CN111602040B - 热电偶、用于热电偶的接合工具、电池模块、制造热电偶的方法以及使热电偶接合的方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的用于温度测量的热电偶可以包括：由第一金属材料制成的第一导线和由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线；第一部分，第一导线和第二导线在第一部分中彼此电绝缘；第二部分，第一导线和第二导线在第二部分中彼此连接以形成测量结点；第一层，由导热的且绝缘的第一材料制成，并且围绕第二部分；以及第二层，由超声可焊接的第二材料制成，并且围绕第一层的至少部分。

Description

热电偶、用于热电偶的接合工具、电池模块、制造热电偶的方 法以及使热电偶接合的方法
技术领域
实施例涉及热电偶、用于热电偶的接合工具、电池模块、用于制造热电偶的方法以及用于使热电偶接合的方法。
背景技术
可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，可再充电电池或二次电池可以重复充电和放电，而后者仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池被用作用于诸如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型电子装置的电源，而高容量可再充电电池被用作用于混合动力车辆等的电源。
通常，可再充电电池包括：电极组件，包括正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜；壳体，容纳电极组件；以及电极端子，电连接到电极组件。电解质溶液被注入到壳体中，以使电池能够经由正极、负极和电解质溶液的电化学反应进行充电和放电。壳体的形状(例如圆柱形或矩形)取决于电池的预期目的。
可再充电电池可以用作由串联和/或并联结合的多个单元电池单体形成的电池模块，以提供例如用于混合动力车辆的马达驱动的高能量密度。也就是说，电池模块通过根据所需的功率量使多个单元电池单体的电极端子互连来形成，以实现例如用于电动车辆的高功率可再充电电池。
电池模块可以按块式设计或按模块化设计来构造。在块式设计中，每个电池单体结合到公共的集流体结构和公共的电池管理系统。在模块化设计中，多个电池单体被连接以形成子模块，若干子模块被连接以形成电池模块。可以以模块级或子模块级实现电池管理功能，因此改善了组件的可互换性。一个或更多个电池模块被机械地和电气地集成、装配有热管理系统并且被设置成用于与用电设备通信以形成电池系统。
对电池功率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功率需求。因此，需要电池系统与用电设备的控制器之间进行信息的稳定交换。该信息包括电池系统的实际荷电状态(SoC)、潜在的电气性能、充电能力和内阻以及用电设备的实际的或预测的功率需求或剩余。电池系统通常包括用于处理该信息的电池管理系统(BMS)。
与电池单体或电池模块的状态相关的一个重要参数是电池单体(电池模块)温度。因此，感温元件(感温传感器)设置在电池模块内，然后在控制电池模块和/或在控制热管理系统时考虑由这样的传感器提供的信号。可以在电池模块中使用提供电子温度相关信号的各种温度传感器，诸如以基于热敏电阻的温度传感器或基于热电偶的温度传感器为例。所利用的温度传感器通常包括必须与电池单体和/或电池模块的目标表面热接触的测量探针。因此，用于基于PTC的传感器的弹簧加载测量探针或用于基于热电偶的传感器的热电偶套管已经被用作测量探针。基于热电偶套管的热电偶解决方案可能由于延迟的热传递而导致缓慢的温度感测。
热电偶的结构通常取决于将要感测的温度范围和热电偶暴露于的环境条件。在工业应用中，经常使用护套热电偶，其中导线在不锈钢或镍合金护套包围陶瓷基体的情况下被嵌入陶瓷绝缘体中。可以通过使用热电偶套管使护套热电偶与目标表面接触，或者如果测量结点未接地，则可以通过将护套材料焊接到目标表面使护套热电偶与目标表面接触。此外，存在用于使热电偶与目标表面热接触的可焊接连接件。在US4,659,898、US3,939,554、US5,141,335和US5,141,335中描述了关于将热电偶测量结点热连接到目标表面的现有技术。
同时，通常应用于工业应用中的护套热电偶是相当刚性的，使得到目标表面的连接(具体地，焊接连接)易于损坏并从目标表面脱离。这会对由热电偶获得的热测量具有不利影响，热测量与接合到目标的结点的质量强烈相关。
在汽车应用中，在热电偶的操作期间可能发生强烈的振动和冲击，因此期望使用更有弹性的热电偶。例如，适合使用如图1中所示的主要由具有暴露的结点的弹性线对组成的基本热电偶。然而，迄今为止，这些基本热电偶必须通过手工焊接到目标表面，因此它们的应用主要限于科学或原型构造。
