EA045737B1

EA045737B1 - BATTERY MODULE MONITORING DEVICE AND BATTERY MODULE FOR ELECTRIC VEHICLE

Info

Publication number: EA045737B1
Application number: EA202292374
Authority: EA
Inventors: Кук Цзинь Кан; Сан Хён Нам
Original assignee: Энертек Интернейшнл, Инк.
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2023-12-21

Description

Настоящее изобретение относится к аккумуляторной батарее электромобиля, в частности к аккумуляторной батарее для электромобиля, имеющей возможность расширения за счет основного блока аккумуляторной батареи.The present invention relates to an electric vehicle battery, in particular to an electric vehicle battery capable of being expanded by a main battery pack.

На мировом автомобильном рынке меняется тенденция развития автомобилей с двигателем внутреннего сгорания на электромобили из-за растущих проблем загрязнения окружающей среды, связанных с выхлопными газами, ужесточения международных санкций, перспективами истощения запасов нефти и сохраняющимися высокими ценами на нефть. Экологически чистые электромобили становятся мощной альтернативой для устойчивого развития окружающей среды, поскольку они считаются эффективным средством сокращения глобальных выбросов парниковых газов. Более того, из-за давления роста стоимости топлива потребители предпочитают автомобили с меньшими затратами на горючее, поэтому показатели продаж электромобилей и гибридных автомобилей в развитых странах увеличиваются.The global automobile market is changing from internal combustion engine vehicles to electric vehicles due to growing pollution concerns related to exhaust fumes, tightening international sanctions, prospects of depleting oil reserves and continued high oil prices. Eco-friendly electric vehicles are emerging as a powerful alternative for environmental sustainability as they are considered an effective means of reducing global greenhouse gas emissions. Moreover, due to the pressure of rising fuel costs, consumers prefer cars with lower fuel costs, so the sales rates of electric and hybrid cars are increasing in developed countries.

Поэтому емкость и эффективность аккумуляторной батареи, который является ключевым компонентом для работы электромобиля, становятся самым важным фактором для электромобиля, а пробег в соответствии с характеристиками становится большой проблемой. В связи с этим растет интерес производителей автомобилей и потребителей автомобилей к решению данной проблемы.Therefore, the capacity and efficiency of the battery, which is a key component for the operation of an electric vehicle, becomes the most important factor for an electric vehicle, and driving range according to the performance becomes a big issue. In this regard, there is growing interest among car manufacturers and car consumers in solving this problem.

В обычной аккумуляторной батарее для электромобиля в основном используется свинцовая аккумуляторная батарея, но свинцовая аккумуляторная батарея используется в качестве источника питания автомобиля, и поэтому свинцовая аккумуляторная батарея имеет низкую емкость заряда по сравнению с весом и объемом. В связи с этим в основном используется батарея на основе лития.A conventional electric vehicle battery mainly uses a lead-acid battery, but the lead-acid battery is used as the vehicle's power supply, and therefore the lead-acid battery has low charge capacity compared with weight and volume. Due to this, lithium-based battery is mainly used.

Аккумулятор - это устройство, в основном сконфигурированное для замены химической энергии на электрическую. Использование вторичного аккумулятора, который может заряжаться и разряжаться вместе из-за характеристик транспортного средства, является основной предпосылкой.A battery is a device primarily configured to replace chemical energy with electrical energy. The use of a secondary battery, which can be charged and discharged together due to the characteristics of the vehicle, is a basic prerequisite.

Однако на химическую реакцию внутри аккумуляторной батареи влияют окружающие условия, такие как общая химическая реакция, и, в частности, температура. Например, в диапазоне высоких температур, где аномальные реакции могут снизить самостабильность и вызвать самоповреждение, может произойти самоповреждение батареи и возгорание транспортного средства.However, the chemical reaction inside the battery is influenced by environmental conditions, such as the overall chemical reaction and, in particular, temperature. For example, in the high temperature range, where abnormal reactions can reduce self-stability and cause self-damage, battery self-damage and vehicle fire may occur.

С другой стороны, тепло выделяется при зарядке или разрядке батареи из-за структурных изменений в химических веществах, образующих элементы, такие как анод, катод, электролит и т.д., но тепло, выделяемое током, протекает как тепло Джоуля.On the other hand, heat is generated when charging or discharging a battery due to structural changes in the chemicals forming the elements such as anode, cathode, electrolyte, etc., but the heat generated by current flows as Joule heat.

Считается, что элемент батареи сформирован из одинаковой структуры и материала, и при увеличении размера простого элемента аккумуляторной батареи объем, и количество тепла увеличиваются с одинаковой скоростью, и тепло выделяется в элементе аккумуляторной батареи в соответствии с объемом или массой.It is believed that the battery cell is formed from the same structure and material, and as the size of a simple battery cell increases, the volume and heat amount increase at the same rate, and heat is generated in the battery cell according to the volume or mass.

С другой стороны, отвод генерируемого тепла осуществляется через поверхность элемента батареи, количество отводимого тепла пропорционально части поверхности, разнице температур и времени, а часть поверхности пропорциональна квадрату размера.On the other hand, the heat generated is dissipated through the surface of the battery cell, the amount of heat dissipated is proportional to the surface portion, temperature difference and time, and the surface portion is proportional to the square of the size.

