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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektrische Verbinder und insbesondere auf elektrische Verbinder für Batteriesysteme.
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HINTERGRUND
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Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung möglicherweise nicht zum Stand der Technik gehören, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
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Hybridfahrzeuge verfügen über einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und ein Batteriesystem. Je nach Situation können der Verbrennungsmotor, der Elektromotor oder beide zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Reine Elektrofahrzeuge enthalten einen Elektromotor und ein Batteriesystem und verfügen über keinen Verbrennungsmotor. Die Batteriesysteme von Hybrid- und Elektrofahrzeugen weisen in der Regel höhere Speicherkapazitäten auf als herkömmliche Fahrzeuge, die ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben werden.
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Um eine höhere Speicherkapazität bereitzustellen, umfassen die Batteriesysteme eine oder mehrere Batterien, die miteinander verbunden sind. Jede der Batterien enthält wiederum eine oder mehrere Batteriezellen. Zur Steuerung dieser Batteriesysteme werden zunehmend ausgefeilte Steuerungs- und Überwachungstechniken eingesetzt. So werden beispielsweise während des Betriebs zusätzliche Batterieparameter wie Strom, Spannung, Temperatur und/oder Ladezustand gemessen und überwacht. Infolgedessen können mehrere Verbindungen zu jeder der Batterien hergestellt werden. Der Betrieb des Batteriesystems wird auf der Grundlage der überwachten Parameter eingestellt.
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US 2016 / 0 380 319 A1 offenbart ein Batteriemodul mit einer Anordnung zur Temperaturüberwachung. Die
US 2018 / 0 034 115 A1 offenbart eine Verbinderanordnung für ein Batteriesystem sowie eine Anordnung zur Temperaturmessung. Die
DE 10 2018 121 633 A1 offenbart ein Temperaturaufnahme-Band zur Temperaturmessung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Erfassungssystem für eine Batterie umfasst ein Flex-Folien-Substrat mit einer ersten Deckschicht. Eine leitfähige Schicht definiert ein Leiterbahnmuster mit Leiterbahnen. Eine zweite Deckschicht definiert eine erste Öffnung. Die leitfähige Schicht ist sandwichartig zwischen der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht angeordnet. Die erste Öffnung legt eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn des Leiterbahnmusters frei. Eine Stromschiene ist an der ersten Deckschicht des Flex-Folien-Substrats befestigt. Ein Temperatursensor ist mit der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn des Leiterbahnmusters in der ersten Öffnung der ersten Deckschicht verbunden.
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In anderen Merkmalen wird die Stromschiene unter Verwendung von druckempfindlichem Klebstoff an der ersten Deckschicht des Flex-Folien-Substrats befestigt.
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Der Temperatursensor umfasst einen Temperatursensor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Temperatursensor). Der Temperatursensor ist mit leitfähigem Klebstoff an der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn befestigt. Über dem Temperatursensor und der ersten Öffnung im Flex-Folien-Substrat ist eine Schutzschicht angeordnet.
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In anderen Merkmalen umfasst die Schutzschicht eine Beschichtung. Die Schutzschicht umfasst eine konforme Beschichtung. Ein Batteriesystem umfasst einen Rahmen, eine Vielzahl von Stromschienen einschließlich der Stromschiene und das Erfassungssystem. Die Vielzahl von Stromschienen ist an dem Rahmen befestigt.
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In anderen Merkmalen ist das Flex-Folien-Substrat in Kontakt mit einer oberen Oberfläche der Stromschiene angeordnet. Das Flex-Folien-Substrat umfasst eine dritte Leiterbahn und eine zweite Öffnung in der zweiten Deckschicht. Die dritte Leiterbahn ist durch die zweite Öffnung mit einer unteren Oberfläche mindestens einer weiteren Stromschiene der Vielzahl von Stromschienen verbunden.
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In anderen Merkmalen ist die dritte Leiterbahn des Flex-Folien-Substrats mit der dritten Leiterbahn ultraschallverschweißt. Die Stromschiene und die mindestens eine weitere der Vielzahl von Stromschienen sind nebeneinander angeordnet.