发明内容
技术问题
本发明的实施例已经致力于提供一种改进的热电偶和一种用于这种改进的热电偶的可以在工业规模上使用并且即使在长时间的振动和冲击下也允许与目标表面的长期稳定连接的接合方法。
技术方案
根据用于解决上述问题的本发明的第一方面，提供了一种用于温度测量的包括由第一金属材料制成的第一导线和由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线的热电偶。热电偶在热电偶的长度方向上包括第一部分和第二部分。热电偶的第一部分可以形成为在第一部分的整个长度上弹性弯曲。此外，在第一部分中，第一导线和第二导线彼此电绝缘。在热电偶的第二部分中，第一导线和第二导线彼此连接以形成测量结点。第一导线和第二导线的连接可以是焊接连接，但是也可以是其它连接类型，且第一导线和第二导线甚至可以是扭绞的。
由导热的且电绝缘的第一材料制成的第一层可以包围第二部分的至少一部分。由第一材料制成的第一层可以至少围绕(涂覆)测量结点，第一材料可以围绕热电偶的整个第二部分。此外，由可超声焊接的第二材料制成的第二层可以围绕第一层的至少一部分。第二材料可以形成为至少围绕(涂覆)整个埋置的测量结点，并且可以与第一材料不同。
热电偶可以有利地用于根据实施例的导线接合设备(也称为引线键合设备)中。其中，可以通过使用导线接合设备将第二材料超声焊接到目标表面来建立热电偶与目标表面之间的焊接连接。在焊接工艺中，第一材料的第一层可以使测量结点与第二材料和目标表面电绝缘。在仅对现有导线接合设备的毛细工具进行微小变型并且通过用用于容纳至少一个热电偶的储盒替换导线线圈的情况下，导线接合设备可以被用于将热电偶接合到目标表面。
根据实施例，通过使用导线接合设备将热电偶接合到目标表面，可以在测量结点与目标表面之间可重复地建立良好限定的热接触。由于热接触的质量强烈影响热电偶的测量，因此可以利用提供良好热接触的热电偶获得可靠的测量结果。
此外，由于第一部分的弹性，可以通过导线接合设备加载、施加、引导和定位热电偶，而没有使热电偶的导线断开或损坏焊接连接的风险。此外，在经由第二材料建立焊接连接之后，第一导线和第二导线的自由端(在下文中被称为“第二端”)可以经由导线接合设备被焊接到相应的接触垫。因此，利用热电偶，可以实现热电偶温度传感器的全自动设置。
热电偶可以形成为基本弹性热电偶(在下文中被称为“基本热电偶”)。其中，基本热电偶的第一部分包括用绝缘材料(例如标准塑料电缆绝缘材料)绝缘的一对不同的导线，基本热电偶的第二部分包括该对导线的暴露部分，其中，该对导线例如通过焊接彼此连接以形成测量结点。通过用第一材料仅涂覆基本热电偶的第二部分，并且随后用第二材料仅涂覆基本热电偶的第二部分来获得热电偶。由于基本热电偶的制造成本低，因此可以以有成本效益的方式制造热电偶，这进一步有益于热电偶的批量制造。
热电偶的第一导线和第二导线可以形成镍合金热电偶(E型、J型、K型、M型、N型或T型)、铂/铑合金热电偶(B型、R型或S型)、钨/铼合金热电偶(C型、D型或G型)、铬-金/铁合金热电偶、贵金属合金热电偶(P型)、铂/钼合金热电偶、铱/铑合金热电偶、纯贵金属(Au-Pt、Pt-Pd)热电偶或方钴矿热电偶中的一种。可以根据关注的温度范围、相对于第一材料的涂层和第二材料的涂层以及第一材料和第二材料的材料参数来选择形成热电偶的材料。
在热电偶的长度方向上，第一部分的长度可以超过第二部分的长度。第一部分的长度可以是第二部分的长度的至少5倍或更多倍(例如，10倍、15倍、20倍、25倍等)。由于这点，提供了整个热电偶的足够弹性，并且确保了热电偶与导线接合设备的适用性。
第一层的层厚度可以是0.5mm至5mm、0.1mm至3mm或0.1mm至1mm。第一层的这种层厚度可以在能够使测量结点电绝缘而不显著降低测量结点与目标表面之间的导热率的范围内形成。
第二层的层厚度可以是50μm至1mm、50μm至500μm或100μm至500μm。这样的层厚度可以形成为足以使用导线接合设备在测量结点与目标表面之间制造可靠的且可重复的焊接连接(例如，楔形接合或球形接合)。第二层的低的层厚度进一步有助于有成本效益的制造工艺。
第一导线和第二导线两者可以分别具有150μm至3.5mm、300μm至2mm或500μm至1mm的总直径。热电偶可以具有300μm与14mm之间、400μm与10mm之间或500μm与3mm之间的总直径。由于导线和热电偶不一定具有圆形剖面，因此总直径是指偏离圆形的剖面的最大线性延伸。热电偶的导线的低的总直径允许使用对于商业应用广泛可得的导线接合设备，并且仅需要对其施加最小的变型。
