CN107123837B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块包括电路板、汇流条、第一温度传感器、第二温度传感器和控制器。电路板在多个电池单元上面。汇流条被连接到电池单元和电路板。第一温度传感器在电路板上以测量电池单元的第一温度。第二温度传感器在电路板上并且与第一温度传感器间隔开。第二温度传感器从电路板测量第二温度。控制器在电路板上，接收指示第一温度和第二温度的信息，并且计算电池单元的每个的估算温度。

Description

电池模块
技术领域
此处描述的一个或多个实施方式涉及电池模块。
背景技术
移动设备、电动车辆、混合动力车辆和其它电子设备由电池单元提供动力。当长时间或高功率驱动被用于操作消耗大量功率的电子设备(例如电动或混合动力车辆)时，多个电池单元可以在电池模块中被电连接以满足输出和容量需求。为了输出预定电压，可以根据温度变化来控制电池模块。
为了精确地测量温度，多个温度传感器可以被直接安装在电池单元上。然而，用于在电池单元上直接安装温度传感器的分离结构和粘合剂被使用。用于将温度传感器连接到保护电路模块的附加结构也被使用。因此，电池模块的制造成本会过高。
发明内容
根据一个或更多实施方式，一种电池模块包括：在多个电池单元上的电路板；汇流条，其被电连接到电池单元并且被电连接到电路板；第一温度传感器，其在电路板上以测量电池单元的第一温度；第二温度传感器，其在电路板上并且与第一温度传感器间隔开，第二温度传感器从电路板测量第二温度；以及控制器，其在电路板上以接收指示第一温度和第二温度的信息并且计算电池单元的每个的估算温度。
第一温度传感器可以邻近于汇流条并且通过电路板的电路图案被电连接到汇流条。第一温度传感器可以在电路板的顶表面上，并且穿透电路板的顶表面和底表面的穿通孔可以在电路板的第一温度传感器的下方。第二温度传感器可以比第一温度传感器与汇流条间隔开更大的量，并且第二温度传感器可以在探测基本等于由第一温度传感器探测到的温度变化的温度变化的区域。
电路板的未被电连接到第一温度传感器的一个或更多电器件以及电路图案可以与第一温度传感器间隔开至少5mm。控制器可以通过从第一温度减去由第一温度和第二温度之间的温度差与修正系数相乘得到的值来计算每个电池单元的估算温度。修正系数可以被存储在基于温度差的查找表中。当温度差是负值时修正系数可以设置为0并且随着温度差增加修正系数增加根据温度差设置的值。
第一温度传感器和第二温度传感器可以被安装在电路板的在平衡电池单元的电压或者控制电池单元的充电/放电状态中被施加较小热影响的区域中。
根据一个或更多另外的实施方式，一种装置包括：第一温度传感器；第二温度传感器；邻近于一个或更多电池单元的电路板；以及基于从第一温度传感器和第二温度传感器输出的信号计算一个或更多电池单元的温度的控制器，其中第一温度传感器比第二温度传感器更靠近所述一个或更多电池单元并且第二温度传感器比第二电池单元更靠近电路板的至少一个电路。
控制器可以通过抵消由第二温度传感器探测的电路板的至少一个电路的温度来计算一个或更多电池单元的温度。控制器可以基于修正值计算一个或更多电池单元的温度。修正值可以随着第一温度传感器和第二温度传感器的温度之间的差异而变化。修正值可以基于一个或更多电池单元的实际测量温度和一个或更多电池单元的计算温度的比较累积。修正值可以匹配电路板的设计。
根据一个或更多其它实施方式，一种控制器包括：与第一温度传感器的第一连接；与第二温度传感器的第二连接；以及基于分别通过第一连接和第二连接从第一温度传感器和第二温度传感器输出的信号计算一个或更多电池单元的温度的逻辑，其中第一温度传感器比第二温度传感器更靠近一个或更多电池单元并且第二温度传感器比第一温度传感器更靠近电路板的至少一个电路。
附图说明
通过参考附图详细描述示例实施方式，对于本领域技术人员来说多个特征将变得明显，其中：
图1A至1C示出电池模块的一实施方式；
图2A和2B示出在电池模块中的电路板的温度变化的模拟结果和实验结果的一示例；以及
图3示出电池模块中的顶盖的一实施方式。
具体实施方式
现将参考附图在下文中更全面地描述示例实施方式；然而，它们可以以不同形式被实现并且不应被解释为限于此处阐释的实施方式。而是，这些实施方式被提供使得本公开将全面和完整，并且将向本领域技术人员完全传递示范性实施方式。实施方式可以被组合以形成附加实施方式。
