CN104167572B - 电池组 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电池组，该电池组包括：多个电池单元；壳体，容纳电池单元；保护电路模块，包括与电池单元相邻的电路板；温度敏感元件，位于保护电路模块上；柔性印刷电路板，包括导电图案层，其中，导电图案层热连接到温度敏感元件。

Description

电池组
本申请要求在2013年5月16日提交到美国专利商标局的第61/824,225号美国临时申请以及在2013年8月28日提交到美国专利商标局的第14/012,980号美国专利申请的优先权和权益，通过引用将它们的全部内容包含于此。
技术领域
本发明的多个方面涉及一种可以简化制造工艺并且可以减少故障的电池组。
背景技术
出于稳定性考虑，包括多个电池单元的电池组包括保护电路模块。在电池组中使用的保护电路模块被这样构造：印刷电路图案形成在绝缘基板上，多个半导体装置和一个保护电路附着到印刷电路图案。另外，为了感测电池单元的温度，附着到每个电池单元的热敏电阻器电连接到保护电路模块，以将指示所测量的温度的信号传输到保护电路模块，由此保护电池单元免受过充电或过放电的影响。然而，将热敏电阻器电连接到保护电路模块的工艺会增加整体工艺的复杂性。当将热敏电阻器连接到保护电路模块时，可能会不期望地发生连接故障。另外，随着电池组的使用，热敏电阻器可能会损坏。
发明内容
本发明的多个方面提供了一种可以简化制造工艺并且可以减少故障的电池组。
以上和其他特征及优点中的至少一个可以通过提供一种电池组来实现，该电池组包括：一个或多个电池单元；保护电路模块，设置在电池单元的一侧；温度敏感元件，形成在保护电路模块中；柔性印刷电路板，连接在电池单元和保护电路模块之间，其中，柔性印刷电路板的布线图案热连接到温度敏感元件。
这里，热油脂或热硅可以形成在柔性印刷电路板的布线图案和温度敏感元件之间。
另外，柔性印刷电路板的布线图案和温度敏感元件通过导热图案彼此连接。
在柔性印刷电路板的布线图案中，可以设置传感图案以将由电池单元产生的热传递到温度敏感元件。
另外，绝缘层被从传感图案和电池单元之间的接触区域除去，并且接触区域可以被暴露。
另外，可以设置电独立于柔性印刷电路板的布线图案的虚设图案以将由电池单元产生的热转移到温度敏感元件。
可以将温度敏感元件设置为正温度系数（PTC）热敏电阻器和负温度系数（NTC）热敏电阻器中的一种。
在根据本发明的电池组中，电池单元的导电接线片和保护电路模块连接到柔性印刷电路板，以通过柔性印刷电路板的布线图案将由电池单元产生的热传递到保护电路模块上的温度敏感元件，由此减少了形成温度敏感元件的工艺的数量并且实现了温度敏感元件和电池单元之间的稳定连接，而无需考虑电池单元的移动。
另外，在根据本发明的电池组中，柔性印刷电路板的传感线被部分地暴露，或者单独的虚设图案形成在柔性印刷电路板中然后被部分地暴露。因此，暴露区域与电池单元直接接触，由电池单元产生的热被传递到温度敏感元件而无损失，由此实现精确的温度测量。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的结合到外部装置的电池组的透视图；
图2是根据本发明的实施例的电池组的透视图；
图3是根据本发明的实施例的电池组的分解透视图；
图4是示出了根据本发明的实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图；
图5是沿着图2的A-A'线截取的剖视图；
图6是示出了根据本发明的另一实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图；
图7是示出了根据本发明的又一实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图。
具体实施方式
现将参照附图在下文中更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的形式来实施，并且不应该被解释为局限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，这些实施例将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