第一材料是塑料材料，并且可以是聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚醚醚酮、环氧树脂和聚苯硫醚中的至少一种。这些材料提供足够的电绝缘并且同时提供令人满意的导热性。此外，这些材料可以以各种固体状态被提供，因此允许不复杂的涂敷(应用)工艺。具体地，聚酰亚胺在宽温度范围内提供热稳定性和良好的导热性。第一材料可以包括诸如石墨、碳、蓝宝石、金属或陶瓷颗粒的导热填料。第一材料也可以是热稳定性高的陶瓷化合物。第一材料也可以是氧化镁。使用温度稳定的陶瓷化合物作为第一材料允许以熔体的形式涂敷(应用)第二材料。
第二材料可以包括金、铜和铝中的至少一种的合金。这些材料是用于导线接合应用的标准材料，因此可以在使用导线接合设备通过超声焊接提供焊接连接时提供高的可靠性。能够超声焊接并提供足够导热性的其它材料(诸如塑料材料)可以用作第二材料。第二材料可以是与目标表面的材料相同的材料，以经由焊接提供改善的物质与物质接合。
热电偶的第一导线和第二导线可以具有不同的长度。因此，热电偶可以呈具有不同长度的两个顶部腿的基本Y形。可以通过例如经由焊接连接来使第一导线的第一端和第二导线的第一端连接来提供测量结点。通过提供具有不同长度的第一导线和第二导线，第一导线和第二导线的剩余第二端可以以连续方式利用导线接合设备(例如，利用球形或楔形接合)单独地附着到电路载体的相应接触垫。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造用于温度测量的热电偶的方法。用于制造热电偶的方法可以包括下述步骤：提供具有由第一金属材料制成的第一导线、由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线、形成为弹性弯曲并且第一导线和第二导线在其中彼此电绝缘的第一部分以及第一导线和第二导线在其中暴露并且彼此连接以形成测量结点的第二部分的基本热电偶；将第二部分埋置在由导热的且电绝缘的第一材料制成的第一层中；以及将第一层的至少一部分埋置在由可超声焊接的第二材料制成的第二层中。
制造热电偶的方法还可以包括提供基本热电偶，提供基本热电偶的步骤可以包括制造基本热电偶或获得包括上述附加特征的可自由获得的基本热电偶。
基本热电偶包括形成热电偶的绝缘的导线对或者由形成热电偶的绝缘的导线对组成，其中，在基本热电偶的第二部分中，导线对的绝缘被去除并且导线对彼此连接且形成测量结点。基本热电偶可以至少在第一部分内(例如，在整个第一部分内)弹性弯曲。制造热电偶的方法可以包括测量结点的两步涂覆工艺，首先涂覆绝缘的但导热的材料，其次涂覆可超声焊接的材料。使用导线接合设备可以有利地应用在制造热电偶的方法中制造的热电偶。
第一材料和第二材料仅施加到第二部分，具体地，仅施加到测量结点，从而可以减少材料成本和工艺时间。在第一部分中，第一导线和第二导线中的至少一者可以被塑料电缆绝缘材料包围。此外，通过塑料电缆绝缘材料绝缘的第一导线和第二导线两者可以被另一塑料电缆绝缘材料另外地包围。
在制造热电偶的方法中，第一材料是塑料材料并且可以是聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚醚醚酮、环氧树脂或聚苯硫醚中的至少一种。在制造热电偶的方法中，将第二部分埋置在第一层中的步骤可以包括通过将第二部分浸入第一材料的熔体或溶液中来将第二部分嵌入由第一材料制成的第一层中。换句话说，将第二部分嵌入第一层中的步骤可以包括将基本热电偶的第二部分或测量结点浸入第一材料的熔体或溶液中，以及在将第二部分或测量结点浸入熔体或溶液中之后，经由溶剂的蒸发或粘附的熔体的固化来形成由第一材料制成的第一层。在将第二部分埋置在第一层中时，形成第一材料的塑料材料是聚酰亚胺，第一材料的熔体或溶液可以包括导热填料。
在制造热电偶的方法中，将第一层的至少一部分埋置在由第二材料制成的第二层的步骤中可以包括在形成由第一材料制成的第一层之后，通过将第二材料的薄箔缠绕在第二部分的尖端周围来将第一层的至少一部分埋置在第二材料中。第二材料的薄箔可以被设置为具有50μm至1mm、50μm至500μm或100μm至500μm的厚度。薄箔被设置为具有与埋置在第一材料中的第二部分的表面区域至少大致对应的表面区域。其中，薄箔的表面积是指箔的单个侧面的表面积。可以通过可移动地夹持薄箔的边缘部分并且将埋置的第二部分或测量结点的尖端朝向箔引导并且引导到箔中使得箔被放置在第二部分周围，来执行将薄箔缠绕在埋置的第二部分或测量结点周围的步骤。可以通过深拉工艺的微观版本来执行将薄箔缠绕在埋置的第二部分周围。可以通过如在食品工业的包装机器中使用的缠绕工具来执行将薄箔缠绕在埋置的第二部分周围的步骤。
在制造热电偶的方法中，第一材料可以是热稳定性高的陶瓷化合物。例如，第一材料可以是氧化镁。在制造热电偶的方法中，将第二部分埋置在第一层中的步骤包括将陶瓷化合物粉末(例如氧化镁粉末)和第二部分插入到模具中。在将第二部分埋置在第一层中之前，可以另外执行将陶瓷化合物粉末研磨至适于通过压实使陶瓷化合物粉末固化的晶粒尺寸和晶粒形式。此外，将第二部分埋置在第一层中的步骤可以包括通过闭合模具并且通过向陶瓷化合物粉末施加压力来将陶瓷化合物粉末压缩和模制在第二部分周围，使得陶瓷化合物粉末在热电偶的第二部分周围压实。通过嵌入和模制而被压实的陶瓷化合物粉末应该形成为在压缩和模制之后在预定时间内是稳定的，以允许施加第二层。
