技术摘要：
根据实施例的用于温度测量的热电偶可以包括：由第一金属材料制成的第一导线和由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线；第一部分，第一导线和第二导线在第一部分中彼此电绝缘；第二部分，第一导线和第二导线在第二部分中彼此连接以形成测量结点；第一层，由  全部
背景技术：
可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，可再充电电池或二次电池 可以重复充电和放电，而后者仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池被 用作用于诸如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型电子装置的电源，而高容量 可再充电电池被用作用于混合动力车辆等的电源。 通常，可再充电电池包括：电极组件，包括正极、负极和置于正极与负极之间的隔 膜；壳体，容纳电极组件；以及电极端子，电连接到电极组件。电解质溶液被注入到壳体中， 以使电池能够经由正极、负极和电解质溶液的电化学反应进行充电和放电。壳体的形状(例 如圆柱形或矩形)取决于电池的预期目的。 可再充电电池可以用作由串联和/或并联结合的多个单元电池单体形成的电池模 块，以提供例如用于混合动力车辆的马达驱动的高能量密度。也就是说，电池模块通过根据 所需的功率量使多个单元电池单体的电极端子互连来形成，以实现例如用于电动车辆的高 功率可再充电电池。 电池模块可以按块式设计或按模块化设计来构造。在块式设计中，每个电池单体 结合到公共的集流体结构和公共的电池管理系统。在模块化设计中，多个电池单体被连接 以形成子模块，若干子模块被连接以形成电池模块。可以以模块级或子模块级实现电池管 理功能，因此改善了组件的可互换性。一个或更多个电池模块被机械地和电气地集成、装配 有热管理系统并且被设置成用于与用电设备通信以形成电池系统。 对电池功率输出和充电的静态控制不足以满足连接到电池系统的各种用电设备 的动态功率需求。因此，需要电池系统与用电设备的控制器之间进行信息的稳定交换。该信 息包括电池系统的实际荷电状态(SoC)、潜在的电气性能、充电能力和内阻以及用电设备的 实际的或预测的功率需求或剩余。电池系统通常包括用于处理该信息的电池管理系统 (BMS)。 与电池单体或电池模块的状态相关的一个重要参数是电池单体(电池模块)温度。 因此，感温元件(感温传感器)设置在电池模块内，然后在控制电池模块和/或在控制热管理 系统时考虑由这样的传感器提供的信号。可以在电池模块中使用提供电子温度相关信号的 各种温度传感器，诸如以基于热敏电阻的温度传感器或基于热电偶的温度传感器为例。所 利用的温度传感器通常包括必须与电池单体和/或电池模块的目标表面热接触的测量探 针。因此，用于基于PTC的传感器的弹簧加载测量探针或用于基于热电偶的传感器的热电偶 套管已经被用作测量探针。基于热电偶套管的热电偶解决方案可能由于延迟的热传递而导 致缓慢的温度感测。 4 CN 111602040 A 说　明　书 2/10 页 热电偶的结构通常取决于将要感测的温度范围和热电偶暴露于的环境条件。在工 业应用中，经常使用护套热电偶，其中导线在不锈钢或镍合金护套包围陶瓷基体的情况下 被嵌入陶瓷绝缘体中。可以通过使用热电偶套管使护套热电偶与目标表面接触，或者如果 测量结点未接地，则可以通过将护套材料焊接到目标表面使护套热电偶与目标表面接触。 此外，存在用于使热电偶与目标表面热接触的可焊接连接件。在US4 ,659 ,898、US3 ,939 , 554、US5,141,335和US5,141,335中描述了关于将热电偶测量结点热连接到目标表面的现 有技术。 同时，通常应用于工业应用中的护套热电偶是相当刚性的，使得到目标表面的连 接(具体地，焊接连接)易于损坏并从目标表面脱离。这会对由热电偶获得的热测量具有不 利影响，热测量与接合到目标的结点的质量强烈相关。 在汽车应用中，在热电偶的操作期间可能发生强烈的振动和冲击，因此期望使用 更有弹性的热电偶。例如，适合使用如图1中所示的主要由具有暴露的结点的弹性线对组成 的基本热电偶。然而，迄今为止，这些基本热电偶必须通过手工焊接到目标表面，因此它们 的应用主要限于科学或原型构造。
