CN113113734A - 电池系统及将柔性印刷电路连接到电池系统的方法及工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统及将柔性印刷电路连接到电池系统的方法及工具。在该方法中，提供连续且带形的FPC的卷材，FPC的第一部分从卷材展开并定位在电池模块的第一接触部分之上。然后在第一部分中的FPC的导电结构和第一接触部分之间形成焊接连接。此外，FPC的第二部分从卷材展开并定位在单元监控电路板CSCB的至少一个接触垫之上。然后，在第二部分中的FPC的导电结构与CSCB的至少一个接触垫之间形成焊接连接。最后，从卷材切断FPC的第一部分和第二部分。

Description

电池系统及将柔性印刷电路连接到电池系统的方法及工具
技术领域
本发明总地涉及具有柔性印刷电路的电池系统的各个方面。具体地，本发明涉及用于将柔性印刷电路FPC连接到电池系统的方法、用于将柔性印刷电路FPC连接到电池系统的工具以及包括多个电池模块的电池系统，该多个电池模块在根据本发明的方法中经由柔性印刷电路互连。
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，它能够被重复地充电和放电，而一次电池只提供化学能到电能的不可逆转变。低容量可再充电电池用作诸如蜂窝电话、笔记本和便携式摄像机的电子设备的电源，而高容量可再充电电池用作混合动力车辆等的电源。
通常，可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极以及插设在正电极和负电极之间的隔板；接收电极组件的壳体；以及电连接到该电极组件的电极端子。电解质溶液被注入到壳体中以使得能够经由正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应对电池进行充电和放电。壳体的形状，例如圆柱形或矩形，取决于电池的预期用途。
可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模块，从而提供高能量密度，例如用于混合动力车辆的电机驱动。也就是，电池模块通过根据所需的电量互连多个单位电池单元的电极端子而形成，以实现高功率的可再充电电池，例如用于电动车辆。
电池模块可以以块设计或以模块化设计来构造。在块设计中，每个电池单元联接到公共集电器结构和公共电池管理系统。在模块化设计中，多个电池单元被连接以形成子模块，并且数个子模块被连接以形成电池模块。电池管理功能可以在模块或子模块级别上实现，因此提高部件的可互换性。一个或更多个电池模块被机械地和电地集成，配备有热管理系统，并设置为与用电装置通信以形成电池系统。
为了提供电池系统的热控制，需要热管理系统以通过有效地发射、释放和/或散发从其可充电电池产生的热量而安全地使用至少一个电池模块。如果热量发射/释放/散发没有被充分地进行，则在各电池单元之间发生温度偏差，使得至少一个电池模块不能产生期望的电量。此外，内部温度的升高可能导致在其中发生异常反应，因此可再充电电池的充电和放电性能变差并且可再充电电池的寿命缩短。因此，需要用于从所述单元有效地发射/释放/散发热量的冷却装置。
为了满足连接到电池系统的各种耗电装置的动态功率需求，对电池功率输出和充电的静态控制是不够的。因此，需要在电池系统与耗电装置的控制器之间稳定地交换信息。此信息包括电池系统的实际充电状态(SoC)、潜在的电气性能、充电能力和内部电阻以及实际或预测的功率需求或耗电装置的剩余电量。电池系统通常包括用于处理此信息的电池管理系统(BMS)。
BMS通常联接到一个或更多个耗电装置的控制器以及电池系统的每个电池模块。为了通过单个BMS控制多个电池模块，可以使用菊花链设置。在这样的设置中，作为主设备的BMS被连接用于与多个电池模块(具体地，各电池模块的多个单元监控电路CSC)串联地通信。其中，BMS配置为接收和处理每个CSC的信息以及与其连接的外部耗电装置或控制单元(例如车载网络)的信息。此外，每个CSC配置为检测单个电池模块的电压和/或温度，并将检测到的电压和/或温度传送到BMS。CSC还可以配置用于电池模块内的单元均衡。
为了检测单元电压和/或单元温度，CSC被连接到各电池模块的电池单元或汇流条。CSC和电池模块之间的这些连接可以使用引线键合进行。然而，引线键合的施加是相当缓慢且成本密集的工艺。具体地，柔性印刷电路可以用于在CSC的电路载体和电池模块之间建立连接。然而，柔性印刷电路与电池模块的连接通常通过附加的固定结构手动或半自动地进行。因此，使用柔性印刷电路连接通常是麻烦的并且成本密集的。
因此，本发明的一目的是克服或减少现有技术的缺点中的至少一些，并提供用于将柔性印刷电路连接到电池系统(具体地，用于连接电池模块和单元监控电路)的方案。
发明内容
现有技术的缺点中的一个或更多个可以通过本发明来避免或至少减少。根据本发明的一方面，提供一种用于将柔性印刷电路FPC连接到电池系统的方法。其中，电池系统包括至少一个(优选地，多个)电池模块，并且还包括安装到至少一个单元监控电路板CSCB的至少一个(优选地，多个)单元监控电路(CSC)(通常其是每个CSC有一个CSCB)。
