CN206490144U - 电池组件 - Google Patents

Abstract

一种包括多个电池的电池组件。该电池组件包括与多个熔断器和电阻器集成的印刷电路板。电阻器的尺寸基于电池与连接点之间的距离而变化，从而补偿每个电池到连接点之间的电阻差异。

Description

电池组件

技术领域

本实用新型涉及一种电池组件，其包括多个设置于两个集成有熔断器的印刷电路板之间的电池。

背景技术

电子设备经常需要便携式电源的供电。这些电源可以包括可再充电锂离子电池的组件。这些电池相互串联或者并联连接以获得所需的容量或者电压。

鉴于对便携式电源的需求，有必要对电池组件和供电部件做进一步改进。

实用新型内容

一个示例实施例是一种包括多个电池的电池组件。该电池组件包括与多个熔断器和电阻器集成的印刷电路板。电阻器的尺寸大小基于电池与连接点之间的距离而变化，从而补偿每个电池到连接点之间的电阻差异。

下文会介绍其它示例实施例。

附图说明

图1A示出基于一个示例实施例的电池组件。

图1B示出图1A的电池组件的剖视图。

图1C示出基于一个示例实施例的电池组件的印刷电路板的俯视图。

图2示出基于一个示例实施例的电池组件的印刷电路板的布局。

图3示出基于一个示例实施例的电池系统。

图4示出基于一个示例实施例的电池组件的支撑结构。

图5示出基于一个示例实施例的从电池到连接点的电流分布图。

具体实施方式

示例实施例包括电池组件，这些电池组件包括一个或者多个可再充电电池来提供可再充电的供电。这些电池容纳于便携的模块或者组件中。

在一个示例实施例的电池组件中，其中每个电池可分别被熔断并且通过印刷电路板(PCB)互连。熔断器被集成在PCB中并且与相互并联和/或串联的电池电连接。在过电流情况下，熔断器烧断、熔化或者断路来实现电断开。

在一个实施例中，电池被容纳于集成有熔断器的两个印刷电路板之间。PCB上的弹簧接触电池末端。每个电池相互并联或者串联连接并可通过各自的熔断器分别被熔断。补偿电阻器或者补偿迹线将电池电连接到总线线路和收集器。来自电池的电流汇入总线线路并且由收集器收集。与总线线路连接的补偿迹线的尺寸大小基于从每个电池端子到位于总线线路和收集器的交点处的连接点之间的距离而变化。通过变化补偿迹线尺寸的方式来改变补偿迹线的电阻以补偿从每个补偿迹线汇入到总线线路的端点处到收集器的沿着总线线路的不同路径电阻，来缩小从每个电池到连接点的电流差异。在一个例子中，电流的差异被控制在12％以下。

在一个示例实施例中，并联连接的每行电池的电压由电压检测器测量。电压检测器测量每行电池的电压值并且向电池管理系统(BMS)发送测量的电压值。温度检测器(比如热电偶)测量在电池系统中的多个位置的温度值并且向BMS发送测量的温度值。BMS从温度检测器接收温度值和从电压检测器接收电压值并且在接收的值高于门限时关停或者逐渐关停电池系统。

在电池组件中包括瞬态电压抑制器以对突然或者瞬时过电压情况做出反应并且作为低通滤波器工作以过滤电压尖峰和保护电池组件免被损坏。

图1A示出收容于矩形形状的外壳1010中的电池包或者电池组件1000。外壳1010包括顶盖或者盖子1012、底盖或者基部1014和容纳和/或保护电池组件的部件的多个侧盖1016。外壳向电池组件提供外形，从而使内部的两个或者更多电池可以一起堆叠、电连接和运送。