图1是根据本发明的实施例的结合到外部装置的电池组的透视图，图2是根据本发明的实施例的电池组的透视图，图3是根据本发明的实施例的电池组的分解透视图，图4是示出了根据本发明的实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图，图5是沿着图2的A-A'线截取的剖视图。
参照图1，根据本发明的实施例的电池组100结合到诸如笔记本计算机10的外部装置以用作电源。虽然图1中作为示例示出了结合到笔记本计算机10的电池组100，但是电池组100可以在诸如移动电话或照相机的各种装置中使用，在电池组100中可以设置多个电池单元。
参照图2和图3，电池组100包括由下壳体111和上壳体112组成的壳体110、设置在壳体110中的多个电池单元120、电连接到电池单元120的保护电路模块130、连接电池单元120和保护电路模块130的柔性印刷电路板140以及设置在保护电路模块130中的温度敏感元件150。
壳体110容纳电池单元120、保护电路模块130和柔性印刷电路板140。壳体110可以包括彼此结合的下壳体111和上壳体112。
下壳体111成形为具有开口顶端表面的盒子以容置电池单元120，下壳体111包括在下壳体111的一侧另外形成的突出部件以容置保护电路模块130。
上壳体112结合到下壳体111的上部。上壳体112形成为与下壳体111相对应，在上壳体112的一侧处也形成突出部件。上壳体112结合到下壳体111，形成电池组100的外观。
电池单元120容纳在壳体110中。可再充电二次电池可以用作电池单元120。在示出的实施例中，电池单元120是圆柱形电池，但是根据需要也可以使用棱柱形电池。另外，6个电池单元120是作为示例。然而，本发明不限制电池单元的数量，可以根据外部装置的类型来设置合适数量的电池单元。
电池单元120在其顶表面和底表面可以具有不同的极性。电池单元120的顶表面可以电连接到单元电池中的电极组件的正极，电池单元120的底表面可以电连接到该电极组件的负极。在图3中，对应于彼此串联/并联连接的电池单元120的相对端处的电源单元，参考符号B+和B-表示高电流端子。
另外，导电接线片121可以连接在电池单元120之间。导电接线片121连接彼此横向相邻的电池单元120的正极和负极，以在电池单元120之间建立并联连接。另外，导电接线片121位于彼此纵向相邻的电池单元120之间，以在电池单元120之间建立串联连接。导电接线片121可以由镍（Ni）、铜（Cu）、铝（Al）及其等同物制成，但是本发明的多个方面不限于此。另外，每个导电接线片121基本上成“U”形，使得电池单元120利用弹性稳定地连接，但是本发明的多个方面不限于此。然而，导电接线片121可以简单地呈板形。
保护电路模块130紧挨着电池单元120，以安装为与壳体110相对应。换言之，保护电路模块130的底表面定位为面对壳体110的下壳体111，保护电路模块130的顶表面定位为面对上壳体112。保护电路模块130电连接到电池单元110，以控制电池单元110的充电和放电并防止电池单元110被过充电或过放电。
保护电路模块130形成在电路板131的周围，连接端子132和至少一个半导体装置133形成在电路板131的一个表面上以通过连接件135连接到外部装置。
电路板131包括形成在平坦绝缘层131a的至少一个表面上的布线图案131b和形成为围绕布线图案131b的一部分的绝缘图案131c。这里，绝缘层131a可以由诸如环氧树脂的绝缘材料制成。另外，布线图案131b可以由诸如铜（Cu）、钛（Ti）、镍（Ni）或钯（Pb）的导电材料制成，绝缘图案131c可以由诸如聚酰亚胺（PI）或聚乙烯（PET）的电绝缘材料制成，并且可以通过例如印刷形成在绝缘层131a的一个表面上。然而，本发明不将布线图案131b和绝缘图案131c的材料限制于这里所列出的材料。
连接端子132可以通过暴露布线图案131b的一部分来形成或者通过在布线图案131b的暴露部分上另外设置诸如金（Au）的导电材料来形成。连接端子132包括四个连接端子并且可以连接到柔性印刷电路板140的端子。连接端子132在半导体装置133的控制下通过柔性印刷电路板140来控制电池单元120的充电和放电。
