CN112821002B - 电池模块及具有其的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池领域，公开了一种电池模块及具有其的车辆，所述电池模块包括多个电池单元(1)、第一柔性印刷电路组件(2)和热敏柔性印刷电路组件(4)，所述第一柔性印刷电路组件(2)包括柔性基板以及形成在该柔性基板上的连接有测压引脚(21)的电压检测线和连接有测温引脚(22)的温度检测线，所述测压引脚(21)电连接至电池单元(1)的正极端子(11)或负极端子(12)以测量该电池单元(1)的电压，所述热敏柔性印刷电路组件(4)包括温度传感器(41)和连接引脚(42)，所述温度传感器(41)贴合电池单元(1)布置，所述连接引脚(42)连接至测温引脚(22)以能够将温度传感器(41)检测的温度信号传递至所述温度检测线。

Description

电池模块及具有其的车辆
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月18日提交的申请号为62/937,151、题名为“具有集成设置的柔性电路板检测线的电池模块”(Battery Module with Integrated Flexible CircuitBoard Sense Lines)的美国临时申请的权益，该申请的内容通过引用合并于本文。
技术领域
本发明涉及电池领域，具体地涉及一种电池模块。在此基础上，本发明还涉及一种具有该电池模块的车辆。
背景技术
随着环保理念的提升，世界各国出台了各种减少碳排放的政策，其中以车载电源为动力的电动汽车越来越受到人们的认可和重视。为了满足出行需求，高输出、大容量电池技术在纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)的发展中具有重要地位。为此，通常需要利用由多个电池单元串联或并联而成的电池模块组成电池系统，作为电动汽车行驶及执行其他操作的动力源。
电池单元的异常状态如过充电、过放电等可能导致严重的安全事故，针对电池单元的极限温度和操作条件，需要利用电池管理系统对其电压、电流、温度等参数进行实时监测，以确保电池系统被安全有效地使用。典型地，电动汽车使用的电池模块集成设置有检测线，以允许将监测的电压、温度等参数传递至电池管理系统。此类检测线可以设置为不同形式，如导线、印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板(FPCB)等。如美国专利US9024572B2公开了一种具有电压检测电路的电池模块，其将电压检测线一体形成在柔性印刷电路基板上，用于监测电池单元的电压，并由此减轻电压检测线的布线复杂性。
然而，上述电池模块需要根据电池单元的端子排列位置布置设有电压检测线和温度检测线的柔性印刷电路板，从温度检测元件延伸的布线与温度检测线连接，并使得温度检测元件与电池块的侧面热接合。在此情形下，在设计和生产中需要将多条从温度检测元件延伸的布线适当连接至柔性印刷电路板上的温度检测线，组装工艺复杂、生产效率低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有电池模块存在的组装工艺复杂、生产效率低的问题，提供一种电池模块，该电池模块能够允许各部分容易地组装，具有设计灵活性好、生产效率高等优点。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电池模块，包括：多个电池单元，该多个电池单元彼此串联和/或并联；第一柔性印刷电路组件，该第一柔性印刷电路组件包括柔性基板以及形成在该柔性基板上的连接有测压引脚的电压检测线和连接有测温引脚的温度检测线，所述测压引脚电连接至所述电池单元的正极端子或负极端子以测量该电池单元的电压；热敏柔性印刷电路组件，该热敏柔性印刷电路组件包括柔性基板以及间隔设置在该柔性基板上并通过导电线路彼此电连接的温度传感器和连接引脚，所述温度传感器贴合所述电池单元布置，所述连接引脚连接至所述测温引脚以能够将所述温度传感器检测的温度信号传递至所述温度检测线。