Соответственно, когда увеличиваются размер и емкость аккумуляторной батареи, тепло, выделяемое из аккумулятора, увеличивается по сравнению с теплом, выделяемым из аккумуляторной батареи при общем уровне температуры, температура аккумуляторной батареи увеличивается. Генерация тепла и тепловыделение уравновешиваются при температуре, превышающей общий уровень температуры.Accordingly, when the size and capacity of the battery increases, the heat generated from the battery increases compared with the heat generated from the battery at an overall temperature level, the temperature of the battery increases. Heat generation and heat release are balanced at a temperature above the general temperature level.

В общем, в аккумуляторе транспортного средства, требующем большой емкости, если потребность в увеличении мощности транспортного средства в час возрастает, а размер аккумулятора и емкость заряда увеличиваются, температура точки естественного баланса тепловыделения и теплоотдачи в аккумуляторе может быть очень высокой. Даже если батарея не вызывает пожара или взрыва, перегрев батареи может привести к деградации химических веществ, деградации элемента батареи, образованию газа, деградации устройства цепи и т.д., и общая функциональность аккумуляторной батареи и срок ее службы могут сократиться.In general, in a vehicle battery requiring large capacity, if the demand for increasing vehicle power per hour increases and the battery size and charge capacity increase, the temperature of the natural balance point of heat generation and heat dissipation in the battery may be very high. Even if the battery does not cause a fire or explosion, overheating of the battery may result in chemical degradation, battery cell degradation, gas generation, circuit device degradation, etc., and the battery's overall functionality and service life may be reduced.

Для решения этой проблемы в батарее большой емкости используются средства и метод принудительного охлаждения аккумуляторной батареи, причем может использоваться водяной тип охлаждения с помощью циркуляции охлаждающей воды, подобной двигателю внутреннего сгорания, или воздушный тип охлаждения с помощью ветра. С другой стороны, когда температура аккумуляторной батареи слишком высока, может быть использован схемный метод блокирования или ограничения подачи или притока электрической энергии из аккумуляторной батареи.To solve this problem, the high-capacity battery uses a means and method of forced cooling of the battery, and can use a water type of cooling by circulating cooling water similar to an internal combustion engine, or an air type of cooling by wind. On the other hand, when the temperature of the battery is too high, a circuit method may be used to block or limit the supply or flow of electrical energy from the battery.

Однако для точного измерения состояния аккумуляторной батареи, ограничения тока системы охлаждения, зарядки или разрядки батареи, необходимо точно оценить состояние аккумуляторной батареи, и с этой целью модуль батареи может включать в себя датчик температуры для измерения температуры каждого элемента аккумуляторной батареи.However, to accurately measure the condition of the battery, limiting the cooling system current, charging or discharging the battery, it is necessary to accurately assess the condition of the battery, and for this purpose, the battery module may include a temperature sensor to measure the temperature of each cell of the battery.

Электродные клеммы нескольких аккумуляторных элементов соединены последовательно и параллельно для получения высокой емкости и высокого напряжения в аккумуляторном блоке электромобиля, а аккумуляторные элементы и периферийное устройства подключены к системе управления батареей (BMS) аккумуляторного блока различными способами для проверки напряжения на электродной клемме элемента и регулировки состояния батареи.The electrode terminals of multiple battery cells are connected in series and parallel to obtain high capacity and high voltage in the electric vehicle battery pack, and the battery cells and peripheral devices are connected to the battery management system (BMS) of the battery pack in various ways to check the cell electrode terminal voltage and adjust the battery status .

- 1 045737- 1 045737

Поэтому батарейный модуль или блок аккумуляторов может быть снабжен компонентами для подключения различных элементов, а также проводом электродной клеммы аккумулятора, и может быть установлен так, чтобы быть компактным и легким, насколько это возможно, в ограниченном пространстве, таком как корпус, образующий блок аккумуляторов.Therefore, the battery module or battery pack may be provided with components for connecting various elements as well as a battery electrode terminal wire, and may be installed to be as compact and light as possible in a confined space such as a housing forming the battery pack.

В качестве более конкретного примера, модуль минимального устройства для контроля напряжения и температуры каждого элемента в батарейном блоке включает крышку для защиты и фиксации элемента, клемму для электрического соединения и шпильку для крепления, и собирается внутри корпуса или кожуха заранее определенного объема.As a more specific example, a minimum device module for monitoring the voltage and temperature of each cell in a battery pack includes a cover for protecting and securing the cell, a terminal for electrical connection, and a stud for fastening, and is assembled within a housing or casing of a predetermined volume.

Модуль литий-ионной батареи имеет структуру, в которой множество элементов уложены друг на друга, и для того, чтобы проверить, находятся ли напряжение и температура каждого элемента в нормальном состоянии, снаружи модуля батареи установлены такие средства, как реле контроля напряжения элемента и датчик для контроля температуры, и связанная с ними проводка.The lithium-ion battery module has a structure in which many cells are stacked on top of each other, and in order to check whether the voltage and temperature of each cell are in a normal state, means such as a cell voltage monitoring relay and a sensor for temperature controls, and associated wiring.

Устройство контроля модуля литий-ионной батареи включает в себя часть, установленную на боковой поверхности модуля батареи для контакта с клеммой (выводом) элемента, клемму со сжимающей планкой для поддержания твердого собранного состояния контактной части, шпильку и плату контроля, соединенную разъемом (FPCB).The lithium-ion battery module monitoring device includes a portion mounted on the side surface of the battery module for contacting a cell terminal (terminal), a terminal with a compression bar for maintaining a solid assembled state of the contact part, a pin, and a monitoring board connected by a connector (FPCB).

