用于车辆电池的柔性电路的制作方法

本公开涉及车辆电池系统，并且更具体地涉及用于使用柔性电路将电力传送到车辆电池，从车辆电池传送电力以及在车辆电池内部传送电力的系统和方法。

背景技术：

电动车辆、混合动力车辆和内燃机车辆通常包含低电压车辆电池，以提供用于起动车辆的电力和/或为各种其它电动系统提供电力。汽车电池通常提供大约12伏特，以及可以提供到高达16伏特。这种电池通常是铅酸电池。在电动或混合动力车辆中，除了可以使用更高电压的动力电池之外，还可以使用低电压车辆电池。

技术实现要素：

本公开的系统和方法各自具有若干创新方面，其中单独的一方面并不是本公开期望特性的唯一原因。现在将简要阐述本公开中较突出的特征，而不用作限制所附权利要求所表述的范围。

在一个实施中，描述了一种用于车辆电池的电路。该电路可以包括延长柔性电路，该柔性电路具有设置在其中的至少一个正导电路径和至少一个负导电路径。该至少一个正导电路径和该至少一个负导电路径可以由至少一种绝缘材料隔开。该电路还可以包括延伸穿过该电路的至少一个开口和能够将正或负导电路径电连接至电池单元的至少一个互连件(interconnect)。该互连件可以自该至少一个开口的边缘延伸并且终止于连接垫。该互连件可以具有大于在该边缘和该连接垫之间的直线距离的导电长度。该互连件可以能够在横向(lateral)、纵向(longitudinal)和贯向(transverse)方向中的至少一个方向上伸展(expand)。该互连件还可以能够将该正或负导电路径连接至至少部分地位于该开口下方的电池单元。该互连件可以偏向电池单元并且能够在贯向方向上对该电池单元施加向下的力。该互连件的导电长度可以是曲折的，并且该互连件可以具有至少是在该边缘和该连接垫之间的直线距离的两倍长的导电长度。该电路可以包括至少两个互连件，这两个互连件都从开口的边缘延伸并终止于连接垫。至少一个互连件可以是被配置为将该电池单元的正极端子和该正导电路径电连接的正互连件，并且至少一个互连件可以是被配置为将电池单元的负极端子和该负导电路径电连接的负互连件。该至少一个正互连件和该至少一个负互连件可以延伸到该柔性电路的单个开口中，并且该至少一个负互连件可以与该至少一个正互连件不接触或重叠。

在另一实施中，描述了一种用于车辆电池的电路。该电路可以包括大体上由横轴和纵轴限定的延长柔性电路。该延长柔性电路可以具有设置在其中的至少一个导电路径。该电路还可以包括延伸穿过该电路的至少一个开口和能够将导电路径电连接至至少部分地位于该开口下方的电池单元的至少两个可伸展的互连件。该可伸展的互连件可以从至少一个开口的边缘延伸并且终止于能够连接至电池单元的端子的连接垫。该互连件可以能够在纵向、横向和贯向中的至少一个方向上伸展。该可伸展的互连件可以具有大于在该边缘和该连接垫之间的直线距离的导电长度。该互连件沿着该导电长度可以是曲折的，并且可以是偏向该电池单元。该互连件可以能够在贯向方向上对着电池单元的顶面施加向下的力。该电路还可以包括至少三个可伸展的互连件，每个可伸展的互连件从该至少一个开口的边缘延伸并终止于连接垫，并且其中多个连接垫能够连接至电池单元的单个端子。被配置为与该电池单元的正极端子连接的互连件可以与被配置为与该电池单元的负极端子连接的互连件不接触或重叠。