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Ein Verbinder für ein Batteriesystem umfasst einen Rahmen und eine Vielzahl von Stromschienen, die an dem Rahmen befestigt sind. Ein Flex-Folien-Substrat enthält eine erste Deckschicht, eine zweite Deckschicht und eine leitfähige Schicht, die ein Leiterbahnmuster mit Leiterbahnen definiert und sandwichartig zwischen der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht angeordnet ist. Eine erste Öffnung in der zweiten Deckschicht legt eine erste Leiterbahn und eine zweite Leiterbahn des Leiterbahnmusters frei. Eine zweite Öffnung in der zweiten Deckschicht legt eine dritte Leiterbahn des Leiterbahnmusters frei. Eine äußere Oberfläche der ersten Deckschicht ist an einer ersten Oberfläche einer ersten der Vielzahl von Stromschienen befestigt. Die dritte Leiterbahn des Flex-Folien-Substrats in der zweiten Öffnung ist mit einer zweiten Oberfläche einer zweiten der Vielzahl von Stromschienen verbunden. Ein Temperatursensor ist in der ersten Öffnung mit der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn des Leiterbahnmusters verbunden.
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In anderen Merkmalen befindet sich die zweite Oberfläche der zweiten der Vielzahl von Stromschienen auf einer der Batterie zugewandten Seite des Verbinders und die erste Oberfläche der ersten der Vielzahl von Stromschienen befindet sich auf einer Seite, die der der Batterie zugewandten Seite des Verbinders gegenüberliegt. Die erste der Vielzahl von Stromschienen ist unter Verwendung eines druckempfindlichen Klebstoffs an der ersten Deckschicht des Flex-Folien-Substrats befestigt. Der Temperatursensor umfasst einen Temperatursensor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Temperatursensor). Der Temperatursensor ist mit leitfähigem Klebstoff an der ersten Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn befestigt. Über dem Temperatursensor und der ersten Öffnung im Flex-Folien-Substrat ist eine Schutzschicht angeordnet.
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In anderen Merkmalen umfasst die Schutzschicht eine Beschichtung. Die Schutzschicht umfasst eine konforme Beschichtung.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:
- 1 eine Draufsicht auf ein Beispiel einer Batterieverbinderbaugruppe mit einem Rahmen, Stromschienen und einem Flex-Folien-Substrat gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf ein Beispiel einer Batterieverbinderbaugruppe mit einem Rahmen, Stromschienen und einem Flex-Folien-Substrat gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 3 eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Flex-Folien-Substrats gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 4A eine Draufsicht auf ein Beispiel einer gedruckten Leiterplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 4B eine Seitenansicht ist, die ein Beispiel für eine gedruckte Leiterplatte zeigt, die mit dem Flex-Folien-Substrat unter Verwendung von leitfähigem Klebstoff gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden ist;
- 5 eine seitliche Querschnittsansicht einer Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
- 6 eine seitliche Querschnittsansicht des Flex-Folien-Substrats von 2 ist, das mit einem Temperatursensor und Stromschienen eines Batteriesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden ist.
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In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder identische Elemente zu bezeichnen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie oben beschrieben, kann die Temperatur von Komponenten eines Batteriesystems aus verschiedenen Gründen gemessen werden. Beispielsweise können Lade- und/oder Entladeraten auf der Grundlage der Batterietemperatur angepasst werden, um Schäden an den Batteriezellen zu vermeiden und/oder die Ladeeffizienz zu verbessern. Einige Batteriesysteme verwenden Temperatursensoren, die mit Klebstoff an einer Stromschiene befestigt sind. Kabel sind zu einem Steuergerät geführt, das den Temperatursensor überwacht.
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Flex-Folien-Substrate umfassen eine untere Schicht, eine mittlere Schicht mit leitfähigem Material wie Kupfer (Cu) oder Aluminium (AI), die ein Leiterbahnmuster mit Leiterbahnen definiert, und eine Deckschicht, die auf der mittleren Schicht angeordnet ist. Die Leiterbahnen des Flex-Folien-Substrats werden als Ersatz für Drähte von Kabelbäumen verwendet. Das Flex-Folien-Substrat kann zum Verbinden von Temperatursensoren mit der Batterie und zur Erfassung einer Stromschienenspannung verwendet werden.
