CN107925132A - 具有集成感测和电子器件的智能电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池包括集成电路系统。所述电池可以包括例如具有电池单元的基板，所述电池单元包括阳极和阴极。一个或多个电气设备可以被集成在所述基板上或内并且被配置用于从所述阳极和所述阴极处接收电力。包含所述基板和所述一个或多个电气设备的封装体可以包括电耦合至所述阳极的第一电池端子以及电耦合至所述阴极的第二电池端子。所述一个或多个电气设备可以包括用于生成传感器数据的感测电路系统、以及用于将所述传感器数据提供到所述封装体外部的通信电路系统。

Description

具有集成感测和电子器件的智能电池
技术领域
本公开总体上涉及电池，并且更具体地涉及具有集成电子器件的电池。
背景技术
电子设备(包括移动平台，诸如智能手机、膝上型计算机、笔记本计算机和平板计算机)的尺寸不断缩小。包括一个或多个电池单元的电力输送系统通常是便携式电子设备的最大部件之一。随着便携式电子设备的尺寸缩小，用户也期望电力输送系统将变得越来越小且越来越便携。当使用插头、插座和甚至接片来将电池连接到系统时，将电池集成到物理上很小的系统(并且特别是薄的系统)中提出了挑战。
附图说明
可以参照以下附图对安排和实施例进行详细描述，在附图中，相同的参考号指代相同的元件，并且在附图中：
图1是框图，展示了根据一个实施例的智能电池。
图2示意性地展示了根据一个实施例的采用标准形状因子的具有嵌入式电子器件的示例电池。
图3A和图3B是框图，展示了根据一个实施例的包括多个智能电池的系统。
图4A、图4B和图4C展示了根据一个实施例的模块化电话。
图5是根据一个实施例的包括固体电解质的电池单元的透视图。
图6是根据一个实施例的电路板组件的侧视图。
图7A、图7B、图7C和图7D展示了根据一个实施例的包括集成固体电解质电池的移动电子设备。
图8是根据一个实施例的包括集成电池单元的电路板的截面侧视图。
图9是根据一个实施例的电池单元的截面侧视图。
图10是根据一个实施例的用于制造电路板的方法的流程图。
图11是根据另一实施例的用于制造电路板的方法的流程图。
具体实施方式
设计电子设备并且然后尝试将电池装配到设备中的实践经常导致对设备的体积的次优使用。然而，如果电池将占据设备体积的较大比例，则可以实现较长的运行时间。相应地，在本文中公开的某些实施例和安排将电池设计为设备并且将电子器件集成到电池中。例如，传感器和/或其他电子器件可以被集成到具有标准形状因子(AA、AAA、AAAA、C、D、9伏特、纽扣电池单元或硬币形电池、或其他现有或新标准形状因子)的电池中。能够将处理或计算电路系统包括为电池的整体元件允许“智能电池”或“智能电池平台”，其中，附加智能能力(例如，感测、识别、处理、通信、控制等)可以被自动地引入到使用智能电池的现有设备中。
图1是框图，展示了根据一个实施例的智能电池100。智能电池100包括集成到基板102(在本文中也被称为“电池基板102”)中的电池单元。如在以下详细示例中讨论的(例如，见图8)，电池基板102可以包括作为基底基板(例如，印制电路板(PCB))的集成部分的固体聚合物电解质电池，电子器件可以被集成在所述基底基板上。电池基板102被配置用于在智能电池100的正极(+)端子104和负极(-)端子106处提供电力。在某些实施例中，本文公开的固体电解质电池单元是可再充电的。
在图1中所示出的示例中，电子器件包括处理器110、电力集成电路(IC)120、通信电路130、一个或多个传感器140、存储器设备150以及输入/输出(I/O)接口160。根据本文中的公开内容，本领域的技术人员将认识到，其他实施例可以包括与电池基板102集成的其他电子器件、更多电子设备、或更少电子设备。
处理器110可以包括例如计算设备、微处理器、控制器、用于实施控制程序的可编程逻辑控制器(“PLC”)和/或其他处理电路系统。处理器110可以被配置用于执行(例如，存储在存储器设备150中的)指令以执行在本文中所描述的功能。电力IC 120被配置用于对集成在电池基板102上的电子器件的和/或主机电子设备(在图1中未示出)的电力需求进行管理，所述主机电子设备通过端子104、106从智能电池100处接收其电力的至少一部分。电力IC 120可以提供例如直流(DC)到DC转换、电池充电功能、动态电压缩放、电力排序、和/或其他电力功能。在某些实施例中，例如，处理器110和电力IC 120可以协作对主机设备进行通电或断电和/或选择性地将主机设备置于降低功率状态。由处理器110和/或电力IC 120作出的这种电力决策可以基于例如来自所述一个或多个传感器140的输入。
通信电路130被配置用于与例如和智能电池100、主机设备和/或外部通信设备(未示出)串联或并联电耦合的其他智能电池通信。在某些实施例中，通信电路130被配置用于通过智能电池100通过其提供电力的相同端子104、106传达数据。在其他实施例中，通信电路130可以通过单独的通信端子(未示出)传达数据。在又其他实施例中，通信电路130可以无线地传达数据。通信电路130可以包括例如被配置用于通信标准(诸如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.16标准(其通常被行业群体称为全球微波接入互操作性(WiMAX))或IEEE802.11标准(其通常被行业群体称为无线局域网(WLAN)或Wi-Fi))的通用串行总线(USB)接口、小型USB接口、微型USB接口、串行总线接口、红外(IR)收发器、低功耗蓝牙(BLE)无线模块、射频识别(RFID)标签、或无线电。此外或在其他实施例中，通信设备可以使用无线蜂窝标准(诸如，第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)无线标准)。
