一种电池温度压力一体化FPC传感器及其制造方法与流程

本发明属于电池安全监测、传感器设计等，具体涉及一种用于电池内部的、可同时检测温度和压力的复合传感单元及其制造工艺，特别适用于新能源汽车动力电池及工商业储能电池的安全预警系统。

背景技术：

1、在电池（尤其是锂离子电池）应用中，实时监测其内部温度和压力变化是预防热失控、起火等安全事故的关键。现有技术中，传感单元往往仅能单独检测温度或单独检测压力，难以在单一薄型、柔性结构内同时实现温度和压力的一体化监测。

2、现有技术中常见一种热敏电阻嵌入式方案：在硬性电路板上挖孔，将热敏电阻埋入其中来检测温度。该方案存在以下缺陷：热敏电阻在受到电池组膨胀挤压后易失效；整体外观不平整，难以与电池组表面实现良好贴合；

3、此外，该方案因结构的固有限制导致难以集成压力检测功能，且难以实现大批量、一致性高的规模化量产。

4、现有技术中存在一种柔性阵列式集成传感器，其采用铜箔和康铜箔分别制备于聚酰亚胺（pi）基底两侧，通过过孔-镀通孔工艺在测温结点处实现上下层电气连接，形成t型热电偶用于阵列式温度检测。然而，该方案仅涉及温度测量功能，未涉及压力检测功能，亦未针对电池内部应用场景进行结构适配。

5、现有技术中还存在一种基于柔性印刷电路阳极集流体的锂电池压力和温度监测薄膜传感器，其采用pvdf-trfe（聚偏氟乙烯-三氟乙烯）作为压电和热释电传感材料层，可同时实现电池内部压力和温度的监测。该方案依赖压电/热释电高分子材料体系。然而，该方案仅涉及温度测量功能，未涉及压力检测功能，亦未针对电池内部应用场景进行结构适配。

6、现有技术中还存在一种具备温度传感功能的铜集流体，采用电镀铜层与铜箔、胶片叠合的夹层结构，但其仅涉及测温功能。

7、综上所述，现有电池监测方案技术存在传感器功能单一、集成度低、量产性差等技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的不足，本发明提供如下技术方案：

2、第一方面，本发明提供一种电池温度压力一体化fpc传感器，包括：

3、铜箔层，设置于柔性绝缘基材一侧，其铜箔面形成有信号线路，所述铜箔层被配置为将压力变化转换为压力检测信号，用作导电层和压力敏感层，

4、康铜层，通过绝缘纯胶层设置在所述柔性绝缘基材的另一侧，使得所述铜箔层、所述柔性绝缘基材、所述绝缘纯胶层以及所述康铜层叠合形成复合结构基板；所述康铜层的康铜面形成有信号线路，所述康铜层被配置为通过其热电效应将温度变化转换为温度检测信号，用作温度敏感层；

5、多个导通孔，贯穿所述复合结构基板，所述导通孔经电镀处理，以使所述康铜层与所述铜箔层在贯穿点位形成电气连通，将康铜面的信号线路与铜箔面的信号线路导通并构成检测回路，以在单一fpc传感器内同时实现温度检测和压力检测。

6、进一步，所述导通孔采用激光钻孔或机械钻孔方式制成。

7、进一步，所述电镀处理仅对所述导通孔内壁的预设线路区域进行选择性电镀，形成金属化层。

8、进一步，所述导通孔内壁的金属化层的材质为电镀铜。

9、进一步，所述康铜层被配置为在使用时直接贴合于待测电池电池组的表面，通过接触式热传导感测电池组温度。

10、进一步，所述温度检测信号和所述压力检测信号分别经由对应的信号线路传输至位于所述fpc传感器一端的信号采集点，所述信号采集点被配置为通过连接器可插拔地连接至外部信号采集器。

11、进一步，所述复合结构基板整体呈柔性薄片状，所述多个导通孔沿所述复合结构基板的长度方向间隔排列。

12、进一步，沿所述复合结构基板的长度方向间隔排列的所述多个导通孔中，各导通孔分别对应独立的温度检测点位和压力检测点位，构成多点、多通道检测阵列。

13、进一步，所述康铜层和所述铜箔层的最外侧表面覆盖有绝缘保护膜；所述导通孔所在的导通位置与所述信号采集点所在位置在空间上相互分离，所述信号采集点集中位于所述复合结构基板沿长度方向的一端。

