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CN115104209A - 用于电池组的载体 - Google Patents

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CN115104209A
CN115104209A CN202080081659.8A CN202080081659A CN115104209A CN 115104209 A CN115104209 A CN 115104209A CN 202080081659 A CN202080081659 A CN 202080081659A CN 115104209 A CN115104209 A CN 115104209A
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CN
China
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carrier device
carrier
conduit
battery
sensors
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Application number
CN202080081659.8A
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English (en)
Inventor
B·弗兰纳里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sile Technology Co ltd
Original Assignee
Sile Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

本发明公开了一种用于将一个或多个感测装置(2、3)保持和定位在电池组内的载体装置(1)，所述电池组包括一个或多个电池单元和与至少一个电池单元热接触的热管理管道(10)，所述载体装置(1)包括用于感测所述电池组的一个或多个状况的感测装置(2、3)和用于设置到所述载体装置(1)的通信连接的连接装置(4)，其中所述感测装置(2、3)可操作地连接到所述连接装置(4)。

Description

用于电池组的载体
技术领域
本发明涉及一种用于一个或多个电气元件的载体。具体地，本发明涉及一种在电池组内使用的载体。
背景技术
电池组的安全且有效的使用需要知道电池组本身和其中的部件的操作特性。例如，当驱动混合动力车辆或电动车辆时，重要的是知道电池组的充电状态和健康状态，并且理想地知道各个电池单元的健康状态。在采用例如锂离子电池单元的较大电池组中，由于电池单元在充电/放电循环期间易于过热，因此了解电池组的温度特性也十分重要。此外，在低温(例如，低于0℃)下，电池单元放电性能降低，而在这样的温度下充电可导致锂镀覆，从而导致电池单元中显著的不可修复损坏和立即容量损失。电池单元内的锂镀覆和晶体形成也能够刺穿内部电池单元介电膜而导致短路。
为了将电池组电池单元保持在合适的温度包络内，通常需要设置热管理系统，其使用例如加压热管理流体来将热传递到电池单元/从电池单元传递热。为了有效地工作，热管理系统依赖于例如电池组内的温度和热管理系统内的压力的精确测量。此外，重要的是能够准确地表征和校准电池组的热管理系统管道制造，以确保良好的性能。
热管理电池组的关键制造挑战涉及将传感器和其他电气元件结合在电池组内。包含多个电气元件的这种组件通常采用线束，使制造过程复杂化并且在电池组内占据大量空间。使用大量松散的线在自动化大批量制造期间产生明显的挑战。虽然可以将传感器结合到例如层压的汇流条中而不是电池组内的较深处，但是这种解决方案将不提供电池单元温度的准确测量，因为汇流条加热可能使测量偏斜，并且不允许制造商在电池组的制造期间准确地表征和校准热管理系统。
发明内容
本发明的目的是消除或减轻上述问题。特别地，本发明的目的是提供一种将一个或多个电子元件结合在电池组中的方法。
本发明的另一个目的是提供一种或多种能够用于测量电池组的操作特性和/或管理电池组的部件的电气元件。
本发明的另一个目的是提供一种表征、校准和控制电池组内的热管理系统的特性的方法。
本发明的另一个目的是提供能够在电池组的高容量自动组装期间安装在电池组内的电气元件。
本发明的另一个目的是节省电池组内的空间。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于将一个或多个电气元件保持和定位在电池组内的载体装置，上述电池组包括一个或多个电池单元和与至少一个电池单元热接触的热管理管道，上述载体装置包括用于执行至少一个电池组功能的至少一个电气元件和用于向载体装置提供的通信连接的连接装置，其中电气元件可操作地连接到连接装置。有利地，载体装置能够用于将电气元件定位在电池组内，而不需要大的连接器束，从而节省了电池组内的空间。有利地，连接装置提供将载体装置连接到诸如控制计算机的一个或多个外部部件的方式。
电气元件是指能够用于执行诸如感测参数和/或调节电池组内的电池单元的功能的任何合适的有源或无源电气和/或电子部件。
电池组功能是指在电池组的操作期间执行的任意功能，例如测量电池组的部件的性质，或者为了电池单元平衡或热管理目的而释放电流。
优选地，载体装置是柔性的。有利地，柔性载体装置的设置使得通过载体装置电气元件被容易地装配在电池组内。
优选地，载体装置是柔性印刷电路板(PCB)。
优选地，载体装置是多层PCB。
优选地，载体装置包括柔性基板。
优选地，基板包括聚酰亚胺膜。
任选地，基板包括聚酯(PET)膜。
任选地，基板包括玻璃纤维环氧层压材料。
优选地，基板包括Kapton或FR-4。
优选地，基板包括基底。
任选地，基板包括聚亚胺基。
优选地，基板包括至少一个覆盖层。
任选地，基板包括至少一个聚亚胺覆盖层。
优选地，载体装置包括加强装置。有利地，加强装置在某些位置增加载体装置的强度，例如，载体装置可能经受较大的力。
优选地，加强装置包括聚酰亚胺、FR-1、FR-2、FR-4、CEM-1、CEM-3、RO3000或RO4000。