所述一个或多个传感器140可以包括任何类型的传感器。例如，所述一个或多个传感器140可以包括加速度计、陀螺仪、全球定位系统(GPS)接收器、温度传感器、话筒、电荷耦合器件(CCD)图像传感器、电力负荷传感器、光传感器以及压力传感器。处理器110可以与所述一个或多个传感器140协作确定各种不同参数，所述各种不同参数包括但不限于：运动、用途、使用频率、位置、定向、功耗、暴露于水分、振动、温度、湿度、大气压力、空气质量、水质、音频、辐射、可见光以及IR光。
存储器设备150可以被配置用于存储由所述一个或多个传感器140生成的数据。存储器设备150可以包括可由处理器110读取的任何存储介质，包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件。易失性和非易失性存储器和/或存储元件可以是随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存驱动器、光学驱动器、磁性硬盘驱动器、或用于存储电子数据的另一种介质。
在某些实施例中，除了或代替通信设备130，可以使用I/O接口160。I/O接口160可以被配置用于从用户处接收输入。例如，I/O接口160可以包括被配置用于激活或去激活智能电池100和/或所述一个或多个传感器140的功能的简单开关或按钮。此外或在其他实施例中，I/O接口160可以被配置用于向用户提供标记。例如，I/O接口160可以包括用于指示以下各项的一个或多个发光二极管(LED)：处理器110和/或所述一个或多个传感器140的操作状态、存储器设备150中可用传感器数据的存在、存储器设备150的可用容量、和/或电池单元的充电状态。
如以上所指示的，采用标准形状因子来实施根据某些实施例的智能电池100以允许其用于使用标准电池的任何现有电子设备中。例如，智能电池100可以采用由国际电工委员会(IEC)、美国国家标准协会(ANSI)或其他标准机构所限定的形状因子来封装。示例标准形状因子包括但不限于：AA、AAA、AAAA、C、D、9伏特、纽扣电池单元或硬币形电池、或其他现有或新标准形状因子。
图2示意性地展示了根据一个实施例的采用标准形状因子的具有嵌入式电子器件的示例电池210。在此示例中，外壳或封装体的形状因子可以是被配置用在电子设备220中的AA或AAA电池。电池210可以包括分层或整体解决方案，其中，电子器件集成在形状因子内直接在电池单元上。电子设备220可以包括具有一个或多个部件221的任何类型的设备，所述一个或多个部件从具有与电池210的标准形状因子相同的标准形状因子的一个或多个电池处接收电力或消耗来自所述一个或多个电池的电力。如果电子设备220是玩具汽车，则例如所述一个或多个部件221可以包括电动马达和用于遥控操作的无线接收器。在此示例中，具有嵌入式电子器件(例如，感测)的电池210被配置用于提供对参数(诸如，玩具汽车和/或电动马达以及无线接收器的运动、用途、电力汲取等)的自动感测213。
通过将电池210添加到电子设备220中，用户可以确定例如电子设备220多久被使用一次、其是否已经被移动、其位置或通过一系列位置的路径、在使用期间所经历的振动量、或任何其他感测参数(包括在本文中所提供的许多其他示例参数)。可以在电子设备220的设计和测试阶段期间或者由期望向电子设备220添加功能的最终用户使用电池210。在图2所示出的示例中，电子设备220使用可以串联或并联连接的三个电池210、222、224。然而，可以使用任何数量的电池。具有嵌入式电子器件的电池210可以与常规(例如，AA或AAA)电池222、224组合使用。此外或在其他实施例中，所展示的电池210、222、224中的两个或所有三个可以是具有集成传感器和/或其他电子设备的智能电池。在这种实施例中，电池210、222、224中的两个或更多个可以彼此独立地提供感测或进行操作。在其他实施例中，电池210、222、224中的两个或更多个可以作为感测和/或处理系统的构建块彼此通信。
图3A和图3B是框图，展示了根据一个实施例的包括多个智能电池310、312、314、316的系统300。在图3A中所示出的示例中，智能电池310、312、314、316被串联电连接。在其他实施例中，可以并联电连接智能电池310、312、314、316。在图3B所示出的示例中，智能电池310、312、314、316通过互连结构322彼此通信。根据某些实施例，如相比于仅提供电力的独立电池，能够通过互连结构322(例如，通过有线或无线连接)进行通信允许更多智能和/或能力。智能电池310、312、314、316各自被配置用于提供不同的功能。例如，第一电池310可以被配置为传感器并且可以向被配置用于处理传感器数据的第二电池312提供所述传感器数据(例如，通过图3A中的对应电池端子或者和/或通过图3B中的互连结构)。为第一电池310选择的传感器类型以及为第二电池312选择的处理器类型或处理功能取决于系统300的期望功能。
被配置为处理器的第二电池312可以例如处理传感器数据以确定与主机设备的操作或周围环境相关联的一个或多个参数。第二电池312还可以响应于确定所述一个或多个参数等于或高于阈值水平而触发功能，诸如，选择功率模式，基于功率模式调整向其电池端子提供的电力，通过电池端子向其他电池310、314、316传达功率模式，传达无线消息，激活发光二极管，激活话筒，激活传感器(例如，在第二电池312内)和/或通过电池端子向第一电池310传达用于激活或去激活传感器的命令。还可以根据特定应用触发许多其他功能。
