具有電源電壓控制電路的智能電池以及用于制造該電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能電池，其具有用于控制電源電壓的電路。
[0002]本發(fā)明還涉及用于制造智能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在智能電池設(shè)計(jì)中，將電子電源電壓控制電路集成在電池結(jié)構(gòu)中。該電路可包括壽命終止檢測(cè)器(E0L)，振蕩器級(jí)，功率控制單元或通信接口。電路還包括在外部正端子和內(nèi)部正端子之間的DC-DC轉(zhuǎn)換器。持續(xù)地或當(dāng)電源電壓接近或等于電池壽命終止閾值(E0L)時(shí)向DC-DC轉(zhuǎn)換器供電。這可以是升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器。這可在提供高于最小極限的充足電源電壓的同時(shí)延長(zhǎng)電池壽命。電池還可以是可充電類(lèi)型的。
[0004]如上所述，可參考美國(guó)專(zhuān)利6，298，250B1，其公開(kāi)了包括控制器電路的這種類(lèi)型的智能電池或電芯?？刂齐娐愤B接到電芯或電池電源端子?？刂齐娐肥沟每梢匝娱L(zhǎng)電池壽命。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，控制器電路包括由振蕩器提供時(shí)鐘的DC-DC轉(zhuǎn)換器以便將電池或電芯電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其可高于截止電壓或電池壽命終止電壓。一旦電池電壓達(dá)到電池壽命終止電壓閾值就可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器以便延長(zhǎng)電池壽命。
[0005]根據(jù)US 6，198，250B1的圖5B，在中心位置將控制器電路連接到形成電池的負(fù)端子的電池后蓋，以及連接到定義負(fù)電極的一種電化學(xué)物質(zhì)。該控制電路通過(guò)輸入端子連接到一種借助于電連接翼片限定內(nèi)部正電極的電化學(xué)物質(zhì)。該控制電路通過(guò)輸出端子連接到借助于另一電連接翼片限定外部正電池端子的壁。還必須在控制器電路和電化學(xué)物質(zhì)之間提供絕緣體?？刂齐娐凡贾迷陔姵亟Y(jié)構(gòu)中占據(jù)相對(duì)大的空間，這構(gòu)成缺點(diǎn)?？刂齐娐返倪@種布置不易使其布置在更小尺寸的電池中，也就是說(shuō)在尺寸比AAA電池更小的電池中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是提供智能電池，其具有含電子電源電壓控制電路的電子模塊并且能夠適用于具有小尺寸傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電池。
[0007]為了這個(gè)目的，本發(fā)明涉及具有含電子電源電壓控制電路的電子模塊的智能電池，其包括在獨(dú)立權(quán)利要求1中提到的特征。
[0008]智能電池的【具體實(shí)施方式】在從屬權(quán)利要求2到24中限定。
[0009]智能電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于所有電子器件可集成在小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)電池結(jié)構(gòu)中的事實(shí)。攜帶有該電路的印刷電路板僅在第一面上具有導(dǎo)電通路，第二絕緣面能夠緊固到一種或其它化學(xué)物質(zhì)。
[0010]有利地，在印刷電路板的第一面上通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電通路從輸出端子連接到一個(gè)或多個(gè)第一電連接墊連接電路。優(yōu)選將(多個(gè))第一連接墊直接連接到杯以作為外部正電池端子。還借助于一個(gè)或多個(gè)第二和第三連接墊通過(guò)導(dǎo)電通路將電路連接到兩種化學(xué)物質(zhì)。優(yōu)選將第二連接墊置于固定到絕緣支架的支架跟部的翼片上，并且第三連接墊置于折疊180°的翼片并且連接到第二化學(xué)物質(zhì)的其它翼片上。第二連接墊接觸連接到第一化學(xué)物質(zhì)的蓋的內(nèi)壁。
[0011]為了這個(gè)目的，因此本發(fā)明涉及用于制造智能電池的方法，其包括在獨(dú)立權(quán)利要求25中限定的特征。
[0012]制造方法的特別步驟在從屬權(quán)利要求26到30中限定。
【附圖說(shuō)明】
[0013]具有含電子電源電壓控制電路的電子模塊的智能電池的目的，優(yōu)點(diǎn)和特征以及用于制造智能電池的方法將基于在由附圖示出的至少一個(gè)非限制性實(shí)施例的下列描述中變得更清楚，在附圖中:
[0014]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有電子電源電壓控制電路的智能電池的器件的簡(jiǎn)化視圖。
[0015]圖2a和圖2b示出根據(jù)一旦組裝或在分解視圖中的本發(fā)明的智能電池的直徑截面圖。
[0016]圖3a和圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的智能電池的三維，分解，頂視和底視視圖，以及
[0017]圖4a和圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的智能電池的電子模塊的三維，頂視和底視視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在下列描述中，在該技術(shù)領(lǐng)域中已被本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的全部智能電池集成部件將僅以簡(jiǎn)化方式描述。
