电池控制器及可充电电池
技术领域
本实用新型涉及可充电电池技术领域,特别涉及一种可充电电池和应用于该可充电电池的控制器。
背景技术
GB/T 8897.2(IEC 60086-2)标准化的圆柱形一次电池,已广泛应用于手持或便携式电子、电器产品领域。由于一次电池不可重复使用,且存在电池使用成本高、废弃电池污染环境等问题,消费市场对可替代GB/T 8897.2(IEC 60086-2)已标准化一次电池的二次电池产品需求越来越高。
随着锂离子电池充放电控制技术的快速发展,采取将控制电路、DC-DC换能电路与锂离子电池封装为一体,由控制电路对锂离子电池进行充放电控制,再由DC-DC换能电路将锂离子电池电压变换为需要的电压稳压放电的方法,构成兼容GB/T 8897.2(IEC 60086-2)已标准化一次电池的可充电电池,可在标称电压兼容性、放电电压稳定性、充电速率、重量和体积比能量、充放电记忆效应、滥用保护及耐受性、循环使用寿命等方面优于现有的单纯电化学可充电电池,可在兼容GB/T 8897.2(IEC 60086-2)已标准化一次电池的可充电电池产品领域取代其它电化学可充电电池。
在消费类可充电电池市场,提高可充电电池的绝对蓄电能量、体积比能量,降低可充电电池产品成本,始终是市场需求的主要方向,也是可充电电池产品技术发展的方向,同样也是电控型可充电电池产品技术发展的方向。
将充放电控制电路、DC-DC换能电路、锂离子电池封装为一体,构成标称电压和结构尺寸兼容GB/T 8897.2(IEC 60086-2)已标准化一次电池的二次可充电电池技术方案中,电池整体结构通常包括两部分:电芯和控制器,控制电路和DC-DC换能电路均封装在控制器中,控制器叠设在电芯的正极端或负极端,控制器和电芯的总高构成电池的轴向总高。由于锂离子电池的轴向总高和直径都由GB/T 8897.2(IEC 60086-2)定义,故,要提高电芯的体积,进而提高电芯的绝对蓄电能量,只能压缩控制器的轴向高度。
一种减薄控制器的做法是,省略控制器中的部分功能电路,以达到简化控制器结构、减薄控制器高度的目的。但这种做法会带来电池功能减少以及潜在安全风险,造成电池过热,甚至发生爆炸。而将各种功能电路都集成在控制器中,又会造成控制电路结构复杂,控制器体积较大等缺陷。如何在保证控制电路功能齐全的前提下,尽可能地降低控制器制造成本,减薄控制器轴向高度,提高电芯的绝对蓄电能量,是内业亟待克服的难题。
实用新型内容
本公开的目的在于提供一种电池控制器,能够提高可充电电池的绝对蓄电能量和体积比能量。
根据本公开的一方面,提供了一种电池控制器,包括:
电路板,包括相对的第一表面和第二表面,所述第二表面焊装有电路元器件;以及
内电极,采用导电金属材质制成,所述内电极的一端固定并电连接所述电路板,构成内电极固定部,另一端为不与所述电路板连接的可活动端,所述可活动端为用以固定并电连接电芯的内电极电芯焊接台,所述内电极电芯焊接台由所述内电极固定部一体延伸并折弯而成,折弯后的所述内电极电芯焊接台与所述电路板之间形成有布设电路元器件的容纳空间。
可选地,所述控制器还包括具有内腔的控制器壳体,所述电路板收容并固定于所述控制器壳体的内腔中,所述内电极焊装在所述电路板的第二表面,所述内腔中填充有导热胶,所述导热胶淹没所述电路板第二表面的电路元器件,所述内电极电芯焊接台外露于所述导热胶。
可选地,所述内电极固定脚包括可插入并焊装在所述电路板上的内电极定位脚以及平贴于所述电路板表面的内电极电路板焊接台,所述电路板上设置有供所述内电极定位脚插入的内电极定位孔以及供所述内电极电路板焊接台平贴于其上并与其相焊接的内电极焊盘。
可选地,所述内电极焊盘环绕所述内电极定位孔的周缘,所述内电极固定部的内电极定位脚和内电极电路板焊接台共用同一焊盘。
可选地,所述内电极定位脚数量为两个,所述内电极电路板焊接台位于在两所述内电极定位脚之间。
可选地,所述内电极电路板焊接台的边缘开设有开口槽,并在所述开口槽的两侧形成两导电凸缘,所述内电极电路板焊接台折弯呈L形。
可选地,所述内电极电路板焊接台为与所述内电极电芯焊接台一体成型的的焊接片,所述焊接片上设置有贯通其厚度方向的槽型通孔。
可选地,所述内电极为一体冲压折弯制成,所述内电极固定部还包括:与所述内电极定位脚以及所述内电极电路板焊接台均一体连接的定位脚支撑部,所述定位脚支撑部呈L形,所述内电极电芯焊接台由所述定位脚支撑部一体延伸并弯折而成。
可选地,所述内电极电芯焊接台由所述内电极固定部一体延伸后经一次弯折后再反向二次弯折而成,其一次弯折形成第一接触片,二次弯折形成第二接触片,所述第二接触片与所述第一接触片相互重叠。
可选地,所述内电极电芯焊接台宽度方向两侧位置分别开设有一折弯定位槽,所述内电极电芯焊接台以两所述折弯定位槽的连线为折线实现二次弯折定位。
可选地,所述内电极电芯焊接台由所述内电极固定部一体延伸后经一次弯折而成。
可选地,所述内电极电芯焊接台的末端的轮廓呈圆形或正多边形。
可选地,所述内电极电芯焊接台设置有贯通其厚度方向的电阻焊阻流槽。
可选地,所述导热胶的表面覆盖有绝缘材质的内电极绝缘片,所述内电极电芯焊接台外露于所述内电极绝缘片之外,所述内电极绝缘片对应所述内电极固定部处开设有避让槽。
可选地,所述控制器壳体包括金属材质的控制器外壳体,所述控制器外壳体的一端具有限位挡板,另一端为无底式管状开口端,所述限位挡板中心开设通孔,所述电极帽经所述限位挡板的通孔伸出,所述电路板第一表面的靠近外缘处设置有外壳焊盘,所述电路板通过所述外壳焊盘焊接或压接于贴合所述限位挡板的内面并与所述限位挡板的内面电性连接。
可选地,所述控制器壳体还包括:同轴于所述控制器外壳体并安装在所述电路板第二表面的金属材质的控制器内壳体,所述控制器内壳体包括:环形的内侧壁和形成在所述内侧壁一端并沿着内侧壁周向间隔分布的多个限位弯脚,所述限位弯脚朝所述内侧壁的中心方向弯曲延伸,所述电路板第二表面的靠近外缘处设置有内壳焊盘,所述限位弯脚通过所述内壳焊盘焊接或压接于所述电路板第二表面,所述限位弯脚与所述外侧壁之间形成间隙。
可选地,所述控制器壳体包括:呈圆筒状的侧壁和一体成型在侧壁轴向一端的底壁,所述侧壁内面设置有用以供所述电路板的边缘架设于其上并与电路板边缘焊接连接的凸台,所述控制器壳体正对所述底壁的另一端为无顶式的开口端,所述底壁中心开设通孔,所述内电极电芯焊接台通过所述通孔暴露在所述控制器壳体外部,所述内电极电芯焊接台边缘与所述通孔边缘之间具有间隙,所述控制器还包括焊装并电连接于所述电路板第一表面的电极帽,所述电极帽经所述控制器的开口端暴露在所述控制器壳体外部。
根据本公开的另一方面,本公开还提供一种可充电电池,包括:
电芯,为锂离子电芯,呈筒状,具有正电极和负电极;以及,
电池控制器,其同轴叠设在所述电芯的一端并与所述电芯封装成一体,所述电池控制器的内电极电芯焊接台与所述电芯的正电极或负电极接触并电连接。
可选地,所述电池控制器还包括具有内腔的控制器壳体,所述电路板收容于所述控制器壳体的内腔中,所述电极帽外露于所述控制器壳体之外,所述内电极具有外露于所述控制器壳体的内电极电芯焊接台,所述内电极电芯焊接台焊接并电连接所述电芯的正电极或负电极。
可选地,所述电芯为软包电芯,所述电芯的一端设置的负电极为负电极片,所述负电极片从一端向所述电芯的另一端延伸,所述电芯套入至一电池外壳体内,所述负电极片与所述电池外壳体焊接连接,所述控制器壳体与所述电池外壳体连接;
所述电芯的另一端设置的正电极为正电极片,所述正电极片与所述电池控制器的所述内电极电芯焊接台连接。
可选地,所述电芯的外壳为钢壳,所述电芯的钢壳为电芯的负电极,所述控制器壳体与所述钢壳连接;
所述电芯具有一正电极凸台,所述电芯的正电极与所述正电极凸台连接,所述正电极凸台与所述电池控制器的所述内电极电芯焊接台连接。
可选地,所述电芯为软包电芯,所述电芯的一端部设置的正电极为正电极片,所述正电极片从一端向所述电芯的另一端延伸,所述电芯套入至一电池外壳体内,所述正电极片与所述电池外壳焊接连接,所述控制器壳体与所述电池外壳体连接;
所述电芯的另一端设置的负电极为负电极片,所述负电极片与所述电池控制器的内电极电芯焊接台连接。
可选地,所述电芯的外壳为铝壳,所述电芯的铝壳为电芯的正电极,所述控制器壳体与所述铝壳连接;
所述电芯的一端具有负电极凸台,所述电芯的负电极与所述负电极凸台连接,所述负电极凸台与所述电池控制器的所述内电极电芯焊接台连接。
本申请的电池控制器及可充电电池的技术效果如下:
本申请通过在控制器的电路板上设计内电极来实现电芯与电路板的电性连接,使得控制器的空间更紧凑,电芯与控制器的电连接结构也更简单,而且内电极设计成单脚式结构,大大节省了其占用电路板的空间,使电路板上能够排布更多功能器件,实现了电路板单面布元器件,降低了控制器轴向总高,为电芯让出更大空间,提高了电芯容量,进而提高了可充电电池的绝对蓄电能量和体积比能量。