优选地，载体装置包括至少一个导电图案层。
优选地，导电图案层或每个导电图案层被设置在基底层和覆盖层之间。
优选地，粘合层被设置在基底层、导电图案层和覆盖层之间。
优选地，导电图案层包括一个或多个导电迹线。
优选地，导电迹线为0.05-1mm宽。
理想地，导电迹线是铜迹线。
优选地，导电迹线包括一条或多条信号线。
优选地，导电迹线包括至少一条接地线。
理想地，载体装置包括公共接地平面。
优选地，公共接地平面由导电图案层中的导电迹线提供。
优选地，载体装置包括用于感测电池组的一个或多个状况的，以至少一个感测装置的形式的电气元件。
理想地，感测装置经由导电图案层可操作地连接到连接装置。
理想地，感测装置经由导电图案层中的导电迹线电连接到连接装置。
优选地，连接装置位于载体装置的外围边缘的近侧。
优选地，连接装置包括一个或多个导电垫(导电焊盘)。
优选地，导电垫或每个导电垫是镀金的。
优选地，连接装置包括一个或多个边缘连接器、焊盘、板对线连接器、夹层连接器、2-引脚、4-引脚、8-引脚或16-引脚连接器、表面安装引脚、连接块和/或端子。
优选地，感测装置包括一个或多个传感器。
优选地，感测装置包括多于一种类型的传感器。
优选地，感测装置包括传感器的阵列。
优选地，感测装置包括规则隔开的传感器的阵列。
优选地，一个或多个传感器包括温度传感器、应变传感器、压力传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、一氧化碳(CO)传感器、二氧化碳(CO2)传感器、烟雾传感器、泄漏检测器、加速度传感器、微机电系统(MEMS)传感器、健康状态(SoH)传感器或充电状态(SoC)传感器的任何组合。
优选地，一个或多个传感器是表面安装的传感器。
优选地，传感器或每个传感器连接到导电图案层中的至少一个信号线。
可选地，传感器或每个传感器连接到导电图案层中的接地线。
可选地，多个传感器连接到导电图案层中的共享接地线。
优选地，载体装置为细长载体装置。
优选地，载体装置为2-20mm宽。
优选地，载体装置为5-10mm宽。
优选地，载体装置为0.01-1mm厚。
优选地，载体装置在纵向方向上延伸。
理想地，载体装置位于电池组内。
理想地，载体装置位于一个或多个电池单元的近侧。
优选地，载体装置的纵向方向垂直于电池单元的主轴。
理想地，载体装置位于一个或多个管道的近侧。
优选地，载体装置能够附接到管道。
优选地，载体装置适于可操作地连接到热管理管道。
优选地，载体装置适于热和/或机械连接到热管理管道。
优选地，载体装置能够附接到电池组内的管道。
优选地，管道是热管理管道。
可选地，电池组包括多个管道。
优选地，一个或多个管道是蛇形管道。
可选地，一个或多个管道是歧管管道。
可选地，电池组包括一个或多个基本笔直的管道。
可选地，电池组包括一个或多个平行管道。
优选地，管道或每个管道包括一个或多个基本笔直的部分。
优选地，管道或每个管道被构造成输送热管理流体。
优选地，管道或每个管道被构造成输送空气、水或水-乙二醇混合物。
理想地，载体装置的至少一部分沿着载体装置的长度的一部分附接到管道。
优选地，载体装置沿着载体装置的长度的至少一部分附接到热管理管道。
优选地，载体装置能够定位在管道的外表面和一个或多个电池单元之间。
理想地，载体装置被热焊接到管道。
优选地，载体装置粘合附接到管道。
优选地，使用诸如环氧树脂的粘合剂将载体装置粘合附接到管道。
理想地，管道和/或载体装置的表面用电晕放电等离子体处理来处理。有利地，以这种方式处理表面和/或载体装置确保了对环氧树脂的良好粘合。
可选地，载体装置经由机械固定附接到管道。
优选地，载体装置包括机械固定装置。
理想地，机械固定装置包括载体中的一个或多个通路或通孔。
优选地，管道的至少一部分穿过载体中的至少一个通路或通孔，以将载体装置机械地固定到管道。
优选地，管道的至少一部分通过载体中的至少一个通路或通孔熔化。
理想地，管道是柔性管道。
优选地，管道是可膨胀的。
优选地，管道适形为使得在膨胀状态下，管道至少部分地适形于一个或多个电池单元的表面的至少一部分。
优选地，柔性管道由以聚合物为主的材料形成。
优选地，柔性管道由可膨胀塑料材料形成。可膨胀塑料材料是有利的，因为材料本质上为电绝缘、重量较轻，并且热管理流体(例如乙二醇水混合物)不会腐蚀或化学相互作用。
优选地，可膨胀塑料材料是聚酯、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。
理想地，柔性管道的壁厚在10μm到150μm之间。有利地，可膨胀塑料材料可以制成非常薄，使得在管道或每个管道和电池单元之间具有良好的热传递特性。
可选地，管道是刚性管道。
可选地，管道是诸如铝或铜管道的金属管道。有利地，金属管道在管道和电池单元之间提供良好的热传导。
优选地，管道是单腔管道。
可选地，管道是多腔管道。多腔管道可用于大电池组中，其中单腔管道不能够促进均匀的温度分布。
理想地，多腔管道包括两个以上管腔，热管理流体可沿所述管腔流动。
优选地，载体装置位于电池组内。
理想地，电池组包括一个或多个电池单元。
优选地，电池单元或每个电池单元是圆柱形电池单元。
优选地，管道具有外表面。
优选地，管道的外表面的至少一部分与一个或多个电池单元热接触。有利地，管道和电池单元之间的热接触使得热量被传递到电池单元/从电池单元传递，以用于热管理目的。
优选地，管道的外表面的至少一部分与一个或多个电池单元物理接触。
优选地，管道或每个管道是可膨胀的。
优选地，管道填充有热管理流体。
优选地，管道或每个管道由热管理流体加压至膨胀状态。
优选地，热管理流体是空气、水或水-乙二醇混合物。
可选地，管道填充有诸如膨胀型或聚氨酯的可膨胀泡沫。
优选地，管道或每个管道由膨胀的泡沫加压至膨胀状态。
优选地，当处于膨胀状态时，管道或每个管道与一个或多个电池单元的表面一致。
优选地，管道或每个管道的形状至少部分地适形于一个或多个电池单元的表面的至少一部分。
理想地，载体装置位于管道的外表面上。
理想地，载体装置位于管道的外表面和一个或多个电池单元之间。
优选地，传感器或每个传感器位于要测量的至少一个相应部件附近。
优选地，要测量的部件至少包括管道。
优选地，要测量的部件包括至少一个电池单元。