在另一个实施中，描述了一种车辆电池。电池可以包括多个电化学电池单元和设置在该电化学电池单元上方的延长平面柔性电路。该柔性电路通常可以由纵轴和横轴所限定，并且可以包括正导电路径、负导电路径、延伸穿过所述柔性电路的至少一个开口、至少一个能够将正路径电连接到电化学电池单元的正极端子的可伸展的正互连件、和至少一个能够将负导电路径电连接至电化学电池单元的负极端子的可伸展的负互连件。该正互连件和负互连件在至少贯向方向上可以是可伸展的，以及可以从至少一个开口的边缘延伸并且终止于连接垫。每个互连件可以具有大于在该边缘和该连接垫之间的直线距离的导电路径长度。该电池还可以包括与该电路的至少一部分接触的板，该板具有比该电路的更低的柔性。

附图说明

现在将参考附图结合各种实施来描述本技术的上述方面以及其它特征、方面和优点。所示出的实施仅仅是示例，并不旨在限定。除非上下文另有规定，在整个说明书附图中，类似的符号通常标识相似的组件。

图1a是根据示例性实施例的处于未耦合状态的挠性电路的接触垫和可压缩的互连件的示意图；

图1b是根据示例性实施例的耦合到的电化学电池单元的图1a的挠性电路的接触垫和可压缩的互连件的示意图；

图1c是根据示例性实施例的处于未耦合状态的挠性电路的接触垫和可伸展的互连件的示意图；

图1d是根据示例性实施例的耦合到电化学电池单元的图1c的挠性电路的接触垫和可伸展的互连件的示意图；

图2a是根据示例性实施例的挠性电路的俯视图；

图2b是根据示例性实施例的耦合到多个电化学电池单元的图2a的挠性电路的一部分的挠性电路放大透视图；

图2c是根据图2b所示实施例的正互连件和接触垫的沿着2c-2c线截取的截面图；

图2d是根据图2b所示的实施例的两个负互连件和接触垫的沿着2d-2d线截取的截面图；

图2e是图2c所示出的耦合到正电池单元端子的正互连件的截面图；如图所示，正互连件伸展以跨越挠性电路和电池单元之间的间隙；

图2f是图2d所示出的耦合到负电池单元端子的两个负互连件的截面图；如图所示，负互连件伸展以跨越挠性电路和电池之间的间隙。

具体实施方式

公开了具有可伸展的互连件的挠性电路。以下描述针对用于描述本公开创新方面的目的的某些实施。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本文的教导可以以多种不同的方式来应用。

在一些实施中，词语“电池”或“多个电池”将用于描述本文所述实施例的某些元件。值得注意的是，“电池”不一定仅指单个电池单元(batterycell)。相反，被描述为“电池”或在图中被示为电路中的单个电池的任何元件可以等同地由任意更大数量的单个电池单元和/或其他元件组成，而不脱离公开的系统和方法的实质或范围。

为了帮助描述柔性电路和电池系统的各种部件，使用以下坐标术语(例如参见图2c-2d)。“纵轴”大体上平行于所示实施例的挠性电路的最长尺寸。“横轴”垂直于纵轴。“贯轴(transverseaxis)”往垂直于纵轴和横轴的方向延伸。例如，图2a的近透视图示出了耦合至具有圆形孔阵列的挠性电路的多个电化学电池单元；每排孔沿着平行于纵轴的线而定向，而每个电池单元平行于贯轴而定向。

另外，如本文所使用的，“纵向方向”是指基本上平行于纵轴的方向，“横向方向”是指基本上平行于横轴的方向，以及“贯向方向”是指基本上平行于贯轴的方向。

术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“下侧”、“顶侧”、“上方”、“下方”等用于指代本实施例中所示出的方向，也用于描述本公开的电池系统。例如，如图2b中所示，术语“下侧”可用于描述电化学电池单元耦合到的挠性电路的表面，而术语“顶侧”可用于描述挠性电路的相对并可见的表面。

传统的汽油动力车通常包括低电压sli(起动，照明，点火)电池。类似地，电动车辆可以包括低电压sli电池以及具有大能量存储容量并且适于给电牵引电动机供电的高电压电池系统。可能需要低电压电池提供启动电力、为点火提供电力、关闭高电压电池接触器、和/或为其它低电压系统提供电力(该低电压系统例如是照明系统，电子窗和/或门、后备箱释放系统、汽车报警系统等)。