图1B示出侧盖被移开的电池组件1000。电池组件1000包括设置于顶盖或者盖子1022A与底盖或者基部1022B之间的多个电池1010。每个电池具有第一端或者端子1015A和第二端或者端子1015B。第一端1015A经由顶部或者第一弹簧或者弹性接片1040A电接触或者邻接顶部或者第一印刷电路板(PCB)1020A，而第二端1015B经由底部或者第二弹簧或者弹性接片1040B电接触或者邻接底部或者第二PCB 1020B。第一PCB 1020A设置于顶盖1022A和电池的第一端子之间。第二PCB 1020B设置于底盖1022B与电池的第二端子之间。

电池组件也包括用于支撑和对齐电池1010的支撑结构1025。支撑结构包括被间隔开的孔，每个孔环绕电池的一部分。支撑结构维持电池相对于彼此的稳定竖直定向(在图4中更完全地示出支撑结构)。

如图1B和图1A所示，电池在并排关系中堆叠或者排列成矩阵或者网格，从而每个电池在第一端子与第一弹簧接触并在第二端子与第二弹簧接触。在这一配置中，可以串联、并联或者二者的组合的方式连接电池。

在一个示例实施例中，第一和第二弹簧由一次性热界面材料填充，用于从电池向第一和第二PCB散热。这些热界面材料在电流流过弹簧之时保持与电传导路径电隔离。热界面材料通过把热量从电池向PCB和/或其他散热器耗散掉来冷却电池。热界面材料的例子包括但不限于Parker Chomerics制造的THERM-A-GAP ^TMGEL 8010或者GEL 30和T-GlobalTechnology制造的TG4040 PUTTY。

图1C示出一个示例实施例中的电池组件1000的底部PCB 1020B的俯视图。多个传导形状或者区域1030B集成在底部PCB的表面上并排列成有行和列的矩阵形状。在相同行中的传导形状经由补偿电阻器或者迹线1050连接到总线线路1060。多个弹簧或者弹性接片1040B被装配到PCB上并与PCB上的传导形状接触。电池1010的第二端1015B接触弹簧1040B，从而使电流经由弹簧1040B从电池流向传导形状1030B和补偿电阻器1050并且按照箭头1070的方向沿着总线线路1060经由连接点1090汇入与总线线路通过连接点1090连接的收集器1080。

在一个示例实施例中，补偿迹线作为电阻迹线或者电阻器工作以补偿从每个电池到收集器的不同路径电阻。补偿迹线的尺寸基于从传导形状1030B到位于总线线路末端的连接点1090之间的距离而变化。补偿迹线的宽度沿着电流的流向而变窄。例如与连接点1090越近，补偿迹线的宽度就越窄。通过变化补偿迹线的宽度来改变迹线的电阻以补偿从每个迹线的末端到收集器沿着总线线路的不同路径电阻，来缩小从每个电池到连接点的电流差异。

除了变化补偿迹线的宽度之外，也可以变化迹线的厚度或者高度来改变补偿迹线的电阻。或者可以通过改变迹线中传导材料的组成，比如调节传导材料的掺杂浓度，来改变它在不同位置的电阻。另一例子中，可以通过改变迹线的形状来变化电阻。

图2示出一个示例实施例中电池组件的印刷电路板1100的布局。多个传导形状或者区域1130集成在PCB的表面并排列成有行和列的矩阵形状。每个传导形状与熔断器1155和电池的一个端子连接，从而使得每个电池可经由PCB中的熔断器单独被熔断。举例而言，位于顶行的每个传导形状电连接到电池单元的正端子并且经由补偿迹线或者电阻器1150A连接到顶部总线线路或者正总线线路1160A。位于底行的传导形状连接到电池单元的负端子并经由补偿迹线或者电阻器1150B连接到底部总线线路或者负总线线路1160B。在顶行和底行中的熔断器1155在一端上连接到补偿迹线1150A或者1150B而在另一端上连接到对应传导形状。除了顶行和底行之外，位于内行的传导形状每两行共享夹在两行之间的传导线路1165。相邻两行的传导形状经由它们各自的熔断器1155分别连接到位于这两行中间的传导线路。当电池的电流超过它的熔断器的电流容量，例如15安培时，该电池的熔断器将断路或者烧断从而将该电池从电池组件中断开或者隔离。在相同行中的电池相互并联连接，而每行电池与相邻行串联连接。