优选地，载体装置包括用于测量管道上的应变的一个或多个应变传感器。有利地，当例如管道被加压时，应变传感器能够提供管道的延伸或弯曲的指示。有利地，应变传感器能够用于提供管道内的压力水平的指示。
优选地，载体装置包括多个应变传感器，用于在多个位置和/或方向测量管道上的应变。
优选地，应变传感器安装在与管道相邻的载体装置的表面上。
优选地，载体装置包括用于测量管道和至少一个电池单元之间的接触压力的一个或多个压力传感器。有利地，压力传感器能够用于量化在管道和电池单元之间存在多少接触压力，以便表征其间的热耦合量。
优选地，感测装置包括用于测量管道和沿着管道长度的多个电池单元之间的接触压力的多个压力传感器。
优选地，用于测量电池单元上的管道的接触压力的一个或多个压力传感器位于电池单元和管道之间。
优选地，压力传感器是压阻压力传感器。
优选地，压力传感器是MEMS压力传感器。
理想地，载体装置包括一个或多个温度传感器。有利地，温度传感器能够提供管道和/或一个或多个电池单元上或周围的温度的指示。
理想地，载体装置包括用于测量至少一个电池单元的温度的一个或多个温度传感器。
优选地，感测装置包括用于测量多个电池单元的温度的多个温度传感器。
理想地，载体装置包括用于测量管道的温度的一个或多个温度传感器。
理想地，载体装置包括位于管道和电池单元之间的至少一个温度传感器。有利地，在膨胀状态下，管道将温度传感器推靠在电池单元上，以确保管道和电池单元之间的良好的热接触。
理想地，载体装置包括位于载体装置的与电池单元相邻的表面上的至少一个温度传感器。
理想地，载体装置包括热障装置。
优选地，热障装置位于管道和感测装置之间。
理想地，热障装置位于载体装置的与温度传感器相对的一侧上。有利地，当温度传感器用于测量电池单元时，热障装置能够用于限制温度传感器和不打算测量的部件(例如管道)之间的热接触。
优选地，热障装置的物理范围基本上等于或大于感测装置的面积。
优选地，热障装置位于至少一个温度传感器和管道之间。
理想地，载体装置包括用于测量管道的外表面上的热管理流体的存在的一个或多个泄漏传感器。有利地，泄漏传感器能够提供来自管道内的热管理流体的泄漏的指示。
优选地，一个或多个传感器是为可独立寻址。有利地，使传感器可独立寻址提供了解决电池组内的测量参数的分布的能力。
优选地，载体装置包括至少一个能量耗散装置的形式的电气元件，其用于耗散来自一个或多个电池单元的能量。
优选地，载体装置包括电池单元平衡装置。
优选地，能量耗散装置包括电池单元平衡装置。有利地，能量耗散装置能够用于耗散电池单元内的过量电荷，以便平衡电池组中的电池单元电压。
优选地，电池单元平衡装置包括一个或多个平衡电阻器。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是铜迹线。
理想地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电图案层内的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是0.05-0.2mm宽的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是0.1-0.2mm厚的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是100-10000mm长的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是沿着迷宫式路径的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电迹线，其沿着包括一个或多个笔直部分和一个或多个弯曲部或拐角的路径。
可替换地，平衡电阻器或者每个平衡电阻器是表面安装的电阻器。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器具有1-100Ω的电阻。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器具有大约10Ω的电阻。
优选地，能量耗散装置可操作地连接到开关装置。
优选地，开关装置经由连接装置连接到能量耗散装置。
任选地，开关装置一体地连接到载体装置。
优选地，开关装置包括一个或多个固态开关装置。
优选地，开关装置包括一个或多个晶体管。
理想地，开关装置用于通过一个或多个平衡电阻器控制来自电池单元的能量的放电。
优选地，能量耗散装置与管道热接触。有利地，管道能够用于耗散在能量耗散装置中产生的任何热量。
优选地，测量装置经由电连接装置可操作地耦合到感测装置。
优选地，测量装置包括一个或多个测量电路。
优选地，测量装置包括一个或多个惠斯通电桥电路。
优选地，测量装置包括测量计算机。
优选地，测量计算机用于监测一个或多个传感器。
优选地，当至少一个传感器的测量值高于阈值时，测量计算机可操作以输出信号。
优选地，当至少一个传感器的测量值低于阈值时，测量计算机可操作以输出信号。
优选地，当至少一个传感器的测量值高于阈值时，测量计算机可操作以输出信号。
优选地，当至少一个传感器的测量值在预定范围内时，测量计算机可操作以输出信号。
优选地，测量装置耦合到电池组的控制电路。
优选地，电池组的操作基于测量装置的输出和/或一个或多个传感器的输出。
优选地，当由一个或多个应变传感器测量的管道内的压力下降到阈值以下时，控制电路可操作以使得管道内的压力增加。
优选地，当由一个或多个温度传感器测量的一个或多个电池单元的温度大于阈值时，控制电路可操作以使管道内的热管理流体的流量增加。
优选地，当由一个或多个压力传感器测量的管道和一个或多个电池单元之间的接触压力落在预定范围之外时，控制电路可操作以使得管道内的压力增加。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在电池组内保持和定位一个或多个能量耗散装置的载体装置。电池组包括一个或多个电池单元和热管理管道，载体装置包括用于耗散来自一个或多个电池单元的能量的能量耗散装置，其中能量耗散装置与所述热管理管道热接触。有利地，能量耗散装置能够用于耗散来自电池单元的多余能量，以便平衡电池组中的电池单元电压。
优选地，能量耗散装置包括电池单元平衡装置。