半导体装置133包括形成在电路板131的一个表面上的至少一个半导体装置，并接收信号来控制电池单元120的操作。半导体装置133通过电池单元120的高电流线控制充电或放电程度。另外，半导体装置133接收指示电池单元120的电压、电流和温度的信号来防止过充电或过放电。为此，半导体装置133通过连接端子132接收来自柔性印刷电路板140的关于电池单元120的电压和电流的信息以及接收来自温度敏感元件150的关于电池单元120的温度的信息，并且控制电池单元120的操作。这里，关于电压、电流和温度的信息可以通过电路板130的布线图案131b传递到半导体装置133。
具体地，电路板131包括单独地设置在电路板131的一个表面上并且可以将电池单元120的热传递给温度敏感元件150的导热图案134。如同电路板131的布线图案131b，导热图案134可以由诸如铜（Cu）、金（Cu）、钛（Ti）、镍（Ni）或钯（Pb）的材料制成。导热图案134连接到柔性印刷电路板140并且可以将来自电池单元120的热传递给温度敏感元件150。因此，即使当形成在保护电路模块130中的温度敏感元件150没有与电池单元120直接接触时，温度敏感元件150也能够精确地测量电池单元120的温度。在一个实施例中，当温度敏感元件150与柔性印刷电路板140直接接触时，不单独地设置导热图案134。
柔性印刷电路板140连接在电池单元120和保护电路模块130之间。由于柔性印刷电路板140不受弯曲操作的影响，所以即使电池单元120或保护电路模块130在壳体110内移动，也可以在电池单元120和保护电路模块130之间保持稳定的连接。
柔性印刷电路板140包括第一绝缘层141、导电图案层142和第二绝缘层143。另外，柔性印刷电路板140还可以包括形成在导电图案层142的相对端处的第一连接端子144和第二连接端子145。具体地，第一连接端子144暴露于绝缘层141和143的外部部分，以连接到电池单元120的导电接线片121。这里，第一连接端子144和导电接线片121可以通过焊料140a来连接（如图5中所示），或者可以根据本领域技术人员做出的选择通过单独的连接件来连接。另外，第二连接端子145也暴露于绝缘层141和143的外部部分，以连接到保护电路模块130的连接端子132。如同在第一连接端子144中，第二连接端子145和保护电路模块130的连接端子132可以通过焊料140b或单独的连接件来连接。
第一绝缘层141和第二绝缘层143可以形成为由例如聚酰亚胺（PI）或聚乙烯（PET）制成的绝缘膜。
另外，导电图案层142可以由诸如铜（Cu）、金（Au）、钛（Ti）、镍（Ni）或钯（Pb）的导电材料制成，并且可以形成在第一绝缘层141的顶表面上然后被第二绝缘层143覆盖，由此保持电绝缘的状态。导电图案层142可以包括形成在电池单元120的输入/输出端子处并具有相对大的宽度的一对高电流线142a和连接在电池单元120之间并具有相对小的宽度的一对传感线142b。
高电流线142a连接到保护电路模块130并且可以提供用于施加全部电池单元120的充电/放电电流的路径。另外，连接到电池单元120的高电流线142a可以感测全部电池单元120的电压信号和电流信号，并且可以提供将感测到的电压信号和电流信号传递给保护电路模块130的路径。
传感线142b连接到电池单元120的除位于边缘部分的导电接线片121之外的导电接线片121。传感线142b将来自电池单元120的连接部分的电压信号传输到保护电路模块130，由此允许保护电路模块130确定串联连接的电池单元120的电压值。在一个实施例中，通过相同的导电接线片121连接的并联连接的电池单元120可以具有相同的电压值。
另外，至少一条传感线142b可以与电池单元120紧密接触。因此，传感线142b可以用作电池单元120的热导体。在一个实施例中，在第一绝缘层141位于传感线142b和电池单元120之间的同时，由于第一绝缘层141具有相对小的厚度，所以传感线142b可以与电池单元120紧密接触，并且由于传感线142b是良好的热导体，所以从电池单元120产生的热可以传递到传感线142b而没有损失。