在图中，为了图示的清晰，层和区域的尺寸可以被夸大。还将理解，当一层或元件被称为在另外的层或衬底“上”时，它能直接在所述另外的层或衬底上，或者还可以存在居间层。此外，将理解，当一层被称为在另外的层“下方”时，它能直接在其下方，并且也可以存在一个或更多居间层。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它能是所述两层之间的唯一层，或者还可以存在一个或更多居间层。相同附图标记始终指代相同元件。
在图中，为了清晰，层和区域的厚度被夸大。相同附图标记始终指代相同元件。当在此处使用时，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或更多的任意及所有组合。此外，将理解当元件A被称为“连接到”元件B时，元件A能被直接连接到元件B，或者在元件A和B之间可以存在居间元件C使得元件A能被间接连接到元件B。
此外，这里使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的并且不打算成为它的限制。当在此处使用时，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”或“包括”指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
将理解，尽管术语第一、第二等可以在此被用于描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另外的构件、元件、区域、层和/或部分区分开。因此，例如以下讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分能被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分而不背离教导。
为了描述的容易，空间关系术语，诸如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”等，可以在此被用于描述如图中示出的一个元件或特征的与另外的元件(们)或特征(们)的关系。将理解，除图中描绘的取向之外，空间关系术语还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件将取向“在”所述另外的元件或特征“之上”。因此，示例术语“在……下面”能涵盖上下两取向。
当一元件被称为“连接到”或“联接到”另外的元件时，它能直接连接到或联接到所述另外的元件，或者被间接连接或联接到所述另外的元件并且一个或更多居间元件插置在其之间。此外，当一元件被称为“包括”一部件时，这指的是元件还可以包括另外的部件而不是排除另外的部件，除非有不同的公开。
此外，这里使用的术语“隔板”包括使用对隔板具有小亲和性的液体电解质的液体电解质电池通用的隔板。此外，这里使用的术语“隔板”包括本征型固体聚合物电解质和/或凝胶固体聚合物电解质，其中电解质被牢固地结合到隔板，从而电解质和隔板应被解释为彼此等同。因此，隔板的含义应被定义为具有与它在本公开的上下文中的含义一致的含义。
图1A示出电池模块100的一实施方式的透视图。图1B示出电池模块100的顶盖的分解透视图。图1C示出电池模块100的顶盖的分解平面图。
参考图1A到1C，电池模块100可以包括多个电池单元、内盖110、汇流条120、电路板130、端板140、侧板150以及顶盖或上盖160。
电池单元从例如可以在第一方向(x)上布置的电池单元产生能量。每个电池单元可以包括具有顶开口的壳和电极组件。壳包括电解质。电极组件和电解质可以彼此电化学反应以产生能量。壳的顶开口可以由帽盖组件密封。此外，具有不同极性的电极端子(即，正电极端子和负电极端子)可以在电池单元的顶表面上的帽盖组件中。
内盖110在电池单元上。多个汇流条120将电池单元彼此电连接并且被安装在内盖110上。内盖110可以具有足以完全覆盖电池单元的顶表面的尺寸。此外，内盖110可以包括用于向上暴露电池单元的电极端子的多个孔。内盖110优选由绝缘材料制成。
汇流条120可以通过连接相邻电池单元的电极端子而将电池单元彼此串联或并联连接。汇流条120通过内盖110与被向上暴露的电池单元的电极端子接触并且连接到被向上暴露的电池单元的电极端子，并且由内盖110支撑。汇流条120将在第一方向(x)上布置的电池单元的电极端子彼此电连接。例如，汇流条120可以在第一方向(x)上布置并且在内盖110上的相对侧处彼此间隔开。汇流条120可以包括朝电路板130突出的电路板连接部121。电路板连接部121被联接到电路板130并且被电连接。