优选地，电池单元平衡装置包括一个或多个平衡电阻器。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是铜迹线。
理想地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电图案层内的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是0.05-0.2mm宽的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是0.1-0.2mm厚的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是100-10000mm长的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是沿着迷宫式路径的导电迹线。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电迹线，其沿着包括一个或多个笔直部分和一个或多个弯曲的路径的导电迹线。
可替换地，平衡电阻器或每个平衡电阻器是表面安装的电阻器。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器具有1-100Ω的电阻。
优选地，平衡电阻器或每个平衡电阻器具有大约为10Ω的电阻。
优选地，能量耗散装置可操作地连接到开关装置。
优选地，开关装置经由连接装置连接到能量耗散装置。
任选地，开关装置一体地连接到载体装置。
优选地，开关装置包括一个或多个固态开关装置。
优选地，开关装置包括一个或多个晶体管。
理想地，开关装置用于通过一个或多个平衡电阻器控制来自电池单元的能量的放电。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于将一个或多个功能元件保持和定位在电池组内的载体装置，电池组包括一个或多个电池单元和与至少一个电池单元热接触的热管理管道，载体装置包括用于在电池组内执行至少一个功能的至少一个功能元件和用于向载体装置提供的通信连接的连接装置，其中功能元件可操作地连接到连接装置。
功能元件是指可以用于在电池组内执行功能的任何光学和/或电气/电子部件，例如光纤布拉格光栅。
优选地，连接装置是光纤。
根据本发明的第四方面，提供了一种制造包括一个或多个电池单元、至少一个柔性管道和载体装置的电池组的方法，该方法包括将载体装置可操作地耦合到管道，使管道膨胀并监测电气元件的输出。有利地，载体装置能够提供实时反馈以确保管道被正确地膨胀。
根据本发明的第五方面，提供了一种制造包括一个或多个电池单元和至少一个柔性管道的电池组的方法，该方法包括将至少一个传感器可操作地耦合到管道，使管道膨胀并监测传感器的输出。有利地，监测传感器能够提供实时反馈以确保管道被正确地膨胀。
优选地，该方法包括将多个传感器可操作地连接到管道。
优选地，该方法包括将载体装置可操作地连接到管道，其中载体装置包括电气元件和连接装置。
优选地，该方法包括将载体装置可操作地连接到所述管道，其中所述载体装置包括感测装置和连接装置。
优选地，该方法包括将一个或多个应变传感器可操作地连接到管道。
优选地，该方法包括将一个或多个温度传感器可操作地连接至管道。
优选地，该方法包括将一个或多个压力传感器可操作地连接至管道。
优选地，该方法包括当管道位于一个或多个电池单元附近或位于一个或多个电池单元之间时，使管道膨胀。
优选地，该方法包括使用诸如空气、水或水-乙二醇混合物的热管理流体来使管道膨胀。
优选地，该方法包括使用诸如聚氨酯泡沫或其它膨胀型泡沫的可膨胀泡沫使管道膨胀。
优选地，该方法包括使用应变传感器测量管道的表面上的应变。
优选地，该方法包括使用压力传感器测量管道和电池单元之间的接触压力。
优选地，该方法包括当至少一个传感器的输出低于阈值时，使管道膨胀。
优选地，该方法包括当通过至少一个应变传感器测量的管道的表面上的应变低于阈值时，使管道膨胀。
优选地，该方法包括使管道膨胀，直到至少一个传感器的输出高于阈值。
优选地，该方法包括使管道膨胀，直到至少一个传感器的输出落在预定范围内。
优选地，该方法包括在由至少一个压力传感器测量的管道和单元之间的接触压力在预定范围之外时使管道膨胀。
优选地，该方法包括用灌封装置至少部分地包围管道的至少一部分。有利地，灌封装置用于加强电池组并将部件牢固地保持在其中。
优选地，该方法包括用灌封装置至少部分地围绕管道的至少一部分，其中灌封装置包括可膨胀泡沫、聚氨酯泡沫或硅树脂灌封材料。优选地，该方法包括当至少一个传感器的输出高于阈值时用灌封装置至少部分地围绕管道的至少一部分。
优选地，该方法包括当由至少一个应变传感器测量的管道表面上的应变高于阈值时，用灌封装置至少部分地围绕管道的至少一部分。
优选地，该方法包括当由至少一个压力传感器测量的管道和电池之间的接触压力高于阈值时，用灌封装置至少部分地围绕管道的至少一部分。
应当理解，适用于本发明的一个方面的可选特征能够以任何组合和任何数量使用。此外，它们还可以以任何组合和任何数量与本发明的任何其他方面一起使用。这包括但不限于来自用作本申请的权利要求中的任何其他权利要求的从属权利要求的任何权利要求的从属权利要求。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，附图仅以示例的方式示出了根据本发明的装置的一个或多个优选实施例。
图1是根据本发明的载体的立体图。
图2是图1中示出的载体的一部分的特写立体图。
图3是根据本发明的附接到热管理管道的载体的立体图。
图4是图3的载体的替代立体图。
图4a是包括连接到测量电路和控制计算机的载体的电池组的示意图。
图5是根据本发明的一个方面的与包括载体的管道热接触的多个电池单元的立体图。
图6是与管道和载体热接触的多个电池单元的立体图。
图7是与管道和载体热接触并且安装在基地平板上的多个电池单元的立体图。
图8a是根据发明的一个方面的的包括载体的蛇形管道的立体图。
图8b是图7a中所示的蛇形管道的俯视图。
图9a是根据本发明的一个方面的包括传热材料的歧管管道的立体图。
图9b是图8a中所示的歧管管道的俯视图。
图10是根据本发明的蛇形管道和多个载体的俯视图。
