CN104425851A - 用于电气化车辆的蓄电池总成的柔性电路系统 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一示例性方面的柔性电路系统，除其他方面以外，包括基板、至少一个安装在基板上的母线和至少一个与基板集成在一起的电压感测导线。

Description

用于电气化车辆的蓄电池总成的柔性电路系统
技术领域
本公开涉及一种电池电路，尤其涉及但不仅涉及一种用于电气化车辆的蓄电池总成的柔性电路系统(flex circuit system)。
背景技术
混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)以及其它已知的电气化车辆与传统的机动车辆不同之处在于，它们使用一个或多个另外的或作为内燃发动机的替代的电机(即，电动机和/或发电机)来驱动车辆。电气化车辆需要能够输出用于为这样的电机提供动力的高电压电流的电源。高电压电流通常由一个或多个储存电力的蓄电池总成供应，电力可以用于向电机供应动力。
蓄电池总成包括蓄电池单元(battery cell)，蓄电池单元配置成串联或串并联串以便获得电气化车辆的驱动系统所需要的电压和功率等级。蓄电池单元必须可靠地一个连接至另一个以便获得必要的电压和功率等级。单独的母线、测量每个蓄电池单元的电压的单独的感测金属线、塑料模制品、金属冲压件、金属线卷钩(crimp)、索环模制品(grommet molding)等通常用于充分地连接蓄电池单元。
发明内容
根据本公开的示例性方面的柔性电路系统，除其他方面以外，包括基板、至少一个安装在基板上的母线和至少一个与基板集成在一起的电压感测导线。
在前述系统的另一非限制性实施例中，基板由柔韧材料制成。
在前述系统中的另一非限制性实施例中，柔韧材料包括聚酰亚胺。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，胶黏剂设置在至少一个母线和基板之间。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，至少一个电压感测导线印刷到基板的外表面上。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，至少一个电压感测导线夹在基板的至少两个电介质层之间。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，至少一个电压感测导线在母线和配置成连接至控制模块的连接器之间延伸。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，在至少一个电压感测导线中形成熔断件(fuse link)。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，穿过基板的开口配置成进入熔断件。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，熔断件是至少一个电压感测导线的铜迹线的变窄部分，熔断件配置成响应于高电流事件而切断。
根据本公开的示例性方面的蓄电池总成，除其他方面以外，包括多个蓄电池单元。柔性电路系统电力地连接多个蓄电池单元，该柔性电路系统包含柔韧基板、多个安装在柔韧基板上的母线以及电力地连接至多个母线中的至少一个的电压感测导线。
在前述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，多个蓄电池单元的每个的端子连接至多个母线中的至少一个。
在前述蓄电池总成中的任何一个的另一非限制性实施例中，柔韧基板包括配置成容纳用于接触多个母线中的至少一个的端子的缓冲区域(reliefarea)。
在任何前述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，电压感测导线与柔韧基板集成在一起。
在任何前述蓄电池总成的另一非限制性实施例中，电压感测导线在多个母线和连接至柔性电路系统的控制模块的连接器之间延伸。
根据本公开的另一示例性方面的一种方法，除其他方面以外，包括装配用于电气化车辆的蓄电池总成的柔性电路系统，包括提供基板、将母线安装在基板上以及将电压感测导线与基板集成在一起。
在前述方法的另一非限制性实施例中，基板包括用柔韧材料制造基板。
在前述方法中的任何一个的另一非限制性实施例中，安装包括用胶黏剂将母线粘接至基板以及用自动化视觉装置相对于基板布置母线。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，集成包括将电压感测导线施加在基板的表面上。
在任何前述方法的另一非限制性实施例中，集成包括将电压感测导线夹在基板的至少两个电介质层之间。
可以独立地或以任何组合地采取前述段落、权利要求或下面的具体实施方式和附图中的实施例、示例和可选方案，包括它们的任何各个方面或各自单独的特征。针对一个实施例所描述的特征适用于所有的实施例，除非这样的特征是不相容的。
根据下面的具体实施方式，本公开的各种特征和优势对本领域技术人员来说，将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简略地描述如下。
附图说明
图1示意性地说明电气化车辆的动力传动系统。
图2说明可以结合到电气化车辆的蓄电池总成中的柔性电路系统。
图3说明包括多个蓄电池单元的柔性电路系统。
图4说明图2的柔性电路系统的A-A截面。
图5说明柔性电路系统的基板的一部分。
