CN106207063B - 电池连接组件及组合电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电池连接组件，包括大体呈矩形结构的基板组件，基板组件的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子相匹配的至少两对极性扣件，基板组件上连接设置有一对外接电器的输出极性端子，至少两对极性扣件以串联或并联方式进行布局连接后并与所述的输出极性端子连接。本发明的优点是，提高了电池组装的效率和电池连接的速度，电池串联和并联的实现更加方便，同时提供一定范围内任意电压值的输出，包括负电压的输出，轻松实现电池的升压和降压需求，快速满足对电池电压和容量的不同需求，并且大大提高了电池的应用范围和使用效率，而且组合电池体积增量很小。

Description

电池连接组件及组合电池

技术领域

本发明涉及一种多个电池组合起来的连接结构，尤其是涉及电池连接组件及组合电池。

背景技术

随着用电器具的发展，电池市场出现了对以9V电池为单体的组合电池的需求，目前以2节9V电池串联和4节9V电池串并联的需求较大。

现在的组装方式还停留在比较原始的阶段，直接利用导线焊接连接的方式进行组合，组合后电池体会随意晃动，同时容易造成导线脱离。

中国专利号为200810120895.7的发明专利公开了一种9V锂电池，包括三个单体锂电池和三个相互连接的电池座，三个单体锂电池分别位于三个电池座内，电池座一端敞口，电池座的另一端设置有通孔，单体锂电池的负极位于电池座的敞口端，单体锂电池的正极位于电池座的通孔内，三个单体电池的正负极之间通过多个金属条连接。上述组合电池存在如下问题：1、电池座作为一个固定壳体，组合电池的整体体积比较大，加工组装工艺较为复杂，组装效率比较低下。2、相对封闭式的电池座不利于电池的散热，降低电池的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本简单、体积增加量较小及组装方便的电池连接组件。本发明所要解决的技术问题是提供一种利用上述电池连接组件组合后的电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：电池连接组件，包括大体呈矩形结构的基板组件，所述的基板组件的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子相匹配的至少两对极性扣件，所述的基板组件上连接设置有一对外接电器的输出极性端子，至少两对极性扣件以串联或并联方式进行布局连接后并与所述的输出极性端子连接。

本发明的进一步优选方案：所述的基板组件包括组装基板和调压电路板，所述的至少两对极性扣件分布在组装基板的下侧表面，该至少两对极性扣件以串联或并联方式的布局连接在组装基板上，输出极性端子从调压电路板上引出。

本发明的进一步优选方案：所述的组装基板的上侧表面设置有过渡输出接口，调压电路板的下侧表面设置有过渡输入接口，当组装基板与调压电路板紧贴后，过渡输出接口与过渡输入接口电连通。

本发明的进一步优选方案：所述的每对极性扣件为电池子母连接扣。

本发明的进一步优选方案：所述的组装基板与调压电路板用胶水粘结，也可以采用其他连接方式进行固定。

本发明的进一步优选方案：所述的调压电路板内设置有调压控制模块，所述的调压控制模块包括基准电路、采样电路、终止电压控制电路、运算器和电压调整电路，过渡输入接口与采样电路的输入端连接，过渡输入接口与电压调整电路连接；

基准电路与运算器的输入端连接，采样电路与运算器的输入端连接，运算器的输出端与终止电压控制电路连接，终止电压控制电路与采样电路的输入端连接，运算器的输出端与电压调整电路连接，电压调整电路的输出端与输出极性端子连接。

本发明的进一步优选方案：所述的基准电路包括第三电阻、第八电阻和第一稳压管，采样电路包括第四电阻、第五电阻和第七电阻，终止电压控制电路包括第六电阻、第一三极管和第九电阻，运算器包括型号为LM358的放大器；

第四电阻的一端与过渡输入接口的第一正极端连接，第四电阻的另一端通过第五电阻与过渡输入接口的负极端连接，第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第七电阻与放大器的负输入端连接；