14、第二方面，本发明提供一种电池温度压力一体化fpc传感器的制造方法，所述方法用于制造上述一体化fpc传感器，所述方法包括以下步骤：

15、在柔性绝缘基材的一侧设置铜箔材形成铜箔层，并在设置有铜箔材的柔性绝缘基材的另一侧通过绝缘纯胶将康铜材与柔性绝缘基材热压捏合，形成柔性绝缘基材一面为康铜层、一面为铜箔层的复合结构基板；

16、在所述复合结构基板的预设位置制作多个贯穿基板的导通孔，通过图形电镀工艺，对所述导通孔的孔壁进行选择性电镀铜，使导通孔内壁形成金属化铜层，实现康铜层与铜箔层在预设点位的电气连通，并分别对康铜层的康铜面和铜箔层的铜箔面进行选择性电镀铜，形成康铜面信号线路图案和铜箔面信号线路图案；

17、在电镀完成后的所述复合结构基板的两面覆盖绝缘保护膜，通过外形冲切工艺，将覆膜后的基板冲切成与目标电池组尺寸匹配的长条状传感单元。

18、本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

19、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

20、1、功能一体化：通过铜箔层（压阻效应测压）与康铜层（热电效应测温）在由柔性绝缘基材支撑的同一双面复合结构中的协同配置，在单一薄型柔性单元内同时实现了电池内部的温度检测功能和压力检测功能，无需在电池内部部署两个独立的传感器，大幅提升电池内部有限空间的利用率。

21、2、结构稳定、尺寸可靠：以柔性绝缘基材作为中间支撑层，铜箔层和康铜层分别附着于柔性绝缘基材两侧，避免金属箔直接叠合可能导致的层间错位、翘曲等问题，赋予复合结构基板良好的机械强度和尺寸稳定性；柔性绝缘基材同时起到电气隔离作用，配合绝缘纯胶层实现对铜箔层与康铜层的可靠绝缘。

22、3、测温灵敏度高、精度高：采用康铜（镍铜合金）作为专用的温度敏感层材料，利用其热电效应（赛贝克效应）进行测温，其温度灵敏度高于普通铜箔，配合康铜层直接贴合电池组的结构设计，可实现工业级的高精度测温。

23、4、结构可靠、适于量产：避免传统热敏电阻挖孔埋入式的不可靠结构，采用全贴合层叠结构和图形电镀选择性导通工艺，上下金属层经柔性绝缘基材和绝缘纯胶稳定叠合，无焊点、无空腔，产品一致性好、抗电池组膨胀挤压能力强，且全程适配卷对卷连续化生产工艺，适于大规模工业化量产。

24、5、设计灵活、应用广泛：fpc传感器的外形尺寸、导通孔的间距和数量均可根据具体电池型号进行客制化调整，可适配方形电池、圆柱电池及软包电池等多种电池组形式。

25、6、热失控预警能力突出：通过实时同步采集电池内部的温度和压力两个关键安全参数，能够在热失控发生前（例如提前约半小时）检测出温度和/或压力的异常变化趋势并发出报警信号，为电池管理系统采取主动安全措施提供关键的时间窗口，有效预防电池安全事故的发生。

1.一种电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述导通孔采用激光钻孔或机械钻孔方式制成。

3.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述电镀处理仅对所述导通孔内壁的预设线路区域进行选择性电镀，形成金属化层。

4.根据权利要求3所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述导通孔内壁的金属化层的材质为电镀铜。

5.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述康铜层被配置为在使用时直接贴合于待测电池电池组的表面，通过接触式热传导感测电池组温度。

6.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述温度检测信号和所述压力检测信号分别经由对应的信号线路传输至位于所述fpc传感器一端的信号采集点，所述信号采集点被配置为通过连接器可插拔地连接至外部信号采集器。

7.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述复合结构基板整体呈柔性薄片状，所述多个导通孔沿所述复合结构基板的长度方向间隔排列。

8.根据权利要求1所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，沿所述复合结构基板的长度方向间隔排列的所述多个导通孔中，各导通孔分别对应独立的温度检测点位和压力检测点位，构成多点、多通道检测阵列。

9.根据权利要求6所述的电池温度压力一体化fpc传感器，其特征在于，所述康铜层和所述铜箔层的最外侧表面覆盖有绝缘保护膜；所述导通孔所在的导通位置与所述信号采集点所在位置在空间上相互分离，所述信号采集点集中位于所述复合结构基板沿长度方向的一端。

10.一种电池温度压力一体化fpc传感器的制造方法，其特征在于，所述方法用于制造如权利要求1-9任一项所述的一体化fpc传感器，所述方法包括以下步骤：