具有用于温度感测元件的固定结构的电池模块的制作方法

本发明涉及一种电池模块，所述电池模块具有用于温度感测元件和保护电路模块之间的固定的特殊定位，温度感测元件适用于电池单元的温度测量。

背景技术：

与一次电池不同，可再充电电池可以反复地执行充放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量的可再充电电池用在诸如移动电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型便携式电子设备中，而大容量的可再充电电池可以用作用于混合动力车辆和电动车辆的马达驱动电源。

通常，可再充电电池包括电极组件、容纳电极组件的壳体和电连接到电极组件的电极端子，电极组件包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜。电解质溶液被注入到壳体中，使得电池可以通过正极、负极和电解质溶液的电化学反应而充放电。壳体的形状(例如圆柱形、矩形等)根据电池的用途而改变。

可再充电电池可以用作电池模块，该电池模块具有串联和/或并联连接的多个电池单元，从而提供驱动混合动力车辆等的马达所需的高能量密度。即，电池模块通过连接多个电池单元的电极端子来形成，以实现电动车辆等所需的高输出电力。

电池模块可以以块或模块的设计形成。在块型设计中，每个电池与一个公共电流控制结构和电池管理系统连接，并且作为一个单元设置在外壳中。在模块型设计中，多个电池单元连接到子模块，并且多个子模块连接以形成模块。电池管理功能可以以模块级或子模块级至少部分地实现，因此，可以提高兼容性。为了形成电气系统，一个或更多个电池模块被机械地且电气地集成，需要提供热管理系统，并且需要与一个或更多个用电设备进行通信。热管理系统通常包括被设置为与电池单元相邻的保护电路模块。

电池电力输出和充电的静态控制不足以满足连接到电池系统的各种用电设备的动态电力需求。因此，有必要在电池系统和用电设备的控制单元之间连续地交换信息。该信息包括以下重要信息，例如电池系统的实际荷电状态(soc)、潜在的电气性能、充电容量和内阻，以及用电设备的实际或预测电力需求和剩余。电池单元的温度被定义为用于控制每个电池单元的状态的一个参数。因此，在电池模块中设置了温度感测元件。同时，在车辆中，可能存在强烈的外部冲击，因此已经提出了一些解决方案用于将温度感测元件保持在电池单元的表面处。这样的尝试已经通过使用多个部件导致机械上复杂的固定结构，这增加了制造成本和材料成本，从而增加了电池模块的制造成本。

技术实现要素：

技术问题

本发明已致力于提供一种电池模块，该电池模块能够部分地解决或消除上述缺点，并且能够通过使用廉价构件的简单的制造工艺形成。

技术方案

根据本发明，能够克服或减小根据传统技术的一个或更多个缺点。具体地，提供了一种电池模块，所述电池模块包括至少一个电池单元、包括刚性印刷电路板并且与电池单元电连接的保护电路模块、设置在电池单元的表面处的至少一个温度感测元件以及将保护电路模块与温度感测元件电连接的柔性印刷电路板

即，本发明的一个方面将涉及模块电池，其中，即使在电池单元和保护电路模块之间由于外部冲击而发生相对移动时，也能够确保设置在电池单元的表面处的温度感测元件的功能和位置。因此，制造工艺应当简单以防止制造成本的增加。为了实现这一点，温度感测元件直接设置在电池单元的表面上，然后通过利用柔性印刷电路板连接到保护电路模块。

柔性印刷电路由结合到薄绝缘膜的多个排列的导体形成。该柔性电路在组装工艺期间需要较少的人工工作，并且减少了制造工艺中错误的发生。柔性电路具有集形式、配合和功能于一体的独特的特征。柔性电路消除了需要高成本的布线、覆盖和焊接的必要性。可以消除由于布线引起的错误，并且可以降低工艺成本。然而，与提供高组件密度的刚性电路基板相比，保护电路模块不适合于柔性印刷电路板的实现。因此，根据本发明的电池模块结合了刚性电路和柔性电路的优点。