Однако в обычных устройствах контроля требуется большое пространство для установки контрольного кабеля, идущего от устройства контроля напряжения ячейки наружу, и сигнального кабеля от датчика для контроля температуры, а путь проводки для вывода кабеля наружу очень сложен.However, in conventional control devices, a large space is required to install the control cable from the cell voltage control device to the outside and the signal cable from the temperature control sensor, and the wiring path to bring the cable to the outside is very complicated.

Другими словами, кабель для измерения напряжения и температуры элемента состоит, например, из 20 или более сигнальных линий, и поэтому пространство, занимаемое кабелем, велико, кабель запутывается снаружи модуля батареи, и поэтому существует риск обрыва цепи.In other words, the cable for measuring cell voltage and temperature is composed of, for example, 20 or more signal lines, and therefore the space occupied by the cable is large, the cable gets tangled on the outside of the battery module, and therefore there is a risk of circuit breakage.

Кроме того, состояние выравнивания кабелей, закрепленных снаружи батарейного модуля, нестабильно, и соединение не является стабильным.In addition, the alignment state of the cables attached to the outside of the battery module is unstable, and the connection is not stable.

Задачей данного изобретения является создание устройства для контроля напряжения ячейки, температуры литий-ионного батарейного модуля и батарейного модуля для электромобиля путем исключения кабельного способа соединения, занимающего большое пространство для установки.The object of the present invention is to provide a device for monitoring cell voltage, temperature of a lithium-ion battery module and a battery module for an electric vehicle by eliminating the cable connection method, which takes up a large installation space.

Устройство контроля для модуля аккумуляторной батареи электромобиля согласно заявляемому изобретению для достижения вышеуказанной цели имеет интегральную конфигурацию, включающую терминал контроля напряжения ячейки и терминал контроля температуры в FPCB, который легко сгибается или гнется, и соединяет FPCB с каждой ячейкой аккумуляторного модуля в качестве части для соединения с BMS.The monitoring device for an electric vehicle battery module according to the claimed invention, in order to achieve the above purpose, has an integral configuration including a cell voltage monitoring terminal and a temperature monitoring terminal in the FPCB, which is easy to bend or bend, and connects the FPCB to each cell of the battery module as a part for connecting to BMS.

В этом случае положения выводов терминала контроля напряжения ячейки и выводов терминала контроля температуры определяются и располагаются в одной FPCB путем расположения ячеек в модуле и определения положения выводов электродов и положения измерения температуры ячейки в ячейке, и в значительной части может быть сформировано кольцевое их расположение.In this case, the terminal positions of the cell voltage control terminal and the temperature control terminal terminals are determined and arranged in one FPCB by arranging the cells in the module and determining the position of the electrode terminals and the cell temperature measurement position in the cell, and a ring arrangement thereof can be formed to a large extent.

Говоря более конкретно, устройство контроля батарей электромобилей включает несколько вторичных батарейных элементов, физически перекрывающих друг друга, механизм (раму) для крепления вторичных батарейных элементов, проводку для электрического соединения друг с другом и блок схемы для проверки напряжения и температуры элемента. Устройство характеризуется тем, что оно включает гибкую печатную плату (FPCB).More specifically, an electric vehicle battery monitoring device includes multiple secondary battery cells physically overlapping each other, a mechanism (frame) for attaching the secondary battery cells, wiring for electrical connection with each other, and a circuit assembly for checking cell voltage and temperature. The device is characterized in that it includes a flexible printed circuit board (FPCB).

В этом случае в качестве датчика температуры может быть использован термистор. Батарейный модуль для электромобиля, согласно настоящему изобретению, для достижения вышеупомянутых задач заключается в следующем.In this case, a thermistor can be used as a temperature sensor. A battery module for an electric vehicle according to the present invention to achieve the above-mentioned objects is as follows.

Аккумуляторный модуль для электромобиля включает в себя множество вторичных аккумуляторных элементов, физически перекрытых друг с другом, механизм для крепления вторичных аккумуляторных элементов, блок цепи, включающий провода для электрического соединения элементов друг с другом и получения энергии, и провод для циркуляции электрического сигнала.A battery module for an electric vehicle includes a plurality of secondary battery cells physically overlapped with each other, a mechanism for attaching the secondary battery cells, a circuit assembly including wires for electrically connecting the cells to each other and receiving power, and a wire for circulating an electrical signal.

Устройство контроля включает в себя электрический терминал для измерения напряжения, подключенный к электродному выводу элемента, и гибкую печатную плату (FPCB), включающую датчик температуры, который находится в тесном контакте с элементом для изменения электрического сигнала в зависимости от температуры элемента.The control device includes an electrical terminal for measuring voltage connected to the electrode terminal of the cell, and a flexible printed circuit board (FPCB) including a temperature sensor that is in close contact with the cell to change the electrical signal depending on the temperature of the cell.

В этом случае каждый элемент батареи сформирован из призматической или мешочной вторичной батареи, пара поверхностей большой площади перекрывают друг друга посредством теплопроводных пластин. Множество пар расположены так, чтобы перекрывать друг друга с помощью каркаса. Шпилька установлена на одной стороне элемента батареи, и пара шпилек установлена вокруг отверстия под установочный штифт, сформированного для обнажения части боковой поверхности, на которой сформирован электродный зажим.In this case, each battery cell is formed from a prismatic or pouch secondary battery, a pair of large area surfaces overlapping each other through thermally conductive plates. Multiple pairs are arranged to overlap each other using a frame. A pin is mounted on one side of the battery cell, and a pair of pins is mounted around a locating pin hole formed to expose a portion of the side surface on which the electrode clamp is formed.

