CN102195011A - 便携式电源、便携式计算设备以及产生便携式电源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及便携式电源、便携式计算设备以及产生便携式电源的方法。电解液防泄漏结构包含诸如金属箔套的金属箔，其与刚性框架耦接并且部分包围刚性框架。刚性框架可以保护卷绕式电极边沿免于压坏事件。为了防止短路，金属箔可以用塑料涂覆，塑料可使金属箔与卷绕式电极绝缘。此外，塑料可以用做结合和密封剂。刚性框架可以提供用于与便携式电源相关联的连接器基座和安全性电路的平台。可以将连接器基座和安全性电路装配成模块化部件，这可以简化装配过程。防泄漏结构提供与袋式电池单元设计相关的特征，诸如重量轻的金属箔袋，但可以用在便携式计算设备中而不被装入在传统的与袋式电池单元设计相关联的硬外壳中。

Description

便携式电源、便携式计算设备以及产生便携式电源的方法

技术领域

所描述的实施例一般涉及用于便携式计算设备的电池。更具体地，当前的实施例涉及用于便携式计算设备的电池封装设计。

背景技术

便携式计算设备的设计会牵涉复杂的权衡。设计过程中要考虑的几个因素是表面的吸引力、重量、可制造性、耐用性、热适应性和功耗。基于一个部件对这些设计因素之一的正向作用选出的部件会对多个其他设计因素之一具有不利的影响。

通常为某类电池的便携式电源是在便携式计算设备设计中的重要部件。当便携式计算设备不靠近诸如壁装插座的固定式电源时，便携式电源为它提供工作电力。选择便携式电源方面的因素可以是能量密度、形状因素和耐用性。

能量密度指的是便携式电源能够传送给便携式计算设备的每给定体积或每给定质量的能量值。形状因素指的是容纳便携式电源的封装的形状。例如，薄的便携式计算设备对于便携式电源要求整体形状因素，该便携式电源也是薄的。耐用性会涉及与电池单元(cell)相关联的任何有损害性的元件的防泄漏度(containment)。例如，便携式电源经常包括需要被容纳以避免损害其他电子部件的液体或凝胶类型电解液，此处封装需要足够耐用以便在正常工作条件下容纳这些有损害性的元件。

用于诸如电池的便携式电力设备的能量密度会受到所采用的电池单元类型及其相关联的封装的影响。封装设计可以多种方式影响能量密度。首先，每质量的能量密度将随着封装的质量的增大而减小。因为封装给系统增加了质量而不提供额外的能量，所以封装减小每质量的能量密度。封装设计的质量可受到耐用性考虑的约束。

其次，每体积的能量密度受到包装效率的影响，这里包装效率会受到封装设计所期望的形状因素的约束。低效封装的电池单元可以比高效封装的电池单元具有每体积的更低能量密度。随着每体积的能量密度减小，便携式电力设备占据的体积增大，这对于利用便携式计算设备是不期望的。

在便携式计算设备中，通常希望使每个部件的重量和体积最小同时仍维持期望的功能和性能水平。因此，为至少在便携式计算设备中可用的电池提供耐用、重量轻和高效封装的外罩组件将是有益的。提供用于满足上述条件并在设备的工作周期中令人满意地执行的电池的装配方法也将是有益的。

发明内容

本说明书描述涉及用于在便携式计算应用中使用的机壳(enclosure)的系统、方法和装置的多个实施例。

一方面，描述一种便携式电源及其制造方法。便携式电源可以用在便携式电力设备中，诸如但不限于膝上型计算机、上网本(netbookcomputer)、智能电话和便携式媒体播放器。便携式电源可以包括用于装入电极和诸如锂离子聚合物电池单元的电池单元中的相关联的电解液的防泄漏结构(containment structure)。防泄漏结构可以防止电解液或在便携式电源工作期间产生的气体的泄漏。

防泄漏结构可包括刚性框架和与刚性框架结合的金属箔，其中金属箔装入(enclose)刚性框架的一部分、电极组件和电解液。刚性框架可以保护电极，诸如卷绕式电极(electrode jelly roll)的边沿免于压坏事件，这会损害电极。为了防止短路，金属箔可以用塑料涂覆，塑料可以使金属箔与电池单元的电极绝缘。此外，塑料可以用做结合和密封剂。例如，塑料经由热结合方法可以被熔化，以使金属箔与刚性框架结合并形成用于容纳与电池单元相关联的液体或凝胶电解液的气密密封。

电连接器基座(connector pad)和安全性电路可以与刚性框架耦接。电连接器基座可允许从便携式电源汲取电力或将电力添加给便携式电源。安全性电路可以与电连接器基座以及电极组件的阳极和阴极电耦接。在特定实施例中，安全性电路和电连接器基座可以是刚性框架的集成部件或者可以提供成(作为)在装配期间与刚性框架耦接的模块化部件。以这种方式提供安全性电路和电连接器基座可以简化装配过程。

在另一个实施例中，刚性框架可以包括在便携式电源装配期间能够给防泄漏结构添加电解液的注入器端口。注入器端口可以与轴对准，卷绕式电极围绕该轴以允许在轴方向上注入电解液。与在横向方向上注入电解液时相比，以这种方式注入电解液考虑到电解液更快消化(assimilate)到卷绕式电极中。