虽然第一电池310和第二电池312中的任一者或两者都可以包括通信设备，但是在图3中所示出的示例中，第二电池312被配置用于向被配置为通信模块的第三电池314提供经处理数据(例如，通过图3A中的对应电池端子或者和/或通过图3B中的互连结构)。第三电池314可以提供与外部系统或设备的有线或无线通信。在图3中所示出的示例中，第四电池316被配置为用于扩展系统300的无线通信范围的天线。
某些电池技术(诸如，锂离子(Li-ion)电池)无法用作传感器或其他电子部件的基板，因为其使用液体电解质。然而，以下若干详细示例使用包括固体电解质(诸如，固体聚合物或陶瓷)的电池单元。因为使用固体电解质的电池单元可适形于不同形状，所以在某些实施例中，没有必要限制于传统电池形状或形状因子(例如，AA或AAA)。因此，可以采用与现有设备一起使用的任何形状因子来实施所公开的智能电池平台实施例，和/或可以产生新的三维(3D)智能电池形状因子。
因为易燃液体电解质一直是普通锂离子(Li-ion)电池灾难性故障的原因，所以固体电解质单元电池也比液体电解质单元电池更安全。本文公开的某些实施例提供了空间节省、较低组装成本、尺寸减小(例如，在X-Y平面中)和/或高度减小(例如，在垂直于X-Y平面的Z方向上)。另外或在其他实施例中，所公开的系统和方法可以提供将电池直接集成在系统中，从而消除了包装和插座使用的大部分开销。
在某些实施例中，对模块化系统或设备提供了电池模块，并且电子器件与电池模块集成以便为模块化系统或模块化移动用户设备提供不同的可互换功能。图4A、图4B和图4C展示了根据一个实施例的模块化电话400。图4A展示了模块化电话400的前视图，并且图4B和图4C展示了模块化电话400的后视图。如在图4A中所示出的，模块化电话400包括框架402，所述框架包括显示屏404。显示屏404可以包括例如液晶显示器(LCD)。如在图4C中所示出的，框架402包括被配置用于选择性地耦合至对应模块410、412、414、416、418、420、422、424的槽406、407。模块410、412、414、416、418、420、422、424可以卡进和卡出槽406、407或磁性地保持在位。槽406、407包括电耦合至其对应模块410、412、414、416、418、420、422、424的一个或多个电连接器408。
模块410、412、414、416、418、420、422、424中的一个或多个包括具有用于向模块化电话400提供智能电话特征的集成电路系统的电池。例如，模块410可以包括具有集成数码相机(例如，CCD图像传感器)和镜头426的电池。其他模块412、414、416、418、420、422、424可以提供其他功能，诸如，扬声器、处理器、存储器、游戏控制器、夜视传感器、微型投影仪、激光指示器、收据打印机、医疗设备、无线局域网(WLAN)接口、无线广域网(WWAN)接口或其他功能。
模块410、412、414、416、418、420、422、424可以被简单配置为用于向整个模块化电话400提供电力的电池。在其他实施例中，模块410、412、414、416、418、420、422、424中的两个或更多个或甚至每一个都可以包括具有集成电路系统的电池。在这种实施例中，每个模块410、412、414、416、418、420、422、424都可以提供其自身的电力或者可以贡献整体模块化电话400的电力。模块410、412、414、416、418、420、422、424中的一个的功能例如可以包括控制和优化由另一个模块410、412、414、416、418、420、422、424提供或向所述另一个模块提供的电力。此外或者在其他实施例中，框架402和/或显示屏404可以包括集成电池和处理电路系统，所述电路系统维持电力，从而使得其他模块中任何模块都可以在操作期间可以被热调换，而不会失去到其他模块的电力。以下提供了将电池与底架(诸如，框架402)或与基板集成的示例，所述基板可以包括与显示屏404相关联的电路系统。
本文所公开的某些实施例使用固体电解质。例如，图5是根据一个实施例的包括固体电解质510的电池单元500的透视图。固体电解质510可以包括电耦合到第一电极512的固体电解质阴极材料以及电耦合到第二电极514的固体电解质阳极材料。固体电解质阴极材料和固体电解质阳极材料可以各自包括例如固体聚合物或陶瓷材料。固体电解质阳极材料可以包括例如石墨、硅、或石墨和硅的共混物。固体电解质阴极材料可以包括例如锂金属氧化物，诸如钴酸锂(LCO)或镍钴铝(NCA)。这种材料可以用于本文公开的任何阳极和/或阴极(即，不仅仅用于图5所示的实施例)。进一步地，固体聚合物隔板或陶瓷隔板可以将固体电解质阴极材料与固体电解质阳极材料分离，以防止电短路并且允许在电流在电池单元500中流通的过程中传输离子载流子。第一电极512和第二电极514是导电的并且包括可以被焊接到印刷电路板或其他基板上的导电迹线的材料(例如，铜、银或铝)。在某些实施例中，塑料或其他层压材料可以覆盖固体电解质510。
包括固体电解质510的电池单元500可以针对特定的表面安装应用选择性地定尺寸、成形和进行配置。如图5所示，电池单元500可以是矩形的，例如以便装配在拥挤的电路板上。然而，根据本文中的公开内容，本领域的技术人员将认识到，全固体构造允许电池单元500具有任何矩形或非矩形形状。进一步地，因为不存在必须由气密密封的刚性金属罐容纳的液体，所以可以将电池单元500的高度、宽度和长度选择为满足电储存容量和空间需求。此外，通过避免罐装和密封过程，降低了成本，并且电池单元500由于固体电解质510无法泄漏或排出而比液体电解质单元更加安全。固体电解质510还可以承受极端的环境条件，诸如与回流焊接技术相关联的高温。
