电池模块和听力设备
阅读说明：本技术 电池模块和听力设备 (Battery module and hearing device ) 是由 N.B.纳兰帕纳韦 H.G.亚普 A.加纳帕蒂 R.S.R.塔萨帕拉 G.H.勒 于 2021-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于听力设备(1)的电池模块(8),其具有：-二次电池(10),-两个接触元件(28、30),用于在两个不同的电势面(16、32)上接触二次电池(10),-保险装置(14),其布置为与对应于正电势的接触元件(28)间隔很小的距离,-铜套(36),其包围二次电池(10),-铁氧体套(42),其布置在铜套(36)的外侧,-感应线圈(12),其布置在铁氧体套(42)的外侧并且设定用于感应式地接收能量,-谐振电容器(18),其在与感应线圈(12)相隔很小的距离中与感应线圈耦连,和-热敏电阻(26),用于监视电池温度,其中,热敏电阻(26)相对于二次电池(10)电绝缘地布置,但利用很小的热阻与二次电池以热传输技术耦连。(The invention relates to a battery module (8) for a hearing device (1), having: -a secondary battery (10), -two contact elements (28, 30) for contacting the secondary battery (10) on two different potential planes (16, 32), -a safety device (14) arranged at a small distance from the contact elements (28) corresponding to a positive potential, -a copper sleeve (36) surrounding the secondary battery (10), -a ferrite sleeve (42) arranged outside the copper sleeve (36), -an induction coil (12) arranged outside the ferrite sleeve (42) and set up for inductively receiving energy, -a resonant capacitor (18) coupled to the induction coil (12) at a small distance from the induction coil, and-a thermistor (26) for monitoring the battery temperature, wherein the thermistor (26) is arranged electrically insulated with respect to the secondary battery (10), but is coupled with the secondary battery in a heat transfer technique using little thermal resistance.)
技术领域
本发明涉及一种用于听力设备的电池模块。此外，本发明还涉及一种具有这种电池模块的听力设备、尤其听力辅助设备、优选ITE听力辅助设备。
背景技术
听力设备通常用于将声音信号输出至听力设备的佩戴者的听觉。该输出在此借助输出转换器进行，大多以声学方式通过空气载声借助扬声器(也被称为“听筒”或“接收器”)进行。通常，这种听力设备在此用作所谓的听力辅助设备(也简称为：助听器)，其用于照顾具有听力障碍的人。为此，听力设备通常包括声学的输入转换器(尤其是麦克风)和信号处理器，信号处理器设定用于，在使用至少一个通常特定于用户地存储的信号处理算法的情况下处理由输入转换器从环境声音产生的输入信号(也称为：麦克风信号)，从而至少部分补偿听力设备的佩戴者的听力障碍。尤其在听力辅助设备的情况下，输出转换器除了扬声器以外还可以备选地是所谓的骨传导听筒或人工耳蜗植入物，其设定用于将声音信号机械或电气地输入到佩戴者的听觉中。术语听力设备附加地尤其也包括诸如所谓的耳鸣掩蔽器(德语：Tinnitus-Masker)、头戴式耳机、头戴式听筒等的设备。