从下面结合附图所做的更详细的描述中，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，其中附图通过实例示出本发明的原理。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述将易于理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：

图1显示装配之前便携式电源的部件的透视图。

图2显示装配之后便携式电源的透视图。

图3是针对一个实施例用于装入电极和相关电解液的未装配的防泄漏结构的前视图。

图4A和4B是针对不同多个实施例用于装入电极和相关电解液的未装配的防泄漏结构的前视图。

图5是用于便携式计算设备的电源分布方案的框图。

图6是便携式电源的产生方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考附图中示出的代表性实施例。应该理解下面的描述并不旨在将实施例限制到一个优选的实施例。相反，旨在覆盖正如由所附权利要求所限定的所描述实施例的精神和范围内可包括的替换、修改和等价物。

下面涉及用于诸如电池的便携式电源的外罩组件。便携式电源可适于便携式计算设备，诸如但不限于膝上型计算机、上网本、平板计算机、智能电话、便携式媒体播放器等。尤其是，外罩组件包含集成到袋(pouch)类型电池单元的袋中的刚性框架。刚性框架的一部分可以为与电池相关联的液体电解液提供防泄漏性。刚性框架可以包括电接口、安全性电路和电压调整电路。

关于图1描述包括刚性框架的“袋式电池(pouch cell)”类型电池的一般性描述。在图1中，显示包括金属袋、卷绕式电极和框架的预装配的部件。在图2中，显示装配之后的部件。关于图3、4A和4B描述形成具有集成框架的袋式电池的可选实施例。在图5中，显示包括分布在设备外壳中的多个电源的便携式计算设备。关于图6描述具有刚性框架的袋式单元电池(pouch cell battery)的装配方法。然而，本领域技术人员将易于理解，在本文中关于这些图给出的详细描述是出于解释的目的，因为本发明延伸到这些有限的实施例之外。

图1显示装配之前便携式电源100的部件的透视图。在图2中显示装配之后的透视图。便携式电源可以包含金属袋104或金属套、卷绕式电极组件102(经常表示为“裸电池”)和框架124以及包括连接电路的板114。卷绕式电极102可以包含具有多个层的薄片，诸如一层阴极材料、一层阳极材料以及阳极层与阴极层之间的隔离器材料。薄片可以向上卷起或折叠(fold)以形成卷绕式电极。在一个实施例中，阴极材料可以包括锂。锂阳极材料连同诸如多孔碳的适当的阴极材料可用于形成锂离子类型电池。

在一个特定实施例中，液体或凝胶电解液可用于卷绕式电极102。锂离子电池是使用液体或凝胶电解液的电池系统的一个实例。在另一个实施例中，诸如聚合物电解液的干式电解液(dry electrolyte)可用于卷绕式电极102。干式锂聚合物电池是采用干式电解液的电池系统的一个实例。在特定实施例中，凝胶或液体电解液可用于与诸如聚合物电解液的干式电解液组合。例如，锂离子聚合物电池结合液体或凝胶电解液使用聚合物电解液。可以添加液体或凝胶电解液以在诸如室温条件或更冷的更低温度下提高电池系统的导电率。

卷绕式电极102可以包含电极突舌(tab)108。电极突舌可以包括正极突舌和负极突舌。电极突舌可被诸如106的绝缘体涂覆。绝缘体106可用于防止由跨过两个电极突舌发生的短路。例如，如果金属袋104与每个电极突舌108的裸露部分接触，则短路会发生。

金属袋104可由诸如铝箔的金属箔形成。金属箔可用诸如塑料层压层(laminate layer)的层压层涂覆。层压层可用于热密封目的。例如，在一个实施例中，金属袋104可通过以涂覆有层压层的矩形金属箔片开始而形成。矩形金属箔片的相反端可以被重叠和压紧在一起。接着，可以沿着重叠的边沿施加热以熔化层压层并将两个重叠的边沿连结到一起以形成金属套。

此外，塑料层压层可以使金属箔与卷绕式电极102绝缘。金属箔袋104中的金属与卷绕式电极102的接触可导致电短路。用做绝缘体的塑料层压层可以防止金属箔袋104中的金属接触卷绕式电极102和造成短路发生。

在另一个实例中，可以采用以层压涂覆的两片金属箔。一片金属箔可以堆叠在另一片金属箔的顶上。接着，两片的相对侧可被压紧在一起并且紧邻边沿进行热密封以再次形成金属套。

连结这两片使得层压层位于金属套的内表面上。装配之后内表面可以面对卷绕式电极102并可以与其接触。层压层可以是塑料聚合物，诸如但不限于聚丙烯或聚乙烯。

接下来，金属套的一个边沿可以被压紧在一起然后沿着压紧在一起的边沿施加热以密封金属套的一端从而形成诸如金属袋104的袋。在特定实施例中，金属箔层可以是大约80-120微米厚。在其他实施例中，金属箔层可以厚到140微米。可以增加箔层的厚度以增加耐用性和抗损害性。