第三电阻的一端与过渡输入接口的第二正极端连接，第三电阻的另一端与第一稳压管的负极连接，第一稳压管的正极与过渡输入接口的负极端连接，第一稳压管的正极通过第八电阻与放大器的正输入端连接；

第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第六电阻与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极与过渡输入接口的负极端连接，第一三极管的基极通过第九电阻与放大器的输出端连接。

本发明的进一步优选方案：所述的电压调整电路包括型号为XL4001的芯片，放大器的输出端与芯片的第六引脚连接，第一电阻的一端与过渡输入接口的负极端连接，第一电阻的另一端通过第二电阻与芯片的第一引脚连接，芯片的第一引脚和第二引脚连接，第一电容的一端与芯片的第一引脚连接，第一电容的另一端与第一电阻和第二电阻的连接点连接。

组合电池，包括大体呈矩形结构的基板组件，所述的基板组件的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子相匹配的至少两对极性扣件，所述的基板组件上连接设置有一对外接电器的输出极性端子，至少两对极性扣件以串联或并联方式进行布局连接后并与所述的输出极性端子连接；

本发明的进一步优选方案：所述的基板组件上所有的极性扣件与所有的电池单体上的极性端子扣紧后，基板组件与所有的单体电池固定在一起。

本发明的进一步优选方案：所述的基板组件包括组装基板和调压电路板，所述的至少两对极性扣件分布在组装基板的下侧表面，该至少两对极性扣件以串联或并联方式的布局连接在组装基板上，输出极性端子从调压电路板上引出。

本发明的进一步优选方案：所述的组装基板的上侧表面设置有过渡输出接口，调压电路板的下侧表面设置有过渡输入接口，当组装基板与调压电路板紧贴后，过渡输出接口与过渡输入接口电连通。

本发明的进一步优选方案：所述的每对极性扣件为电池子母连接扣。

本发明的进一步优选方案：所述的组装基板与调压电路板用胶水粘结。

本发明的进一步优选方案：所述的调压电路板内设置有调压控制模块，所述的调压控制模块包括基准电路、采样电路、终止电压控制电路、运算器和电压调整电路，过渡输入接口与采样电路的输入端连接，过渡输入接口与电压调整电路连接；

基准电路与运算器的输入端连接，采样电路与运算器的输入端连接，运算器的输出端与终止电压控制电路连接，终止电压控制电路与采样电路的输入端连接，运算器的输出端与电压调整电路连接，电压调整电路的输出端与输出极性端子连接；

所述的基准电路包括第三电阻、第八电阻和第一稳压管，采样电路包括第四电阻、第五电阻和第七电阻，终止电压控制电路包括第六电阻、第一三极管和第九电阻，运算器包括型号为LM358的放大器；

第四电阻的一端与过渡输入接口的第一正极端连接，第四电阻的另一端通过第五电阻与过渡输入接口的负极端连接，第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第七电阻与放大器的负输入端连接；

第三电阻的一端与过渡输入接口的第二正极端连接，第三电阻的另一端与第一稳压管的负极连接，第一稳压管的正极与过渡输入接口的负极端连接，第一稳压管的正极通过第八电阻与放大器的正输入端连接；

第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第六电阻与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极与过渡输入接口的负极端连接，第一三极管的基极通过第九电阻与放大器的输出端连接；

所述的电压调整电路包括型号为XL4001的芯片，放大器的输出端与芯片的第六引脚连接，第一电阻的一端与过渡输入接口的负极端连接，第一电阻的另一端通过第二电阻与芯片的第一引脚连接，芯片的第一引脚和第二引脚连接，第一电容的一端与芯片的第一引脚连接，第一电容的另一端与第一电阻和第二电阻的连接点连接。

与现有技术相比，本发明的优点是：提高了电池组装的效率和电池连接的速度，电池串联或者并联的实现更加方便，可以实现自动化生产，同时提供一定范围内任意电压值的输出，包括负电压的输出，轻松实现电池的升压和降压需求，快速满足对电池电压和容量的不同需求，并且大大提高了电池的应用范围和使用效率，增加了组合电池的稳定性，而且组合电池体积增量很小。本发明只采用基板组件上的极性扣件与单体电池的极性端子连接就可以达到固定的目的。