电池模块优选地包括多个被对准的电池单元，即在电池模块的长度方向上堆叠的多个电池单元。进一步优选地，电池模块包括多个堆叠的棱柱形电池单元。每个电池单元优选地包括单元壳体和设置在单元壳体上以封闭单元壳体的盖组件。根据一实施方式，电池单元包括电极组件、负单元端子和正单元端子，其中单元端子中的一个可以由电池单元的单元壳体构成或至少连接到电池单元的单元壳体。
单元监控电路被安装到单元监控电路板CSCB。换句话说，CSCB配置为承载单元监控电路CSC，或者承载CSC。其中，CSC是指微处理器、ASIC或配置为接收与模块的至少一个电池单元的电压和/或温度相对应的信号的任何(集成)电路。优选地，CSC还配置为处理、分析和/或存储接收到的信号，并且CSC可以被进一步配置为将与接收到的信号有关的信号发送到另一CSC和/或BMS。进一步优选地，CSC可以配置为相对于电池模块或者相对于其至少一个电池单元执行至少一种控制功能。其中，控制功能可以包括对单元电压、电流、电阻或电容的测量或确定，并且还可以包括对单元的单元电压或单元电流的主动或被动均衡。
本发明的方法至少包括以下步骤。在本发明的第一步骤中，提供连续且带形的柔性印刷电路FPC的卷材。其中，FPC优选地包括通常用于柔性印刷电路的柔性基板，诸如例如聚酰亚胺、PEEK或透明导电聚酯膜。在柔性基板上或在柔性基板中，可以提供导电结构，该导电结构能够用于使用FPC电连接节点。导电结构可以是形成在FPC的外表面或内表面上的平面导电结构。此外，导电结构可以通过表面金属化、导电油墨等形成。此外优选地，导电结构设置在基板内，例如在导电结构的两侧被绝缘基板层覆盖。在这种情况下，导电结构通过至少一个绝缘层被局部地暴露。
根据本发明的方法，如下所述，连续且带形的FPC的卷材通过根据本发明的工具的卷材支架来提供。其中，卷材支架上的卷材储存FPC的贮存部，并且FPC可以是例如通过旋转卷材支架使得FPC的一部分线性延伸的展开的FPC。卷材支架优选地安装到本公开的工具的工具头部，其中工具头部配置为在三个维度上执行平移运动。
在该方法的下一步骤中，优选地通过旋转卷材支架，从FPC卷材支架展开(解开)FPC的第一部分。工具头部优选地还包括用于引导FPC的展开部分的引导机构。具体地，在本发明的方法中，FPC的展开的第一部分定位于电池系统的电池模块的第一接触部分之上。其中，该定位优选地使用工具头部和/或引导机构来执行。在本发明的方法的下一步骤中，在FPC的导电结构和电池模块的第一接触部分之间形成焊接连接，其中该导电结构位于第一部分中。焊接连接优选地由本发明的工具的工具头部执行。换句话说，在本发明的方法中，FPC的第一部分从卷材自动地展开、自动地定位在电池模块的第一接触部分之上并自动地焊接到第一接触部分(具体地，其导电结构)。
在本发明的方法的下一步骤中，再次优选地通过旋转卷材支架并且进一步优选地通过以平移方式同时移动工具头部，FPC的第二部分从该卷材展开并定位。然后，FPC的第二部分被定位在单元监控电路板CSCB的至少一个接触垫之上，具体地优选地通过工具头部的平移运动。然后，在FPC的第二部分中的导电结构与CSCB的接触垫之间形成另一焊接连接。同样，所要求保护的方法的所有上述步骤优选地被全自动地进行，具体地优选地通过工具头部。
在本公开的方法的最后步骤中，FPC的第一部分和FPC的第二部分从FPC的连续卷材切断。换句话说，从连续的FPC切下至少包括第一部分和第二部分的一片FPC。在从该卷材切下第一部分和第二部分之后，CSCB的接触垫和电池模块的第一接触部分经由FPC的导电结构电连接，该导电结构在第一部分中被焊接到第一接触部分并在第二部分中被焊接到接触垫。此外，在从该卷材切下第一部分和第二部分之后，可以重复本发明的方法的步骤，以再次将电池模块的接触部分与接触垫连接。
本申请的方法有利地允许在电池制造过程中的柔性印刷电路的全自动且柔性的组装过程。具体地，由于本发明的连续连接方法，不需要用于安装FPC的附加支架。更确切地，连续的FPC卷材以全自动过程被组装并焊接到单元上，其中FPC具有长的单个FPC条带的简单设计，该条带能够自动展开、焊接和切割。因此，本发明的方法允许FPC的各种连接设计。
在本发明的一优选实施方式中，电池模块的第一接触部分是电池单元端子、电池单元壳体或汇流条。通过将FPC的第一部分中的FPC连接到电池模块的这样的第一接触部分，有利地从电池模块获得电池模块的可靠电压信号。通过挑选(tap)单个电池单元的这样的第一接触部分，获得各个电压读数。
然而，在可替代的优选实施方式中，FPC连接到电池模块的第一接触部分并且还连接到电池模块的第二接触部分。换句话说，在FPC的第一部分中的导电结构与电池模块的第一接触部分之间形成焊接连接之后并且在FPC的第二部分中的导电结构与CSCB的接触垫之间形成焊接连接之前，在FPC的另一(第三)部分的导电结构与电池模块的第二接触部分之间形成另一焊接连接。此外，FPC可以经由FPC的其它部分中的焊接连接而连接到电池系统的另一或相同电池模块的多个第二接触部分。
