用于监视至少一个电池单元的传感器设备的制作方法

本发明涉及一种根据独立的设备权利要求的传感器设备以及一种根据独立的系统权利要求的电池系统。

背景技术

由现有技术已知温度传感器，其中，所述传感器设备具有传感器元件，该传感器元件具有连接导线，所述连接导线中的每个连接导线都与对应的电极紧固在温度检测元件上。de10015831a1示出了这样一种传感器设备。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，要求保护一种用于监视电池系统的至少一个电池单元的传感器设备。所述传感器设备具有用于检测该电池单元的至少一个（物理的和/或化学的）状态参量的传感器元件和与所述传感器元件连接的并且导电和/或导热的至少一个连接元件，从而使得所述传感器元件能够与所述电池单元并且能够与该电池系统的电子部件单元连接。所述连接元件构造为柔性电路板，尤其是，所述柔性电路板至少纵向弹性地构造。在本发明的框架中，柔性电路板能够是具有多个导线的、多芯地构造的电缆（ffc）或者在柔性塑料载体上的印刷电路（fpc）。优选地，所述塑料载体能够具有聚酰亚胺、聚酯薄膜、尼龙和/或聚酯薄膜。铜或者银也能够考虑作为导体材料，对于提高的要求，也能够将接触区域镀金（hauchvergoldet）。尤其是，所述导线能够平行地并且电绝缘地并排布置，并且构造为信号导线。根据本发明的柔性电路板能够补偿由于构件或者通过机械影响导致的公差或者运动。这种类型的传感器设备安装在电池系统中。在导电和/或导热的连接元件的第一端部处，这个连接元件与电子部件单元、例如以pcb板的形式的电子部件单元连接。这样的pcb板具有一定的由于制造导致的公差并且通常装配在结构构件、例如电池系统的盖子处。与此对应地，所述电池系统的安装位置是具有公差的，其中，所述电子部件单元与所述电池元件之间的间距能够对应地改变。根据本发明的传感器设备能够通过下述方式补偿这样的公差：所述连接元件构造为柔性电路板。尤其是，所述柔性电路板在其长度上并且因此纵向弹性地和/或柔性地构造。电池系统的电子部件单元能够在此例如是电池管理系统（bms）和/或电池监控电路（cell-supervising-circuit,csc）。根据本发明的柔性电路板在此在另一端部处与传感元件连接，从而使得基于该柔性的构型方案所述传感器元件印刷到电池元件上、尤其是印刷到电池元件的端子上。优选地，这样构造所述柔性电路板，使得通过该电路板的几何形状而能够产生弹簧力，从而使得所述传感器元件能够与所述电池元件接触。根据本发明的传感器设备的传感器元件能够例如构造为温度传感器，从而使得就本发明而言它也能够是温度传感器设备。所述传感器元件在此能够构造为电结构元件或者电子结构元件、尤其是半导体结构元件，从而使得例如电信号能够作为用于所述温度的量度被传递到电子部件单元处。能够考虑的是，所述传感器元件（例如半导体温度传感器）集成在所述连接元件中或者至少部分地力锁合和/或形状锁合地布置在这个连接元件处。除此之外，所述传感器元件也能够与布置在所述电池元件上、优选布置在电池元件的端子上的传感器单元信号连接。在本发明的框架中，所述传感器元件能够构造为无源的（passiv）或者有源的（aktiv）构件。所述传感器元件能够构造为热敏电阻温度传感器元件、冷敏电阻温度传感器元件或者半导体温度传感器元件。同样也能够考虑的是，所述传感器元件构造为热电偶、铁磁温度传感器元件或者光纤温度传感器。所述柔性电路板优选多芯地构造，尤其是能够与所述传感器元件材料锁合地、例如钎焊地或者熔焊地构造。优选地，所述传感器元件能够集成到所述柔性电路板中、尤其是与所述柔性电路板一体地构造。

本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，在根据本发明的设备的背景下所说明的特征和细节当然在根据本发明的系统和/或根据本发明的方法的背景下也适用，反之亦然，从而使得关于公开各个发明方面一直相互参考或者能够相互参考。