在一个示例实施例中，相互并联连接的每行电池的电压由电压检测器1140测量。行熔断器1166与传导线路1165和电压检测器1140连接。行熔断器作为电压检测器的熔断器工作。当一行电池的电流超过行熔断器的电流容量，例如1安培时，该行的行熔断器将断路或者烧断从而将该行电池与电压检测器电断开或者隔离。

举例而言，电池与传导形状电连接，电流从电池流向传导形状进而流入PCB 1100，并进一步由正收集器1192和负收集器1194收集。来自电池的正端子的电流在顶部总线线路1160A汇合并且移向正收集器1192。正连接点1191位于正总线线路1160A和正收集器1192的交点。来自电池的负端子的电流在负总线线路1160B汇合并且移向负收集器1194。负连接点1193位于负总线线路1160B和负收集器1194的交点。

在一个示例实施例中，补偿迹线作为补偿电阻器工作以补偿从每个电池到相应连接点的不同路径电阻。补偿迹线1150A或者1150B的大小和/或形状基于传导形状与连接点1191或者1193之间的距离而变化。补偿迹线的宽度沿着电流流向降序排列。例如与连接点越进，迹线的宽度就越窄。通过变化补偿迹线的宽度来改变补偿迹线的电阻进而补偿从每个迹线的汇入总线线路的末端到正收集器或负收集器沿着总线线路的不同路径电阻，从而减小从每个电池到对应连接点的电流差异。在一个例子中，所述电流差异小于12％。

瞬态电压抑制器与正连接器1192和负连接器1194连接。瞬态电压抑制器对突然或者瞬间过电压情况做出反应并且作为低通滤波器过滤高于门限值的电压尖峰。

图3示出一个示例实施例中的电池系统1200。电池系统1200包括电池1210、电压检测器1220、温度检测器或者热耦合器1230和电池管理系统(BMS)1240。BMS 1240与电压检测器和温度检测器通信。电压检测器测量每行电池的电压值并且向BMS发送测量的电压值。温度检测器测量在电池系统中的多个位置的温度值并且向BMS发送测量的温度值。BMS从温度检测器接收温度值和从电压检测器接收电压值并且在接收的值高于预定门限时关停或者逐渐关停电池系统。

电池系统向负载或者电设备供点。电池系统的BMS监视每个电池的状态并且确保每个电池在安全操作区域以内操作，防止过电流、过电压或者过温度情况的发生。

图4示出一个示例实施例中电池组件的支撑结构1300。支撑结构1300包括排列成矩阵形状的多个相互间隔的孔或者缝隙1310。孔尺寸和形状被预先设定从而可以接收电池组件的电池。例如孔的直径等于或略大于相配到孔中或者经过孔的电池的直径。每个孔被间隔开并环绕电池的一部分，从而使支撑结构维持电池的稳定竖直定向(例如图1A示出在竖直定向中排列的电池)。

在一个示例实施例中，每个孔包括至少三个凸起1320，这些凸起朝着孔的径向中心向内延伸，从而使每个电池穿过孔并与凸起接触。相比依赖于孔的内边来固定电池于支撑结构的孔内而言，利用凸起来固定每个电池涉及更小受力从而防止损坏电池的外部保护塑料包装。

图5示出一个示例实施例中从电池到连接点的电流分布图1400。X轴为如图2所示从与连接点1193最远的底行传导形状相连的电池开始的编号。如前所述，每个电池的一端与传导形状之一电连接。Y轴为从底行电池到连接点的任意单位的相对电流值。线条1420上的数值是未引入补偿迹线之前的相对电流值。由于第16个传导形状与连接点最近，所以路径电阻最低，这就造成第16个电池汲取的电流值最高。路径电阻的差异造成从每个电池汲取的电流不同从而引发可靠性和寿命问题。为了克服这一问题，在一个示例实施例中，熔断器被设计为具有不同电阻以补偿路径电阻的差异。在另一实施例中，熔断器如图2中所示具有电阻，但是与不同电阻值的补偿迹线连接。与连接点最近的补偿迹线的宽度最窄电阻最高。与连接点最远的补偿迹线的宽度最宽电阻最低。在一个例子中，与第16个传导形状连接的迹线长42mm和宽0.3mm，而与第一个传导形状连接的迹线长5mm和宽15mm。在线条1410上的数值是引入不同大小和电阻的补偿迹线以后的相对电流值。在一个例子中，流经每个补偿迹线的电流之间的差异小于12％。