在又一些其他实施例中，可以施加诸如液体粘合剂的其他结合试剂以将不同部件结合到一起，从而密封金属套的一端以形成袋。在这个实施例中，热密封可以与液体粘合剂结合使用或者不结合使用。当液体粘合剂干燥时可以形成密封。在其他实施例中，热密封和/或诸如使用胶带或液体粘合剂的其他结合方案的组合可用于将一个或多个部件结合到一起，包括但不限于形成密封。

可以将卷绕式电极102的电极突舌108焊接到板114上的电触点(contact)。板114可以为诸如安全性电路112和电连接器基座110的不同电部件提供基底。板可以由诸如塑料的材料和对印刷电路板(PCB)有用的其他适当材料构造。

板114可以被提供成模块化部件或者可以是下面描述的刚性框架124的集成部件。当板114被提供成刚性框架的集成或模块化部件时，装配过程可以被简化，因为刚性框架可以为装配过程提供比与刚性框架124分开地装配这个电路更稳定的平台。此外，将板114固定到刚性框架124上可以防止断开，当电路只是从卷绕式电极102“悬挂”时会发生断开，诸如由制造期间电路勾在某物上导致的断开。

电触点可以使卷绕式电极与安全性电路112相连。可以将安全性电路112配置成响应于电极突舌108处卷绕式电极102的条件而切断来自卷绕式电极102的电流。作为一个实例，可以将安全性电路配置成当电池充电超过某电压电平和放电低于某电压电平时关闭(shutdown)电池。在一个特定实施例中，安全性电路112可以包括诸如热中断(thermal interrupt)的元件，热中断响应于过流和/或过度充电条件而断开电路。

在特定实施例中，安全性电路112可以包括用于检测诸如电流和电压水平的卷绕式电极的条件的一个或多个传感器。这个信息可用于确定卷绕式电极102中的电荷残余。另外，可与便携式电源相关联的其他安全性特征包括但不限于对如下做出响应的电路或设备：1)诸如关闭隔离器的过温条件和2)诸如扯去突舌(tear-away tab)或排放口的内部压力条件。

可以将安全性电路112插入在电极突舌108与连接器基座110之间。连接器基座110提供装配之后允许从便携式电力设备汲取电力的外部接口。板114还可以包括电力调整电路(power conditioningcircuitry)(未示出)。在一个实施例中，电力调整电路允许从便携式电力设备输出的电压被改变。例如，(装配后)由卷绕式电极102输出的电压可以根据其电荷状态而改变。电力调整电路可以增大或减小电压以匹配从便携式电源接收电力的电子部件所需的电压需求。在一些实施例中，如关于图5所讨论的，便携式计算设备可以包含多个电源和电力调整电路，可将电力调整电路配置成基于一个或多个电源的电荷状态调节输出电压。

便携式电源可以包括框架124。框架可以由诸如聚丙烯的塑料材料构造。可以将框架材料选择成使得它可以与金属袋104的塑料层压形成热密封结合。框架124可以比金属箔袋104更硬以使它给装配的便携式电源100(参见图2)提供结构硬度。附加的硬度可以防止由于卷(roll)被弯曲或扭曲可能导致的对卷绕式电极102的损害。

此外，卷绕式电极102的边沿易受到由卷绕式电极102的边沿被压坏所导致的损害。例如，在便携式电源正被装配时，可能发生压坏事件。刚性框架可以保护卷绕式电极的边沿免于压坏。

出于讨论的目的，可以将框架124描述为具有边119b和119d，前边119c和后边119a，顶部121a和底部121b。在图1中，框架被显示为底边向上。在一个特定实施例中，框架124可以是具有横向构件122的矩形。可以使框架的尺寸形成为使得它包围卷绕式电极102，即，卷绕式电极适配在由框架124的三个边和横向构件122提供的空间125内。可以使板114的尺寸形成为使得它适配在横向构件122与前构件123之间。构件122和123可以通过顶边121a上的固体表面进行连接以形成腔。顶边固体表面可以包括开口118。可以将开口配置成允许通向板114上的连接器基座110。

在一个实施例中，可以将板114提供成框架124的集成部件。在框架124制造期间可以将连接器基座110和安全性电路112建立在框架124内。因此，在某些情形下，可以不将板114装配成与框架124分开的块。

框架124可以包含诸如围绕两个安装孔116a和116b的结构的附加结构。可以通过安装孔116a或116b插入螺丝钉或某些其他类型的紧固件以使便携式电源能够与另一个结构耦接，诸如与便携式计算设备相关联的框架或外壳。在其他实施例中，一个或多个安装孔可以放在围绕框架124的不同位置处并且不限于在图1所示位置中的两个安装孔。在又一些其他实施例中，框架可以不包括安装孔但可以包括能够被紧固件用来将便携式电源固定到另一个结构的壁架(ledge)或其他结构。

为了装配便携式电源，电极突舌108可以与板114上的触点电耦接。于是，可以将卷绕式电极组件102和板114放在框架124内以使得板114适配在构件122与123之间的空间内，其中连接器基座110被开口118包围。通过框架的顶部121a可以通向连接器基座110。卷绕式电极102和板114被显示为在放进框架124中之前是翻转过来的。由于板114和卷绕式电极102可以在相对的方向上进行装配，所以这个动作不是必要的并且只是出于例示的目的而示出。