图11是根据本发明的一个方面的载体的另一立体图。
图11a是将图11的载体可操作地连接到开关布置的示意图。
图12是根据本发明的一个方面的制造电池组的方法的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了通常由数字1表示的载体。载体1包括连接到相应电连接垫(电性连接垫、电气连接垫)4的第一传感器2及第二传感器3。载体1包括柔性印刷电路板(PCB)的形式的柔性基板5。柔性基板5包括在聚亚胺基底和聚亚胺覆盖层之间的导电图案层。柔性基板5的多个层经由粘合剂附接。
导电图案层包括多个导电铜迹线6，其为0.05-1mm宽并且提供传感器2、3与相应电连接垫4之间的电连接。传感器2、传感器3能够根据任何合适的布线方案连接到电连接垫4，例如针对每个传感器使用两个迹线。单个接地线或公共接地平面可以在多个传感器之间共享，而每个传感器具有其自己的唯一信号线。
电连接垫4是位于柔性基板5的聚亚胺覆盖层上方的镀金的导电垫，从而使得对导电图案层中的迹线进行电连接。电连接垫4提供将载体1连接到例如测量电路或计算机等外部部件的方式。电连接垫4位于载体1的外围边缘附近，以便在安装在电池组内时易于接近。
技术人员将理解，代替电连接垫4或除了电连接垫4之外，可以提供任何合适的电连接器。载体1能够包括边缘连接器、焊盘、板对线连接器、夹层连接器、2-引脚、4-引脚、8-引脚或16-引脚连接器、表面安装引脚、连接块或端子。
载体1上的传感器2、3在图2中详细示出。第一传感器2和第二传感器3是电连接到导电图案层中的迹线6的表面安装传感器。第一传感器2和第二传感器3分别用于测量应变和温度。
传感器2、3和诸如连接器的其他部件可以使用任何合适的方式附接到载体1，例如使用诸如环氧树脂的粘合剂。另选地，传感器和/或连接器可以使用任何合适的固定装置(诸如导电环氧树脂、表面安装技术、手工焊接、TIG焊接、激光焊接)和/或经由另一部件(诸如PCB)附接到载体1。
图3示出了在管道10的外表面上载体1部分地附接到管道10。载体1的一端未附接到管道，特别是载体1的连接垫4所在的外围端，从而使得连接垫4附接到测量电路或其他电气设备。
在优选实施例中，载体1热焊接到管道10，但是在其他实施例中，载体1可以替代地使用诸如环氧树脂的粘合剂粘合附接到管道10。在施加环氧树脂之前，用电晕放电等离子体处理来处理管道10和/或载体1的表面，以确保对环氧树脂的良好粘合附接。
在另外的可选实施例中，载体1可以经由机械固定附接到管道10。在一个实施例中，载体1包括一个或多个通路或通孔，管道10的一部分或附接到管道10的其他固定构件能够穿过该通路或通孔，以便将载体1保持在管道10上的适当位置。管道10可以部分地熔化，使得其在通路或通孔的边缘上方穿过载体1和“蘑菇(mushrooms)”中的这种通路或通孔，以将载体1保持在管道10上的适当位置。另选地，载体1可以使用任何合适的固定装置(诸如导电环氧树脂、表面安装技术、手工焊接、TIG焊接、激光焊接)和/或经由另一部件(诸如PCB)附接到管道10。
在图3所示的实施例中，管道是柔性管道，但是载体1可以附接到电池组内的任何管道，例如刚性金属管道。
载体1包括用于测量管道10上的应变的应变传感器2。应变传感器2的输出在管道10处于膨胀状态时提供管道10的挠曲和/或延伸的指示，并且能够用于推断管道内的压力水平。热管理系统的用户能够使用该信息来避免管道过度加压/过度膨胀，从而降低管道10爆裂的风险。在优选实施例中，应变传感器2是电阻箔应变仪或电容应变仪。
载体1包括用于在多个位置和/或方向上测量管道10上的应变的多个应变传感器2。位置敏感应变测量值能够用于推断例如如果管道的入口侧上的压力高于管道的出口侧上的压力，则管道10中已经发生堵塞。沿着管道的多个应变传感器2将使用户能够识别管道10内的堵塞部位，例如在弯曲部或拐角处。
载体1可以包括至少一个压力传感器，以便测量管道10和电池单元20之间的接触压力。压力传感器能够位于这样的电池单元20和管道10之间。合适的压力传感器包括压阻式压力传感器和/或MEMS压力传感器。当管道20膨胀时，压力传感器被推靠在电池单元20的外壳上，并且传感器的输出与接触压力的量成比例。由于管道和电池单元之间的热耦合部分地取决于接触压力的水平，因此压力传感器能够用于推断管道20和电池单元20之间的热耦合的水平。载体1包括温度传感器3，其用于测量电池组内的温度，例如至少一个电池单元20的表面上的温度。在使用中，温度传感器3位于载体1的邻近于电池单元20的表面上。在膨胀状态下，管道10将温度传感器3推靠在电池单元上以改善与其的热接触。
载体1包括用于限制温度传感器3和管道10之间的热耦合的热障部分，其温度不旨在被测量。热障位于管道和温度传感器3之间，在载体1的与温度传感器3相对的一侧上。热障的物理范围基本上等于温度传感器3的面积。
载体1可以包括用于测量管道(特别是管道的表面)的温度的多个温度传感器，并且多个温度传感器均用于测量电池组内的单个单吃单元或电池单元组。
在载体1包括多个传感器的情况下，可以沿着管道绘制出物理性质。例如，可以在整个电池组中使用多个应变传感器或相同类型的多个温度传感器(例如，多个应变传感器或多个温度传感器)。每个传感器可以是可独立寻址的，从而使得控制计算机解析电池组内的测量参数的分布。例如，控制计算机可以能够识别在电池组内存在升高的温度的单个电池单元或电池单元模块。
如图4a所示，一个或多个测量电路310(例如，惠斯通电桥电路310)能够经由电连接垫4可操作地耦合到传感器2、3。测量电路310的输出可以由例如电池组300的测量计算机320和/或控制电路330监测。另选地，测量计算机或控制电路320可以直接连接到一个或多个传感器2、3。当至少一个传感器2、3的测量值高于阈值、低于阈值和/或在预定范围内时，测量计算机320可操作以输出信号。例如，当一个或多个温度传感器(例如，监测电池单元的温度的温度传感器)的值高于阈值时，测量计算机可操作以输出信号。当一个或多个应变传感器(例如，用于推断管道10内的压力的应变传感器)的值低于阈值时，测量计算机320可操作以输出信号。