При прохождении шпильки через отверстие FPCB и закреплении шпильки крепежным средством (винтом), часть открытой стороны ячейки контактирует с термистором FPCB, и электрическая клемма измерения напряжения FPCB может быть электрически соединена путем перекрытия электродных клемм пары ячеек.By passing a pin through the hole of the FPCB and securing the pin with a fastener (screw), a portion of the open side of the cell contacts the FPCB thermistor, and the FPCB voltage sense terminal can be electrically connected by bridging the electrode terminals of the pair of cells.

- 2 045737- 2 045737

Согласно данному изобретению, кабель, занимающий большое монтажное пространство в существующем батарейном модуле, может быть интегрально изготовлен путем включения температурного датчика, такого как клемма для контроля напряжения ячейки и термистор для контроля температуры ячейки в FPCB, тем самым упрощая проводку.According to the present invention, a cable occupying a large installation space in an existing battery module can be integrally manufactured by including a temperature sensor such as a terminal for monitoring cell voltage and a thermistor for monitoring cell temperature in the FPCB, thereby simplifying wiring.

Согласно данному изобретению, FPCB, способная уменьшить объем и вес по сравнению с кабелем, используется для проводки в батарейном модуле, а сама FPCB может быть относительно изогнута и согнута, тем самым свободно проектируя направление проводки в модуле и уменьшая размер модуля.According to the present invention, an FPCB capable of reducing volume and weight compared with a cable is used for wiring in a battery module, and the FPCB itself can be relatively bent and bent, thereby freely designing the wiring direction in the module and reducing the size of the module.

Таким образом, при контроле напряжения элемента и температуры модуля литий-ионной батареи, соответствующее устройство и модуль батареи, включающий в себя то же самое, могут быть простыми, маленькими и легкими, и возможность дефекта из-за путаницы, вызванной проводкой и помехами, может быть уменьшена.Thus, when monitoring the cell voltage and temperature of a lithium ion battery module, the corresponding device and battery module including the same can be simple, small and lightweight, and the possibility of defect due to confusion caused by wiring and interference may be reduced.

Фиг. 1 - вид в плане, иллюстрирующий форму клеммы для измерения напряжения в одном варианте осуществления данного изобретения;Fig. 1 is a plan view illustrating the shape of a voltage measuring terminal in one embodiment of the present invention;

фиг. 2 - вид в плане, иллюстрирующий термисторное устройство для измерения температуры и соединенную с ним клемму проводки;fig. 2 is a plan view illustrating a thermistor temperature measuring device and a wiring terminal connected thereto;

фиг. 3 - вид в плане и вид снизу, иллюстрирующий вариант устройства контроля напряжения и температуры ячейки модуля батареи электромобиля;fig. 3 is a plan view and a bottom view illustrating an embodiment of a cell voltage and temperature control device for an electric vehicle battery module;

фиг. 4 представляет собой вид в плане (передняя поверхность) и вид снизу, иллюстрирующий вариант устройства контроля устройство контроля температуры задней поверхности;fig. 4 is a plan view (front surface) and a bottom view illustrating an embodiment of the control device of the rear surface temperature control device;

фиг. 7 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий форму, в которой два модуля литий-ионных батарей в соответствии с данным изобретением соединены для формирования вспомогательного батарейного отсека;fig. 7 is a perspective view illustrating a shape in which two lithium ion battery modules according to the present invention are connected to form an auxiliary battery compartment;

фиг. 8 - вид в перспективе, иллюстрирующий форму соединения контроллера литий-ионной энергии, фиг. 8 - вид в перспективе, иллюстрирующий состояние, в котором два разъема данного изобретения соединены с одним разъемом в двойной ряд.fig. 8 is a perspective view illustrating the connection shape of the lithium-ion energy controller; FIG. 8 is a perspective view illustrating a state in which two connectors of the present invention are connected to one connector in a double row.

Здесь и далее данное изобретение будет описано более подробно на примере конкретных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи.Hereinafter, the present invention will be described in more detail using specific embodiments with reference to the drawings.

Фиг. 3 представляет собой вид в плане (передняя поверхность) и вид снизу (задняя поверхность), схематически показывающий конфигурацию устройства контроля напряжения и температуры ячейки в соответствии с одним из вариантов осуществления (тип А), а фиг. 4 представляет собой вид в плане (передняя поверхность) и вид снизу (устройство контроля температуры задней поверхности) в соответствии с другим вариантом осуществления (тип В) данного изобретения.Fig. 3 is a plan view (front surface) and a bottom view (rear surface) schematically showing the configuration of a cell voltage and temperature control device according to one embodiment (Type A), and FIG. 4 is a plan view (front surface) and a bottom view (rear surface temperature control device) in accordance with another embodiment (Type B) of the present invention.

Ссылаясь на фиг. 3 и 4, в настоящих вариантах осуществления изобретения устройство включает в себя клеммы, FPCB 503 и 603, включая провода, выходящие из клемм, и гнездовые соединители 504 и 604, соединенные с местами соединений (303 и 403).Referring to FIG. 3 and 4, in the present embodiments, the device includes terminals, FPCBs 503 and 603 including wires extending from the terminals, and female connectors 504 and 604 connected to the connection points (303 and 403).

FPCB имеет часть формирования клемм, в которой формируются клеммы и отводятся провода от клемм, и соединительную часть, в которой собираются и удлиняются только провода, а конец соединительной части, снабжен гнездовым разъемом для соединения с внешней частью устройства.The FPCB has a terminal forming portion in which terminals are formed and wires are routed from the terminals, and a connecting portion in which only wires are assembled and extended, and the end of the connecting portion is provided with a female connector for connecting to the outside of the device.