如这里所用，“电池组件”是两个或者更多个电池或者电池单元并以串联、并联或者二者结合的方式相互连接来输出需要的电压、容量或者功率密度。

如这里所用，“导体”是允许电流动的物体或者材料。传导材料的例子包括但不限于铜、银、金、铝、锌、镍、黄铜和其它传导材料(比如其它金属、石墨、聚合物和半导体)。

如这里所用，“熔断器”是在电流超过安全值时熔化、断路或者“烧断”的低电阻电阻器。熔断器向负载、电路和/或电部件提供过电流保护。

如这里所用，“集成地形成”意味着与其余部分借助共有的材料形成而连接而且没有机械接头。“集成地”有别于两件或者多件相互分离件被连接在一起的构造。

如这里所用，“印刷电路板”或者“PCB”是使用传导线路或垫片来机械连接和电连接电子部件的结构。PCB可以是单面、双面和多层。

如这里所用，“可再充电电池”是可以充电、放电到负载中和可再次充电的电池。可再充电电池可以有不同大小和形状以及电极材料和电解质的不同组合，包括但不限于锂离子、锂离子聚合物、镍金属氢化物、铅酸和镍镉。

如这里所用，“矩阵形状”是有行和列的形状而且行数和列数是大于或者等于1的整数。

如这里所用，“路径电阻”是从路径的开头到路径的末尾的电阻。

如这里所用，“补偿迹线”是有预定电阻值的电阻器。

Claims (20)

1.一种电池组件，包括：

第一PCB，具有在矩阵形状中排列的多个第一传导形状；

第二PCB，设置于所述第一PCB的相对侧并且具有在矩阵形状中排列的多个第二传导形状；

多个第一弹簧，设置在所述第一PCB的所述第一传导形状上；

多个第二弹簧，设置在所述第二PCB的所述第二传导形状上；

多个电池，并排地堆叠在所述第一PCB与第二PCB之间，每个电池具有与所述第一PCB上的所述第一弹簧电接触的第一端和与所述第二PCB上的所述第二弹簧电接触的第二端；

多个熔断器，集成于所述第二PCB中，每个熔断器与所述第二传导形状电连接；以及

多个补偿迹线，每个补偿迹线与所述熔断器和电流沿着其流动的总线线路连接，其中所述补偿迹线的大小基于所述第二传导形状到位于所述总线线路上的连接点之间的距离而变化，从而补偿每个电池到连接点之间的电阻差异。

2.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述弹簧排列于有N×M配置的所述矩阵形状中，并且N和M是大于或者等于1的整数。

3.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述第一和第二弹簧由热界面材料填充，用于从所述电池向所述第一和第二PCB传热。

4.根据权利要求1所述的电池组件，其中所述补偿迹线的宽度沿着所述电流的流向降序排列。

5.根据权利要求1所述的电池组件，还包括支撑结构，所述支撑结构位于所述电池的所述第一端与第二端之间，并包括排列成所述矩阵形状的多个孔，从而每个所述电池穿过所述孔并且与所述第一和第二PCB中的所述弹簧对准。

6.根据权利要求1所述的电池组件，还包括有多个缝隙的支撑结构，每个缝隙包括朝着所述缝隙的径向中心向内延伸的至少三个凸起，从而每个所述电池穿过所述缝隙并与所述凸起接触。