在一些实施例中，框架124可以包括卷绕式电极102可以搁置于其上的壁架。壁架可以延伸成整个围绕空间125的边，可以恰好位于紧邻拐角。而且，壁架可以跨过每个边的仅仅一部分，诸如延伸到位于每个边中点处的空间125中的小的突舌。同样，当卷绕式电极102被放在框架124中时，这些突舌可以支撑卷绕式电极102。

板114和/或电极突舌108的一部分可以与框架124结合。例如，诸如环氧树脂的液体粘合剂可用于使板114与框架124结合。可以期望使电极突舌108和/或包围电极突舌(electrode tab)的绝缘体与框架结合以防止电解液的泄漏和/或在电极突舌与框架124之间气体的排放。

在实施例中，其中连接器基座和安全性电路112是框架124的集成部件，框架124可以包含用于使电极突舌108与框架和位于框架内的相关联的电路耦接的两个接触点。例如，电接触点可以位于当构件122被框架包围时构件122面对卷绕式电极102的一侧上，即，面朝后边119a的那侧。电极突舌108可以包括对于图1所示的方向弯曲大约90度的末端部分。可以将末端部分焊接到构件122表面上的触点。

在另一个实施例中，构件122可以包含在面对卷绕式电极102的那边上的两个狭缝，可以通过这两个狭缝插入电极突舌108。可以将电极突舌108焊接到这些狭缝中。在又一些其他实施例中，用于电极突舌108的接触点可以位于其他位置，诸如在构件122和123之间的槽区域中。

在另一个实例中，在每个安装孔116a和116b周围显示出小块表面，该小块表面被槽区域包围。除了被槽区域包围的小块表面，表面可以在构件122和123之间延伸，使得槽区域得以消除并且表面与底部121b平行。用于电极突舌108的电接触点可以位于这个表面上。

在卷绕式电极102与框架124耦接之后，金属袋104可以在框架124和卷绕式电极102上滑动。金属袋104可以与框架124结合以形成用于与卷绕式电极102相关联的液体或凝胶电解液的防泄漏结构。框架124与金属袋104之间的结合可以用做障碍以防止与诸如卷绕式电极的电极相关联的电解液和气体的泄漏。

在一个实施例中，紧邻开口端的金属袋104的内表面可以与紧邻横向构件122的框架124结合，即，在紧邻边119b和横向构件122的交叉点的边119b的外侧部分上。可以再次使用热密封手段形成结合。如上所述，金属袋104的内表面可以包括与框架124的材料相容的塑料层压层，使得在金属箔与框架124之间可以形成防漏结合。

可通过使用某种类型的加热元件给金属袋104的金属箔施加热而产生热结合。来自加热元件的热可通过金属箔传导并熔化下面的层压层以使金属箔与框架124结合。热结合可以沿着构件122的顶部和底部边沿以及沿着框架124的边在连接顶部和底部边沿的线上(即，围绕拐角)延伸。可以将构件122的厚度选择成使得沿着构件122的边沿存在足够大的表面区域来形成框架124与金属袋104之间充分的防漏结合。

一般而言，诸如热结合的结合可以在框架124与符合框架的几何形状的金属袋104之间产生，并且不限于形成仅仅围绕具有拐角的框架的结合。例如，当框架包括诸如圆形拐角(rounded corner)的更圆的表面时，可以在金属袋与框架之间形成结合。在另一个实例中，框架124可以包括步阶(step)并且可以使金属袋104与框架结合以形成跨过步阶的防漏密封。

金属袋104可以在其他位置中与框架124热结合，诸如沿着框架124的边119a和119d，在后边119a的外侧部分上，沿着每个边的部分的顶部121a和底部121b边沿等，以防止在框架124与金属袋104之间滑动。在这个情形下，对于防止来自由金属袋104和框架124形成的防泄漏结构的泄漏而言，结合可能不是必要的。因此，在某些结合区域中，金属袋104可以与框架124结合以防止泄漏，并且在另一些区域中，金属袋可以与框架124结合以允许框架增加硬度并给金属袋104提供支撑。

在使金属袋104与框架124结合之后，可以添加液体或凝胶电解液。在一个实施例中，构件122可以包括用于添加电解液的注入口120。注入口120可以是与构件122预先结合的一片橡胶。可以通过注入口的橡胶片插入容纳电解液的针，然后可以将电解液注入到包含金属袋104和框架124的防泄漏结构中。当去除针时，橡胶收缩以密封电解液。在这个实施例中，可以在卷绕式电极102卷绕的轴的方向上注入电解液。

在卷绕式电极102卷绕的轴的方向上注入电解液相比于横切于该轴注入电解液时考虑到电解液更快地消化到卷绕式电极(jelly roll)中。更快的消化电解液可以降低与装配便携式电源相关联的制造时间。降低的制造时间能够增大生产量并减小制造成本。

在允许电解液扩散到卷绕式电极102中的足够长时间段的时间段之后，可从防泄漏结构中抽空多余的气体。例如，在一个实施例中，可以将便携式电源放在真空体(vacuum)中并且可以将中空的针放在注入口120中以允许气体从防泄漏结构经由中空的针溢出到真空体。接下来，可以去除针并且如果需要则可以进一步密封注入口。例如，可以将环氧树脂或一些其他密封剂放在注入口上。

