CN105431957B - 对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明的对齐结合于相机电子闪光灯的R6规格四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，较之使用现有的低自我放电镍氢电池，将可供应的电力量(Wh)提高两倍以上，从而无需追加的增设电池组或外置电池组，减少相机设备的重量，节省费用。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池(secondary cell)技术，尤其涉及在设置于相机的电子闪光灯(electronic flash或strobe light)等电子设备中，对齐结合于IEC标准R6(AA)规格的两口或四口电池仓(battery compartment)的弹夹(enbloc clip)状的锂二次电池组(lithium secondary battery pack)。
背景技术
近来所使用的所有智能手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备，因电力消耗非常大，因此，不使用不能充电的一次电池(primary cell或disposablebattery)或额定容量(capacity)少的镍氢电池(Ni-MH；nickel-metal hydride battery)，而一般使用专用规格的高容量锂离子电池组(Li-ion；lithium-ion battery pack)或锂离子聚合物电池组(Li-Po；lithium-ion polymer battery pack)，而电力消耗量大但产品使用周期短的便携式手电筒(flashlight)等产品，近来也根据最广为使用的圆柱形锂离子电池18650规格推出新产品。
但是，唯独在设置于相机的电子闪光灯的情况下，虽然电力消耗非常高，但不使用高容量的专用电池组，而是从过去到现在维持现有的串联设置R6(或AA)规格的四个常见电池的方式，这是因为相机闪光灯的产品使用周期为十年以上，而且，需考虑紧急情况下与常见电池的兼容性。另外，因为相同的原因，闪光灯制造企业将可使用的电池的种类限定在作为一次电池的额定电压1.5V的碱性电池(alkaline battery)及1.5V锂铁电池(lithiumbattery)，作为二次电池的1.2V镍氢电池及1.2V低自放电(LSD；Low self discharge)镍氢电池四种。
作为一次电池的碱性电池，因抗低温条件性能差，从而在零下10℃下，降低到作为额定容量的2500mAh的约60％，而在零下20℃下，减少至额定容量的约20％，另外，在25mA左右的低负荷条件下，可使用作为额定容量的全部2500mAh，但在1000mA左右的高负荷条件下，只能使用作为额定容量的一半以下的1000mAh左右。换言之，不适合于在屋外低温条件下使用情况较多且电力消耗多的相机闪光灯中。当然，在锂铁一次电池的情况下，可在低温条件及高负荷条件下使用作为额定电压的3000mAh左右，但是，销售价格较之碱性电池贵约八倍左右。而且，上述两种一次电池不能充电及再次使用，因此，经济性差，不环保。
在作为二次电池的高容量镍氢电池的情况下，额定容量为2700mAh左右，与碱性电池及锂铁一次电池类似，但是因发生高水平的自放电(self discharge)现象，而且，因记忆效应(memory effect)，尤其在高负荷条件下频频发生电压下降(voltage depression)现象，因此，近来在电力消耗多的闪光灯中不怎么使用。另外，解决了上述两个问题的低自放电镍氢电池的情况下，额定容量为2000mAh左右，与现有的高容量镍氢电池相比低约26％左右，因此，闪光灯制造企业为补充不足的电力，与产品一同提供追加串联R6规格的一个电池提高供应电压的增设电池组(quick recycling battery pack)，或单独销售串联R6规格的六个电池或八个电池的外置电池组(external Battery Pack)。这导致增加费用和增加相机设备重量的两种问题。