当高电压电池被接入时，除了给车辆的推进电动机供电之外，还可以使用一个或多个dc-dc转换器来降低该高电压电池的输出以给一些或所有其他车辆系统供电，例如内部和外部灯、助力制动、动力转向、信息娱乐、汽车诊断系统，电动车窗，门把手和各种其他电子功能。

高电压电池可以通过一个或多个磁性接触器连接至其它车辆电路或从其它车辆电路分离。常开接触器需要电力供给以进入或保持在闭合电路位置。这种接触器可以被配置为当断电时处于打开(断开)配置，以允许高电压电池在车辆断电时保持断开。因此，在启动时，需要小功率的输入来闭合该高电压电池组的至少一个接触器。一旦接触器闭合，高电压电池可以提供保持该一个或多个接触器闭合和/或向其它车辆系统供电所需的电力。

低电压电池可以包括壳体，该壳体包含通过电路电耦合的多个电化学电池单元。该电路可以是柔性电路。柔性电路或挠性电路可以包括多个导电路径。挠性电路可以包括与刚性印刷电路板的部件相同和/或相似的部件，但可以被配置为在使用期间符合期望的形状和/或弯曲。由于例如振动和/或机械冲击，在驾驶期间柔性电路板可能从一个或多个电池单元断开。柔性电路可以包括多个层。在一些方面中，挠性电路包括至少两个导电层和至少一个绝缘层。在一些方面中，这些层可以层压在一起。

本公开所描述主题的特定实施例可以被实施以实现以下潜在优点中的一个或多个。不使用传统的铅酸汽车电池，而是本发明考虑到不需要填充流体的容器的智能可再充电电池。在一些方面中，可以单独或以子集的形式监视壳体中的一个或多个单独的电池单元。在一些方面中，可以在壳体内提供另外的单独的电池单元，使得连接的电池单元可以提供比必需更多的电压，以补偿可能的一个或多个电池单元的损失。本公开的设计可以更容易地和/或更便宜地制造。例如，制造步骤的数量可以被最小化，并且可以精简劳动力和/或使其更有效率。例如，挠性电路可以用于电连接多个电池单元。这种电路可以是紧凑的、轻质的和/或能够在驾驶期间承受由车辆经受的力和/或振动。也就是说，电路被设计成在车辆运行期间防止电路从一个或多个电池单元断开。

在一些方面中，柔性电路具有多个可伸展的互连件。该互连件可以将电路物理和电地连接至多个电池单元。可伸展的互连件可允许电池相对于电路在横向，纵向和贯向方向中的一个或多个方向上移动，而不与电路断开。该互连件的可伸展的性质还可允许互连件在横向、纵向和贯向方向中的一个或多个方向上伸展和/或收缩。该可伸展的互连件还可以允许电池相对于电路关于横向、纵向和贯向方向中的一个或多个方向旋转而不从该电路断开。

该互连件可以被配置为跨越挠性电路和电池单元端子之间的距离。在一些方面中，该互连件在电池单元上施加向下的力，以帮助保持与电池单元的接触。在一些方面中，该互连件减轻来自中心焊点的张力。该互连件可以包括与每个电池单元接触的多个接触表面，以增加冗余并且即使一个连接点失效也会保持功能。

现在将参考为说明的目的选择的特定形式或实施例来描述这些以及其他各个方面、组件、步骤、特征、目的、益处和优点。应当理解，本文公开的系统和方法的实质和范围不限于所选择的形式。此外，需要注意的是，本文提供的附图不是以任何特定比例或刻度绘制的，以及可以对所示实施例做出许多变形。

图1a-1d是被配置为与电化学电池单元160连接的挠性电路100的一部分的示意图。图1a和1c示出了在没有电化学电池单元160的情况下处于非耦合状态的挠性电路100，例如在电池组装之前。图1b和1d示出了与电化学电池单元160耦合的挠性电路100。挠性电路100可以包括将挠性电路100的导电路径连接至连接垫140的一个或多个互连件120，该连接垫140被配置为接触电化学电池单元160的正极或负极端子。该互连件可以包括可伸展和收缩的弹簧类部件。

