单元平衡模块的制作方法

1.本发明涉及一种单元平衡模块，并且更特别地涉及这样一种单元平衡模块，在所述单元平衡模块中，单元平衡电阻器使用堆叠结构被安装。


背景技术：

2.当对汽车的电池组充电和放电时，在单元之间的电压差自然地发生，并且如果它在这种状态中被连续地使用，则一些电池可能变得过度充电并且存在火灾的风险，并且一些电池处于过度放电状态中，从而引起诸如缩短电池组的寿命的问题。
3.为了防止这种情况，电流被施加到被连接到电池组的单元的电阻器，以消耗每个单元的电压作为热，由此在单元之间执行平衡。当在有限的空间中消耗单元的电压作为热时，电阻器引起快速温度升高，并且为了防止这种情况，通过减小电流来控制温度，然而，因为这影响单元平衡时间，所以有必要在不减小电流的情况下通过改进位置、布置和驱动方法来优化设计。


技术实现要素：

4.技术主题
5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于使用堆叠结构安装单元平衡电阻器的单元平衡模块和一种用于制造单元平衡模块的方法。
6.本发明的问题不限于以上提到的问题，并且根据以下描述，本领域技术人员将清楚地理解未提到的其他问题。
7.技术方案
8.为了解决以上技术问题，根据本发明的实施例的一种单元平衡模块包括：主板，多个单元平衡电阻器被安装在所述主板上；至少一个子板，多个单元平衡电阻器被安装在所述至少一个子板上，并且所述至少一个子板被形成在所述主板上方同时与其隔开预定距离；以及至少一个连接器，所述至少一个连接器支撑与所述主板隔开的所述子板并且将所述子板电连接到所述主板。
9.另外，所述子板可以具有所述多个单元平衡电阻器，所述多个单元平衡电阻器被形成在面对所述主基板或者与所述主基板相对的表面上。
10.另外，所述多个单元平衡电阻器可以通过为每个电池单元串联连接两个单元平衡电阻器来消耗每个电池单元的电压。
11.另外，被形成在所述主基板上的多个单元平衡电阻器和被形成在所述子板上的多个单元平衡电阻器可以被交替地置放，使得位置彼此不重叠。
12.另外，所述子板具有散热单元，所述散热单元被形成在其上没有安装所述多个单元平衡电阻器的表面上。
13.另外，它可以包括控制单元，所述控制单元被安装在所述主基板上以控制所述多个单元平衡电阻器的连接。
14.另外，所述子板可以是多个，并且连接器可以被形成在彼此相邻的子板之间，使得相邻的子板可以被形成为以预定间隔彼此隔开。
15.另外，所述连接器可以通过在其中图案化的连接线来连接所述主板和所述子板。
16.另外，在单元平衡电阻器之间的间隔、单元平衡电阻器的数目和子板的数目中的至少一个可以取决于热密度、平衡时间、执行平衡的单元的数目或者单元平衡模块的空间而改变。
17.为了解决以上技术问题，根据本发明的实施例的一种用于制造单元平衡模块的方法包括以下步骤：在一个或者多个子板上安装单元平衡电阻器，并且连接连接器以形成电阻器模块；在主板上安装单元平衡电阻器和控制单元平衡电阻器的控制单元；以及在所述主板的单元平衡电阻器上堆叠所述电阻器模块。
18.有益的效果
19.根据本发明的实施例，能够使用堆叠结构安装更大数目的电阻器，使得多个单元能够被平衡，并且能够缩短用于单元平衡的时间。另外，各种电阻器可用并且所述单元平衡模块的尺寸能够减小，由此使得能够实现紧凑并且纤薄的设计。另外，降低了热密度，这能够降低电阻器和模块的温度。
20.根据本发明的效果不受以上例示的内容限制，并且在本说明书中包括更多的各种效果。
21.附图简要说明
22.图1图示根据本发明的实施例的单元平衡模块。
23.图2到图4是用于解释根据本发明的实施例的单元平衡过程的图表。
24.图5到图8图示根据本发明的各种实施例的单元平衡模块。
25.图9是用于解释根据本发明的实施例的单元平衡模块的电阻器的设计的图表。
26.图10图示根据本发明的另一实施例的单元平衡模块。
27.图11是用于解释根据本发明的实施例的制造单元平衡模块的方法的图表。
具体实施方式
28.在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
29.然而，本发明的技术思想不限于将要描述的一些实施例，而是可以被实现为各种形式，并且在本发明的技术思想的范围内，构成元件中的一个或者多个可以在实施例之间被选择性地组合或者替代。
