用于電氣化車輛的蓄電池總成的柔性電路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本公開的一示例性方面的柔性電路系統(tǒng)，除其他方面以外，包括基板、至少一個(gè)安裝在基板上的母線和至少一個(gè)與基板集成在一起的電壓感測(cè)導(dǎo)線。
【專利說明】用于電氣化車輛的蓄電池總成的柔性電路系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種電池電路，尤其涉及但不僅涉及一種用于電氣化車輛的蓄電池總 成的柔性電路系統(tǒng)（flexcircuitsystem)。

【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛（HEV)、插電式混合動(dòng)力車輛（PHEV)、純電動(dòng)車輛（BEV)以及其它已 知的電氣化車輛與傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛不同之處在于，它們使用一個(gè)或多個(gè)另外的或作為內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)的替代的電機(jī)（即，電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)）來驅(qū)動(dòng)車輛。電氣化車輛需要能夠輸出 用于為這樣的電機(jī)提供動(dòng)力的高電壓電流的電源。高電壓電流通常由一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存電力 的蓄電池總成供應(yīng)，電力可以用于向電機(jī)供應(yīng)動(dòng)力。
[0003] 蓄電池總成包括蓄電池單元（batterycell)，蓄電池單元配置成串聯(lián)或串并聯(lián)串 以便獲得電氣化車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的電壓和功率等級(jí)。蓄電池單元必須可靠地一個(gè)連 接至另一個(gè)以便獲得必要的電壓和功率等級(jí)。單獨(dú)的母線、測(cè)量每個(gè)蓄電池單元的電壓的 單獨(dú)的感測(cè)金屬線、塑料模制品、金屬?zèng)_壓件、金屬線卷鉤（crimp)、索環(huán)模制品（grommet molding)等通常用于充分地連接蓄電池單元。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本公開的示例性方面的柔性電路系統(tǒng)，除其他方面以外，包括基板、至少一個(gè) 安裝在基板上的母線和至少一個(gè)與基板集成在一起的電壓感測(cè)導(dǎo)線。
[0005] 在前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，基板由柔韌材料制成。
[0006] 在前述系統(tǒng)中的另一非限制性實(shí)施例中，柔韌材料包括聚酰亞胺。
[0007] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，膠黏劑設(shè)置在至少一個(gè)母線和基板之 間。
[0008] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線印刷到基板的 外表面上。
[0009] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線夾在基板的至 少兩個(gè)電介質(zhì)層之間。
[0010] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線在母線和配置 成連接至控制模塊的連接器之間延伸。
[0011] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，在至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線中形成熔斷 件（fuselink)。
[0012] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，穿過基板的開口配置成進(jìn)入熔斷件。
[0013] 在任何前述系統(tǒng)的另一非限制性實(shí)施例中，熔斷件是至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線的銅 跡線的變窄部分，熔斷件配置成響應(yīng)于高電流事件而切斷。
[0014] 根據(jù)本公開的示例性方面的蓄電池總成，除其他方面以外，包括多個(gè)蓄電池單元。 柔性電路系統(tǒng)電力地連接多個(gè)蓄電池單元，該柔性電路系統(tǒng)包含柔韌基板、多個(gè)安裝在柔 韌基板上的母線以及電力地連接至多個(gè)母線中的至少一個(gè)的電壓感測(cè)導(dǎo)線。