电池组300的操作能够基于载体1上的传感器的输出。例如，电池组的控制电路330可以是可操作的，以在压力(如通过一个或多个应变传感器)下降到阈值以下时使管道10内的压力增加。然后，控制电路330可以使管道内的压力增加。另选地或另外地，当由一个或多个压力传感器测量的管道10与一个或多个电池单元20之间的接触压力落在预定范围之外时，控制电路330能够可操作成使管道10内的压力增加或减小。当由一个或多个温度传感器测量的一个或多个电池单元的温度大于阈值时，控制电路可以使管道内的热管理流体的流量增加。
如图5所示，管道10是位于圆柱形电池单元20的阵列中的电池组内的蛇形热管理管道。管道10用于热管理电池单元20。在使用中，载体1将传感器2、3保持并定位在电池组内与电池单元20和/或管道10相邻的合适位置。
管道10包含热管理流体，例如空气、水或水-乙二醇混合物，其用于向或从电池单元20(未示出)传递热量。在使用中，管道可操作地连接到热管理系统，该热管理系统包括容纳热管理流体的储存器、冷却剂回路、泵和热交换器。热管理系统可以通过运行加压循环来加压，其中来自储存器的热管理流体被抽吸到冷却剂回路中以增加冷却剂回路和管道10中的压力。
在管道10是可膨胀的柔性管道的实施例中，管道10中的热管理流体的压力使柔性管道膨胀。当柔性管道10膨胀时，其适形于由圆柱形电池单元20的形状呈现的波状表面，从而增加与每个圆柱形电池单元20接触的柔性管道的表面积。这是有利的，因为其增加了电池单元20和柔性管道之间的热接触面积和接触压力，从而改善了柔性管道和各个电池单元之间的热能传递。进一步有利地，当管道10推压电池单元20的壁时，载体也如此。管道10的力能够增加接触压力，并且因此增加安装在载体1上的传感器与电池单元20之间的耦合。
管道10能够由可膨胀塑料或以聚合物为主的材料形成。可膨胀塑料或以聚合物为主的材料是有利的，因为该材料本质上是电绝缘的、轻质的并且不腐蚀热管理流体(例如乙二醇水混合物)或与其化学相互作用。优选地，可膨胀塑料或以聚合物为主的材料是聚酯、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。柔性管道10的壁厚在10μm和150μm之间，从而在管道或每个管道与电池单元之间提供良好的热传递特性。在管道10是刚性的实施例中，其由诸如铝或铜的金属形成，其在管道和电池单元之间提供良好的热传导。
载体1可以在某些位置处包括一个或多个额外的传感器，以便在电池组内的某些位置处提供管道和/或电池单元的更精细粒度的测量。例如，在管道10围绕弯曲部(例如，在蛇形管道中)穿过的区域中，载体1可以包括额外的应变传感器，以便检测管道10的可能的塌缩和/或扭结。在另一实施例中，载体1可以在电池组内存在高温风险升高的区域中包括增加水平的温度传感器。
管道10能够是单腔管道，或者当在单腔管道不能促进均匀温度分布的大型电池组中使用时，管道10可以是多腔管道。多腔管道包括热管理流体能够沿其流动的两个或更多个管腔。
图6和图7示出了管道10在大致垂直于电池单元20的主轴的纵向方向上延伸。载体1的主轴(未示出)位于平行于管道10的方向上。载体1(未示出)位于管道10和电池单元20之间的管道10的表面上。管道10与电池单元热接触，以使热量在电池单元和管道之间传递，用于加热和/或冷却电池单元20。载体1(未示出)沿着电池单元的管道/侧壁的高度的一部分延伸。
载体1呈细长状、10mm宽、0.1mm厚。在可选实施例中，载体1可以是2-20mm或5-10mm宽，并且具有提供适当柔性的任何适当厚度，例如在0.01-1mm范围内。在电池单元20是18650或2170个电池单元的情况下，管道的高度(在使用时)基本上等于或略小于电池单元20的整体高度。载体1仅覆盖管道10的高度的一部分，并且因此仅与电池单元的侧壁的一部分接触。
图7示出了用于定位和保持电池单元20的下壳部分(下盖部分)30。下壳部分包括用于将电池单元保持在密集配置中的凹槽31和用于在下壳部分30的一侧上的电池单元与壳部分的相对侧上(即，在电池组的外部)的汇流条之间进行电连接的孔部32。一旦完全构造，电池组包括上壳部分(类似于下壳部分30)和侧壁，侧壁在电池单元20的阵列的外围边缘处连接上壳部分和下壳部分。
图8a-图9b示出了管道10的可能的构造。图8a和图8b示出了蛇形构造的包括由拐角部分连接的大致笔直的部分的管道。图8a示出了多个平行的笔直管道11。
在图9所示的可选实施例中，电池组包括由可膨胀管形成的至少一个测量管道15和附接到其表面的载体1。测量管道15放置在电池单元的行之间并且填充有可膨胀泡沫(诸如聚氨酯或膨胀泡沫)。当泡沫膨胀时，管道1适形于单元10的表面形状。管道15的膨胀导致载体1被推靠在电池单元的表面。在载体1包括例如温度传感器的情况下，传感器被推靠在电池单元的侧壁上以确保传感器与电池单元的表面之间的良好热接触。
在图9的实施例中，测量管道15位于每隔一行的电池单元之间，并且蛇形热管理管道13位于不包括测量管道15(即，每隔一行的电池单元)的行中的单元之间。
图11展示大体上由数字201指示的另一载体。载体201大体上类似于第一实施例，不同之处在于载体201包括平衡电阻器202的形式的导电迹线206，其连接到相应电连接垫204。载体200包括柔性印刷电路板(PCB)的形式的柔性基板205。柔性基板205包括在聚亚胺基底和聚亚胺覆盖层之间的导电图案层。柔性基板205的多个层经由粘合剂附接。载体205包括一个或多个通路或通孔207，管道210的一部分或附接到管道210的其他固定构件可以穿过通路或通孔207，以便将载体205保持在管道210上的适当位置。
载体200包括用于耗散来自一个或多个电池单元220的能量的能量耗散装置。能量耗散装置用于耗散来自一个或多个电池单元220的能量，以便在电池组内进行电池单元平衡。能量耗散装置包括载体200的导电图案层中的导电铜迹线206的形式的至少一个电池单元平衡电阻器202。用作平衡电阻器的导电迹线206是0.05-0.2mm宽、0.1-0.2mm厚和100-10000mm长，并且沿着包括由弯曲部/拐角连接的多个笔直部分的迷宫式路径。在另选方案中，电池单元平衡电阻器可以是位于载体1上的表面安装电阻器。平衡电阻器具有1-100Ω的电阻，在一些情况下大约为10Ω。