当前，越来越多的可再充电的能量存储器(尤其形式为被称为“蓄电池”的二次电池)用于给听力设备的电子部件供能。在此原则上可想到的是，通过相同规格的二次电池替代常规的电池规格。然而，因为二次电池大多输出不同的电压值，所以通常需要转换器电子设备来将电压转换为电子部件所需的电压值，从而简单的更换大多是不可能的。此外，也应该可以在没有将二次电池从相应的听力设备取出的情况下对二次电池进行再充电，以便提高使用便利性。因为听力设备、尤其听力辅助设备通常佩戴在身体上，并且因此暴露于体液、尤其是汗水，所以此外无线充电是期望的。因为由此可以特别密封地设计听力设备的壳体。
通常借助感应的充电线圈进行无线充电，所述充电线圈在充电运行中与布置在充电装置中的发送线圈无线地、具体地感应式地耦合。然而在此，必要时除了前述的转换器电子设备以外(如果电子部件在其运行电压值方面不匹配于二次电池的输出电压)，还需要用于控制(电池侧的)充电过程的充电电子设备。充电电子设备通常和二次电池一起组合为“电池模块”。
为了感应式的充电而需要充电线圈相对于发送线圈的比较精确的布置。此外，两个线圈也必须相互以比较小的距离(通常在大约3毫米的范围内)布置。否则，在能量传输中的可能的能量产出会受到损害，这会导致较长的充电周期或甚至导致对次级线圈的不充分的充电，或在最坏情况下无法对次级线圈进行充电。刚好在佩戴在耳朵中的听力设备中(尤其在所谓的“耳内式听力辅助设备”中，也被简称为“IdO”或ITE，即英语“in the ear”)，例如由于通常个性化匹配的壳体，这种精确的或彼此接近的布置大多是不可能的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，改进一种无线的充电。
根据本发明，该技术问题通过具有权利要求1的特征的电池模块解决。此外，根据本发明，该技术问题通过具有权利要求13的特征的听力设备解决。在从属权利要求和随后的描述中说明本发明的有利的和部分有创造性的实施方式和改进方案。
根据本发明的电池模块设定和设置用于使用在听力设备、尤其听力辅助设备(简称为：助听器)、优选ITE听力辅助设备(即要佩戴在耳朵中的听力辅助设备，简称为“ITE”)中。
根据本发明的电池模块具有二次电池(也被称为“蓄电池”可再充电的电池)和用于在两个不同的电势面上接触二次电池的两个接触元件。此外，电池模块具有保险装置，保险装置布置为与分配给正电势的接触元件间隔很小的距离。保险装置尤其用于针对尤其在二次电池中相对于下游的电路、尤其下游的电子设备的短路进行保护。电池模块此外具有铜套和铁氧体套，铜套(尤其环形闭合地)包围二次电池，铁氧体套布置在铜套的外侧(并且尤其和铜套一样是环形闭合的)。此外，电池模块具有感应线圈，感应线圈布置在铁氧体套的外侧并且设定用于感应式地接收能量。尤其为了调节谐振频率(在该谐振频率中，在依规的充电运行中能够实现从感应式地传输至感应线圈的能量的尽可能高的能量产出)，电池模块具有谐振电容器，谐振电容器在与感应线圈相隔很小的距离中与感应线圈(电气地、尤其电流地或者说直联地)耦连。此外，电池模块具有热敏电阻，热敏电阻用于尤其在充电运行期间监视二次电池的电池温度，其中，热敏电阻相对于二次电池电绝缘地布置，但利用很小的热阻与二次电池以热传输技术耦连。
基于安置在二次电池与铁氧体套之间的铜套，在充电运行期间有利地减小或甚至可以阻止尤其在二次电池内的涡流(也被称为“涡电流”)和进而涡流损耗和/或趋肤效应。由此又改进在电池模块侧的能量产出。基于通过谐振电容器提供的以下可能性，即调节尤其感应线圈的谐振频率，优选使其匹配于由充电装置的发送线圈输出的充电频率，并且因此与充电装置谐振地运行，可以实施与常规地大多宽带的感应式的充电方法相比窄带的谐振充电方法(即尤其发送线圈和感应线圈在此谐振地感应式地耦合)，并且在此增大发送线圈与感应线圈之间的可行的距离，并且可选地还增大针对彼此“不精确的”布置的公差。由此，根据本发明的电池模块也适用于使用在ITE中。