在车辆运行期间，电池可以在纵向、横向和/或贯向方向上受到力、运动和/或振动。这样的力、运动和/或振动可能会导致电池连接电路(诸如挠性电路100的连接垫140)失去与电化学电池单元160的端子的接触。因此，连接垫140可以固定到电池单元160，例如通过焊接或其它合适的机械约束，以便保持电池单元160和挠性电路100之间的电接触。为了避免互连件120上的过度应力，互连件120可以是柔性的和/或弹性的，使得互连件120在纵向、横向和/或贯向方向上吸收动力、运动和/或振动。以这种方式，可以减少或消除互连件与端子断开的几率。

在一些实施例中，互连件120可以向下偏置，以便对电池单元160的顶面施加力。例如，比较图1a和图1b，通过插入电池单元160，互连件120可从图1的其静止状态被压缩，如图1b所示。在一些方面中，施加在电池单元160的顶部上的力可有助于在贯向方向上的振动期间连接垫140和电池单元160之间的连接的连续性。

如图1c所示，在一些实施例中，互连件120可以是未偏置的，或者可以在其未耦合状态下仅略微向下偏置。在这样的实施例中，当与电池单元160耦合时，互连件120可以被向下按压，使得连接垫140接触电池单元160的顶部。然后可以通过如上所述的焊接或其他方法将连接垫140固定到电池单元160的顶部。在一些方面中，例如，如果互连件120被形成为挠性电路100的导电部分的整体部分，则在其未耦合状态下不偏置的互连件120可更易于制造。

图2a是电池连接挠性电路100的示例性配置的俯视图。挠性电路100可以包括多个开口108，每个开口108被配置为容纳电化学电池单元160(未示出)的至少一部分。虽然描述为开口，但是本领域技术人员可以理解，互连件可以由挠性电路的一个或多个导电层形成。也就是说，通常开口不是单独形成且然后被互连件填充的。而是，互连件在层叠挠性电路的制造期间被形成。

继续参考图2a，开口108可以包含一个或多个被配置为接触电化学电池单元160(未示出)的正极端子的正连接垫141。正连接垫141可以通过导电正互连件121在开口108的边缘处连接至挠性电路100的导电路径。类似地，每个开口108可以包含一个或多个负连接垫142，该负连接垫142被配置为接触电化学电池单元160的负极端子(未示出)。每个负连接垫142可以通过导电负互连件122在开口108的边缘处连接至挠性电路100的导电路径。

在一些实施例中，互连件121、122中的一些或全部可以通过电池单元间隔突起104被支撑在开口108的边缘附近。挠性电路100可以由电池单元固定器框架102包围和/或支撑，电池单元固定器框架102可以通过延伸到挠性电路100的一些或全部以下来支撑挠性电路100。在一些实施例中，挠性电路的开口108可以是与电池单元固定器框架102的开口106(未示出)基本上共同延伸。电池单元间隔突起104可形成为电池单元固定器框架102的一部分。在一些方面中，电池单元固定器框架102包括比挠性电路更不柔性(即更刚性)的板。电池单元固定器框架102可以用于增加挠性电路的相对刚性。也就是说，电池单元固定器框架102可以抑制挠性电路相对于电池单元的挠曲和/或运动。以这种方式，互连件可以被配置为相对于挠性电路弯曲、移动和/或伸展。

挠性电路100可以包括从挠性电路100的导电路径延伸到用于电压测量或其他诊断的电池监测电路(未示出)的监测连接180。在一些实施例中，挠性电路100的导电路径和/或层可以由一个或多个电绝缘材料层(例如聚酰亚胺、pet、peek或kapton)覆盖和/或分离。