在具体的优选的实施方式中，第一接触部分可以是电池单元的负端子，第二接触部分可以是另一电池单元的正端子。在这样的实施方式中，CSC有利地能够接收与电池模块的每个连接的电池单元的电压相对应的电压信号。因此，可以获得与整个电池模块相对应的电压信号。此外优选地，第二接触部分是与第一接触部分的电池模块不同的另一电池模块的接触部分。
在前述实施方式中，第一接触部分和第二接触部分优选地连接到FPC的导电结构。换句话说，第一接触部分和第二接触部分经由相应的焊接连接而连接到FPC的相同导电结构。因此，可以经由该导电结构获得与整个电池模块相对应的电压信号。
在可替代的优选的实施方式中，FPC包括第一导电结构和不同于第一导电结构的第二导电结构。根据这样的实施方式，第一接触部分连接到第一导电结构，第二接触部分连接到第二导电结构。因此，可以分别经由第一导电结构和第二导电结构有利地获得对应于各电池单元的电压信号。FPC可以包括多个导电结构，即另外的(第三)导电结构，其可以沿着FPC的长度延伸在相应的(第三)部分中连接到电池模块的另外的接触部分。优选地，单个FPC可以用于以单个的方式(即经由单个导电结构)电接触电池模块的每个电池单元。因此，FPC可以包括用于电池模块的每个电池单元的导电结构。然而，FPC还可以包括电池模块的每组单元的导电结构，即单元组被一个结构挑选。
在该方法的另一优选的实施方式中，FPC的第一导电结构连接到CSCB的第一CSCB接触垫，第二导电结构连接到同一CSCB的第二CSCB接触垫。换句话说，此实施方式的CSCB包括多个接触垫，并且在形成FPC的第二部分中的第一导电结构与CSCB的第一接触垫之间的(第一)焊接连接的步骤之后，在FPC的第二部分中的第二导电结构与CSCB的第二接触垫之间形成另一(第二)焊接连接。此外优选地，如果FPC包括至少一个另外的(第三)导电结构并且CSCB包括至少一个另外的(第三)接触垫，则可以在相应导电结构和接触垫之间形成更多的焊接连接。此外优选地，为每个导电结构提供单独的接触垫。然而，也可以为FPC的导电结构的组提供接触垫。
优选地，在本发明的方法中，单元监控电路CSC进一步设置在CSCB上并且连接到CSCB的所述至少一个接触垫。具体地，CSCB可以包括单个CSC接触垫线，用于将CSC的输入节点连接到单个接触垫或者甚至连接到多个接触垫以依次进行测量。此外优选地，CSCB可以包括多个接触垫线，用于将CSC的多个输入节点连接到相应的各接触垫以同时进行测量。CSC优选地还包括通信垫，该通信垫经由形成为CSCB上的导电结构的相应CSC通信线连接到CSC(具体地，连接到其通信节点)。优选地，CSC通信线与至少一条CSC接触垫线分隔开。经由通信垫、通信线和通信节点，CSC可以连接到在其它CSCB上的其它CSC或BMS，优选地以菊花链设置。
本发明的另一方面涉及用于在如上所述的本发明的方法中将柔性印刷电路FPC连接到电池模块的工具。因此，本发明的工具包括工具头部，该工具头部可以是多个工具头部之一。然而，该工具也可以由工具头部和用于该工具头部的底座组成。根据本发明，工具头部包括卷材支架，该卷材支架配置为接收连续且带形的FPC的卷材。卷材支架优选地是可旋转的，使得FPC的连续卷材的一部分可以通过卷材支架的旋转而从卷材展开。优选地，工具支架还包括引导机构，该引导机构配置为接收展开的FPC的一部分并用于将展开的FPC的该部分引导到与电池模块的接触部分平行的区域中。
工具头部还配置为在平行于电池模块的接触部分并且优选地也平行于CSCB的接触垫的区域中进行平移运动，例如在x方向上以及在y方向上。此外，工具头部配置为在平行于电池模块的接触部分(们)的法线向量和优选地CSCB接触垫的法线向量的方向上进行平移运动。工具头部优选地通过齿条和小齿轮驱动系统、线性电机等来移动。技术人员知道用于实现工具头部的3D运动的系统。
本发明的工具头部还包括用于检测展开的FPC的位置的光学传感器。工具头部还可以包括用于在不同的维度上检测展开的FPC的位置的多个光学传感器。示范性地，在被引导机构偏转到平行于接触部分的区域中之前，FPC的部分可以在平行于接触部分的法线向量的方向上从FPC的卷材展开。工具头部于是优选地包括光学传感器，该光学传感器用于检测展开的FPC在平行于法线向量的方向上的位置(即长度)。换句话说，第一光学传感器用于检测展开的FPC部分的长度。此外优选地，工具头部包括至少一个其它的光学传感器，其也可以是照相机，用于检测展开的FPC相对于电池模块的接触部分或相对于CSCB接触垫的位置。这样的光学传感器可以配置为检测FPC相对于对准指示器的位置。