在制造热电偶的方法中，由于陶瓷化合物(具体地，氧化镁)的高温稳定性，使得通过将被涂覆的第二部分的至少一部分(例如，被涂覆的嵌入的测量结点)浸入第二材料的熔体中(例如，浸入金、铜和铝中的至少一种的合金的熔体中)，第二部分的被第一层涂覆的至少一部分于是被埋置在第二材料中。当第二材料固化时，它安全地包围第一材料压实陶瓷粉末。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于将热电偶接合到目标表面的方法。目标表面是电池模块的至少一个电池单体或电池单体壳体的一部分，用于将热电偶接合到目标表面的方法集成在用于制造电池模块的方法中。用于将热电偶接合到目标表面的方法包括：将至少一个热电偶插入到导线接合设备的储盒中；将一个热电偶从储盒装载到导线接合设备的毛细工具中；经由毛细工具向热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能量；以及将埋置的第二部分的第二材料焊接到目标表面。
在用于将热电偶接合到目标表面的方法中，导线接合设备可以是在商业上可获得的用于微电子应用的导线接合设备，例如用于在芯片垫与引线框架之间提供导线连接。商业上可获得的导线接合设备被构造成用于在导线部分与目标表面之间制造球形接合和/或楔形接合。利用对商业上可获得的导线接合设备的微小变型，导线接合设备被构造成用于在热电偶与目标表面之间制造球形接合和/或楔形接合。微小变型至少是指用被构造成用于容纳至少一个热电偶的储盒替换导线线圈以及使导线接合设备的毛细工具适应于这种热电偶的总直径。
在用于将热电偶接合到目标表面的方法中，导线接合设备通过提供储盒而配备有热电偶。将单个热电偶从储盒装载到引线接合设备的毛细工具中。然后将毛细工具定位在目标表面上，并且引导热电偶穿过毛细工具，使得第二部分的尖端(即嵌入的测量结点)与毛细工具的开口对准。热电偶被固定在毛细工具中，对准的埋置的测量结点被放置在目标表面上。随后，向下的压力经由毛细工具被施加在被固定的热电偶上，超声能量经由超声换能器被施加到热电偶。因此，涂覆第二部分的第二材料被超声焊接到目标表面。因此，在热电偶与目标表面之间制造具有限定的热性质的可靠的且长期稳定的机械连接。
用于将热电偶接合到目标表面的方法还可以包括在向热电偶施加向下的压力和超声能量之前，通过向对准的埋置的第二部分的第二材料施加热或电弧来使对准的埋置的第二部分的第二材料至少部分地熔合。由于该步骤，第二材料在将埋置的测量结点放置在目标表面上之前至少部分地熔化，使得熔化的第二材料的球形成在第二部分的尖端处。随后，将该熔化的第二材料的球放置在目标表面上以形成球形接合。在制造球形接合之后，毛细工具可以在任何方向上自由移动，因此简化了毛细工具的对准。
用于将热电偶接合到目标表面的方法还可以包括将第一导线的第二端和第二导线的第二端焊接到电路载体上(例如，单体监测电路载体上)的相应接触垫。将第一导线的第二端和第二导线的第二端焊接到相应的接触垫的步骤可以包括：在埋置的第二部分(埋置的测量结点)与目标表面之间制造接合之后，释放热电偶在毛细工具中的固定；将毛细工具移动到相应接触垫的位置；以及引导热电偶穿过毛细工具。热电偶的第一导线和第二导线可以具有彼此不同的长度。在将第一导线的第二端和第二导线的第二端焊接到相应的接触垫时，如果毛细工具到达第一接触垫的位置处，则第一导线和第二导线中的一条的第二端被定位在毛细工具的开口中，如果毛细工具到达第二接触垫的位置处，则第一导线和第二导线中的另一条的第二端被定位在开口中。因此，构成热电偶的第一导线和第二导线的第二端两者可以在没有使导线电短路的风险的情况下经由导线接合设备接合到相应的接触垫。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于将热电偶接合到目标表面的导线接合设备。导线接合设备可以包括被构造成用于容纳至少一个热电偶的储盒以及被构造成用于装载热电偶并且用于向装载的热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能量的毛细工具，其中，毛细工具的内径适于热电偶的外径。
毛细工具可以包括被构造成用于引导热电偶的毛细管和被构造成用于将热电偶固定在毛细管中以对热电偶施加向下的压力的至少一个元件。导线接合设备还可以包括被构造成用于将热电偶从储盒引导到毛细管中并穿过毛细管的至少一个元件以及被构造成用于移动和定位毛细工具和至少一个超声换能器的至少一个元件。毛细工具还可以包括用于向毛细工具的开口区域和定位在毛细工具的开口区域中的热电偶施加热或电弧的至少一个元件。