图2b是耦合到多个电化学电池单元160的图2a的挠性电路100的放大俯视透视图。为了示出目的，三个电池单元160在三个开口108处附接到挠性电路100，而其它开口108未耦合。在一些实施例中，每个连接垫141、142可以通过多个互连件121、122连接至开口108的边缘。互连件121、122可以提供在连接垫141、142和挠性电路100之间的物理和电连接。为每个连接垫141、142提供多于一个互连件121、122可以产生一些潜在的优点。具有多个互连的附接可有助于连接垫141、142保持在其期望的位置。例如，在所示的实施例中，正连接垫141通过围绕圆形开口108均匀间隔开的三个互连件121连接至挠性电路100，以便保持连接垫141在开口108内居中。类似地，每个负连接垫142可以通过两个互连件122连接至挠性电路100，以防止连接垫142沿着开口108的周边移动。可以通过为单个端子161、162提供多个连接垫141、142来实现进一步的冗余。作为示例，在电池单元160的负极端子包括围绕电池单元160的顶面的周边的环的情况下，在挠性电路100中的每个开口108可以包括围绕开口108的周边布置的三个负连接垫142，每一个通过两个互连件122连接至挠性电路100。

在一些实施例中，互连件121、122可以是弯曲的和/或倾斜的，以便在挠性电路100的主导电路径和连接垫141、142之间形成间接连接。这样的形状和/或布置产生沿着互连件121、122的导电长度，该导电长度长于连接垫141、142与挠性电路的开口108的边缘之间的最短距离。作为示例，图2b中所示的每个正互连件121具有导电路径，其两个部分从连接垫141径向向外延伸到圆形开口108的边缘。在两个径直部分之间，互连件121包括在圆周方向上延伸180°曲线并返回到原始径向导电路径的弯曲段。类似地，每个负互连件122包括三个倾斜部分和180°弯曲部分，以产生大于从连接垫142到开口108的边缘的直线距离的导电长度。作为示例，互连件可以包括比直线距离长50％或更长(例如两倍长，三倍长等)的导电长度。导电材料的附加长度可以为互连件121提供额外的柔性，以使得其用作弹性件(spring)以吸收在纵向、横向和/或贯向方向上的力、运动、和/或的振动，并且避免将机械应力传递到连接垫141和电化学电池单元160的正极端子161之间的焊接。

如上所述，柔性和/或弹性互连件121、122可以是可伸展的，以使得挠性电路组件适应在纵向、横向和贯向方向上的力、运动和/或振动。这种可伸展性允许更刚性的挠性电路。因此，挠性电路100可以基本上保持刚性。作为示例，挠性电路100可以由包括诸如硬塑料、金属或其他基本刚性材料的材料的电池单元固定器框架102的结构来支撑。在一些实施例中，挠性电路100可以通过例如挠性电路固定螺柱103附接到如上所述的电池单元固定器框架102，下文将参照图2d对该挠性电路固定螺柱103作更详尽的阐述。

现在参照图2b描述使用挠性电路100连接多个电化学电池单元160的组装过程。多个电池单元160可以以阵列放置，与挠性电路组件中的开口108的布局匹配。作为示例，下电池单元固定器框架(未示出)可以包括多个开口，其与如本文别处所述的挠性电路100可以附接的上电池单元固定器框架102的开口106和挠性电路100的开口108基本具有相同的尺寸、形状和位置。挠性电路100和电池单元固定器框架102可以被放置在多个电化学电池单元160的顶部，使得每个电池单元160被插入到框架102的开口106的一个。在一些实施例中，框架102的开口106可以包括电池单元间隔突起104，以在电池单元160的端子161、162与挠性电路100的平面之间在贯向方向上保持分离。在端子161、162与挠性电路100的平面之间的贯向间隔可以防止不期望的电连接和/或防止电池单元160的振动或运动对挠性电路100的损伤。