通过在从属权利要求中列出的措施，在独立权利要求中给出的发明保护对象的有利的改型方案和改进是可能的。

有利地，所述柔性电路板能够具有至少一个弹簧元件，其中，尤其所述弹簧元件和所述柔性电路板一体地构造。所述弹簧元件能够抵靠所述电池元件、尤其是该电池元件的端子挤压所述传感器元件。因此，尽管存在由于制造导致的和/或由于运动导致的公差，仍能够保证所述传感器元件与所述电池元件之间的接触。所述弹簧元件在此实现至少在该连接元件的纵向上的公差补偿。所述弹簧元件能够具有塑料和/或金属。另外，能够考虑的是，所述弹簧元件由所述柔性电路板形成。为此，能够这样成型和/或改型所述柔性电路板，使得所述连接元件能够弹性变形。因此，所述柔性电路板能够存储势能。所述弹簧元件能够提供恒定的复位力，从而使得所述传感器元件被挤压到所述电池元件上、尤其是被挤压到该电池元件的端子处。所述弹簧元件能够具有钢、尤其是弹簧钢和/或铜合金，尤其是能够构造为半成品、例如窄带和/或金属丝。除此之外，能够考虑的是，所述弹簧元件具有橡胶或者塑料。

有利地，所述弹簧元件和所述柔性电路板至少力锁合、材料锁合和/或形状锁合地构造。由此能够实现紧凑的结构形状，其中，同时机械稳定地并且柔性地相互构造所述柔性电路板和所述弹簧元件，力锁合能够例如通过扭转（verdrillen）或者附加的紧固件来制造。通过注塑包封和/或粘合和/或焊接能够将所述弹簧元件与所述柔性电路板相互材料锁合和/或形状锁合地连接。

能够考虑的是，所述柔性电路板和/或所述弹簧元件构造为螺纹形、螺旋形或者z形。该弹簧元件的形状使得下述成为可能：在松弛状态下紧凑地构造，并且在加载牵引力或者压力并且从而拉开或者挤压该连接元件时补偿公差、尤其是在纵向上补偿公差。

另外，有利的是，设置有绝缘元件，从而使得所述柔性电路板至少电绝缘、尤其是相对于所述弹簧元件电绝缘。所述绝缘元件优选用于保护防止该柔性电路板与该电池元件的或者该电池系统的另外的构件的短路。另外，能够考虑的是，所述绝缘元件能够减少干扰影响、尤其是电或者电磁干扰影响。所述绝缘元件在此能够至少部分地、优选在该电路板的整个长度上进行构造。能够考虑的是，所述绝缘元件具有塑料并且尤其形状锁合地布置在所述弹簧元件处和/或在所述柔性电路板处。优选地，所述绝缘元件能够薄膜状地构造、尤其是具有热塑性塑料。所述绝缘元件能够至少部分地包围该柔性电路板的各个芯。在该柔性电路板的端部处在其处布置有所述传感器元件或者所述电子部件单元，所述绝缘元件优选具有材料凹部。

也能够设置，所述弹簧元件至少部分地或者完全地具有作为材料的泡沫，其中，尤其是，所述泡沫是弹性的。该泡沫的变形在此产生复位力，该复位力被用作弹簧力。因此，能够有利的是，至少一个弹簧元件发泡地构造。优选地，所述发泡地构造的弹簧元件能够是方形地、圆柱形地或者梯形地构造。尤其是，所述发泡的弹簧元件能够具有塑料、优选epdm。能够考虑的是，所述发泡的弹簧元件与所述柔性电路板粘合、焊接、锁止或者夹紧（geclipst）。为此，能够存在对应的锁止元件和/或夹式元件。发泡地构造的弹簧元件能够绝热、隔磁和/或电绝缘地布置在所述电池元件与所述电子部件单元之间。除此之外，发泡地构造的弹簧元件能够补偿构件公差或者运动公差。能够考虑的是，所述发泡地构造的弹簧元件具有用于所述传感器元件的凹口。也能够考虑的是，所述弹簧元件注塑到柔性地构造的电路板上。优选地，所述发泡的弹簧元件能够具有在大约1mm与大约30mm之间、优选在大约5mm与大约15mm之间的高度、横截面和/或直径。能够有利的是，在所述传感器元件处布置有绝缘膜，由此所述传感器元件至少部分地电绝缘和/或绝热。所述绝缘膜确保，电压不能够从所述电池元件例如经由所述弹簧元件来传递。除此之外，绝缘膜能够将所述弹簧元件与所述传感器元件相互绝热，从而使得对于所述电子部件单元和/或对于所述传感器元件而言，干扰影响不能够负面地影响测量结果。与此对应地，可能的是，精确地并且基本上无干扰影响地测量该电池元件的状态参量。在此，所述绝缘膜能够与所述绝缘元件材料统一地、尤其是材料锁合地或者一体地构造。有利地，所述绝缘膜由所述绝缘元件来形成。