图6是根据一个实施例的电路板组件600的侧视图。电路板组件600包括在非导电基板612之上的金属层610。金属层610可以包括例如铜或其他导电材料。尽管在图6中未示出，但某些实施例可以包括非导电基板612(例如，用作接地平面或电源平面)下方的另一金属层，该另一金属层通过非导电基板612中的电镀过孔连接到顶部金属层610。非导电基板612可以包括例如玻璃纤维或非导电层压体。
在制造过程中，金属层610可以被蚀刻或以其他方式形成，以产生用于电连接多个电路部件614、616的迹线图案。电路部件614、616可以包括例如电容器、电阻器、晶体管、和/或处理器或其他集成电路。如图6所示，图5的电池单元500可以与电路板组件600的其他电路部件614、616一起焊接到金属层610的迹线上。使用自动化过程(例如，取放机器和/或回流焊接)来用电池单元500和其他部件614、616一起填充电路板组件600减少了制造电路板组件600的人工劳动和总成本。
图7A、图7B、图7C和图7D展示了根据一个实施例的包括集成固体电解质电池的移动电子设备700。图7A示出了由用户702处理的移动电子设备700的透视图。在该示例中，移动电子设备700是平板计算机。然而，在其他实施例中，可以使用任何移动设备，诸如，智能电话、膝上型计算机、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、音频和/或视频播放器、游戏设备、相机、可穿戴设备(例如运动或健康监视器)、或使用电力的任何其他设备。如图7A所示，移动电子设备700可以包括用于封闭电子电路和其他组件的底架710、以及与用户702对接的显示屏712。显示屏712可以是液晶显示器(LCD)屏或其他类型的显示屏，诸如有机发光二极管(OLED)显示器。显示屏712可以被配置为触摸屏。触摸屏可以使用电容式、电阻式或其他类型的触摸屏技术。
根据本文中的公开内容，本领域的技术人员还将认识到，移动电子设备700可以包括各种附加部件。例如，移动电子设备700可以包括被配置用于与诸如(例如，蜂窝网络的)基站、基带单元、远程无线电头、远程无线电设备、中继站、无线电设备或另一类型的无线广域网(WWAN)接入点进行通信的一个或多个天线。作为另外的示例，移动电子设备700还可以包括以下各项：可用于从移动电子设备700进行音频输入和输出的话筒和一个或多个扬声器、应用处理器(例如，被配置用于执行本文所描述的功能)、耦合到内部存储器以提供处理和显示能力的图形处理器、用于向用户702提供数据输入/输出选项和/或扩展移动电子设备700的存储器能力的非易失性存储器端口、用于提供附加用户输入的键盘(例如，与移动电子设备700集成或无线连接到移动电子设备700)、和/或使用触摸屏提供的虚拟键盘。
图7B展示了移动电子设备700的侧视图。在此示例中，移动电子设备700的底架710包括背板714。背板714的至少一部分是导电的。例如，背板714可以包括铝。图7C展示了背板714的内表面716(例如，当组装时移动电子设备700的内表面)。内表面716可以包括用于向底架710提供结构支撑的结构元件718(例如，加强肋、壁或引导件)。然而，如图7C中所示，背板714的内表面716可以包括大部分敞开或无障碍空间。因此，在该示例性实施例中，背板714的内表面716的无障碍部分用作集成固体电解质电池720的电极。
图7D展示了具有集成固体电解质电池720的背板714的侧视图。在该示例中，形成集成固体电解质电池720的一部分的内表面716的部分是平坦的。然而，在其他实施例中，内表面716和集成固体电解质电池720的部分可以是弯曲的。在某些这样的实施例中，集成固体电解质电池720的层包括符合背板714的内表面716的曲率的柔性片材。
在该示例中，背板714的导电内表面716的一部分形成集成固体电解质电池720的第一电极。例如，背板714可以包括集成固体电解质电池720的阴极集电器。在这样的实施例中，集成固体电解质电池720在内表面716的形成阴极集电器的部分之上包括固体电解质阴极层722。集成固体电解质电池720进一步包括：在固体电解质阴极层722之上的隔板层724、在隔板层724之上的固体电解质阳极层726、以及在固体电解质阳极层726之上的第二电极728。
在该实例中，第二电极728是用于集成固体电解质电池720的阳极集电器。然而，在其他实施例中，集成固体电解质电池720的层可以反转，使得第一电极(即，背板714)形成阳极集电器，并且第二电极728形成阴极集电器。层722、724、726、728中的一者或多者可以从印刷、喷涂或以其他方式沉积的材料卷施加以形成集成固体电解质电池720。因此，集成固体电解质电池720是底架710的一部分。可以调整集成固体电解质电池720的高度、宽度和/或长度以适应背板714的选定部分和/或调整集成固体电解质电池720的能量储存容量。到第一电极(即，背板714)和第二电极728的电气连接向移动电子设备700的电路和部件提供电力。尽管图7D中未示出，集成固体电解质电池720的某些实施例进一步包括：最少部分地或完全地覆盖层722、724、726、728以提供对环境的保护的包封层。包封层可以包括例如塑料材料或密封化合物。
除了与电子设备的底架集成之外，或者在其他实施例中，电池单元可以与电子设备的其他组件集成。例如，图8是根据一个实施例的包括集成电池单元810的电路板800的截面侧视图。该示例中的电路板800是双面的。换句话说，电路板800包括由非导电基板816分离的第一金属层812和第二金属层814。第一金属层812和第二金属层814可以包括例如铜或其他导电材料。非导电基板816可以包括例如玻璃纤维或非导电层压体。
如以上所讨论的，第一金属层812可以被蚀刻或以其他方式形成，以产生用于电连接多个电路部件818、820、822的迹线图案。电路部件818、820、822可以包括例如电容器、电阻器、晶体管、和/或处理器或其他集成电路。可以使用一个或多个电镀过孔将第一金属层812的多条电路迹线连接到第二金属层814的导电平面。