30.另外，在本发明的实施例中使用的术语(包括技术和科学术语)，除非明确地定义和描述，否则能够被解释为本领域技术人员能够一般地理解的含义，并且通常使用的术语诸如在词典中定义的术语可以考虑到相关技术上下文的含义来解释。
31.另外，在本说明书中使用的术语是用于描述实施例而非旨在限制本发明。
32.在本说明书中，单数形式可以包括复数形式，除非在短语中特别声明，并且当描述为“a和b和c中的至少一个(或者多于一个)时”，这可以包括能够与a、b和c组合的所有组合中的一个或者多个。
33.另外，在描述本发明的实施例的部件时，可以使用术语诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)。这些术语仅仅旨在将部件彼此区分，并且这些术语并不限制部件的性质、顺序或者序
列。
34.并且，当部件被描述为被“连接”、“耦合”或者“互连”到另一部件时，部件不仅被直接地连接、耦合或者互连到其他部件，而且还可以包括由于在其他部件之间的另一部件而被“连接”、“耦合”或者“互连”的情形。
35.另外，当被描述为被形成或者布置在每个部件“上(上方)”或者“下(下方)”时，“上(上方)”或者“下(下方)”意味着这不仅包括该两个部件直接地接触的情形，而且还包括一个或者多个其他部件被形成或者布置在该两个部件之间的情形。另外，当被表达为“上(上方)”或者“下(下方)”时，可以包括基于一个部件不仅向上方向而且还有向下方向的含义。
36.图1图示根据本发明的实施例的单元平衡模块。
37.根据本发明的实施例的单元平衡模块100包括主板110、子板120和连接器130，并且可以进一步包括控制单元300和散热单元140。
38.用于电池的单元平衡是为了将如在图2中所示连接的每个单元的电压控制为相同，并且当执行单元平衡时，正在每个单元中充电的所有电压变得相等(v1＝v2＝v3＝vn)。对于单元平衡，单元平衡模块100可以包括：电阻器r1到r3，所述电阻器r1到r3消耗单元的电压；以及控制单元300，所述控制单元300用于使用每个电阻器来控制单元的电压消耗。对于单元平衡，单元平衡模块100的单元可以包括：电阻器r1到r3，所述电阻器r1到r3消耗电压；以及控制单元300，所述控制单元300用于通过使用每个电阻器来控制单元的电压消耗。在被连接到每个单元的电阻器中，被连接到其电压高于其他单元的电压的单元的电阻器被连接到单元以形成闭环，使得电流流动，并且单元的电压通过流动的电流而被消耗，由此平衡单元。这被称为被动平衡(passive balancing)。
39.对于单元平衡，两个电阻器12和13被连接到每个单元11，并且单元的电压通过流过那里的电流而被消耗。通过控制单元300的控制对开关14进行接通/关断来控制单元平衡操作。
40.当执行单元平衡时，在流过电阻器的电流和平衡时间之间的关系在图3中示出。随着流过电阻器的电流增加，每个单元的电压变化具有非常快速的响应速度。另外，如在图4中所示，当电阻器30被安装在基板10上并且通过控制单元300和20的控制来执行单元平衡时，随着电阻器30的数目增加，功耗能够增加，并且因此，平衡时间能够减少。
41.然而，当每个电阻器30中的电流增加时，每个电阻器中的功耗增加，使得在电阻器和模块内侧可能发生快速的温度升高。当电阻器30的数目增加时，所述基板10的尺寸根据由电阻器占据的空间而增加，并且相应地，外壳的尺寸也增加，从而导致成本增加。另外，当在有限的空间中同时地使用多个电阻器30时，由于在电阻器中产生的热密度增加，所以可能发生热斑，由此引起故障或者火灾的风险。
42.为了有效率的单元平衡，根据本发明的实施例的单元平衡模块100包括堆叠结构，所述堆叠结构具有一个或者多个子板120，所述一个或者多个子板120被形成在其上安装有多个单元平衡电阻器111的主基板110的上部中并且以预定间隔彼此隔开。
43.子板120和主板110通过一个或者多个连接器130被彼此电连接，并且连接器130支撑子板120使得子板120能够与主板110隔开。
44.因为能够通过分别地将单元平衡电阻器111和121安装在主板110和子板120上来扩展安装空间，所以用于单元平衡的单元平衡电阻器的有效的设计是可能的。安装在主板