根据本发明的第五方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括经由多个汇流条在负极模块端子与正极模块端子之间串联和/或并联地电互连的多个堆叠的电池单体。电池模块还包括布置在所述多个堆叠的电池单体的顶部上并且包括至少一个第一接触垫和至少一个第二接触垫的单体监测电路(CSC)载体。电池模块还包括至少一个热电偶，其中，所述至少一个热电偶的埋置的第二部分的第二材料焊接到电池单体的顶表面，其中，第一导线的自由端焊接到第一接触垫，第二导线的自由端焊接到第二接触垫。CSC载体包括电连接到第一接触垫和第二接触垫且被构造为用于接收和处理与经由热电偶检测到的温度和电池单体的电压相关的信号的至少一个单体监测电路。
有益效果
根据本发明的实施例，可以提供一种改进的热电偶和用于这种改进的热电偶的可以在工业规模上使用且即使在长时间的振动和冲击下也允许与目标表面的长期稳定连接的接合方法。
附图说明
图1中的(A)至(C)示意性地示出了根据现有技术的基本热电偶。
图2中的(A)至(C)示意性地示出了根据实施例的基本热电偶的变型。
图3示意性地示出了根据实施例的热电偶的第二部分的剖面。
图4中的(A)和(B)示意性地示出了用于通过基本热电偶制造根据实施例的热电偶的方法的示例。
图5中的(A)和(B)示意性地示出了用于通过基本热电偶制造根据实施例的热电偶的方法的另一示例。
图6中的(A)至(C)示意性地示出了使用毛细工具将根据实施例的热电偶接合到目标表面。
图7示意性地示出了根据实施例的电池模块。
具体实施方式
在下文中将参照其中示出了发明的示例性实施例的附图更充分地描述本发明。如本领域技术人员将认识到的，在完全不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例。
除非另有说明，否则在附图和书面描述中，同样的附图标记始终表示同样的元件，因此将不重复其描述。在附图中，为了清楚起见，可以夸大特征的相对尺寸。
将理解的是，尽管使用包括诸如“第一”、“第二”和“第三”的序数词的术语来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被命名为第二元件，类似地，第二元件可以被命名为第一元件。术语“和/或”包括多个相关描述的元件的组合或多个相关描述的元件中的任何一个。
为了易于解释，在此可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……下”、“在……上方”、“上”等空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征与另一(其它)元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语除了包括在附图中描绘的方位之外，还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。
将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，它可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在一个或更多个中间元件或层。另外，也将理解的是，当元件或层被称为“在”两个元件或层“之间”时，它可以是所述两个元件或层之间的唯一元件或层，或者也可以存在一个或更多个中间元件或层。
除非另有定义，否则在此所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语应该被解释为具有与它们在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应该以理想化或过于形式化的意义来解释。
图1中的(A)至(C)示出了根据现有技术的具体地出于科学目的或原型构造的目的可以在市场上买到的基本热电偶1。这些基本热电偶1包括彼此珠焊以形成测量结点13的第一导线11和第二导线12。基本热电偶1被构造成在其整个长度上弹性弯曲，即，它们不是刚性的。此外，基本热电偶1包括其中第一导线11和第二导线12通过被至少一个塑料电缆绝缘材料14围绕而彼此电绝缘的第一部分21。基本热电偶1还包括其中形成有测量接头13并且其中导线11和12是暴露的(即，不绝缘)的第二部分22。
图2中的(A)至(C)示出了用于通过基本热电偶1制造根据发明的实施例的热电偶10的方法中的各个阶段。图2中的(A)示出了图1中的(B)的基本热电偶1，图2中的(C)示出了根据发明的实施例的热电偶10。最初用第一材料41的第一层31涂覆图2中的(A)的基本热电偶1的第二部分22。第一材料41是导热的且电绝缘的。然后，用可超声焊接到目标表面的第二材料42的第二层32部分地涂覆第一材料41的第一层31。