技术实现要素：
技术问题 本发明的实施例已经致力于提供一种改进的热电偶和一种用于这种改进的热电 偶的可以在工业规模上使用并且即使在长时间的振动和冲击下也允许与目标表面的长期 稳定连接的接合方法。 技术方案 根据用于解决上述问题的本发明的第一方面，提供了一种用于温度测量的包括由 第一金属材料制成的第一导线和由与第一金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线 的热电偶。热电偶在热电偶的长度方向上包括第一部分和第二部分。热电偶的第一部分可 以形成为在第一部分的整个长度上弹性弯曲。此外，在第一部分中，第一导线和第二导线彼 此电绝缘。在热电偶的第二部分中，第一导线和第二导线彼此连接以形成测量结点。第一导 线和第二导线的连接可以是焊接连接，但是也可以是其它连接类型，且第一导线和第二导 线甚至可以是扭绞的。 由导热的且电绝缘的第一材料制成的第一层可以包围第二部分的至少一部分。由 第一材料制成的第一层可以至少围绕(涂覆)测量结点，第一材料可以围绕热电偶的整个第 二部分。此外，由可超声焊接的第二材料制成的第二层可以围绕第一层的至少一部分。第二 材料可以形成为至少围绕(涂覆)整个埋置的测量结点，并且可以与第一材料不同。 热电偶可以有利地用于根据实施例的导线接合设备(也称为引线键合设备)中。其 中，可以通过使用导线接合设备将第二材料超声焊接到目标表面来建立热电偶与目标表面 之间的焊接连接。在焊接工艺中，第一材料的第一层可以使测量结点与第二材料和目标表 面电绝缘。在仅对现有导线接合设备的毛细工具进行微小变型并且通过用用于容纳至少一 个热电偶的储盒替换导线线圈的情况下，导线接合设备可以被用于将热电偶接合到目标表 面。 根据实施例，通过使用导线接合设备将热电偶接合到目标表面，可以在测量结点 5 CN 111602040 A 说　明　书 3/10 页 与目标表面之间可重复地建立良好限定的热接触。由于热接触的质量强烈影响热电偶的测 量，因此可以利用提供良好热接触的热电偶获得可靠的测量结果。 此外，由于第一部分的弹性，可以通过导线接合设备加载、施加、引导和定位热电 偶，而没有使热电偶的导线断开或损坏焊接连接的风险。此外，在经由第二材料建立焊接连 接之后，第一导线和第二导线的自由端(在下文中被称为“第二端”)可以经由导线接合设备 被焊接到相应的接触垫。因此，利用热电偶，可以实现热电偶温度传感器的全自动设置。 热电偶可以形成为基本弹性热电偶(在下文中被称为“基本热电偶”)。其中，基本 热电偶的第一部分包括用绝缘材料(例如标准塑料电缆绝缘材料)绝缘的一对不同的导线， 基本热电偶的第二部分包括该对导线的暴露部分，其中，该对导线例如通过焊接彼此连接 以形成测量结点。通过用第一材料仅涂覆基本热电偶的第二部分，并且随后用第二材料仅 涂覆基本热电偶的第二部分来获得热电偶。由于基本热电偶的制造成本低，因此可以以有 成本效益的方式制造热电偶，这进一步有益于热电偶的批量制造。 热电偶的第一导线和第二导线可以形成镍合金热电偶(E型、J型、K型、M型、N型或T 型)、铂/铑合金热电偶(B型、R型或S型)、钨/铼合金热电偶(C型、D型或G型)、铬-金/铁合金 热电偶、贵金属合金热电偶(P型)、铂/钼合金热电偶、铱/铑合金热电偶、纯贵金属(Au-Pt、 Pt-Pd)热电偶或方钴矿热电偶中的一种。可以根据关注的温度范围、相对于第一材料的涂 层和第二材料的涂层以及第一材料和第二材料的材料参数来选择形成热电偶的材料。 在热电偶的长度方向上，第一部分的长度可以超过第二部分的长度。第一部分的 长度可以是第二部分的长度的至少5倍或更多倍(例如，10倍、15倍、20倍、25倍等)。由于这 点，提供了整个热电偶的足够弹性，并且确保了热电偶与导线接合设备的适用性。 第一层的层厚度可以是0.5mm至5mm、0.1mm至3mm或0.1mm至1mm。第一层的这种层 厚度可以在能够使测量结点电绝缘而不显著降低测量结点与目标表面之间的导热率的范 围内形成。 