控制器外壳体与控制器内壳体的配合提高了充放电控制器的结构强度,也提高了控制器的整体电磁屏蔽效果。
采取在控制器内灌注导热胶的封装方法,提高了电路板控制电路散热速率、降低了控制器内部与外部温差、提高了充放电温度控制精度、提高了控制器结构强度、实现了控制器结构密封,提高了二次电池的充放电工作环境适应性及可靠性。同时固化后的导热胶也可以为单脚式的内电极的可活动端提供定位。
附图说明
图1为实施例1所示柱状可充电电池的外形图;
图2为实施例1的电池控制器与钢壳电芯的组装状态图;
图3为实施例1的电池控制器的爆炸图;
图4为实施例1的电池控制器中正电极端盖与电路板的组装状态图;
图4a为实施例1的电池控制器中电路板第一表面视图;
图5为实施例1的电池控制器中内电极与电路板的组装状态图;
图6为实施例1的电池控制器中电路板与控制器外壳体的组装状态图;
图7为实施例1的电池控制器内壳体与控制器外壳体组装状态图;
图8为实施例1的电池控制器未注胶状态图;
图9为实施例1的电池控制器注胶后的状态图;
图10为实施例1的电池控制器的内电极绝缘片的组装状态图;
图11为实施例1的电池控制器的内电极工作状态结构图;
图12为实施例1的电池控制器的电极帽绝缘片组装状态图;
图13为实施例1的电池控制器沿中轴方向的剖切的剖视图;
图14为实施例2所示柱状可充电电池的控制器与电芯的组装状态图;
图15为实施例2的电池的爆炸图;
图16为实施例2的电池控制器的爆炸图;
图17为实施例2的电池控制器中的内电极与电路板的组装状态图;
图18为实施例2的电池控制器的内电极绝缘片的组装状态图;
图19为实施例2的控制器的内电极折弯后的工作状态图;
图20为实施例2的电池控制器沿中轴方向剖切的剖视图;
图21为实施例3所示柱状可充电电池的控制器与电芯的组装状态图;
图22为实施例3的电池控制器的爆炸图;
图23为实施例3的电池控制器中正电极帽与电路板组装状态图;
图24为实施例3的电池控制器中的电路板第一表面的结构;
图25为实施例3的电池控制器中的内电极与电路板的组装状态图;
图26为实施例3的电池控制器注胶后的状态图;
图27为实施例3的电池控制器的内电极工作状态结构图;
图28为实施例4所示柱状可充电电池的控制器与电芯的组装状态图;
图29为实施例4的电池控制器中内电极的组装状态图;
图30为实施例4的电池控制器注胶后的状态图;
图31为实施例4的电池控制器的内电极工作状态结构图;
图32为实施例5所示柱状可充电电池的外形图;
图33为实施例5的电池控制器的爆炸图;
图34为实施例5的电池控制器中负电极帽与电路板的组装状态图;
图35为实施例5的电池控制器沿中轴方向剖切的剖视图;
图36为实施例6所示柱状可充电电池的外形图;
图37为实施例6的电池控制器沿中轴方向剖切的剖视图;
图38为实施例7所示柱状可充电电池的组装状态图;
图39为实施例7的控制器电路板及电极帽的焊装图;
图40为实施例7的正电极帽与电路板的组装状态图;
图41为实施例7的电池控制器沿中轴方向剖切的剖视图;
图42为实施例8所示柱状可充电电池的外形图;
图43为实施例8的控制器电路板及电极帽的焊装图;
图44为实施例8的负电极帽与电路板的组装状态图;
图45为实施例9的可充电电池的控制器的爆炸图;
图46为实施例9的控制器的内电极与电路板的焊装图;
图47为实施例9的负电极帽与电路板的焊装图;
图48为实施例9的电路板焊装体组装于控制器外壳体的组装状态图;
图49为实施例9的控制器组装完成时的结构图;
图50为实施例9的控制器沿中轴方向剖切的剖视图。
附图标记说明如下:
电池100a、100b、100c、100d、100e、100g、100h;
电芯200a、200b、200c、200d、200e、200g、200h;
电芯正电极230a、230b、230c、230d、230e;
电芯负电极220a、220b、220c;
电芯绝缘片233a、233g;
电路板300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h、300j;
注胶孔301a、301c;
排气溢流孔302a、302c;
内电极定位孔303a、303c、303j;
电极帽焊盘310a、310c、310e、310f、310g、310h、323j;
焊盘分区311a、311c、311e、311g、311h;
内电极焊盘312a、312c;
外壳焊盘313a、313j;
内壳焊盘314a、314c;
通道316a、316c、316e、316g、316h;
帽体覆盖区外轮廓318a;
帽檐覆盖区外轮廓317a;
电极帽插孔319j;
正电极帽320a、320b、320c、320e、323g、320h;
负电极帽320e、320h、320j;
帽体321a、321e;
电极帽固定脚3211j;
帽檐322a、322e;
内电极330a、330b、330c、330d、330e、330f、330g;
内电极固定部331a、331b、331c、331d、331e;331j;
折弯定位槽332a;
内电极定位脚3311a、3311c、3311j;
内电极电路板焊接台3312a;
开口槽3313c;
电阻焊阻流槽333a;
内电极电芯焊接台334a、334b、334c、334e、334j;
定位脚支撑部335a;
控制器400a、400b、400c、400d、400d、400g;
控制器外壳体410a、410b、410c、410d、410e、410f、410g;
外侧壁411a;
侧壁411j;
底壁412j;
通孔4121j;
凸台4111j;
限位挡板412a、412b;
内定位圈413a
通孔4112a;
控制器内壳体420a、420b、420c、420d、420e、420f、420g;
内侧壁421a;
外定位圈423b;
支撑部422a;
限位弯脚4221a;
凹槽4222a;
过渡部4422a;
导热胶430a、430b、430j;
内电极绝缘片440a、440b、440c、440d、440e、440f、440g;
电极帽绝缘片450a、450b、450c、450e、450f、450g;
控制器盖板460j。
具体实施方式
尽管本实用新型可以容易地表现为不同形式的实施方式,但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式,同时可以理解的是本说明书应视为是本公开原理的示范性说明,而并非旨在将本实用新型限制到在此所说明的那样。
由此,本说明书中所指出的一个特征将用于说明本公开的一个实施方式的其中一个特征,而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外,应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计,但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此,除非另有说明,所说明的组合并非旨在限制。
在附图所示的实施方式中,方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本实用新型的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时,这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时,则这些方向的指示也相应地改变。
本实用新型中的多个指两个以上,以上、以下均包括本数。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。
在介绍本申请的各个实施例之前,先对本申请出现的一些电池名称、技术术语和电池分类做个概述。
为方便描述,本申请按锂离子可充电电池配用的控制器在电池中的系统集成模式,将电池划分为N型电池和P型电池两类(注:N型电池和P型电池属本申请为便于陈述自创的缩略名词)。
N型电池,即,电池控制器安装在电池的正电极一端。电池外壳体为电池充电输入和放电输出负电极;正电极帽为电池充电输入和放电输出正电极。
P型电池,即,电池控制器安装在电池负电极一端。电池外壳体为电池充电输入和放电输出正电极;负电极帽为电池充电输入和放电输出负电极。
本申请陈述中涉及5号电池和7号电池,为中国通俗规格名称,其与其他规格标准的对照表如下:
GB/IEC标准 |
美国通俗规格 |
中国通俗规格 |
标称电压 |
R6 |
