CN115867991A

CN115867991A - 包括熔断器的膜型电缆

Info

Publication number: CN115867991A
Application number: CN202180039524.XA
Authority: CN
Inventors: 郑相恩
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2023-03-28
Also published as: US20230260675A1; EP4167252A4; KR20220032951A; EP4167252A1; JP2023527518A; WO2022055179A1

Abstract

根据本公开的一种膜型电缆包括绝缘膜以及多个导线，所述多个导线由绝缘膜覆盖并且在多个导线之间以预定间隔延伸，其中，多个导线中的每个导线包括：熔断器样式区段，其被设置为当超过额定电流的电流流动时被断开；以及正常区段，其被设置为当超过额定电流的电流流动时不被断开，并且熔断器样式区段可以比正常区段更薄。

Description

包括熔断器的膜型电缆

技术领域

本公开涉及膜型电缆，并且更具体地，涉及可以被应用于对车辆电池模块的单体电压感测并且本身可以具有过电流阻断功能的膜型电缆。

本申请要求于2020年9月8日于韩国提交的韩国专利申请No.10-2020-0114925的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

背景技术

具有高储能密度、能够是轻量级且小型化的、并且具有诸如优良稳定性、低放电率和长寿命的优点的锂二次电池最近已经被积极用作电动汽车电池。作为参考，锂二次电池通常根据它们的制造类型被分类为圆柱形、方形、以及袋类型，并且它们的用途不仅涵盖电动汽车电池，而且还涵盖EES电池和其他电动设备。

当前，一个锂二次电池单元(单体)不能提供驱动电动汽车的足够输出。为了将二次电池应用为用于电动汽车的能量来源，应当配置其中多个锂离子电池单体被串联和/或并联连接的电池模块，并且通常，通过包括用于将电池模块串联连接并且操作性地维持电池模块、冷却系统、以及电池断开单元(BDU)的电池管理系统(BMS)来配置电池组。

同时，在相关领域的电池模块中，线束已经被用作用于感测各个电池单体的电压和温度并将感测到的电压和温度传送到BMS的组件，但是最近，诸如柔性扁平电缆(FFC)或柔性印刷电路板(FPCB)的膜型电缆被广泛使用，膜型电缆是轻量级且高度柔性的，从而使得能够进行三维布线并传送许多信号。

图1是相关领域的电池模块的FPCB 1的一部分的图。如图1所示，作为一种膜型电缆的FPCB 1包括用于每个感测线2的一个表面安装设备(SMD)熔断器3，以用于保护感测线2和连接到其的BMS电路(未示出)免受预料不到的过电流影响的目的。这里，SMD熔断器3是指能够安装在感测线上并且以使得当大于或等于额定电流的电流流动时内部导线被断开的方式来配置的芯片型设备。

然而，由于SMD熔断器的材料成本和通过安装SMD熔断器而引发的处理成本，相关领域的膜型电缆的价格提高，并且在SMD熔断器安装过程期间产生的缺陷率不小。因此，存在对实现熔断器功能而不在膜型电缆的感测线上安装SMD熔断器的方法的需要。

发明内容

技术问题

设计本公开以解决相关领域的问题，并且因此本公开涉及提供一种能够实现熔断器功能而不安装单独的熔断器产品的膜型电缆。

本公开的这些和其他目的和优点可以从以下详细描述中理解并且将从本公开的示例性实施例变得更充分地显而易见。此外，将容易理解，本公开的目的和优点可以由随附权利要求及其组合中阐述的装置来实现。

技术方案

在本公开的一个方面中，提供了一种膜型电缆，包括绝缘膜以及多个导线，所述多个导线由绝缘膜覆盖并且在多个导线之间以预定间隔延伸，其中，多个导线中的每个导线包括：熔断器样式区段，该熔断器样式区段被设置为当超过额定电流的电流流动时被断开；以及正常区段，该正常区段被设置为当超过额定电流的电流流动时不被断开，并且熔断器样式区段可以比正常区段更薄。

绝缘膜包括：布置在多个导线下方的基膜；以及布置在正常区段中的多个导线上方的覆盖膜，并且多个导线由印刷在基膜的表面上的银纳米墨水形成。

可以进一步包括涂覆在多个导线的熔断器样式区段的上部分中的防烟涂覆溶液。

粘合层被设置在正常区段中的多个导线与覆盖膜之间，并且防烟涂覆溶液可以被填充在由覆盖膜、粘合层和熔断器样式区段形成的凹槽部分中。

防烟涂覆溶液可以包括聚氨酯树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种。

彼此相邻的导线的熔断器样式区段可以被交替布置。

多个导线中的每个导线可以在熔断器样式区段中具有与在正常区段中相同的宽度，且在熔断器样式区段中具有比在正常区段中更小的厚度，并且具有重复和延伸的“

”形或“S”形的样式。

熔断器样式区段中的导线可以包括：薄膜部分，其具有与正常区段中的导线的宽度相同的宽度并且在一个方向上笔直延伸；以及突出部，其被重复地形成为在薄膜部分的延伸方向上以预定间隔向上突出。

