CN117638341A - 电池包以及包括该电池包的电动工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电池包以及包括该电池包的电动工具。电池包（1）包括：一个或多个电池单元（11）；电路板（12），其位于所述电池包的壳体内；引线板（13），其连接至所述一个或多个电池单元（11）的电极端子；金属板（14），其布置在所述电路板（12）上，并且将所述引线板（13）电连接到所述电路板（12）中的电路中，其中，所述金属板（14）利用表面安装技术固定至所述电路板（12）。

Description

电池包以及包括该电池包的电动工具
技术领域
本发明大体涉及一种电池包，该电池包可用于电动工具。
背景技术
在常规的电池包中，为了将多个电池单元的电流引入电路板中，通常在电池单元和电路板之间设置汇流条。汇流条一方面电连接到多个电池单元的正极端子或负极端子，另一方面通过锡焊或电阻焊连接到电路板上的焊盘。这种焊接方式具有效率低、操作空间要求高、锡材料消耗大等缺点，同时也使得最终的电池包体积较大。
发明内容
本发明通过在电池包的引线板（或汇流条）和电路板之间提供一种新颖的连接方式而解决了上述问题。
在一个方面中，本发明提供了一种电池包，包括：一个或多个电池单元；电路板，其位于所述电池包的壳体内；引线板，其连接至所述一个或多个电池单元的电极端子；金属板，其布置在所述电路板上，并且将所述引线板电连接到所述电路板中的电路中，其中，所述金属板利用表面安装技术固定至所述电路板。
优选地，所述引线板被激光焊接到所述金属板。
优选地，所述电池包进一步包括用于支撑所述一个或多个电池单元的电池支架，其中，所述引线板、所述金属板和所述电路板由第一螺钉固定至所述电池支架。
优选地，所述金属板位于所述电路板的下表面上，并且部分地延伸到所述电路板的边缘之外以便与所述引线板激光焊接在一起。替代地，电路板包括位于边缘处的缺口，并且其中，所述金属板部分地延伸到所述电路板的所述缺口中以便与所述引线板激光焊接在一起。
在一个变型中，所述金属板位于所述电路板的上表面上，并且所述引线板被激光焊接到所述金属板的上表面。有利地，位于上表面上的所述金属板部分地延伸到所述电路板的边缘之外或者延伸到所述电路板的所述缺口中以便与所述引线板激光焊接在一起。
优选地，所述金属板具有一个或多个插脚，所述一个或多个插脚配合到所述电路板中对应的一个或多个插孔中。
优选地，所述金属板由铜合金制成。
在一个实施例中，所述电池包进一步包括熔断器，所述熔断器连接至所述金属板或者与所述金属板整体形成。优选地，所述熔断器位于所述电路板的下侧，并且所述电路板在所述熔断器的上方具有开口。
在另一个实施例中，所述电池包进一步包括热块，所述热块与所述金属板热接触，以吸收来自所述引线板和所述金属板的热量。有利地，在所述热块与所述金属板之间布置有导热材料。所述导热材料可以是导热硅胶或导热硅垫。优选地，所述金属板包括与所述热块的一个或多个表面接触的一个或多个部段。特别地，所述金属板包括基部、从所述基部延伸的凸耳以及从所述基部延伸的弯折部，并且其中，所述基部、所述凸耳和所述弯折部部分地包围所述热块。优选地，所述金属板、所述热块与所述电路板由所述第二螺钉固定在一起。优选地，电池包进一步包括热垫，所述热垫与所述热块和/或所述金属板热接触，以便将热量从所述热块和所述金属板移除。有利地，所述热垫为导热硅垫。优选地，所述热块由铝或铜制成。
在另一个方面中，本发明提供了一种电池包，包括：一个或多个电池单元；电路板；引线板，其连接至所述一个或多个电池单元的电极端子；金属板，其布置在所述电路板上，并且将所述引线板电连接到所述电路板中的电路中；以及热块，所述热块热连接到所述金属板和/或引线板。优选地，所述热块热连接到在电池包的输出回路上的金属板和/或引线板。优选地，所述热块的多个表面与所述金属板和/或引线板热连接。优选地，所述金属板包括基部、从所述基部延伸的凸耳以及从所述基部延伸的弯折部，并且其中，所述基部、所述凸耳和所述弯折部部分地包围所述热块。优选地，所述金属板、所述热块与所述电路板由螺钉固定在一起。
在又一个方面中，本发明提供了一种电动工具，包括上述电池包。
本发明的电池包改进了电路板和电池单元之间的连接，从而减小了产品体积，提高了生产效率，并降低了成本。同时，针对电路板和电池单元之间的连接中的热量集中的问题，本发明的电池包还提供了一种更可靠的散热方式。
附图说明
本发明通过结合附图的实例来进行具体阐述，在这些附图中：
图1示出了根据本发明的电池包的示意性立体图；
图2示出了根据本发明的金属板的一种布置方式的示意性立体图；
图3示出了图2所示布置方式的变型；
图4示出了根据本发明的金属板的另一种布置方式的示意性立体图；
图5示出了图4所示布置方式的截面图；
图6示出了根据本发明的金属板的又一种布置方式的示意性俯视立体图；
图7示出了图6所示布置方式的示意性仰视立体图；
图8示出了根据本发明的热块与相关部件的连接方式的示意性立体图；