在其他实施例中，在给包围卷绕式电极102的防泄漏结构添加电解液之后，通过在金属袋中，诸如在拐角处或沿着后边沿(金属袋104的未开放(开口)端)制作切口能够抽空多余的气体。在图中显示实例切割线117。金属袋的闭合端可以延伸经过框架124的后边119a以方便切割。在制作切口之后，可以在切口的位置对金属袋进行热密封以重新密封袋。例如，可以将切口边沿压紧在一起并且如果需要则热密封的多余材料可以折叠并可能结合(例如粘合)到框架124的后边119a。

在一些实施例中，可以用切口来代替注入口120。例如，在金属袋104与框架124耦接之后，可以在金属袋104中切割一个孔，电解液可以通过孔注入然后重新密封袋。在另一个实施例中，可以将金属袋104形成为在框架124上滑动的套。套的一端可以与框架124结合(此时套的其他部分也可以与框架结合)，接着可以通过另一端，金属套紧邻框架124的后边119a的开放端添加电解液。接下来，可以密封金属套的开放端并允许电解液如上所述地扩散。在又一些其他实施例中，可以将卷绕式电极102、板114和框架124放在诸如铝箔片的金属片上，而不使用金属袋。按照之前描述的方式，金属片的边沿可以折叠、结合于自身并且与框架124结合以形成用于电解液的防泄漏结构。

在一个特定实施例中，可以将金属袋104放置成围绕框架124、板114和卷绕式电极102以使这些元件最初就被整体装入。金属袋104可以在不同位置与框架124结合，诸如但不限于沿着后边119a，沿着边119b和119d，沿着前边119c，沿着边沿122和/或围绕包围开口的顶部表面上的开口118。连接器基座110最初可被金属袋104覆盖，接着可以去除覆盖连接器基座110的金属袋104的一部分以暴露连接器基座。同样，如果需要则可以去除金属袋104的一部分或可以刺破金属袋以暴露安装孔116a和116b。如上所述，金属袋可以被切割然后重新密封以添加电解液并且从由金属袋104和框架124的组合形成的防泄漏结构中抽空气体。

图2显示对于一个实施例在装配了关于图1描述的部件之后便携式电源100的透视图。便携式电源100长度134、宽度130而高度132。这些尺寸可以改变。例如，电池的高度132可以在3-6mm之间，虽然更小和更大的厚度也是可行的。卷绕式电极的厚度可以依据便携式电源100的厚度132来改变。因此，依据便携式电源100的选定厚度，更多或更少的线圈可以与被金属袋104和框架124装入的卷绕式电极(jelly roll electrode)相关联。可以将便携式电源100的厚度132、以及长度134和宽度130选定成满足采用便携式电源的便携式计算设备的空间需求。

在一个实施例中，可以使用具有普通尺寸110的连接器基座，当电池的尺寸改变时连接器基座不改变。例如，对于3mm厚的电池或6mm厚的电池或者在便携式电源的长度130和宽度134改变时，可以使用相同尺寸的连接器基座。框架124可以包括紧邻连接器基座110的小的凹部或凸部。这些凸部或凹部可以用于使连接器基座与其他电接口对准。在图中显示对准钉126(凸部)。

连接器基座110不限于图2所示的表面127上的位置。例如，连接器基座110可以位于沿着表面127的其他位置。作为另一个实例，连接器基座110可以位于构件123的前表面上。可以将框架构建成允许连接器基座位于电池100外部的任何部分上。

在特定实施例中，电池100可以包含多个连接器基座，诸如两个或更多个连接器基座。多个连接器基座允许将多个电池耦接在一起。例如，两个电池可以肩并肩地(side to side)耦接在一起或者两个电池可以一个堆叠在另一个的顶部上。耦接在一起的两个电池不必具有相同的尺寸。允许不同尺寸的电池耦接在一起考虑到更好地利用便携式计算设备内提供的可用空间。

图3是用于装入电极和相关电解液的未装配的防泄漏结构的前视图。电极和电解液可以是如关于图1和2描述的卷绕式电极。电极的形状可以近似为矩形。防泄漏结构包括框架155和金属袋。刚性框架155可以包含横向构件156、带有开口118的槽160。开口可以用于如关于图1和2描述的电连接器基座。

与图1和2中的框架124相比，框架155包含多个边缘150和更宽的横向构件156。边缘150可以比框架155的最大厚度更薄。例如，框架155的最大厚度可以大约是卷绕式电极组件的高度，诸如3-6mm厚，而边缘的厚度更薄，诸如1mm厚。横向构件可以具有与边缘相同的厚度。边缘宽度可以改变并且在边缘的所有边上不必为恒定的宽度。

边缘150可以提供增大的结合区域，金属箔袋104可以通过该结合区域与框架155耦接。如上所述，金属箔袋104可以与框架155热结合以形成用于电极组件及其相关电解液的防泄漏结构。金属箔袋104可以与横向构件156的顶部和底部表面上的框架结合。金属袋可以与边缘的顶部表面、边缘的底部表面或其组合上的框架155结合。在一些实施例中，板可以被插入到槽160中并与框架155结合。金属袋104还可以在板已被插入之后与板的底部结合。