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Die Platzierung und/oder Befestigung des Temperatursensors an der Stromschiene unter Verwendung des Flex-Folien-Substrats kann aus mehreren Gründen problematisch sein. In einigen Beispielen wird das Flex-Folien-Substrat mit den Stromschienen ultraschallverschweißt. Wenn der Temperatursensor in der Nähe einer Ultraschallschweißstelle an der Stromschiene oder zwischen einem Flex-Folien-Substrat und der Stromschiene angeordnet ist, können externe Kräfte dazu führen, dass der Temperatursensor die Stromschiene berührt, was zu einem Kurzschluss führen kann.
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Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Flex-Folien-Substrate, bei denen ein oder mehrere Temperatursensoren an Stellen befestigt sind, die von den Schweißstellen an der Stromschiene (zur Spannungserfassung) beabstandet sind. In einigen Beispielen verbindet das Flex-Folien-Substrat die Temperatursensoren mit einer oberen Oberfläche der Stromschienen, während das Flex-Folien-Substrat auch mit unteren Oberflächen der Stromschienen verbunden ist, um die Spannung zu erfassen. Diese Anordnung schützt tendenziell den Temperatursensor vor Beschädigungen und ermöglicht eine genaue Messung der Batterietemperatur. In einigen Beispielen enthält die Batterie Aluminium-Stromschienen und das Flex-Folien-Substrat enthält leitfähige Aluminium-Leiterbahnen, die mit einem Trockenfräsverfahren gefräst wurden.
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Die leitfähige Schicht des Flex-Folien-Substrats wird durch ein Trockenfräsverfahren gebildet, bei dem die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters entstehen. Eine Deckschicht wird über die Leiterbahnen gelegt. Die Öffnungen sind in der Deckschicht an Stellen vorgestanzt oder anderweitig geformt, die Positionen für das Schweißen und/oder für die Temperatursensoren entsprechen. Die Temperatursensoren werden nach dem Fräsen und Aufbringen der Deckschicht an dem Flex-Folien-Substrat befestigt. Die Leiterbahnen für die Zellenspannungserfassung und die Leiterbahnen für die Temperaturerfassung sind auf dem gemeinsamen Flex-Folien-Substrat kombiniert. Durch die Verwendung des Flex-Folien-Substrats werden Drähte und andere Komponenten, die für die Verbindung erforderlich sind, reduziert. Darüber hinaus wird durch die Verwendung des Flex-Folien-Substrats tendenziell die Zuverlässigkeit erhöht.
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Mit Bezug nun auf 1 ist eine Batterieverbinderbaugruppe 10 für ein Batteriesystem dargestellt. In einigen Beispielen umfasst das Batteriesystem zwei oder mehr Reihen von Batteriezellen (nicht dargestellt). In einigen Beispielen umfassen die Reihen von Batteriezellen 8 Batteriezellen, die in Reihe mit den Stromschienen verbunden sind, und die Reihen von Batteriezellen sind auch in Reihe mit den positiven und negativen Batterieanschlüssen miteinander verbunden. Es ist festzustellen, dass das hier beschriebene Batteriesystem nur zur Veranschaulichung dient und auch andere Anordnungen, Zellenzahlen und/oder Parallel- und/oder Reihenverbindungen der Batteriezellen usw. umfassen kann.
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Die Batterieverbinderbaugruppe 10 umfasst einen Rahmen 14, eine Vielzahl von Stromschienen 18-1, 18-2, ...(zusammen Stromschienen 18), die an dem Rahmen 14 befestigt sind, ein erstes Flex-Folien-Substrat 34-1 und ein zweites Flex-Folien-Substrat 34-2 (beide können allgemein als Flex-Folien-Substrat 34 bezeichnet werden). Obwohl das erste und das zweite Flex-Folien-Substrat 34-1 und 34-2 so dargestellt sind, dass sie unterhalb der Stromschienen 18 angeordnet sind, können das erste und das zweite Flex-Folien-Substrat 34-1 und 34-2 oberhalb, unterhalb und/oder oberhalb und unterhalb (z.B. 2) des Substrats angeordnet und/oder befestigt sein.