В блоке формирования выводов, в котором установлены и расположены выводы, множество выводов FPCB, например, выводы для измерения напряжения (101, 301 и 401), как показано на фиг. 1, формируются через заранее определенные интервалы в направлении длины FPCB, и устанавливаются выводы FPCB (201, 302 и 402). В клемме измерения эффективного напряжения (101) и термисторном устройстве (201) образующий проводящий провод вытягивается в вертикальном направлении в FPCB и собирается, образуя параллельную линию, и простирается в горизонтальном продольном направлении.In the terminal block in which the terminals are mounted and arranged, a plurality of FPCB terminals, such as voltage sensing terminals (101, 301 and 401), as shown in FIG. 1 are generated at predetermined intervals in the length direction of the FPCB, and the FPCB pins (201, 302 and 402) are set. In the effective voltage measuring terminal (101) and the thermistor device (201), a forming conductive wire is extended in the vertical direction in the FPCB and collected to form a parallel line, and extends in the horizontal longitudinal direction.

Видно, что соединительная часть имеет горизонтальную часть, простирающуюся в продольном направлении от части, образующей клеммы, и вертикальные части (304, 404), простирающиеся вертикально, и на конце вертикальной части установлен соединитель с внутренней резьбой. Здесь гнездовые разъемы (504 и 604) представляют собой разъемы с функцией передачи сигнала, имеющие множество контактов.It can be seen that the connecting portion has a horizontal portion extending longitudinally from the terminal forming portion and vertical portions (304, 404) extending vertically, and a female thread connector is provided at the end of the vertical portion. Here, the female connectors (504 and 604) are signal-transmitting connectors having multiple pins.

Однако, как показано на фиг. 3, проводка подключена только к клеммам измерения напряжения (101, 301 и 40) над горизонтальной линией, проходящей через середину образующей клеммы части, а на фиг. 4 показано, что проводка для измерения напряжения может быть установлена в достаточном количестве и может быть создана и использована FPCB.However, as shown in FIG. 3, the wiring is connected only to the voltage measurement terminals (101, 301 and 40) above the horizontal line passing through the middle of the terminal-forming part, and in FIG. 4 shows that voltage sensing wiring can be installed in sufficient quantity and FPCB can be constructed and used.

Со ссылкой на фиг. 1, клемма для измерения напряжения установлена вокруг отверстия, с которым соединено отверстие для шпильки (102), и клемма имеет форму, соединенную с проводкой в состоянии, изолированном от периферийных устройств, и в общем состоянии, не полностью изолированном от периферии. Таким образом, клеммы могут быть выбраны и использованы в соответствии с вариантом конфигурации.With reference to FIG. 1, a voltage sensing terminal is installed around a hole to which a pin hole (102) is connected, and the terminal is shaped to be connected to the wiring in a state isolated from peripheral devices and in a general state not completely isolated from peripheral devices. In this way, the terminals can be selected and used according to the configuration option.

Как показано на фиг. 2, термисторное реле может быть сформировано из устройства, имеющего электродвижущую силу в зависимости от температуры, и один провод соединен с одним концом устройства, обычно соединенного с периферией (внешними устройствами), для обнаружения разности потенциалов между проводкой и периферией. Это примерный вариант, и конкретная конфигурация можетAs shown in FIG. 2, a thermistor relay can be formed from a device having electromotive force depending on temperature, and one wire is connected to one end of the device, usually connected to peripherals (external devices), to detect the potential difference between the wiring and the peripherals. This is an example and your specific configuration may

- 3 045737 быть выполнена в соответствии с известным термисторным элементом. Термисторное устройство может быть соединено с FPCB в форме конструктивного исполнения для поверхностного монтажа (SMD) для формирования заявленного устройства, и в некоторых случаях может быть использовано для легкого прикрепления к конкретной части при контакте с частью элемента для определения температуры элемента.- 3 045737 be made in accordance with a known thermistor element. The thermistor device may be coupled to an FPCB in the form of a surface mount design (SMD) to form the inventive device, and in some cases may be used to be easily attached to a specific part in contact with a part of the element to determine the temperature of the element.

Когда формируется гибкая печатная плата (FPCB), формирующая клеммы часть может быть согнута в продольном направлении по оси X, горизонтальная часть соединительной части может быть размещена по оси Y, вертикальная часть может быть размещена по оси Z, устройство может быть миниатюрным и легким, и может быть создана проводка высокой прочности и высокой плотности.When a flexible printed circuit board (FPCB) is formed, the terminal forming part can be bent in the longitudinal direction along the X axis, the horizontal part of the connecting part can be placed along the Y axis, the vertical part can be placed along the Z axis, the device can be miniaturized and lightweight, and high strength and high density wiring can be created.

Кроме того, когда терминал контроля напряжения и термисторное устройство измерения температуры образуют одну FPCB, кабель для терминала измерения напряжения и сигнальный кабель для термисторного устройства измерения температуры имеют раздельную конфигурацию для предотвращения осложнений между кабелями.In addition, when the voltage monitoring terminal and the thermistor temperature sensing device form one FPCB, the cable for the voltage sensing terminal and the signal cable for the thermistor temperature sensing device are configured separately to prevent complications between cables.