AA |
5号 |
1.5V |
R03 |
AAA |
7号 |
1.5V |
本申请陈述中涉及内置有充、放电保护电路,具有商品属性的电池称为“电池”,对于不具有内置充、放电保护电路,属于工业半成品的电池称为“电芯”。
在实施例陈述中,依电芯的封装方法将电池分为“钢壳锂离子电芯”、“软包锂离子电芯”,“铝壳锂离子电芯”等,其中:
软包锂离子电芯:属引用名词,源于锂离子电池行业公知的对采用铝塑膜封装,且不具有内置充、放电保护电路的单体锂离子电池的简称。
钢壳锂离子电芯:属引用名词,源于锂离子电池行业公知的对采用金属钢壳体封装,且不具有内置充、放电保护电路的单体锂离子电池的简称。
铝壳锂离子电芯:属本申请为便于陈述自创的专有缩略名词,指采用金属铝壳体封装,且不具有内置充、放电保护电路的单体锂离子电池的简称。
关于电芯的正电极与负电极陈述:
在锂离子电池行业,一般对焊装在锂离子电芯卷芯阳极或阴极集流体的片状引出电极称为“极耳”,即使该极耳已引出至电芯封装体外部,甚至已转接为其它材料,但只要电极仍为片状结构,仍习惯性的称其为“极耳”,例如软包锂离子电芯的正极极耳和负极极耳;但对于钢壳或钢壳锂离子电芯,一般仅对卷芯引出的电极称为“极耳”,引出至电芯封装体外部的电极由于已非片状而称为正电极和负电极;
为便于以公知的专业概念理解,亦便于实施方法陈述,本申请中将锂离子电芯卷芯引出电极、软包锂离子电芯引出电极、钢壳锂离子电芯引出电极,铝壳锂离子电芯引出电极,全部按其电极性统称为“正电极”或“负电极”。
以下结合本说明书的附图,对本实用新型的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。
实施例1,N型5号钢壳锂离子二次电池。
参阅图1和图2,该电池100a主要包括:电芯200a和控制器400a。电芯200a呈筒状,具有电芯正电极230a和电芯负电极220a。控制器400a同轴叠设在电芯正电极230a所在端并与5号钢壳电芯200a封装为一体。
本实施例所示电芯200a为CID电芯,即带电流切断保护结构的电芯,当电芯失效时(如过热、短路、过充等),内部将产生很多气体,压力增大时,电芯内部会自动断路,而起到保护作用。
电芯200a的外壳为钢壳,电芯的内部结构不是本实用新型主要解决的技术问题所在,故省略描述。
5号钢壳电芯的正电极230a处形成电性连接正电极230a的正电极凸台,正电极凸台上套设有电芯绝缘片233a,电芯绝缘片233a的中心开设通孔,并通过该通孔与正电极凸台配合使电芯绝缘片233a以正电极凸台为中心定位,粘贴在电芯200a的外壳体上,当控制器400a焊装于电芯200a时,电芯绝缘片233a起隔离电芯正电极230a和控制器外壳的作用。本实用新型主要解决的技术问题基本围绕控制器400a部分展开,以下将通过附图进行详细阐述。
参阅图3、图4和图4a,本实施例的控制器400a主要包括电路板300a和设于电路板300a上的正电极帽320a。
电路板300a具有相对的第一表面和第二表面,正电极帽320a设置在电路板300a的第一表面,电路板300a的第二表面设置有实现控制器功能的各种电路元器件。
正电极帽320a通过贴片方式焊装于电路板的第一表面,电路板300a的第一表面设置有用以焊装正电极帽320a的电极帽焊盘310a,电路板300a上具有多个通道316a,通道316a将电极帽焊盘分隔成多个焊盘分区311a。此处的通道316a指不可用作焊接的非焊接结构。最简单的成型通道的方式是,在电路板上布设相互间隔的焊盘分区,各焊盘分区之间的间隔即构成通道316a。也可在间隔处涂刷绝缘阻焊油墨或其他绝缘材质层,而构成通道。可选地,通道的表面比焊盘分区311a表面的高度低,也可二者等高。
电极帽焊盘310a电连接电路板300a控制电路的充电输入端和放电输出端。正电极帽320a与电路板300a的电极帽焊盘310a焊接固定并建立电连接后,使正电极帽320a成为二次电池的充电输入和放电输出的正电极。
相比于传统在电极帽上设插针脚,利用插针脚插入电路板而与电路板相焊接的方法,本申请的正电极帽贴片方式,可以在电路板上腾出电路板第二表面布设插针的空间,使电路板第二表面能布设更多电路元器件,从而电路元器件能够仅布设于电路板的第二表面,真正实现电路板单面布电路元器件,大大降低了控制器的整体高度,为电芯腾出空间。
此外,电极帽焊盘设计为分区结构,相邻焊盘之间形成通道316a,因此在正电极帽以贴片的方式放置在电极帽焊盘上并通过回流焊机时,锡膏中的助焊剂挥发成的气体可以通过通道316a扩散出去。若电极帽焊盘设置为无分区的结构,无通道,则在焊盘上锡膏的助焊剂挥发时,易将正电极帽320a顶开,造成正电极帽320a歪斜。同时,相比较于整块无分区的焊盘,在电路板通过回流焊机的焊接过程中,焊盘的分区结构可以将锡膏表面的应力分散开,并通过通道316a释放应力,使每一块焊盘分区311a上熔化的锡膏的表面的应力控制在一定范围内,可有效抑制电路板与正电极帽320a通过回流焊机时正电极帽漂移的情况。若锡膏涂刷得并不均匀,焊盘上多余的锡膏可以向隔离槽排开。因此,通过焊盘分区结构,可以保证用PCB板贴片的方式贴装的正电极帽平整不歪斜。
正电极帽320a采用镀镍铁冲压成型或其他导电金属材质制造,使正电极帽320a可以采用PCB板贴片及热风回流焊工艺方法实现与电极帽焊盘310a的焊接,同时使电极帽焊盘310a可以参与对电路板300a控制电路产生的电磁辐射进行屏蔽,并将电路板300a控制电路产生的热量向控制器外部传导散热。正电极帽320a采用镀镍铁冲压成型或其他导电金属材质制造,也可以使正电极帽320a的结构强度及耐氧化条件满足作为可充电电池充电输入和放电输出正电极的结构技术条件。
可选地,通道316a数量优选为三个以上,通道316a将电极帽焊盘310a分隔成多个焊盘分区311a,各焊盘分区311a相对于一中心呈对称分布。从而正电极帽320a回流焊时,将被自动向该中心定位,避免回流焊偏位。
本实施例中,各通道316a为直通道,且由电路板300a外周向中心方向呈汇聚态分布。在设计通道316a时,可使通道汇聚的虚拟中心位于正电极帽320a中心的预设位,从而正电极帽320a在通过回流焊机时,通道316a对正电极帽320a中心具有对中效应,使正电极帽320a中心自动导向至预设位,确保正电极帽320a精准定位于电路板300a,避免回流焊偏位。
本实施例的正电极帽320a为具有内腔的空心电极帽,其包括:一端开口的筒状的帽体321a和设置在筒状帽体开口端周向的帽檐322a。帽体321a包括圆筒形帽壁和封闭在帽壁一端的帽顶,帽檐322a垂直于帽体321a的帽壁,正电极帽320a以其开口端朝向电路板300a方向倒扣于电路板300a上,并通过帽檐322a与电路板300a相焊接,当正电极帽320a焊装于电路板300a时,正电极帽320a的帽檐322a覆盖各焊盘分区311a和各通道316a。各焊盘分区311a分布成一环形区域,该环形区域的圆心与正电极帽320a的环形帽檐322a同心,从而在通过回流焊机时,各焊盘分区311a与正电极帽320a的帽檐具有对中效应,确保正电极帽320a不飘移。
当电路功能很多而无法在电路板第二表面实现单面布电路元器件时,也可以将电路元器件布设在正电极帽320a的内腔中,从而将控制器的整体高度控制在极低的范围内,为电芯腾出空间。
可选地,帽檐322a与电路板300a上的电极帽焊盘并不是等大关系。帽体321a覆盖电路板的区域为帽体覆盖区(图中318a为帽体覆盖区外轮廓),帽檐覆盖电路板的区域为帽檐覆盖区(图中317a为帽檐覆盖区外轮廓)。帽体覆盖区318a内具有焊盘空白区,各焊盘分区311a的外轮廓位于帽檐覆盖区外轮廓317a之内,即焊盘分区311a的外径小于帽檐覆盖区外轮廓317a直径,该结构可进一步抑制电路板300a与正电极帽320a通过回流焊机时正电极帽320a漂移的情况。至少一焊盘分区311a的内轮廓超出帽檐覆盖区而向内伸入帽体覆盖区,即进入帽体覆盖区外轮廓318a以内,因此在电路板300a与正电极帽320a通过回流焊机时,熔化的锡膏可以沿正电极帽320a的帽壁向上攀爬,从而增加正电极帽320a与电路板300a之间的焊接强度。
本实施例中,电路板300a呈圆形,正电极帽帽檐322a为环形帽檐,电极帽焊盘为环形焊盘,焊盘分区为扇形。故从图上看,电极帽焊盘环状结构的外径比正电极帽帽檐322a的外径小,电极帽焊盘环状结构的内径比正电极帽帽檐322a的内径小。
可选地,各相邻通道316a之间形成的圆心角相等,即各扇形焊盘分区311a的圆心角相等,使各通道316a均布于电路板上,使回流焊时锡膏中的助焊剂挥发成的气体可以通过各均布的通道316a均匀扩散出去,防止正电极帽飘移。