一旦来自电池单元120的热被传递到传感线142b，则该热可以顺序地传递到柔性印刷电路板140的第二连接端子145和保护电路模块130的连接端子132。另外，热可以通过导热图案134从连接端子132传递到温度敏感元件150。因此，来自电池单元120的热顺序地传递到温度敏感元件150，即使温度敏感元件150与电池单元120物理地分开，温度敏感元件150也可以测量电池单元120的温度。另外，由于温度敏感元件150形成在保护电路模块130的电路板131中并通过柔性印刷电路板140连接到电池单元120，所以通过柔性印刷电路板140抑制了电池单元120的移动，使得温度敏感元件150和电路板131可以保持在稳定的连接状态。
在一个实施例中，高电流线142a而不是传感线142b可以被构造为用作电池单元120的热导体，由此将热传递给温度敏感元件150。然而，由于高电流线142a具有比传感线142b的宽度大的宽度，所以可能会产生热损失。因此，可以将传感线142b用作热导体。
温度敏感元件150设置在保护电路模块130的电路板131的一个表面上。温度敏感元件150通过导热图案134连接到柔性印刷电路板140，由此测量电池单元120的温度。
温度敏感元件150可以是负温度系数（NTC）热敏电阻器或正温度系数（PTC）热敏电阻器，负温度系数（NTC）热敏电阻器的电阻值由于负温度系数而随着电池单元120的温度的升高而减小，正温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻值随着电池单元120的温度的升高而增大。由于温度敏感元件150对温度做出灵敏的反应并且随着温度改变电阻值，所以保护电路模块130可以控制电池单元120的充电和放电。
具体地，温度敏感元件150被设置为片式热敏电阻器（chip thermistor），并且可以结合到保护电路模块130。由于片式热敏电阻器通过安装焊料151的焊料安装工艺简单地连接到保护电路模块130的电路板131，所以可以减少总体工艺步骤的数量。另外，焊料安装可以自动化，并且无需单独的固定保护电路模块130的之字件（zig），由此简化了制造工艺。
另外，温度敏感元件150无需通过保护电路模块130的导热图案134也可以通过热油脂或热硅直接连接到柔性印刷电路板140的连接到传感线142b的第二连接端子145。因此，由于没有设置导热图案134，所以可以形成简化的传热路径，由此实现精确的测量。
在下文中，将描述根据本发明的另一实施例的电池组的构造。
图6是示出了根据本发明的另一实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图。这里，通过相同的标号表示与在前实施例的结构和功能组件相同的结构和功能组件，下面的描述将着重于当前实施例与在前实施例之间的差异。
参照图6，在根据本发明的另一实施例的电池组中，柔性印刷电路板240的导电图案层242包括一对传感线242b。这里，至少一条传感线242b包括通过除去第一绝缘层141的一部分并暴露于柔性印刷电路板240的底表面而形成的暴露区域242c。另外，暴露区域242c被设置成与电池单元120直接接触。另外，可以根据本领域技术人员做出的选择在柔性印刷电路板240和暴露区域242c之间进一步形成热油脂或热硅。因此，传感线242b可以没有损失地传递来自电池单元120的热，由此容许连接到传感线242b的温度敏感元件150更精确地测量电池单元120的温度。
在下文中，将描述根据本发明的又一实施例的电池组的构造。
图7是示出了根据本发明的又一实施例的电池组中的柔性印刷电路板和保护电路模块之间的连接关系的平面图。
参照图7，在根据本发明的又一实施例的电池组中，柔性印刷电路板340的导电图案层342包括高电流线142a、传感线142b以及独立于高电流线142a和传感线142b形成的虚设线342b。虚设线342b可以具有与传感线142b的宽度相同的宽度，虚设线342b电独立于电池单元120而未连接到第一连接端子144。另外，虚设线342b可以包括通过例如除去第一绝缘层141的一部分形成的暴露区域342c。暴露区域342c直接接触电池单元120并且可以传递直接来自电池单元120的热。另外，还可以在暴露区域342c中形成具有良好的热传导率的热油脂或热硅，由此更有效地传递由电池单元120产生的热。