另外，用于相机闪光灯的碱性电池及锂铁一次电池的额定电压为1.5V，开路电压为1.65V，放电终期电压1.1V，因此，四个串联(4S)时可提供4.4～6.6V范围的电压，而在使用增设电池组的五个串联(5S)时可提供5.5～8.25V范围的电压。另外，锂离子电池的额定电压为3.6～3.7V，充满电压为4.2V，放电终期电压为2.8V，不能将14500规格(与R6相同)的圆柱形锂离子电池直接插入闪光灯四口电池仓的四个串联电路中使用。但是，在将14500规格的锂离子电池或锂离子聚合物电池以两个串联两个并联(2S2P)方式连接时，可提供5.6～8.4V范围的电压，而在锂磷酸铁电池(LiFePO4；lithium iron phosphate battery)的情况下，额定电压为3.2V，充满电压为3.6V，放电终期电压为2.8V，因此，在两个串联两个并联时，可提供5.6～7.2V范围的电压，从而可用于相机闪光灯。而且，锂离子电池的比能(specific energy)及能量密度(energy density)比镍氢电池高约2～3倍，而在充放电效率(charge/discharge efficiency)方面，锂离子电池为约90％以上，也比镍氢电池的约65％左右高，在相同体积或规格的情况下，锂离子电池较之镍氢电池轻约1/2。
但是，在已经发明或目前为止制造及销售的所有锂二次电池组的情况下，因为是将两个长而扁的形状的棱柱型(prismatic type)及袋型(pouch type)等或将盛放于金属罐(can)的圆柱型(cylindrical type)锂离子裸电池(bare cell)进行单纯连接并与电池保护电路(PCM；protection circuit module)一同固定于外壳的形式，因此，不能插入设置于相机闪光灯R6规格四口电池仓中。另外，用于将锂二次电池组重叠插入设置于电子设备的R6规格两口或四口电池仓的使用果冻卷型电极组件(jelly-roll type electrodeassembly)的圆柱形的袋型裸电池目前为止尚未发明出来或制造及销售。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种在设置于相机的电子闪光灯等电子设备中，对齐结合于R6规格的两口或四口电池仓的锂二次电池组，从而较之使用低自我放电镍氢电池时，将可供应的电力量(Wh)提高两倍以上。
另外，本发明不采用现有的将两个或四个R6规格电池各插入设置的方式，而是将电池组模块化为对齐结合于电子设备的R6规格两口或四口电池仓的弹夹状，从而更容易进行安装。
(二)技术方案
为达到上述目的，根据本发明的特征的，对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，包括：
圆柱形的袋型裸电池，包括：果冻卷型电极组件，包括接合于被正极活性物质或负极活性物质中的某一种涂布的第一电极板并突出一定长度的第一电极端子和接合于被正极活性物质或负极活性物质中的剩余一种涂布的第二电极板并较之上述第一电极端子更长延长的第二电极端子，上述第一电极端子和上述第二电极端子位于相反的方向，当将上述第二电极端子沿上述第一电极端子方向折叠时，使第一电极端子和第二电极端子的高度变得一致；及圆筒形的袋子，收容果冻卷型电极组件；
弹夹状的外壳，以使多个上述圆柱形的袋型裸电池各自被收容的多个圆筒形状的外壳形式构成，以通过只连接多个圆筒形状外壳的一端的电池保护电路板收纳结构只一并连接多个圆筒形状外壳的一端的弹夹状构成；
电池保护电路板，使各具备于上述多个圆柱形的袋型裸电池的第一电极端子和沿上述第一电极端子方向折叠的第二电极端子朝向电池保护电路板收纳结构，从而在各插入设置于多个圆筒形外壳之后，与各具备于上述多个圆柱形的袋型裸电池的第一电极端子及第二电极端子电连接；
一对外部电极组装体，形成收容于上述弹夹状的外壳的外部正极端及外部负极端，包括各与上述外部正极端及外部负极端电连接并插入上述弹夹状的外壳内部的外部电极端子，而上述外部电极端子各与上述电池保护电路板电连接。
较佳地，上述一对外部电极组装体，在上述外部正极端及外部负极端各具备外部电极固定槽，而在上述弹夹状的外壳具备与上述外部电极固定槽对齐结合的外部电极固定凸结构。
较佳地，上述一对外部电极组装体可包括收容上述外部正极端及外部负极端的外部电极收纳结构。
较佳地，上述电池保护电路板收纳结构可收容电池保护电路板。
更佳地，上述一对外部电极组装体可包括与上述外部正极端及外部负极端和上述外部电极收纳结构对齐结合的外部电极固定槽。
更佳地，上述电池保护电路板收纳结构还可包括在收容电池保护电路板的状态下对齐结合的后面盖。
(三)有益效果
如上所述，本发明的对齐结合于相机电子闪光灯的R6规格四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，较之使用现有的低自放电镍氢电池，将可供应的电力量(Wh)提高两倍以上，从而无需追加的增设电池组或外置电池组，减少相机设备的重量，节省费用。