第二层的层厚度可以是50μm至1mm、50μm至500μm或100μm至500μm。这样的层厚度 可以形成为足以使用导线接合设备在测量结点与目标表面之间制造可靠的且可重复的焊 接连接(例如，楔形接合或球形接合)。第二层的低的层厚度进一步有助于有成本效益的制 造工艺。 第一导线和第二导线两者可以分别具有150μm至3.5mm、300μm至2mm或500μm至1mm 的总直径。热电偶可以具有300μm与14mm之间、400μm与10mm之间或500μm与3mm之间的总直 径。由于导线和热电偶不一定具有圆形剖面，因此总直径是指偏离圆形的剖面的最大线性 延伸。热电偶的导线的低的总直径允许使用对于商业应用广泛可得的导线接合设备，并且 仅需要对其施加最小的变型。 第一材料是塑料材料，并且可以是聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二 醇酯、聚丙烯、聚醚醚酮、环氧树脂和聚苯硫醚中的至少一种。这些材料提供足够的电绝缘 并且同时提供令人满意的导热性。此外，这些材料可以以各种固体状态被提供，因此允许不 复杂的涂敷(应用)工艺。具体地，聚酰亚胺在宽温度范围内提供热稳定性和良好的导热性。 第一材料可以包括诸如石墨、碳、蓝宝石、金属或陶瓷颗粒的导热填料。第一材料也可以是 热稳定性高的陶瓷化合物。第一材料也可以是氧化镁。使用温度稳定的陶瓷化合物作为第 一材料允许以熔体的形式涂敷(应用)第二材料。 6 CN 111602040 A 说　明　书 4/10 页 第二材料可以包括金、铜和铝中的至少一种的合金。这些材料是用于导线接合应 用的标准材料，因此可以在使用导线接合设备通过超声焊接提供焊接连接时提供高的可靠 性。能够超声焊接并提供足够导热性的其它材料(诸如塑料材料)可以用作第二材料。第二 材料可以是与目标表面的材料相同的材料，以经由焊接提供改善的物质与物质接合。 热电偶的第一导线和第二导线可以具有不同的长度。因此，热电偶可以呈具有不 同长度的两个顶部腿的基本Y形。可以通过例如经由焊接连接来使第一导线的第一端和第 二导线的第一端连接来提供测量结点。通过提供具有不同长度的第一导线和第二导线，第 一导线和第二导线的剩余第二端可以以连续方式利用导线接合设备(例如，利用球形或楔 形接合)单独地附着到电路载体的相应接触垫。 根据本发明的第二方面，提供了一种制造用于温度测量的热电偶的方法。用于制 造热电偶的方法可以包括下述步骤：提供具有由第一金属材料制成的第一导线、由与第一 金属材料不同的第二金属材料制成的第二导线、形成为弹性弯曲并且第一导线和第二导线 在其中彼此电绝缘的第一部分以及第一导线和第二导线在其中暴露并且彼此连接以形成 测量结点的第二部分的基本热电偶；将第二部分埋置在由导热的且电绝缘的第一材料制成 的第一层中；以及将第一层的至少一部分埋置在由可超声焊接的第二材料制成的第二层 中。 制造热电偶的方法还可以包括提供基本热电偶，提供基本热电偶的步骤可以包括 制造基本热电偶或获得包括上述附加特征的可自由获得的基本热电偶。 基本热电偶包括形成热电偶的绝缘的导线对或者由形成热电偶的绝缘的导线对 组成，其中，在基本热电偶的第二部分中，导线对的绝缘被去除并且导线对彼此连接且形成 测量结点。基本热电偶可以至少在第一部分内(例如，在整个第一部分内)弹性弯曲。制造热 电偶的方法可以包括测量结点的两步涂覆工艺，首先涂覆绝缘的但导热的材料，其次涂覆 可超声焊接的材料。使用导线接合设备可以有利地应用在制造热电偶的方法中制造的热电 偶。 第一材料和第二材料仅施加到第二部分，具体地，仅施加到测量结点，从而可以减 少材料成本和工艺时间。在第一部分中，第一导线和第二导线中的至少一者可以被塑料电 缆绝缘材料包围。此外，通过塑料电缆绝缘材料绝缘的第一导线和第二导线两者可以被另 一塑料电缆绝缘材料另外地包围。 在制造热电偶的方法中，第一材料是塑料材料并且可以是聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰 胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚醚醚酮、环氧树脂或聚苯硫醚中的至少一种。