具有温度测量设备的电池的制作方法

1.本发明涉及一种具有温度测量设备的电池，所述温度测量设备用于在多个测量位置测量电池的温度。


背景技术：

2.已公开的专利申请de 102016 207334 a1披露了一种用于确定温度的测量设备，包括多层电路板和布置于其上的传感器设备。导电层以一种嵌套的方式布置，有部分区域重叠。
3.从欧洲专利ep 2736100 b1已知一种用于电池系统的温度测量设备。多个用于测量电池单元温度的红外温度传感器被布置于电路板上。传感器与电池单元机械分离。
4.国际专利申请wo 2016/153267 a1描述了一种电池组，包括至少一个电池单元、用于散发电池单元产生的热量的散热器、具有与散热器接触的部分的电路板及安装在电路板上用于测量从散热器传导至电路板的热量的温度传感器。
5.韩国专利申请kr 1020180043875 a描述了另一种用于测量电池组温度的设备。进一步地，wo 2015/019511 a1公开了一种包括多个电池单元和电路板的电池，电路板包括用于测量电池的温度的温度传感器。


技术实现要素：

6.一般类型的电池尤其被用作为建筑物供电的能量存储器。这样的电池包括大量的可以串联或并联的单体电池单元。监控电池单元的温度非常重要，尤其是在电池具有大量单体电池单元的情况下。本发明要实现的一个目的是提供一种带有温度测量设备的电池，如果可能的话，温度测量设备能监控电池的所有电池单元的温度。
7.根据本发明的一个方面，该目的通过根据权利要求1的电池实现。一种根据本发明的电池，具有至少一个温度测量设备。本发明的其他方面为从属权利要求的技术方案、附图及下面描述中的示例性实施例。
8.根据本发明的电池的温度测量设备，包括作为载体元件的、具有上导电层和下导电层的多层电路板。特别地，电路板由隔热材料制备，故其具有低热容量。从而温度测量设备本身只从待测电池吸收少量的热。因此，能改善温度测量设备的准确性和反应速度。
9.温度测量设备包括多个各自被配置为产生温度相关的信号的温度传感器。通过设置多个传感器，能在多个测量点监控具有多个单体电池单元的电池的温度。因此，能保证特别可靠的温度监控。特别地，温度传感器为与温度相关的电阻器，例如负温度系数热敏电阻(ntc热敏电阻)。在较高温度下，这样的电阻器比在较低的温度下能更好地传导电流。ntc热敏电阻可能特别便宜、具有很高的测量准确性且非常可靠。然而，其使用并不限于ntc热敏电阻，ptc热敏电阻或其他芯片解决方案也可能被用作测量设备。
10.多个温度传感器优选地沿电路板的纵向以一定间隔布置于电路板上。传感器的位置尤其可以通过待测电池的单体电池单元的布置来指定。通过将传感器均匀地布置在电路
板上，尤其可能地，测量和监控单体电池单元的均匀温度分布。
11.温度测量设备的电路板包括用于将电路板固定于电池的多个固定装置。特别地，固定装置各自被布置于传感器的水平上，以产生与待测电池的部位的直接接触。
12.温度测量设备包括用于读取测量信号的多极端子。特别地，多极端子包括多个信号极，所述多个信号极各自通过上导电层单独的导体轨道与多个温度传感器的其中之一电连接。进一步地，多极端子优选地包括至少一个接地极(gnd)，所述至少一个接地极通过至少一个导体轨道与多个温度传感器中的每一个电连接。因此上导电层的导体轨道可以这样设置，即每个温度传感器的第一接触点与接地导体轨道连接，每个温度传感器的第二接触点与单独的信号导体轨道连接，以使得单独的温度测量值或电阻值能被每个温度传感器读取。
13.多个温度传感器各自分别被设置于上导电层的第一绝缘区域。该第一绝缘区域特别地作为与相应的温度传感器的热接触面。第一绝缘区域与导体轨道电绝缘。
14.下导电层包括第二绝缘区域，对于每个温度传感器第二绝缘区域用作与待测物体的热接触面。下导电层的热接触面以这样的方式配置，即其能直接被定位在待测电池的表面，并能与那里的表面热接触。