绝缘膜可以包括聚酰亚胺材料。

根据本公开的另一方面，可以提供一种包括根据该膜型电缆的电池模块。

有益的效果

在根据本公开的膜型电缆中，熔断器样式区段中的导线的厚度小于正常区段中的导线的厚度，并且因此，当过电流流动时，熔断器样式区段可以用作熔断器。因此，本公开的膜型电缆不需要安装表面安装设备(SMD)熔断器，由此消除由于SMD熔断器的材料成本、通过安装SMD熔断器而引发的处理成本、以及缺陷成本而引起的价格提高所导致的负担。

根据本公开，正常区段中的导线的厚度和熔断器样式区段中的导线的厚度可以通过印刷电子方法通过调整基膜上的墨水量来精确地且有区别地实现，由此确保熔断器功能的可靠性。

此外，根据本公开，因为防烟涂覆溶液或涂覆层覆盖熔断器样式区段的上部分，所以可以防止当过电流发生时熔断器样式区段中的分散或排烟。

本公开的效果不限于上述效果，并且未提到的效果将由本公开所属的领域的普通技术人员从本说明书和附图中清楚地理解。

附图说明

图1是根据相关领域的其上安装了表面安装设备(SMD)熔断器的膜型电缆的一部分的图。

图2是示出根据本公开的实施例的膜型电缆的配置的示意性透视图。

图3是示出根据本公开的实施例的一股导线的配置的示意图。

图4是根据本公开的膜型电缆的一个区域的平面图。

图5是沿着图4的线A-A'获取的膜型电缆的示意性剖视图。

图6是示出根据本公开的实施例的在膜型电缆的过电流测试期间防烟涂覆溶液的每个填充厚度的结果值的图表。

作为与图3相对应的图的图7是示出根据本公开的另一实施例的膜型电缆的一股导线的配置的示意图。

作为与图5相对应的图的图8是示出根据本公开的另一实施例的膜型电缆的示意性剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，本说明书和随附权利要求中使用的术语不应当被理解为限于一般和词典含义，而是在允许本发明人为了最好的说明而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。

因此，本文中提出的描述仅仅是仅出于说明的目的的优选示例，不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，能够在不偏离本公开的范围的情况下对其进行其他等同和修改。

要在下文描述的膜型电缆可以被解释为共同地指柔性扁平电缆(FFC)或柔性印刷电路板(FPCB)。

膜型电缆可以用于感测电池单体的电压或温度并将感测到的电压或温度传送到电池管理系统(BMS)。尽管为了附图的简便未示出，电缆连接器可以被耦合到膜型电缆的一端，并且用于将电池单体的电极引线连接到相应导线的焊接板可以被耦合到其另一端。

尽管下面详细描述，当供应电力或传送信号时，根据本公开的膜型电缆被配置成通过本身执行熔断器功能来阻断过电流以防止过电流流向负载或BMS。

图2是示出根据本公开的实施例的膜型电缆的配置的示意性透视图，并且图3是示出根据本公开的实施例的一股导线的配置的示意图。

参考附图，根据本公开的实施例的膜型电缆包括绝缘膜10和以预定间隔并排延伸并且覆盖有绝缘膜10的多个导线20。此外，多个导线20中的每个导线包括熔断器样式区段21和正常区段23。

绝缘膜10包括基膜11和作为用于使导线20绝缘并覆盖导线20的组件的覆盖膜12。基膜11被布置在多个导线20下方，并且覆盖膜12可以被布置在多个导线20上。

绝缘膜10可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)等制造。优选地，绝缘膜10可以由PI制造。在上述材料当中，PI膜具有最高耐热性，并且因此，甚至当PI膜被使用在高温环境中时也几乎没有问题。

通常，FFC通过将导线以特定间隔附接到基膜上并且再将覆盖膜附接到其上来制造，其中导线通过将薄铜箔板加工到特定宽度和厚度来获得。此外，FPCB通过将薄铜叠板布置在基膜上、层压干膜、通过曝光、显影和蚀刻工艺形成具有特定间隔的导线、以及然后将覆盖膜附接到其来制造。然而，薄铜箔板的宽度可以被相对自由地实现，但是可能难以实现高达微米(μm)单位的小尺寸的厚度(高度)，并且可能更难以将一股导线实现为具有各种厚度。出于这些原因，在制造相关领域的膜型电缆的方法中，难以在导线本身上实现熔断器样式。