图9示出了图8中所示连接方式的另一示意性立体图，其中电路板被省去；并且
图10示出了根据本发明的热块的示意性立体图。
附图标记列表：
1 电池包
11 电池单元
12 电路板
121 插孔
122 缺口
123 开口
13 引线板
131 基部
132 引脚端
133 接线端
14 金属板
141 插脚
142 凸耳
143 弯折部
144 基部
15 电池支架
16 第一螺钉
17 第二螺钉
18 热块
19 熔断器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是为了更加全面透彻地理解本发明的公开内容。
根据本发明，术语“金属板”或“引线板”表示基本为板材或片材的部件，其可以是基本平坦的，也可以包括通过弯折或剪裁工艺形成的一个或多个弯折部和/或延伸部，以便根据具体的空间需要避让其它部件或与其它部件连接。
图1示出了根据本发明的电池包的示意性立体图。该电池包1包括多个电池单元11、位于电池单元11顶部的电路板12、多个引线板（或称为“汇流条”）13以及多个金属板14。这些部件可以容放在未示出的壳体中以形成电池包，并通过接口连接到电动工具或其它用电设备以为其供电。如图1所示，电池单元11以二维阵列堆叠，并且被未示出的电池支架支撑并保持在位。电池单元11平置在电池包1的壳体中，使得其电极端子（即，正极端子和负极端子）基本位于电池包的前后侧面。
引线板13位于电池包1的前后侧面，用于将配置成多级多列的多个电池单元11并联连接或串联连接。引线板13是导电性的金属板，具备与电池单元11的电极端子连接的多个引脚端132、经由引脚端132将多个电池单元11串联或并联连接的基部131、以及将基部131连接至电路板12的接线端133。引线板13是用模具将一张金属板裁断，并剪裁和弯折而制作的。引脚端132至电池单元11的电极端子的电连接可以由激光焊接实现，亦可以使用电阻焊焊接等方法。特别地，能够通过沿朝向电极端子的方向施加激光来将电极端子激光焊接到引线板13的引脚端132，焊接点或焊缝在电极端子和引脚端132之间形成电连接。
金属板14位于电路板12上且邻近或位于电路板12的边缘处，用于将引线板13的接线端133连接到电路板12中的电路中。金属板14可以由铜合金制成。图1中示出了位于电池包1前侧的三个引线板13和三个金属板14。可以想到，电池包1后侧还存在相应的引线板和金属板。
图2和图3示出了根据本发明的金属板的一种布置方式及其变型。在该布置方式中，金属板14利用表面安装技术（SMT）固定至电路板12，并且引线板13利用激光焊接连接至金属板14。
表面安装技术（Surface Mounting Technology （SMT），或称为“表面贴装技术”）是电子组装行业里流行的一种技术和工艺，其是将无引脚或短引线表面组装元器件安装在印制电路板的表面或其它基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。使用表面安装技术在产品小型化、批量化、自动化等方面具有显著优势，并且具有可靠性高、抗振能力强、焊点缺陷率低等优点。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，其具有热影响区范围小、工件热变形小、无需接触工件、焊接速度快、定位精度高等特点。
在通常情况下，表面安装技术一般用于将电容、电阻等电子元器件安装到电路板。本发明创造性地将该技术使用在金属板14和电路板12的连接中，使得金属板14如同电路板12的插脚一样附接到电路板12。随后利用激光焊接技术将电池单元11的接线板13连接到金属板14，从而实现了电池单元11和电路板12之间的电连接。在该方案中，通过使用表面安装技术和激光焊接技术而不是常规的锡焊来设置金属板14，减小了产品的体积，提高了生产效率，并改善了连接点的可靠性。同时，也降低了对焊锡材料的消耗。
在图2所示的实例中，金属板14设置在电路板12的下表面上，并且部分地延伸超出电路板12的边缘之外。接线板13的接线端133位于金属板14的该超出部分的上侧或下侧，并且通过激光焊接将两者固定在一起。在一个变型中，电路板12可以设置有位于边缘处的缺口122（如图6、图7所示），并且金属板14延伸到该缺口122中，以便于进行激光焊接。
在图3所示的上述实例的变型中，金属板14设置在电路板12的上表面上，接线板13的接线端133位于金属板14的上侧，并且通过激光焊接将两者固定在一起。此时，金属板14无需延伸到电路板12的边缘外或缺口中。
图4和图5示出了根据本发明的金属板的另一种布置方式。在该布置方式中，金属板14利用表面安装技术（SMT）固定至电路板12，并且利用第一螺钉16将引线板13、金属板14、电路板12和电池支架15固定在一起。为此，用于将电池单元11保持在位的电池支架15具有与第一螺钉16配合的螺孔（参见图5）。位于电池单元11顶部的电路板12通常需要固定到电池支架15。因此，在该布置方式中，第一螺钉16既实现了引线板13和金属板14之间的电连接，同时也实现了电路板12到电池支架15的固定。图中所示的引线板13和金属板14位于电路板12的上表面上。能够设想，引线板13和金属板14也可以位于电路板12的下表面上。