附图说明

图1为本发明的组装正视图；

图2为本发明的组装立体图；

图3为本发明的零件分解正视图；

图4为本发明的从下到往上看装配分解立体图；

图5为本发明的从上到往下看装配分解立体图；

图6为本发明的调压控制模块的框架图；

图7为本发明的调压控制模块的电路图；

图8为本发明的四节单体电池串联与调压控制模块连接的框图；

图9为本发明的四节单体电池并联的原理图；

图10为本发明的两节单体电池串联的原理图；

图11为本发明的四节电池串并联的原理图；

图12为本发明的电压18V以下的组合电池与调压控制模块的连接方式图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1－图2所示，电池连接组件，包括大体呈矩形结构的基板组件1，基板组件1的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子2相匹配的至少两对极性扣件111，基板组件1上连接设置有一对外接电器的输出极性端子122，至少两对极性扣件11以串联或并联方式进行布局连接后并与输出极性端子122连接。

如图2－图3所示，基板组件1包括组装基板11和调压电路板12，至少两对极性扣件111分布在组装基板11的下侧表面，该至少两对极性扣件111以串联或并联方式的布局连接在组装基板11上，输出极性端子122从调压电路板12上引出。组装基板11上的极性扣件111使单体电池组4合为整体结构，并通过组装基板11上的线路实现对电池组4的串联、并联或者串联和并联混合的要求，调压电路板12上设置有调压电路，可以对电池组4进行升压和降压，组装基板11和调压电路板12的共同作用可以提供一定范围内任意电压值的输出，包括负电压的输出。组装基板上11上设置有防止电池互充的保护电路，如图9和图11所示，避免电池间由于电压偏差引起的内部充电现象，提高了电池组的使用寿命。

如图3－图4所示，组装基板11的上侧表面设置有过渡输出接口112，调压电路板12的下侧表面设置有过渡输入接口121，当组装基板11与调压电路板12紧贴后，过渡输出接口112与过渡输入接口121电连通。过渡输出接口112和过渡输入接口121的设置为电池组4实现不同的电压和容量提供了方便，使组装基板11和调压电路板12的组合变化更为灵活多样，从而生产简便、成本更省。

如图3－图5所示，每对极性扣件111为电池子母连接扣2。组装基板11的极性扣件111与电池子母扣2对应相匹配，使组装基板11和电池组4可以进行快速的连接，并且电池组4整体结构稳固性好。

如图1-图5所示，组装基板11与调压电路板12用胶水粘结。胶水粘结使组装基板11和调压电路板12成为一个牢固整体，使过渡输出接口112和过渡输入接口121接触更为稳定，有效防止组合电池振动、潮湿引起的接触不良。

组合电池，包括大体呈矩形结构的基板组件1，基板组件1的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子2相匹配的至少两对极性扣件111，基板组件1上连接设置有一对外接电器的输出极性端子122，至少两对极性扣件111以串联或并联方式进行布局连接后并与输出极性端子122连接；

基板组件1上所有的极性扣件111与所有的电池单体上的极性端子2扣紧后，基板组件1与所有的单体电池固定在一起。使电池组4和基板组件1成为一个整体的组合电池，组合电池可以热缩套管包装。采用热缩套管包装可以减少外部封闭的壳体，由于其四周不封闭，因此具有更好的散热效果，提高电池的使用寿命。当然也可以采用塑料盒包装。

