一種柔性芯片、具有該柔性芯片的動(dòng)力電池組及電動(dòng)汽車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性芯片，同時(shí)也公開了具有該柔性芯片的動(dòng)力電池組，還公開了應(yīng)用該動(dòng)力電池組的電動(dòng)汽車。該柔性芯片包括依序設(shè)置在絕緣襯底上的金屬層、電阻層以及鈍化層；電阻層通過(guò)接線端與金屬層電連接，金屬層通過(guò)接線端與外層電路電連接。在動(dòng)力電池組中，溫度傳感器、均衡電阻以及加熱電阻均可采用該柔性芯片實(shí)現(xiàn)，使得電池單元控制電路變得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配、可靠性高。由于柔性芯片可以通過(guò)印刷工藝制備，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，可以有效控制成本以及縮短動(dòng)力電池組的上市周期。
【專利說(shuō)明】—種柔性芯片、具有該柔性芯片的動(dòng)力電池組及電動(dòng)汽車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性芯片，同時(shí)還涉及具有該柔性芯片的動(dòng)力電池組以及應(yīng)用該動(dòng)力電池組的電動(dòng)汽車，屬于電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源爭(zhēng)奪日益升級(jí)、全球氣候環(huán)境不斷惡化，汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今全球汽車業(yè)所面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。近年來(lái)，人們對(duì)電動(dòng)汽車的期望越來(lái)越高，但由于電動(dòng)汽車的成本，尤其是動(dòng)力電池組的制造成本很高，使得電動(dòng)汽車一直未能真正進(jìn)入市場(chǎng)。如何降低動(dòng)力電池組的制造成本、減少研發(fā)上市周期、提高工作可靠性，是電動(dòng)汽車大量投入市場(chǎng)前需要解決的重要問(wèn)題。
[0003]圖1為現(xiàn)有的一個(gè)動(dòng)力電池組(也稱電池包)的結(jié)構(gòu)示意圖。該動(dòng)力電池組由多個(gè)電池模塊串聯(lián)組成，每個(gè)電池模塊包含多個(gè)電池單元。圖2為現(xiàn)有的電池控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該電池控制系統(tǒng)用于測(cè)量電池模塊的電壓以及溫度，同時(shí)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電流均衡，因此每個(gè)電池模塊的內(nèi)部都需要安裝電池控制器和均流電路板，對(duì)每個(gè)電池單元的電壓、溫度進(jìn)行測(cè)量。電池控制器中包含溫度傳感器、電阻等元器件。動(dòng)力電池組在制造時(shí)，由于元器件的數(shù)量過(guò)多，致使元器件之間的連接容易出現(xiàn)接觸不良等問(wèn)題，使整個(gè)動(dòng)力電池組的可靠性無(wú)法得到保證。另外，還有一個(gè)重要問(wèn)題是適用于某種電池模塊的控制電路無(wú)法針對(duì)不同電池組實(shí)現(xiàn)通用。
[0004]這樣使得目前的動(dòng)力電池組存在以下幾個(gè)問(wèn)題:1.動(dòng)力電池組的設(shè)計(jì)以及制造成本高、上市周期慢。由于不同廠家的動(dòng)力電池組設(shè)計(jì)不同，動(dòng)力電池組的控制電路需要根據(jù)各個(gè)電池模塊的特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)，因此動(dòng)力電池組的研發(fā)費(fèi)用高并且上市周期較長(zhǎng)。2.動(dòng)力電池組的靈活性和可靠性不高。由于電池模塊內(nèi)部包含電池控制器和均衡電流板等器件，在制造時(shí)不僅面臨元器件的成本，并且進(jìn)行元器件的連接、配置也使得動(dòng)力電池組的靈活性以及可靠性大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種柔性芯片、具有該柔性芯片的動(dòng)力電池組以及應(yīng)用該動(dòng)力電池組的電動(dòng)汽車。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0007]一方面，本發(fā)明提供了一種柔性芯片，包括依序設(shè)置在絕緣襯底上的金屬層、電阻層以及鈍化層；