图6说明图2的B部分的放大视图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于电气化车辆的蓄电池总成的柔性电路系统。本公开所描述的柔性电路系统可以使用集成的母线、电压感测导线和直接地制造到柔性电路基板中的保险丝中的一个或多个，以便电力地连接蓄电池总成的多个蓄电池单元。除了其它特征，示例性柔性电路系统提供了一种简化的和容易实施的设计，该设计增加了电路的整体安全性和稳健性，同时省去了对单独的感测金属线上的单独的保险丝组件的需求并且将这个功能结合在能源资源中。
图1示意性地说明用于电气化车辆12的动力传动系统10。电气化车辆12可以是HEV、PHEV或BEV或任何其它车辆。在一个实施例中，动力传动系统10包括至少具有电动机36和蓄电池总成50的驱动系统。驱动系统生成扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。例如，电动机36可以用于通过对轴46输出扭矩来驱动车辆驱动轮30。蓄电池总成50可以是能够输出电力以操作电动机36的高电压蓄电池。当然，这幅视图是高度示意性的，并且应该领会的是，比如内燃发动机、发电机和/或其它动力传输单元这样的其它组件，能够结合作为电气化车辆12的一部分。
图2和3说明可以结合到比如图1的电气化车辆12这样的电气化车辆中的柔性电路系统52。例如，柔性电路系统52可以结合到蓄电池总成50中以电力地连接蓄电池总成50的多个蓄电池单元54(参照图3)。在一个实施例中，蓄电池单元54是锂离子菱形单元。然而，其它蓄电池单元也考虑在本公开的范围内。
在一个非限制性实施例中，蓄电池单元54配置在第一排54A和第二排54B中并且布置成串并联串。每个蓄电池单元54包括正极端子(由符号(+)指定)和负极端子(由符号(-)指定)。第一排54A和第二排54B的每个蓄电池单元54布置成使得其端子与相邻的蓄电池单元54的那些端子相反。例如，在一个非限制性说明中，第一蓄电池单元54-1的正极端子(+)放置于邻近第二蓄电池单元54-2的负极端子(-)，并且第一蓄电池单元54-1的负极端子(-)放置于邻近第二蓄电池单元54-2的正极端子(+)。虽然在图3中示出了蓄电池单元54的具体数目和布置，但蓄电池总成50可以包括在本公开范围内以任何方式配置的任何数目的蓄电池单元54。
示例性柔性电路系统52可以至少包括基板56、一个或多个母线58以及一个或多个电压感测导线60。在图示的实施例中，柔性电路系统52包括多个母线58和多个电压感测导线60。然而，本公开不限于所示的确切配置。应该理解的是，柔性电路系统52可以包括任何包含一个或多个母线和电压感测导线的配置。
柔性电路系统52提供用于电力地连接蓄电池单元54的集成电路，使得电力可以在整个电气化车辆中有效地并且安全地进行分配。在使用中，来自每个蓄电池单元54的高电压电流通过母线58传导。蓄电池单元54的第一排54A供应电力至负电压导线55，并且蓄电池单元54的第二排54B供应电力至正电压导线57(参照图3)。蓄电池单元54的第一排54A可以通过母线58-1连接至蓄电池单元54的第二排54B。每个蓄电池单元54的电压可以由电压感测导线60测量，电压感测导线60将电压信号传送至在基板56和蓄电池总成50的控制模块68之间连接的连接器66，以避免蓄电池单元54的过充电并且实现了用于均衡蓄电池单元54的电流通路。
在一个实施例中，基板56是由柔韧(即可弯曲的)材料制成。适用于制造基板56的柔韧材料的一个非限制性示例是可从杜邦公司(DuPont)获得的卡普顿包括但不限于聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)，以及各种氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)和共聚物这样的其它材料也考虑在本公开的范围内。
基板56可以包括主体部分69和从主体部分69中延伸的尾部70。蓄电池单元54的第一排54A和第二排54B以及母线58的每个相对于主体部分69布置，同时电压感测导线60沿着主体部分69和尾部70两者在母线58和连接器66之间延伸。在一个实施例中，基板56体现为矩形桨状物的形状。然而，通过图2和3所示的基板56的尺寸和形状决不旨在限制本公开。
在一个实施例中，母线58是配置成传导由蓄电池单元54生成的电力的冲压的相对薄的金属条。示例母线58的材料包括铜、黄铜或铝，然而具有导电属性的其它材料也可以是合适的。在一个实施例中，母线58是具有相对高的安培数容量的高电流母线。
母线58可以安装在基板56的外表面62上。在一个实施例中，胶黏剂65用于将母线58安装在基板56(参考图4)上。任何合适的胶黏剂都可以用于将母线58连接至基板56。
使用视觉装置，可以将母线58布置并且粘附到基板56。例如，自动化拾放装置(automated pick and place equipment)可以用于将母线58放置在基板56上，并且视觉装置可以用于校准正确的X-Y-Z坐标定位。类似的方法可以在装配期间用于将基板56放置并且对准到蓄电池单元54上，因此提高安全性。柔性基板56在Z坐标方向上提供了一定程度的柔性，这有助于比如在焊接工序期间母线58在相邻单元之间的装配。
胶黏剂65将母线58固定至基板56，同时视觉装置可以在放置期间用于精确地对准母线58。可选地，定位功能部件75(参照图6)可以与视觉装置结合使用以实现母线58的精确定位。胶黏剂65和视觉装置实现了柔性电路系统52的高度自动化装配，从而提高工人的安全。
每个电压感测导线60可以与基板56集成在一起。将电压感测导线60与基板56集成在一起可以省去对基于金属线的电路设计的需要。在本公开中，术语“集成在一起”意味着电压感测导线60直接地制造在柔性电路系统52上或制造到柔性电路系统52中。在一个实施例中，电压感测导线60包括印刷到基板56的外表面62上的铜迹线。使用多种增加或削减技术可以将电压感测导线60施加到基板56上。这样的技术的非限制性示例包括印刷、电镀、蚀刻、层压、雕刻、铣削、切削等。