可选地,各焊盘分区均匀、等大的分布在电路板上,使电极帽焊盘的锡膏表面应力更均匀,防止电极帽歪斜。
定义电路板的垂直中分面为经过电路板中心并垂直于电路板的垂直面。可选地,本实施例的各焊盘分区311a以电路板的垂直中分面为对称面呈对称分布,从而有利于各焊盘分区311a表面的锡膏应力均匀分布,提高正电极帽与电路板300a的同心同轴度。
电路板300a上还开设有注胶孔301a和排气溢流孔302a,注胶孔301a和排气溢流孔302a分布在正电极帽320a的帽体覆盖区外轮廓318a以内,使正电极帽320a的内腔通过可以通过注胶孔301a填充导热胶,以提高电路板300a的散热性能。排气溢流孔302a的作用是:在导热胶灌注过程中排气,并在将电路板300a第一表面与正电极帽320a形成的腔体内注满导热胶后,向电路板300a第二表面溢流。此外,在注胶之前,正电极帽320a在回流焊时,由于温度的升高,正电极帽320a与电路板300a第一表面形成的腔体内的气体受热膨胀,此时膨胀的气体可通过注胶孔301a和排气溢流孔302a泄出,以平衡正电极帽320a与电路板300a第一表面形成的腔体内、外的气压,避免在电路板300a与正电极帽320a通过回流焊机时正电极帽320a被膨胀的气体顶歪。
参阅图3-图8,控制器400a还包括具有内腔的控制器壳体,电路板收容于控制器壳体的内腔中。
可选地,在本实施例中,控制器壳体包括控制器外壳体410a。控制器外壳体410a采用铁冲压成型后镀镍制造,也可采用其他导电金属材料制造。
控制器外壳体410a的一端具有限位挡板412a,另一端为无底式管状开口端。控制器外壳体410a包括:呈圆筒状的外侧壁411a和一体成型在外侧壁411a轴向一端的限位挡板412a。限位挡板412a中心开设通孔4112a,电路板300a第一表面的靠近外缘处设置有用以焊接限位挡板412a的外壳焊盘313a。电路板300a收容于控制器外壳体410a中,并通过对外壳焊盘313a涂刷锡膏,使电路板300a贴合并固定于控制器外壳体410a的限位挡板412a内面,并与限位挡板412a电性连接。此时正电极帽320a经限位挡板412a的通孔4112a伸出。外壳焊盘313a不仅起与控制器外壳体410a固定的作用,同时还通过锡膏焊接,在控制器外壳体410a与电路板300a之间建立电连接,使外壳焊盘313a与控制器外壳体410a一起参与对控制器400a产生的电磁辐射屏蔽。
本实施例中,外壳焊盘313a为环形焊盘,有利于增大电路板300a与控制器外壳体410a的电连接的接触面积,有利于通过大电流,提高电路板300a的散热效率。在其他实施例中,也可以是分布于电路板300a第一表面的靠近外缘处的多个焊盘。
可选地,控制器壳体还包括设于控制器外壳体410a中的控制器内壳体420a。
控制器内壳体420a采用铁冲压成型后镀镍制造,也可采用其他导电金属材料制造。
控制器内壳体420a同轴安装在控制器外壳体410a内。控制器内壳体420a包括:与控制器外壳体410a的外侧壁411a同轴的环形的内侧壁421a,电路板300a第二表面的靠近外缘处设置有将控制器内壳体420a焊接于电路板300a第二表面的内壳焊盘314a。电路板300a第一表面的外壳焊盘313a与电路板300a第二表面的内壳焊盘314a通过电路板过孔建立电连接。安装时,可在电路板300a的内壳焊盘314a上涂覆锡膏,再装入控制器内壳体420a,使控制器内壳体420a的一端抵住电路板300a的内壳焊盘314a。可采取直接加热控制器外壳体410a熔锡焊接的方式将电路板300a、控制器内壳体420a、控制器外壳体410a连接固定。
本实施例中,内壳焊盘314a为环形焊盘,在其他实施例中,也可以是分布于电路板300a第二表面的靠近外缘处的多个焊盘。
控制器内壳体420a一方面可以增加电路板300a与控制器外壳体410a之间的连接强度,另一方面,也可以增加控制器的电磁屏蔽效果,并增加电路板300a与控制器壳体的电接触面积,有利于通过大电流,提高电路板300a的散热效率。
可选地,参阅图7和图13,控制器内壳体420a还包括形成在内侧壁421a一端并向内侧壁421a中轴方向弯曲的支撑部442a,控制器内壳体420a与支撑部442a相对的另一端为无底式管状开口端。支撑部442a与控制器内壳体的内侧壁421a之间形成有圆弧倒角,该圆弧倒角处构成一过渡部4422a,过渡部4422a与外侧壁411a、电路板300a的内壳焊盘314a之间构成堆积锡膏的间隙。
当控制器内壳体420a卡装在控制器外壳体410a中时,控制器内壳体420a支撑部442a会挤压电路板300a的内壳焊盘314a上的锡膏,并将锡膏挤到控制器内壳体420a、控制器外壳体的外侧壁411a以及电路板300a之间形成的间隙中,并在该间隙中堆积锡膏,将电路板300a、控制器内壳体420a、控制器外壳体410a三者牢固焊接。
具体地,支撑部422a包括:形成在内侧壁421a一端并沿着内侧壁421a周向分布的多个限位弯脚4221a,各限位弯脚4221a相互间隔,相邻限位弯脚4221a之间形成凹槽4222a,限位弯脚4221a的远离内侧壁的一端朝内侧壁中轴方向弯曲形成弧形倒角,各限位弯脚4221a的顶部形成平贴于内壳焊盘314a的连接面。
当控制器内壳体420a卡装在控制器外壳体410a中时,各限位弯脚4221a顶部的连接面会挤压电路板300a的内壳焊盘314a上的锡膏,使锡膏进入控制器内壳体420a限位弯脚4221a的圆弧倒角外侧、控制器外壳体的外侧壁411a以及电路板300a之间形成的间隙中,此外,锡膏还会被挤压到相邻控制器内壳体焊装脚之间的凹槽4222a空隙中。因此,电路板300a、控制器内壳体420a、控制器外壳体410a三者可以牢固焊接。
此外,电路板300a的直径略小于控制器外壳体410a的内腔直径,在电路板300a外周与控制器外壳体410a的外侧壁411a之间形成板间间隙,电路板300a第一表面与控制器外壳体410a的限位挡板412a之间的多余锡膏也会被挤压到该板间间隙中,并与电路板第二表面的锡膏以及上述间隙中堆积的锡膏熔合粘结为一体,形成一个牢固的粘结团,以进一步提高电路板300a、控制器内壳体420a、控制器外壳体410a三者之间的连接强度。
在其他实施例中,上述限位弯脚4221a之间也可没有凹槽4222a,使各限位弯脚4221a相互连接而成一个固定环,即将上述支撑部422a取代为:形成在内侧壁一端并朝内侧壁的中心方向弯曲延伸的固定环,固定环的弯曲部位形成圆弧倒角,固定环通过内壳焊盘314a与电路板300a相固定,并通过固定环的圆弧倒角处与控制器外壳体410a的外侧壁411a之间形成的间隙堆积锡膏而将电路板300a、控制器内壳体420a、控制器外壳体410a三者牢固连接。
在其他实施例中,也可以采用锡丝或锡球代替锡膏,由锡丝或锡球融化后的流体状的锡焊料填充间隙或凹槽。
本实施例的控制器壳体采用控制器内壳体420a、控制器外壳体410a对电路板300a两边夹击固定的方式,将电路板300a牢牢固定,防止电池使用过程中因摔、掉等动作造成电路板塌陷。同时,由于控制器内壳体420a整体呈环形结构,其仅在电路板300a的周边其固定连接电路板的作用,并不占用电路板中间部分电路元器件的空间,确保电路板单面布电路元器件,将控制器整体高度控制在可能的最底高度范围。此外,内、外壳体的双层壳体结构也能显著提高控制器的整体抗电磁屏蔽的效果,提高电路板300a与控制器壳体的电接触面积,有利于通过大电流,提高电路板300a的散热效率。
参阅图13,控制器外壳体410a向下超出控制器内壳体420a,从而形成一圈内定位圈413a,当控制器400a固定于电芯200a时,电芯外壳伸入内定位圈413a中,内定位圈413a用于抵靠电芯200的外壳体,确保控制器400a与电芯200a同心同轴安装。
要说明的是,当控制器内壳体420a与控制器外壳体410a共同配合固定电路板300a时,电路板300a与控制器外壳体410a的限位挡板412a之间可以不焊接,而通过控制器内壳体420a与电路板300a的内壳焊盘314a之间焊接以及控制器内壳体420a与控制器外壳体410a之间的焊接而使电路板300a第一表面的外壳焊盘313a压紧限位挡板412a内面,实现电路板300a压接于控制器外壳体410a的限位挡板412a并在二者之间建立电连接。也可以直接通过控制器内壳体420a与电路板300a的内壳焊盘314a之间压接进而使电路板300a第一表面的外壳焊盘313a压紧限位挡板412a内面,实现电路板300a压接于控制器外壳体410a的限位挡板412a并在二者之间建立电连接。