在制造 热电偶的方法中，将第二部分埋置在第一层中的步骤可以包括通过将第二部分浸入第一材 料的熔体或溶液中来将第二部分嵌入由第一材料制成的第一层中。换句话说，将第二部分 嵌入第一层中的步骤可以包括将基本热电偶的第二部分或测量结点浸入第一材料的熔体 或溶液中，以及在将第二部分或测量结点浸入熔体或溶液中之后，经由溶剂的蒸发或粘附 的熔体的固化来形成由第一材料制成的第一层。在将第二部分埋置在第一层中时，形成第 一材料的塑料材料是聚酰亚胺，第一材料的熔体或溶液可以包括导热填料。 在制造热电偶的方法中，将第一层的至少一部分埋置在由第二材料制成的第二层 的步骤中可以包括在形成由第一材料制成的第一层之后，通过将第二材料的薄箔缠绕在第 二部分的尖端周围来将第一层的至少一部分埋置在第二材料中。第二材料的薄箔可以被设 7 CN 111602040 A 说　明　书 5/10 页 置为具有50μm至1mm、50μm至500μm或100μm至500μm的厚度。薄箔被设置为具有与埋置在第 一材料中的第二部分的表面区域至少大致对应的表面区域。其中，薄箔的表面积是指箔的 单个侧面的表面积。可以通过可移动地夹持薄箔的边缘部分并且将埋置的第二部分或测量 结点的尖端朝向箔引导并且引导到箔中使得箔被放置在第二部分周围，来执行将薄箔缠绕 在埋置的第二部分或测量结点周围的步骤。可以通过深拉工艺的微观版本来执行将薄箔缠 绕在埋置的第二部分周围。可以通过如在食品工业的包装机器中使用的缠绕工具来执行将 薄箔缠绕在埋置的第二部分周围的步骤。 在制造热电偶的方法中，第一材料可以是热稳定性高的陶瓷化合物。例如，第一材 料可以是氧化镁。在制造热电偶的方法中，将第二部分埋置在第一层中的步骤包括将陶瓷 化合物粉末(例如氧化镁粉末)和第二部分插入到模具中。在将第二部分埋置在第一层中之 前，可以另外执行将陶瓷化合物粉末研磨至适于通过压实使陶瓷化合物粉末固化的晶粒尺 寸和晶粒形式。此外，将第二部分埋置在第一层中的步骤可以包括通过闭合模具并且通过 向陶瓷化合物粉末施加压力来将陶瓷化合物粉末压缩和模制在第二部分周围，使得陶瓷化 合物粉末在热电偶的第二部分周围压实。通过嵌入和模制而被压实的陶瓷化合物粉末应该 形成为在压缩和模制之后在预定时间内是稳定的，以允许施加第二层。 在制造热电偶的方法中，由于陶瓷化合物(具体地，氧化镁)的高温稳定性，使得通 过将被涂覆的第二部分的至少一部分(例如，被涂覆的嵌入的测量结点)浸入第二材料的熔 体中(例如，浸入金、铜和铝中的至少一种的合金的熔体中)，第二部分的被第一层涂覆的至 少一部分于是被埋置在第二材料中。当第二材料固化时，它安全地包围第一材料压实陶瓷 粉末。 根据本发明的第三方面，提供了一种用于将热电偶接合到目标表面的方法。目标 表面是电池模块的至少一个电池单体或电池单体壳体的一部分，用于将热电偶接合到目标 表面的方法集成在用于制造电池模块的方法中。用于将热电偶接合到目标表面的方法包 括：将至少一个热电偶插入到导线接合设备的储盒中；将一个热电偶从储盒装载到导线接 合设备的毛细工具中；经由毛细工具向热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能 量；以及将埋置的第二部分的第二材料焊接到目标表面。 在用于将热电偶接合到目标表面的方法中，导线接合设备可以是在商业上可获得 的用于微电子应用的导线接合设备，例如用于在芯片垫与引线框架之间提供导线连接。商 业上可获得的导线接合设备被构造成用于在导线部分与目标表面之间制造球形接合和/或 楔形接合。利用对商业上可获得的导线接合设备的微小变型，导线接合设备被构造成用于 在热电偶与目标表面之间制造球形接合和/或楔形接合。微小变型至少是指用被构造成用 于容纳至少一个热电偶的储盒替换导线线圈以及使导线接合设备的毛细工具适应于这种 热电偶的总直径。 在用于将热电偶接合到目标表面的方法中，导线接合设备通过提供储盒而配备有 热电偶。将单个热电偶从储盒装载到引线接合设备的毛细工具中。然后将毛细工具定位在 目标表面上，并且引导热电偶穿过毛细工具，使得第二部分的尖端(即嵌入的测量结点)与 毛细工具的开口对准。热电偶被固定在毛细工具中，对准的埋置的测量结点被放置在目标 表面上。