电路板130与内盖110的顶部紧固并且包括用于控制和监控电池单元的充电/放电状态的一个或更多器件。电路板130可以与内盖110的顶部的中心紧固，从而与汇流条120间隔开。例如，电路板130被安装在内盖110上在第一方向(x)的中心处。在第一方向(x)上电连接电池单元的汇流条120被安装在电路板130的相对侧处。
此外，电路板130可以被电连接到汇流条120。汇流条120可以被电连接到在电路板130的底表面上的输入/输出端子130I。例如，汇流条120的电路板连接部121可以被连接到在电路板130的底表面上的输入/输出端子130I。
为了精确估算电池单元的温度，电路板130包括多个温度传感器131和132。此外，温度传感器131和132可以被电连接到安装在电路板130上的控制器133。控制器133估算电池单元的温度。
第一温度传感器131测量电池单元的温度。第二温度传感器132基于由第一温度传感器131测量的第一温度消除由电路板130的温度变化导致的影响。例如，第一温度传感器131可以是用于测量电池单元的温度的传感器，并且第二温度传感器132可以是用于测量电路板130的温度的传感器。
图2A示出第一温度传感器131和第二温度传感器132对于电池模块100的温度变化的模拟结果的一示例。图2B示出在电池模块100的实际充电和放电操作期间测量的电路板130的温度的实验结果的一示例。模拟结果和实验结果被重复地并且累积地确定，从而将第一温度传感器131和第二温度传感器132的位置设置到相对小的温度变化出现的区域。
第一温度传感器131可以不被电路板130的各种电器件和电路图案的温度影响，并且可以被安装在被电池单元的温度影响(至少主要地影响)的区域。第一温度传感器131可以被安装在电路板130的顶表面上。电路板130的电器件和电路图案可以不被设置在例如第一温度传感器131周围至少5mm内。然而，用于将第一温度传感器131电连接到另一电器件的电路图案可以被设置。例如，除了用于连接第一温度传感器131和控制器133的电路图案以及用于电连接第一温度传感器131和输入/输出端子130I的电路图案之外，电器件和电路图案可以不被设置在第一温度传感器131周围至少5mm内。在另外的实施方式中，间隔距离可以不同于5mm。
第二温度传感器132可以被安装在电路板130的其中在平衡电池单元的电压或者控制电池单元的充电/放电状态中被施加较小热影响的区域处。第一温度传感器131和第二温度传感器132可以被安装在电路板130的不提供用于控制电池单元的充电/放电状态的电器件和电路图案的区域处。
例如，第一温度传感器131可以被安装在电路板130的输入/输出端子130I附近，以便于邻近汇流条120。第一温度传感器131可以通过电路板130的电路图案被电连接到汇流条120的电路板连接部121，使得第一温度传感器131在更大程度上被电池单元的温度改变影响。此外，如图3所示，穿透电路板130的顶表面和底表面的穿通孔130o可以在第一温度传感器131被安装在其中的电路板130中，使得穿通孔130o在更大程度上被电池单元的温度影响。
在一实施方式中，第二温度传感器132相比于第一温度传感器131在更大程度上与汇流条120间隔开，并且表现出与第一温度传感器131被安装的区域类似的温度变化。第二温度传感器132可以被安装在电路板130的其中在平衡电池单元的电压或者控制电池单元的充电/放电状态中被施加相对小的热影响的区域处。在相同电路板被用于电路板中的第一温度传感器131和第二温度传感器132的情况下，第一温度传感器131和第二温度传感器132可以被安装在电池模块100的相同位置处。
如以上描述的，由电路板130上的第一和第二温度传感器131和132测量的第一和第二温度被施加到安装在电路板130上的控制器133。控制器133可以计算电池单元的每个的估算温度Tb，例如通过方程式1计算：
Tb＝T1-(T2-T1)×A (1)
这里T1是与由第一温度传感器131测量的每个电池单元的温度相应的第一温度，T2是与由第二温度传感器132测量的电路板130的温度相应的第二温度，并且A是修正系数。因此，控制器133可以通过从由第一温度传感器131测量的第一温度T1去除电路板130的温度的影响来计算每个电池单元的估算温度Tb。
修正系数A可以根据第二温度T2和第一温度T1之间的温度差T21被不同地设置。对于温度差T21的修正系数A可以通过比较地累积电池单元的实际测量温度和电池单元的每个的估算温度Tb而被设置，温度差T21由电路板130上的第一温度传感器131和第二温度传感器132测量。