图6和图7示出了根据本发明的金属板的又一种布置方式。在该布置方式中，金属板14利用表面安装技术（SMT）以及插脚固定至电路板12，并且引线板13利用激光焊接连接至金属板14。如图7所示，金属板14具有多个插脚141，这些插脚141配合到电路板12中开设的多个插孔121中，以便将金属板14定位或进一步固定至电路板12。电路板12包括位于边缘处的缺口122，并且金属板14部分地延伸到该缺口122中以便与引线板13激光焊接在一起。此时，金属板14可以位于电路板12的下表面上或上表面上。能够设想，金属板14可以不具有缺口122，并且引线板13以图2或图3的方式激光焊接到金属板14，或者以图4、图5所示的方式利用螺钉固定到金属板14。
图8、图9和图10示出了根据本发明的散热布置。在该布置中，电池包1进一步包括熔断器（或称为“保险丝”）19和热块18，引线板13被激光焊接至金属板14，并且利用第二螺钉17将金属板14、电路板12和热块18固定在一起。可以设想，引线板13和金属板14之间的连接可以不使用激光焊接技术而是通过螺钉17实现。图8示出的引线板13是电池包的总输出线。所以该引线板13流过的电流更大，发热更多。熔断器也因此设置在相应的金属板14上。如下面将要描述的，设置了热块18以进行有效散热，避免引线板13和金属板14过热而熔化周围的壳体以及电池单元支架。特别地，图8所示实例和图5实例可以结合，使得电路板12、引线板13、金属板14、热块18通过螺钉固定到电池支架15，此时第一螺钉16和第二螺钉17为同一螺钉。
在常规的电池包中，熔断器通常形成在电池单元的引线板中，使得由电池单元的电极端子和熔断器产生的热量均集中在引线板中，这种布置不利于散热操作。同时，在如图1所示的电池包构型中，引线板位于前后侧面，因而接近于壳体的侧壁，因此存在使壳体熔化的风险。
如图8、图9所示，本发明的熔断器19被转移至电路板12的下侧，并且作为金属板14的延伸部而与其整体形成。电路板12在熔断器19的上方具有开口123以便于散热。这样，作为热源的熔断器19与电池单元11的电极端子分散在不同部件中并且在空间上隔开，有利于散热操作。同时，位于电路板12下侧的熔断器19与电池包壳体的顶壁隔开，消除了熔化周围部件的风险。
如图9、图10所示，在主回路上设置了热块18。主回路是多个并联的电池单元串的输出回路。可以理解，热块18亦可以设置在其他需要的金属板14和/或引线板13上。热块18可以靠近熔断器19设置，亦可以远离熔断器19设置。由于熔断器19为高发热的部分（电阻较大），热块18靠近熔断器19设置能够提供更好的散热能力。热块18可以具有各种各样的形状大小和由合适的材料形成，只要其能够实现良好散热能力即可。在图示的例子中，热块18具有大致T形轮廓（可以为其他合适的形状），并且与金属板14热接触（优选是平面接触），以便吸收来自引线板13和金属板14的热量，从而避免了引线板13和金属板14过热而熔化周围塑料构件，包括壳体和电池单元支架。特别地，金属板14包括基部144、从基部144向上延伸的插脚141、从基部144向下延伸的凸耳142以及从基部144向下延伸的弯折部143。熔断器19从金属板14的基部144向前延伸。金属板14通过插脚141定位或固定到电路板12。金属板14的基部144、凸耳142和弯折部143设置为紧贴热块18的顶部表面和侧表面，从而部分地包围热块18以增大传热面积。也就是说，金属板14可以设置成接触热块18的多个表面，以增大传热面积。为了增强传热效果，在热块18与金属板14之间可布置导热材料，例如导热硅胶或导热硅垫。热块18可以由铝或铜制成。热块18具有较大的体积，因此在吸收热量时温度不会过快升高，从而可以起到蓄积热量并将其缓慢释放的作用。在所示的实施例中，热块18与金属板14设置有相应的孔，使用螺钉来将热块18与金属板14固定在一起。可以理解，可以使用其他的方式来连接热块18与金属板14，只要保证两者能够形成热接触。在改进的实例中，为了加速释放热量，可以在热块18和/或金属板14的表面粘附热垫（未示出），例如导热硅垫。热垫可以随意变形，并且可以在电池包壳体内的空闲空间中延伸，从而可以将热块18中蓄积的热量引导到更大的空间中。另外，热垫也可以粘附到电路板或壳体上的散热部件（例如，从壳体内延伸到壳体外的金属条），从而将热块18中蓄积的热量转移走。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1.一种电池包（1），包括：
一个或多个电池单元（11）；
电路板（12），其位于所述电池包的壳体内；
引线板（13），其连接至所述一个或多个电池单元（11）的电极端子；
金属板（14），其布置在所述电路板（12）上，并且将所述引线板（13）电连接到所述电路板（12）中的电路中，