参阅图3和图5-图11,电路板300a上还设置有内电极330a,内电极330a为导电金属材质。内电极330a的一端固定并电连接于电路板300a,构成内电极固定部331a,另一端为不与电路板300a连接的可活动端,可活动端为用以固定并电连接电芯的内电极电芯焊接台。内电极电芯焊接台334a是由内电极固定部331a一体延伸并弯折而形成的,折弯后的内电极电芯焊接台334a与电路板300a之间形成有布设电路元器件的容纳空间。内电极电芯焊接台内电极电芯焊接台334a经控制器内、外壳体底部的开口端外露于控制器壳体。
本实施例的内电极330a为单脚式结构,即内电极330a仅一端固定于电路板,形成单个固定端,内电极330a的另一端为不与电路板300a连接的可活动端。单脚式的内电极330a的可活动端与电路板300a之间并不连接,故可以腾出很大空间,使电路板300a第二表面能布设更多功能元器件。
在其他实施例中,如果控制器功能简单,电路元器件较少,或者电池型号原因使电路板300a直径较大时,内电极330a也可以设计成双固定脚形式,即,在内电极电芯焊接台334a的两端各设计一内电极固定部331a,使内电极电芯焊接台334a的两端都成为固定端。
具体地,本实施例的内电极电芯焊接台334a与内电极固定部331a为一体成型结构。内电极固定部331a包括可插入并焊装在电路板300a上的内电极定位脚3311a以及平贴于电路板表面的内电极电路板焊接台3312a。电路板300a上设置有供内电极定位脚3311a插入的内电极定位孔303a以及供内电极电路板焊接台3312a平贴于其上并与其相焊接的内电极焊盘312a。内电极焊盘312a环绕内电极定位孔303a的周缘,内电极固定部的内电极定位脚3311a和内电极电路板焊接台3312a共用同一内电极焊盘312a,利用内电极定位脚3311a参与熔锡焊接,降低焊接连接处的电流密度,保证内电极330a与电路板300a的焊装位置精度。
内电极焊盘312a作为焊接内电极330a的焊盘,也是电路板300a上的控制电路的电芯正电极230a接入焊盘。内电极330a与电路板300a的内电极焊盘312a焊接固定并建立电连接后,使内电极330a成为电芯200a正电极接入电路板控制电路的结构电极。
在焊装内电极330a时,其内电极定位脚3311a插入内电极定位孔303a,实现内电极330a与电路板330a的定位。另外,由于内电极定位孔303a贯穿电路板的第一表面和第二表面,且内电极定位孔303a外露于正电极帽320a和控制器壳体的限位挡板412a,从而当可充电电池组装完成后,内电极定位孔303a还可作为电芯测试孔,使用尖头表笔插入电路板的第一表面的内电极定位孔303a内,即与内电极330a接触。由此可实现跨过控制器400a直接电连接电芯200a的正电极,对电芯进行检测。
当内电极330a弯折成型后,内电极固定部331a还包括定位脚支撑部335a,内电极定位脚3311a数量为两个,分别设置在定位脚支撑部335a一端的靠近宽度方向两侧的位置并由定位脚支撑部335a一体延伸而成,内电极电路板焊接台3312a为与内电极电芯焊接台334a一体成型的焊接片,内电极电路板焊接台3312a位于在两内电极定位脚3311a之间。内电极电路板焊接台3312a设置有贯通其厚度方向的槽型通孔。焊接时,锡膏置入槽型通孔中,当采用烙铁或其他焊接工具对内电极电路板焊接台3312a进行加热时,锡膏融化并沿着槽型通孔的孔壁延伸,从而将内电极电路板焊接台3312a固定于电路板300a。同时内电极电路板焊接台3312a也增大了内电极330a与电路板300a的接触面积,利于通过大电流,提高了控制电路的散热效率。
此外,内电极330a的内电极定位脚3311a插入电路板300a的内电极定位孔303a,使内电极330a与电路板300a的xy方向定位,,内电极电路板焊接台3312a抵在电路板300a第二表面的内电极焊盘312a上,使内电极330a与电路板300aZ方向定位。同时,内电极电路板焊接台3312a也增大了内电极330a与电路板300a的接触面积,有利于通过较大电流,降低内电极330a与电路板300a连接部分的发热量。
参阅图2和图5,当控制器400a组装在电芯200a的正极端时,内电极330a的内电极电芯焊接台334a恰落于电芯的正电极230a凸台上,将二者相焊接即可在二者之间建立电连接。
内电极电芯焊接台334a还设置有电阻焊阻流槽333a,以增大内电极电芯焊接台334a与电芯正电极凸台电阻焊时通过的电流路径,从而增加焊接强度。
由于本实施例的电芯200a为钢壳电芯,其正电极230a呈凸台式结构,为方便将内电极电芯焊接台334a与电芯200a相焊接,本实施例的内电极电芯焊接台334a采用两道弯折式结构。
参阅图10和图11,该内电极电芯焊接台334a由内电极固定部331a一体延伸后经一次弯折后再反向二次弯折而成,其一次弯折形成第一接触片,二次弯折形成第二接触片,第二接触片与第一接触片相互重叠,内电极电芯焊接台334a形成在第二接触片的末端。
内电极电芯焊接台334a宽度方向两侧位置分别开设有一折弯定位槽332a,在折弯内电极电芯焊接台334a时,两折弯定位槽332a处应力集中,可以保证内电极电芯焊接台334a在折弯定位槽处折叠,从而以两折弯定位槽332a的连线为折线实现二次弯折定位,保证了内电极折叠的一致性。
本实施例的内电极330a的可活动端形状是长条形。由于本实施例的电池为5号电池,其直径相比7号电池直径大,故,电路板的直径相较而言也较大,故,可以设计较宽的内电极330a和内电极电芯焊接台334a,从而使长条形的内电极330a的可活动端的宽度可以满足与电芯正极凸台焊接的要求。使用长条形的内电极330a的可活动端可以节省物料、简化制造过程、降低工艺成本。
参阅图图8-图11,控制器壳体的内腔中填充有绝缘材质的导热胶430a。灌注导热胶时,将控制器以正电极帽朝下的方位置于真空环境下,通过电路板300a的注胶孔301a向控制器内灌注预先配制的导热胶,导热胶430a注满电路板300a第一表面与正电极帽320a形成的内腔后由排气溢流孔302a溢出至电路板300a第二表面与控制器外壳体410a形成的内腔,持续灌注至胶平面达到淹没电路板300a第二表面的电路元器件的位置后,将控制器取出,固化后的导热胶430a一方面可以对控制器内的电路元器件起保护作用,另一方面作为控制器内控制电路产生的热量传导至控制器外壳体410a和正电极帽320a的主要热传导介质,用以提高控制器的散热效率,降低控制器的内部与外部温差,提高控制器的充或放电温度控制精度,提高控制器的结构强度,实现了控制器的结构密封,提高了电池的充放电工作环境适应性及可靠性。
导热胶430a为热固型胶体,可以采取在环氧树脂中掺混双氰胺改性为单组分热固型胶体,再掺混氮化铝或氮化硼等导热粉体材料改性为导热型胶体配制实现。
在其他实施例中,导热胶430a还可采用热固型苯丙恶嗪等其它胶体,掺混氮化铝或氮化硼等其它导热粉体材料改性为导热胶。
导热胶430a的灌注工艺,还可采取在常压环境中灌注导热胶,灌注完成后放入真空烘箱内按照加热、抽除气泡、流平的工艺方法实现。
内电极电芯焊接台334a暴露在导热胶430a的外部,且内电极电芯焊接台334a的可活动端被控制器壳体底部的开口显露出来,以便于电芯200a进行电连接。导热胶430a的表面还覆盖有绝缘材质的内电极绝缘片440a,内电极电芯焊接台334a位于内电极绝缘片440a之外,内电极绝缘片440a对应内电极固定部331a处开设有避让槽。内电极绝缘片440a避免了内电极电芯焊接台334a弯折后与电路板300a上的电子元器件接触短路的情况。此外,固化后的导热胶430a也可以为内电极电芯焊接台334a提供定位,使悬空状态的内电极电芯焊接台334a在控制器轴向方向两侧各有导热胶430a和电芯200a阻挡,使其在使用状态尽可能保持相对稳定。
实施时,可先往控制器内灌注导热胶430a,此时导热胶430a呈凝胶态,表面平整,在凝胶态的胶平面上放上内电极绝缘片440a,可保证内电极绝缘片440a的平整度,再将控制器整体放入烤箱进行导热胶加热固化,固化后的导热胶430a与内电极绝缘片440a紧密黏连,与整体控制器形成一体。
内电极绝缘片440a可采用青稞纸、ABS、PC、PET等绝缘材料制造。
在其他实施例中,内电极绝缘片440a也可制造为带背胶结构,在导热胶固化后再贴装在导热胶430a上。
参阅图12,该控制器还包括套设于正电极帽320a上的电极帽绝缘片450a,电极帽绝缘片450a中心设通孔,正电极帽320a经该通孔外露于电极帽绝缘片450a之外,电极帽绝缘片450a覆盖在正电极帽320a的帽檐322a和控制器外壳体的限位挡板412a的外表面,并覆盖住电路板第一表面的用以插装连接内电极330a的内电极定位孔303a。
