本公開的實(shí)施方式的各方面涉及電池模組。

背景技術(shù)：

1、近來，已經(jīng)開發(fā)了使用電力作為動力源的車輛(例如，用于運(yùn)輸貨物和人員的車輛)。這樣的電動車輛是由電動機(jī)使用儲存在可再充電(或二次)電池中的能量推進(jìn)的汽車。電動車輛可以僅由電池提供動力，或者可以是由例如汽油發(fā)電機(jī)提供動力的混合動力車輛(例如，車輛可以包括電動機(jī)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的組合)。一般地，電動車輛電池(evb)(或牽引電池)是用于為電池電動車輛(bev)的推進(jìn)提供動力的電池。電動車輛電池不同于啟動電池、照明電池和點(diǎn)火電池，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)為在持續(xù)的時(shí)間段提供(或輸出)電力?？稍俪潆?或二次)電池與一次電池的不同之處在于，它被設(shè)計(jì)為反復(fù)地充電和放電，而后者提供化學(xué)能到電能的不可逆轉(zhuǎn)變。低容量可再充電電池可以用作用于小型電子設(shè)備(諸如移動電話、筆記本計(jì)算機(jī)和攝像機(jī))的電源，而高容量可再充電電池可以用作混合動力車輛等的電源。

2、一般地，可再充電電池組括電極組件、接收(或容納)電極組件的殼以及電連接到電極組件的電極端子，該電極組件包括正電極、負(fù)電極以及插置在正電極和負(fù)電極之間的隔膜。電解質(zhì)溶液注入到殼中以使電池能夠經(jīng)由正電極、負(fù)電極和電解質(zhì)溶液之間的電化學(xué)反應(yīng)來充電和放電。殼的形狀(諸如圓柱形或矩形形狀)可以基于電池的預(yù)期用途而變化。鋰離子(和類似的鋰聚合物)電池(通過它們在膝上型計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中的使用而廣為人知)是為開發(fā)中的最新電動車輛提供電力的最常見類型的電池。

3、可再充電電池可以用作包括多個(gè)單位電池單體(或由多個(gè)單位電池單體形成)的電池模組(例如，可以是該電池模組的一部分)，多個(gè)單位電池單體串聯(lián)和/或并聯(lián)彼此結(jié)合以提供高能量密度，諸如用于混合動力車輛的電機(jī)驅(qū)動。例如，電池模組可以通過將多個(gè)單位電池單體的電極端子彼此互連來形成(單位電池單體的數(shù)量取決于期望的電量)，以實(shí)現(xiàn)高功率可再充電電池。

4、電池模組可以以塊設(shè)計(jì)或模組化設(shè)計(jì)來構(gòu)造。在塊設(shè)計(jì)中，每個(gè)電池結(jié)合到公共集流體結(jié)構(gòu)和公共電池管理系統(tǒng)，并且其單位布置在殼體中。在模組化設(shè)計(jì)中，多個(gè)電池單體連接以形成子模組，并且若干子模組連接以形成電池模組。在汽車應(yīng)用中，電池系統(tǒng)通常由串聯(lián)地彼此連接以提供期望的電壓的多個(gè)電池模組組成。電池模組可以包括具有多個(gè)堆疊的電池單體的子模組，每個(gè)堆疊體可以包括依次串聯(lián)連接的并聯(lián)連接單體(xpys)或依次并聯(lián)連接的串聯(lián)連接單體(xsyp)。

5、電池組是一組任意數(shù)量的(通常，相同的)電池模組。它們可以串聯(lián)、并聯(lián)或兩者混合地配置，以提供期望的電壓、容量或功率密度。電池組包括各個(gè)電池模組和互連，該互連提供在它們之間的導(dǎo)電性。

6、電池系統(tǒng)可以包括電池管理系統(tǒng)(bms)，其是配置為諸如通過保護(hù)可再充電電池以免在其安全操作區(qū)之外運(yùn)行、監(jiān)控它們的狀態(tài)、計(jì)算二次數(shù)據(jù)、報(bào)告該數(shù)據(jù)、控制它們的環(huán)境、對它們進(jìn)行驗(yàn)證和/或?qū)λ鼈冞M(jìn)行平衡來管理可再充電電池、電池模組和電池組的合適的電子系統(tǒng)。例如，bms可以監(jiān)控可再充電電池的狀態(tài)，該電池的狀態(tài)由以下表示：電壓(例如，電池組或電池模組的總電壓和/或各個(gè)單體的電壓)、溫度(例如，電池組或電池模組的平均溫度、冷卻劑進(jìn)入溫度、冷卻劑輸出溫度和/或各個(gè)單體的溫度)、冷卻劑流(例如，流速和/或冷卻液體壓力)和電流。此外，bms可以基于上述參數(shù)來計(jì)算以下值，諸如最小和最大單體電壓、用于指示電池的充電水平的充電狀態(tài)(soc)或放電深度(dod)、健康狀態(tài)(soh；對電池的剩余容量占原始容量的百分比的各種定義的測量)、功率狀態(tài)(sop；考慮到當(dāng)前功率使用、溫度和其它條件，在定義的時(shí)間間隔內(nèi)可用的電量)、安全狀態(tài)(sos)、作為充電電流限制(ccl)的最大充電電流、作為放電電流限制(dcl)的最大放電電流以及單體的內(nèi)部阻抗(例如，用于確定開路電壓)。