本申请的工具头部还包括用于在FPC的导电结构与接触部分以及与CSCB接触垫之间进行焊接连接的机构。如上所述，FPC包括形成在FPC上或在FPC中的导电结构。用于进行焊接连接的机构优选地配置为局部地液化导电结构以形成与电池模块的接触部分或与CSCB的接触垫的机械稳定且导电的焊接连接。用于进行焊接连接的机构可以包括用于电弧焊、气焊或能量束焊接的机构。具体地，优选地，用于进行焊接连接的机构包括激光器，该激光器配置为在FPC与接触部分和CSCB接触垫之间进行激光焊接连接。
此外优选地，根据本发明的工具的工具头部配置为绕与电池模块的接触部分和CSCB的接触垫的法线方向平行的轴线进行旋转运动。因此，在本发明的方法中，通过使用这种工具头部，FPC也可以以弯曲的配置连接到电池模块。这有利地允许更复杂的配置，例如用于将FPC连接到几个电池模块和CSCB。由于FPC的柔性，这样的配置是有利地可能的。
此外优选地，根据本发明的工具的工具头部包括切割机构，该切割机构用于在导电结构和CSCB接触垫之间进行焊接连接之后切割FPC。如上所述，工具头部优选地包括用于将FPC的展开部分引导到电池模块的接触部分或CSCB的接触垫上的引导机构。切割机构优选地在FPC被引导机构引导时与FPC相互作用，并使FPC的展开部分与卷材处的FPC的连续部分分离。切割机构优选地包括安装到工具头部并在z方向上可移动的切割刀刃。然而，切割机构也可以是激光切割机构或用于分离的切割锯。
本发明的另一方面涉及一种包括多个电池模块的电池系统，其中每个电池模块的接触部分在如上所述的根据本发明的方法中经由相应柔性印刷电路连接到单元监控电路板CSCB的接触垫。换句话说，通过执行如上所述的本发明的方法的步骤，FPC被连接到电池模块和接触垫。此外，FPC优选地经由如上所述的根据本发明的工具的工具头部连接到电池模块的接触部分和CSCB的接触垫。因此，FPC经由焊接连接而连接到电池模块的接触部分和CSCB接触垫。
优选地，FCB(CSCC)包括在相邻的焊接连接之间的至少一个弯曲部分。因此，FCB不沿着它们之间的最短距离连接焊接连接，例如在x方向和y方向跨越的平面内，而是在它们之间延伸到垂直于接触部分和接触垫的方向上。优选地，在两个焊接垫之间的FCB的弯曲部分在电池模块的高度方向上弯曲。因此，在焊接连接之间形成FCB的材料贮存部，并且这样的材料贮存部允许FCB补偿单元膨胀或以其它方式引起的形成电池模块的电池单元的空间位移。因此，即使在单元膨胀或电池单元的空间位移的情况下，FPC也允许在CSC和电池单元之间提供足够的电接触。
优选地，在本发明的电池系统中，电池模块被设置成与BMS通信和/或彼此通信。此外优选地，电池系统包括多个相同的电池模块，每个电池模块包括以相同方式堆叠的相同数量的电池单元。此外优选地，电池系统包括多个相同的单元监控电路载体，每个经由至少一个FPC连接到电池模块中的至少一个。其中，每个CSC是指微处理器、ASIC或配置为接收与相应电池模块的电压和/或温度相对应的信号的任何(集成)电路。
优选地，CSC还配置为处理、分析和/或存储接收到的信号，并且CSC还可以配置为将与接收到的信号有关的信号发送到另一CSC和/或BMS。此外优选地，CSC可以配置为相对于电池模块或者相对于其至少一个电池单元执行至少一种控制功能。其中，控制功能可以包括单元电压、单元电流、单元电阻或单元电容的测量或确定，并且还可以包括对电池模块的电池单元的单元电压或单元电流的主动或被动均衡。具体地，优选地，CSCC由柔性电路板FCB形成，即通常用于柔性印刷电路的柔性基板，诸如例如聚酰亚胺、PEEK或透明导电聚酯膜。如上所述的任何导电表面结构(例如导电线)可以被印刷到基板。
在本发明的电池系统的具体的优选的实施方式中，第一FPC连接到第一电池模块和第一CSCB的接触垫，第二FPC连接到第二电池模块和第二CSCB的接触垫。换句话说，在此实施方式中，提供单独的FPC用于连接电池模块和相应的CSCB。优选地，FPC在电池模块和CSCB之间线性地延伸。此实施方式有利地允许使用FPC和工具头部的简单设计。
根据电池系统的另一优选的实施方式，FPC连接到至少两个电池模块和CSCB的至少一个接触垫。换句话说，根据此实施方式，一个CSC连接到至少两个电池模块。在此实施方式中，FPC包括至少一个弯曲部分。具体地优选地，FPC形成U形、S形或包括至少一个弯曲部分的另外的形状。因此，在此实施方式中，FPC通过工具头部连接到电池模块，该工具头部配置为绕平行于接触部分的法线向量的轴线旋转。
在本发明的电池系统的另一优选的实施方式中，电池系统包括具有第一通信垫的第一CSCB和具有第二通信垫的第二CSCB。其中，第一通信垫和第二通信垫在如上所述的本发明的方法中经由柔性印刷电路互连。具体地，每个CSCB包括第一通信垫和第二通信垫。换句话说，根据此实施方式，CSC经由至少一个FPC而彼此连接并且还优选地连接到BMS。此外优选地，CSC和BMS以菊花链布置彼此连接。有利地，可以建立具有这样的多个可连接的CSCB的电池系统，用于与BMS进行菊花链通信。优选地，单元监控电路配置为经由将CSC彼此连接和/或连接到BMS的FPC和/或通信垫来发送和接收数字或模拟信号，例如差分信号。