如图2－图3所示，基板组件1包括组装基板11和调压电路板12，至少两对极性扣件111分布在组装基板11的下侧表面，该至少两对极性扣件111以串联或并联方式的布局连接在组装基板11上，输出极性端子122从调压电路板12上引出。组装基板11上的极性扣件111使单体电池组4合为整体结构，并通过组装基板11上的线路实现对电池组4的串联、并联或者串联和并联混合的要求，调压电路板12上设置有调压电路，可以对电池组4进行升压和降压，组装基板11和调压电路板12的共同作用可以提供一定范围内任意电压值的输出，包括负电压的输出。组装基板11上设置有防止电池互充的保护电路，避免电池间由于电压偏差引起的内部充电现象，提高了电池组的使用寿命。

如图3－图4所示，组装基板11的上侧表面设置有过渡输出接口112，调压电路板12的下侧表面设置有过渡输入接口121，当组装基板11与调压电路板12紧贴后，过渡输出接口112与过渡输入接口121电连通。过渡输出接口112和过渡输入接口121的设置为电池组4实现不同的电压和容量提供了方便，使组装基板11和调压电路板12的组合变化更为灵活多样，从而生产简便、成本更省。

如图3－图5所示，每对极性扣件111为电池子母连接扣2。组装基板11的极性扣件111与电池子母扣2对应相匹配，使组装基板11和电池组4可以进行快速的连接，并且电池组4整体结构稳固性好。

如图1-图5所示，组装基板11与调压电路板12用胶水粘结。胶水粘结使组装基板11和调压电路板12成为一个牢固整体，使过渡输出接口112和过渡输入接口121接触更为稳定，有效防止组合电池振动、潮湿引起的接触不良。

调压电路板12内设置有调压控制模块，调压控制模块包括基准电路21、采样电路22、终止电压控制电路23、运算器24和电压调整电路25，过渡输入接口121与采样电路22的输入端连接，过渡输入接口121与电压调整电路25连接；

基准电路21与运算器35的输入端连接，采样电路22与运算器24的输入端连接，运算器24的输出端与终止电压控制电路23连接，终止电压控制电路23与采样电路22的输入端连接，运算器35的输出端与电压调整电路25连接，电压调整电路25的输出端与输出极性端子122连接。

基准电路21包括第三电阻R3、第八电阻R8和第一稳压管Z1，采样电路22包括第四电阻R4、第五电阻R5和第七电阻R7，终止电压控制电路23包括第六电阻R6、第一三极管T1和第九电阻R9，运算器IC2包括型号为LM358的放大器；

第四电阻R4的一端与过渡输入接口121的第一正极端VIN+A连接，第四电阻R4的另一端通过第五电阻R5与过渡输入接口121的负极端VIN-连接，第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接点通过第七电阻R7与放大器的负输入端连接；

第三电阻R3的一端与过渡输入接口121的第二正极端VIN+B连接，第三电阻R3的另一端与第一稳压管Z1的负极连接，第一稳压管Z1的正极与过渡输入接口121的负极端VIN-连接，第一稳压管Z1的正极通过第八电阻R8与放大器的正输入端连接；

第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接点通过第六电阻R6与第一三极管T1的集电极连接，第一三极管T1的发射极与过渡输入接口121的负极端连接，第一三极管T1的基极通过第九电阻R9与放大器的输出端连接。

电压调整电路25包括型号为XL4001的芯片IC1，放大器的输出端与芯片IC1的第六引脚连接，第一电阻R1的一端与过渡输入接口121的负极端VIN-连接，第一电阻R1的另一端通过第二电阻R2与芯片IC1的第一引脚连接，芯片IC1的第一引脚和第二引脚连接，第一电容C1的一端与芯片IC1的第一引脚连接，第一电容C1的另一端与第一电阻R1和第二电阻R2的连接点连接。

调压控制模块由控制电路与电压调整电路组成。电压调整电路能在9V组合电池电压范围內控制输出电压与电流，电压调整电路应用XL4001芯片的功能，输出电压电流可设定。控制电路解决电池在终止电压前打开电压调整电路，电池在终止电压后关闭电压调整电路，防止电池过放电引起电池发热等问题。根据一次电池特性，电池停止放电后其电压会回升，回升率为终止电压的1.4～1.7倍，本电路重点解决在电压调整电路关闭后，且在电池电压回升期内也要可靠关闭的难题，保证9V组合电池使用安全。