在通过图5所示的另一实施例中，电压感测导线60夹在基板56的第一电介质层64A和第二电介质层64B之间。第一电介质层64A和第二电介质层64B可以密封在一起以阻止水分依靠毛细作用带入到电压感测导线60中。当然，这个视图是高度示意性的并且基板56可以包括附加层。
再次参考图2和3，至少一个电压感测导线60在每个母线58和连接器66之间延伸。连接器66可以粘接至基板56的尾部70并且连接至控制模块68。在一个实施例中，控制模块68编程为测量由每个电压感测导线60传送的电压以便阻止蓄电池单元54的过充电并且通过电压感测导线60排放低等级电流以便实现单元均衡。控制模块68可以另外编程为执行与蓄电池总成50和柔性电路系统52有关的多个其它功能。
在一种配置中，每个电压感测导线60至少包括在沿着基板56的第一方向上延伸的第一迹线90和在沿着基板56的不同的第二方向上延伸的第二迹线92。例如，第一迹线90可以从母线58开始朝向基板56的主体部分69的中间垂直地延伸，并且第二迹线92可以在终止于连接器66之前穿过基板的主体部分69和尾部70的部分水平地延伸。在一个实施例中，在母线58-1和连接器66之间延伸的电压感测导线60-1不包括任何第一迹线90。
电压感测导线60可以布置成实现在从蓄电池单元54的第一排54A朝向蓄电池单元54的第二排54B延伸的方向上的线性电压电势增加。通过在相邻的电压感测导线60之间提供使用于树枝状结晶生长的电场密度和电势减到最小的低的电压梯度，这种或类似的布置可以帮助保持柔性电路系统52的完整性。在一个非限制性实施例中，每个电压感测导线60由于其相对于彼此的配置而需要输送小于100毫安的电流至连接器66。
图6说明柔性电路系统52的单个蓄电池单元54、母线58和电压感测导线60的互相连接。缓冲区域78(用虚线所示)可以穿过基板56形成以便容纳蓄电池单元54的端子80。在一个实施例中，缓冲区域78是在基板56上形成的孔，以便端子80可以接触母线58。通过焊接或任何其它合适的连接技术，可以实现端子80至母线58的连接。如上所述，可以使用一个或多个定位功能部件75，以便在将端子80连接至母线58之前，相对于蓄电池单元54光学地对准并且放置母线58。
电压感测导线60可以在电连接76处电力地连接至母线58。在一个实施例中，电连接76是通过钎焊(soldering)来实现。在另一实施例中，电连接76是通过焊接来实现。一种非限制性的焊接技术包括将电压感测导线60音波焊接至母线58。柔性电路系统52的任何附加的蓄电池单元54、母线58和电压感测导线60可以类似地连接。
一个或多个熔断件72可以另外结合作为示例性柔性电路系统52的电路保护组件。在一个实施例中，熔断件72集成作为电压感测导线60的一部分并且放置于靠近母线58。通过将电压感测导线60的铜迹线99的一部分变窄，可以形成熔断件72。在发生相对高的电流事件中，电压感测导线60可以在熔断件72处切断以断开电路并且避免过电流和损害蓄电池单元54。
开口74可以穿过基板56形成，以便查看和/或进入熔断件72。例如，开口74可以提供一种视觉上地确定电路是否已经断开的方式。
尽管不同的非限制性实施例说明为具有具体的组件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定的组合。将来自任何非限制性实施例中的一些组件或功能部件与来自任何其它非限制性实施例中的功能部件或组件结合使用，是可能的。
应该理解的是，贯穿几个附图的相同的附图标记识别对应的或类似的元件。此外，应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并说明了特定的组件布置，但其它布置也应该从本公开的教导中受益。
前述说明应该理解为说明性的并且无任何限制的意义。本领域普通技术工作人员应该理解，某些修改可以在本公开的范围内发生。由于这些原因，下面的权利要求应该被研究以确定本公开的准确范围和内容。

Claims (10)

1.一种柔性电路系统，其特征在于，包含：
基板；
至少一个安装在所述基板上的母线；以及
至少一个与所述基板集成在一起的电压感测导线。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基板是由柔韧材料制成。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述柔韧材料包括聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包含布置在所述至少一个母线和所述基板之间的胶黏剂。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电压感测导线印刷到所述基板的外表面上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电压感测导线夹在所述基板的至少两个电介质层之间。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电压感测导线在所述母线和配置成连接至控制模块的连接器之间延伸。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包含在所述至少一个电压感测导线中形成的熔断件。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，包含穿过所述基板且配置成进入所述熔断件的开口。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述熔断件是所述至少一个电压感测导线的铜迹线的变窄部分，所述熔断件配置成响应于高电流事件而切断。
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