电池系统的单元监控电路板CSCB优选地配置为承载单元监控电路CSC，或者甚至承载各CSC。其中，CSC是指微处理器、ASIC或配置为接收与模块的至少一个电池单元的电压和/或温度相对应的信号的任何(集成)电路。优选地，CSC还配置为处理、分析和/或存储接收到的信号，并且CSC还可以配置为将与接收到的信号有关的信号发送到另一CSC和/或BMS。此外优选地，CSC可以配置为相对于电池模块或者相对于其至少一个电池单元执行至少一种控制功能。其中，控制功能可以包括单元电压、单元电流、单元电阻或电压电容的测量或确定，并且还可以包括对单元的单元电压或单元电流的主动或被动均衡。
换句话说，每个CSCB是配置为例如通过提供用于CSC的合适的芯片插槽、着落垫或引线框架而在其上或其中接收CSC的基板，或者是至少配置为连接到CSC的基板。CSCB还包括通信线和接触垫线，它们配置为建立与CSC的数据通信。其中，通信线优选地在接收于CSCB上或中的CSC与另一CSC和/或BMS或外部控制单元(例如外部耗电装置的控制单元)之间建立数据通信。此外优选地，接触垫线配置为读入由CSCB接触垫接收的信号。
在从属权利要求、附图中以及在对其的以下描述中公开了本发明的另外的方面。
附图说明
通过参照附图详细描述示范性实施方式，特征对于本领域普通技术人员将变得明显，附图中：
图1示意性地示出根据一实施方式的用于将柔性印刷电路FPC连接到电池模块的电池单元的方法；
图2示出根据第一实施方式的电池系统的示意性俯视图；
图3示出图2的电池系统的更详细的俯视图；
图4示出根据第二实施方式的电池系统的示意性俯视图；以及
图5示意性地示出在实施方式中使用的柔性印刷电路。
具体实施方式
现在将详细参照实施方式，其示例在附图中示出。将参照附图描述示范性实施方式的效果和特征及其实施方法。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且省略多余的描述。然而，本发明可以以各种不同的形式实施，并且不应被解释为仅限于这里示出的实施方式。更确切地，这些实施方式作为示例提供，使得本公开将是透彻和完整的，并将本发明的方面和特征充分传达给本领域技术人员。对于本领域普通技术人员完全理解本发明的方面和特征被认为不必要的工艺、元件和技术可以不被描述。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件、层和区域的相对尺寸。
当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。此外，在描述本发明的实施方式时，“可以”的使用是指“本发明的一个或更多个实施方式”。在本发明的实施方式的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。诸如“……中的至少一个”的表述，当在一列元素之后时，修饰整列元素，而不是修饰该列中的单个元素。
将理解，尽管术语“第一”和“第二”用于描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而没有脱离本发明的范围。当在此使用时，术语“基本上”、“约”和类似术语被用作近似术语而不是程度术语，并且意在考虑到测量或计算值中的固有偏差，如本领域普通技术人员将认识到的。此外，如果术语“基本上”与可使用数值表示的特征结合地使用，则术语“基本上”表示以该值为中心的值的+/-5％的范围。
图1示意性地示出根据一实施方式的用于将柔性印刷电路FPC 20连接到电池模块50的电池单元10的方法。其中，图1(A)示出本发明的方法中的工具70(具体地，工具头部71)的操作。
在本发明的方法中，连续FPC 20的卷材25被提供在工具70的工具头部71中，具体地，卷材25被接收在卷材支架75中。图1的工具头部71配置为在所有的三个维度上以如箭头所示的平移方式移动。如图1所示，FPC 20的部分可以通过两个进料辊76从FPC 20的卷材25展开。从卷材25引出的FPC 20的一部分最初在工具70的工具头部71内在z方向上垂直地向下延伸。然后，FPC 20的该部分被工具头部71的圆化的引导机构77偏转，使得其在平行于电池单元10的接触部分的区域(即顶表面)的区域中延伸。因此，该偏转通过引导机构77以及工具头部71在正x方向上的移动来提供。此外，当从卷材25展开FPC 20时，例如通过检测周期性地定位在FPC 20上的通过的指示器的数量，经由光学传感器72检测FPC 20的位置。
工具头部71还包括激光器73，该激光器73用于将FPC 20的平行于电池单元10的上表面延伸的第一部分21焊接到电池单元10的上表面(具体地，焊接到电池单元10的电池单元壳体53的上表面)。具体地，如参照图5更详细描述的FPC 20的导电结构通过激光器73焊接到电池单元10。因此，如图1(B)所示，在FPC 20的第一部分21和电池单元10之间形成焊接连接40。如图1(B)进一步所示，通过重复如以上关于图1(A)所述的工具头部71的操作，在FPC 20的其它(第三)部分23.1、23.2之间形成附加的焊接连接40。其中，在焊接连接40之间，工具头部71不仅在x方向上执行平移运动而且在z方向上执行弯曲运动，从而在到不同电池单元10(或壳体53)的焊接连接40之间形成FPC 20的弯曲部分。此外，还重复工具头部71的操作，以类似的方式在CSCB(未示出)的接触垫(未示出)之间提供焊接连接(未示出)。