Гнездовые разъемы (303 и 403) для передачи сигнала с несколькими контактами, сформированные на конце FPCB, собраны в вертикальном направлении вдоль направления длины, и спецификация ширины гнездовых разъемов (303 и 403) может быть несколько больше, чем ширина FPCB (см. позиции на чертежа (304, 404). FPCB может быть односторонней FPCB, в которой клемма и рисунок ограничены одной поверхностью, или двухсторонней FPCB, установленной вместе на обоих поверхностях, если это необходимо.The socket connectors (303 and 403) for multi-pin signal transmission formed on the end of the FPCB are assembled in the vertical direction along the length direction, and the specification of the width of the socket connectors (303 and 403) may be slightly larger than the width of the FPCB (see items on drawing (304, 404).The FPCB can be a single-sided FPCB, in which the terminal and pattern are confined to one surface, or a double-sided FPCB mounted together on both surfaces, if necessary.

Ссылаясь на фиг. 5 и 6, устройство FPCB для контроля напряжения и температуры ячейки установлено в модуле литий-ионной батареи, клеммы измерения напряжения (101), предусмотренные на поверхностях FPCB (503) и (603), тесно связаны с электродными клеммами ячейки, то есть с клеммами ячейки (505 и 605).Referring to FIG. 5 and 6, an FPCB device for monitoring cell voltage and temperature is installed in the lithium-ion battery module, voltage measurement terminals (101) provided on the FPCB surfaces (503) and (603) are closely connected with the electrode terminals of the cell, that is, with the terminals cells (505 and 605).

При реализации метода установки электродной клеммы ячейки, ряда ячеек, образующих модуль, и т.д. терминал контроля напряжения и температуры ячейки могут быть установлены только на одной стороне или на обеих противоположных сторонах модуля.When implementing the method of installing the electrode terminal of a cell, a series of cells forming a module, etc. The voltage and temperature monitoring terminal of the cell can be installed on only one side or on both opposite sides of the module.

Когда устройство контроля, согласно данному изобретению, установлено на каждой стороне аккумуляторного модуля, для сборки клемм ячеек (505 и 605) на стороне модуля используются два или более устройств FPCB, например, если используется только тип А или тип В, R-LEC (удаленный контроллер литий-ионной энергии) может быть поврежден и возгореться из-за высокой разницы напряжения.When the monitoring device according to the present invention is installed on each side of the battery module, two or more FPCBs are used to assemble the cell terminals (505 and 605) on the module side, for example, if only type A or type B is used, R-LEC (remote lithium-ion energy controller) may be damaged and catch fire due to the high voltage difference.

Соответственно, как показано на фиг. 3 и 4, расположение отверстий для шпилек (102) блока FPCB, к которым крепятся шпильки (502 и 602) в раме блока ячеек, формируется по-разному, так что FPCB типа А и FPCB типа В не совпадают друг с другом, тем самым подавляя или предотвращая проблемы с FPCB.Accordingly, as shown in FIG. 3 and 4, the arrangement of the holes for the studs (102) of the FPCB block to which the studs (502 and 602) in the frame of the cell block are attached are formed differently, so that the FPCB type A and the FPCB type B do not coincide with each other, thereby suppressing or preventing problems with FPCB.

Кроме того, обычно также может использоваться способ предотвращения ошибочной вставки путем изменения размеров двух или более блоков FPCB.In addition, a method for preventing erroneous insertion by resizing two or more FPCBs can also generally be used.

Поскольку состояние прямого контакта между термисторным устройством (201) для измерения температуры и клеммами элементов (505 и 605) может привести к дефектам и выходу из строя термисторного устройства (201), предпочтительно, чтобы был применен кремниевый наполнитель для предотвращения короткого замыкания и обеспечения надежной передачи температуры элемента.Since the direct contact condition between the temperature sensing thermistor device (201) and the terminals of the elements (505 and 605) may cause defects and failure of the thermistor device (201), it is preferable that silicon filler be applied to prevent short circuit and ensure reliable transmission element temperature.

Фиг. 7 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий форму, в которой два модуля литий-ионных батарей в соответствии с данным изобретением соединены для формирования вспомогательного батарейного отсека, а напряжение ячейки и устройство контроля температуры в модуле соединены с R-LEC (удаленный контроллер литий-ионной энергии) в верхней части вспомогательного батарейного отсека.Fig. 7 is a perspective view illustrating a shape in which two lithium-ion battery modules according to the present invention are connected to form an auxiliary battery compartment, and the cell voltage and temperature control device in the module are connected to the R-LEC (remote lithium-ion battery controller). energy) on the top of the auxiliary battery compartment.

Для этого модуль может быть размещен в отдельном корпусе или футляре, или может быть соединен с панелью или кронштейном, защищающим периферийную сторону. Над верхней крышкой, закрывающей верхнюю часть модуля, видно, что расположен R-LEC, который может быть соединен с гнездовым разъемом модуля, который может быть промежуточным средством для соединения с BMS. R-LEC двух модулей могут быть соединены друг с другом проводниками необходимым образом.To do this, the module can be housed in a separate housing or case, or it can be connected to a panel or bracket that protects the peripheral side. Above the top cover covering the top of the module, it can be seen that there is an R-LEC, which can be connected to the female connector of the module, which can be an intermediate means for connecting to the BMS. The R-LEC of two modules can be connected to each other by wires as required.

В верхней крышке сформированы концевая часть FPCB каждого модуля и щель или отверстие, через которое может проходить внутренний разъем.The top cover is formed by the end portion of the FPCB of each module and a slot or hole through which the internal connector can pass.