[0019]圖1示出智能電池1的部件的簡(jiǎn)化圖。該電池可采取如下解釋的鈕扣電芯或電池的形式，以便放置在諸如表的電子儀器的電池外殼中。以鈕扣電池形式的該智能電池用于對(duì)電子儀器的電子元件供電。
[0020]智能電池1包括至少一個(gè)電子電源電壓控制電路8。電路通過(guò)其連接墊18中的一個(gè)連接到電池的內(nèi)部正端子5并且對(duì)于操作同樣連接到電池的內(nèi)部負(fù)端子4，該內(nèi)部正端子5被定義為陰極5，該內(nèi)部負(fù)端子4被定義為陽(yáng)極。可將內(nèi)部負(fù)電池端子4直接連接到外部負(fù)端子2，而可將電路8的輸出直接連接到外部正端子3。電子儀器的電力電源由電池結(jié)構(gòu)的兩個(gè)外部端子2和3提供。
[0021]電池陰極5和陽(yáng)極4由通過(guò)間隔物的插入而互相連接的兩種化學(xué)物質(zhì)形成。這兩種化學(xué)物質(zhì)在電解質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以便產(chǎn)生通過(guò)陰極5和陽(yáng)極4傳遞的電能。這些化學(xué)物質(zhì)可由定義陽(yáng)極4的鋰(Li)以及定義陰極5的氧化錳(Mn02)形成。
[0022]電路8在陰極5和外部正端子3之間可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，連接到轉(zhuǎn)換器的處理或控制單元，以及用于控制DC-DC轉(zhuǎn)換器以及處理單元的振蕩器。為了節(jié)省電池電力，DC-DC轉(zhuǎn)換器可有利地為降壓轉(zhuǎn)換器，即電壓步降轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可連續(xù)地運(yùn)行直到由電池提供的電壓達(dá)到電池壽命終止閾值(E0L)。在那種情況下，作出通過(guò)處理器單元控制的在外部正端子3和陰極5之間的直接連接。
[0023]根據(jù)存儲(chǔ)在處理單元存儲(chǔ)器中的程序，可將電路8的DC-DC轉(zhuǎn)換器配置為行為類(lèi)似電壓步升或電壓步降轉(zhuǎn)換器。還可考慮電池充電或放電模式配置DC-DC轉(zhuǎn)換器。例如在電池充電的情況下，可將DC-DC轉(zhuǎn)換器最好配置為升壓器。
[0024]由于電路8必須置于諸如鈕扣電池的小尺寸電池1中，必然存在減少數(shù)量的電子器件。電池結(jié)構(gòu)的尺寸可能近似直徑20_以及厚度3.2_。將所有電子器件集成在單個(gè)集成電路中可能是有利的。在那種情況下，有必要使用具有集成MEMS諧振器的振蕩器或完全集成的RC振蕩器。
[0025]現(xiàn)在將參考圖2a，2b，3a，3b，4a和4b描述智能電池1的結(jié)構(gòu)。該電池1主要包括第一化學(xué)物質(zhì)4和第二化學(xué)物質(zhì)5，其借助于間隔物6裝置以及包括電子電源電壓控制電路8的電子模塊7，8，9互相連接。電路電連接到第一和第二化學(xué)物質(zhì)。
[0026]第一化學(xué)物質(zhì)定義陽(yáng)極4，而第二化學(xué)物質(zhì)定義陰極5。第一和第二化學(xué)物質(zhì)在傳統(tǒng)電解質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。這使得可能生成在陰極5和陽(yáng)極4之間供應(yīng)的電能，該陰極5為內(nèi)部正電池端子，該陽(yáng)極4為內(nèi)部負(fù)電池端子。有利地，第一化學(xué)物質(zhì)4為鋰(Li)，而第二化學(xué)物質(zhì)5為氧化錳(Mn02)。
[0027]智能電池1進(jìn)一步包括含有所有電池部件的殼2，3。該殼由杯3和蓋2形成，假設(shè)蓋為電池的外部負(fù)端子而杯是外部正端子，杯和蓋兩者均由導(dǎo)電材料制成。蓋2可以具有可以是平坦的上部的一般圓柱形形狀，以及在外周安裝邊緣13中終止的圓柱形側(cè)壁。杯3包括基座和邊緣部分14，該邊緣部分允許其以絕緣方式，特別通過(guò)卷曲操作而固定到蓋。
[0028]—旦從杯3的基座組裝內(nèi)部電池部分，就將蓋2安裝在杯3上。將蓋2的具有外周邊緣13的側(cè)壁插入杯3的邊緣部分14的開(kāi)口內(nèi)。在蓋2的上部分的下表面和杯3的底部之間保持按壓內(nèi)部電池部分。隨后，通過(guò)卷曲操作，例如隨著圖2a中以黑色示出的密封墊片的插入，朝向蓋壁的外表面的外周邊緣13折疊邊緣部分14。密封墊片確保蓋2與杯3電絕緣并且密封完成的電池。
[0029]定義電池陽(yáng)極的第一化學(xué)物質(zhì)4，與蓋2的上部分的內(nèi)表面進(jìn)行直接接觸，蓋2還形成外部負(fù)電池端子2。然而，定義電池陰極的第二化學(xué)物質(zhì)5連接到如下解釋的電路8。第二化學(xué)物質(zhì)到電路8的輸入端子的連接形成智能電池1的內(nèi)部正端子。
[0030]攜帶有電路8的電子模塊安裝在第二化學(xué)物質(zhì)5的一個(gè)面上。該電子模塊包括在其一個(gè)面上安裝有并且至少連接電路8的印刷電路板7，該電路8在封裝材料9中封裝。印刷電路板7優(yōu)選只有具有導(dǎo)電通路26，27，28的一個(gè)層和導(dǎo)電通路的層上的絕緣層的一個(gè)第一面。印刷電路板7的第二絕緣面固定到第二化學(xué)物質(zhì)5或與第二化學(xué)物質(zhì)5接觸。優(yōu)選將電路8置于印刷電路板7上的中心位置。
[0031]電路8通過(guò)在印刷電路板7的第一面上的至少一個(gè)第一導(dǎo)電通路26連接到至少一個(gè)第一電連接墊23。第一導(dǎo)電通路26連接到電路8的至少一個(gè)輸出端子。優(yōu)選地，可提供至少三個(gè)第一電連接墊23，其均勻地間隔并且描述圓的部分。該三個(gè)第一連接墊23優(yōu)選相同并且置于印刷電路板7的中心和外周之間的中間。因