一、控制电路

运算器由IC2/LM358组成，IC2--3脚V+接入基准电压，IC2--2脚V-接入电池测量电压，当V->V+时IC2--1脚输出低电平驱动IC1—6(EN)开启调压电路，当V-<V+时IC2--1脚输出高电平驱动IC1—6(EN)关闭调压电路，同时反馈到终止电压控制网络，使其在电池电压回升期内有效可靠关闭。

基准网络由R3、Z1、R8组成，基准电压通过R8加到IC2--3脚V+端。

电池电压测量网络由R4、R5、R7组成，电池测量电压经R5、R4分压通过R7加到IC2--2脚V-端，即电池终止电压，V电池终止＝(R4+R5)/R5×Vz。当组合电池为18V时(R4＝10KΩ、R5＝4.4KΩ、Vz＝3.3V)，V电池终止＝10.8V。

终止电压控制网络由R6、T1、R9组成，当电池放电到终止电压时运算器输出高电平，T1导通使R6与R5并联，再经过分压通过R7加到IC2--2脚V-端，此值为电池电压回升期关闭电压，V回升期关闭电压＝((R4+R5//R6)/R5//R6)×Vz。当组合电池为18V时(R6＝6KΩ、R5//R6＝2.538KΩ)，V回升期关闭电压＝＝16.3V，即控制电路在18V放电到10.8V关闭，关闭后电压回升到16.3V以下也可靠关闭。

二、电压调整电路

控制接口，IC1-6脚EN端，低电平开启，高电车关闭。

调压设置网络由R1、R2、C1组成，V输出＝1.235×(1+R2/R1)。

电流控制网络由RCS组成，I电流输出＝0.155V/RCS，并从VOUT-反馈到IC1--5脚CS端。

输出网络由IC1—1,2脚、L1、D1、C2、C3组成。

输入网络由IC1—7,8脚、C4、电池端组成。

三、电路与组合电池的连接方式

36V电池组供电时，电压控制模块VIN+A接36V，VIN+B接18V，取自电池组中心，保证运算器LM358供电小于30V，VIN-与电池组的负极连接，如图8所示。

9V、18V电池组供电时，电压控制模块VIN+A与VIN+B连接18V，VIN-与电池组的负极连接。如图9、图10和图11三种方式的组合电池，与图12所示的调压控制模块的连接方式进行连接。

以上对本发明所提供的电池连接组件及组合电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.电池连接组件，包括大体呈矩形结构的基板组件，所述的基板组件的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子相匹配的至少两对极性扣件，所述的基板组件上连接设置有一对外接电器的输出极性端子，至少两对极性扣件以串联或并联方式进行布局连接后并与所述的输出极性端子连接；

所述的基板组件包括组装基板和调压电路板，所述的至少两对极性扣件分布在组装基板的下侧表面，该至少两对极性扣件以串联或并联方式的布局连接在组装基板上，输出极性端子从调压电路板上引出；

所述的组装基板的上侧表面设置有过渡输出接口，调压电路板的下侧表面设置有过渡输入接口，当组装基板与调压电路板紧贴后，过渡输出接口与过渡输入接口电连通。

2.根据权利要求1所述的电池连接组件，其特征在于所述的调压电路板内设置有调压控制模块，所述的调压控制模块包括基准电路、采样电路、终止电压控制电路、运算器和电压调整电路，过渡输入接口与采样电路的输入端连接，过渡输入接口与电压调整电路连接；

基准电路与运算器的输入端连接，采样电路与运算器的输入端连接，运算器的输出端与终止电压控制电路连接，终止电压控制电路与采样电路的输入端连接，运算器的输出端与电压调整电路连接，电压调整电路的输出端与输出极性端子连接。