Фиг. 8 иллюстрирует форму расположения для соединения двух устройств контроля, подключенных к одному модулю, и R-LEC на фиг. 7. Как показано на фиг. 5 и 6, два устройства мониторинга типа FPCB, подключенные к одному батарейному модулю, согнуты и расположены так, чтобы контактировать с модулем в трех измерениях, перекрыты в вертикальной части соединительной части, расположены так, чтобы образовать двойной слой на концевой части, и соединены с R-LEC, имеющим соединительную часть типа штекреного (соединительного) разъема. Здесь гнездовой разъем для передачи сигнала, имеющий множество контактов, собран в несколько рядов, и размер гнездового разъема для передачи сигнала в каждом ряде определяется на уровне, обеспечивающем безопасность проводки FPCB.Fig. 8 illustrates a layout shape for connecting two monitoring devices connected to one module, and the R-LEC in FIG. 7. As shown in FIG. 5 and 6, two FPCB type monitoring devices connected to one battery module are bent and arranged to contact the module in three dimensions, overlapped in the vertical part of the connecting part, arranged to form a double layer at the end part, and connected to R-LEC, having a connecting part like a plug-in connector. Here, a signal transmission socket having a plurality of pins is assembled into several rows, and the size of the signal transmission socket in each row is determined at a level that ensures the safety of the FPCB wiring.

Как описано выше, в конфигурации схемы для мониторинга напряжения ячейки и температуры модуля литий-ионной батареи, интерфейс между ячейкой и разъемом конфигурируется как FPCB, тем са- 4 045737 мым улучшая сопротивление напряжения и сопротивление отслеживания и повышая точность измерения напряжения ячейки. В частности, благодаря использованию FPCB, способного к многократным изгибам, обладающего высокой прочностью и высокой плотностью проводки и имеющего превосходную степень свободы проводки, можно предотвратить риск разъединения в результате сложной установки в существующем запутанном состоянии кабеля.As described above, in the circuit configuration for monitoring the cell voltage and temperature of the lithium-ion battery module, the interface between the cell and the connector is configured as FPCB, thereby improving the voltage resistance and tracking resistance and improving the accuracy of cell voltage measurement. In particular, by using FPCB, which is capable of multiple bending, has high strength and high wiring density, and has an excellent degree of wiring freedom, the risk of disconnection due to complex installation in the existing tangled cable condition can be prevented.

С другой стороны, в качестве примера конфигурации модуля, соединенного с устройством контроля, согласно заявленному изобретению, при формировании модуля батареи, вторичный элемент батареи, использующий литий, в основном используется для увеличения емкости соотношения объема или веса, и здесь, сборка ячеек выполнена так, что обращена к прямоугольной раме. Теплопроводный радиатор, такой как алюминиевая пластина, установлен между парой элементов и ячеек таким образом, чтобы использоваться для нагрева или охлаждения ячеек.On the other hand, as an example of the configuration of the module connected to the control device according to the claimed invention, when forming a battery module, the secondary battery cell using lithium is mainly used to increase the capacity of the volume or weight ratio, and here, the cell assembly is configured so that that faces the rectangular frame. A thermally conductive heat sink, such as an aluminum plate, is mounted between a pair of elements and cells so as to be used to heat or cool the cells.

Винт, пронизывающий множество рамок, и теплопроводник закреплены в состоянии, в котором множество ячеек и теплопроводник перекрываются в левом и правом направлении, а два электродных терминала управления (505 и 605) установлены на противоположных сторонах, например, в переднезаднем направлении мешочных ячеек (формат мешочек, pouch cell).The screw piercing the plurality of frames and the heat conductor are fixed in a state in which the plurality of cells and the heat conductor overlap in the left and right directions, and two electrode control terminals (505 and 605) are installed on opposite sides, for example, in the anteroposterior direction of the pouch cells (pouch format , pouch cell).

В раме сформирована шпилька (602), а электродные клеммы одинаковой полярности пары ячеек согнуты так, чтобы перекрывать друг друга над рамой, чтобы избежать контакта со шпильками и выходить наружу.A pin (602) is formed in the frame, and the electrode terminals of the same polarity of the pair of cells are bent to overlap each other above the frame to avoid contact with the pins and extend out.

Первая алюминиевая пластина с отверстием, сформированным в месте расположения шпильки (602), укладывается на клемму ячейки или электродную клемму, электрическая клемма для измерения напряжения и устройство FPCB с термистором в качестве датчика измерения температуры, а затем на нее укладывается вторая пластина или прижимной выступ (606).The first aluminum plate with a hole formed at the location of the pin (602) is laid on the cell terminal or electrode terminal, the electrical terminal for voltage measurement and the FPCB device with the thermistor as a temperature sensing sensor, and then the second plate or clamping protrusion is laid on it. 606).

Гайка (607) соединена со шпилькой, и гайка затягивается для скрепления рамы со шпилькой, первой алюминиевой пластиной, FPCB и второй пластиной.A nut (607) is connected to the stud, and the nut is tightened to secure the frame to the stud, the first aluminum plate, the FPCB, and the second plate.