图3示出了图2中的(C)中所示的热电偶10的第二部分22的剖面。在第二部分22中，第一导线11和第二导线12的测量结点13被第一材料41的第一层31埋置(涂覆)，第一材料41使测量结点13电绝缘但不阻碍去往和来自测量结点13的热通量。第一材料41可以是聚酰亚胺，第一层可以在珠状测量接头13周围具有1mm的厚度。第一层31被第二材料42的第二层32部分地埋置(涂覆)。至少尖端(即，被第一层埋置的测量接头13)被第二材料42的第二层32涂覆。第二材料42是铝，第二层32可以具有100μm的厚度。如图3中所示的热电偶10可以使用导线接合设备有利地接合到目标表面。
图4示意性地示出了用于制造发明的热电偶10的方法的示例。在图4的步骤(A)中，提供如上所述的基本热电偶1。在图4的所示方法的第一个步骤(A)中，将基本热电偶1的第二部分22浸入第一材料的溶液51中，具体地，浸入聚酰亚胺在作为溶剂的二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或N-乙基吡咯烷酮(NEP)中的溶液中。作为第一材料41的聚酰亚胺的第一层31因此浸涂到基本热电偶1的第二部分22上。在所示方法中，在溶剂已经蒸发并且聚酰亚胺涂层固化之后，进行该方法的第二步骤(B)。其中，提供的薄铝箔52具有100μm的厚度并且具有与涂覆有第一材料41的第二部分22的表面积的50％基本上相等的一侧表面积。如图4的步骤(B)中的向下箭头所示，移动热电偶10，使得第二部分22被驱动到薄箔52中，薄箔52因此以与深拉相当的方式缠绕在第二部分22的尖端周围。因此，通过图4的步骤(B)得到如图3中所示的热电偶10。另外，可以执行热固化以加强第二材料42与第一材料41的第一层31的接合。
图5示意性地示出了用于制造发明的热电偶10的方法的另一示例。其中，在图5的步骤(A)中，提供如上所述的基本热电偶1。在图5所示方法的第一个步骤(A)中，将研磨的氧化镁粉末53提供到压缩模具61中。可以将氧化镁粉末53主要涂敷到模具61的壁上。如图5的步骤(A)中的向下箭头所示，将基本热电偶1的第二部分22插入到模具61中，使得基本热电偶1的第二部分22被附着到模具61的壁的粉末53均匀地围绕。如图5的步骤(A)中的一对水平箭头所示，然后闭合模具61，使得压力施加在氧化镁粉末53上。粉末53因此被压实并固化在基本热电偶1的第二部分22周围。因此在第二部分22周围形成作为第一材料41的氧化镁的第一层31。
随后，在图5中所示方法的步骤(B)中，将涂覆有第一层31的第二部分22的尖端浸入铝熔体54中，以在第一层31的至少一部分上浸涂作为第二材料42的铝的第二层32。因此，按图5的步骤(B)制造如图3中所示的热电偶10。
图6示意性地示出了使用变型的毛细工具62将根据实施例的热电偶10接合到目标表面15。在图6中所示方法的第一个步骤(A)中，通过用于引导和传输热电偶10的至少一个元件将发明的热电偶10从容纳多个热电偶10的导线接合设备(未示出)的储盒(未示出)装载到毛细工具62中。毛细工具62包括毛细管，其中热电偶被定位和对准，使得热电偶的第二部分22从毛细工具62的开口突出。毛细工具62在预定位置处被定位在目标表面(未示出)上方，用于在热电偶10与目标表面(未示出)之间建立焊接连接。
在图6中所示的方法的第二个步骤(B)中，通过向第二部分22施加电弧(未示出)来向热电偶10的第二部分22施加热。这使形成热电偶10的第二层32的第二材料42的至少部分熔化，使得在第二部分22的尖端处形成熔化的第二材料42的球。
在图6中所示方法的第三个步骤(C)中，通过使毛细工具62的至少一部分收缩，将热电偶10固定在毛细工具62中。然后如图6中的(C)中面向下的箭头所示将具有固定热电偶10的毛细工具62下降到目标表面15上。通过朝向目标表面15进一步移动毛细工具62，将向下的压力施加在第二材料42上。同时，如面向侧面的箭头所示，通过超声换能器(未示出)将超声能量施加到毛细工具62和热电偶10。通过向下压力和超声能量的组合，使至少部分熔化的第二材料42与目标表面15形成焊接连接。
如图3中所示的根据发明的实施例的热电偶10可以按如图4和图5中所示意性地示出的方法由基本热电偶1制造而成，并且可以按如图6中所示的使用导线接合设备的接合方法将热电偶10接合到目标表面。因此，第二材料42与目标表面15之间的焊接机械连接是良好限定的并且是高度可重复的。因此，通过热电偶10的温度测量可以以高度可再现且可靠的方式获得第二材料42与目标表面15之间的焊接区域的热界面处的温度。