在此示例中，电路板800的第二金属层814用作电池单元810的第一电极。电池单元810进一步包括位于第二金属层814下面(即、相邻)的第一固体电解质层824、位于第一固体电解质层824下面的隔板层826、位于隔板层826下面的第二固体电解质层828、以及位于第二固体电解质层828下面的第二电极830。第一固体电解质层824和第二固体电解质层828可以包括固体聚合物或陶瓷材料。进一步地，隔板层826可以包括被配置用于防止电短路并且允许在电流在电池单元810中流通的期间传输离子载流子的固体聚合物或陶瓷材料。电路板800可以包括用于隔离和/或保护电池单元810(例如，用于保持湿气流出)的电池单元包封层832。包封层832可以包括塑料材料或密封化合物。
层824、826、828、830、832中的一者或多者可以从印刷、喷涂或以其他方式沉积的材料卷施加以将电池单元810与电路板800集成。在一个实施例中，例如，第二金属层814被附接到包括泡沫层的部分完成的结构，阳极、阴极和/或隔板已经沉积在所述结构内。可以调整电池单元810的高度、宽度和/或长度以适应第二金属层814的选定部分和/或调整电池单元810的能量储存容量。
电路板800包括至少在第一金属层812上的第一电路迹线与第一电极(即，第二金属层814)之间的第一电连接834、以及至少在第一金属层812上的第二电路迹线与第二电极830之间的第二电连接836。如图8所示，第一电连接834和第二电连接836可以穿过非导电基板816(例如电镀过孔)。应注意，尽管示出了第二电连接836穿过第二金属层814，但是第二电连接836与第二金属层814隔离，以便仅提供从第一金属层812上的一个或多个迹线到第二电极830的电连接。在其他实施例中，第一电连接834和第二电连接836中的一者或两者绕过电路板800的非导电基板816的边缘。其他实施例可以使用其他配置。例如，其他实施例中的单元可以是对称的，具有中央电极以及到顶部和底部集电器的连接(见图9)。
在一个实施例中，第二金属层814被配置为电池单元810的负电池端子或阳极集电器。在这样的实施例中，第一固体电解质层824包括固体电解质阳极材料，第二固体电解质层828包括固体电解质阴极材料，并且第二电极830被配置为电池单元810的正电池端子或阴极集电器。
在另一实施例中，第二金属层814被配置为电池单元810的正电池端子或阴极集电器。在这样的实施例中，第一固体电解质层824包括固体电解质阴极材料，第二固体电解质层828包括固体电解质阳极材料，并且第二电极830被配置为电池单元810的负电池端子或阳极集电器。
在制造过程期间，图8所示的电池单元810可以与电路板集成800。换言之，某些实施例提供了一种包括电路板800(例如，第一金属层812、非导电基板816、以及第二金属层814)的设备，其中，电池单元810集成在所述电路板上。然后用户可以蚀刻或以其他方式形成第一金属层812中的电路迹线、并且将电路部件818、820、822附接到电路迹线上(例如，使用诸如取放机器和/或回流焊接的自动化技术)。第一固体电解质层824和第二固体电解质层828的固体聚合物或陶瓷材料被配置为用于承受形成电路迹线并将电路部件818、820、822附接到其上的高温和其他恶劣条件。进一步地，与使用具有液体电解质的单元相比，集成电池单元810在使用过程中增加了安全性并且降低了人工和总成本。
图9是根据一个实施例的电池单元900的截面侧视图。在该示例中，电池单元900是对称的，具有中央电极910、中央电极910上方的第一固体电解质阳极912、以及中央电极910下方的第二固体电解质阳极914。因此，在该示例中，中央电极910包括阳极集电器。根据本文中的公开内容，本领域的技术人员将认识到，在其他实施例中，中央电极910可以是阴极集电器。
在第一固体电解质阳极912上方是第一隔板916、第一固体电解质阴极918和顶部电极920。类似地，在第二固体电解质阳极914下方是第二隔板922、第二固体电解质阴极924和底部电极926。因此，在该示例中，顶部电极920和底部电极926是对称的阴极集电器。
中央电极910、顶部电极920和底部电极926中的一者或多者可以与电子设备集成。例如，中央电极910、或顶部电极920或底部电极926之一可以包括图7B、图7C和图7D中所示的背板714。当中央电极910包括背板714时，电池单元900可以形成在背板714的两侧。作为另一示例，顶部电极920可以包括图8所示的电路板800的第二金属层814。在这样的实施例中，底部电极926可以被耦合到第二电子设备(例如，第二电路板)或与其集成。
图10是根据一个实施例的用于制造电路板的方法1000的流程图。方法1000包括：提供1010包括至少一个固体电解质的表面安装电池单元；将电池单元放置1012在电路板的表面上；以及使用1014回流焊接工艺以将电池单元电耦合到电路板上的电路迹线。
图11是根据另一实施例的用于制造电路板的方法1100的流程图。方法1100包括：提供1110包括由非导电基板分离的第一金属层和第二金属层的电路板；在第二金属层上沉积1112第一固体电解质层；在第一固体电解质层之上沉积1114隔板层；在隔板层之上沉积1116第二固体电解质层；以及在第二固体电解质层之上沉积1118电极。方法1100进一步包括：在所述第一金属层的第一部分与所述第二金属层之间产生1120第一电连接；以及在所述第一金属层的第二部分与所述电极之间产生1122第二电连接。在某些实施例中，方法1100还可以包括：在所述电极之上沉积1124包封层。另外或在其他实施例中，方法1100可以包括：在第一金属层中形成1126电路迹线；以及使用回流焊接工艺将多个电气部件电耦合1128到电路迹线。