[0008]所述電阻層通過(guò)接線端與所述金屬層電連接，所述金屬層通過(guò)接線端與外層電路電連接。
[0009]其中較優(yōu)地，所述金屬層、所述電阻層和所述鈍化層通過(guò)印刷工藝制備。
[0010]其中較優(yōu)地，所述絕緣襯底的材料為聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。[0011]其中較優(yōu)地，所述電阻層和所述金屬層的材料為銀。
[0012]其中較優(yōu)地，所述電阻層采用溫度感應(yīng)材料。
[0013]其中較優(yōu)地，所述金屬層為叉指狀金屬電極。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供一種動(dòng)力電池組，該動(dòng)力電池組包括由上述柔性芯片制成的溫度傳感器。
[0015]另一方面，本發(fā)明還提供一種動(dòng)力電池組，該動(dòng)力電池組包括由上述柔性芯片制成的均衡電阻。
[0016]另一方面，本發(fā)明還提供一種動(dòng)力電池組，該動(dòng)力電池組包括由上述柔性芯片制成的加熱電阻。
[0017]再一方面，本發(fā)明還提供一種電動(dòng)汽車，其中應(yīng)用上述的動(dòng)力電池組。
[0018]本發(fā)明所提供的柔性芯片使電池單元控制電路變得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配、可靠性高。由于柔性芯片可以通過(guò)印刷工藝制備，便于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，可以有效控制成本以及縮短動(dòng)力電池組的上市周期。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為現(xiàn)有的動(dòng)力電池組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為現(xiàn)有的電池控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明所提供的柔性芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖3所示，本發(fā)明提供一種用于動(dòng)力電池組的柔性芯片。該柔性芯片包括絕緣襯底1、金屬層2、電阻層3以及鈍化層4。其中，金屬層2、電阻層3以及鈍化層4依序設(shè)置在絕緣襯底I之上。電阻層3通過(guò)接線端與金屬層2電連接，金屬層2通過(guò)接線端與外層電路電連接。下面對(duì)本柔性芯片的具體結(jié)構(gòu)展開詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024]在本發(fā)明中，絕緣襯底I為絕緣材料制成，優(yōu)選為塑料襯底。在制作絕緣襯底I時(shí)，優(yōu)選采用聚酰亞胺薄膜作為塑料襯底的材料。常用的聚酰亞胺薄膜的厚度為100 μ m，耐熱性高(溫度高達(dá)230°C )，尺寸穩(wěn)定性好，并且具有很好的潤(rùn)濕性和柔性，非常適合作為柔性印刷板的基底。另外，可以根據(jù)芯片的工作環(huán)境選擇制作絕緣襯底I的材料。例如，動(dòng)力電池組的工作環(huán)境溫度在一 20°C?+ 60°C，選擇聚酰亞胺薄膜制作絕緣襯底I的材料成本相對(duì)較高，可以選用成本相對(duì)較低的聚酯薄膜，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二醇酯等具有同等功能的材料代替。
[0025]金屬層2位于絕緣襯底I的上層，通過(guò)焊盤將電阻層3和外部電路的元器件電連接。另外，金屬層2還可以進(jìn)行電路布線，例如在塑料襯底上制作出電池單元控制電路等。在制作柔性芯片時(shí)，優(yōu)選采用絲網(wǎng)印刷工藝將金屬層2印刷在絕緣襯底I上，印刷材料優(yōu)選采用銀墨水。這樣，所獲得的金屬層2厚度大約為lOOnm。由于銀墨水的阻抗為5?30 μ Ω/cm，價(jià)格低廉，并且可以批量供貨，保證了柔性芯片的低阻抗、低成本和低工藝復(fù)雜度。此處可以理解，其它可以將金屬層2固定在絕緣襯底I上的技術(shù)如濺射等也可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此就不一一贅述了。[0026]電阻層3位于金屬層2與鈍化層4之間。電阻層3與金屬層2通過(guò)預(yù)留的焊盤電連接。電阻層3為整個(gè)柔性芯片的電阻部分，通過(guò)改變電阻的長(zhǎng)寬比例來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻的調(diào)節(jié)。本發(fā)明在制作柔性芯片時(shí)，優(yōu)選采用絲網(wǎng)印刷工藝將電阻層3印刷在金屬層2上，再在表面鍍絕緣層使其與金屬層2絕緣。印刷材料優(yōu)選采用銀墨水，當(dāng)然也可以根據(jù)柔性芯片的實(shí)際用途對(duì)電阻層3的材料進(jìn)行選擇。例如，柔性芯片作為溫度傳感器使用時(shí)，電阻層3所用材料為具有溫度感應(yīng)功能的材料如Si薄膜或者SiC薄膜等。