根据本发明的示例性实施例，刚性印刷电路板包括狭缝，柔性印刷电路板穿过狭缝从温度感测元件延伸到刚性印刷电路板的顶表面并且在刚性印刷电路板的顶表面处与保护电路模块结合。即，在刚性印刷电路板的上表面处进行温度传感器和保护电路模块之间的连接。柔性印刷电路板穿过刚性印刷电路板中的专用狭缝，而不通过刚性印刷电路板的外边缘到达顶表面。因此，刚性印刷电路板上的布线图案和柔性印刷电路板可以通过诸如焊接等的典型的接合工艺在电池模块的上侧处容易地彼此接触。

根据本发明的另一示例性实施例，电池模块包括设置在刚性印刷电路板的底表面和温度感测元件之间的泡沫构件。泡沫构件可以由电绝缘材料形成。这样的泡沫构件可以容易地设置在预定位置处。例如，在其一端处设置有温度感测元件的柔性印刷电路板可以通过粘合剂固定到电池单元的表面。接着，将泡沫构件设置在温度感测元件上，因此，当安装保护电路模块时，柔性印刷电路板的另一端穿过狭缝。根据本发明的另一制造方法，泡沫构件可以在安装保护电路模块之后通过将泡沫化合物挤入到温度感测元件和刚性印刷电路板之间的间隙中而形成。

根据本发明的另一示例性实施例，在电池单元的表面和温度感测元件之间设置导电粘合剂层。因此，温度感测元件的位置可以固定在电池单元的表面处。选择性地，柔性印刷电路板可以焊接到刚性印刷电路板。柔性印刷电路板的设置有温度感测元件的一端穿过狭缝，然后通过泡沫构件固定到刚性印刷电路板。接着，将温度感测元件固定到泡沫构件。当刚性印刷电路板被组装到电池单元的顶表面时，温度感测元件被按压到电池单元表面。设置在温度感测元件和电池单元表面之间的粘合剂可以确保热接触。当粘合剂固化时，泡沫构件确保接触所需的压力。

本发明的另一方面提供了一种包括电池模块的车辆。

本发明的另一方面可以从从属权利要求或后面将要描述的描述中推导出。

有益效果

根据本发明的示例性实施例，可以通过简单的结构和方法将温度感测元件固定到电池单元的表面。因此，可以防止电池模块的制造成本增加。

附图说明

在下面的详细描述中，已经仅仅通过举例说明的方式对本发明的仅某些示例性实施例进行了示出和描述。

图1是电池模块的透视图。

图2是根据本发明的电池单元的局部剖视图。

图3是图2的电池单元的局部放大的剖视透视图。

图4是包括通过柔性印刷电路与刚性印刷电路板结合的温度感测元件的电池模块的局部透视图。

图5是包括通过含有泡沫构件的柔性印刷电路与刚性印刷电路板结合的温度感测元件的电池模块的局部透视图。

具体实施方式

在下文中，通过参照对示例性实施例和附图的详细描述，可以更容易地理解本发明的基本特征和用于实现本发明的方法。为了本发明的清晰描述，省略了与描述重复的部分，并且在整个说明书中同样的附图标记表示同样的元件。本发明可以以各种其他形式实现，因此本发明不必限于附图中所示的实施例。这些实施例是用于全面且完整地描述本发明的特征和各个方面的手段，并且作为用于帮助本领域技术人员充分理解的示例而被提供。因此，为了本发明的特征的全面理解，对于本领域技术人员而言将省略不必要的说明，即，对工艺、组件和技术的不必要的说明。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件，并且将省略相同的构成元件的重复的描述。在附图中，为了清晰夸大了若干个构成元件、层和区域。

如图中所示出的，诸如下方、下面、位于下部、上、上方或位于上部的空间表述意图比较一个组件相对于其他组件的特征。另一方面，由于组件可以具有不同的方向，或者可以根据设备的使用或操作而布置在不同的空间中，所以空间表述不必由本发明所举例说明的方面限制。例如，如果附图中所示的设备的方向被翻转，则相对于另一组件被描述为下方、下面或位于下部的一个组件将被定位为上、上方或上部。因此，下方和上方的表达可以包括向上方向和向下方向两者。此外，设备可以被理解为沿诸如能够旋转90度或另一方向的各种方向设置。