通过上述技术方案，本发明的电池模块具有相对独立的第一柔性印刷电路组件和热敏柔性印刷电路组件，可以根据需要设计各个柔性印刷电路板的几何形状和尺寸，并通过如激光焊等方式使得相应的引脚彼此连接。该电池模块将其中的FPC系统分解设计为多个较小的部分，便于适应电池单元的不同布置结构而被可靠地定位和连接，设计灵活性好，且生产效率不会明显受到电池模块较大或复杂外形的影响。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施方式的电池模块的立体图，其中侧板被移除；
图2是图1中电池模块的立体图，其中盖板被移除；
图3是图1中电池模块的第一柔性印刷电路组件的立体图；
图4是图3中第一柔性印刷电路组件在展开状态下的示意图，其中连接器被移除；
图5是图1中电池模块的第二柔性印刷电路组件的立体图；
图6a和图6b分别是图1中电池模块的热敏柔性印刷电路组件的立体图；
图7是显示第一柔性印刷电路组件与汇电板和热敏柔性印刷电路组件的连接关系的示意图。
附图标记说明
1-电池单元；11-正极端子；12-负极端子；2-第一柔性印刷电路组件；21-测压引脚；22-测温引脚；23-连接器；24-槽孔；25-热熔柱；26-激光焊点；2a-主体部；2b-分支部；2c-折痕；2d-隆起；3-第二柔性印刷电路组件；4-热敏柔性印刷电路组件；41-温度传感器；42-连接引脚；5-端板；6-侧板；61-排放孔；62-安装座；7-盖板；8-汇电板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
参照图1和图2所示，根据本发明一种优选实施方式的电池模块，包括多个电池单元1和集成设置的多个柔性印刷电路。多个电池单元1彼此串联或并联，以能够提供高电压或大容量电力。多个柔性印刷电路(FPC)分别具有柔性基板、形成在该柔性基板上的导电线路以及用于彼此连接或与其他部分(如电池单元)连接的引脚，由此可以传递监测的电池单元1的电压、温度等参数。
在本发明的电池模块中，设有第一柔性印刷电路组件2、第二柔性印刷电路组件3和多个热敏柔性印刷电路组件4。其中，第一柔性印刷电路组件2的柔性基板上形成的导电线路包括电压检测线和温度检测线，并引出有电连接至该电压检测线的测压引脚21和电连接至该温度检测线的测温引脚22，测压引脚21电连接电池单元1的正极端子11或负极端子12，以能够测量相应电池单元1的电压；结合图6a和图6b所示，热敏柔性印刷电路组件4包括间隔设置在柔性基板上并通过导电线路彼此电连接的温度传感器41和连接引脚42，并设置为使得温度传感器41贴合电池单元1以能够检测该电池单元1的温度。该热敏柔性印刷电路组件4的连接引脚42连接至第一柔性印刷电路组件2的测温引脚22，以能够将温度传感器41检测的温度信号传递至温度检测线。
由此，本发明使用FPC对电池单元1的电压和温度参数进行监测，能够以较少的部件实现多种集成设计，相比PCB检测部件具有更好的形状灵活性，能够进行大批量自动化组装。特别是，通过将热敏柔性印刷电路组件4与作为主检测线路的第一柔性印刷电路组件2相对独立地形成，可以在组装工艺中方便地实现各自的定位安装，以免后续组装步骤中难以接近该安装位置的问题。同时，由于FPC系统被分解设计为多个较小的部分，便于设置为适应于电池模块复杂外形的易于制造几何形状和尺寸，从而具有较好的设计灵活性和较高的生产效率。形成为柔性印刷电路的温度检测元件(热敏柔性印刷电路组件4)能够容易地与第一柔性印刷电路组件2电连接，便于实现自动化生产。
继续参照图1和图2所示，为了防止电池单元1在制造或使用过程中因遭受机械冲击或水分腐蚀导致电池模块损毁或爆炸等安全事故，多个电池单元1通常以层叠方式布置，如沿水平方向彼此相邻地排成一列，以便通过外壳体将这些电池单元1包覆其中起到防护作用。在此情形下，正极端子11和负极端子12可以设置于各个电池单元1的端部。
外壳体可以包括相对布置的一对端板5、一对侧板6以及盖板7和底板。图1所示的电池模块中侧板6被移除，以显示第一柔性印刷电路组件2等在其中的布置形式；图2所示的电池模块中盖板7被移除，以显示多个电池单元1的层叠状态。端板5设置于电池单元1的层叠方向的两端，侧板6沿层叠方向布置并与电池单元1的正极端子11和负极端子12相对，盖板7和底板沿层叠方向覆盖于电池单元1的上下两侧。由此，电池模块整体呈长方体结构，便于通过堆叠多个这种电池模块组成为用于电动汽车的电源系统。
在图示实施方式中，侧板6形成有多个排放孔61和安装座62，前者用于在热失控时允许气体向外排放，以减少由故障电池单元产生的能量向相邻电池单元的传播；后者可以用于电池模块的固定安装。
