CN102340021B - 非矩形电池的设计和构造 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及非矩形电池的设计和构造。所公开的实施例涉及一种电池单元，该电池单元包括按照堆叠配置布置的不同尺寸的一组电极片，以便于有效地利用便携式电子设备内的空间。例如，电极片可以按照所述堆叠配置被布置为适应便携式电子设备的形状。堆叠配置可以基于非矩形电池设计，例如环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计和/或金字塔形设计。

Description

非矩形电池的设计和构造
技术领域
本文实施例涉及用于便携式电子设备的电池。更具体地，本文实施例涉及便于有效利用便携式电子设备内的空间的非矩形电池单元的设计和构造。
背景技术
目前采用可再充电池来为广泛多种便携式电子设备(其包括膝上型计算机、移动电话机、PDA、数字音乐播放器和无绳动力工具)提供电力。最普遍采用的类型的可再充电池是锂电池，该锂电池可以包括锂离子或锂聚合物电池。
锂聚合物电池通常包括封装在柔性包袋(pouch)中的电池单元。这种包袋通常重量轻且造价低。此外，包袋可以被剪裁为适合各种电池单元尺寸，从而允许锂聚合物电池用于诸如移动电话机、膝上型计算机和/或数字照相机的空间受限的便携式电子设备。例如，锂聚合物电池单元可以通过将滚压电极(rolled electrode)和电解质装入铝层压的包袋中而获得90％至95％的封装效率。然后可以将多个包袋并排放置在便携式电子设备中，并且串联和/或并联电耦接以形成用于便携式电子设备的电池。
然而，对空间的有效利用可能受限于现有的电池组(batterypack)架构中电池单元的使用和布置。具体而言，电池组通常包含相同容量、大小和尺寸的矩形电池单元。电池单元的物理布置另外可以映射电池单元的电配置。例如，六电池单元的电池组可以包括被构造为两串联三并联(2s3p)配置的六个相同大小和容量的锂聚合物电池单元。在该电池组内，两个具有并排放置的三个电池单元的行可以在彼此之上堆叠；每行可以按照并联配置电耦接，并且两行按照串联配置电耦接。结果，电池组可能需要便携式电子设备中至少是每个电池单元的长度、每个电池单元厚度的两倍以及每个电池单元宽度的三倍的空间。此外，电池组可能不能利用便携式电子设备中处于为电池组保留的矩形空间之外的空闲空间。
因此，通过与包含锂聚合物电池单元的电池组的封装效率、容量、形状因子、成本、设计以及制造相关的改进，可以便于使用便携式电子设备。
发明内容
所公开的实施例涉及一种电池单元，该电池单元包括按照堆叠配置布置的一组不同尺寸的电极片，以便于有效利用便携式电子设备内的空间。例如，电极片可以按照堆叠配置布置，以适应便携式电子设备的形状。堆叠配置可以基于非矩形电池设计，例如环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计以及/或者金字塔形设计。
电极片可以按照并联配置电耦接。并联配置可以包括：电耦接第一组导电突出部(tab)，其中，第一组导电突出部中的每一个耦接到一个电极片的阴极；以及电耦接第二组导电突出部，其中，第二组导电突出部中的每一个耦接到一个电极片的阳极。
在一些实施例中，第一组导电突出部是利用导线结合技术、点焊技术、压接(crimping)技术、铆接技术以及超声波焊接技术中的至少一个而电耦接的。第二组导电突出部也可以利用相同的技术而电耦接。
在一些实施例中，电池单元还包括用于包装电极片的包袋。
在一些实施例中，电池单元还包括设置在包袋内在电极片下面的刚性板。
附图说明
图1示出了根据实施例的电池单元。
图2示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。
图3示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。
图4示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。
图5示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。
图6示出了根据实施例的电池在便携式电子设备内的放置。