根据本发明的工具70的工具头部71包括切割机构74，该切割机构74用于在导电结构与单元监控电路板CSCB的接触垫之间进行焊接连接之后切割FPC 20。如上所述，工具头部71包括用于将FPC 20的展开部分引导到电池模块50的接触部分或CSCB的接触垫上的引导机构77。切割机构74优选地在由引导机构77引导的同时与FPC 20相互作用，并从卷材25处的FPC的连续部分分离FPC 20的展开部分。切割机构74包括安装到工具头部并在z方向上可移动的切割刀刃。然而，切割机构也可以是激光切割机构或用于分离的切割锯。
图2示出根据第一实施方式的电池系统100的示意性俯视图，该电池系统100通过如图1中示意性示出的本发明的方法制造。电池系统100包括多个(例如八个)电池模块50，每个电池模块50包括多个堆叠的电池单元(未示出)。电池模块50通过汇流条54互连，汇流条54将一个电池模块50的正端子连接到另一电池模块50的负端子。此外，汇流条54还用于提供与正和负系统端子的电接触。八个电池模块50被布置成两行，每行四个电池模块50，在第一行的电池模块50和第二行的对应的电池模块50之间布置有一行四个单元监控电路板CSCB 30。每个CSCB包括单元监控电路CSC(未示出)。此外，每个电池模块50经由FPC 20连接到对应的CSCB。其中，FPC20通过本发明的方法连接到电池模块50，即通过在FPC 20的第一部分21中的FPC 20的导电结构(未示出)和电池模块50的第一接触部分51之间自动地形成焊接连接(未示出)。此外，FPC通过本发明的方法连接到CSCB30，即通过在FPC的第二部分22中的FPC 20的导电结构和CSCB 30的接触垫(未示出)之间自动地形成焊接连接(未示出)。具体地，两个电池模块50经由两个FPC 20(即每个电池模块50经由一个线性延伸的FPC 20)连接到每个CSCB 30。如图2进一步示出的，电池模块50的第一接触部分51可以不同地定位在FPC 20的相应线性延伸条的第一部分21中。如图2进一步示出的，相邻的CSCB经由FPC连接器33连接。
图3示出图2的电池系统100的更详细的俯视图，具体地图2的电池系统100的一部分的更详细的顶视图，该部分具有来自如图2所示的上面一行的电池模块50的第一电池模块50.1和第二电池模块50.2。第一CSCB 30.1在第一电池模块50.1下面，第二CSCB 30.2在第二电池模块50.2下面。如在图3中以纯示范性的方式所示，每个电池模块50包括五个棱柱形的电池单元10，它们以对准的方式彼此堆叠。电池模块50还可以包括更多的电池单元，诸如八个或十二个电池单元10。每个电池单元10包括设置在电池单元10的顶表面上的负端子11和正端子12。此外，电池单元10的正端子12经由汇流条54连接到相邻的电池单元10的负端子11，并且第一电池模块50.1的一个电池单元10的正端子12连接到相邻的第二电池模块50.2的一个电池单元10的负端子11。
此外，第一电池模块50.1经由第一FPC 20.1连接到第一CSCB 30.1的接触垫31，第二电池模块50.2经由第二FPC 20.2连接到第二CSCB 30.2的接触垫31。其中，FPC 20.1、20.2中的每个在接触部分中连接到相应的电池模块50.1、50.2。具体地，电池模块50.1、50.2的第一接触部分51是负端子11，该负端子11横向地延伸从而为对应的FPC 20.1、20.2提供附加的接触区域。此外，电池模块50.1、50.2的第二接触部分52是正端子12，该正端子12横向地延伸从而为对应的FPC 20.1、20.2提供附加的接触区域。换句话说，在FPC 20.1、20.2与第一和第二电池模块50.1、50.2的第一和第二接触部分51、52之间形成焊接连接(未示出)。
在第一和第二FPC 20.1、20.2与第一和第二CSCB 30.1、30.2的接触垫31之间也分别形成焊接连接(未示出)。其中，焊接连接分别形成在FPC 20.1、20.2的部分中。此外，CSCB30.1和30.2的接触垫31经由相应CSC通信线35连接到相应CSCB 30的相应单元监控电路CSC32。换句话说，经由相应接触垫31从电池模块50.1、50.2接收到的电压信号经由相应CSC接触垫线36被传送到相应CSC 32。此外，每个CSCB 30包括CSC通信垫34，其经由相应CSC通信线35连接到相应CSC 32。此外，第一CSCB 30.1的第一CSC通信垫34.1经由FPC连接器33连接到第二CSCB 30.2的第二CSC通信垫34.2。此外，提供FPC连接器33，以将相邻的CSCB 30彼此连接，即用于在CSCB 30之间形成菊花链连接。