因此，代替制造相关领域的膜型电缆的方法，在根据本公开的实施例的膜型电缆中，印刷电子方法被用于制造多个导线20。

例如，多个导线20可以通过经由使用印刷电子设备在基膜11的表面上印刷银(Ag)纳米电子墨水来实现。印刷在基膜11上的Ag纳米电子墨水可以在短干燥时间之后充分地用作具有优良导电性的导线20。此外，根据印刷电子方法，一个导线20的股的宽度可以被自由地实现，并且其各种厚度可以被简单地实现。

即，在根据本公开的实施例的膜型电缆的多个导线20中，熔断器样式区段21和正常区段23可以由Ag纳米电子墨水形成。

熔断器样式区段21是指被配置成当超过额定电流的电流流动时被熔断的区段，并且正常区段23是指被配置成当超过额定电流的电流流动时不被熔断或断开的区段。

详细地，参考图3，熔断器样式区段21中的导线20的厚度T1小于正常区段23中的导线的厚度T2，并且导线20被设置为在熔断器样式区段21中延伸。

例如，当假设过电流在包括具有大电阻的部分和具有比其小的电阻的部分的导线中流动时，在具有大电阻的部分中产生更多热。根据(P＝I²×R)，当过电流在导线中流动时，熔断和断开更可能发生在具有大电阻的部分中。

R≒L/A[Ω](R：电阻，L：导线的长度；A：导线的横截面面积)

如可以从以上公式看出，导线的电阻与导线的长度成比例并且与其横截面面积(电荷通过该横截面面积)成反比例，并且因此，当导线的特定部分被制作得薄且长时，当过电流在对应部分中流动时产生的热量增加，由此允许对应部分用作熔断器。

本实施例的熔断器样式区段21可以被称为基于以上原则来设计。即，导线20的宽度通过调整Ag纳米墨水在熔断器样式区段21和正常区段23中的印刷量而被维持为相同，但是导线20的厚度在熔断器样式区段21中比正常区段23中更小以减小导线20的横截面面积。作为参考，熔断器样式区段21中的导线20的厚度可以根据熔断器样式区段21可以经受的额定电流的大小以各种方式实现。

在本实施例中，尽管导线20的宽度在熔断器样式区段21和正常区段23中被完好地维持并且仅其厚度在熔断器样式区段21中被减小，但是导线20的宽度和厚度可以在熔断器样式区段21中被同时减小。然而，在本实施例中，考虑到当导线20的宽度和厚度被同时减小时，导线20的刚度可以被显著减小。这防止熔断器样式区段21的导线20容易被物理冲击或振动而非过电流断开。

此外，本实施例的导线20可以具有重复“

”形或“S”形样式以便具有在熔断器样式区段21内尽可能长的长度。

利用该配置，电阻增加，并且当过电流发生时在熔断器样式区段21的区域中密集地产生热，使得熔断器样式区段21可以更有效地被切断。

参考回图2，相邻导线20的熔断器样式区段21可以被交替地布置。

不同大小的电流可以在膜型电缆的导线20中流动，并且例如，当相应导线20的熔断器样式区段21(在X方向上)彼此相邻时，过电流在导线20中的一个导线中流动使得在对应导线20的熔断器样式区段21中产生的火花和热可以容易地转移到相邻导线20的熔断器样式区段21。因此，其他周围熔断器样式区段21可能被异常地熔断和断开或者可能排烟并点燃。

然而，如在本实施例中，在熔断器样式区段21被交替地布置的情况下，甚至当在一个导线20的熔断器样式区段21中产生火花或热时，对其他导线20的熔断器样式区段21的影响可以很小。

此外，由于导线20以在导线20的长度上延伸的重复“

”形或“S”形样式形成，所以本实施例的熔断器样式区段21在膜型电缆的宽度方向(±X方向)上占有大面积。

为了布置(X方向)彼此相邻的导线20的熔断器样式区段21，导线20之间的间隔需要相较于本实施例的间隔增大以确保导线20之间的绝缘。因此，膜型电缆的宽度的增大和多余空间的增大可能是不期望的。