图7示出了根据实施例的电池在便携式电子设备内的放置。
图8示出了用于例示根据实施例的制造电池单元的处理的流程图。
图9示出了根据实施例的便携式电子设备。
在附图中，类似的附图标记指示相同的附图元素。
具体实施方式
给出以下描述以使得任何本领域技术人员能够实现和使用实施例，并且以下描述是在特定应用及其要求的情况下给出的。对所公开实施例的各种改进对于本领域技术人员来说将是容易显见的，并且本文定义的大体原理可以应用于其他实施例和应用，而不会脱离本公开的精神和范围。由此，本发明不限于所示出的实施例，而是适应符合本文所公开的原理和特征的最宽范围。
在本具体实施方式部分中描述的数据结构和代码通常存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以是任何能够存储由计算机系统使用的代码和/或数据的设备或介质。计算机可读存储介质包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器、磁性和光学存储设备(例如，盘驱动器、磁带、CD(紧凑盘)、DVD(数字多功能盘或数字视频盘))，或者其他能够存储目前已知或者日后开发的代码和/或数据的介质。
本具体实施方式部分描述的方法和处理可以具体实现为可以存储在如上所述的计算机可读存储介质中的代码和/或数据。当计算机系统读取和运行存储在计算机可读存储介质上的代码和/或数据时，计算机系统执行具体实现为数据结构和代码并存储在计算机可读存储介质中的方法和处理。
此外，本文描述的方法和处理可以包括在硬件模块或装置中。这些模块或装置可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或一段代码的专用或共享处理器，以及/或者目前已知或者日后开发的其他可编程逻辑器件。当激活硬件模块或装置时，它们执行其中所包括的方法和处理。
所公开的实施例提供具有非矩形设计的电池单元。该电池单元包括按照堆叠配置布置的不同尺寸的一组电极片。该堆叠配置的非矩形形状可以便于有效地使用便携式电子设备中的空间。术语“非矩形”可以指电池单元在任何切割面上都不是矩形的，这意味着在从顶部、底部或侧面看时电池单元不是矩形的。例如，非矩形堆叠配置可以基于环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计以及/或者金字塔形设计。电极片还可以装在包袋中以形成锂聚合物电池单元。此外，可以在包袋内在电极片下面放置刚性板，用以提供对电池单元的结构性支撑。
然后电极片可以按照并联配置电耦接。具体而言，每个电极片的阴极可以电耦接到第一组导电突出部中的一个导电突出部，并且每个电极片的阳极可以电耦接到第二组导电突出部中的一个导电突出部。然后第一组导电突出部是利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及/或者超声波焊接技术而电耦接的。还可以利用相同的技术来电耦接第二组导电突出部。第一组和第二组导电突出部可以延伸通过包袋中的密封件，以提供用于电池单元的端子。
图1示出了根据实施例的电池单元。该电池单元可以向便携式电子设备提供电力，这里的便携式电子设备例如是膝上型计算机、移动电话机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器、数字照相机和/或其他类型的电池供电的电子设备。
如图1所示，电池单元包括形成楔形、平台(terraced)结构的多个层102至108。层102至108可以由薄电极片形成；每个电极片可以在一侧上提供用于电池单元的阴极以及在另一侧上提供用于电池单元的阳极。例如，每个电极片可以具有大约20微米的厚度。电极片还可以包括锂或锌的阳极以及二氧化锰的阴极。
此外，电极片可以按照堆叠配置布置以形成层102至108。具体而言，可以利用四个不同大小的平饼形电极片生成电池单元的平台弯曲结构。首先，可以堆叠一系列最大尺寸的电极片以形成层102，然后可以在层102之上堆叠一系列较小的饼形电极片以形成层104。在形成层102-104之后，可以在层104之上堆叠多个第三大电极片以形成层106，最后，在层106之上放置最小的电极片以形成层108。