能够考虑的是，所述连接元件至少在其一端部处具有插头。优选地，所述插头布置在该连接元件的端部处，该连接元件与所述电子部件单元信号连接。与此对应地，所述插头优选这样构造在所述连接元件处，使得这个插头在将该电子部件单元装配在所述电池系统中之前能够插到所述电子部件单元上。因此，所述连接元件能够与所述电子部件单元力锁合和/或形状锁合地连接。在将该电子部件单元安装到所述电池系统中之后，所述柔性电路板基于所述弹簧力而能够与所述电池元件、尤其是该电池元件的端子接触。优选地，在此涉及尤其具有装配辅助件的支柱形插塞连接器（pfostensteckverbinder）、钎焊适配器（lötadapter）或者插塞连接器。所述插头实现了将该传感器设备简单地并且成本有利地装配在所述电池系统处。所述装配辅助件能够在此构造为工具接收部，由此能够改进该插头与所述电子部件单元的装配或者连接。

有利地，所述弹簧元件和/或所述柔性电路板具有至少一个锁止连接（rastverbindung）、夹持连接（clipsverbindung）或者夹紧连接，由此所述弹簧元件和所述柔性电路板能够力锁合地连接。在此，所述锁止连接、夹持连接或者夹紧连接能够构造在所述弹簧元件处和/或在所述柔性电路板处。有利地，所述弹簧元件能够至少部分地具有这样的连接。在此，能够考虑的是，所述弹簧元件构造为冲压件并且至少部分地具有旗形件（fahnen），所述旗形件在将该柔性电路板装配在所述弹簧元件处之后能够围绕所述柔性电路板弯曲。

优选地，所述绝缘元件和/或所述绝缘膜至少具有塑料和/或陶瓷。塑料实现电绝缘和/或绝热，并且能够成本有利地并且简单地制造。陶瓷具有良好的绝热和电绝缘，尤其是，陶瓷对于较高的温度不敏感、尤其是，在所述传感器元件处，具有陶瓷的绝缘元件和/或绝缘膜能够是有利的，因为基本上能够阻止由于温度、尤其是高温造成的影响。

根据本发明的第二方面，要求保护一种用于存储电能以及用于给机动车的电动马达供应电能的电池系统。所述电池系统具有至少一个电池元件、用于监视所述电池系统的电子部件单元以及用于监视至少一个电池元件的至少一个传感器设备。在这种情况下，所述传感器设备具有用于检测该电池单元的状态参量的传感器元件和至少一个导电和/或导热的连接元件，该连接元件用于将所述传感器元件与该电池系统的电子部件单元连接，其中，所述连接元件构造为柔性电路板。

有利地，根据本发明来构造该电池系统的传感器设备。因此，为所述电池系统得出如已经在根据本发明的传感器设备的背景下所说明的全部优点。

附图说明

从下文的针对本发明的一些实施例的说明中得出改进本发明的其它措施，所述实施例在附图中示意性地示出。由权利要求、说明书或者附图得知的全部特征和/或优点，包括结构上的细节和空间上的布置在内，不仅单独地、而且在多种多样的组合中都是对于本发明重要的。在此要注意，附图只具有描述性特征，并不意图以任何形式来限定本发明。