如图11a所示，电池单元平衡电阻器202可操作地连接到开关装置210，开关装置210在切换时可操作以使电流从具有高电压的一个或多个电池单元220流过平衡电阻器220。开关装置210能够包括一个或多个固态开关(诸如晶体管210)。开关装置210能够直接连接到载体205或者是控制电路的一部分。
使电流从电池单元220通过平衡电阻器202耗散电池单元内的能量并且具有降低电池单元电压的效果。来自电池单元220的能量在电阻器202中耗散，直到电池单元的电压基本上等于电池组内的其他电池单元的电压。电池单元平衡电阻器与管道210热接触，使得由电阻器202产生的任何热量被传递到管道210内的热管理流体，从而防止平衡电阻器202的过度加热。
图12示出了制造包括一个或多个电池单元和至少一个柔性管道的电池组的方法100。方法100包括将一个或多个传感器可操作地耦合到管道(步骤101)，使管道膨胀(步骤102)并监测传感器的输出(步骤103)。耦合到管道的传感器能够是应变传感器、温度传感器或压力传感器。该方法可以包括在步骤103中监测耦合到管道的多个传感器。
在步骤101中，将一个或多个传感器耦合到管道。如上所述，附接能够经由将载体1粘合附接或热焊接到管道10。管道能够是任何合适的管道，例如如上所述并在例如图3-图10中示出的柔性蛇形或笔直管道。
在步骤102中，当管道膨胀时，管道位于电池组中的一个或多个电池单元附近或之间。诸如空气、水或水-乙二醇混合物的热管理流体用于使管道膨胀。在另选方案中，使用以液态插入(添加到)管道中的可膨胀泡沫使管道膨胀。
在步骤103中，使用传感器来测量管道。理想地，步骤102和103同时执行，使得传感器测量值通知管道的正确膨胀。在传感器是应变传感器的情况下，在步骤103中，在膨胀期间测量管道上的应变。步骤103还可以包括在管道膨胀期间使用压力传感器测量管道和单元之间的接触压力。
方法100包括在至少一个传感器的输出低于阈值时使管道膨胀。例如，方法100包括在由至少一个应变传感器测量的管道的表面上的应变低于阈值时或者在由至少一个压力传感器测量的管道与电池单元之间的接触压力低于阈值时使管道膨胀。使管道膨胀，直到至少一个传感器的输出落入预定范围内。
方法100包括使管道膨胀直到至少一个传感器的输出高于阈值。例如，在高于温度阈值(例如15℃)时使管道膨胀。这确保了管道足够柔性-在低温下管道将更难以膨胀。
一旦管道已经充分膨胀，方法100在步骤104中包括用灌封材料至少部分地围绕管道。当至少一个传感器的输出高于阈值时，例如当由至少一个应变传感器测量的管道的表面上的应变高于阈值时，执行在步骤104中用灌封装置围绕管道的至少一部分。另选地或另外地，当由至少一个压力传感器测量的管道和电池单元之间的接触压力高于阈值时，可以在步骤104中执行用灌封装置围绕管道的至少一部分。
在优选实施例中，当管道充分膨胀时，诸如聚氨酯或膨胀泡沫的可膨胀灌封材料被倒入电池组中并且在管道膨胀时围绕管道。灌封材料可以是任何合适的灌封材料，诸如环氧树脂或可膨胀泡沫(诸如膨胀型聚氨酯泡沫)。
在步骤105中，灌封材料被固化或硬化。至少一个传感器的输出可以在灌封材料被倒入电池组中时和在灌封材料的膨胀或固化期间被连续监测。
如本领域技术人员将理解的，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以多种方式修改上面呈现的示例实施方式。例如，基板6能够包括任何合适的柔性材料，例如聚酰亚胺膜、聚酯(PET)膜、玻璃纤维环氧树脂层压板或FR-4，和/或包括加强构件(诸如聚酰亚胺片、FR-1、FR-2、FR-4、CEM-1、CEM-3、RO3000或RO4000)。加强构件可以位于例如电连接垫4的位置处，以便在该位置处给予载体1增加的强度。
技术人员将理解，任何合适的传感器能够结合到载体1中。合适的传感器包括温度传感器、应变传感器、压力传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、一氧化碳(CO)传感器、二氧化碳(CO2)传感器、烟雾传感器、泄漏检测器、加速度传感器、微机电系统(MEMS)传感器、健康状态(SoH)传感器或充电状态(SoC)传感器的任何组合。泄漏传感器例如可以用于测量来自电池组内的管道的热管理流体的泄漏。
传感器可以以任何合适的阵列或图案布置在载体上，并且可以沿着载体1的长度不规则地或规则地间隔开，例如以等间隔的配置。类似的传感器(例如，温度传感器)之间的距离可以基本上等于沿着管道方向的电池组中的电池单元之间的距离。
载体1能够用于任何合适的电池组，例如包括一个或多个18650或2170尺寸的棱柱形电池单元或圆柱形电池单元的电池组。电池组可以用于任何混合动力或电动车辆。
虽然本发明的前述描述已经描述了使用电气通信技术来查询传感器，但是本领域技术人员将理解，能够使用任何合适的通信技术，例如光通信方法。例如，载体可以包括多个光纤，其用于查询传感器，例如位于电池组内的一个或多个电池单元或管道附近的光纤布拉格光栅温度或应变传感器。
在本发明的前述讨论中，除非有相反的说明，否则参数的允许范围的上限或下限的替代值的公开内容，加上其中一个值比另一个值更优选的指示，应被解释为暗示的陈述：位于替代方案中的更优选和较不优选之间的参数的每个中间值本身优选于较不优选的值，并且还优选于位于较不优选的值和中间值之间的每个值。
前述描述或以下附图中公开的特征(以其具体形式或根据用于执行所公开的功能的手段、或方法或获得所公开的结果的过程表示，视情况而定)可以单独地或以这些特征的任何组合用于以其各种形式实现本发明。

Claims (38)

1.一种用于将一个或多个电气元件保持和定位在电池组内的载体装置，其特征在于，
所述电池组包括一个或多个电池单元和与至少一个电池单元热接触的热管理管道，所述载体装置包括用于执行至少一个电池组功能的至少一个电气元件和用于向所述载体装置提供的通信连接的连接装置，其中所述电气元件可操作地连接到所述连接装置。
2.根据权利要求1所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置包括用于感测所述电池组的一个或多个状况的，以至少一个感测装置的形式的电气元件。
3.根据权利要求2所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括一个或多个传感器。