[0015] 在前述蓄電池總成的另一非限制性實(shí)施例中，多個(gè)蓄電池單元的每個(gè)的端子連接 至多個(gè)母線中的至少一個(gè)。
[0016] 在前述蓄電池總成中的任何一個(gè)的另一非限制性實(shí)施例中，柔韌基板包括配置成 容納用于接觸多個(gè)母線中的至少一個(gè)的端子的緩沖區(qū)域（reliefarea)。
[0017] 在任何前述蓄電池總成的另一非限制性實(shí)施例中，電壓感測(cè)導(dǎo)線與柔韌基板集成 在一起。
[0018] 在任何前述蓄電池總成的另一非限制性實(shí)施例中，電壓感測(cè)導(dǎo)線在多個(gè)母線和連 接至柔性電路系統(tǒng)的控制模塊的連接器之間延伸。
[0019] 根據(jù)本公開的另一示例性方面的一種方法，除其他方面以外，包括裝配用于電氣 化車輛的蓄電池總成的柔性電路系統(tǒng)，包括提供基板、將母線安裝在基板上以及將電壓感 測(cè)導(dǎo)線與基板集成在一起。
[0020] 在前述方法的另一非限制性實(shí)施例中，基板包括用柔韌材料制造基板。
[0021] 在前述方法中的任何一個(gè)的另一非限制性實(shí)施例中，安裝包括用膠黏劑將母線粘 接至基板以及用自動(dòng)化視覺裝置相對(duì)于基板布置母線。
[0022] 在任何前述方法的另一非限制性實(shí)施例中，集成包括將電壓感測(cè)導(dǎo)線施加在基板 的表面上。
[0023] 在任何前述方法的另一非限制性實(shí)施例中，集成包括將電壓感測(cè)導(dǎo)線夾在基板的 至少兩個(gè)電介質(zhì)層之間。
[0024] 可以獨(dú)立地或以任何組合地采取前述段落、權(quán)利要求或下面的【具體實(shí)施方式】和附 圖中的實(shí)施例、示例和可選方案，包括它們的任何各個(gè)方面或各自單獨(dú)的特征。針對(duì)一個(gè)實(shí) 施例所描述的特征適用于所有的實(shí)施例，除非這樣的特征是不相容的。
[0025] 根據(jù)下面的【具體實(shí)施方式】，本公開的各種特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，將 變得顯而易見。伴隨【具體實(shí)施方式】的附圖可以簡(jiǎn)略地描述如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1示意性地說明電氣化車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0027] 圖2說明可以結(jié)合到電氣化車輛的蓄電池總成中的柔性電路系統(tǒng)。
[0028] 圖3說明包括多個(gè)蓄電池單元的柔性電路系統(tǒng)。
[0029] 圖4說明圖2的柔性電路系統(tǒng)的A-A截面。
[0030] 圖5說明柔性電路系統(tǒng)的基板的一部分。
[0031] 圖6說明圖2的B部分的放大視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本公開涉及一種用于電氣化車輛的蓄電池總成的柔性電路系統(tǒng)。本公開所描述的 柔性電路系統(tǒng)可以使用集成的母線、電壓感測(cè)導(dǎo)線和直接地制造到柔性電路基板中的保險(xiǎn) 絲中的一個(gè)或多個(gè)，以便電力地連接蓄電池總成的多個(gè)蓄電池單元。除了其它特征，示例性 柔性電路系統(tǒng)提供了一種簡(jiǎn)化的和容易實(shí)施的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)增加了電路的整體安全性和穩(wěn) 健性，同時(shí)省去了對(duì)單獨(dú)的感測(cè)金屬線上的單獨(dú)的保險(xiǎn)絲組件的需求并且將這個(gè)功能結(jié)合 在能源資源中。
[0033] 圖1示意性地說明用于電氣化車輛12的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10。電氣化車輛12可以是 HEV、PHEV或BEV或任何其它車輛。在一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10包括至少具有電動(dòng) 機(jī)36和蓄電池總成50的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生成扭矩以驅(qū)動(dòng)電氣化車輛12的一組或多 組車輛驅(qū)動(dòng)輪30。例如，電動(dòng)機(jī)36可以用于通過對(duì)軸46輸出扭矩來驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)輪30。 蓄電池總成50可以是能夠輸出電力以操作電動(dòng)機(jī)36的高電壓蓄電池。當(dāng)然，這幅視圖是 高度示意性的，并且應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，比如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和/或其它動(dòng)力傳輸單元這樣 的其它組件，能夠結(jié)合作為電氣化車輛12的一部分。