电极帽绝缘片450a可以采用PC、PET、ABS等绝缘材料制造,可带背胶,从而可以粘贴在正电极帽320a的帽檐322a和控制器外壳体的限位挡板412a的外表面,确保正电极帽320a与控制器壳体之间绝缘。
图4至图12为该控制器400a的装配顺序图,控制器400a组装时,先在电路板的第二表面焊装各电路元器件,然后将正电极帽320贴片焊于电路板第一表面,然后将内电极330a插入电路板300a的内电极定位脚3311a,将内电极330a一端焊接于电路板300a,之后将电路板300a从控制器外壳体410a的开口端放入控制器外壳体410a的内腔中,使电路板300a贴紧控制器外壳体410a的限位挡板412a,并通过电路板300a第一表面的外壳焊盘313a将电路板焊接于限位挡板412a,再将控制器内壳体420a装入控制器外壳体410a,使控制器内壳体420a的限位弯脚4221a抵住电路板第二表面的周缘处,加热控制器,利用电路板300a第一表面的外壳焊盘313a和第二表面的内壳焊盘314a预先涂刷的锡膏融化而将电路板300a、控制器外壳体410a和控制器内壳体420a三者固定相连,之后将控制器的开口端朝上,向控制器内腔中灌注导热胶430a,之后放上内电极绝缘片440a,再之后,将内电极330a从导热胶430a淹没处弯折,被导热胶430a淹没的部分为内电极固定脚331a,未被导热胶淹没的部分的活动端处构成内电极电芯焊接台334a,并将内电极电芯焊接台334a再一次反向弯折形成内电极330a工作时的折叠状态;之后,将电极帽绝缘片450a穿过正电极帽320a的帽体放置在控制器外壳体410a的限位挡板412a和正电极帽帽檐322a表面,并与限位挡板412a和正电极帽帽檐322a粘接连接。
参阅图1,该控制器400a组装于电芯200a时,该控制器壳体的控制器外壳体410a与电芯外表面的钢壳连接,电芯200a的钢壳为电芯200a的负电极,正电极凸台与电池控制器的内电极电芯焊接台331a连接。
本实施例的N型5号钢壳锂离子二次电池的技术效果如下:
(1)降低充放电控制器高度,提高可充电电池比能量。
通过使用PCB板贴片及热风回流焊工艺焊装固定正电极帽,以及使用内电极单端与电路板连接的方式,节省电路板的空间,从而可以使电路元器件分布在电路板的单面,从而降低了充放电控制器整体的高度,为带CID的钢壳锂离子电芯让出更大空间而提高了电芯容量,从而提高了可充电电池的体积比能量。
(2)控制器外壳体与控制器内壳体的配合提高了充放电控制器的结构强度。
通过控制器外壳体与控制器内壳体将电路板卡装在中间的方式,及控制器内壳体具有支撑部的结构,提高了控制器整体的结构强度,也提高了控制器的整体电磁屏蔽效果。
(3)简化充放电控制器结构及工艺实现降低可充电电池成本。
通过使用PCB板贴片及热风回流焊工艺安装固定正电极帽、将电子元器件设计在电路板的单面、内电极使用单端连接电路板并在后期折叠的结构和工艺设计,简化了充放电控制器的结构及制装工艺,降低了充放电控制器的物料成本及制造成本。
(4)提高二次电池充放电工作适应性及可靠性。
采取在控制器内灌注导热胶的封装方法,提高了电路板控制电路散热速率、降低了控制器内部与外部温差、提高了充放电温度控制精度、提高了控制器结构强度、实现了控制器结构密封,提高了二次电池的充放电工作环境适应性及可靠性。
(5)更易于电路板厚膜化的实现。
使用PCB板贴片及热风回流焊工艺安装固定正电极帽,将电路元器件设计在电路板的单面,更易于电路板厚膜化的实现,从而简化制造过程,降低成本。
实施例2,N型5号软包锂离子二次电池。
图14至图20为N型5号软包锂离子二次电池及其控制器的结构图。
参阅图14和图15,该电池100b包括电池外壳体110b、电芯200b和控制器400b。
本实施例的电芯200b为软包锂离子电芯,与上述实施例一样,其也呈筒状,具有电芯正电极230b和电芯负电极220b。
电池外壳体110b为一端开口,另一端封闭的筒状结构。电芯正电极230b为正电极片,电芯负电极220b为负电极片。
电芯正电极230b为具有一定长度的极耳结构,电芯负电极220b延长后,贴靠电芯外形向电芯220b正电极所在端折弯。
电池控制器同轴叠设在电芯正电极230b所在端,并通过电池外壳体110b将电芯220b与控制器400b封装为一体。
组装时,先将电芯220b以电芯负电极220b朝向电池外壳体110b的封闭端方向套入电池外壳体110b中。采用常规的电阻焊或激光焊的方法,在电池外壳体110b的开口端将电芯负电极220b与电池外壳体110b焊接固定并建立电连接,然后控制器400b的内电极330b的内电极电芯焊接台334a与电芯正电极230b搭接在一起并相焊接,最后将控制器400b的壳体与电池外壳体110b的开口端相焊接,即实现了电池封装。
本实施例中的采用软包锂离子电芯构成的二次电池配套的控制器采取的设计方法与上述实施例1的钢壳锂离子电芯构成的二次电池配套的控制器基本相同。由技术需求差异而产生的设计方法不同之处主要在于:本实施例的使用软包锂离子电芯配套的控制器400b的控制器内壳体420b与控制器外壳体410b形成外定位圈423b以便于电池外壳体110b的装配定位;内电极330b较短且只弯折一次。
以下将结合图16至图20详细阐述本实施例的控制器400b与上述第一实施例1的控制器400a的不同之处。
与上述实施例1一样,本实施例的控制器400b也包括控制器外壳体410b、控制器内壳体420b、电路板300b、正电极帽320b、内电极330b、内电极绝缘片440b以及电极帽绝缘片450b。
与上述实施例1一样,本实施例的内电极330b也包括内电极固定部331b和内电极电芯焊接台334b。内电极固定部331b的结构与上述实施例1一样,此处不再赘述。内电极电芯焊接台334b比上述实施例1更短,且只弯折一次。即内电极电芯焊接台由内电极固定部331b一体延伸后经一次弯折而成。
参阅图20,本实施例的控制器内壳体420b并不是内缩于控制器外壳体410b,而是向外伸出控制器外壳体410b,从而形成一圈外定位圈423b,当控制器400b固定于电芯200b时,外定位圈423b可伸入电池外壳体110b内并抵靠电池外壳体110b,确保控制器400b与电芯200b、电池外壳体同心同轴安装,另外,在控制器外壳体410b与电池外壳体110b焊接过程中,外定位圈423b还避免焊焰或焊渣进入电池外壳体110b内损伤锂离子电芯。
组装内电极330b时,首先将内电极330b按图17所示焊装在电路板300b上并把电路板焊装在控制器外壳体410b中,并装上控制器内壳体420b,然后按图18所示灌注导热胶440b并放上内电极绝缘片440b,然后按图19所示,将内电极330b从导热胶430b淹没处弯折,,之后,按图20所示将电极帽绝缘片450b穿过正电极帽320b的帽体放置在控制器外壳体410b的限位挡板412b和正电极帽帽檐322b表面,并与限位挡板412b和正电极帽帽檐322b粘接连接。
本实施例相比于实施例1而言,由于内电极330b较短,只弯折一次,减少了可充电电池的结构物料,简化了制造方法,降低了工艺成本。
实施例3,N型7号钢壳锂离子二次电池。
图21至图27为N型7号钢壳锂离子二次电池及其控制器的结构图。
本实施例的二次电池结构与实施例1相像,差别在于,实施例1为5号电池,本实施例为7号电池,由于7号电池的直径小于5号电池的直径,故在控制器设计上会略有差异,主要表现在:本实施例7号钢壳锂离子二次电配套的控制器400c的内电极330c可活动端为圆形,电极帽焊盘310c形状不同。
参阅图21,该电池100c包括:电芯200c和控制器400c。
本实施例的电芯200c为钢壳锂离子电芯,与上述实施例1一样,其也呈筒状,具有电芯正电极230c和电芯负电极220c。控制器400c设置在电芯正电极230c所在端。
参阅图22,与上述实施例1一样,本实施例的控制器400c也包括控制器外壳体410c、控制器内壳体420c、电路板300c、正电极帽320c、内电极330c、内电极绝缘片440c以及电极帽绝缘片450c。
参阅图23和图24,由于本实施例的7号电池的直径更小,故控制器400c的直径也更小,相应地电路板300c的直径也更小,电路板300c上的一些起导通电路板第一表面和第二表面的过孔的直径也较小,为了避免在回流焊前涂刷锡膏的工艺过程中,孔被锡膏堵住,因此设计焊盘时最好使焊盘尽可能避开孔。
本实施例的电极帽焊盘310c也被各通道316c分成了多个焊盘分区311c,各焊盘分区311c为非对称式结构,在各过孔处,各焊盘分区311c相应设计了避让结构,各焊盘分区311c在靠近注胶孔301和排气溢流孔302c处也设计了避让结构,使得各焊盘分区311c整体上呈现不规则结构。