虚设线342b仅传递来自电池单元120的热而不输入/输出电池单元120的电信号，并通过第二连接端子145将热传递到温度敏感元件150。因此，由于通过独立于高电流线142a和传感线142b的虚设线342b传递热，所以能够减少在传递热的过程中可以通过经由高电流线142a和传感线142b的电信号而产生的或者通过虚设线342b传递热的过程中产生的热损失。
尽管已经参照根据本发明的电池组的优选实施例具体地示出并描述了根据本发明的电池组，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在此可以做出形式和细节上的各种改变。
附图中标号的描述
100：电池组 110：壳体
120：电池单元 121：导电接线片
130：保护电路模块 131：电路板
132：连接端子 133：半导体芯片
134：导热图案 135：连接件
140、240、340：柔性印刷电路板
141：第一绝缘层
142：导电图案层 142a：高电流线
142b、242b：传感线 342b：虚设线
242c、342c：暴露区域 143：第二绝缘层
144：第一连接端子
145：第二连接端子
150：温度敏感元件

Claims (20)

1.一种电池组，所述电池组包括：
多个电池单元；
壳体，容纳电池单元；
保护电路模块，包括与电池单元相邻的电路板；
温度敏感元件，位于保护电路模块上；以及
柔性印刷电路板，与温度敏感元件物理地分开并且包括导电图案层，其中，导电图案层热连接到温度敏感元件，
其中，导电图案层包括与所述多个电池单元中的至少一个直接接触的暴露区域。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，电路板包括布线图案，其中，导电图案层直接接触电路板的布线图案。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，导电图案层包括一条或多条高电流线以及一条或多条传感线。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，柔性印刷电路板还包括第一连接端子和第二连接端子。
5.根据权利要求4所述的电池组，所述电池组还包括导电接线片，导电接线片将电池单元中的相邻的电池单元电连接，其中，第一连接端子连接到导电接线片。
6.根据权利要求4所述的电池组，其中，电路板还包括连接端子，其中，柔性印刷电路板的第二连接端子连接到电路板的连接端子。
7.根据权利要求5所述的电池组，其中，第一连接端子通过焊料连接到导电接线片。
8.根据权利要求3所述的电池组，其中，柔性印刷电路板还包括第一绝缘层和第二绝缘层，其中，导电图案层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，导电图案层的一部分通过第一绝缘层暴露。
10.根据权利要求8所述的电池组，其中，柔性印刷电路板还包括虚设线，虚设线连接到电池单元并被构造为将热传递到温度敏感元件。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，虚设线电独立于导电图案层。
12.根据权利要求10所述的电池组，其中，虚设线与电池单元电绝缘。
13.根据权利要求1所述的电池组，其中，导热图案位于电路板上。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中，导热图案连接到柔性印刷电路板并被构造为将来自电池单元的热传递到温度敏感元件。
15.根据权利要求13所述的电池组，其中，导热图案位于温度敏感元件和柔性印刷电路板之间。
16.根据权利要求1所述的电池组，其中，温度敏感元件通过焊料连接到电路板。
17.根据权利要求1所述的电池组，其中，温度敏感元件是片式热敏电阻器。
18.根据权利要求1所述的电池组，其中，温度敏感元件是负温度系数热敏电阻器或正温度系数热敏电阻器。
19.根据权利要求1所述的电池组，其中，导电图案层与电池单元相邻。
20.根据权利要求1所述的电池组，其中，温度敏感元件通过热油脂或热硅连接到柔性印刷电路板。
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