为了形成电源，电极片可以按照并联配置电耦接并且装入包袋116中。为了电耦接电极片，电极片的每个阴极可以电耦接到第一组导电突出部中的一个导电突出部，电极片的每个阳极可以电耦接到第二组导电突出部中的一个导电突出部。然后可以利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及/或者超声波焊接技术而电耦接第一组导电突出部，以形成电池单元的正端子110。
还可以采用相同的技术来电耦接第二组导电突出部，以形成电池单元的负端子112。例如，可以通过相对于将耦接到导电突出部的电极片的角部与导电突出部对准的一个或多个表面堆叠电极片，来组装电池单元。然后可以将导电突出部点焊到一起以形成端子110、112。
为了将电池单元装入包袋116中，层102至108可以放置在聚合物层压片和/或其他类型的柔性包袋材料之上。还可以在层102至108之上放置另一包袋材料片，并且可以将两个片热密封和/或折起。另选地，层102至108可以放置在于某些(例如，非端子)侧被密封和/或折起的两个包袋材料片之间。然后其余侧可以被热密封和/或折起以将层102至108装入包袋116中。端子110至112可以延伸通过包袋116中的密封件，以允许电池单元电耦接到便携式电子设备中的其他部件。
本领域技术人员将会理解，电极片的薄和/或柔性特性可能使得电极片在便携式电子设备内安装和/或处置期间在电池单元中弯曲和/或变形。因此，可以在层102至108下面放置刚性板114，以提供对电池单元的结构性支撑。
在一个或多个实施例中，图1中的电池单元便于有效地利用便携式电子设备内的空间。例如，电池单元的平台和/或弯曲边缘可以允许电池单元适合便携式电子设备的弯曲封装。还可以增加或减少层(例如，层102至108)的个数以更好地适合便携式电子设备的封装的曲率。换言之，电池单元可以包括适应便携式电子设备的形状的非对称和/或非矩形设计。由此，在同一便携式电子设备中，电池单元可以比矩形电池单元提供更大的容量、封装效率和/或电压。下面将参照图2至5更详细地讨论电池单元的非矩形设计。
图2示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。更具体而言，图2示出了具有多个层202至208的电池单元的俯视图。层202至208可以通过按照堆叠配置布置不同尺寸的电极片而形成，所述堆叠配置是基于电池单元的环形和/或锥形设计。因此，在图2的电池单元中采用的电极片可以是圆形和/或椭圆形的。
此外，形成层202至208的电极片可以是中空的，以使得能够形成两个端子210、212。每个端子210、212可以包括一组连接电极片的阴极或阳极的导电突出部。例如，端子210可以对应于电池单元的正端子，并且包括电耦接到彼此以及到电极片的阴极的第一组导电突出部。端子212可以对应于电池单元的负端子，并且包括电耦接到彼此以及到电极片的阳极的第二组导电突出部。
图2的电池单元可以设计为适合便携式电子设备的周边。例如，层202至208可以适应便携式电子设备的弯曲和/或扇形轮廓，而电池单元的中空内部可以允许部件(例如，印刷电路板(PCB)、处理器、存储器、存储设备、显示器、光学驱动器，等等)放置在便携式电子设备的中间。下面将参照图6至7来更详细地讨论电池单元在便携式电子设备内的放置。
图3示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。与图2中的电池单元一样，图3的电池单元包括通过堆叠相同厚度(例如，10至20微米)和不同大小的圆形和/或椭圆形电极片而形成的多个层302至310。然而，因为层302至310不是中空的，所以电池单元的端子312至314可以放置在层302至310之外。电池单元的斜锥形可以使得电池单元适合在便携式电子设备的凹袋内。
图4示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。图4的电池单元可以由沿一个边缘对准和堆叠的四个三角形电极片层402至408形成。每个层402、404、406和408可以包括相同大小的电极片，而不同的层402、404、406和408可以由四个不同大小的电极片形成。电池单元由此可以基于金字塔形和/或三角形设计。此外，一组端子410、412可以按照并联配置电耦接电极片，并且允许电池单元向便携式电子设备供电。