但由于本实施例的电极帽焊盘310c也被多个通道316c隔成分区式结构,故,在正电极帽以贴片的方式放置在电极帽焊盘上并通过回流焊机时,锡膏中的助焊剂挥发成的气体可以通过通道316c扩散出去,焊盘的分区结构可以将锡膏表面的应力分散开,并通过通道316c释放应力,使每一块焊盘分区311c上熔化的锡膏的表面的应力控制在一定范围内,可有效抑制电路板300c与正电极帽320c通过回流焊机时正电极帽漂移的情况,保证用PCB板贴片的方式贴装的正电极帽平整不歪斜。
参阅图25至图27,其为本实施例的内电极330c的组装顺序图,本实施例的内电极330c与实施例1中的内电极330a类似,都是两道折弯结构,差别在于:本实施例的内电极电芯焊接台334c的可活动端为圆形,且内电极固定部331c的内电极电路板焊接台3312c形状也不同。
本实施例的内电极330c也包括内电极固定部331c和内电极电芯焊接台334c。内电极电芯焊接台334c为两道弯折结构,以方便与凸台形的钢壳电芯正电极230c相连。内电极电芯焊接台334c的可活动端为圆形,目的在于增大内电极电芯焊接台334c可活动端的面积,进而方便与电芯200c的正电极凸台焊接,提高内电极电芯焊接台334c可活动端与电芯200c的正电极凸台的接触面积。
内电极固定部331c包括:两内电极定位脚3311c和位于两内电极定位脚3311c之间的平行于电路板300c的内电极电路板焊接台3312c。该内电极电路板焊接台3312c折弯呈L形,该内电极电路板焊接台3312c的末端呈丫杈状,内电极电路板焊接台3312c的边缘开设有开口槽3313c,该开口槽3313c的两侧形成两导电凸缘,两导电凸缘的长度不同。内电极定位脚3311c与上述实施例1和实施例2都相同,此处不再赘述。
电路板300c上设置有焊装内电极330c的内电极焊盘312c,内电极焊盘312c内设置有内电极定位孔303C。内电极330c的内电极定位脚3311c插设在内电极定位孔303C中,并与内电极焊盘312c通过焊料固定并建立电连接,内电极电路板焊接台3312c平贴于内电极焊盘312c并通过焊料与内电极焊盘312c固定并建立电连接。焊接时,由于内电极电路板焊接台3312c呈丫杈状,焊料会沿着开口槽3313c及两导电凸缘周边延伸,增强了内电极330c与电路板300c之间的连接强度,同时内电极电路板焊接台3312c也增大了内电极330c与电路板300c的接触面积,利于通过大电流,提高了控制电路的散热效率。
此外,本实施例的电路板300c第二表面用以焊接控制器内壳体420C的内壳焊盘314c为多个,且为不规则结构,分别间隔布设在电路板300c周向的边缘处,使得电路板第二表面可以腾出更多空间布设电路元器件,实现在更小直径的电路板上实现单面布设电路元器件,降低控制器轴向总高。
实施例4,N型7号软包锂离子二次电池。
图28至图31为N型7号软包锂离子二次电池及其控制器的结构图。
参阅图28,该电池100d包括:电芯200d和控制器400d。
本实施例的电芯200d为软包锂离子电芯,与上述实施例2一样,其也呈筒状,具有电芯正电极230d和电芯负电极。控制器400d设置在电芯正电极230d所在端。
本实施例的二次电池结构与实施例2相像,差别在于,实施例2为5号电池,本实施例为7号电池,由于7号电池的直径小于5号电池的直径,故在控制器设计上会略有差异,主要表现在:本实施例7号软包锂离子二次电池配套的控制器400d的内电极330d可活动端为圆形。
本实施例的内电极330d也包括:内电极固定部331d和内电极电芯焊接台334d。内电极固定部331b的结构与上述实施例1一样,此处不再赘述。内电极电芯焊接台334b比上述实施例1更短,且只弯折一次,便于与软包锂离子电芯的长条状的电芯正电极230d进行搭接焊接。且内电极330d可活动端为圆形,增大了与电芯正电极230d的接触面积,利于焊接和在二者之间通过大电流。
本实施例的内电极330d的内电极固定部331d结构与上述实施例3的内电极固定部331c结构相同,即,也包括两内电极定位脚和位于两内电极定位脚之间的内电极电路板焊接台,内电极电路板焊接台也呈丫杈状,内电极电路板焊接台的具体结构和技术效果已经在上述实施例3中作了详细说明,此处不再赘述。
实施例5,P型5号铝壳锂离子二次电池。
图32至图35为P型5号铝壳锂离子二次电池及其控制器的结构图。
该电池100e也包括:电芯200e和控制器400e两部分。
本实施例的电芯200e为铝壳锂离子电芯,即电芯采用金属铝壳体封装,其外形与钢壳锂离子电芯的外形相似,也呈圆筒状,具有电芯正电极230e和电芯负电极。电芯200e的铝壳为电芯正电极。电芯200e的一端具有负电极凸台,电芯200e的负电极凸台与电池控制器的内电极电芯焊接台连接。
本实施例与上述实施例1-4的最大区别在于,本实施例的控制器400e设置在电芯负电极所在端,相应地,控制器400e内电路板第一表面的正电极帽替换成直径更大的负电极帽320e,电池组装完成后,负电极帽320e裸露于电池100e的一端,内电极的内电极电芯焊接台接触并电连接电芯的负电极凸台,控制器壳体与电芯铝壳连接,与负电极帽320e相对的电池100e另一端为电芯的凸台式的正电极帽230e。
具体地,参阅图33至图35,本实施例的控制器400e包括:控制器外壳体410e、控制器内壳体420e、电路板300e、负电极帽320e、内电极330e、内电极绝缘片440e以及电极帽绝缘片450e。
控制器外壳体410e、控制器内壳体420e、内电极330e、内电极绝缘片440e以及电极帽绝缘片450e均与上述实施例1相同,此处不再赘述。
本实施例的负电极帽320e也为具有内腔的空心电极帽,包括:一端开口的筒状的帽体321e和设置在筒状帽体开口端周向的一圈环形的帽檐322e。帽体321e包括圆筒形帽壁和封闭在帽壁一端的帽顶,帽檐322e垂直于帽体321e的帽壁,负电极帽320e以其开口端朝向电路板300e方向倒扣于电路板300e上,并通过帽檐322e与电路板300e相焊接。相比于正电极帽320a,负电极帽320e的帽体的直径更大,帽檐322e的径向尺寸更小。
电路板300e上用以焊装负电极帽320e的电极帽焊盘310e,该电路板300e上也设置有多条通道316e,各通道316e将电极帽焊盘310e分隔成多个焊盘分区311e。
可选地,焊盘分区311e为三个以上,本实施例为8个。各焊盘分区311e围成一个环形区域,负电极帽320e焊装于电路板300e时,负电极帽320e的帽檐322e覆盖各通道316e和各焊盘分区311e。从而在负电极帽320e以贴片的方式放置在电极帽焊盘310e上并通过回流焊机时,锡膏中的助焊剂挥发成的气体可以通过通道316e扩散出去,并将锡膏表面的应力分散开,并通过通道316e释放应力,使每一块焊盘分区311e上熔化的锡膏的表面的应力控制在一定范围内,可有效抑制电路板300e与正电极帽320e通过回流焊机时正电极帽漂移的情况,保证用PCB板贴片的方式贴装的正电极帽平整不歪斜。
各焊盘分区311e围成的环形区域的圆心与负电极帽320e的帽檐322e同心,从而在通过回流焊机时,各焊盘分区311e与负电极帽320e的帽檐具有对中效应,确保负电极帽320e不飘移。
本实施例中控制器400e与电芯200e封装成一体时,控制器400e的内电极330e与电芯负电极接触并建立电连接,此时,相比上述实施例1-4,其控制电路会有相应改变。在其他实施例中,也可将控制器400e封装在电芯负电极端,但控制器400e的内电极330e与电芯负电极之间设有绝缘,控制器400e的内电极330e通过导线或导电片连接至电芯正电极230e,此时控制器400e的控制电路可采用上述实施例1-4的控制器电路。
实施例6,P型5号软包锂离子二次电池。
图36至图37为P型5号软包锂离子二次电池的控制器的结构图。
与上述实施例5的P型5号铝壳锂离子二次电池一样,本实施例的二次电池的控制器也封装在电芯的负电极端。
与上述实施例5不同的是,本实施例的电芯是软包电芯电芯的一端部设置的正电极为正电极片,正电极片从一端向电芯的另一端延伸,电芯套入至一电池外壳体内,正电极片与电池外壳焊接连接,控制器外壳体与电池外壳体连接,电芯的另一端设置的负电极为负电极片,负电极片与控制器400f的内电极电芯焊接台连接。
本实施例的控制器400f也包括:控制器外壳体410f、控制器内壳体420f、电路板300f、负电极帽320f、内电极330f、内电极绝缘片440f以及电极帽绝缘片450f。
与上述实施例5不同的是,本实施例的控制器的内电极330f为适用于软包电芯的短结构,其内电极电芯焊接台334f经一次弯折而成,从而与软包电芯的长极耳式电芯负电极相匹配搭接而建立电连接。