在下面的附图中，相同的技术特征，即使来自于不同的实施例，使用相同的附图标记。附图示出：

图1具有根据本发明的传感器设备的、根据本发明的电池系统的第一实施方式，

图2根据本发明的传感器设备的可能的实施方式，

图3根据本发明的传感器设备的另一种可能的实施方式，

图4a根据本发明的电池系统的可能的实施方式，

图4b根据本发明的电池系统的另一种可能的实施方式，和

图5根据本发明的传感器设备的另一种可能的实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的、用于存储电能以及用于给机动车的电动马达供应电能的电池系统100的可能的第一实施方式。所述电池系统100具有至少一个电池元件20、用于监视该电池系统100的电子部件单元30以及用于监视至少一个电池元件20的传感器设备10。根据本发明的传感器设备10具有用于检测该电池元件20的状态参量的传感器元件11，其中，至少一个导电和/或导热的连接元件12将所述传感器元件11与该电池系统100的电子部件单元30连接，并且其中，所述连接元件12构造为柔性电路板12。所述电子部件单元30在图1中构造为印刷电路板（printedcircuitboard,pcb）并且布置在该电池系统100的盖子110处。所述电子部件单元30借助于该连接元件12与所述电池元件20信号连接，其中，所述连接元件12构造为基本上z形的柔性电路板。通过基本上z形地构造的柔性电路板12，弹簧元件13构造在该柔性电路板12的拐点处，从而使得一方面构造了该柔性电路板12的z形几何形状并且同时构造了弹动的特性。与此对应地，所述传感器元件11被挤压到所述电池元件20上、尤其是被挤压到该电池元件20的端子上。在该柔性电路板12的另一端部处，这个传感器元件与所述电子部件单元30力锁合和/或形状锁合地连接，从而使得所述柔性电路板12通过产生的弹簧力而能够支撑在所述电子部件单元30处并且在电池元件20的方向上被挤压。在图1中，所述传感器元件11布置在所述柔性电路板12处并且与这个柔性电路板一体地构造。在此，所述传感器元件11能够集成到所述柔性电路板12中。优选地，所述柔性电路板12多芯地构造并且被绝缘元件14、尤其是薄膜状的绝缘元件14包覆。

图2示出根据本发明的传感器设备10的另一种实施方式。在图2中，所述传感器设备10具有连接元件12，该连接元件基本上z形地构造为柔性电路板12。除此之外，所述柔性电路板12多芯地构造，在其第一端部处具有传感器元件11并且在其第二端部17处具有插头16，其中，所述插头16力锁合和/或形状锁合地布置在所述电子部件单元30处布置在插头接收部中。在图2中，该传感器设备10的插头16具有工具接收部16.1，其中，所述工具接收部简化了该传感器设备10在所述电子部件单元30处的装配。因此，在将传感器设备10装配在所述电子部件单元30处时，在所述工具接收部16.1处接上工具、例如钳子，该工具接收部在图2中构造为布置在侧面的两个凸出部，由此能够简化将该插头16套在该电子部件单元30的插头接收部中。多芯地构造的并且基本上z形的柔性电路板12在其第一端部处具有传感器元件11，该传感器元件与所述柔性电路板12一体地构造。所述传感器元件11同样具有工具接收部11.1，其中，该传感器元件11的工具接收部11.1同样简化了该传感器元件11在所述电池元件20、尤其是该电池元件20的端子处的装配。该传感器元件11的工具接收部11.1在此成型为基本上平面地构造的传感器元件11的孔。在此，第二工具接收部11.1直线地、例如缝隙形地构造在所述传感器元件11中，并且同样实现该传感器元件和从而该传感器设备10在电池元件20处的简化的装配。在该多芯地构造的传感器元件12的第二端部17处的插头16和所述传感器元件11与所述柔性电路板12一体地构造。在此，能够考虑的是，所述传感器元件11与所述多芯地构造的柔性电路板12熔焊、钎焊或者压接（aufgecrimpt）。所述插头16在图2中构造为扁形插头并且能够优选地在装配该传感器设备10时首先插入到所述电子部件单元30中。所述电子部件单元30优选布置在该电池系统的盖子中，例如扣进（eingehängt）盖子中或者与这个盖子旋紧，从而使得在装配该电池系统的盖子时由于所述z形构造的柔性电路板而将所述传感器元件11挤压到所述电池元件20上。在该柔性电路板12的拐点处，基于该连接元件12的z形构型方案而形成所述弹簧元件13。