110和子板120上的单元平衡电阻器111和121可以具有为每个电池单元串联连接的两个单元平衡电阻器，使得从每个电池单元流动的电压能够被消耗。接通/关断开关可以被安装在主板110和子板120上，以控制在两个单元平衡电阻器和单元之间的连接。相应的开关的接通/关断可以由控制单元300控制。
45.连接器130用于支撑子板120的堆叠结构并且连接子板120和主板110。此时，所述连接器130可以在其中具有图案化连接线，并且可以通过其中的图案化连接线连接主板110和子板120。用于控制单元平衡电阻器111和121中的功耗的控制单元300可以如在图5中所示被安装在主板110上。
46.安装在主板110上的控制单元300可以不仅控制安装在子板120上的单元平衡电阻器121的连接而且还控制安装在主板110上的单元平衡电阻器111的连接。即，一个控制单元300可以控制安装在单元平衡模块100上的所有单元平衡电阻器的连接。自然可以取决于单元平衡电阻器的数目或者控制单元300的性能或者控制设计来使用多个控制单元300。
47.为了使得控制单元300控制安装在子板120上的单元平衡电阻器121的连接，控制单元300的控制信号需要被转移到安装在子板120上的单元平衡电阻器121，从而要求导线来连接它们。连接器130在其中包括被图案化的连接线诸如贯穿电极，并且可以通过连接线连接主板110的电极和子板120的电极。馈线和地线被形成在连接器130中，使得可以形成包括电阻器的闭环。通过将相应的端子连接到主板110和子板120，在其中形成有图案化的连接线并且在主板110和子板120被连接的其两端处形成有端子的连接器130能够被容易地耦合。由此，所述单元平衡模块100的制造过程变得简化，并且过程速度能够增加。
48.在安装单元平衡电阻器时，如在图5中所示，所述单元平衡电阻器111和211可以在控制单元300的两个方向中被安装在主板110上，所述子板120和220中的每个被堆叠在其上安装有每个单元平衡电阻器的主板110上，并且单元平衡电阻器121和221可以被安装在子板120和220中的每个上。
49.如在图5中所示，堆叠在主板110上的子板可以是多个，如220和250，并且连接器330被形成在彼此相邻的子板220和250之间，使得彼此相邻的子板220和250可以被形成为以预定间隔彼此隔开。通过以多层而不是一层来堆叠子板，能够进一步扩展用于安装单元平衡电阻器的空间。子板220和250中的每个通过连接器330被彼此隔开，并且可以通过连接器330被彼此连接。
50.如以上描述地，通过使用其中子板120被堆叠在主板110的上部上的堆叠结构，各种单元平衡电阻器设计都是可能的。在单元平衡电阻器之间的间隔、单元平衡电阻器的数目和子板的数目中的至少一个或者多个可以根据热密度、平衡时间、执行平衡的单元的数目或者单元平衡模块的空间而改变。
51.图5到图8图示根据本发明的各种实施例的单元平衡模块，如在图6中所示，在主基板110上形成的多个单元平衡电阻器121和231和在子板120和220上形成的多个单元平衡电阻器111和211可以被置放成彼此交叉，使得位置彼此不重叠。因为没有单元平衡电阻器在上下方向中重叠，所以热密度被减小一半。当热密度被减小一半时，能够降低热产生的风险，并且能够使用大电流。由此，电流与现有电流相比较能够增加四倍，并且如在图3中所示，因为单元平衡时间与电流大小的平方成反比，所以单元平衡时间能够被减少1/16。
52.或者，如在图7中所示，通过将子板120和220堆叠在主板110上，安装在单元平衡模
块100上的单元平衡电阻器的数目可以被加倍。在此情形中，不像图6那样，热密度相同，但是能够平衡现有单元的单元的数目能够被加倍。即，能够通过一个单元平衡模块100增加能够进行单元平衡的单元的数目。
53.另外，如在图8中所示，安装在主板110上的单元平衡电阻器的数目被减少一半，但是通过层叠子板120，在其中安装单元平衡电阻器的空间可以被形成在控制单元300的仅仅一个方向中。在此情形中，不像图6那样，热产生密度与之前相同，但是能够减小基板的尺寸。即，因为能够减小单元平衡模块100的总体尺寸，所以小型化是可能的。