15.第一绝缘区域各自通过至少一个贯通连接部与相应的第二绝缘区域导热地连接。穿过绝缘电路板的贯通连接部在与电池直接接触的热接触面和相应的温度传感器之间产生导热地连接。特别地，第一绝缘区域各自通过多个贯通连接部，例如通过三个或更多个贯通连接部，与相应地第二绝缘区域导热地连接。因此，能改善温度传感器与相应的热接触面之间的热传导，从而可以准确测量电路板下侧的温度。
16.温度传感器各自优选地被导热护套包围，导热护套与相应的第一绝缘区域导热地连接。导热护套能改善从第一绝缘区域到温度传感器的热传递。特别地，热量均匀地分布于温度传感器的整个周身，从而可以实现更准确的温度测量。
17.优选地，电路板有大量的切口。切口减少了温度测量设备的总表面积和总质量。因此能减少温度测量设备的总热容量，这可以改善测量准确性，因为温度测量设备可以从待测电池吸收更少的热量。进一步地，由于单体电池单元没有被覆盖，切口能使单体电池单元被空气冷却。优选地，切口还用于将温度测量设备固定在电池上。更优选的，切口以这样的方式布置，即单体电池单元的电池单元座能通过切口伸出，从而电路板能直接定位于单体电池单元以实现直接的热接触。
18.根据本发明的电池中，第二绝缘区域各自与电池的至少一个电池单元连接器导热地连接。
19.根据本发明的电池优选地包括多排彼此相邻排列的单体电池单元。例如，单体电池单元可以排列在电池中的m行的n个单体电池单元的矩阵中，其中n和m是大于或等于2的自然数。
20.优选地，电池包括多个温度测量设备，每两排单体电池单元设置一个温度测量设备。特别地，所述多个温度传感器各自监控两到四个单体电池单元的温度。
21.优选地，电池具有用于评估来自温度传感器的测量信号的电子设备。为此，电子设备通过多极线缆与至少一个温度测量设备的多极端子连接。由温度传感器测量的各温度优选地按比例确定。特别的，这意味着测量信号彼此的比例是确定的，例如，据此可以确定与
期望值或平均值的偏差，或超过极限值的情况。
附图说明
22.下面参照附图所示的示例性实施例更详细地描述进一步的有利扩展，然而本发明并不仅限于此。图中：图1图1示出了根据本发明的具有温度测量设备的电池的一个示例性实施例的剖视图。图2图2a示出了根据本发明的温度测量设备的俯视图，图2b示出了对应的仰视图。图3图3示出了根据本发明的温度测量设备的示例性电路图。图4图4a和图4b示出了根据本发明的温度测量设备的两个不同的示例性实施例。图5图5示出了根据本发明的具有压缩带的温度测量设备的另一个示例性实施例的剖视图。
具体实施方式
23.在本发明的优选实施例的以下描述中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。
24.图1示出了根据本发明的具有温度测量设备10的电池20的示例性实施例的剖视图。电池(battery)20包括排列成一排的多个单体电池单元(cell)21。多个单体电池单元21通过焊接或熔接点24成对地与电池单元连接器22连接，并串联连接。电池单元座23布置于单体电池单元21之间并机械支撑单体电池单元21。根据本发明的电池20可以具有多排单体电池单元21。特别地，电池20可以被构造为一矩阵，该矩阵具有m行，每行具有n个单体电池单元21，其中m和n是10到20之间的自然数，例如，特别是16。
25.图1中，两个单体电池单元21在中央示出，左边的单体电池单元21的正极布置在顶部，右边的单体电池单元21的正极布置在底部。两个单体电池单元21与上部的电池单元连接器22通过焊接或熔接点24连接，故为串联连接。更多的单体电池单元21在居中示出的单体电池单元21的右侧和左侧用虚线表示，以表明仅示出了多个单体电池单元21的一部分。