[0034] 圖2和3說明可以結(jié)合到比如圖1的電氣化車輛12這樣的電氣化車輛中的柔性 電路系統(tǒng)52。例如，柔性電路系統(tǒng)52可以結(jié)合到蓄電池總成50中以電力地連接蓄電池總 成50的多個(gè)蓄電池單元54(參照?qǐng)D3)。在一個(gè)實(shí)施例中，蓄電池單元54是鋰離子菱形單 元。然而，其它蓄電池單元也考慮在本公開的范圍內(nèi)。
[0035] 在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，蓄電池單元54配置在第一排54A和第二排54B中并且 布置成串并聯(lián)串。每個(gè)蓄電池單元54包括正極端子（由符號(hào)（+)指定）和負(fù)極端子（由 符號(hào)（_)指定）。第一排54A和第二排54B的每個(gè)蓄電池單元54布置成使得其端子與相鄰 的蓄電池單元54的那些端子相反。例如，在一個(gè)非限制性說明中，第一蓄電池單元54-1的 正極端子（+)放置于鄰近第二蓄電池單元54-2的負(fù)極端子（-)，并且第一蓄電池單元54-1 的負(fù)極端子（_)放置于鄰近第二蓄電池單元54-2的正極端子（+)。雖然在圖3中示出了蓄 電池單元54的具體數(shù)目和布置，但蓄電池總成50可以包括在本公開范圍內(nèi)以任何方式配 置的任何數(shù)目的蓄電池單元54。
[0036] 示例性柔性電路系統(tǒng)52可以至少包括基板56、一個(gè)或多個(gè)母線58以及一個(gè)或多 個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線60。在圖示的實(shí)施例中，柔性電路系統(tǒng)52包括多個(gè)母線58和多個(gè)電壓感 測(cè)導(dǎo)線60。然而，本公開不限于所示的確切配置。應(yīng)該理解的是，柔性電路系統(tǒng)52可以包 括任何包含一個(gè)或多個(gè)母線和電壓感測(cè)導(dǎo)線的配置。
[0037] 柔性電路系統(tǒng)52提供用于電力地連接蓄電池單元54的集成電路，使得電力可以 在整個(gè)電氣化車輛中有效地并且安全地進(jìn)行分配。在使用中，來自每個(gè)蓄電池單元54的高 電壓電流通過母線58傳導(dǎo)。蓄電池單元54的第一排54A供應(yīng)電力至負(fù)電壓導(dǎo)線55,并且 蓄電池單元54的第二排54B供應(yīng)電力至正電壓導(dǎo)線57 (參照?qǐng)D3)。蓄電池單元54的第一 排54A可以通過母線58-1連接至蓄電池單元54的第二排54B。每個(gè)蓄電池單元54的電壓 可以由電壓感測(cè)導(dǎo)線60測(cè)量，電壓感測(cè)導(dǎo)線60將電壓信號(hào)傳送至在基板56和蓄電池總成 50的控制模塊68之間連接的連接器66,以避免蓄電池單元54的過充電并且實(shí)現(xiàn)了用于均 衡蓄電池單元54的電流通路。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，基板56是由柔韌（即可彎曲的）材料制成。適用于制造基板56 的柔韌材料的一個(gè)非限制性示例是可從杜邦公司（DuPont)獲得的卡普頓（Kapton?)。 包括但不限于聚酯（PET)、聚酰亞胺（PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN)、聚醚酰亞胺（PEI)， 以及各種氟化乙烯丙烯共聚物（FEP)和共聚物這樣的其它材料也考慮在本公開的范圍內(nèi)。
[0039] 基板56可以包括主體部分69和從主體部分69中延伸的尾部70。蓄電池單元54 的第一排54A和第二排54B以及母線58的每個(gè)相對(duì)于主體部分69布置，同時(shí)電壓感測(cè)導(dǎo) 線60沿著主體部分69和尾部70兩者在母線58和連接器66之間延伸。在一個(gè)實(shí)施例中， 基板56體現(xiàn)為矩形槳狀物的形狀。然而，通過圖2和3所示的基板56的尺寸和形狀決不 旨在限制本公開。
[0040] 在一個(gè)實(shí)施例中，母線58是配置成傳導(dǎo)由蓄電池單元54生成的電力的沖壓的相 對(duì)薄的金屬條。示例母線58的材料包括銅、黃銅或鋁，然而具有導(dǎo)電屬性的其它材料也可 以是合適的。在一個(gè)實(shí)施例中，母線58是具有相對(duì)高的安培數(shù)容量的高電流母線。
[0041] 母線58可以安裝在基板56的外表面62上。在一個(gè)實(shí)施例中，膠黏劑65用于將 母線58安裝在基板56 (參考圖4)上。任何合適的膠黏劑都可以用于將母線58連接至基 板56。