随后，向下的压力经由毛细工具被施加在被固定的热电偶上，超声能量经由超声换 能器被施加到热电偶。因此，涂覆第二部分的第二材料被超声焊接到目标表面。因此，在热 8 CN 111602040 A 说　明　书 6/10 页 电偶与目标表面之间制造具有限定的热性质的可靠的且长期稳定的机械连接。 用于将热电偶接合到目标表面的方法还可以包括在向热电偶施加向下的压力和 超声能量之前，通过向对准的埋置的第二部分的第二材料施加热或电弧来使对准的埋置的 第二部分的第二材料至少部分地熔合。由于该步骤，第二材料在将埋置的测量结点放置在 目标表面上之前至少部分地熔化，使得熔化的第二材料的球形成在第二部分的尖端处。随 后，将该熔化的第二材料的球放置在目标表面上以形成球形接合。在制造球形接合之后，毛 细工具可以在任何方向上自由移动，因此简化了毛细工具的对准。 用于将热电偶接合到目标表面的方法还可以包括将第一导线的第二端和第二导 线的第二端焊接到电路载体上(例如，单体监测电路载体上)的相应接触垫。将第一导线的 第二端和第二导线的第二端焊接到相应的接触垫的步骤可以包括：在埋置的第二部分(埋 置的测量结点)与目标表面之间制造接合之后，释放热电偶在毛细工具中的固定；将毛细工 具移动到相应接触垫的位置；以及引导热电偶穿过毛细工具。热电偶的第一导线和第二导 线可以具有彼此不同的长度。在将第一导线的第二端和第二导线的第二端焊接到相应的接 触垫时，如果毛细工具到达第一接触垫的位置处，则第一导线和第二导线中的一条的第二 端被定位在毛细工具的开口中，如果毛细工具到达第二接触垫的位置处，则第一导线和第 二导线中的另一条的第二端被定位在开口中。因此，构成热电偶的第一导线和第二导线的 第二端两者可以在没有使导线电短路的风险的情况下经由导线接合设备接合到相应的接 触垫。 根据本发明的第四方面，提供了一种用于将热电偶接合到目标表面的导线接合设 备。导线接合设备可以包括被构造成用于容纳至少一个热电偶的储盒以及被构造成用于装 载热电偶并且用于向装载的热电偶的埋置的第二部分施加向下的压力和超声能量的毛细 工具，其中，毛细工具的内径适于热电偶的外径。 毛细工具可以包括被构造成用于引导热电偶的毛细管和被构造成用于将热电偶 固定在毛细管中以对热电偶施加向下的压力的至少一个元件。导线接合设备还可以包括被 构造成用于将热电偶从储盒引导到毛细管中并穿过毛细管的至少一个元件以及被构造成 用于移动和定位毛细工具和至少一个超声换能器的至少一个元件。毛细工具还可以包括用 于向毛细工具的开口区域和定位在毛细工具的开口区域中的热电偶施加热或电弧的至少 一个元件。 根据本发明的第五方面，提供了一种电池模块，该电池模块包括经由多个汇流条 在负极模块端子与正极模块端子之间串联和/或并联地电互连的多个堆叠的电池单体。电 池模块还包括布置在所述多个堆叠的电池单体的顶部上并且包括至少一个第一接触垫和 至少一个第二接触垫的单体监测电路(CSC)载体。电池模块还包括至少一个热电偶，其中， 所述至少一个热电偶的埋置的第二部分的第二材料焊接到电池单体的顶表面，其中，第一 导线的自由端焊接到第一接触垫，第二导线的自由端焊接到第二接触垫。CSC载体包括电连 接到第一接触垫和第二接触垫且被构造为用于接收和处理与经由热电偶检测到的温度和 电池单体的电压相关的信号的至少一个单体监测电路。 有益效果 根据本发明的实施例，可以提供一种改进的热电偶和用于这种改进的热电偶的可 以在工业规模上使用且即使在长时间的振动和冲击下也允许与目标表面的长期稳定连接 9 CN 111602040 A 说　明　书 7/10 页 的接合方法。 附图说明 图1中的(A)至(C)示意性地示出了根据现有技术的基本热电偶。 图2中的(A)至(C)示意性地示出了根据实施例的基本热电偶的变型。 图3示意性地示出了根据实施例的热电偶的第二部分的剖面。 图4中的(A)和(B)示意性地示出了用于通过基本热电偶制造根据实施例的热电偶 的方法的示例。 图5中的(A)和(B)示意性地示出了用于通过基本热电偶制造根据实施例的热电偶 的方法的另一示例。 图6中的(A)至(C)示意性地示出了使用毛细工具将根据实施例的热电偶接合到目 标表面。 图7示意性地示出了根据实施例的电池模块。