另外，本发明不采用各更换电子设备的两个或四个R6规格电池的方式，而是将电池组模块化为对齐结合于电子设备的R6规格两口或四口电池仓的弹夹状，从而更容易进行更换。
另外，本发明直接采用用于制造使用金属罐的14500规格圆柱形裸电池的果冻卷型电极组件制造圆柱形的袋型裸电池，从而节省制造成本及工艺，而且，较之使用金属罐的情况，可显著降低裸电池的重量。
另外，采用按一定长度突出的正极端子和较之正极端子更长延长的负极端子的圆柱形的袋型裸电池，与使用金属罐的情况不同，可插入R6规格的弹夹状的外壳，从而可通过与电池保护电路的连接实现串联和并联的各种组合，可制造额定电压与常见电池兼容的锂二次电池组。
另外，通过聚碳酸酯树脂材料的挤压成型方式以一体型制造弹夹状的外壳，实现模块化的部件的组装型结合方式，从而通过简化工艺节省制造成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例的圆柱形的袋型裸电池的结构分解斜视图；
图2为本发明第一实施例的圆柱形的袋型裸电池的组装外形斜视图；
图3为本发明第一实施例的锂二次电池组的结构分解斜视图；
图4为本发明第一实施例的锂二次电池组的组装外形及充电座斜视图；
图5为本发明第一实施例的内部电路结构框图；
图6为本发明第二实施例的锂二次电池组的组装外形及充电座斜视图和内部电路结构框图；
图7为本发明另一实施例的锂二次电池组形式的组装外形斜视图。
附图标记说明
100：圆柱形的袋型裸电池 110：果冻卷型电极组件
111：第一电极板 112：第二电极板
113：隔膜 114：第一电极端子
115：第二电极端子 116：保护构件
120：圆筒形的袋子 121a：圆筒形的袋子的长侧面
121b：圆筒形的袋子的第一短侧面
121c：圆筒形的袋子的第二短侧面
200、201、202、203：电池保护电路板
300、301、302、303：外壳 310：外部电极组装体
311：外部电极盖 312a、312b：外部电极固定槽
313：外部正极端 314：外部负极端
315：外部电极收纳结构 316：外部电极固定凸结构
317：外部电极端子孔 318：保护构件
319a、319b：外部电极端子
320：电池保护电路板收纳结构
321：后面盖
400、401、402、403：锂二次电池组
500、501、：充电座
511：正极充电端子
512：负极充电端子 520：外部DC插座
530：充电及充满指示灯
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的第一实施例进行详细说明，以帮助本领域技术人员更好地理解本发明。
图1为在本发明第一实施例的圆柱形的袋型裸电池中，果冻卷型电极组件收容于圆筒形的袋子之前的状态斜视图，而图2为本发明第一实施例的圆柱形的袋型裸电池的组装外形斜视图。
如图1及图2所示，本发明的第一实施例的圆柱形的袋型裸电池100由果冻卷型电极组件110和用于收容果冻卷型电极组件110的圆筒形的袋子120构成。
果冻卷型电极组件110包括被正极活性物质及负极活性物质中的某一种，例如正极活性物质涂布的第一电极板111、被正极活性物质及负极活性物质中的另一种，例如负极活性物质涂布的第二电极板112、位于第一电极板111及第二电极板112之间以防止第一电极板111和第二电极板112短路(short)，只使锂离子移动的隔膜113。另外，第一电极板111上接合有突出一定长度并起到正极端子的作用的第一电极端子114，而在第二电极板112上接合有更长延长并起到负极端子作用的第二电极端子115。另外，还可具备用于防止第一电极端子114及第二电极端子115和圆筒形的袋子120之间的短路的保护构件116。
圆筒形的袋子120由铝(Al)箔层和从两面罩住上述铝箔层的合成树脂层的多层膜构成，当使用圆筒形的袋子时，较之使用金属罐的情况可显著减少裸电池的重量，可直接采用用于制造使用金属罐的14500规格圆柱形裸电池的果冻卷型电极组件110制造圆柱形的袋型裸电池100，由此制造的圆柱形的袋型裸电池100与使用金属罐的情况不同，可插入R6规格的弹夹状的外壳300制造锂二次电池组400。
首先，通过加热熔接圆筒形的袋子120的长侧面121a进行密封之后，将果冻卷型电极组件110置于密封纸形式的圆筒形的袋子120内部并加热熔接更长延长的供第二电极端子115通过的第二短侧面121c进行密封。接着，通过目前开放且突出一定长度的供第一电极端子114通过的第一短侧面121b注入非水性电解液之后，最后加热熔接第一短侧面121b，即可制造出圆柱形的袋型裸电池100。