7、bms可以是集中式的，使得單個(gè)控制器通過多條導(dǎo)線連接到電池單體。在其它情況下，bms可以是分布式的，其中bms板安裝在每個(gè)單體處，并且在電池和控制器之間僅有一條通信電纜。在其它情況下，bms可以具有包括若干控制器的模組化構(gòu)造，每個(gè)控制器處理一定數(shù)量的單體(例如，一組單體)，同時(shí)在控制器之間進(jìn)行通信。集中式bms是最經(jīng)濟(jì)的，但是是最不可擴(kuò)展的，并受到需要多條導(dǎo)線的困擾。分布式bms是最昂貴的，但是是安裝最簡單的，并提供最整潔的組件。模組化bms提供了其它兩種拓?fù)涞奶卣骱腿秉c(diǎn)的折衷。

8、bms可以保護(hù)電池組以免在其安全操作區(qū)之外運(yùn)行。在安全操作區(qū)之外運(yùn)行可以由過電流、過電壓(例如，在充電期間)、過溫度、欠溫度、過壓力以及接地故障或泄漏電流檢測來指示。bms可以通過以下來防止在電池的安全操作區(qū)之外運(yùn)行：包括內(nèi)部開關(guān)(例如，繼電器或固態(tài)器件)，如果電池在其安全操作區(qū)之外運(yùn)行則該內(nèi)部開關(guān)開路；要求電池所連接到的器件減少或者甚至終止使用該電池；和/或諸如通過加熱器、風(fēng)扇、空氣調(diào)節(jié)或液體冷卻主動控制環(huán)境。

9、對電池功率輸出和充電的靜態(tài)控制可能不足以滿足連接到電池系統(tǒng)的各種用電裝置的動態(tài)功率需求。因此，可以采用在電池系統(tǒng)和用電裝置的控制器之間的穩(wěn)定的信息交換。這種信息可以包括電池系統(tǒng)的實(shí)際充電狀態(tài)(soc)、潛在的電性能、充電能力和內(nèi)部電阻以及用電裝置的實(shí)際或預(yù)測的功率需求或剩余電量。因此，電池系統(tǒng)可以包括用于在系統(tǒng)層級獲取和處理這種信息的電池管理系統(tǒng)(bms)，并且還可以包括作為系統(tǒng)的電池模組的部分并在模組層級獲取和處理相關(guān)信息的多個(gè)電池模組管理器(bmm)。bms測量系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流、系統(tǒng)殼體內(nèi)部的不同位置處的局部溫度以及在帶電部件與系統(tǒng)殼體之間的絕緣電阻，并且bmm可以測量電池模組中的電池單體的各個(gè)單體電壓和溫度。

10、bms/bmm(也稱為電池管理單元(bmu))諸如通過保護(hù)電池以免在其安全操作區(qū)(或安全操作參數(shù))之外運(yùn)行、監(jiān)控其狀態(tài)、計(jì)算二次數(shù)據(jù)、報(bào)告該數(shù)據(jù)、控制其環(huán)境、對其進(jìn)行驗(yàn)證和/或?qū)ζ溥M(jìn)行平衡來管理電池組。

11、為了管理或控制電池模組或電池組中的電池單體，利用幾種類型的互連。第一種類型的互連是所謂的匯流條，其連接電池單體的兩個(gè)或更多個(gè)端子以提供單體的并聯(lián)或串聯(lián)配置。由于它們從單體提供電流/向單體提供電流的性質(zhì)，匯流條是實(shí)心的并且適合于傳導(dǎo)高電流。匯流條可以具有擁有大表面積的條狀形狀。大表面積可以承載大量的電流。在大多數(shù)應(yīng)用中，匯流條是無源部件，并且能夠甚至裝配在非常小和狹窄的安裝空間中，但是在一些情況下，它們可以是有源部件。

