電壓感測跡線熔絲到電池互連板中的整合的制作方法
【專利說明】電壓感測跡線熔絲到電池互連板中的整合
[0001]相關(guān)案例的陳述
本申請是2012年3月21日提交的美國申請序列號13/425,683的題為INTEGRATEDBUSBAR, TERMINAL PIN AND CIRCULT PROTECT1N FOR SENSING INDIVIDUAL BATTERY CELLVOLTAGE的部分繼續(xù)申請。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明總體涉及和電池供能系統(tǒng)結(jié)合使用的電壓感測構(gòu)件，并且更具體地涉及一種用于將分立電壓感測構(gòu)件整合到統(tǒng)一電池裝配中作為增加電池單元電壓感測構(gòu)件的裝配穩(wěn)健性和可制造性的途徑的設(shè)備和方法。
[0003]對于提高車輛燃料經(jīng)濟性和減少車輛排放的增長的需要導(dǎo)致混合動力車輛和純電動車輛兩者的發(fā)展。純電動車輛可由電池組(也稱為電池)供能，而混合動力車輛包括兩個或多個能量源，比如用作電池組的備用品或與電池組合作的汽油(也稱為內(nèi)燃)發(fā)動機。目前使用的混合動力車輛由兩個主要的型式。在第一型式(已知為電荷消耗的混合架構(gòu))中，電池可由傳統(tǒng)電網(wǎng)比如120VAC或240VAC電力線充電。在第二型式(已知為電荷維持的混合架構(gòu))中，電池從內(nèi)燃機和再生制動中的一個或兩個接收其充電的全部。在任一型式中，電池組典型地由多個模塊組成，其繼而由多個單個單元組成?？砂ǘ鄠€框架、托盤、蓋和相關(guān)結(jié)構(gòu)以為各種單元、模塊和組提供支撐，并且因此幫助限定該單元、模塊或組的較大組件。
[0004]在一種形式中，電池組的單元構(gòu)造成可限定稱為單元箱的剛性外殼的矩形(即棱柱)，其可沿著由對齊的平行板狀表面形成的軸線堆疊(很像一副撲克牌)。位于單元箱外部上的一個邊緣上的正端子和負(fù)端子關(guān)于堆疊軸線彼此橫向間隔開并且用作(比如通過母線)連接到外部負(fù)荷或電路的電接觸點。在單元箱內(nèi)，多個單個的交替的正極和負(fù)極沿著堆疊方向彼此隔開并由非導(dǎo)電分隔器保持電絕緣。來自每個負(fù)極的引線一起聚集在單元箱內(nèi)部以饋給負(fù)端子，而來自每個正極的引線類似地一起聚集在單元箱內(nèi)部以饋給正端子。在一種形式中，每個棱柱箱單元可將直流(DC)電傳送到前面提及的負(fù)荷，比如各種車輛系統(tǒng)，包括馬達、電力牽引系統(tǒng)或類似物，以及輔助裝備。功率逆變器典型地應(yīng)用于需要交流電(AC)而不是DC功率的構(gòu)件；這些功率逆變器典型地包括電容器模塊和用于將DC輸入信號轉(zhuǎn)換為AC輸出信號的集成柵雙極型晶體管(IGBT)。如上面提及的，在一般形式中，這些模塊通過母線或電纜組件連接，其中母線和單元的相關(guān)電流傳輸構(gòu)件典型地由銅、鋁或其合金制成。在一些情況下，引腳或相關(guān)導(dǎo)體可涂有其他金屬的薄層以增強耐腐蝕或其他希望的性能。
[0005]母線一般被認(rèn)為優(yōu)于電纜組件，(尤其)因為其除了提供電連接性之外可以通過緊湊型封裝將電壓感測和監(jiān)控電子裝置和功率連接件集成。而且，其總體結(jié)構(gòu)允許被用于在單個單元之間提供電連接的所有端子通過簡單的裝配操作相對于彼此可靠地和重復(fù)地定位。在一種形式中，監(jiān)控(比如單元電壓感測)使用電路保護設(shè)備(即電路保護熔絲，通常簡稱為“熔絲”)作為在母線和端子引腳之間的形成為用來提供(多個)電池單元的結(jié)構(gòu)支撐的前述框架的一部分的電接口典型地實現(xiàn)。