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In einigen Beispielen können die Stromschienen 18 Seite an Seite mit einem Expansionsabschnitt 20 verbunden sein, der sich dazwischen befindet, wie bei 18-1 und 18-2 gezeigt. Der Expansionsabschnitt 20 kann Metall umfassen, das gebogen oder gekrümmt ist, um eine relative Bewegung zu ermöglichen. In anderen Beispielen können die Stromschienen 18 mit einem Expansionsabschnitt 21, der sich dazwischen befindet, wie bei 18-3 und 18-4 gezeigt, Ende an Ende verbunden sein. In einigen Beispielen umfassen die Stromschienen 18 individuelle oder einzelne Stromschienen, wie bei 18-5 und 18-6 dargestellt.
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In einigen Beispielen enthalten eine oder mehrere der Stromschienen 18 ein oder mehrere Löcher 26, die von einer ihrer Oberflächen zu einer gegenüberliegenden ihrer Oberflächen durch sie hindurchgehen. Eine gegenüberliegende Oberfläche der Stromschienen 18 kann an dem Flex-Folien-Substrat 34 an entsprechenden Befestigungsstellen 28 befestigt werden. In einigen Beispielen wird das Flex-Folien-Substrat 34 durch Ultraschallschweißen befestigt. Das eine oder die mehreren Löcher 26 können angrenzend an die Befestigungsstellen 28 angeordnet sein. In einigen Beispielen kann Klebstoff in ausgewählte Löcher 26 eingebracht werden, um eine Zugentlastung an den Befestigungsstellen 28 zu erreichen.
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Der Rahmen 14 kann flexible Laschen 22 enthalten, die es ermöglichen, dass die Stromschienen 18 in den Rahmen 14 eingerastet, gehalten und bei Bedarf wieder gelöst werden können. In einigen Beispielen sind die flexiblen Laschen 22 entlang gegenüberliegender Seiten des Rahmens 14 angeordnet. Zusätzliche flexible Laschen 22 sind in einer ersten und einer zweiten Reihe neben einem Mittelteil des Rahmens 14 angeordnet.
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Nun mit Bezug auf 2 kann das Flex-Folien-Substrat 34 so angeordnet werden, dass ein oder mehrere Temperatursensoren 58 an einer oder mehreren einer Vielzahl von Stromschienen 50 befestigt werden können. Das Flex-Folien-Substrat 34 ist über einer Stromschiene 50-1 und unter einer Stromschiene 50-2 (die neben der Stromschiene 50-1 angeordnet ist) angeordnet. Der Temperatursensor 58 ist an einer oberen Oberfläche des Flex-Folien-Substrats 34 oberhalb der Stromschiene 50-1 befestigt. Ebenso ist eine Stromschiene 50-2 an einer oberen Oberfläche des Flex-Folien-Substrats 34 befestigt. In einigen Beispielen ist das Flex-Folien-Substrat 34 unter der Stromschiene 50-2 angeordnet und mit einer unteren Oberfläche der Stromschiene 50-2 ultraschallverschweißt, wie bei 56 gezeigt.
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In einigen Beispielen wird Klebstoff 54 auf das Flex-Folien-Substrat 34, über die Stromschiene 50-2 und auf das Flex-Folien-Substrat 34 aufgetragen, um das Flex-Folien-Substrat 34 daran zu befestigen. In einigen Beispielen wird der Klebstoff 54 neben der ersten und zweiten Seite der Ultraschallschweißung 56 aufgetragen.
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Mit Bezug nun auf 3 ist ein Beispiel für das Flex-Folien-Substrat 34 dargestellt. Das Flex-Folien-Substrat 34 umfasst eine leitfähige Schicht 60 und isolierende Schichten 62 (oder Deckschichten) auf einer oder beiden Seiten der leitfähigen Schicht 60. In einigen Beispielen besteht die leitfähige Schicht 60 aus Metall wie Al oder Cu und weist eine Dicke im Bereich von 5 µm bis 40 µm auf, obwohl auch dickere und dünnere Leiterbahnen verwendet werden können. In einigen Beispielen kann Cu mit einer Dicke von 9 µm, 18 µm oder 35 µm, oder AI mit einer Dicke von 9 µm oder 18 µm verwendet werden. In einigen Beispielen umfassen die isolierenden Schichten 62 Folien wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polyimid (PI), obwohl auch andere Materialien verwendet werden können.
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An einigen Stellen werden Teile der leitfähigen Schicht 60 und/oder der isolierenden Schicht 62 durch ein Trockenfräsverfahren entfernt, um Leiterbahnmuster und/oder Öffnungen zu erzeugen. Ein geeignetes Beispiel für ein Trockenfräsverfahren ist in dem am 5. April 2011 erteilten US-Patent Nr.