12、第二種類型的互連涉及信號線或?qū)Ь€，其用于將單體或子模組的電信息傳遞到bms/bmu。由于它們承載信號的性質(zhì)，這些線路可以是柔性的(例如，可以實(shí)現(xiàn)為柔性互連，諸如柔性印刷電路(fpc))。柔性互連在電池模組內(nèi)部使用以將電池單體極柱與電池管理單元連接。柔性互連可以在匯流條上方延伸，并且在這種情況下，匯流條應(yīng)當(dāng)具有非常光滑的邊緣和表面，這難以實(shí)現(xiàn)和檢查。柔性互連可以形成為隔離(或絕緣)基底材料、銅層(多個(gè)導(dǎo)電跡線或信號線可以由該銅層形成)和隔離覆蓋層的堆疊體?；缀透采w層的材料可以具有相對非常好的隔離特性，可以充分隔離信號線同時(shí)相對薄，諸如在幾十微米的范圍內(nèi)。該隔離覆蓋層可以是機(jī)械耐用的絕緣材料(諸如聚酰亞胺(pi))的薄層。盡管從機(jī)械角度來看絕緣材料是耐用的，但是由于其厚度小，需要保護(hù)其免受危險(xiǎn)，諸如尖銳的邊緣、粗糙的表面、應(yīng)力等。換句話說，這種耐久性受到層厚度的限制；換句話說，具有一位數(shù)微米厚度的非常薄的層是易碎的。由于希望監(jiān)控單體端子和通常大量的單體，柔性互連可以具有相對大量的導(dǎo)電跡線，并且每條跡線連接到單體端子或匯流條。在一些情況下，單體端子可以連接到匯流條，這使得所有連接的單體端子具有相同的電位。在這個(gè)意義上，柔性互連可以連接到匯流條以獲得單體端子的電位。如果已知所有單體端子的所有電位，則每個(gè)單體的電壓也是已知的。

13、當(dāng)柔性互連用于測量/平衡單體電壓時(shí)，它機(jī)械地互連電池單體或匯流條。隨著時(shí)間的推移，主要由于老化，單體可能膨脹，因此，單體應(yīng)當(dāng)能夠在尺寸上擴(kuò)大。當(dāng)設(shè)計(jì)柔性互連時(shí)可以考慮到這種尺寸變化，使得柔性互連可以能夠適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償兩個(gè)固定點(diǎn)之間的距離變化。換句話說，一個(gè)電池單體的封裝的體積可能增大，這導(dǎo)致單個(gè)電池單體相對于另一個(gè)相鄰電池單體的移動。此外，取決于電池模組的使用情況，例如當(dāng)在車輛中使用時(shí)，電池單體之間的移動可能由于振動引起。因此，由于柔性互連通常布置在匯流條的頂部上，所以當(dāng)設(shè)計(jì)柔性互連時(shí)，可以考慮單體膨脹的可能性。

14、這可以通過使用不同的方法來實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)償長度變化的一種方法包括使用額外的長度并在z方向(例如，垂直方向)上形成波形，但是這種方法導(dǎo)致組裝困難。另一種方法包括為每個(gè)單個(gè)接口創(chuàng)建2d形狀，但是這種方法產(chǎn)生更多的浪費(fèi)并且不能精確地安置互連。在相關(guān)技術(shù)的示例中，通過在柔性互連的z方向上使用ω形狀來實(shí)現(xiàn)柔性，其一個(gè)示例在圖2中示出。例如，圖2示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的柔性互連的典型實(shí)現(xiàn)方式，在透視圖中示出其頂表面。例如，垂直方向上的凸起易于識別，其在z方向上具有上述ω形狀。用于焊盤或接線片的焊盤安裝部分可以提供在柔性互連的中間以縱向地延伸。這種設(shè)計(jì)難以生產(chǎn)，并且在專用區(qū)域以良好的精度定位用于將柔性互連連接到匯流條的接線片是有挑戰(zhàn)性的。波形或ω形狀在柔性互連制造之后松弛，并且通常以完全平坦的狀態(tài)運(yùn)送到包裝組件(packassembly)。因此，第二次手動放置是唯一可能的方案，但是這有由于擠壓柔性互連和刮擦匯流條的尖銳邊緣而損壞柔性互連的風(fēng)險(xiǎn)。已經(jīng)為組裝工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了額外的塑料零件。在焊接點(diǎn)固定之后的柔性互連總是處于受力狀態(tài)。盡管期望通過使用例如機(jī)械臂來允許柔性互連的自動組裝，但是這樣的自動組裝與ω形狀的柔性互連不兼容。