图4A和4B是针对不同实施例用于装入电极和相关电解液的未装配的防泄漏结构的前视图。在图4A中，除了框架155不包括底盘(tray)172之外，框架165的形状与框架155类似。诸如卷绕式电极的电极及其相关联的电解液可以放在底盘中并与诸如安全性电路的电路耦接，如上所述。接着可以诸如在边缘表面上使诸如金属箔片170的金属片与框架结合，以形成用于电解液的防泄漏结构。如果期望，则可以采用如上所述的金属袋，而不是金属片。

在图4B中，除了底盘172现在包括多个开口之外，框架175与框架165类似。底盘部分172可以用于给防泄漏结构增加额外的强度硬度。采用开口来减小框架的重量。一般而言，可以在底盘区域中添加不同尺寸的一个或多个横向构件并且底盘不必形成为具有图中所示的孔图案。

可以将电极组件放在底盘172中。在一个实施例中，已经使金属片174与框架175结合，使得在将电极放在底盘172中之前开口就被覆盖。在将电极组件放在底盘172中之后，使金属片170与框架175结合以覆盖电极。在这个过程中，电解液可以被添加，允许扩散并且防泄漏结构被抽空，如上所述。

图5是用于便携式计算设备200的电源分布方案的框图。便携式计算设备可以是但不限于是膝上型计算机、上网本、平板计算机、智能电话等。便携式计算设备可以包含诸如显示器、音频设备和音频接口的输出设备，诸如按钮和触摸屏探测器的输入设备，以及诸如处理器、存储器和存储设备的内部设备。内部设备被显示为设备部件208。这些设备可以与便携式设备外壳210耦接。

便携式计算设备200可以采用如前关于图1-4B在前面描述的一个或多个便携式电源。在图5中，显示三个便携式电源，电池202、204和206。便携式电源可以具有与所显示的相同或不同的尺寸。每个电池202、204和206可以具有不同厚度。例如，电池202可以是3mm厚，而电池206可以是6mm厚。

电池被显示在不同位置上但还可以相互耦接。如上所述，连接器基座可以用于将电池耦接在一起。在特定实施例中，可以用堆叠的配置方式将电池耦接在一起。在堆叠时堆叠的电池不必完全重叠。例如，电池202和206可以在如图5所示的垂直方向上一个堆叠在另一个的顶部上。此外，电池可以肩并肩、端到端相连、侧到端(side to end)地耦接。例如，电池206和202可以按端到侧(end to side)配置方式耦接在一起以形成“T”配置。当耦接在一起时，电池可以采用电力调整电路(power conditioning circuitry)。电力调整电路可以依据每个电池当前的电荷水平(current charge level)、每个电池怎样与其他电池耦接、其他电池的电荷水平和相关设备部件的需求来调节每个电池的电压。

设备部件208的典型电压需求可以是3.3伏、5伏、12伏和CPU电压。单个锂离子聚合物电池的典型电压输出大约是3.7伏。充电电压大约是4.2-4.3伏。本文所描述的电池，诸如204、206和208还可以按串行方式连接。在串行配置方式中，相连的电池的输出电压根据每个电池的电压按串联方式增大。例如，两个电池可以按串行方式连接以提供5伏的输出电压。作为另一个实例，可以按串行方式连接电池中的4个电池以提供12伏的输出电压。

在特定实施例中，诸如但不限于202、204、205和206的锂离子聚合物电池中的两个或更多个可以按串行方式连接以产生7-15伏之间的标称输出电压。此外，诸如202、204、205和206的每个电池可以包括按并行方式或串行方式连接的多个电池单元。例如，电池202可以包括按串行方式连接的两个电池单元。因此，由诸如202、204、205和206的每个电池输出的标称电压可以一个电池不同于另一个电池。同样，如上所述，每个电池的电压可以按需增大/减小以满足特殊设备的电压需求，而不是按串行方式连接电池。

在特定实施例中，电池202、204、205和206可以与电力控制部214相连。电力控制部214可以位于中心板上或可以是诸如主逻辑板212的另一块板的一部分。电力控制部214可以包括诸如充电逻辑的逻辑、诸如电压调节器的电压变换电路和电容器。电压调节器可以将电池输入的电压变换成设备部件208需要的电压。在特定实施例中，可以将这些并入电池中或可以使这些与电池分开。电容器可以用于存储额外的电力并在需要维持稳定的电压时供应额外的电力。

在一些实施例中，可以将电力控制部214配置成动态改变每个电池的输出电压和/或改变电池如何相互连接的方式，使得这一次诸如202的电池之一可以按串行配置方式与诸如204、205或206的一个或多个其他电池相连，而另一次，一个电池202可以独立工作而不与其他电池相连。可以将电力控制部214中的逻辑配置成动态形成和打破电池之间的这些连接。

此外，在特定实施例中，当电池包括改变它们的输出电压的电路时，可以将电力控制部214配置成命令电池以改变其输出电压。例如，可以将电力控制部214配置成命令电池202以便改变其输出电压：从3.5伏到5伏。在其他实施例中，用于改变输出电压的电路可以与电力控制部214相关。因此，可以将电力控制部214配置成从电池输入端以第一电压接收电力并将其改变成第二电压，然后将电力发送给特定设备。