参照图7，根据发明的实施例的电池模块70的实施例包括在一个方向上对齐的多个电池单体71。每个电池单体71是棱柱形(或矩形)单体，电池单体71的宽平坦表面堆叠在一起以形成电池模块70。每个电池单体71包括构造成用于容纳电极组件和电解质的电池壳体。电池单体71设置有具有不同极性的正极端子和负极端子。相邻的电池单体71的正极端子和负极端子通过汇流条74电连接，使得引起电池单体71在负极模块端子72与正极模块端子73之间的串联连接。因此，通过将多个电池单体71连接为一束，电池模块70可以被用作电源。
在图7中，在俯视图中示出了布置在电池单体71的顶部上的电池模块70和单体监测电路(CSC)载体75。CSC载体75被布置成与电池单体71和汇流条74相距一定距离，并且被定位成通过间隔件(未示出)与电池单体71分开。CSC载体75包括作为被构造为接收和处理与一个或更多个电池单体71的温度和电压相关的信号的微处理器或ASIC的三个单体监测电路78。CSC载体75还包括三对接触垫(pad，或者被称为“焊盘”)，每对接触垫包括由化学镀镍浸金(ENIG)制成的第一接触垫76和第二接触垫77。接触垫76和77连接到CSC 78中的相应一个。此外，汇流条74经由相应的电压感测元件79连接到CSC 78，以便向CSC 78提供与电池单体71的电压相关的信号。
图7的电池模块70还包括根据发明的实施例的三个热电偶10。其中，如以上更详细地描述的，每个热电偶10的第二部分(未示出)经由第二材料42焊接到电池单体71的顶表面。在本实施例中，热电偶10的第一导线(未示出)和第二导线(未示出)的第一端连接在埋置在第二材料42中的测量接头(未示出)中。第一导线和第二导线的自由第二端分别连接到第一接触垫76和第二接触垫77。在此，通过上述导线接合设备形成导线的相应第二端与接触垫76和77之间的接合。相应的第二端与接触垫76和77之间的接合是球形接合和楔形接合中的一种。
在制造如图6中所示的焊接之后，为了在热电偶10的导线的每个第二端与接触垫76和77之间形成接合，导线接合设备使毛细工具62的收缩反向，使得热电偶10在毛细管中被释放。然后，在引导热电偶10穿过毛细管的同时，毛细工具62朝向第一接触垫76移动。在第一接触垫76的位置处，第一导线的自由第二端定位在毛细工具62的开口中，然后，在第一导线通过压缩被固定在毛细工具62中的状态下，通过收缩并通过向固定的第一导线施加向下的压力和超声能量，在第一导线的第二端与第一接触垫76之间制造球形接合或楔形接合。在制造第一接合之后，在引导热电偶10的第二导线穿过毛细管的同时，导线接合设备使毛细工具62的收缩反向，然后毛细工具62移动到第二接触垫77。在第二接触垫77的位置处，第二导线的自由端定位在毛细工具62的开口中，然后，在第二导线通过压缩被固定在毛细工具62中的状态下，通过收缩并通过向第二导线施加向下的压力和超声能量，在第二导线的第二端与第二接触垫77之间制造球形接合或楔形接合。在此，热电偶10的第二导线可以形成为具有比第一导线的长度长的长度。
热电偶10分别向第一接触垫76和第二接触垫77提供依赖于温度的电压信号。从那里，这些信号被传输到相应的CSC 78，CSC 78根据与热电偶10的第一导线的第二端和第二导线的第二端之间的电压差相关的电流来确定相应的热电偶10的第二材料42与相应的电池单体71之间的接触区域处的温度。
本发明的附图和示例性实施例仅是本发明的示例，并且被用于描述本发明，但是不限制由权利要求所限定的本发明的范围。本领域普通技术人员将理解的是，可以做出各种变型和等同实施例。因此，本发明的技术范围可以由权利要求的技术构思来限定。
<符号的说明>
1：基本热电偶 10：热电偶
11：第一导线 12：第二导线
13：测量结点 14：塑料电缆绝缘材料
15：目标表面 21：热电偶的第一部分
22：热电偶的第二部分 23：热电偶的尖端
31：第一层 32：第二层
41：第一材料 42：第二材料
51：第一材料的熔体或溶液 52：薄箔
53：氧化镁粉末 54：第二材料的熔体
61：模具 62：毛细工具
70：电池模块 71：电池单体
72：负极模块端子 73：正极模块端子
74：汇流条 75：单元监测电路载体
76：第一接触垫 77：第二接触垫
78：单体监测电路 79：电压感测元件

Claims (15)

1.一种用于温度测量的热电偶，所述热电偶包括：
由第一金属材料制成的第一导线和由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线；
第一部分，在第一部分中第一导线和第二导线彼此电绝缘；
第二部分，在第二部分中第一导线和第二导线彼此连接以形成测量结点；
第一层，由导热的且电绝缘的第一材料制成并且沿着第二部分的轮廓包围第二部分；以及
第二层，由可超声焊接的第二材料制成并且沿着第一层的轮廓包围第一层的至少部分。
2.根据权利要求1所述的热电偶，其中，
第一层和第二层被涂敷为围绕第二部分，并且
在第一部分中，第一导线和第二导线中的至少一者被塑料电缆绝缘材料包围。
3.根据权利要求1所述的热电偶，其中，