实施例7,N型5号钢壳锂离子二次电池(正电极帽实心)。
图38至图41为本实施例N型5号钢壳锂离子二次电池的控制器的结构图。
本实施例的二次电池100g与上述实施例1的二次电池100a较相像,本实施例的控制器400g也封装在电芯200g的正电极端,控制器400g与电芯200g之间设置有电芯绝缘片233g。
本实施例的二次电池100g与上述实施例1的二次电池100a差别在于:本实施例的控制器400g上的正电极帽323g是实心结构,相应地电路板300g上用以焊装实心的正电极帽323g的焊盘形状也略有差异,其他结构,如:控制器内壳体420g、控制器外壳体410g、内电极330g、内电极绝缘片440g以及电极帽绝缘片450g均与上述实施例1相同,故对于相同的结构本实施例省略描述。
正电极帽323g为实心圆片或实心圆柱,电路板300g的第一表面设置有用以焊装正电极帽323g的电极帽焊盘310g,电极帽焊盘310g位于电路板被实心电极帽323g覆盖的区域。电路板300g的第一表面设置有多条通道316g,各通道316g将电极帽焊盘310g分成多个焊盘分区311g。通道316g的作用与上述实施例1中的通道作用一样,用于防止正电极帽323g在回流焊时发生飘移。
本实施例中,各通道316g为直通道,且由电路板300g外周向中心方向呈汇聚态分布。各通道316g交汇于圆形的电路板300g的中心,且通道316g的延伸方向与电路板300g的半径方向一致。从而使通道316g对正电极帽323g形成自动对中效应,将电极帽323g自动对中于电路板300g的中心。
本实施例的各通道316g汇聚于中心,使得各焊盘分区311g呈扇形结构在其他实施例中,也可将通道316g设计成中心交汇式结构,如像实施例1中的通道316g仅呈汇聚态分布但不交汇于一中心,此时各焊盘分区311g分布成一个环形区域,该结构在回流焊时同样能对正电极帽323g起对中效应,确保正电极帽与电路板300g同心同轴焊装。
可选地,各焊盘分区311g相对于电路板中心呈中心对称结构,从而使电路板300g上的焊接应力分布更均匀,确保电路板焊接的平整度。
由于本实施例的实心正电极帽323g的实心底面可作为焊接电路板300g的焊接面,故实心正电极帽323g去掉了帽檐结构,其径向尺寸更小,减小了正电极帽323g占电路板300g第一表面的面积,从而可腾出第一表面的空间,用以布设其他功能电路元器件。此外,实心正电极帽323g的制造工艺简单,只需一道冲压工序,即可成型,节省了制造成本。
实施例8,P型7号铝壳锂离子二次电池(负电极帽实心)。
参阅图42至图44,本实施例的二次电池与上述实施例7的二次电池较相近,差别在于,实施例7为5号电池,本实施例为7号电池,尺寸更小;此外,本实施例的控制器400h安装在电芯200h的负电极所在端,控制器400h上的电极帽被替换成实心负电极帽323h,当控制器400n与电芯200h焊装为一体时,其负电极帽323h暴露在电池的外部,与电芯200h正极的正电极帽320h相对,正电极帽320h作为电池100h的充电输入和放电输出端,负电极帽323h作为电池100h的充电输入和放电输出端。
电芯200h的外壳为铝壳,电芯200h的铝壳为电芯的正电极,控制器壳体与铝壳连接,电芯200h的一端具有负电极凸台,电芯200h的负电极与负电极凸台连接,负电极凸台与电池控制器400h的内电极电芯焊接台连接。
本实施例的负电极帽323h为实心结构,可根据需要设计负电极帽323h的径向尺寸和轴向高度,使之呈实心圆片或实心圆柱状。电路板300h上设置有用以焊装实心负电极帽323h的电极帽焊盘310h,与上述实施例7不同,本实施例的电极帽焊盘310h为非对称结构,各焊盘分区311h在对应电路上的各过孔位置设置有避让结构,本实施例的通道316h与上述实施例7相同,其技术效果也参照上述实施例7,此处不再赘述。
实施例9,P型7号铝壳锂离子可充电电池。
本实施例的可充电电池为P型电池,即控制器400j安装在电芯的负电极所在端。与上述实施例6和实施例8一样,控制器上的电极帽为负电极帽320j,相较于正电极帽,负电极帽320j的径向尺寸更大。
本实施例的控制器400j包括:电路板300j、负电极帽320j、内电极330j、控制器外壳体410j以及控制器盖板460j。
电路板300j的第一表面和第二表面均布设有电路元器件,电路板第一表面的电路元器件布设在电路板300j第一表面的中央区域。电路板300j的第一表面还设置两电极帽插孔319j。电极帽插孔319j贯通电路板300j的第一表面和第二表面,且电路板300j对应电极帽插孔319j的周向设置有电极帽焊盘323j。
负电极帽320j包括帽体320j和设于帽体320j上的两电极帽固定脚3211j。帽体320j为一端开口,另一端封闭并具有内腔的中空筒状结构。当负电极帽320j安装于电路板300j时,两电极帽固定脚3211j分别插入电路板300j第一表面的电极帽插孔319j,并通过电路板300j第二表面的电极帽焊盘323j将电极帽固定脚3211j固定于电路板。当负电极帽320j固定于电路板300j时,电路板300j第一表面的电路元器件恰位于负电极帽320j的内腔中,从而当电路板第二表面难以布设元器件时,可以布设于电路板第一表面并藏入负电极帽320j的内腔中。这种双面布元器件方式相比单面布元器件,一样不会增加控制器的总高,利于为电芯腾出设计高度,增大电池容量。
内电极330j也为单脚结构,内电极330j为导电金属材质,通过一体冲压折弯制成。内电极330j的一端固定并电连接于电路板300j,构成内电极固定部331j,内电极330j还包括相对于内电极固定部331j弯折而形成的用以电连接电芯的内电极电芯焊接台334j,折弯后的内电极电芯焊接台334j与电路板300j之间形成有布设电路元器件的容纳空间(如图50所示)。
内电极电芯焊接台334j与内电极固定部331j为一体成型结构。内电极固定部331j包括可插入并焊装在电路板300j上的内电极定位脚3311j以及平贴于电路板表面的内电极电路板焊接台3312j。电路板300j上设置有供内电极定位脚3311j插入的内电极定位孔303j以及供内电极电路板焊接台3312j平贴于其上并与其相焊接的内电极焊盘312j。内电极焊盘312j覆盖内电极定位孔303j的周缘,使内电极固定部的内电极定位脚3311j和内电极电路板焊接台3312j共用同一内电极焊盘312j。
内电极固定部331j还包括:与内电极定位脚3311j以及内电极电路板焊接台3312j相连的内电极电路板焊接台一体连接的定位脚支撑部。定位脚支撑部呈L形,包括平行于电路板300j的第一支撑部3313j和垂直于电路板的第二支撑部3314j,内电极定位脚3311j与第一支撑部3313j相连,内电极电芯焊接台334j与第二支撑部3314j相连。
内电极电芯焊接台334j为两级弯折结构,其末端为圆形。
控制器壳体为单壳体结构,即仅只有控制器外壳体410j。控制器外壳体410j包括:呈圆筒状的侧壁411j和一体成型在侧壁411j轴向一端的底壁412j。控制器外壳体410j正对底壁412j的另一端为无顶式的开口端,底壁412j中心开设通孔4121j。侧壁411j内面设置有凸台4111j。本实施例中凸台4111j为环形结构,在其他实施例中,凸台4111j也可以是多个沿周向分布于侧壁411j内面的凸起结构。
当焊装有负电极帽320j、电路元器件及内电极334j的电路板300j装入控制器外壳体410j时,电路板300j的边缘架设在控制器外壳体410j的凸台4111j上,并通过电路板300j第二表面边缘的多个外壳焊盘313j与凸台4111j焊接连接。此时,负电极帽320j经控制器的开口端暴露在控制器外壳体410j外部,内电极电芯焊接台334j通过通孔4121j暴露在控制器外壳体410j的外部,内电极电芯焊接台334j边缘与通孔4121j边缘之间具有间隙,以防止内电极334j与控制器外壳体410j发生短路。
控制器盖板460j呈环状,其覆盖在电路板300j的第一表面,以保护电路板300j表面的过孔焊盘等,负电极帽320j经控制器盖板460j中心的通孔外露。
本实施例的控制器结构也可以应用于N型电池中,此时,负电极帽320j应替换成正电极帽。
以上各实施例的各结构特征可以相互交叉应用于不同型号、类型的电池上,不限定于上述实例中固定组合结构。
虽然已参照几个典型实施例描述了本公开,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质,所以应当理解,上述实施例不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。