7,919,027 mit dem Titel „Methods and Devices for Manufacturing of Electrical Components and Laminated Structures“ dargestellt und beschrieben, das hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang einbezogen wird. Beim Trockenfräsverfahren wird eine Bahn des Flex-Folien-Substrats zwischen einem Fräsrad und einem Klischee hindurchgeführt.
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Das Klischee umfasst eine rotierende Trommel und ein an der rotierenden Trommel befestigtes flexibles Substrat mit einem Muster, das erhabene Teile und nicht erhabene Teile umfasst. Das Substrat ist an der Trommel befestigt. In einigen Beispielen wird das Muster durch Photolithographie hergestellt. Das Fräsrad ist auf einer gegenüberliegenden Seite der Bahn angeordnet. Die erhabenen Teile des Musters auf dem Klischee drücken die leitfähige Schicht in das Fräsrad und die entsprechenden Teile der leitfähigen Schicht werden entfernt. Auf ähnliche Weise kann auch die isolierende Schicht gefräst werden. Die verbleibende leitfähige Schicht wird dabei so gemustert, dass Leiterbahnen, Pads für Finger usw. und Zwischenbereiche entstehen, in denen die leitfähige Schicht nicht vorhanden ist. Nach dem Fräsen der leitfähigen Schicht kann eine isolierende Schicht oder Deckschicht über die leitfähige Schicht gelegt werden. Ein oder mehrere zusätzliche Frässchritte können verwendet werden, um Öffnungen zu erzeugen, die Teile der Leiterbahnen freilegen.
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Das Flex-Folien-Substrat 34 umfasst eine Anschlussstelle 70 und Leiterbahnen 72, die sich von der Anschlussstelle 70 zu anderen Stellen des Flex-Folien-Substrats 34 erstrecken. Die isolierende Schicht 62 wird von einer Seite der leitfähigen Schicht 60 an der Anschlussstelle 70 entfernt, um externe Verbindungen zu den Leiterbahnen 72 zu ermöglichen. In einigen Beispielen wird eine Vielzahl von Fingern 74 in das Flex-Folien-Substrat 34 geschnitten und die isolierende Schicht 62 wird von der Vielzahl der Finger 74 entfernt, wie bei 82 angegeben. Kanten der Vielzahl von Fingern 74 werden bei 78 geschnitten, um einen Teil der Vielzahl von Fingern 74 von dem Flex-Folien-Substrat 34 zu lösen, um eine Befestigung an den Stromschienen 18 durch Ultraschallschweißen, leitfähigen Klebstoff und/oder Kleber zu ermöglichen. In 3 weist die Vielzahl von Fingern 74 eine rechteckige Form auf und der Schnitt ist „U“-förmig, um drei Kanten der Vielzahl von Fingern 74 zu lösen. Es können jedoch auch andere Formen verwendet werden.
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In einigen Beispielen erstreckt sich eine erste Gruppe der Leiterbahnen 80 zu der Vielzahl von Fingern 74, die sich entlang einer Seite des Flex-Folien-Substrats 34 befinden. Eine zweite Gruppe der Leiterbahnen 84 erstreckt sich zu der Vielzahl von Fingern 74, die sich entlang einer anderen Seite des Flex-Folien-Substrats 34 befinden. Eine dritte Gruppe von Leiterbahnen 86 erstreckt sich zu einer ersten Stelle 88 und einer zweiten Stelle 90. In einigen Beispielen können die Temperatursensoren 58 oder andere Sensoren an den ersten und zweiten Stellen 88, 90 oder an anderen Stellen angeordnet sein. Das Flex-Folien-Substrat 34 kann auch ein oder mehrere beabstandete Löcher 92 enthalten, um einen Luftstrom durch den Rahmen 14 und das Flex-Folien-Substrat 34 hindurch zu ermöglichen.