15、對在z方向上的ω形狀的替代物為平坦的雙s形，如在例如圖3中示出的。圖3是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的柔性互連的俯視圖。代替圖2中所示的在z方向上的ω形狀，應(yīng)力消除區(qū)段是平坦的并且不在z方向上延伸，而是在柔性互連的平面中形成雙s形狀。然而，s形狀需要增大(例如加倍)柔性互連的寬度，這將需要電池模組中或電池組中的兩倍的空間，并導(dǎo)致生產(chǎn)期間更多的切掉(例如浪費(fèi))材料。更多的切掉材料是指以下事實(shí)，柔性互連通常由單片材料形成，并且如果柔性互連的最終形狀具有一定寬度，則原材料必須至少具有相同的寬度。因此，大部分原材料將作為廢料被切掉。

16、另一種相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)包括具有匯流條、電路板以及將電路板與匯流條連接的連接器的電池模組。在這種相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)中，所有的連接器都單獨(dú)安裝在電路板上，該電路板在電池模組的上側(cè)上位于中間。例如，連接器具有帶有減重孔(其降低了彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度)的緩沖區(qū)段，從而允許變形，這具有良好的緩沖效果。對于這些緩沖區(qū)段，可以使用s形、ω形和z形。然而，所有的這些形狀都顯著增大了結(jié)構(gòu)的寬度，這帶來上述問題，諸如增加的空間需求和更多的切掉材料(例如，更多的廢料)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的實(shí)施方式提供更可靠且緊湊的電池單體接觸結(jié)構(gòu)。此外，自動組裝是可能的，并且減少了浪費(fèi)，因此降低了成本。這可以通過提供具有平的應(yīng)力消除區(qū)段的柔性互連來實(shí)現(xiàn)。此外，柔性互連的寬度是正常的，也就是，沒有顯著增大。此外，通過減少切掉材料，實(shí)現(xiàn)了有成本效益的材料使用。

2、本公開由所附權(quán)利要求及其等同物限定。下面的描述受到這種限制。在權(quán)利要求及其等同物的范圍之外的任何公開內(nèi)容旨在用于說明以及比較的目的。

3、根據(jù)本公開的實(shí)施方式，一種電池模組包括：多個(gè)電池單體，沿著縱向方向堆疊；以及柔性互連，配置為向電池管理單元提供多個(gè)電池單體的電信息。柔性互連在縱向方向上延伸并固定到多個(gè)電池單體。柔性互連包括應(yīng)力消除區(qū)段，應(yīng)力消除區(qū)段包括多條互連跡線并且在縱向方向上延伸。應(yīng)力消除區(qū)段具有沿著縱向方向延伸并將多條互連跡線中的相鄰互連跡線彼此分開的切口。多條互連跡線包括形成凹陷部分的第一外圍互連跡線和與第一外圍互連跡線相反并形成凸出部分的第二外圍互連跡線。應(yīng)力消除區(qū)段中的凸出部分的高度為與鄰近應(yīng)力消除區(qū)段的柔性互連的寬度相同的尺寸或小于鄰近應(yīng)力消除區(qū)段的柔性互連的寬度。

4、應(yīng)力消除區(qū)段可以是平的。

5、切口可以是非線性的。

6、應(yīng)力消除區(qū)段中的凸出部分的高度可以為與多條互連跡線之一的寬度相同的尺寸或小于多條互連跡線之一的寬度。

7、鄰近應(yīng)力消除區(qū)段的柔性互連的寬度可以等于應(yīng)力消除區(qū)段中的柔性互連的寬度。

8、柔性互連還可以包括用于安裝焊盤的焊盤安裝部分，該焊盤連接到電池單體之一。焊盤安裝部分可以在柔性互連的沿縱向方向延伸的邊緣處在應(yīng)力消除區(qū)段之外。

9、應(yīng)力消除區(qū)段可以關(guān)于垂直于縱向方向并穿過應(yīng)力消除區(qū)段的中心的軸線對稱。

10、多條互連跡線中的至少兩條可以具有相同的寬度。

11、切口可以包括多個(gè)非線性切口，每個(gè)非線性切口具有相同的寬度。

12、每個(gè)非線性切口可以具有曲折形狀、波狀形狀、ω狀形狀、v狀形狀或w狀形狀。

13、柔性互連還可以包括導(dǎo)體線路。

14、應(yīng)力消除區(qū)段還可以包括導(dǎo)體線路。

15、每條互連跡線還可以包括導(dǎo)體線路。

16、柔性互連可以是柔性印刷電路。

17、根據(jù)本公開的實(shí)施方式，一種電池組包括多個(gè)這里描述的電池模組。

18、本公開的附加方面和特征可以從從屬權(quán)利要求或以下描述被了解。