7.根据权利要求1所述的电池组件，其中每个所述电池可分别通过集成于所述第二PCB中的所述熔断器个别地熔断。

8.根据权利要求1所述的电池组件，其中位于同一行的所述电池相互并联连接并且所述电池行的平均电压由电压检测器检测并且发送到电池管理系统。

9.一种电池组件，包括：

第一PCB，与排列成矩阵形状的多个第一弹簧电接触；

第二PCB，与多个熔断器集成，每个熔断器与在所述第二PCB上设置的多个第二弹簧之一电连接；

多个电池，相互电连接并且位于所述第一PCB与所述第二PCB之间，每个电池包括与所述第一PCB上的所述第一弹簧电接触的第一端子和与所述第二PCB上的所述第二弹簧电接触的第二端子；以及

多个电阻器，具有与所述熔断器连接的第一端和与总线线路连接的第二端，

其中所述每个电阻器具有设定的电阻值来补偿每个电池到连接点之间的电阻差异。

10.根据权利要求9所述的电池组件，还包括多个热耦合器，所述多个热耦合器测量在所述第一PCB与所述第二PCB之间的多个位置的温度值并且向电池管理系统发送测量的所述温度值。

11.根据权利要求9所述的电池组件，还包括电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统(BMS)从热耦合器接收温度值并且在接收的值高于预定门限时关停所述电池组件。

12.根据权利要求9所述的电池组件，还包括瞬态电压抑制器，所述瞬态电压抑制器过滤有比门限值更高的峰电压值的电压尖峰。

13.根据权利要求9所述的电池组件，还包括两个支撑结构，每个支撑结构有多个孔，所述孔间隔排列并环绕电池的一部分，从而使所述支撑结构维持所述电池相对于彼此的稳定竖直定向。

14.根据权利要求9所述的电池组件，其中与所述连接点相隔第一距离的所述电阻器的电阻值高于与所述连接点相隔比所述第一距离更长的第二距离的电阻器的电阻值。

15.一种容纳多个可再充电电池的电池组件，包括：

第一铝PCB，具有在行和列的网格中排列的多个第一传导区域；

第二铝PCB，设置于所述第一铝PCB的相对侧并且具有在行和列的网格中排列的多个第二传导区域；

多个第一弹性接片，设置在所述第一铝PCB的所述第一传导区域上并把所述可再充电电池的第一端与所述第一铝PCB的所述第一传导区域之一电连接；

多个第二弹性接片，设置在所述第二铝PCB的所述第二传导区域上并把所述可再充电电池的第二端与所述第二铝PCB的所述第二传导区域之一电连接；

多个熔断器，集成在所述第二铝PCB中，每个所述熔断器与所述第二传导区域之一电连接；以及

多个补偿迹线，各自与所述熔断器连接，

其中所述补偿迹线的电阻基于与连接点的距离而变化，以使流经每个补偿迹线的电流之间的差异小于12％。

16.根据权利要求15所述的电池组件，其中与所述连接点相隔第一距离的所述补偿迹线的电阻值高于与所述连接点相隔比所述第一距离更长的第二距离的补偿接线的电阻值。

17.根据权利要求15所述的电池组件，还包括电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统接收所述可再充电电池的电压值并且在接收的值高于预定门限时关停所述电池组件。

18.根据权利要求15所述的电池组件，其中每个所述可再充电电池具有各自的熔断器，所述各自的熔断器可从所述电池组件移开和重新放入所述电池组件中而无需移开所述可再充电电池。

19.根据权利要求15所述的电池组件，还包括有多个孔的支撑结构，所述多个孔被排列在与所述第一和第二传导区域的所述行和列的网格匹配的行和列的网格中，从而所述支撑结构的所述孔接收所述可再充电电池并且把所述可再充电电池与设置于所述第一和第二传导区域上的所述第一和第二弹性接片对准。

20.根据权利要求19所述的电池组件，其中所述孔中包括朝着所述孔的径向中心向内延伸的凸起，从而使每个所述可再充电电池穿过所述孔之一并与所述凸起接触。