本发明优选实施方式的电池模块中的电池单元呈扁平的长条状，多个电池单元沿厚度方向彼此层叠，其长度方向的两端具有正极端子11和负极端子12。为此，在与第一柔性印刷电路组件2相对的另一端，还设有第二柔性印刷电路组件3，该第二柔性印刷电路组件3和第一柔性印刷电路组件2分别在侧板6内侧延伸并在该侧板6与端板5的相接位置彼此相向地折弯，以便在端板5外侧通过如连接器23连接外部监控系统。为此，可以在侧板6或端板5的边缘形成允许FPC穿出的狭槽，以防止操作过程中发生磨损。
为了便于实施组装工艺，可以先利用双面胶带将第一柔性印刷电路组件2和第二柔性印刷电路组件3贴合连接在电池单元1的端部，以便初步定位其安装位置并实施后续与电池单元1或热敏柔性印刷电路组件4的电连接步骤。
多个电池单元1可以通过汇电板8或以端对端方式彼此串联或并联。在图示优选实施方式中，第一柔性印刷电路组件2和第二柔性印刷电路组件3的测压引脚21连接至汇电板8，并通过该汇电板8与电池单元1的正极端子11或负极端子12电连接。在此情形下，仅可测量彼此并联的电池组的电压。
参照图3和图4所示，应用于前述电池模块中的第一柔性印刷电路组件2，包括主体部2a和从该主体部2a的侧边延伸的分支部2b。主体部2a的侧边设置有多个(9个)测压引脚21和多个(4个)测温引脚22，其中，测压引脚21可以通过汇电板8电连接至电池单元1的正极端子11和负极端子12；测温引脚22连接至热敏柔性印刷电路组件4的连接引脚42。此处，各个金属引脚可以通过各种适当的方式集成在柔性基板上并与导电线路连接，如焊接、压接、沿导电线路蚀刻等。
分支部2b可以沿折痕2c折叠，以远离主体部2a延伸，其中部分测温引脚22设置于分支部2b上，以便在较远的位置连接热敏柔性印刷电路组件4。在靠近连接器23的位置，柔性基板也可以沿折痕2c折叠，以能够使得该柔性基板可以由长条状原材料切割而来，从而减少废料的产生。
在本发明优选实施方式的电池模块中，主体部2a上可以形成有多个隆起2d，预留伸展长度。由此，该多个隆起2d作为张力释放弯曲结构，能够适应于电池模块的热胀冷缩变形，并便于在FPC组装后因工艺参数而改变模块长度。
第一柔性印刷电路组件2的靠近测压引脚21和测温引脚22的位置可以形成有槽孔24，并能够通过设于该槽孔24内的热熔柱25(请见图7)连接至汇电板8或热敏柔性印刷电路组件4。进而，测压引脚21可以通过激光焊连接至汇电板8，测温引脚22通过激光焊连接至热敏柔性印刷电路组件4的连接引脚42，形成激光焊点26。由此，电压参数和由热敏柔性印刷电路组件4上的例如为热敏电阻的温度传感器41检测的温度参数能够通过该激光焊点26和连接器23传递至外部监控系统。通过热熔柱25将FPC预先固定于汇电板8，能够为后续激光焊接的对齐提供固定并形成额外的机械固定。
图5所示为应用于前述电池模块中的第二柔性印刷电路组件3。该第二柔性印刷电路组件3的结构与前述第一柔性印刷电路组件2基本相同，均具有测压引脚、连接器等，不同之处在于其未设有连接热敏柔性印刷电路组件4的测温引脚。可以理解的是，由于FPC上的导电线路是相互独立的，在其他实施方式中，该第二柔性印刷电路组件3对于检测电池单元的电压并非是必需的。例如，当前述汇电板8/电池端子仅设置于电池模块的一侧时，可以在电池模块上仅集成设有第一柔性印刷电路组件2并引出连接不同电池端子的测压引脚21，同样能够实现该电池单元的电压测量。
图6a和图6b分别是应用于前述电池模块中不同位置处的热敏柔性印刷电路组件4。其中，温度传感器41和连接引脚42之间延伸的部分具有不同的形状和尺寸，由此能够在不同位置处适应于电池单元1的表面，能够根据测温需要灵活布置。例如，图6a所示的热敏柔性印刷电路组件4能够沿层叠方向延伸，并在电池单元1的侧面测量温度；图6b所示的热敏柔性印刷电路组件4能够沿电池单元1的长度方向延伸，并在电池单元1的朝向盖板7的一侧测量温度。
图7具体显示了电池单元1、汇电板8、第一柔性印刷电路组件2和热敏柔性印刷电路组件4的连接关系。其中，汇电板8连接多个电池单元1的正极端子和负极端子，以使得该多个电池单元1彼此并联。第一柔性印刷电路组件2通过热熔柱25固定于汇电板8，并使得测压引脚21通过激光焊点26电连接于该汇电板8，以能够测量该组电池单元1的电压；第一柔性印刷电路组件2通过热熔柱25与热敏柔性印刷电路组件4固定连接，并使得测温引脚22通过激光焊点26电连接于该热敏柔性印刷电路组件4的连接引脚42，以能够通过该该热敏柔性印刷电路组件4上的温度传感器41测量电池单元1的温度。