示例实施例
以下是进一步实施例的示例。
示例1是一种电池，所述电池包括基板，所述基板包括具有阳极和阴极的电池单元。所述电池进一步包括一个或多个电气设备和封装体，所述一个或多个电气设备被集成在所述基板上或被集成在所述基板内，并且被配置用于从所述阳极和所述阴极接收电力，并且所述封装体包含所述基板和所述一个和多个电气设备。所述封装体包括电耦合至所述阳极的第一电池端子以及电耦合至所述阴极的第二电池端子。所述一个或多个电子设备包括用于生成传感器数据的感测电路系统以及用于将所述传感器数据提供到所述封装体外部的通信电路系统。
示例2包括如示例1所述的电池，其中，所述一个或多个电气设备进一步包括用于处理所述传感器数据的处理电路系统。
示例3包括如示例2所述的电池，其中，所述处理电路系统被配置用于：基于经处理传感器数据来控制由所述第一电池端子和所述第二电池端子提供的电力。
示例4包括如示例1至3中任一项所述的电池，其中，所述通信电路系统被配置用于：通过所述第一电池端子和所述第二电池端子中的至少一个来传达所述传感器数据。
示例5包括如示例4所述的电池，其中，所述通信电路系统被进一步配置用于：通过所述第一电池端子和所述第二电池端子中的至少一个来接收信号。
示例6包括如示例1至5中任一项所述的电池，进一步包括与所述第一电池端子和所述第二电池端子分离的至少一个电端子，其中，所述通信电路系统被配置用于通过所述至少一个电端子来传达所述传感器数据。
示例7包括如示例1至6中任一项所述的电池，其中，所述通信电路系统被配置用于无线地传输所述传感器数据。
示例8包括如示例1至7中任一项中所述的电池，其中，所述感测电路系统包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器选自包括以下各项的组：加速度计、陀螺仪、全球定位系统接收器、温度传感器、话筒、图像传感器、电力负荷传感器、光传感器以及压力传感器。
示例9包括如示例1至8中任一项所述的电池，其中，所述一个或多个电气设备进一步包括存储器设备和输入/输出(I/O)接口中的至少一个。
示例10包括如示例1至9中任一项所述的电池，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置成适形于可替换电池的标准形状因子。
示例11包括如示例1至9中任一项所述的电池，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置为模块化移动用户设备中的可替换模块。
示例12包括如示例1至9中任一项所述的电池，其中，所述封装体与主机设备集成，并且其中，所述传感器数据与对所述主机设备的使用相关联。
示例13是一种装置，所述装置包括：封装体，所述封装体包括用于向主机设备提供电力的第一电极和第二电极；电池单元，所述电池单元位于所述封装体内，用于向所述第一电极和所述第二电极提供所述电力；以及电路系统，所述电路系统与所述封装体内的所述电池单元集成，用于通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个来传达数据。
示例14包括如示例13中所述的装置，其中，所述电路系统被配置用于：通过所述第一电极接收数据；处理所述数据；以及通过所述第二电极来传输经处理数据。
示例15包括如示例14所述的装置，其中，所述数据包括传感器数据，并且其中，所述电路系统被配置用于处理所述传感器数据以确定与所述主机设备的操作或周围环境相关联的一个或多个参数。
示例16包括如示例15所述的装置，其中，所述一个或多个参数选自包括以下各项的组：运动、用途、使用频率、位置、定向、功耗、暴露于水分、湿度、振动、温度、大气压力、空气质量、水质、音频、辐射、可见光和红外(IR)光。
示例17包括如示例15所述的装置，其中，所述电路系统被配置用于响应于确定所述一个或多个参数处于或高于阈值水平而触发功能。
示例18包括如示例17所述的装置，其中，所述功能包括选自包括以下各项的组的一项或多项操作：选择功率模式、基于所述功率模式调整向所述第一电极和所述第二电极提供的所述电力、通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个传达所述功率模式、传达无线消息、激活发光二极管、激活话筒、激活或去激活传感器以及通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个传输用于激活或去激活传感器的命令。
示例19包括如示例13至18中的任一项所述的装置，其中，所述电路系统进一步包括一个或多个传感器。
示例20包括如示例13至19中任一项所述的装置，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置成适形于可替换电池的标准形状因子。
示例21包括如示例13至19中任一项所述的装置，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置为模块化移动用户设备中的可替换模块。
示例22是一种模块化系统，所述模块化系统包括多个电池模块，所述多个电池模块包括用于分别执行所述模块化系统的功能的集成电路系统；以及框架，所述框架被配置用于选择性地将所述多个电池模块固定到所述框架上以及使所述多个电池模块脱离。所述框架提供在所述多个电池模块之间的电连接。
示例23包括如示例22所述的模块化系统，进一步包括显示设备，所述显示设备耦合至所述框架并且被配置用于从所述多个电池模块中的一个或多个接收电力。