继续如图2b所示，连接垫141、142可以连接至电池单元160的端子161、162。该连接过程如图2c-2f中所示。作为示例，正连接垫141可以从其初始位置沿贯向方向被向下按压距离z(如图2c中的连接垫141所示)，到达按压位置(如图2e中的连接垫141’所示)，其中该正连接垫141与电池单元160的正极端子的顶面接触。类似地，负连接垫142可以从其初始位置沿贯向方向被向下压下距离z(如图2d中的连接垫142所示)，到达按压位置(如图2f中的连接垫142’所示)，其中该负连接垫142与电池单元160的负极端子162的顶面接触。将连接垫141、142移动到它们的按压位置141’、142’可以使互连件121,122从它们的初始非偏置位置(如图2c和2d所示)移动至在图2e和2f中的互连件121’和122’所示的倾斜位置。在其按压位置，连接垫141’和142’可以通过焊接或其他固定方法被固定至电池160单元的端子161、162。

在一些实施例中，类似于在图1c和图1d所示的实施例，如图2b、2c和2d中所示，互连件121和122的未耦合配置(即，在连接至电化学电池单元160之前制造的配置)可以是无偏置的(即，在与电池单元160耦合之前互连件基本上在挠性电路100的平面内)。在这样的实施例中，如上所述的焊接或其他固定方式可能是必要的，以维持电化学电池单元160和连接垫141、142之间的电连接。在一些实施例中，互连件121和122的未耦合配置可以被偏置，例如如图1a和图1b中所示的实施例。在这样的实施例中，由互连件121、122施加在电池单元160上的弹性力可以保持电池单元160和连接垫141、142之间的电连接，而无需额外的固定措施。然而，对于这样的实施例，仍然可以采用焊接或其他固定方法，以防止由于在车辆运行期间可能遇到振动或其他运动而导致的失去连接。

图2c和2d是根据图2b所示实施例的在互连件121、122和接触垫141、142在其未耦合配置中的截面图。图2e和图2f是如上所述的互连件121’和122’在其耦合配置中的截面图。图2e示出了连接至电化学电池单元160的正极端子161的正互连件121’和连接垫141’，而图2f示出了连接至电化学电池单元160的负极端子162的负互连件122’和接触垫142’。应当注意的是，柔性互连件121'和122'的弹性(springlike)构造，使得适应在贯向方向上的振动或其它运动。此外，所示的正互连件121’的形状还可以使得适应在纵向方向上的运动x。

如上所述，挠性电路100可以在挠性电路固定螺柱103处固定到电池单元固定器框架102。挠性电路100可以包括尺寸和形状适于容纳螺柱103的孔。因此，挠性电路100可以被放置在框架102的顶部并由螺栓103固定在适当位置。为了将挠性电路100保持在期望的位置并且提供额外的耐用性，可以使用热铆固(heatstaking)来使螺柱103变形，从而与挠性电路100形成精确的配合。在一些实施例中，电池单元固定器框架102可以包括围绕螺柱103的热铆固井105。热铆固井105可以提供额外的空间以容纳在热铆固过程中所产生的熔化的塑料。井105增加的表面积可以进一步加强螺柱103和挠性电路100之间的过盈配合。

前面的描述详细描述了本文所公开的系统、设备和方法的一些实施例。然而，应当理解，无论在文本中的前述内容出现的多么详细，该设备和方法可以以许多方式实践。也如上所述，应当注意的是，当描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应被认为暗示该术语在本文中被重新定义为限于包括该术语所关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。因此，本公开的范围应根据所附权利要求及其任何等同物来解释。

关于本文中任何复数和/或单数术语的使用，在合乎上下文和应用的情况下，本领域技术人员可以从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为了清楚起见，本文中可以明确阐述各种单数/复数置换。

应当注意的是，示例可以被描述为过程。尽管操作可以被描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地执行，并且该过程可以重复地执行。此外，可以重新排列操作的顺序。当过程的操作完成时，过程终止。过程可以对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。

所公开的实施的之前描述被提供以使本领域任何技术人员能够制作或使用本公开的过程和系统。对这些实施的各种修改对于本领域技术人员将是很明显的，并且在不脱离所公开的过程和系统的实质或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施。因此，本公开的过程和系统的范围不应受本文所描述实施的限制，而应是与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围相符合。