3.根据权利要求2所述的电池连接组件，其特征在于所述的基准电路包括第三电阻、第八电阻和第一稳压管，采样电路包括第四电阻、第五电阻和第七电阻，终止电压控制电路包括第六电阻、第一三极管和第九电阻，运算器包括型号为LM358的放大器；

第四电阻的一端与过渡输入接口的第一正极端连接，第四电阻的另一端通过第五电阻与过渡输入接口的负极端连接，第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第七电阻与放大器的负输入端连接；

第三电阻的一端与过渡输入接口的第二正极端连接，第三电阻的另一端与第一稳压管的负极连接，第一稳压管的正极与过渡输入接口的负极端连接，第一稳压管的正极通过第八电阻与放大器的正输入端连接；

第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第六电阻与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极与过渡输入接口的负极端连接，第一三极管的基极通过第九电阻与放大器的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的电池连接组件，其特征在于所述的电压调整电路包括型号为XL4001的芯片，放大器的输出端与芯片的第六引脚连接，第一电阻的一端与过渡输入接口的负极端连接，第一电阻的另一端通过第二电阻与芯片的第一引脚连接，芯片的第一引脚和第二引脚连接，第一电容的一端与芯片的第一引脚连接，第一电容的另一端与第一电阻和第二电阻的连接点连接。

5.组合电池，包括大体呈矩形结构的基板组件，所述的基板组件的一侧表面上依阵列分布有与至少两个单体电池并排后的极性端子相匹配的至少两对极性扣件，所述的基板组件上连接设置有一对外接电器的输出极性端子，至少两对极性扣件以串联或并联方式进行布局连接后并与所述的输出极性端子连接；

所述的基板组件上所有的极性扣件与所有的电池单体上的极性端子扣紧后，基板组件与所有的单体电池固定在一起；

所述的基板组件包括组装基板和调压电路板，所述的至少两对极性扣件分布在组装基板的下侧表面，该至少两对极性扣件以串联或并联方式的布局连接在组装基板上，输出极性端子从调压电路板上引出；

所述的组装基板的上侧表面设置有过渡输出接口，调压电路板的下侧表面设置有过渡输入接口，当组装基板与调压电路板紧贴后，过渡输出接口与过渡输入接口电连通。

6.根据权利要求5所述的组合电池，其特征在于所述的调压电路板内设置有调压控制模块，所述的调压控制模块包括基准电路、采样电路、终止电压控制电路、运算器和电压调整电路，过渡输入接口与采样电路的输入端连接，过渡输入接口与电压调整电路连接；

基准电路与运算器的输入端连接，采样电路与运算器的输入端连接，运算器的输出端与终止电压控制电路连接，终止电压控制电路与采样电路的输入端连接，运算器的输出端与电压调整电路连接，电压调整电路的输出端与输出极性端子连接；

所述的基准电路包括第三电阻、第八电阻和第一稳压管，采样电路包括第四电阻、第五电阻和第七电阻，终止电压控制电路包括第六电阻、第一三极管和第九电阻，运算器包括型号为LM358的放大器；

第四电阻的一端与过渡输入接口的第一正极端连接，第四电阻的另一端通过第五电阻与过渡输入接口的负极端连接，第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第七电阻与放大器的负输入端连接；

第三电阻的一端与过渡输入接口的第二正极端连接，第三电阻的另一端与第一稳压管的负极连接，第一稳压管的正极与过渡输入接口的负极端连接，第一稳压管的正极通过第八电阻与放大器的正输入端连接；

第四电阻与第五电阻之间的连接点通过第六电阻与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极与过渡输入接口的负极端连接，第一三极管的基极通过第九电阻与放大器的输出端连接；

所述的电压调整电路包括型号为XL4001的芯片，放大器的输出端与芯片的第六引脚连接，第一电阻的一端与过渡输入接口的负极端连接，第一电阻的另一端通过第二电阻与芯片的第一引脚连接，芯片的第一引脚和第二引脚连接，第一电容的一端与芯片的第一引脚连接，第一电容的另一端与第一电阻和第二电阻的连接点连接。