图5示出了根据实施例的用于电池单元的非矩形设计。图5的电池单元可以包括按照堆叠配置布置的四个方形电极片层502至508。然而，不像图1至4中的电池单元，图5的电极片可以在彼此之上置中。由此，电池单元的端子510、512可以由如下的导电突出部形成，即，这里的导电突出部与它们不应当电耦接到的电极片的表面交叠。例如，电耦接到电极片层504的导电突出部可以与最上面的电极片层502交叠。
为了防止电流在交叠的电极片与导电突出部之间流动，可以通过在导电突出部与电极片之间放置诸如Kapton(KaptonTM是E.I.duPont de Nemours and Company Corporation的注册商标)的绝缘材料层来将导电突出部与电极片的该导电突出部不应当电耦接到的交叠表面绝缘。绝缘材料在电池单元中的这种使用可以使得能够生成任意三维(3D)形状的电池单元，这种电池单元继而进一步便于有效地利用采用电池单元的便携式电子设备内的空间。
图6示出了根据实施例的电池602在便携式电子设备内的放置。如图6所示，电池602的俯视图示出了电池602沿便携式电子设备的外部周边放置。此外，电池可以包括环形、L形和/或饼形设计，以适应便携式电子设备的弯曲和/或扇形形状。电池的内部可以是中空的，以允许将部件放置在便携式电子设备内。
图7示出了根据实施例的电池702在便携式电子设备内的放置。电池702可以基于与图6的电池602相同的设计。更具体而言，电池702的截面图示出了电池702填充沿便携式电子设备的弯曲侧的空间。结果，相比于在相同便携式电子设备中采用的矩形电池，电池702可以代表增大的封装效率和/或容量。
图8示出了用于例示根据实施例的制造电池单元的处理的流程图。在一个或多个实施例中，一个或多个步骤可以被省略、重复和/或按照不同的顺序执行。因此，图8中示出的步骤的具体设置不应被解释为限制实施例的范围。
首先，按照堆叠配置布置一组不同尺寸的电极片，以便于有效地利用便携式电子设备内的空间(操作802)。例如，可以堆叠相同厚度和不同长度和/或宽度的电极片，以形成基于非矩形(例如，环形、L形、三角形、饼形、锥形、金字塔形)电池设计的电池单元。
接着，按照并联配置电耦接电极片(操作804)。电极片的每个阴极可以电耦接到第一组导电突出部中的一个导电突出部，而电极片中的每一个阳极可以电耦接到第二组导电突出部中的一个导电突出部。然后可以利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及超声波焊接技术电耦接第一组导电突出部，以形成电池单元的正端子。还可以采用相同的技术来电耦接第二组导电突出部，以形成电池单元的负端子。另外，可以通过在导电突出部与电极片之间放置诸如Kapton的绝缘材料层，来将导电突出部与该导电突出部不应当电耦接到的导电片的交叠表面相绝缘。
还可以在电极片下面放置刚性板(操作806)，以提供对电池单元的结构性支撑。这种结构性支撑可以防止电池单元在于便携式电子设备内安装和/或处置期间弯曲和/或变形。最后，可以将电极片和刚性板装入包袋中(操作808)。因此，电池单元可以对应于被设计为适应便携式电子设备的形状的锂聚合物电池单元。例如，电池单元可以被放置在便携式电子设备的弯曲内部，以相对于包含矩形电池单元的电池组提供增大的容量和/或封装效率。
以上描述的可再充电池单元通常可以用在任意类型的电子设备中。例如，图9例示了便携式电子设备900，该便携式电子设备900包括全部由电池906供电的处理器902、存储器904和显示器908。便携式电子设备900可以对应于膝上型计算机、移动电话机、PDA、便携式媒体播放器、数字照相机和/或其他类型的电池供电的电子设备。电池906可以对应于包括一个或多个电池单元的电池组。每个电池单元可以包括按照堆叠配置布置的不同尺寸的一组电极片。堆叠配置可以便于有效地利用便携式电子设备900内的空间。例如，堆叠配置可以允许电池906适合具有扇形形状的移动电话机的周边。
出于例示和描述的目的给出了以上对各种实施例的描述。它们并非旨在穷举或将本发明限于所公开的形式。因此，对于本领域技术人员来说，各种修改和变型将是显而易见的。另外，以上公开并非旨在限制本发明。

Claims (15)

1.一种电池单元，包括：