电力控制部214还可以包括路由电路以便在不同时间将电力从一个电池或电池的组合路由给设备。例如，在第一时间，第一设备部件可以从诸如202的第一电池接收电力，并且在第二时间，第一设备部件可以从诸如204的第二电池接收电力。在又一些其他实施例中，某些电池可以专门只给某些设备供电。例如，电池202可以专门只给显示器供电，而电池204、205和206可以专门给其他设备部件供电。

在另一个实施例中，不同的电池可以专门为某些设备组供应电压需求。例如，电池202可以专门为需要3.3伏的设备供电，电池204可以专门为需要5伏的设备供电，电池205可以专门提供CPU电压，而电池206可以专门供应需要12伏的设备。可以使电池的尺寸适合于满足它们供电的一个部件(多个部件)的需要。因此，每个电池的电荷容量可以一个电池不同于另一个电池。

图6是产生便携式电源的方法400的流程图。在402中，提供配置成部分装入用于锂离子聚合物电池的诸如卷绕组件的电极组件的刚性框架。在404中，卷绕式电极组件被耦接到与安全性电路相关联的电触点突舌。卷绕式电极组件的阳极和阴极元件可以附连到这些电触点突舌。电触点突舌可以集成到刚性框架中或者可以与包括安全性电路的板相关联，安全性电路被设计成与框架耦接。

在406中，可以形成装入卷绕式电极的半刚性防泄漏结构。半刚性防泄漏结构可以包含与刚性框架结合的金属箔。与金属箔相比框架是刚性的。金属箔可以包括可以热密封到金属箔的层压层。在特定实施例中，可以将金属箔提供成在框架和卷绕式电极上滑动的金属袋或金属套。

在408中，液体或凝胶电解液可以添加给半刚性防泄漏结构并且允许在卷绕式电极上扩散。在一个实施例中，框架可以包含提供通向半刚性防泄漏结构内部的注入口。可以将注入口配置成使电解液能够被注入到防泄漏结构中。注入的方向可以与卷绕式电极的转动轴对准。

在410中，可以用某种方式给半刚性防泄漏结构提供排放口。例如，可以在半刚性防泄漏结构的金属箔中制造切口。作为另一个实例，需要的中空部(hollow)可以通过注入口插入。在412中，可以应用低压条件来抽空半刚性防泄漏结构。例如，可以将设备放在真空条件下。在一个实施例中，刚性框架可以包括允许从半刚性容器抽空气体的阀或接口。

在414中，在低压条件已被应用之后，可能有必要重新密封半刚性防泄漏结构。例如，当在金属箔中制造切口以给防泄漏结构提供排放口时，可以重新密封切口。作为另一个实例，可以用环氧的或一些其他的密封剂来覆盖注入口或阀以便永久密封设备。

本发明的优点有很多。不同的方面、实施例或实施方式可以产生一个或多个下面的优点。本发明提供用于在诸如电池的便携式电源中使用的电极和相关联的电解液的防泄漏结构。防泄漏结构可以包含与刚性框架耦接的金属箔袋。本发明的一个优点在于防泄漏结构可以防止诸如卷绕式电极的电极的不期望的弯曲。这个特征能够允许便携式电源包括要采用的防泄漏结构，而不用诸如在硬皮外壳中装入防泄漏结构的额外的封装。通过书面描述，本发明的许多特征和优点是显然的，并因此所附权利要求旨在覆盖本发明的所有这种特征和优点。此外，由于许多修改和改变对本领域技术人员将易于发生，因此不应将本发明限制于所示出和描述的精确构造和工作。从而，所有适当的修改和等价物都可以诉诸为落入本发明的范围。

Claims (25)

1.一种便携式电源，所述便携式电源包含：

电极组件，包括阳极和阴极；

电解液；

防泄漏结构，用于装入所述电极和所述电解液，所述防泄漏结构被配置成防止电解液或在所述便携式电源工作期间产生的气体的泄漏；所述防泄漏结构包含：

刚性框架；

金属箔，与所述刚性框架结合，其中所述金属箔装入所述刚性框架的一部分、所述电极组件和所述电解液；

电连接器基座，与所述刚性框架耦接，用于从所述便携式电源汲取电力；和

安全性电路，与所述刚性框架耦接；所述安全性电路与所述电连接器基座以及所述电极组件的阳极和阴极电耦接。

2.如权利要求1所述的便携式电源，其中所述金属箔是铝。

3.如权利要求1所述的便携式电源，其中所述金属箔的厚度在80-150微米之间。

4.如权利要求1所述的便携式电源，进一步包含在所述金属箔上的层压层。

5.如权利要求4所述的便携式电源，其中所述层压层在所述便携式电源的装配期间被加热以使所述金属箔与所述刚性框架结合。

6.一种便携式电源，所述便携式电源包含：

电极组件，包括阳极和阴极；

电解液；

防泄漏结构，用于装入所述电极和所述电解液，所述防泄漏结构被配置成防止所述电解液或在所述便携式电源工作期间产生的气体的泄漏；所述防泄漏结构包含：

刚性矩形框架；

金属箔，与所述刚性矩形框架结合，其中所述金属箔装入所述刚性矩形框架的一部分、所述电极组件和所述电解液，其中在所述刚性矩形框架与所述金属箔之间的结合的一部分防止所述电解液或所述气体从所述防泄漏结构溢出；