此外，对于温度差T21的修正系数A可以根据电路板130的设计被不同地设置并且可以被存储在控制器133中，例如以查找表的形式被存储。在一实施方式中，当相同电路板被用于安装在电路板中的相同位置处的第一温度传感器131和第二温度传感器132时，可以对电池模块100设置相同的修正系数。
例如，当温度差T21是负值时，修正系数A可以被设为0。当温度差T21等于或大于0并且小于3时，修正系数A可以被设为0.45。当温度差T21等于或大于3并且小于5时，修正系数A可以被设为0.8。例如，当第一温度T1高于第二温度T2时，控制器133输出第一温度T1作为每个电池单元的估算温度Tb。当第二温度T2等于或高于第一温度T1时，控制器133通过从第一温度T1减去温度差T21乘修正系数A来输出每个电池单元的估算温度Tb。此外，修正系数A可以增加根据温度差T21设置的值。
如以上描述的，控制器133可以基于由电路板130上的第一温度传感器131和第二温度传感器132测量的第一温度T1和第二温度T2得到每个电池单元的估算温度Tb。
端板140在沿预定方向布置的多个电池单元当中的端面电池单元的相对端处。侧板150可以被联接到一对端板140以覆盖电池单元的短侧表面。例如，电池单元可以在第一方向上被布置在由一对端板140和一对侧板150限定的空间中。
上盖160可以被联接到端板140和侧板150，从而保护汇流条120和电路板130不受外界环境影响。上盖160可以由绝缘材料制成。
根据另外的实施方式，控制器包括与第一温度传感器的第一连接、与第二温度传感器的第二连接、以及基于分别通过第一和第二连接从第一和第二温度传感器输出的信号来计算一个或更多电池单元的温度的逻辑，其中第一温度传感器比第二温度传感器更靠近一个或更多电池单元，并且第二温度传感器比第一温度传感器更靠近电路板的至少一个电路。控制器可以是任意的以上提到的包括控制器的实施方式。
此处描述的方法、工艺和/或操作可以通过由计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备执行的代码或指令被执行。计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备可以是此处描述的那些或者是除此处描述的元件之外的元件。因为形成本方法的基础的算法(或者计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备的操作)被详细描述，用于实现本方法实施方式的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备转换为用于执行此处描述的方法的专用处理器。
公开的实施方式的控制器和其它处理特征可以在例如可以包括硬件、软件或其两者的逻辑中被实现。当至少部分地在硬件中被实现时，控制器和其它处理特征可以是例如包括但不限于专用集成电路、现场可编程门阵列、逻辑门的组合、芯片上系统、微处理器或其他类型的处理电路或控制电路的各种集成电路中的任一个。
当至少部分地在软件中被实现时，控制器和其它处理特征可以包括例如用于存储例如由计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理设备执行的代码或指令的存储器或其它存储设备。计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理设备可以是此处描述的那些或者是除此处描述的元件之外的元件。因为形成本方法的基础的算法(或者计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理设备的操作)被详细描述，所以用于实现本方法实施方式的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备转换为用于执行此处描述的方法的专用处理器。
示例实施方式已经被公开，尽管特定术语被使用，但是它们仅在一般的和描述性的意义上被使用和解释，并且不是为了限制的目的。在一些情况下，对本申请提交时的本领域技术人员来说明显的是，关于具体实施方式描述的特征、特性和/或元件可以被单独使用或者与关于其它实施方式描述的特征、特性和/或元件结合使用。因此，本领域技术人员将理解，可以进行在形式和细节上的各种改变而不背离权利要求中阐述的本实施方式的精神和范围。
2016年2月24日提交的题为“Battery Module(电池模块)”的韩国专利申请第10-2016-0021870号通过引用全文合并在此。