另外，通过上述圆筒形的袋子120的第一短侧面及第二短侧面引出至外部的第一电极端子114及第二电极端子115与形成有电路图案的电池保护电路板200电连接，并在发生异常情况时阻断电流的流动。
图3为本发明第一实施例的锂二次电池组的结构分解斜视图，而图4为本发明第一实施例的锂二次电池组的组装外形及充电座斜视图。
如图3及图4所示，本发明第一实施例的弹夹状的锂二次电池组400由四个圆柱形的袋型裸电池100、电池保护电路板200和用于收容圆柱形的袋型裸电池100和电池保护电路板200的弹夹状的外壳300构成，而弹夹状的外壳300具体由外部电极组装体310、电池保护电路板收纳结构320、后面盖321构成。
外部电极组装体310，包括：外部电极盖311，呈中空形状以使外部电极与外部电接触；外部正极端313，具备外部电极固定槽312a并电连接有长度延长的外部电极端子319a；外部负极端314，具备外部电极固定槽312b并电连接有长度延长的外部电极端子319b；外部电极收纳结构315，具备外部电极固定凸结构316及外部电极端子孔317并使外部正极端313及外部负极端314对齐结合。
另外，还可具备用于防止外部电极端子319a及319b的短路的保护构件318，而与外部正极端313电连接的外部电极端子319a及与外部负极端314电连接的外部电极端子319b与形成有电路图案的电池保护电路板200电连接，并在发生异常情况时阻断电流的流动。
将外部正极端313及外部负极端314中的某一个，例如将通过弹夹状的外壳300的左侧外部电极端子孔317与外部负极端314电连接的外部电极端子319b插入外壳300内部之后，将具备于外部负极端314的外部电极固定槽312b与外部电极固定凸结构316对齐，从而将外部负极端314设置于外部电极收纳结构315。最后，用外部电极盖311盖住之后，通常用热熔型硅胶粘剂进行塑封，但在本发明中不限于上述材料。另外，将通过弹夹状的外壳300的右侧外部电极端子孔317外部正极端313电连接的外部电极端子319a插入外壳300内部之后，将具备于外部正极端313的外部电极固定槽312a与外部电极固定凸结构316对齐，从而将外部正极端313设置于外部电极收纳结构315之后，用外部电极盖311盖住之后进行塑封。上述外部电极固定槽312a及312b和外部电极固定凸结构316起到因外部正极端313及外部负极端314的旋转导致的变形或破损。
四个圆柱形的袋型裸电池100使第一电极端子114及第二电极端子115朝向电池保护电路板200，以各插入设置于具备于弹夹状的外壳300的四个圆筒形状的收纳部之后，将与外部正极端313电连接的外部电极端子319a、与外部负极端314电连接的外部电极端子319b、电连接于四个圆柱形的袋型裸电池100的四个第一电极端子114及四个第二电极端子115都电连接于电池保护电路板200。之后，将电池保护电路板200对齐于电池保护电路板收纳结构320进行设置之后，用后面盖321盖住之后，通常用热熔型硅胶粘剂进行塑封，以此制造弹夹状的锂二次电池组400。
弹夹状的外壳300通常将耐久性及温度特性非常好，尤其是对外部冲击的强度非常好的聚碳酸酯(poly carbonate)树脂材料通过挤压成型方式制作成一体型，但在本发明中不限于上述材料。
与弹夹状的锂二次电池组400对齐结合的专用充电座500包括与弹夹状的锂二次电池组400的外部正极端313电接触的正极充电端子511、与外部负极端314电接触的负极充电端子512、外部DC插座520、充电及充满指示灯530及内部的充电电路。
图5为本发明第一实施例的内部电路结构框图。
如图5所示，本发明的第一实施例的弹夹状的锂二次电池组400通过四个圆柱形的袋型裸电池100和两个电池保护电路，以两个串联两个并联(2S2P)方式构成电路。当弹夹状的锂二次电池组400的裸电池采用锂离子电池或锂离子聚合物电池时，额定电压为7.4V，可提供5.6～8.4V范围的电压，而当使用锂磷酸铁电池的裸电池时，额定电压为6.4V，可提供5.6～7.2V范围的电压。另外，电池保护电路防止过度充电及过度放电，并在发生异常情况时阻断电流的流动。
下面，对本发明的第二实施例的锂二次电池组及专用充电座进行说明。另外，本发明的第二实施例的锂二次电池组除后述的内容之外，与上述第一实施例相同。
图6为本发明第二实施例的锂二次电池组的组装外形及充电座斜视图和内部电路结构框图。
如图6所示，本发明第二实施例的弹夹状的锂二次电池组401由两个圆柱形的袋型裸电池100、电池保护电路板201和用于收容圆柱形的袋型裸电池100和电池保护电路板201的弹夹状的外壳301构成，而专用充电座501与弹夹状的锂二次电池组401对齐结合。