[0027]鈍化層4位于整個(gè)柔性芯片的最上層，是一層具有機(jī)械保護(hù)功能和電氣絕緣性能的覆蓋膜。該鈍化層4不僅可以用于穩(wěn)定柔性芯片的電學(xué)性能，同時(shí)也可以避免外界電荷的干擾、機(jī)械擦傷以及環(huán)境中濕度等因素的影響，對(duì)柔性芯片起到了封裝保護(hù)的作用。在本發(fā)明中，對(duì)鈍化層4的材料不進(jìn)行具體限定，可以是二氧化硅、氮化硅、絕緣膠等中的任意一種。
[0028]本發(fā)明所提供的柔性芯片可以作為溫度傳感器使用，也可以作為均衡電阻使用，還可以作為加熱電阻使用。下面，結(jié)合不同的實(shí)施例對(duì)本柔性芯片進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例1:柔性芯片作為電池單元控制電路中的溫度傳感器
[0030]如圖3所示(僅示出了溫度傳感器，其他電路未示出)，本實(shí)施例中的柔性芯片可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝在塑料絕緣襯底I上實(shí)現(xiàn)。絕緣襯底I采用厚度為100 μ m的聚酰亞胺薄膜材料。如果電池只是在一 20°C?+ 60°C之間工作，可以選用低成本的絕緣襯底材料如PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)或者PEN (聚萘二甲酸乙二醇酯)。在本實(shí)施例中，金屬層2為兩個(gè)叉指狀的金屬電極，優(yōu)選采用銀墨水印刷，其厚度約為lOOnm，從而具有制造成本低、低工藝復(fù)雜度和低阻抗(約5?30 μ Ω.cm)等特點(diǎn)。電阻層3采用溫度感應(yīng)材料如Si薄膜或者SiC薄膜印刷(或?yàn)R射)在金屬層2上。由于電阻層的阻抗受溫度影響較大(大約為5?10kQ/cm)，電阻層3完全覆蓋了下一層的叉指電極，可以實(shí)現(xiàn)傳感面積利用的最大化。溫度傳感器的電阻值可以通過(guò)調(diào)整電阻的長(zhǎng)寬比例進(jìn)行調(diào)整。金屬層2與電阻層3通過(guò)預(yù)留的焊盤實(shí)現(xiàn)電連接，其中金屬電極充當(dāng)連接電極端。金屬層2通過(guò)焊盤將電阻層3和外部電路的元器件進(jìn)行電連接。鈍化層4采用鈍化材料印刷而成，起封裝保護(hù)的作用，使印刷出來(lái)的柔性芯片電學(xué)性能穩(wěn)定，減少外界電荷的干擾，避免柔性芯片受到環(huán)境濕度的影響，同時(shí)也避免機(jī)械擦傷的不利影響。
[0031]在本實(shí)施例中，采用柔性芯片作為溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱容量較低，檢測(cè)溫度的延遲時(shí)間短，能夠及時(shí)檢測(cè)出電池溫度的變化。這種傳感器放置在電池表面，如果采用傳感器陣列方式進(jìn)行排布，則能夠檢測(cè)出電池表面的溫度分布，從而更有效地監(jiān)測(cè)電池的工作狀態(tài)，有助于延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的壽命、提升動(dòng)力電池組的性能。
[0032]實(shí)施例2:柔性芯片作為電池單元控制電路中的均衡電阻或加熱電阻
[0033]本實(shí)施例中的柔性芯片與實(shí)施例1基本相同，主要區(qū)別在于電阻層3。均衡電阻的電阻層3優(yōu)選采用銀墨水印刷在金屬層2上。電阻層3的阻值在I?25 Ω/cm之間。該均衡電阻不僅用于電流的均衡，同時(shí)在均衡過(guò)程可以將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能。因此，該均衡電阻可作為加熱電阻，使電池在低溫的環(huán)境中被均勻加熱到理想的工作溫度，有效地提高整個(gè)動(dòng)力電池組的工作性能。采用柔性芯片的加熱電阻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，無(wú)需增加額外的加熱設(shè)備，使得電池控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性、安全性得到了有效提升。