4.根据权利要求3所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括多于一种类型的传感器。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括传感器的阵列。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于测量所述管道上的应变的一个或多个应变传感器。
7.根据权利要求6所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于在多个位置和/或方向上测量所述管道上的应变的多个应变传感器。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于测量所述管道和至少一个电池单元之间的接触压力的一个或多个压力传感器。
9.根据权利要求8所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于测量所述管道与沿着所述管道的长度的多个电池单元之间的接触压力的多个压力传感器。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于测量至少一个电池单元的温度的一个或多个温度传感器。
11.根据权利要求10所述的载体装置，其特征在于，
所述感测装置包括用于测量多个电池单元的温度的多个温度传感器。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置包括能够位于至少一个温度传感器和所述管道之间的热障装置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置包括用于耗散来自一个或多个电池单元的能量的，以至少一个能量耗散装置的形式的电气元件。
14.根据权利要求13所述的载体装置，其特征在于，
所述能量耗散装置包括电池单元平衡装置，所述电池单元平衡装置包括一个或多个平衡电阻器。
15.根据权利要求14所述的载体装置，其特征在于，
所述平衡电阻器或每个平衡电阻器是导电图案层内的导电迹线。
16.根据权利要求15所述的载体装置，其特征在于，
所述导电迹线或每个导电迹线沿着包括一个或多个笔直部分和一个或多个弯曲部或拐角的路径。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述能量耗散装置经由所述连接装置可操作地连接到开关装置，其中所述开关装置用于控制通过一个或多个所述平衡电阻器从电池单元释放能量。
18.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置适于可操作地连接到所述热管理管道。
19.根据权利要求18所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置适于热和/或机械连接到所述热管理管道。
20.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置沿着所述载体装置的长度的至少一部分附接到热管理管道。
21.根据权利要求20所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置能够位于所述管道的外表面和一个或多个电池单元之间。
22.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述管道是可膨胀的。
23.根据权利要求22所述的载体装置，其特征在于，
所述管道适形为使得在膨胀状态下，所述管道至少部分地适形于一个或多个电池单元的表面的至少一部分。
24.根据权利要求22或23所述的载体装置，其特征在于，
所述管道由以聚合物为主的材料形成。
25.根据权利要求24所述的载体装置，其特征在于，
所述管道由可膨胀塑料材料形成。
26.根据权利要求25所述的载体装置，其特征在于，
所述可膨胀塑料材料是聚酯、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述管道填充有如膨胀泡沫或聚氨酯泡沫的可膨胀泡沫。
28.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置是柔性的。
29.根据权利要求28所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置包括柔性基板。
30.根据权利要求28或权利要求29所述的载体装置，其特征在于，
所述载体装置是柔性印刷电路板。
31.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述基板包括至少一个导电图案层。
32.根据权利要求31所述的载体装置，其特征在于，
所述电气元件经由所述导电图案层中的导电迹线电连接到所述连接装置。
33.根据权利要求31或权利要求32所述的载体装置，其特征在于，
所述导电迹线包括一个或多个信号线和至少一个接地线。
34.根据前述权利要求中任一项所述的载体装置，其特征在于，
所述连接装置位于所述载体装置的外围边缘附近。
35.一种制造前述权利要求中任一项所述的电池组的方法，其特征在于，
所述电池组包括一个或多个电池单元、至少一个柔性管道和载体装置，所述方法包括将所述载体装置可操作地耦合到所述管道，使所述管道膨胀并监测所述感测装置的输出。
36.根据权利要求35所述的制造电池组的方法，其特征在于，
所述方法还包括当所述管道位于一个或多个电池单元附近或之间时使所述管道膨胀。
37.根据权利要求35或权利要求36所述的制造电池组的方法，其特征在于，
所述方法还包括使所述管道膨胀，直到至少一个传感器的输出落入预定范围内。
38.根据权利要求35至37中任一项所述的制造电池组的方法，其特征在于，
所述方法还包括当由至少一个应变传感器测量的所述管道的所述表面上的所述应变高于阈值时，用灌封装置至少部分地围绕所述管道的至少一部分，所述灌封装置包括可膨胀泡沫、聚氨酯泡沫或硅树脂灌封材料。
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