图4示出根据第二实施方式的电池系统100的示意性俯视图。其中，图4的电池系统100类似于图2的电池系统100，并且相同的部件由相同的附图标记表示并省略重复的描述。然而，在图4的实施方式中，电池模块不是以单个的方式连接到CSCB，而是四个电池模块的组经由公共的FPC连接到CSCB。具体地，第一组的四个电池模块50.1、50.2、50.3、50.4经由第一FPC 20.1连接到第一CSCB 30.1，第二组的四个电池模块50.5、50.6、50.7、50.8经由第二FPC 20.2连接到第二CSCB 30.2。其中，第一FPC 20.1和第二FPC 20.2的每个为实质上U形的配置，该U形的开口面朝下。在此实施方式中，FPC通过工具头部71连接到电池模块，该工具头部配置为绕平行于接触部分的法线向量的轴线旋转。
具体地，第一FPC 20.1连接到第一电池模块50.1的第一接触部分51.1，连接到第二电池模块50.2的第一接触部分51.2，连接到第三电池模块50.3的第一接触部分51.3，连接到第四电池模块50.4的第一接触部分51.2，以及连接到第一CSCB 30.1的接触垫。此外，第二FPC 20.2连接到第五电池模块50.5的第一接触部分51.5，连接到第六电池模块50.6的第一接触部分51.6，连接到第七电池模块50.7的第一接触部分51.7，连接到第八电池模块50.8的第一接触部分51.8，并且连接到第二CSCB 30.2的接触垫。其中，接触部分可以如关于图4所述地配置。然而，接触部分也可以由单元10的电池单元壳体53或电池模块的汇流条54形成。
图5示意性地示出在本发明的实施方式中使用的柔性印刷电路20。具体地，图5(A)示出根据第一实施方式的FPC 20，其具有嵌入在两个绝缘柔性层之间的导电结构24，如由导电结构24的虚线所示。导电结构24从FPC20的第一部分21延伸到FPC 20的第二部分22。FPC 20的第一接触区域26.1通过第一部分21中的开口暴露，FPC 20的第二接触区域26.2通过第二部分22中的开口暴露。具体地，上绝缘层中的开口在第一部分21中和在第二部分22中暴露导电结构24的接触区域26.1、26.2。第一部分21和第二部分22中的开口或者在绝缘层中预先形成，或者在导电结构24的焊接工艺期间形成。
图5(B)示出根据第二实施方式的FPC 20，该第二实施方式与图5(A)的第一实施方式的不同之处在于，导电结构24的第一接触区域26.1通过第一部分21中的开口暴露，FPC20的第二接触区域26.2通过第二部分22中的开口暴露，导电结构24的第三接触区域26.3通过另一(第三)部分23中的开口暴露。第一接触区域26.1和第三接触区域26.3配置为接触电池模块的接触部分，第二接触区域26.2配置为接触CSCB接触垫。利用第二实施方式的FPC20，获得两个电池单元10的电压信号。
图5(C)示出根据第三实施方式的FPC 20，该第三实施方式与图5(A)的第一实施方式和图5(B)的第二实施方式的不同之处在于，其包括第一导电结构24.1和第二导电结构24.2。其中，第一导电结构24.1包括通过第一部分21中的开口暴露的第一接触区域26.1和通过第二部分22中的开口暴露的第二接触区域26.2。此外，第二导电结构24.2包括导电结构24的通过另一(第三)部分23中的开口暴露的第三接触区域26.3并且也包括通过第二部分22中的开口暴露的第二接触区域26.2。利用第三实施方式的FPC(20)，获得两个单元10的两个电压信号。
附图标记
10 电池单元
11 负端子
12 正端子
20 柔性印刷电路，FPC
21 FPC第一部分
22 FPC第二部分
23 FPC另一(第三)部分
24 FPC导电结构
25 FPC卷材
26 FPC接触区域
30 单元监控电路板，CSCB
31 CSCB接触垫
32 单元监控电路，CSC
33 FPC连接器
34 CSC通信垫
35 CSC通信线
36 CSC接触垫线
40 焊接连接
50 电池模块
51 第一接触部分
52 第二接触部分
53 电池单元壳体
54 汇流条
70 FPC连接工具
71 工具头部
72 光学传感器
73 (激光)焊接机构
74 切割机构
75 卷材支架
100 电池系统

Claims (15)

1.一种用于将柔性印刷电路(20)连接到电池系统(100)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供连续且带形的柔性印刷电路(20)的卷材(25)，
从所述卷材(25)展开所述柔性印刷电路(20)的第一部分(21)，将所述第一部分(21)定位在电池模块(50)的第一接触部分(51)之上，并在所述第一部分(21)中的所述柔性印刷电路(20)的导电结构(24)和所述第一接触部分(51)之间形成焊接连接(40)，