[0042] 使用視覺裝置，可以將母線58布置并且粘附到基板56。例如，自動(dòng)化拾放裝置 (automatedpickandplaceequipment)可以用于將母線58放置在基板56上，并且視覺 裝置可以用于校準(zhǔn)正確的X-Y-Z坐標(biāo)定位。類似的方法可以在裝配期間用于將基板56放 置并且對(duì)準(zhǔn)到蓄電池單元54上，因此提高安全性。柔性基板56在Z坐標(biāo)方向上提供了一 定程度的柔性，這有助于比如在焊接工序期間母線58在相鄰單元之間的裝配。
[0043] 膠黏劑65將母線58固定至基板56,同時(shí)視覺裝置可以在放置期間用于精確地對(duì) 準(zhǔn)母線58?？蛇x地，定位功能部件75 (參照?qǐng)D6)可以與視覺裝置結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)母線58 的精確定位。I父黏劑65和視覺裝置實(shí)現(xiàn)了柔性電路系統(tǒng)52的1?度自動(dòng)化裝配，從而提1? 工人的安全。
[0044] 每個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線60可以與基板56集成在一起。將電壓感測(cè)導(dǎo)線60與基板56 集成在一起可以省去對(duì)基于金屬線的電路設(shè)計(jì)的需要。在本公開中，術(shù)語"集成在一起"意 味著電壓感測(cè)導(dǎo)線60直接地制造在柔性電路系統(tǒng)52上或制造到柔性電路系統(tǒng)52中。在 一個(gè)實(shí)施例中，電壓感測(cè)導(dǎo)線60包括印刷到基板56的外表面62上的銅跡線。使用多種增 加或削減技術(shù)可以將電壓感測(cè)導(dǎo)線60施加到基板56上。這樣的技術(shù)的非限制性示例包括 印刷、電鍍、蝕刻、層壓、雕刻、銑削、切削等。
[0045] 在通過圖5所不的另一實(shí)施例中，電壓感測(cè)導(dǎo)線60夾在基板56的第一電介質(zhì)層 64A和第二電介質(zhì)層64B之間。第一電介質(zhì)層64A和第二電介質(zhì)層64B可以密封在一起以 阻止水分依靠毛細(xì)作用帶入到電壓感測(cè)導(dǎo)線60中。當(dāng)然，這個(gè)視圖是高度示意性的并且基 板56可以包括附加層。
[0046] 再次參考圖2和3,至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線60在每個(gè)母線58和連接器66之間延 伸。連接器66可以粘接至基板56的尾部70并且連接至控制模塊68。在一個(gè)實(shí)施例中，控 制模塊68編程為測(cè)量由每個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線60傳送的電壓以便阻止蓄電池單元54的過充 電并且通過電壓感測(cè)導(dǎo)線60排放低等級(jí)電流以便實(shí)現(xiàn)單元均衡?？刂颇K68可以另外編 程為執(zhí)行與蓄電池總成50和柔性電路系統(tǒng)52有關(guān)的多個(gè)其它功能。
[0047] 在一種配置中，每個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線60至少包括在沿著基板56的第一方向上延伸 的第一跡線90和在沿著基板56的不同的第二方向上延伸的第二跡線92。例如，第一跡線 90可以從母線58開始朝向基板56的主體部分69的中間垂直地延伸，并且第二跡線92可 以在終止于連接器66之前穿過基板的主體部分69和尾部70的部分水平地延伸。在一個(gè)實(shí) 施例中，在母線58-1和連接器66之間延伸的電壓感測(cè)導(dǎo)線60-1不包括任何第一跡線90。
[0048] 電壓感測(cè)導(dǎo)線60可以布置成實(shí)現(xiàn)在從蓄電池單元54的第一排54A朝向蓄電池單 元54的第二排54B延伸的方向上的線性電壓電勢(shì)增加。通過在相鄰的電壓感測(cè)導(dǎo)線60之 間提供使用于樹枝狀結(jié)晶生長的電場(chǎng)密度和電勢(shì)減到最小的低的電壓梯度，這種或類似的 布置可以幫助保持柔性電路系統(tǒng)52的完整性。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，每個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo) 線60由于其相對(duì)于彼此的配置而需要輸送小于100毫安的電流至連接器66。
[0049] 圖6說明柔性電路系統(tǒng)52的單個(gè)蓄電池單元54、母線58和電壓感測(cè)導(dǎo)線60的 互相連接。緩沖區(qū)域78 (用虛線所示）可以穿過基板56形成以便容納蓄電池單元54的端 子80。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖區(qū)域78是在基板56上形成的孔，以便端子80可以接觸母線 58。通過焊接或任何其它合適的連接技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)端子80至母線58的連接。如上所述， 可以使用一個(gè)或多個(gè)定位功能部件75,以便在將端子80連接至母線58之前，相對(duì)于蓄電池 單元54光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)并且放置母線58。