其中，所述金属板（14）利用表面安装技术固定至所述电路板（12）。
2.根据权利要求1所述的电池包（1），其中，所述引线板（13）被激光焊接到所述金属板（14）。
3.根据权利要求1所述的电池包（1），进一步包括用于支撑所述一个或多个电池单元的电池支架（15），其中，所述引线板（13）、所述金属板（14）和所述电路板（12）由第一螺钉（16）固定至所述电池支架（15）。
4.根据权利要求2所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）位于所述电路板（12）的下表面上，并且部分地延伸到所述电路板（12）的边缘之外以便与所述引线板（13）激光焊接在一起。
5.根据权利要求2所述的电池包（1），其中，所述电路板（12）包括位于边缘处的缺口（122），并且其中，所述金属板（14）部分地延伸到所述电路板（12）的所述缺口（122）中以便与所述引线板（13）激光焊接在一起。
6.根据权利要求2所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）位于所述电路板（12）的上表面上，并且所述引线板（13）被激光焊接到所述金属板（14）的上表面。
7.根据权利要求1所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）具有一个或多个插脚（141），所述一个或多个插脚（141）配合到所述电路板（12）中对应的一个或多个插孔（121）中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池包（1），进一步包括熔断器（19），所述熔断器（19）连接至所述金属板（14）或者与所述金属板（14）整体形成。
9.根据权利要求8所述的电池包（1），其中，所述熔断器（19）位于所述电路板（12）的下侧，并且所述电路板（12）在所述熔断器（19）的上方具有开口（123）。
10.根据权利要求8所述的电池包（1），进一步包括热块（18），所述热块（18）与所述金属板（14）热接触，以吸收来自所述引线板（13）和所述金属板（14）的热量。
11.根据权利要求10所述的电池包（1），其中，在所述热块（18）与所述金属板（14）之间布置有导热材料。
12.根据权利要求10所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）包括基部（144）、从所述基部（144）延伸的凸耳（142）以及从所述基部（144）延伸的弯折部（143），并且其中，所述基部（144）、所述凸耳（142）和所述弯折部（143）部分地包围所述热块（18）。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）、所述热块（18）与所述电路板（12）由所述第二螺钉（17）固定在一起。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的电池包（1），进一步包括热垫，所述热垫与所述热块（18）和/或所述金属板（14）热接触，以便将热量从所述热块（18）和所述金属板（14）移除。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的电池包（1），其中，所述热块（18）由铝或铜制成。
16.一种电池包（1），包括：
一个或多个电池单元（11）；
电路板（12）；
引线板（13），其连接至所述一个或多个电池单元（11）的电极端子；
金属板（14），其布置在所述电路板（12）上，并且将所述引线板（13）电连接到所述电路板（12）中的电路中；以及
热块（18），所述热块（18）热连接到所述金属板（14）和/或引线板（13）。
17.根据权利要求16所述的电池包（1），其中，所述热块（18）热连接到在电池包的输出回路上的金属板（14）和/或引线板（13）。
18.根据权利要求16所述的电池包（1），其中，所述热块（18）的多个表面与所述金属板（14）和/或引线板（13）热连接。
19.根据权利要求18所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）包括基部（144）、从所述基部（144）延伸的凸耳（142）以及从所述基部（144）延伸的弯折部（143），并且其中，所述基部（144）、所述凸耳（142）和所述弯折部（143）部分地包围所述热块（18）。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的电池包（1），其中，所述金属板（14）、所述热块（18）与所述电路板（12）由螺钉固定在一起。
21.一种电动工具，包括根据权利要求1至20中任一项所述的电池包（1）。
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