示例24包括如示例22至23中任一项所述的模块化系统，进一步包括一个或多个非电池模块，所述一个或多个非电池模块被配置用于执行所述模块化系统的另一功能。所述一个或多个非电池模块用于通过由所述框架提供的所述电连接从所述多个电池模块中的至少一个接收电力。
示例25包括如示例22至24中的任一项所述的模块化系统，其中，所述模块化系统的分别由所述多个电池模块中的每一个执行的所述功能选自包括以下各项的组：数码相机、扬声器、处理器、存储器、游戏控制器、夜视传感器、微型投影仪、激光指示器、收据打印机、医疗设备、无线局域网(WLAN)接口、以及无线广域网(WWAN)接口。
示例26是一种用于制造电路板的方法。所述方法包括提供电池单元，所述电池单元包括至少一个固体电解质、正电极、以及负电极。所述正电极和所述负电极被配置用于表面安装。所述方法还包括：将所述电池单元放置在所述电路板的表面上；在所述电路板的所述表面上将所述正电极电耦合(例如，使用回流焊接工艺)至第一导电迹线并且将所述负电极耦合至第二导电迹线；将一个或多个电子设备安装在所述电路板上以从所述正电极和所述负电极处接收电力；以及将所述电路板与所述电池单元和所述一个或多个电子设备封装。
示例27包括如示例26所述的方法，其中，所述至少一个固体电解质包括固体阳极电解质材料和固体阴极电解质材料。
示例28包括如示例26所述的方法，进一步包括从包括感测电路系统、处理电路系统、以及通信电路系统的组中选择所述一个或多个电子设备。
示例29是一种用于制造电路板的方法，所述电路板包括由非导电基板分离的第一金属层和第二金属层。所述方法包括：在所述第二金属层上沉积第一固体电解质层；在所述第一固体电解质层上方沉积隔板层；在所述隔板层上方沉积第二固体电解质层；在所述第二固体电解质层上方沉积电极；在所述第一金属层中形成电路迹线；以及将多个电气部件电耦合至所述电路迹线。
示例30包括如示例29所述的方法，并且进一步包括：在所述第一金属层的第一部分与所述第二金属层之间产生第一电连接；以及在所述第一金属层的第二部分与所述电极之间产生第二电连接。
示例31包括如示例29所述的方法，所述方法进一步包括：在所述电极上方沉积包封层。
示例32包括如示例29所述的方法，所述方法进一步包括：从包括感测电路系统、处理电路系统、以及通信电路系统的组中选择所述多个电气部件。
示例33是一种机器可读存储设备，所述机器可读存储设备包括机器可读指令，所述机器可读指令当被执行时用于实施如示例26至32中任一项所述的方法。
示例34是至少一种机器可读存储介质，具有存储在其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令当被执行时用于实施如示例26至32中任一项所述的方法。
在本文所使用的术语“耦合”是指所讨论部件之间的任何类型的关系，直接的或间接的，并且可以应用于电的、机械的、流体的、光学的、电磁的、机电的或其他连接。另外，在本文所使用的术语“第一”，“第二”等可能只帮助讨论，除非另外指明，其不带有特殊的时间或时间顺序意义。
本说明书中对“一个实施例”、“实施例”或“示例实施例”等的任何引用意味着结合所述实施例所描述的具体特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。此类短语在本说明书中各地方的出现不一定全都引用相同的实施例。进一步地，当结合任何实施例描述具体特征、结构或特性时，认为结合其他实施例来实现这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的范围内。
可以使用硬件元件、软件元件、和/或两者的组合来实现各实施例。硬件元件的示例可以包括：处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等等。软件的示例可以包括：软件部件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号、或其任意组合。
可以由机器可读介质上所存储的表属性指令实现至少一个实施例的一个或多个方面，该指令代表处理器内的各种逻辑，当被机器读取时该指令使该机器制作用于执行在此所描述的技术的逻辑。此类表示(称为“IP核”)可以被存储在有形的机器可读介质上并提供给各种顾客或制造设施以加载至实际制作所述逻辑或处理器的制作机器中。
虽然已经参照其许多说明性实施例描述了实施例，但是应当理解，本领域的技术人员可以设计出众多其他修改和实施例，所述修改和实施例将落在本公开原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，在主题组合安排的零部件和/或安排中的各种变化和修改是可能的。除了零部件和/或安排中的变化和修改之外，替代使用对于本领域的技术人员也将是显而易见的。因此，本发明的范围应当仅由以下权利要求书确定。

Claims (25)

1.一种电池，包括：
基板，所述基板包括电池单元，所述电池单元包括阳极和阴极；
一个或多个电气设备，所述一个或多个电气设备被集成在所述基板上或被集成在所述基板内，并且被配置用于从所述阳极和所述阴极接收电力；以及
封装体，所述封装体包含所述基板和所述一个或多个电气设备，所述封装体包括电耦合至所述阳极的第一电池端子以及电耦合至所述阴极的第二电池端子，
其中，所述一个或多个电气设备包括：
感测电路系统，所述感测电路系统用于生成传感器数据；以及
通信电路系统，所述通信电路系统用于将所述传感器数据提供到所述封装体外部。
2.如权利要求1所述的电池，其中，所述一个或多个电气设备进一步包括用于处理所述传感器数据的处理电路系统。