然而，在本实施例中，因为导线20的熔断器样式区段21被交替地布置，可以有助于确保导线20的绝缘以及设定其最小间距。

同时，根据本公开的实施例的膜型电缆可以进一步包括涂覆在多个导线20的熔断器样式区段21上的防烟涂覆溶液40。

防烟涂覆溶液40是施加到熔断器样式区段21以防止在操作期间——即，当导线20由于过电流而被熔断和断开时——的火花和烟或碎屑的分散的组件。聚氨酯树脂、环氧树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂中的至少一种可以被采用为用于防烟涂覆溶液40的材料。优选地，已知为最有效绝缘材料同时包含相对较少的环境有害物质的聚氨酯可以适合作为用于防烟涂覆溶液40的材料。

详细地，参考图4和图5，因为导线20通过按印刷电子方法将Ag纳米墨水印刷在基膜11上来形成，所以在导线20与基膜11之间不需要粘合剂，并且因为仅当覆盖膜12被层压在导线20上时使用粘合剂，所以粘合层30可以被设置在正常区段23中的导线20上和覆盖膜12上。

在本实施例中，覆盖膜12被用于仅覆盖导线20的正常区段23的上部分，并且导线20的熔断器样式区段21的上部分由防烟涂覆溶液40覆盖。覆盖膜12可以在对应于熔断器样式区段21的区域被预先切断时被附接到导线20上，或者可以在被附接到导线20上的同时由对应于熔断器样式区段21的区域切断。

因此，当覆盖膜12被附接到印刷在基膜11上的导线20上时，熔断器样式区段21的上部分处于开放状态，并且可以形成由覆盖膜12、粘合层30和熔断器样式区段21包围的凹槽部分O。防烟涂覆溶液40可以被填充在凹槽部分O中，并且当预定时间段流逝时，防烟涂覆溶液40可以被固化以形成涂覆层。

接下来，在膜型电缆中，将描述熔断器样式区段21的设计实验示例。

1)熔断器样式区段21的导线20的长度：30mm-50mm

2)熔断器样式区段21的导线20的横截面面积(SQ)：0.001mm²-0.003mm²

3)基膜11和覆盖膜12的厚度：25μm-50μm

4)基于氨基甲酸乙酯的防烟涂覆溶液40的填充厚度：0.05mm-0.45mm

在熔断器样式区段21的主要数据在1)到4)的范围内被调整的同时，执行短路断开测试(50A@63V)、连续电流测试(750A@4小时)等，并且作为结果，获得以下结果。

在熔断器样式区段21的导线20具有50mm的长度和0.028mm^2的横截面面积(SQ)的情况下，当施加过电流时，性能是最好的并且分散不会发生。

在作为绝缘膜10的PEN&PCT膜中，在绝缘膜10在过电流施加测试和短路断开测试期间被熔化之后容易产生分散，但是当PI膜为25μm到50μm厚时，碎屑不会全部分散，并且因此，不存在显著差别。因此，可以说，采用25μm的PI膜在成本方面是合理的。

关于根据防烟涂覆溶液40的填充厚度的熔断器样式区段21的区域的分散和排烟的持续时间，如图6所示，当厚度为0.3mm或更多时不存在分散，并且当厚度为0.35mm和0.4mm时排烟的持续时间示出相似方面。

基于实验结果，在功能性和经济性方面合适的是，将熔断器样式区段21的导线20的长度设计为50mm并将其横截面面积设计为0.028mm^2，并且使用基膜11和覆盖膜12，其各自都包括PI材料并且具有25μm的厚度，以及基于氨基甲酸乙酯的防烟涂覆溶液，其中，防烟涂覆层的厚度为0.35mm。

作为与图3相对应的图的图7是示出根据本公开的另一实施例的膜型电缆的一股导线20的配置的示意图，并且作为与图5相对应的图的图8是示出根据本公开的另一实施例的膜型电缆的示意图。

接下来，参考图7和图8，将描述根据本公开的另一实施例的膜型电缆。

与上述实施例中相同的附图标记表示相同构件，并且省略相同构件的重复描述并且主要描述与上述实施例的差别。

当本实施例与上述实施例相比较时，存在的差别在于熔断器样式区段21A，并且剩余组件是基本上相同的。本实施例的熔断器样式区段21A的导线20A包括具有特定厚度并且在一个方向上笔直延伸的薄膜部分22a和被重复地形成为在薄膜部分22a的延伸方向上以预定间隔向上突出的突出部22b。

即，导线20A被设置为当在正常区段23和熔断器样式区段21A中具有相同厚度时在一个方向上笔直延伸。因此，导线20之间的间距设定可以相较于上述实施例被进一步促进。在上述实施例中，熔断器样式区段21的导线20具有重复和延伸的“

