明所提供的柔性芯片，无需再针对不同的动力电池组设计电池单元控制电路，使得电池单元控制电路有了统一标准，大大缩短电池的研发、上市周期以及动力电池组的制造成本。由于采用印刷方式实现，保证了柔性芯片可以实现规模化生产。
[0037]为具体体现本发明的优越性，下面对通用的电池模块控制器与应用本发明的电池单元控制电路进行了详细对比，如表1所示。
[0038]
【权利要求】
1.一种柔性芯片，其特征在于包括依序设置在绝缘衬底上的金属层、电阻层以及钝化层； 所述电阻层通过接线端与所述金属层电连接，所述金属层通过接线端与外层电路电连接。
2.如权利要求1所述的柔性芯片，其特征在于，所述金属层、所述电阻层和所述钝化层通过印刷工艺制备。
3.如权利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述绝缘衬底的材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述电阻层和所述金属层的材料为银。
5.如权利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述电阻层采用具有温度感应功能的材料。
6.如权利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述金属层为叉指状金属电极。
7.一种动力电池组，包括温度传感器，其特征在于:所述温度传感器是权利要求1?6中任意一项所述的柔性芯片。
8.一种动力电池组，包括均衡电阻，其特征在于:所述均衡电阻是权利要求1?6中任意一项所述的柔性芯片。
9.一种动力电池组，包括加热电阻，其特征在于:所述加热电阻是权利要求1?6中任意一项所述的柔性芯片。
10.一种电动汽车，包括动力电池组，其特征在于:所述动力电池组为权利要求7?9中任意一项所述的动力电池组。
【文档编号】B60L11/18GK103682224SQ201310690667
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月15日 优先权日:2013年12月15日
【发明者】姜岩峰, 张东, 蒋常斌, 杜宇, 李瑞麟, 李 杰, 于明, 赵雪莲 申请人:北京自动测试技术研究所