电连接器基座，与所述刚性矩形框架耦接，用于从所述便携式电源汲取电力；和

安全性电路，与所述刚性框架耦接；所述安全性电路与所述电连接器基座以及所述电极组件的阳极和阴极电耦接。

7.如权利要求6所述的便携式电源，其中所述刚性框架包括拐角并且其中所述金属箔围绕所述拐角与所述刚性矩形框架结合。

8.如权利要求7所述的便携式电源，围绕所述刚性框架的拐角的结合防止所述电解液或所述气体从所述防泄漏结构溢出。

9.如权利要求6所述的便携式电源，其中所述刚性矩形框架进一步包含注入口，用于在装配期间将所述电解液添加到所述防泄漏结构中。

10.如权利要求6所述的便携式电源，其中所述安全性电路和所述电连接器基座被集成到所述刚性矩形框架中。

11.如权利要求6所述的便携式电源，其中所述安全性电路和所述电连接器基座在装配期间被集成到与所述刚性矩形框架结合的板中。

12.一种便携式计算设备，包含：

显示器、处理器和存储器；

两个或更多个便携式电源，用于给所述显示器、所述处理器和所述存储器提供电力，每个所述便携式电源包含：

电极组件，包括阳极和阴极；

电解液；

电力调整电路，用于改变所述便携式电源的电压输出电平；

防泄漏结构，用于装入所述电极和所述电解液，所述防泄漏结构被配置成防止所述电解液或在所述便携式电源工作期间产生的气体的泄漏；所述防泄漏结构包含：

刚性框架；

金属箔，与所述刚性框架结合，其中所述金属箔装入所述刚性框架的一部分、所述电极组件和所述电解液；

电连接器基座，与所述刚性框架耦接，用于从所述便携式电源汲取电力；和

安全性电路，与所述刚性框架耦接；所述安全性电路与所述电连接器基座以及所述电极组件的阳极和阴极电耦接；和

电力控制电路，与所述两个或更多个便携式电源分开，其中所述电力控制电路被配置成使用所述电力调整电路来命令所述两个或更多个便携式电源中的每一个以改变它们的电压输出电平。

13.如权利要求12所述的便携式计算设备，其中所述电力控制电路被进一步配置成使所述两个或更多个便携式电源能够按并行模式、按串行模式或独立模式进行工作。

14.如权利要求13所述的便携式计算设备，其中所述电力控制电路被进一步配置成在并行、串行和独立的工作模式之间切换所述两个或更多个便携式电源。

15.如权利要求12所述的便携式计算设备，所述电极组件和所述电解液形成锂离子聚合物电池单元。

16.一种便携式计算设备，包含：

显示器、处理器和存储器；

至少一个便携式电源，用于给所述显示器、所述处理器和所述存储器提供电力，所述便携式电源包含：

电极组件，包括阳极和阴极；

电解液；

防泄漏结构，用于装入所述电极和所述电解液，所述防泄漏结构被配置成防止所述电解液或在所述便携式电源工作期间产生的气体的泄漏；所述防泄漏结构包含：

刚性框架；

金属箔，与所述刚性框架结合，其中所述金属箔装入所述刚性框架的一部分、所述电极组件和所述电解液；

电连接器基座，与所述刚性框架耦接，用于从所述便携式电源汲取电力；和

安全性电路，与所述刚性框架耦接；所述安全性电路与所述电连接器基座和所述电极组件的阳极和阴极电耦接。

17.如权利要求16所述的便携式计算设备，其中所述便携式计算设备选自由如下组成的组：膝上型计算机、上网本、平板计算机、智能电话和便携式媒体播放器。

18.一种产生便携式电源的方法，所述方法包含：

提供配置成部分装入卷绕式电极组件的刚性框架；

使所述卷绕式电极组件与所述刚性框架连结，其中所述连结包含将与所述卷绕式电极组件相关联的电极突舌焊接到与安全性电路相关联的电触点；

使金属箔与所述刚性框架结合以形成用于所述卷绕式电极组件的防泄漏结构，其中将所述防泄漏结构配置成防止与所述卷绕式电极组件相关联的电解液或在所述便携式电源工作期间产生的气体的泄漏；

给所述防泄漏结构添加所述电解液；和

抽空所述防泄漏结构的多余气体。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包含：

提供包含所述安全性电路、所述电触点和电连接器基座的板，其中所述电连接器基座用于从所述便携式电源汲取电力并使所述板与所述刚性框架连结。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述刚性框架包括集成地形成在所述刚性框架中的所述安全性电路、所述电触点和电连接器基座。

21.如权利要求18所述的方法，其中所述刚性框架包括注入口并且经由所述注入口给所述防泄漏结构添加所述电解液。

22.如权利要求18所述的方法，其中将所述金属箔提供成金属袋或提供成金属套。

23.如权利要求18所述的方法，其中热密封用于使所述金属箔与所述刚性框架结合。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述金属箔包括层压层，并且其中在所述热密封期间所述层压层被熔化以在所述金属箔到所述刚性框架之间形成所述结合。

25.如权利要求23所述的方法，其中所述卷绕式电极组件和所述电解液是锂离子聚合物电池单元的部件。

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