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Nun mit Bezug auf 4A und 4B ist eine externe Verbindung mit dem Flex-Folien-Substrat gezeigt. In 4A ist eine gedruckte Leiterplatte 150 dargestellt. In 4B ist die gedruckte Leiterplatte 150 dargestellt, die an dem Flex-Folien-Substrat 34 befestigt ist. Die gedruckte Leiterplatte 150 enthält Leiterbahnen 154, die mit den Leiterbahnen 72 des Flex-Folien-Substrats 34 an der Anschlussstelle 70 ausgerichtet sind. Leitfähiger Klebstoff 164 wird zwischen einem Ende des Flex-Folien-Substrats 34 einschließlich der Anschlussstelle 70 und der gedruckten Leiterplatte 150 (wobei die Leiterbahnen 154 und 72 ausgerichtet sind) aufgetragen. In einigen Beispielen leitet der leitfähige Klebstoff 164 in eine Richtung (entsprechend einer Richtung des ausgeübten Drucks) und enthält Epoxidharz. In einigen Beispielen wird der heißhärtende Klebstoff Delo® Monopox verwendet. Zur Aushärtung des Klebstoffs werden Wärme und Druck in einer Richtung quer zur gedruckten Leiterplatte 150 über einen bestimmten Zeitraum aufgebracht. Die gedruckte Leiterplatte 150 kann plattierte Durchkontaktierungen 160 enthalten, um externe Verbindungen bereitzustellen.
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Nun auf 5 Bezug nehmend umfasst ein Batteriesystem 170 ein Batteriegehäuse 172, das eine Vielzahl von Batteriezellen 174 einschließt. Der Rahmen 14 umfasst die Stromschienen 18 (in 5 nicht dargestellt), die an der Vielzahl von Batteriezellen 174 im Batteriegehäuse 172 befestigt sind. Ein Verbinder 176 stellt eine Verbindung zum Batteriesystem 170 für Parametererfassungskomponenten und/oder zum Zellenausgleich (wie oben beschrieben) bereit. Anschlussverbindungen (nicht dargestellt) sind ebenfalls mit dem Batteriesystem 170 verbunden.
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Mit Bezug nun auf 6 umfasst eine Flex-Folien-Substratschaltung 200 ein Flex-Folien-Substrat 212, das eine Verbindung zu einem Temperatursensor 214 bereitstellt. Während das Flex-Folien-Substrat 212 so dargestellt ist, dass es einen einzelnen Temperatursensor 214 umfasst, der damit verbunden ist, kann das Flex-Folien-Substrat 212 eine Verbindung zu einer beliebigen Anzahl von Temperatursensoren 214 bereitstellen. In einigen Beispielen kann die Flex-Folien-Substratschaltung 200 zur Messung lokaler Temperaturen in einem Batteriesystem verwendet werden. Zum Beispiel kann die Flex-Folien-Substratschaltung 200 mit einer oder mehreren Stromschienen eines Batteriesystems, wie hier beschrieben, verbunden sein (und/oder mit jeder anderen Komponente eines Batteriesystems).
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Eine erste Stromschiene 220-1 ist auf einer nach unten weisenden Oberfläche einer Deckschicht 224 des Flex-Folien-Substrats 212 befestigt. In einigen Beispielen wird Klebstoff 226 verwendet, um das Flex-Folien-Substrat 212 physisch an der ersten Stromschiene 220-1 zu befestigen. In einigen Beispielen umfasst der Klebstoff 226 druckempfindlichen Klebstoff (PSA), obwohl auch andere Arten von Klebstoff verwendet werden können. Eine zweite Stromschiene 220-2 ist auf der gleichen Seite des Flex-Folien-Substrats 212 an einer von der ersten Stromschiene 220-1 beabstandeten Stelle befestigt. In einigen Beispielen ist das Flex-Folien-Substrat 212 an einer oberen Oberfläche der ersten Stromschiene 220-1 und einer unteren Oberfläche der zweiten Stromschiene 220-2 befestigt. Obwohl die erste und zweite Stromschiene 220-1 und 220-2 unmittelbar nebeneinander dargestellt sind, müssen der Temperaturerfassungsanschluss und der Spannungserfassungsanschluss nicht an unmittelbar benachbarten Stromschienen angebracht sein.