当组件或层被称为连接或结合在另一组件或层上时，所述组件或层可以直接连接到另一组件或层，或者至少一个另一组件或层可以存在于所述组件或层与所述另一组件或层之间。此外，组件或层可以单独存在于两个不同的组件或层之间，并且至少一个中间组件或层可以设置在组件之间。

尽管没有具体地定义，但是本文中使用的包括技术术语和科学术语的全部术语具有本领域普通技术人员所理解的含义。术语除了词汇含义以外还具有与相关技术参考文献和本说明书一致的特定含义。即，术语不应被解释为具有理想化或形式上的含义。

参照图1，根据示例性实施例的电池模块100包括沿一个方向布置的多个电池单元10和被设置为与多个电池单元10的底侧相邻的热交换构件110。一对端板18被设置成在电池单元10的外侧面向电池单元10的侧表面，并且连接板19连接该对端板18以将多个电池单元10固定在一起。通过螺栓40将形成在电池模块100的相对侧的紧固部分18a固定到支撑板31。支撑板31是外壳30的一部分。此外，由橡胶或另一弹性材料形成的弹性构件120可以设置在支撑板31和热交换构件110之间。

这里，每个电池单元10是棱柱形(或四边形)单元，并且每个单元的宽平面被层叠从而形成电池模块。此外，每个电池单元10包括电极组件和容纳电解质溶液的电池壳体。电池壳体由盖组件14密封。盖组件14设置有正极端子11、负极端子12和排气部13。正极端子11和负极端子12具有不同的极性。作为电池单元10的安全装置的排气部13起到将由电池单元10产生的气体排出到外部的路径的作用。相邻的电池单元10的正极端子11和负极端子12通过汇流条15电连接，并且可以通过诸如螺母16等紧固装置固定汇流条15。因此，电池模块100可以通过将多个电池单元10电连接在一起而用作电源设备。对于电池单元10，可以使用诸如锂二次电池的可再充电电池。电池模块100可以是在车辆相关应用中使用的48v电池。通常，电池单元10在进行充放电的同时产生大量的热量。所产生的热量积聚在电池单元10中，并且加速电池单元10的劣化。因此，电池模块100包括被设置为与电池单元10的底侧相邻以冷却电池单元10的热交换构件110。另外，为了电池模块100的安全操作，包括用于检测电池单元10的温度的装置。这样的温度检测装置包括保护电路模块和温度传感器(图1中未示出)。

图2是图1中电池模块100的单个电池单元10的局部剖视图。图3是图2中示出的电池单元的一个区域的局部放大的剖视图，在该区域中执行关于电池单元10的温度测量。参照图2和图3，电池模块100包括电连接到电池单元10的保护电路模块130。此外，保护电路模块130通过柔性印刷电路板140与温度感测元件150电连接。

通常，电池模块100中的每个电池单元10电连接到保护电路模块130。根据本示例性实施例，仅一个保护电路模块130连接到电池模块100中的所有电池单元10。然而，两个或更多个单独的保护电路模块可以连接到一个电池单元或一组电池单元。

保护电路模块130放置在电池单元10的侧表面处，使得在电池单元10的表面与保护电路模块130的面向电池单元10的表面之间形成间隙。在本示例性实施例中，保护电路模块130设置在电池单元10的其中设置有电极端子11和12的上表面上。具体地，保护电路模块130与电池单元10电连接以控制充放电，并且防止电池单元10的过度充电/放电。

保护电路模块130包括刚性印刷电路板131以及设置在刚性印刷电路板131的上表面处的至少一个半导体元件133，刚性印刷电路板131具有用于连接电池单元10的端子11和12的连接端子132a和132b。半导体元件133可以包括形成为将电池单元10的测量温度与可允许的电池单元温度的阈值进行比较的集成电路。电路板131包括形成在其表面上的布线图案(未示出)。电路板131的主体可以由诸如聚酰亚胺(pi)或聚乙烯(pet)的刚性电绝缘材料制成。布线图案可以由诸如铜(cu)、钛(ti)、镍(ni)或钯(pd)的电导电材料形成。

可以通过部分地暴露布线图案来形成连接端子132a和132b，或者如在本示例性实施例中实施的，可以通过进一步向布线图案的暴露部分提供诸如金(au)等的导电材料来形成连接端子132a和132b。