В этом случае клемма для измерения напряжения формируется вокруг отверстия и электрически соединяется с клеммой ячейки (электродной клеммой) ячейки пакета вокруг шпильки (602), а датчик (термисторное устройство: (201)) для измерения температуры FPCB находится в тесном контакте с частью поверхности открытой ячейки. То есть, термистор не контактирует с первой алюминиевой пластиной, а контактирует с частью поверхности ячейки, открытой через удаленную часть рамы. Однако часть поверхности ячейки является электрически непроводящей и имеет отличную теплопроводность, так как она прочно соединена с частью открытой поверхности ячейки путем нанесения клейкого слоя или ленты с клейким слоем, термистор распознает температуру ячейки.In this case, a voltage sensing terminal is formed around the hole and electrically connected to the cell terminal (electrode terminal) of the stack cell around the pin (602), and a sensor (thermistor device: (201)) for sensing the FPCB temperature is in close contact with the exposed surface portion cells. That is, the thermistor does not contact the first aluminum plate, but rather contacts a portion of the cell surface exposed through a remote portion of the frame. However, part of the cell surface is electrically non-conductive and has excellent thermal conductivity, since it is firmly connected to part of the open surface of the cell by applying an adhesive layer or adhesive layer tape, the thermistor senses the temperature of the cell.

Термистор в основном использует изменение сопротивления в зависимости от температуры полупроводника и передает электрический сигнал, который изменяется в электрическом проводе в FPCB, подключенном к термистору, в зависимости от температуры. Таким образом представляется возможным подтвердить изменение температуры.The thermistor basically uses the change in resistance depending on the temperature of the semiconductor and transmits an electrical signal that changes in the electrical wire in the FPCB connected to the thermistor depending on the temperature. In this way it is possible to confirm the temperature change.

Провод, соединенный с термистором, то есть провод электрической проводимости, соединенный с клеммой для измерения напряжения, соединен с гнездовым разъемом, сформированным на одном конце FPCB, для вывода электрического сигнала наружу.A wire connected to the thermistor, that is, an electrical conduction wire connected to a terminal for measuring voltage, is connected to a female connector formed at one end of the FPCB to output an electrical signal to the outside.

Гнездовой разъем соединен с BMS через схемы модуля, установленный снаружи крышки или корпуса батарейного модуля, передает сигналы от датчика, необходимую для BMS, и принимает управляющий сигнал BMS.The female connector is connected to the BMS through module circuitry installed on the outside of the battery module cover or housing, transmits the sensor signals required by the BMS, and receives the control signal from the BMS.

В приведенном выше описании заявленное изобретение описано на примере ограниченных вариантов осуществления, но это предназначено лишь только иллюстрации и лучшего понимания сущности изобретения, таким образом, данное изобретение не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления.In the above description, the claimed invention is described in terms of limited embodiments, but this is intended to illustrate and better understand the invention only, and thus the invention is not limited to these specific embodiments.

Соответственно, специалист в данной области может внести различные изменения или примеры применения на основе данного изобретения, и такие изменения или примеры применения подпадают под формулу заявленного изобретения.Accordingly, one skilled in the art can make various changes or uses based on the present invention, and such changes or uses fall within the scope of the claimed invention.

Claims

1. A battery module for an electric vehicle, comprising a plurality of secondary battery cells that are physically stacked and overlapping each other, a frame for securing the secondary battery cells, and an electrical circuit assembly including wires for electrically connecting the secondary battery cells to each other and supplying power, as well as wires for distributing electrical signals, made on a flexible printed circuit board (FPCB), characterized in that there is a control device for the battery module, which is part of the electrical circuit block of the flexible printed circuit board (FPCB), and the control device for the battery module includes simultaneously voltage measurement terminals and temperature control terminals for individual elements of the secondary battery,

- 5 045737 The battery module includes an electrical control unit for measuring voltage connected to the electrode terminal of the secondary battery cell, and a pin is formed in the frame, and the electrode terminals of the same polarity of a pair of cells of the secondary battery cells are bent so as to overlap each other over the frame to avoid contact with the studs and come out, the first aluminum plate with a hole formed at the location of the stud is laid on the terminal of the secondary battery cell, the electrode terminal, the electrical terminal for voltage measurement and the FPCB with a temperature measurement sensor, and then the second plate is laid on it or a pressing protrusion, wherein the temperature measurement sensor, which is in close contact with the secondary battery element, is thermally insulated from the individual element of the secondary battery and changes the electrical signal in accordance with the temperature of the element, wherein a wire connected to the temperature measurement sensor, that is, an electrical conductivity wire, connected to a voltage sensing terminal, connected to a female connector formed at one end of the FPCB to output an electrical signal to the outside, wherein the female connector is connected to a battery management system (BMS) mounted on the outside of the battery module cover or body to transmit signals from the sensor, necessary for the BMS, and to receive a control signal from the BMS.

2. The battery module for an electric vehicle according to claim 1, wherein a thermistor is used as a temperature measuring sensor, wherein the thermistor does not contact the first aluminum plate, but contacts a portion of the cell surface exposed through the distal portion of the frame, wherein the portion of the cell surface is electrically non-conductive and has excellent thermal conductivity, since it is firmly connected to the part of the exposed surface of the cell by applying an adhesive layer or tape with an adhesive layer, the thermistor senses the temperature of the cell and basically uses the change in resistance depending on the temperature of the semiconductor and transmits an electrical signal that changes in electrical wire in a flexible printed circuit board (FPCB) connected to a thermistor, depending on the temperature.

3. The electric vehicle battery module of claim 1, wherein a flexible printed circuit board (FPCB) of which a control device for the battery module is a part is bent and positioned to contact the module in three dimensions and overlapped at a vertical portion of the connecting portion. , is arranged to form a double layer at the end portion, and is connected to a remote lithium-ion energy controller (R-LEC) being an intermediate means for connecting to a battery management system (BMS) having a female connector connection portion for signal transmission, having multiple pins that are arranged in multiple rows, and the size of the signal socket in each row is determined at a level that ensures the safety of the Flexible Printed Circuit Board (FPCB) wiring.