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Das Flex-Folien-Substrat 212 enthält eine leitfähige Schicht 230. Die leitfähige Schicht 230 definiert ein Leiterbahnmuster 232, das eine Vielzahl von Leiterbahnen enthält. In einigen Beispielen sind die Leiterbahnen des Leiterbahnmusters 232 gegeneinander isoliert und bilden unabhängige elektrische Verbindungen. Die leitfähige Schicht 230 ist zwischen der Deckschicht 224 (unten) und einer Deckschicht 238 (oben) sandwichartig angeordnet. In einigen Beispielen bestehen die Deckschichten 224 und/oder 238 aus einer isolierenden Folie wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polyimid (PI), obwohl auch andere Materialien verwendet werden können.
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Die Deckschicht 238 definiert außerdem eine oder mehrere Öffnungen 250 auf einer nach oben weisenden Oberfläche derselben, um die Befestigung an den Leiterbahnen des Leiterbahnmusters 232 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein oder können mehrere der Temperatursensoren 214 an Leiterbahnen des Flex-Folien-Substrats 212 befestigt werden.
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Die eine oder die mehreren Öffnungen 250 befinden sich in Bereichen, in denen Verbindungen zu den Leiterbahnen des Leiterbahnmusters 232 benötigt werden. In einigen Beispielen ist das Leiterbahnmuster 232 des Flex-Folien-Substrats 212 trocken gefräst. Im Allgemeinen umfasst ein trocken gefrästes Leiterbahnmuster Leiterbahnen mit gefrästen Kanten, die mit zunehmendem Abstand von einer darunter liegenden Schicht relativ zur Öffnung nach außen hin abfallen. Im Gegensatz dazu weisen geätzte Leiterbahnmuster im Allgemeinen geätzte Kanten auf, die mit zunehmendem Abstand von einer darunter liegenden Schicht relativ zur Öffnung nach innen hin abfallen.
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Zum Beispiel sind erste und zweite Leiterbahnen 254 und 256 des Leiterbahnmusters 232 in der Öffnung 250 freigelegt. In einigen Beispielen werden die ersten und zweiten Leiterbahnen 254 und 256 des Leiterbahnmusters 232 zu einer Komponente wie der oben beschriebenen gedruckten Leiterplatte 150 zurückgeführt.
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Zum Beispiel sind erste und zweite Leiter 260 und 262 eines Temperatursensors 214 an den ersten und zweiten Leiterbahnen 254 bzw. 256 des Flex-Folien-Substrats 212 in der Öffnung 250 befestigt. In einigen Beispielen verbindet elektrisch leitfähiger Klebstoff 266 die erste und zweite Leiterbahn 254 und 256 des Flex-Folien-Substrats 212 mit dem ersten und zweiten Leiter 260 und 262 des Temperatursensors 214. In einigen Beispielen umfasst der Temperatursensor 214 einen Temperatursensor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Temperatursensor).
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Eine Schutzschicht 272 ist über dem Temperatursensor 214 und der einen oder den mehreren Öffnungen 250 in dem Flex-Folien-Substrat 212 angeordnet. In einigen Beispielen umfasst die Schutzschicht 272 eine Deckschicht, wie sie oben beschrieben wurde, oder eine Schutzbeschichtung. In einigen Beispielen umfasst die Schutzbeschichtung eine konforme Spritzbeschichtung.
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Das Flex-Folien-Substrat 212 enthält eine Öffnung 282 in der Deckschicht 238, die eine dritte Leiterbahn 280 freilegt. In einigen Beispielen ist die dritte Leiterbahn 280 mit einer nach unten weisenden Oberfläche der zweiten Stromschiene 220-2 verbunden. In einigen Beispielen ist die dritte Leiterbahn 280 mit einer nach unten weisenden Oberfläche der zweiten Stromschiene 220-2 ultraschallverschweißt.
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Die vorstehende Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung und soll in keiner Weise die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, soll der tatsächliche Umfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt sein, da andere Modifikationen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne dass sich dadurch die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ändern. Obwohl jede der oben beschriebenen Ausführungsformen so beschrieben ist, dass sie bestimmte Merkmale aufweist, können ferner eines oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in einer beliebigen anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit Merkmalen einer beliebigen anderen Ausführungsform kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
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Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) sind mit verschiedenen Begriffen beschrieben, darunter „verbunden“, „im Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „über“, „oberhalb“, „unter“ und „angeordnet“. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ bezeichnet wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind. Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „mindestens eines von A, B und C“ als logische Verknüpfung (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER verstanden werden und nicht als „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“.