[0034]實(shí)施例3:柔性芯片將溫度傳感器、均衡電阻和加熱電阻進(jìn)行集成[0035]本實(shí)施例中的柔性芯片包含溫度傳感器、均衡電阻和加熱電阻三個(gè)功能。由于作為溫度傳感器或者均衡電阻的柔性芯片中，電阻層3采用不同的材料，因此這三個(gè)元器件的功能層可以在通用的塑料襯底上直接上下堆疊起來(lái)。與傳統(tǒng)的分立元器件相比，柔性芯片集成了三種元器件的功能，可以有效減少內(nèi)部的連線，同時(shí)避免了因裝配問(wèn)題造成的元器件損傷或者接觸不良。
[0036]相對(duì)于針對(duì)電池模塊的控制電路，本發(fā)明所提供的柔性芯片容易實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)電池單元的控制，避免傳統(tǒng)布線方式造成的電池質(zhì)量問(wèn)題。另外，采用本發(fā)明所提供的柔性芯片，無(wú)需再針對(duì)不同的動(dòng)力電池組設(shè)計(jì)電池單元控制電路，使得電池單元控制電路有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大大縮短電池的研發(fā)、上市周期以及動(dòng)力電池組的制造成本。由于采用印刷方式實(shí)現(xiàn)，保證了柔性芯片可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
[0037]為具體體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)越性，下面對(duì)通用的電池模塊控制器與應(yīng)用本發(fā)明的電池單元控制電路進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，如表1所示。
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種柔性芯片，其特征在于包括依序設(shè)置在絕緣襯底上的金屬層、電阻層以及鈍化層； 所述電阻層通過(guò)接線端與所述金屬層電連接，所述金屬層通過(guò)接線端與外層電路電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性芯片，其特征在于，所述金屬層、所述電阻層和所述鈍化層通過(guò)印刷工藝制備。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述絕緣襯底的材料為聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述電阻層和所述金屬層的材料為銀。
5.如權(quán)利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述電阻層采用具有溫度感應(yīng)功能的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的柔性芯片，其特征在于:所述金屬層為叉指狀金屬電極。
7.一種動(dòng)力電池組，包括溫度傳感器，其特征在于:所述溫度傳感器是權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的柔性芯片。
8.一種動(dòng)力電池組，包括均衡電阻，其特征在于:所述均衡電阻是權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的柔性芯片。
9.一種動(dòng)力電池組，包括加熱電阻，其特征在于:所述加熱電阻是權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的柔性芯片。
10.一種電動(dòng)汽車，包括動(dòng)力電池組，其特征在于:所述動(dòng)力電池組為權(quán)利要求7?9中任意一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池組。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK103682224SQ201310690667
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月15日
【發(fā)明者】姜巖峰, 張東, 蔣常斌, 杜宇, 李瑞麟, 李 杰, 于明, 趙雪蓮 申請(qǐng)人:北京自動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究所