3.如权利要求2所述的电池，其中，所述处理电路系统被配置用于：基于经处理传感器数据来控制由所述第一电池端子和所述第二电池端子提供的电力。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述通信电路系统被配置用于：通过所述第一电池端子和所述第二电池端子中的至少一个来传达所述传感器数据。
5.如权利要求4所述的电池，其中，所述通信电路系统被进一步配置用于：通过所述第一电池端子和所述第二电池端子中的至少一个来接收信号。
6.如权利要求1至3中任一项所述的电池，进一步包括与所述第一电池端子和所述第二电池端子分离的至少一个电端子，其中，所述通信电路系统被配置用于通过所述至少一个电端子来传达所述传感器数据。
7.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述通信电路系统被配置用于无线地传输所述传感器数据。
8.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述感测电路系统包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器选自包括以下各项的组：加速度计、陀螺仪、全球定位系统接收器、温度传感器、话筒、图像传感器、电力负荷传感器、光传感器以及压力传感器。
9.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述一个或多个电气设备进一步包括存储器设备和输入/输出(I/O)接口中的至少一个。
10.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置成适形于可替换电池的标准形状因子。
11.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置为模块化移动用户设备中的可替换模块。
12.如权利要求1至3中任一项所述的电池，其中，所述封装体与主机设备集成，并且其中，所述传感器数据与对所述主机设备的使用相关联。
13.一种装置，包括：
封装体，所述封装体包括用于向主机设备提供电力的第一电极和第二电极；
电池单元，所述电池单元位于所述封装体内，用于向所述第一电极和所述第二电极提供所述电力；以及
电路系统，所述电路系统与所述封装体内的所述电池单元集成，用于通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个来传达数据。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述电路系统被配置用于：
通过所述第一电极接收数据；
处理所述数据；以及
通过所述第二电极来传输经处理数据。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述数据包括传感器数据，并且其中，所述电路系统被配置用于处理所述传感器数据以确定与所述主机设备的操作或周围环境相关联的一个或多个参数。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述一个或多个参数选自包括以下各项的组：运动、用途、使用频率、位置、定向、功耗、暴露于水分、湿度、振动、温度、大气压力、空气质量、水质、音频、辐射、可见光和红外(IR)光。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述电路系统被配置用于响应于确定所述一个或多个参数处于或高于阈值水平而触发功能。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述功能包括选自包括以下各项的组的一项或多项操作：选择功率模式、基于所述功率模式调整向所述第一电极和所述第二电极提供的所述电力、通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个传达所述功率模式、传达无线消息、激活发光二极管、激活话筒、激活或去激活传感器以及通过所述第一电极和所述第二电极中的至少一个传输用于激活或去激活传感器的命令。
19.如权利要求13至18中的任一项所述的装置，其中，所述电路系统进一步包括一个或多个传感器。
20.如权利要求13至18中任一项所述的装置，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置成适形于可替换电池的标准形状因子。
21.如权利要求13至18中任一项所述的装置，其中，所述封装体尺寸经设定并且被配置为模块化移动用户设备中的可替换模块。
22.一种模块化系统，包括：
多个电池模块，所述多个电池模块包括用于分别执行所述模块化系统的功能的集成电路系统；以及
框架，所述框架被配置用于选择性地将所述多个电池模块固定到所述框架上以及使所述多个电池模块脱离，所述框架用于提供所述多个电池模块之间的电连接。
23.如权利要求22所述的模块化系统，进一步包括显示设备，所述显示设备耦合至所述框架，并且被配置用于从所述多个电池模块中的一个或多个接收电力。
24.如权利要求22至23中任一项所述的模块化系统，进一步包括一个或多个非电池模块，所述一个或多个非电池模块被配置用于执行所述模块化系统的另一功能，所述一个或多个非电池模块用于通过由所述框架提供的所述电连接从所述多个电池模块中的至少一个接收电力。
25.如权利要求22至23中的任一项所述的模块化系统中，其中，所述模块化系统的分别由所述多个电池模块中的每一个执行的所述功能选自包括以下各项的组：数码相机、扬声器、处理器、存储器、游戏控制器、夜视传感器、微型投影仪、激光指示器、收据打印机、医疗设备、无线局域网(WLAN)接口、以及无线广域网(WWAN)接口。
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