”形或“S”形的样式，使得由熔断器样式区段21占有的区域是大的，并且因此，可以容易地被相邻导线20干扰，并且为了避免干扰，有必要显著增大导线20之间的间隔。然而，根据本实施例，导线20A之间的间距可以容易地被设定，并且因此不存在与上述实施例中相同的问题。

此外，本实施例的熔断器样式区段21A包括薄膜部分22a和突出部22b，并且因此，形成其中导线20A的厚度重复地增大、减小、增大和减小的结构。由于厚度变化的重复，每当过电流通过其中厚度减小的部分时可以诱发疲劳失效现象，并且因此导线20A可以容易被断开。

此外，本实施例的熔断器样式区段21A在基本上垂直方向上具有不均匀结构，使得防烟涂覆溶液40与熔断器样式区段21A的导线20A可以在宽广的区域上彼此接触，并且因此，防烟涂覆溶液40可以当固化时更坚固地被耦合到熔断器样式区段21A。

如以上所描述的，按照根据本公开的膜型电缆的配置和操作，在不在导线20上安装表面安装设备(SMD)熔断器的情况下，可以实现熔断器功能。因此，相较于相关领域的膜型电缆，可以消除由于SMD熔断器的材料成本、通过安装SMD熔断器而引发的处理成本、缺陷成本等而引起的价格提高所导致的负担。

同时，根据本公开的电池模块可以包括例如作为用于将电池单体的电压值或温度值传送到BMS的组件的一个或多个膜型电缆。此外，除了包括膜型电缆，根据本公开的电池模块可以进一步包括：用于容纳电池单体的模块壳体，以及用于控制电池单体中的每个电池单体的充电/放电的各种设备，例如，主BMS、电流传感器、以及熔断器。

根据本公开的电池模块可以被应用于电动汽车、混合动力车辆、储能设备等。

如以上所描述的，尽管本公开已经根据有限实施例和附图来描述，但是本公开不限于此，并且由本公开涉及的领域的普通技术人员进行的各种修改和变型在本公开的技术构思和下面要描述的权利要求的范围内是可能的。

同时，当在本说明书中使用诸如上、下、左、右、前和后的指示方向的术语时，这些术语指示相对位置并且仅为了便于说明，对本领域技术人员显而易见的是，这些术语可以取决于对象的位置、观察者的位置等而变化。

Claims

1.一种膜型电缆，包括：

绝缘膜；以及多个导线，所述多个导线由所述绝缘膜覆盖并且在所述多个导线之间以预定间隔延伸，

其中，所述多个导线中的每个导线包括：

熔断器样式区段，所述熔断器样式区段被设置为当超过额定电流的电流流动时被断开；以及正常区段，所述正常区段被设置为当超过所述额定电流的电流流动时不被断开，并且

所述熔断器样式区段比所述正常区段更薄。

2.根据权利要求1所述的膜型电缆，其中，所述绝缘膜包括：

布置在所述多个导线下方的基膜；以及布置在所述正常区段中的所述多个导线上方的覆盖膜，并且

所述多个导线由印刷在所述基膜的表面上的银纳米墨水形成。

3.根据权利要求2所述的膜型电缆，进一步包括涂覆在所述多个导线的所述熔断器样式区段的上部分中的防烟涂覆溶液。

4.根据权利要求3所述的膜型电缆，其中，粘合层被设置在所述正常区段中的所述多个导线与所述覆盖膜之间，以及

所述防烟涂覆溶液被填充在由所述覆盖膜、所述粘合层和所述熔断器样式区段形成的凹槽部分中。

5.根据权利要求3所述的膜型电缆，其中，所述防烟涂覆溶液包括聚氨酯树脂、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种。

6.根据权利要求1所述的膜型电缆，其中，彼此相邻的导线的熔断器样式区段被交替布置。

7.根据权利要求1所述的膜型电缆，其中，所述多个导线中的每个导线在所述熔断器样式区段中具有与在所述正常区段中相同的宽度，且在所述熔断器样式区段中具有比在所述正常区段中更小的厚度，并且具有重复和延伸的

形或“S”形的样式。

8.根据权利要求1所述的膜型电缆，其中，所述熔断器样式区段中的导线包括：

薄膜部分，所述薄膜部分具有与所述正常区段中的导线的宽度相同的宽度并且笔直延伸；以及突出部，所述突出部被重复地形成为在所述薄膜部分的延伸方向上以预定间隔向上突出。

9.根据权利要求1所述的膜型电缆，其中，所述绝缘膜包括聚酰亚胺材料。

10.一种包括根据权利要求1至9中的任一项所述的膜型电缆的电池模块。