[0006]互連板(ICB)是與母線協(xié)作以給電路保護熔絲和其他電路構(gòu)件提供安裝位置的框架狀元件。盡管基于ICB構(gòu)造的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的母線及其到ICB的連接遭受某些缺點。當(dāng)在ICB已經(jīng)被模制或以其他方式成形后試圖將電路保護熔絲和母線連接到ICB時，這些缺點尤其地突出。首先，在一種常用裝配方法中，母線必須搭扣配合或熱粧接到框架。搭扣配合尤其不是穩(wěn)健的過程并且允許太多位置變化。第二，將熔絲的小的引線電阻焊到母線和端子引腳兩者需要精確對齊和過程窗口，這在被合并到大的部件中比如ICB時是很難滿足的。第三，熔絲引線自身會暴露于機械載荷，通常，熔絲的小的引線不足夠穩(wěn)健以在端子和母線之間用作機械鏈接和電鏈接兩者。因此，焊接質(zhì)量中的任何錯誤或減少將影響處理量，因為熔絲引線最終疲勞和失效。同樣，這些裝配困難導(dǎo)致失效和相關(guān)生產(chǎn)廢品率的大的可能性，從而抬高生產(chǎn)成本。
[0007]—種特別的ICB到母線的連接一基于柔性電路的方法，往往使用大數(shù)量的接頭以實現(xiàn)到熔絲的連接；這些接頭(和其他因素)構(gòu)成電池組ICB的全部成本的主要部分。而且，熔絲往往表面安裝到柔性電路上。雖然表面安裝是用于將構(gòu)件附接到柔性電路的可行的、有成本效益的方法的一種，但是當(dāng)熔絲的物理尺寸是大的時候其可能是有問題的；該較大的熔絲必須提供更嚴(yán)重的故障狀態(tài)(比如與汽車電池組和其他高電壓應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的那些)。在該情況下，由于構(gòu)件的質(zhì)量，所以剛性電路板更適合較大的熔絲；然而，這些方法往往是笨重的和昂貴的。而且，這些連接方案在母線跡線通過超聲波焊接附接到U形的單元安裝的通道的區(qū)域尤其地易受耐久性問題；當(dāng)放置在疲勞問題可變得顯著的振動環(huán)境中時這些問題往往加劇。因此，需要克服這些和其他連接技術(shù)的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開一種形成使用在電池供能的汽車推進系統(tǒng)中的集成電路的方法。所述電路包括具有用來在母線和端子引腳之間建立電連通的引線的熔絲。在優(yōu)選的形式中，對于在較大電池組或相關(guān)組件內(nèi)的每個單元具有電路。在本發(fā)明上下文中，電路可形成為作為連接器殼體的部分(在此更簡單地還稱為殼體)，其繼而永久地固定到或以其他方式形成為ICB或相關(guān)框架的部分；在任意情況下，框架和電壓感測(在此也指代為電壓感測)電路之間的連接的整體本質(zhì)使得被剛性地固定到彼此，在功能上講其是整體的，即使其原先的獨立本質(zhì)的一些可見標(biāo)記可存在。因此，在本發(fā)明上下文中通過整合到框架中，電壓感測電路成為結(jié)構(gòu)整體，從而與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比展示出提高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性，在現(xiàn)有技術(shù)中可能發(fā)生獨立形成的電壓感測電路，其更易受反復(fù)處理和相關(guān)的易于破壞的事件。特別地，構(gòu)成整體的電壓感測電路的端子引腳、熔絲和母線的組合一旦耦接到殼體被構(gòu)造成與殼體和在殼體內(nèi)的模塊整體以便殼體和電路一起限定自主部件，其在自身內(nèi)是結(jié)構(gòu)上穩(wěn)健的整體結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)其(比如通過包覆成型、封裝等)固定到較大框架時成為其整體部件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開用于感測通過在由多個電池單元組成的電池組內(nèi)的電池單元產(chǎn)生的電壓的組件。如上面提及的，裝配的電路提供測量電池組中的每個單個單元的電壓的手段。