26.电池20上布置有温度测量设备10。温度测量设备10包括作为载体元件的、具有上导电层1a和下导电层1b的多层电路板1。电路板1由隔热材料制备，例如塑料或纤维增强塑料或商用fr4(一类由环氧树脂和玻璃纤维织物组成的难燃和阻燃的复合材料，“阻燃剂4”)，具有一到几毫米的厚度。导电层1a和1b通常具有几十到几百微米的厚度，例如35um，并由诸如铜的导电材料制备。
27.电路板1上布置有多个温度传感器2，其中每个温度传感器2产生与温度相关的测量信号。图1中间示出的温度传感器2布置在上导电层1a的第一绝缘区域5a上。该绝缘区5a通过电绝缘6与上导电层1a的其余部分分隔开。温度传感器2被直接布置在第一绝缘区域5a上，使得温度传感器2测量第一绝缘区域5a的温度。
28.用作热接触面的第二绝缘区域5b被布置于第一绝缘区域5a下面，并在电路板1下侧。热接触面直接位于电池20的电池单元连接器22上。附图中的间距仅用于更好地展示。可以用导热膏来改善电池单元连接器22和热接触面之间的热传导。
29.第一绝缘区域5a通过三个贯通连接部4与下方的第二绝缘区域5b导热地连接，从
而使单体电池单元21输出到电池单元连接器22的热量直接通过热接触面5b和贯通连接部4传到第一绝缘区域5a，因此传到温度传感器2。因此，通过将温度传感器2设置于电路板1的上侧，位于下方的单体电池单元21的温度能被准确地测量。
30.与导电层1a和1b类似，贯通连接部4可以由铜制备。根据纯度，铜具有约为240至400w/(m k)的相对高的热导率。另一方面，塑料具有小于1w/(m k)的非常低的热导率。因此，热量能直接从热接触面5b(测量点)传至温度传感器2，而没有热量损失在电路板1中。进一步地，铜具有0.382kj/(kg k)的相对低的热容量，因此，在高热导率下，有相应高的热扩散率α。热扩散率α为热导率λ与热容量c和密度ρ的乘积之比：
31.热扩散率α量化了温度梯度导致的热传导下温度空间分布随时间的变化。这意味着由于温度传感器2和热接触面5b之间材料的高热扩散率，温度能被快速且几乎没有损耗地测量。
32.当然，也可以使用任何其他合适的材料来代替铜。
33.如图1所示，温度传感器2通过焊盘7与电路板1连接。焊盘7还与导体轨道3a和3b产生电接触，导体轨道3a和3b与用于读取测量信号的多极端子11连接(参见图2)。
34.在未示出的实施例中，温度传感器2可以各自被导热护套包围，该导热护套与相应的第一绝缘区域5a导热地连接。这种导热护套可以改善从第一绝缘区域5a到温度传感器2的热传递。特别地，热量均匀分布在温度传感器2的整个外围，从而能够实现更准确的温度测量。
35.图2a示出了根据本发明的温度测量设备10的俯视图，图2b示出了相应的俯视图。每种情况都仅示出了温度测量设备10的中间部分，使得可以看到四个温度传感器2。温度测量设备10比图示中明显地向左和向右延伸得更远。示例性的温度测量设备10包括总共八个温度传感器2。
36.如图2所示，温度测量设备10包括用于将电路板1固定到电池(20)上的多个固定装置12。固定装置12例如被配置为电路板1上的直接位于温度传感器2旁边的孔，使得温度测量设备10可以拧到电池20上，其中可以确保热接触面5b与电池20的电池单元连接器22有牢固且直接的接触。
37.图2a的中央示出了用于读取测量信号的多极端子11。在所示的示例性实施例中，存在具有八个信号极和两个接地极的十极端子11。信号极各自通过上导电层1a的单独的第一导体轨道3a与温度传感器2的第一端子连接。接地极各自通过公共的第二导体轨道3b与温度传感器2的第二端子连接。
38.温度测量设备10可以通过多极端子11和相应的多极电缆与用于评估温度传感器2的测量信号的电子设备连接。根据一个示例性的实施例，温度传感器2测量的各温度由电子设备按比例确定。这意味着特别要确定测量信号彼此之间的比例，其中，例如可以确定与期望值或平均值的偏差，或超出极限值的情况。