Claims (16)

1.一种电池模块，包括：
电路板，在多个电池单元上；
汇流条，电连接所述电池单元并且被电连接到所述电路板；
第一温度传感器，在所述电路板上以测量所述电池单元的第一温度；
第二温度传感器，在所述电路板上并且与所述第一温度传感器间隔开，所述第二温度传感器从所述电路板测量第二温度；以及
控制器，在所述电路板上以接收指示所述第一温度和所述第二温度的信息并且计算所述电池单元的每个的估算温度，
其中所述第一温度传感器比所述第二温度传感器更靠近所述汇流条，并且所述第二温度传感器比所述第一温度传感器更靠近所述电路板的至少一个电路。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中所述第一温度传感器通过所述电路板的电路图案被电连接到所述汇流条。
3. 如权利要求2所述的电池模块，其中：
所述第一温度传感器在所述电路板的顶表面上，以及
穿透所述电路板的所述顶表面和底表面的穿通孔在所述电路板的所述第一温度传感器下方。
4.如权利要求2所述的电池模块，其中：
所述第二温度传感器在探测基本等于由所述第一温度传感器探测的温度变化的温度变化的区域处。
5.如权利要求1所述的电池模块，其中所述电路板的未被电连接到所述第一温度传感器的一个或更多电器件以及电路图案与所述第一温度传感器间隔开至少5mm。
6.如权利要求1所述的电池模块，其中所述控制器通过从所述第一温度减去由所述第二温度和所述第一温度之间的温度差与修正系数相乘得到的值来计算所述电池单元的每个的所述估算温度。
7.如权利要求6所述的电池模块，其中所述修正系数被存储在基于温度差的查找表中。
8.如权利要求6所述的电池模块，其中当所述温度差是负值时所述修正系数被设为0并且随着所述温度差增加所述修正系数增加根据所述温度差设置的值。
9.如权利要求1所述的电池模块，其中所述第一温度传感器和所述第二温度传感器被安装在所述电路板的在平衡所述电池单元的电压或控制所述电池单元的充电/放电状态中被施加较小热影响的区域处。
10.一种装置，包括：
邻近于一个或更多电池单元的电路板；
第一温度传感器，在所述电路板上以测量所述电池单元的第一温度；
第二温度传感器，在所述电路板上并且与所述第一温度传感器间隔开，所述第二温度传感器从所述电路板测量第二温度；
汇流条，电连接所述电池单元并且被电连接到所述电路板；以及
控制器，其基于从所述第一温度传感器和所述第二温度传感器输出的信号计算所述一个或更多电池单元的温度，其中所述第一温度传感器比所述第二温度传感器更靠近所述汇流条，并且所述第二温度传感器比所述第一温度传感器更靠近所述电路板的至少一个电路。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述控制器通过抵消由所述第二温度传感器探测的所述电路板的所述至少一个电路的温度来计算所述一个或更多电池单元的所述温度。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述控制器基于修正值计算所述一个或更多电池单元的所述温度。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述修正值随着由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器探测的所述温度之间的差异而变化。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述修正值基于所述一个或更多电池单元的实际测量温度和所述一个或更多电池单元的计算温度的比较累积。
15.如权利要求12所述的装置，其中所述修正值匹配所述电路板的设计。
16.一种控制器，包括：
与第一温度传感器的第一连接；
与第二温度传感器的第二连接，以及
逻辑，其基于分别通过所述第一连接和所述第二连接从所述第一温度传感器和所述第二温度传感器输出的信号计算一个或更多电池单元的温度，其中所述第一温度传感器比所述第二温度传感器更靠近电连接所述一个或更多电池单元的汇流条，并且所述第二温度传感器比所述第一温度传感器更靠近电路板的至少一个电路，其中所述第一温度传感器在所述电路板上以测量所述电池单元的第一温度，所述第二温度传感器在所述电路板上并且与所述第一温度传感器间隔开，所述第二温度传感器从所述电路板测量第二温度，所述汇流条被电连接到所述电路板。
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