半导体元件133应用用于控制电池单元10的操作的信号。具体地，半导体元件133通过电池单元10的高电流线来控制充放电。此外，半导体元件133应用指示电池单元10的电压、电流和温度的信号以防止例如过充电或过放电。

为此，半导体元件133应用通过柔性印刷电路板140来自温度感测元件150的电池单元10的温度信息，并且控制电池单元10的操作。这里，关于电压、电流和温度的信息可以通过电路板131的布线图案传输到半导体元件133。

柔性印刷电路板140使设置在电池单元10的表面上的温度感测元件150和保护电路模块130连接。根据本发明的示例性实施例，电池模块100的电池单元10中的每个包括至少一个温度感测元件150，以单独测量每个电池单元10的温度。然而，在一些应用中，至少两个温度感测元件150在电池模块100中就足够了。

柔性印刷电路板140包括传感线(未示出)，所述传感线用于将信号从连接到其的温度感测元件150传输到保护电路模块130。因此，保护电路模块130可以检查相应的电池单元10的温度值。

此外，柔性印刷电路板140在保护电路模块130和温度感测元件150之间延伸。由于柔性印刷电路板140能够容易地弯曲，所以即使电池单元10或保护电路模块130在外壳30中移动也能够稳定地保持部件之间的连接。更具体地，柔性印刷电路板140延伸同时穿过电路板131中的狭缝135，并且柔性印刷电路板140的一端在电路板131的顶表面处与保护电路模块130的布线图案电连接。因此，可以接触柔性印刷电路板140的传感线的连接件(未示出)可以在电路板131的顶表面上设置有常规焊接等。

温度感测元件150设置在电池单元10的一侧处。温度感测元件150可以是温度传感器，并且当温度感测元件150是例如负特性(ntc)热敏电阻时，电阻值可以随着电池单元10的温度升高而由于负温度系数而减小，但是当温度感测元件150被设置为正特性(ptc)热敏电阻时，电阻值随着电池单元10的温度升高而增大。由于温度感测元件150对温度敏感地反应，并且因此温度感测元件150的电阻根据温度而变化，因此保护电路模块130可以控制电池单元10的充放电。

特别地，温度感测元件150被设置为芯片热敏电阻。芯片热敏电阻可以通过焊接安装工艺通过柔性印刷电路板140简单地连接到保护电路模块130的电路板131，因此，可以减少工艺数量。此外，这样的焊接安装工艺可以是自动化的。

为了将温度感测元件150固定到电池单元10的顶表面，在保护电路模块130和支撑温度感测元件150的柔性印刷电路板140的一部分之间设置泡沫构件160。因此，通过插入在柔性印刷电路板140和保护电路模块130之间的泡沫构件160将温度感测元件150加压到电池单元10的顶表面。选择性地，温度感测元件150可以被固定到电池单元10的包括导热粘合剂层170的顶表面。

泡沫构件160可以由电绝缘材料形成。泡沫构件160优选地由诸如弹性体的聚合物材料形成，以便减弱电池单元10和保护电路模块130之间的相对移动。用作泡沫构件的材料包括聚氨酯等。

图4是包括通过柔性印刷电路板140与刚性印刷电路板131结合的温度感测元件150的电池模块100的局部透视图。为了便于描述，未在图4中示出电池单元10和泡沫构件160，并且通过虚线半透明地示出了刚性印刷电路板131。如附图中所示，柔性印刷电路板140通过刚性印刷电路板131的狭缝135从对面向电池单元的表面延伸到背对电池单元的表面。柔性印刷电路板140在刚性印刷电路板131的顶表面处与布线图案(未示出)结合。

图5是额外示出了泡沫构件160的图4的电池模块100的局部透视图。

虽然已经结合当前被认为是实际的示例性实施例描述了本发明，但是将理解的是，发明不限于公开的实施例。相反，意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

<符号说明>

10：电池单元133：半导体元件

100：电池模块135：狭缝

11、12：电极端子140：柔性印刷电路板

130：保护电路模块150：温度感测元件

131：刚性印刷电路板160：泡沫构件

132a、132b：连接端子170：导热粘合剂层