从所述卷材(25)展开所述柔性印刷电路(20)的第二部分(22)，将所述第二部分(22)定位在单元监控电路板(30)的至少一个接触垫(31)之上，并在所述第二部分(22)中的所述柔性印刷电路(20)的所述导电结构(24)和所述单元监控电路板(30)的所述至少一个接触垫(31)之间形成焊接连接(40)，以及
从所述卷材(25)切割所述柔性印刷电路(20)的所述第一部分(21)和所述第二部分(22)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池模块(50)的所述第一接触部分(51)是电池单元端子(11、12)、电池单元壳体(53)或汇流条(54)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述柔性印刷电路(20)还连接到所述电池模块(50)的第二接触部分(52)，其中所述第一接触部分(51)是电池单元(10)的负端子(11)，所述第二接触部分(52)是另一电池单元(10)的正端子(12)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一接触部分(51)和所述第二接触部分(52)连接到所述柔性印刷电路(20)的所述导电结构(24)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述柔性印刷电路(20)包括第一导电结构(24.1)和第二导电结构(24.2)，以及其中所述第一接触部分(51)连接到所述第一导电结构(24.1)，所述第二接触部分(52)连接到所述第二导电结构(24.2)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一导电结构(24.1)连接到第一接触垫(31.1)，所述第二导电结构(24.2)连接到第二接触垫(31.2)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中单元监控电路(32)设置在所述单元监控电路板(30)上并且连接到所述单元监控电路板(30)的所述至少一个接触垫(31)。
8.一种在根据权利要求1至7中的任一项所述的方法中用于将所述柔性印刷电路(20)连接到所述电池模块(50)的工具(70)，所述工具(70)包括工具头部(71)，该工具头部(71)具有配置为接收连续且带形的柔性印刷电路(20)的卷材的卷材支架(75)，
其中所述工具头部(71)配置为在平行于所述电池模块的所述第一接触部分(51)及所述单元监控电路板(30)的所述接触垫(31)的区域中进行平移运动，在与所述第一接触部分(51)及所述接触垫(31)的法线向量平行的方向上进行平移运动，
其中所述工具头部(71)包括用于检测展开的柔性印刷电路(20)的位置的光学传感器(72)，以及
其中所述工具头部(71)包括用于进行所述柔性印刷电路(20)的导电结构(24)与所述第一接触部分(51)及所述接触垫(31)的焊接连接(40)的机构(73)。
9.根据权利要求8所述的工具(70)，其中用于进行焊接连接的所述机构包括用于在所述柔性印刷电路(20)、所述第一接触部分(51)和所述接触垫(31)之间进行激光焊接连接(40)的激光器(73)。
10.根据权利要求8或9所述的工具(70)，其中所述工具头部(71)还配置为绕着平行于所述第一接触部分(51)和所述接触垫(31)的所述法线向量的轴线执行旋转运动。
11.根据权利要求8所述的工具(70)，其中所述工具头部(71)包括用于在所述导电结构(24)与所述接触垫(31)之间进行焊接连接(40)之后切割所述柔性印刷电路(20)的切割机构(74)。
12.一种包括多个电池模块(50)的电池系统(100)，其中每个电池模块的第一接触部分(51)在根据权利要求1至7中的任一项所述的方法中经由所述柔性印刷电路(20)连接到所述单元监控电路板(30)的所述接触垫(31)。
13.根据权利要求12所述的电池系统(100)，其中第一柔性印刷电路(20.1)连接到第一电池模块(50.1)和第一单元监控电路板(30.1)的接触垫(31)，第二柔性印刷电路(20.2)连接到第二电池模块(50.2)和第二单元监控电路板(30.2)的接触垫(31)。
14.根据权利要求12所述的电池系统(100)，其中所述柔性印刷电路(20)连接到至少两个电池模块(50.1、50.2)和所述单元监控电路板(30)的所述至少一个接触垫(31)，其中所述柔性印刷电路(20)包括至少一个弯曲部分。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的电池系统(100)，包括具有第一通信垫(34.1)的第一单元监控电路板(30.1)和具有第二通信垫(34.2)的第二单元监控电路板(30.2)，其中所述第一通信垫(34.1)和所述第二通信垫(34.2)在根据权利要求1至7中的任一项所述的方法中经由柔性印刷电路连接器(33)互连。
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