根据上述，本发明的电池模块可以在作为主检测线路的第一柔性印刷电路组件2上连接多个热敏柔性印刷电路组件4，以方便地在不同位置处测量电池温度。在大型或复杂电池模块制造中，可以有效改善检测线路的设计灵活性，而不会对生产效率产生明显不良影响。
在此基础上，本发明还提供包括一种包括上述电池模块的车辆。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单元(1)，该多个电池单元(1)彼此串联和/或并联；
第一柔性印刷电路组件(2)，该第一柔性印刷电路组件(2)包括柔性基板以及形成在该柔性基板上的连接有测压引脚(21)的电压检测线和连接有测温引脚(22)的温度检测线，所述测压引脚(21)电连接至所述电池单元(1)的正极端子(11)或负极端子(12)以测量该电池单元(1)的电压，所述第一柔性印刷电路组件(2)包括主体部(2a)和从该主体部(2a)的侧边延伸的分支部(2b)，该主体部(2a)上形成有多个隆起(2d)，所述分支部(2b)折叠为向远离所述主体部(2a)的方向延伸，至少部分所述测温引脚(22)设置于该分支部(2b)；
热敏柔性印刷电路组件(4)，该热敏柔性印刷电路组件(4)包括柔性基板以及间隔设置在该柔性基板的两端并通过导电线路彼此电连接的温度传感器(41)和连接引脚(42)，所述温度传感器(41)贴合所述电池单元(1)布置，所述连接引脚(42)连接至所述测温引脚(22)以能够将所述温度传感器(41)检测的温度信号传递至所述温度检测线。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，多个所述电池单元(1)层叠布置，所述正极端子(11)和负极端子(12)设置于各个所述电池单元(1)的端部。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括设置于所述电池单元(1)的层叠方向的两端的端板(5)、沿所述层叠方向布置并与所述正极端子(11)和负极端子(12)相对设置的侧板(6)以及分别沿所述层叠方向覆盖于所述电池单元(1)上下两侧的盖板(7)和底板。
4.根据权利要求3所述的电池模块，其特征在于，所述侧板(6)上形成有排放孔(61)和/或安装座(62)。
5.根据权利要求3所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块包括第二柔性印刷电路组件(3)，该第二柔性印刷电路组件(3)和所述第一柔性印刷电路组件(2)彼此相对地布置于所述电池单元(1)的朝向所述侧板(6)的两端并在该侧板(6)与所述端板(5)的相接位置彼此相向地折弯。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于，所述第一柔性印刷电路组件(2)和所述第二柔性印刷电路组件(3)分别通过双面胶带贴合连接于所述电池单元(1)的端部，并且/或者，所述第一柔性印刷电路组件(2)和所述第二柔性印刷电路组件(3)彼此相向折弯的端部分别设置有用于连接外部监控系统的连接器(23)。
7.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元(1)成组设置并在各组所述电池单元(1)的端部设有连接所述正极端子(11)和/或负极端子(12)的汇电板(8)，所述测压引脚(21)连接至该汇电板(8)。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，所述第一柔性印刷电路组件(2)形成有槽孔(24)，并通过设于该槽孔(24)内的热熔柱(25)连接至所述汇电板(8)或所述热敏柔性印刷电路组件(4)，并且/或者，所述测压引脚(21)通过激光焊连接至所述汇电板(8)，所述测温引脚(22)通过激光焊连接至所述连接引脚(42)。
9.一种车辆，其特征在于，该车辆包括根据权利要求1至8中任意一项所述的电池模块。
CN202011290393.6A 2019-11-18 2020-11-18 电池模块及具有其的车辆 Active CN112821002B (zh)

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