一组不同尺寸的电极片，其中所述电极片并联电耦接，并且按照堆叠配置布置，其中该组电极片具有中空内部；
包装所述电极片的包袋；和
在所述堆叠布置的电极片下面并且在所述包袋内的刚性板，其中所述刚性板为所述堆叠布置的电极片提供结构性支撑。
2.如权利要求1所述的电池单元，其中所述并联电耦接的电极片包括：
第一组导电突出部，其中所述第一组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阴极；以及
第二组导电突出部，其中所述第二组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阳极。
3.如权利要求2所述的电池单元，其中，所述第一组导电突出部是利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及超声波焊接技术中的至少一个电耦接的。
4.如权利要求1所述的电池单元，其中，所述电极片是按照基于非矩形电池设计的堆叠配置布置的。
5.如权利要求4所述的电池单元，其中，所述非矩形电池设计是环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计和金字塔形设计中的至少一个。
6.一种用于为便携式电子设备提供电源的方法，包括：
按照堆叠配置布置一组不同尺寸的电极片，其中该组电极片具有中空内部；
在所述堆叠配置的电极片下面放置刚性板，其中所述刚性板为所述堆叠布置的电极片提供结构性支撑；
将所述电极片和刚性板装入包袋中；以及
按照并联配置电耦接所述电极片。
7.如权利要求6所述的方法，其中，按照并联配置电耦接所述电极片包括：
电耦接第一组导电突出部，其中，所述第一组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阴极；以及
电耦接第二组导电突出部，其中，所述第二组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阳极。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一组导电突出部是利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及超声波焊接技术中的至少一个电耦接的。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述电极片是按照基于环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计和金字塔形设计中的至少一个的堆叠配置布置的。
10.一种电池组，包括：
一组不同尺寸的电极片，所述电极片并联电耦接，并且按照堆叠配置布置，其中该组电极片具有中空内部；
放置在所述堆叠配置的电极片下面的刚性板；以及
用于包装所述堆叠配置的电极片和所述刚性板的包袋。
11.如权利要求10所述的电池组，所述并联电耦接的电极片包括：
第一组导电突出部，其中所述第一组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阴极；以及
第二组导电突出部，其中所述第二组导电突出部中的每一个导电突出部耦接到一个所述电极片的阳极。
12.如权利要求11所述的电池组，其中，所述第一组导电突出部是利用导线结合技术、点焊技术、压接技术、铆接技术以及超声波焊接技术中的至少一个电耦接的。
13.如权利要求10所述的电池组，其中，所述电极片是按照基于环形设计、L形设计、三角形设计、饼形设计、锥形设计和金字塔形设计中的至少一个的堆叠配置布置的。
14.如权利要求10所述的电池组，其中，所述电极片按照所述堆叠配置布置为适应容纳所述电极片的便携式电子设备的形状。
15.一种便携式电子设备，包括：
由电池组供电的一组部件，该电池组包括：
一组不同尺寸的电极片，所述电极片并联电耦接，并且按照堆叠配置布置，其中该组电极片具有中空内部，所述中空内部被配置为接纳由该电池组供电的该组部件中的至少一个部件；
放置在所述堆叠配置的电极片下面的刚性板；以及
用于包装所述堆叠配置的电极片和所述刚性板的包袋。
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