電壓感測電路由至少三個構(gòu)件組成，包括端子引腳、包覆的母線和熔絲(即電路保護)，其裝配在一起以適配在模塊化殼體中，其繼而可固定到ICB或電池框架。通過把這些導(dǎo)電件整合在殼體內(nèi)并進一步把該殼體整合到框架(比如注射成型的框架)中，所有構(gòu)件的更穩(wěn)健性可得到實現(xiàn)。這對于鏈接作為緊湊的模塊化殼體的一部分的端子引腳和母線的熔絲尤其有價值，其與熔絲和相關(guān)構(gòu)件分立地相比可承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)更嚴(yán)厲的操作處理。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開了構(gòu)造為向車輛提供推進功率的電池組。電池組包括多個電池單元，用于每個電池單元以允許單元得到固定的框架和固定到框架的電壓感測電路，其中電壓感測電路包括前面提及的熔絲、母線和端子引腳，以及構(gòu)造為將熔絲、母線和端子引腳彼此保持電連通的殼體。在一個具體形式中，殼體限定模制的結(jié)構(gòu)以便一旦各種導(dǎo)電構(gòu)件之間的連接做出，電壓感測電路限定模塊化單元。如上面提及的，殼體的模制結(jié)構(gòu)優(yōu)選地還模制到框架的模制結(jié)構(gòu)中；該模制、封裝、包覆成型等確保殼體和框架之間的整體連接。在優(yōu)選形式中，由模制殼體限定的形狀包括各種成形物以便接收電壓感測電路的導(dǎo)電部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是電池組可包括用于機械或電支撐的額外的特征，包括額外的框架、容納件、冷卻回路或類似物。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開一種包括用于在電池供能的汽車推進系統(tǒng)中的集成電路的組件。該組件可將多個棱柱型電池單元機械地和電地接收到形成在ICB中或上的接收單元的安裝通道中。限定多個單個信號承載線的母線形成在ICB和耦接件(其在優(yōu)選的形式中是電監(jiān)控連接集頭)中以通過單個信號承載線的相應(yīng)一個在每個通道和耦接件之間建立信號連接；以該方式，放置到相應(yīng)通道中的每個電池單元(或者有平行的多個電池以便電壓在整組上測量的構(gòu)造上為電池單元組)具有專用的電壓感測電路，其可通過母線將與每個單元有關(guān)的電壓信號通過耦接件發(fā)送到單元監(jiān)控或控制電路。重要地，母線在ICB內(nèi)比如通過包覆成型整體形成。以類似方式，通道可與ICB整體形成。以該方式，熔絲可僅在母線和通道(其如上面描述優(yōu)選地通過包覆成型在ICB內(nèi)整體形成)在ICB中形成后安裝和電耦接到相應(yīng)的信號承載線。以該方式，(例如通過錫融合，在下面描述)每個熔絲的連接在每個電壓感測電路的形成中是最后一步。(比如通過包覆成型等)通過把母線和ICB整體形成，可生產(chǎn)耐振動、處理和其他導(dǎo)致?lián)p害的條件和環(huán)境的更穩(wěn)健的組件。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開一種構(gòu)造為向車輛提供推進功率的電池組。所述電池組包括沿著堆疊軸線對齊以在它們之間限定面對關(guān)系的多個棱柱型電池單元。此外，包括單元監(jiān)測電子裝置、構(gòu)造成包含多個單元的盒以及耦接到盒和單元中的至少一個的組件。ICB包括多個接收電池單元的安裝通道，以及耦接件和母線，后者通過單個信號承載線的相應(yīng)一個在每個通道和耦接件之間建立信號連接。電壓感測電路通過信號與每個通道和母線的相應(yīng)部分合作，并且額外地形成在ICB內(nèi)以包括至少一個熔絲和耦接到熔絲的至少一條導(dǎo)電線。優(yōu)選地，母線和通道的一個或兩個和ICB整合形成，比如通過包覆成型(在母線情況下)或共同模制(在通道情況下)。囊可形成在母線、跡線或端子中以便于熔絲的引線更完全耦接到該母線、跡線或端子上的匹配部分。