另外，本发明的第二实施例的弹夹状的锂二次电池组401通过两个圆柱形的袋型裸电池100和一个电池保护电路，以两个并联(2P)方式构成电路。当弹夹状的锂二次电池组401的裸电池采用锂离子电池或锂离子聚合物电池时，额定电压为3.7V，可提供2.8～4.2V范围的电压，而当使用锂磷酸铁电池的裸电池时，额定电压为3.2V，可提供2.8～3.6V范围的电压。
下面，对本发明的另一实施例的锂二次电池组进行说明。另外，本发明的另一实施例的锂二次电池组除后述的内容之外，与上述第一实施例相同。
图7为本发明另一实施例的锂二次电池组形式的组装外形斜视图。
如图7所示，本发明另一实施例的弹夹状的锂二次电池组402及403由各四个圆柱形的袋型裸电池100、电池保护电路板202及203和用于收容圆柱形的袋型裸电池100和电池保护电路板202及203的弹夹状的外壳302及303构成，而且，可具备与弹夹状的锂二次电池组402及403对齐结合的专用充电座。
上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，包括：
圆柱形的袋型裸电池(100)，包括：
果冻卷型电极组件(110)，包括接合于被正极活性物质或负极活性物质中的某一种涂布的第一电极板(111)并突出一定长度的第一电极端子(114)和接合于被正极活性物质或负极活性物质中的剩余一种涂布的第二电极板(112)并较之上述第一电极端子更长延长的第二电极端子(115)，上述第一电极端子(114)和上述第二电极端子(115)位于相反的方向，当将上述第二电极端子(115)沿上述第一电极端子(114)方向折叠时，使第一电极端子(114)和第二电极端子(115)的高度变得一致；及
圆筒形的袋子(120)，收容果冻卷型电极组件(110)；
弹夹状的外壳(300)，以使多个上述圆柱形的袋型裸电池(100)各自被收容的多个圆筒形状的外壳形式构成，以通过只连接多个圆筒形状外壳的一端的电池保护电路板收纳结构(320)只一并连接多个圆筒形状外壳的一端的弹夹状构成；
电池保护电路板(200)，使各具备于上述多个圆柱形的袋型裸电池(100)的第一电极端子(114)和沿上述第一电极端子(114)方向折叠的第二电极端子(115)朝向电池保护电路板收纳结构(320)，从而在各插入设置于多个圆筒形外壳之后，电池保护电路板(200)与各具备于上述多个圆柱形的袋型裸电池(100)的第一电极端子(114)及第二电极端子(115)电连接；及
一对外部电极组装体(310)，包括形成收容于上述弹夹状的外壳(300)的外部正极端(313)及外部负极端(314)，各与上述外部正极端(313)及外部负极端(314)电连接并插入上述弹夹状的外壳(300)内部的外部电极端子(319a)、(319b)，而上述外部电极端子(319a)、(319b)各 与上述电池保护电路板(200)电连接。
2.根据权利要求1所述的对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，其特征在于：上述一对外部电极组装体(310)，在上述外部正极端(313)及外部负极端(314)各具备外部电极固定槽(312a)、(312b)，而在上述弹夹状的外壳(300)具备与上述外部电极固定槽(312a)、(312b)对齐结合的外部电极固定凸结构(316)。
3.根据权利要求1所述的对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，其特征在于：上述一对外部电极组装体(310)包括收容上述外部正极端(313)及外部负极端(314)的外部电极收纳结构(315)。
4.根据权利要求1所述的对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，其特征在于：上述电池保护电路板收纳结构(320)收容电池保护电路板(200)。
5.根据权利要求3所述的对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，其特征在于：上述一对外部电极组装体(310)包括与上述外部正极端(313)及外部负极端(314)和上述外部电极收纳结构(315)对齐结合的外部电极盖(311)。
6.根据权利要求4所述的对齐结合于电子设备的两口或四口电池仓的弹夹状的锂二次电池组，其特征在于：上述电池保护电路板收纳结构(320)还包括在收容电池保护电路板(200)的状态下对齐结合的后面盖(321)。
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