39.电路板1还具有多个矩形切口14。切口14减少了温度测量设备10的总表面积和总质量。由此，减小了温度测量设备10的总热容量，由于温度测量设备10从待测电池20吸收的热量较少，因此改善了测量的准确性。
40.进一步地，切口14允许空气被供应，从而使得单体电池单元21被空气冷却。此外，切口14还用于将温度测量设备10固定在电池20上。此外，切口可以这样布置，即单体电池单元的电池单元座23可以突出穿过切口14，使得电路板1可以直接定位在单体电池单元21的电池单元连接器22上，以实现直接热接触。此外，电路板1具有用于将温度测量设备10固定到电池20上的锁定孔13。
41.图3示出温度测量设备10的一个示例性电路图。八条信号线3a从十极端子11延伸到八个温度传感器2。还设置了两条用于将温度传感器2接地的接地线3b。温度传感器2被配置为ntc热敏电阻，其电阻值可以被确定为测量的温度值。
42.图4a和图4b各自以类似于图2a的俯视图示出了温度测量设备10的局部，每种情况都示出了温度传感器2周围的一部分。为了清楚起见，图2a示出的细节在图4中省略了，诸如导体轨道3a和3b。
43.图4a和图4b示出了两个具有不同布置的贯通连接部4的不同示例性实施例。在图4a中，三个贯通连接部4直接布置在温度传感器2的下方。因此该实施例基本上对应于图1中所示的示例。贯通连接部4例如可以是填充有铜的贯通连接部。然而，贯通连接部4也可以形成为仅壁被例如由铜制成的导电层覆盖的孔。其中在每种情况下都保留有通孔，空气可以通过该通孔。第一绝缘区5a以虚线区域示于图4a和4b中。
44.图4b示出了一个可选的示例性实施例，其中贯通连接部4没有布置在温度传感器2下方而是布置在其旁边。此外，第三绝缘区域5c布置在温度传感器2旁边，其表面基本上对应于温度测量设备10下侧的第二绝缘区域5b(参见图2b)。例如，第三绝缘区域5c可以设置为铜面。在本实施例中，贯通连接部4可以具有较大的直径。在图4b中，四个贯通连接部4作为示例被示出。由于可用的区域较大，也可以设置多于四个的贯通连接部4。
45.类似于图4a的示例，可选的示例性实施例的贯通连接部4可以是填充铜的贯通连接部或仅壁覆盖有例如铜制成的导电层的孔。其中在每种情况下都保留有空气可以流过的通孔。由于与图4a相比更大的直径，通孔可以更大，从而能改善空气交换。此外，通过镀通孔4可以改善导热性。进一步地，可以减少毛细效应，因此可以避免通孔内的冷凝。
46.第三绝缘区域5c特别能吸收来自第二绝缘区域5b的热量并通过与第一绝缘区域5a的连接将其传递到温度传感器2。因此，可以利用温度传感器2实现从温度测量设备10的下侧到上侧的改进的热传递，从而可以改善温度的测量。
47.图5示出了根据本发明的电池20的另一示例性实施例，其中，与图1中的示例性实施例不同，压缩带30布置在温度测量设备10上。特别地，压缩带30可以粘在温度测量设备10的电路板1上。
48.压缩带30是电绝缘、热绝缘及密封性的。例如，它可以是预压缩的浸渍泡沫密封胶带，例如基于聚氨酯的泡沫密封胶带。或者，它可以是例如由橡胶制成的压缩带。它可以机械变形以贴合温度测量设备10的表面，并在压缩后会自行膨胀。压缩带30可以通过电池20的壳体盖机械地压靠在温度测量设备10的电路板1上，从而其不需粘合剂也能牢固地靠在电路板1上。
49.压缩带30可以气密方式有利地覆盖温度测量设备10，从而可以防止冷凝水在温度测量设备10上不利地形成。此外，压缩带10起到与环境空气隔热的作用，这意味着可以改善温度测量的准确性，因为电路板1的温度不再(或至少在很小程度上)受环境空气的影响。
50.在上述说明书、权利要求书和附图中披露的特征对于本发明在多种实施方案中单独和以任何组合的实施可能是重要的。