54.如在图6到图8中所示，取决于热密度、平衡时间、执行平衡的单元的数目或者单元平衡模块的空间，确定在单元平衡电阻器之间的间隔、单元平衡电阻器的数目和子板的数目，并且相应地，可以设计单元平衡模块100。
55.另外，如在图9中所示，可以使用堆叠结构增加电阻器的数目，但是可以应用单元平衡电阻器的不同电阻器值。
56.首先，通过使用堆叠结构，由所有电阻器消耗的功率维持相同，并且每个电阻器的电阻器值能够被减小一半(610)。在此情形中，虽然流过单元平衡电路的电流相同，但是各自的电阻器值被减小以减少各自的热产生。即，能够减小热密度。
57.或者，可以在维持相同的功耗时减小每个电阻器值(620)。在此情形中，流过单元平衡电路的电流被加倍，并且因此，能够缩短单元平衡时间。
58.子板120被形成为与主基板110隔开，并且多个单元平衡电阻器121可以被安装在面对主基板110或者与主基板110相对的表面上。如在图1中所示，单元平衡电阻器121被安装在面对主板110的表面的相对表面上，或者如在图10中所示，单元平衡电阻器121可以被安装在面对主基板110的表面上。
59.此时，在子板120中，散热单元140可以被形成在其上没有安装多个单元平衡电阻器121的表面上。当散热单元140被形成在子板120上时，为了增加散热效率，散热单元140可以被形成为面向外侧。这样，当散热单元140在外侧，即，在主基板110的向上方向中被形成时，安装在子板120上的单元平衡电阻器121可以被安装在面对主板110的表面上。当没有形成散热单元140时，安装在子板120上的单元平衡电阻器121可以被安装在与面对主板110的表面相对的表面上，以便在单元平衡电阻器之间形成更远的距离。
60.自然其上形成散热单元140的子板120还可以如在图10中所示被堆叠在多个层220和250中。
61.可以通过以下过程制造如以上描述地形成的单元平衡模块100。
62.首先，单元平衡电阻器被安装在一个或者多个子板上，并且连接器被连接以形成电阻器模块，并且单元平衡电阻器和用于控制单元平衡电阻器的控制单元300被安装在主板上，并且然后电阻器模块被堆叠在主板的单元平衡电阻器上，并且由此可以制造单元平衡模块100。
63.更具体地，如在图11中所示，单元平衡电阻器可以被安装在主板上堆叠的每个子板上并且连接器可以被连接(1111、1112和1113)。
64.这里，可以执行在子板上形成诸如散热单元的热沉(heat sink)的过程。散热器可以被形成在子板的上部或者下部处。另外，连接器可以是其中形成图案化连接线的接口连接器，并且可以通过焊接被连接到子板。此后，通过用于子板的回流焊接(1120)，可以形成
电阻器模块(1130)。这里，回流焊接是预先向接头供应适量的焊料并且然后从外侧通过热源熔化焊料来执行焊接的过程。
65.此后，诸如单元平衡电阻器和控制单元300的必要部分被安装在主板上(1140)，并且可以经由主板上的电阻器模块的回流焊接(1150)完成单元平衡模块制造过程(1160)。
66.如以上描述地，因为通过将子板模块化为电阻器模块并且堆叠来制造和形成单元平衡模块，所以标准化是可能的，因为能够根据要求的数目自由地设计被堆叠的电阻器模块的数目。另外，能够通过堆叠结构安装更大数目的电阻器，使得能够为更大数目的单元进行单元平衡，并且能够取决于设计增加单元平衡电流以缩短单元平衡时间。另外，能够利用各种尺寸和容量的电阻器。就尺寸而言，3216电阻器能够被安装在主板上并且6432电阻器能够被安装在子板上，并且能够使用诸如1欧或者2欧的各种容量的电阻器。在形成子板时，因为能够使用各种基板，所以诸如基板的厚度、层和铜的规格的基板规格的自由度增加。随着设计自由度增加，能够在与主板分开的过程中制造子板，并且紧凑和纤薄的设计成为可能。另外，通过使用容易连接的连接器，能够消除接头中的短路的问题并且实现诸如回流的组装自动化。因为能够设计各种单元平衡电阻器，所以能够进行设计以减小热密度，并且控制通过层交替的接通/关断，并且由此能够减小电阻器和模块的温度升高。
67.虽然已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本发明所属领域的普通技术人员将能够理解，本发明能够在不改变它的技术精神或者基本特征的情况下被体现为其他具体形式。因此，应该理解，以上描述的实施例在所有的方面都是示意性而非限制性的。