第一层的层厚度为500μm至5mm，并且
第二层的层厚度为50μm至1mm。
4.根据权利要求1所述的热电偶，其中，
第一材料是聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺和氧化镁中的至少一种，并且
第一材料包括导热填料。
5.根据权利要求1所述的热电偶，其中，
第二材料包括金、铜和铝中的至少一种的合金。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的热电偶，其中，
第一导线和第二导线具有不同的长度。
7.一种制造用于温度测量的热电偶的方法，所述方法包括下述步骤：
提供基本热电偶，基本热电偶包括由第一金属材料制成的第一导线、由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线、第一导线和第二导线在其中彼此电绝缘的第一部分以及第一导线和第二导线在其中彼此连接以形成测量结点的第二部分；
将第二部分埋置在由导热的且电绝缘的第一材料制成的第一层中，使得第一层沿着第二部分的轮廓形成；以及
将第一层的至少部分埋置在由可超声焊接的第二材料制成的第二层中，使得第二层沿着第一层的轮廓形成。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
第一材料和第二材料涂敷为围绕第二部分，并且
在第一部分中，第一导线和第二导线中的至少一者被塑料电缆绝缘材料包围。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，
第一材料是聚乙烯、聚酰亚胺和聚酰胺中的至少一种，
将第二部分埋置在第一层中的步骤包括通过将第二部分浸入第一材料的熔体或溶液中来将第二部分埋置在由第一材料制成的第一层中，并且
将第一层的至少部分埋置在第二层中的步骤包括通过将第二材料的薄箔缠绕在第二部分的尖端周围来将第一层的至少部分埋置在第二材料中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
提供的第二材料的薄箔具有50μm至1mm的厚度并且具有与第二部分的表面积对应的表面积。
11.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，
第一材料是氧化镁，
将第二部分埋置在第一层中的步骤包括将氧化镁粉末和第二部分插入到模具中，并且将氧化镁粉末压缩并模制在第二部分周围，
将第一层的至少部分埋置在第二层中的步骤包括通过将第二部分的埋置在第一层中的至少部分浸入作为第二材料的金、铜和铝中的至少一种的合金的熔体中来将第一层的至少部分埋置在第二材料中。
12.一种用于将热电偶接合到目标表面的方法，所述方法包括：
将至少一个根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的热电偶插入到导线接合设备的储盒中；
将一个热电偶从储盒装载到导线接合设备的毛细工具中；
经由毛细工具向热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能量；以及
将埋置的第二部分的第二材料焊接到目标表面。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：
在向埋置的第二部分的第二材料施加向下的压力和超声能量之前，通过向埋置的第二部分的第二材料施加热或电弧来使埋置的第二部分的第二材料至少部分地熔合。
14.一种用于将根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的热电偶接合到目标表面的导线接合设备，所述导线接合设备包括：
储盒，被构造成用于容纳至少一个热电偶；以及
毛细工具，构造成用于装载热电偶并且用于将向所装载的热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能量，
其中，毛细工具的内径适于热电偶的外径。
15.一种电池模块，所述电池模块包括：
多个堆叠的电池单体，经由多个汇流条在负极模块端子与正极模块端子之间串联和/或并联地电互连；
单体监测电路载体，布置在所述多个堆叠的电池单体的顶部上并且包括至少一个第一接触垫和至少一个第二接触垫；以及
至少一个根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的热电偶，
其中，至少一个所述热电偶中的一个的埋置的第二部分的第二材料焊接到所述多个堆叠的电池单体中的一个电池单体的顶表面，并且
第一导线的自由端焊接到所述至少一个第一接触垫，第二导线的自由端焊接到所述至少一个第二接触垫。
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