[0050] 電壓感測(cè)導(dǎo)線60可以在電連接76處電力地連接至母線58。在一個(gè)實(shí)施例中，電 連接76是通過釬焊（soldering)來實(shí)現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，電連接76是通過焊接來實(shí)現(xiàn)。 一種非限制性的焊接技術(shù)包括將電壓感測(cè)導(dǎo)線60音波焊接至母線58。柔性電路系統(tǒng)52的 任何附加的蓄電池單元54、母線58和電壓感測(cè)導(dǎo)線60可以類似地連接。
[0051] 一個(gè)或多個(gè)熔斷件72可以另外結(jié)合作為示例性柔性電路系統(tǒng)52的電路保護(hù)組 件。在一個(gè)實(shí)施例中，熔斷件72集成作為電壓感測(cè)導(dǎo)線60的一部分并且放置于靠近母線 58。通過將電壓感測(cè)導(dǎo)線60的銅跡線99的一部分變窄，可以形成熔斷件72。在發(fā)生相對(duì) 高的電流事件中，電壓感測(cè)導(dǎo)線60可以在熔斷件72處切斷以斷開電路并且避免過電流和 損害蓄電池單元54。
[0052] 開口 74可以穿過基板56形成，以便查看和/或進(jìn)入熔斷件72。例如，開口 74可 以提供一種視覺上地確定電路是否已經(jīng)斷開的方式。
[0053] 盡管不同的非限制性實(shí)施例說明為具有具體的組件或步驟，但本公開的實(shí)施例不 限于那些特定的組合。將來自任何非限制性實(shí)施例中的一些組件或功能部件與來自任何其 它非限制性實(shí)施例中的功能部件或組件結(jié)合使用，是可能的。
[0054] 應(yīng)該理解的是，貫穿幾個(gè)附圖的相同的附圖標(biāo)記識(shí)別對(duì)應(yīng)的或類似的元件。此外， 應(yīng)該理解的是，盡管在這些示例性實(shí)施例中公開并說明了特定的組件布置，但其它布置也 應(yīng)該從本公開的教導(dǎo)中受益。
[0055] 前述說明應(yīng)該理解為說明性的并且無任何限制的意義。本領(lǐng)域普通技術(shù)工作人員 應(yīng)該理解，某些修改可以在本公開的范圍內(nèi)發(fā)生。由于這些原因，下面的權(quán)利要求應(yīng)該被研 究以確定本公開的準(zhǔn)確范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種柔性電路系統(tǒng)，其特征在于，包含： 基板； 至少一個(gè)安裝在所述基板上的母線；以及 至少一個(gè)與所述基板集成在一起的電壓感測(cè)導(dǎo)線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基板是由柔韌材料制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述柔韌材料包括聚酰亞胺。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包含布置在所述至少一個(gè)母線和所述基 板之間的膠黏劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線印刷到所述 基板的外表面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線夾在所述基 板的至少兩個(gè)電介質(zhì)層之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線在所述母線 和配置成連接至控制模塊的連接器之間延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包含在所述至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo)線中形 成的熔斷件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，包含穿過所述基板且配置成進(jìn)入所述熔 斷件的開口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熔斷件是所述至少一個(gè)電壓感測(cè)導(dǎo) 線的銅跡線的變窄部分，所述熔斷件配置成響應(yīng)于高電流事件而切斷。
【文檔編號(hào)】H01M10/48GK104425851SQ201410430978
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】詹姆斯·勞倫斯·索伊什 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司