在图3中，在三维视图中示出了根据本发明的传感器设备10的另一种实施方式。所述传感器设备10在此在其第二端部17处具有插头16、以柔性电路板12的形式的、多芯（表示多个导线）地构造的连接元件12以及传感器元件11，其中，在这里能够明显看到并排的各个导线（例如在这里有六个导线）。在图3中，所述柔性电路板12多芯地并且基本上z形地构造，其中，在该柔性电路板12的拐点处构造弹簧元件13。所述传感器元件11在图3中具有绝缘膜15，从而使得所述传感器元件11电绝缘和/或绝热。所述传感器元件11与所述柔性电路板12电连接，从而使得电池元件20的状态参量能够从所述传感器元件11经由构造为柔性电路板12的连接元件12传递到电子部件单元30处。所述柔性电路板12在图3中具有绝缘元件14，从而使得所述柔性电路板12至少电绝缘和/或绝热。所述绝缘元件14优选薄膜状地并且与所述多芯的柔性电路板12形状锁合地构造，尤其是，该柔性电路板12的各个芯分别单独地被所述绝缘元件14包围。能够考虑的是，所述绝缘元件14薄膜状地并且与所述绝缘膜15一体地构造。在所述传感器元件11处，除了所述绝缘膜15之外还布置有工具接收部11.1。所述绝缘膜15在此能够使装配工具相对于所述传感器元件11至少电绝缘，该装配工具能够布置到所述工具接收部11.1处。

在图4a中示出了根据本发明的电池系统100的另一种实施方式。所述电池系统100在这种情况下在另一种可能的实施方式中具有根据本发明的传感器设备10。电子部件单元30布置在该电池系统100的盖子110处，其中，所述柔性电路板12利用其第二端部、优选经由插头而与所述电子部件单元30连接、尤其是信号连接。所述柔性电路板12在这种情况下螺旋形地并且三层地构造。在此，优选多芯地构造的柔性电路板12具有以柔性电路板的形式的连接元件12、绝缘元件14和弹簧元件13。优选地，所述弹簧元件13、所述柔性电路板12和所述绝缘元件14力锁合、材料锁合和/或形状锁合地构造。在该柔性电路板12的第一端部处布置有传感器元件11，该柔性电路板在图4a中螺旋形地构造，该传感器元件接触所述电池元件20，从而使得该电池元件20的状态参量能够传递到所述电子部件单元30处。所述弹簧元件13在此在该连接元件12的整个长度上延伸，由此，这个连接元件螺旋形地构造并且实现弹簧力，从而使得所述传感器元件11能够与所述电池元件20接触并且能够补偿公差。

在图4b中示出了具有根据本发明的传感器设备10的另一种可能的实施方式的、根据本发明的电池系统100的另一种可能的实施方式。所述柔性电路板12能够优选多芯地并且，如图4b所示，s形地/螺纹形地构造。所述柔性电路板12具有至少一个弹簧元件13，其中，所述弹簧元件13和所述柔性电路板12一体地构造。因此，所述弹簧元件13和所述柔性电路板12力锁合、尤其材料锁合和/或形状锁合地构造。螺纹形的弹簧元件13形成弹簧力，从而使得所述柔性电路板12能够以第一端部压紧在所述电子部件单元30处并且以第二端部压紧在所述电池元件20处。在其第一端部处，所述柔性电路板12优选经由插头与所述电子部件单元30连接。

图5示出在电池系统100中的根据本发明的传感器设备10的另一种可能的实施例。所述电池系统100在此具有多个（所示出的是四个）电池元件20。所述传感器设备布置在电池元件20处，从而使得尤其能够监视该电池元件20的温度。所述柔性电路板12在图5中弯曲地构造并且具有拱形（rundung），该拱形用作第一弹簧元件13。除此之外，在所述柔性电路板12处布置有第二弹簧元件13，其中，所述第二弹簧元件13发泡地并且立方体形地构造。所述发泡地构造的弹簧元件13在此这样布置在所述柔性电路板12处，使得所述传感器元件11至少抵靠所述电池元件20被挤压/按压。在图5中，在所述发泡的弹簧元件13与所述柔性电路板12之间在该传感器元件11的区域中布置有绝缘元件14。由此，所述传感器元件11与所述发泡的弹簧元件13脱开（entkoppelt）地布置，并且不具有共同的接触面。根据本发明，能够考虑的是，所述发泡的弹簧元件13与所述柔性电路板12粘合、熔焊和/或锁止。所述柔性电路板12在其一端部17处具有插头16，由此，所述柔性电路板16与所述电子部件单元30相互连接。

上文中对实施方式的阐述仅在示例的框架中说明本发明。当然，只要在技术上有意义，所述实施方式的各个特征也能够自由地相互组合，而不脱离本发明的框架。