优选地，二次电池构造为圆柱形的主体，其具有至少近似(即在常规的公差内)平行的端面。尤其地，二次电池在其形状中等同于纽扣电池。
可选地，保险装置例如根据熔断器的方式构造为自身闭合的结构元件，或备选地构造为集成的(保险)电路。
在一种可选的设计方案中，电池模块包括转换器电子设备，以便将由二次电池提供的电压、具体地相对应的电压值转换为听力设备的电子设备所需的(运行)电压值。优选地，相对于转换器电子设备附加地或备选地，电池模块包括充电电子设备，充电电子设备控制和/或监视二次电池借助感应线圈(或可选地也借助电流或者直联的触点)的充电。
在一种适宜的实施方案中，两个接触元件至少部段式借助绝缘层在依规的安装状态中相对于电池电绝缘。尤其地，两个优选分别通过金属板条形成的接触元件在相邻的部位上、尤其在二次电池的周侧面的区域中与下游的电路(或至少一个印制导线)接触。由此，两个接触元件在通常分配给两个电势面(也被称为：电极或接触面)中的一个的区域中并排地布置。优选地，在该情况下，绝缘层在接触元件的下方布置在二次电池的周侧面上。例如，绝缘层是自粘的塑料薄膜或漆层。
在一种适宜的扩展方案中，热敏电阻贴靠在前述的绝缘层上。由此阻止了热敏电阻本身由于二次电池的通常由导电材料形成的表面导致的短路。此外，绝缘层的热阻是可忽略的，从而借助热敏电阻可以特别精确和防短路地提取二次电池的当前的温度值。
在一种有利的实施方案中，铁氧体套构造为自稳定的、尤其自身坚硬的或也刚性的注塑构件。在该情况下，铁氧体套形成一种承载结构，二次电池容纳在该承载结构中，并且电池模块的在此和随后描述的元件(尤其是感应线圈，可选地还有前述的布置在接触元件下游的电路)也可以固定在该承载结构上。
在一种备选的实施方案中，铁氧体套由比较柔性的、尤其柔软的薄膜材料构造。优选地，薄膜材料是多层的塑料复合薄膜，该塑料复合薄膜包含由磁性材料、尤其由包含软磁的铁氧体的材料形成的层。
在一种优选的实施方案中，铜套由优选至少在内侧以绝缘层覆盖的铜薄膜构造。优选地，铜套在此锅形地构造，即借助铜薄膜不仅形成带状的环，而且在一侧利用“底部面”“覆盖”所述环。优选地，底部面与环在至少一个部位一体式地连接，其方式尤其是，从平坦的塑料薄膜切割出具有侧面的成形部的带，该带随后形成底部面，该带布置成环，并且成形部作为底部面被向内翻折(einklappen)。
在一种适宜的扩展方案中，铜薄膜具有至少0.08毫米、尤其0.2毫米的厚度(没有绝缘层并且没有可能存在的粘附层)。如前述的那样，铜薄膜在中间制造步骤中被切割为带状。在当前的实施方案中，该带具有分别在端部侧彼此互补的钩结构，钩结构根据钥匙-锁原理在形成(环形的)套的情况下相互钩住。备选地，铜薄膜的端部相互重叠。通过铜套的环形能够实现，涡流在铜套中流动，并且有利地没有或仅在很小的程度上在二次电池中出现。优选地，在该实施方案中也存在前述的底部面。在此有利地，0.2毫米的厚度能够实现，铜套具有比较高的稳定性，从而尤其可以使柔软的铁氧体套固定在其上。
在一种有利的实施方案中，针对铜套描述的绝缘层也覆盖铜薄膜的外侧。在该情况下，可选地，热敏电阻在外侧贴靠在铜薄膜上。
在一种适宜的实施方案中，电池模块具有电路载体，电路载体至少承载保险装置、谐振电容器和热敏电阻。可选地，电路载体也承载尤其另外的(滤波)电容器和二极管，它们优选共同形成整流器电路。优选地，电路载体也具有接头(例如形式为印制导线端部和/或焊点)，以便可以将听力设备的电子设备与电池模块电耦连。
在一种优选的扩展方案中，电路载体柔性地构造，尤其构造为所谓的柔性的印刷电路板(或：“Flex-PCB”)。柔性的电路载体在此环绕地围绕铁氧体套布置(即环形地包围铁氧体套)，并且承载形式为(被印上的或以其他方式施加的)印制导线的感应线圈。优选地，在环形弯曲的印刷电路板的彼此贴靠的接合边缘上例如借助焊接、接触黏合剂等接触印制导线。
在一种可选的设计方案中，铜套的铜薄膜具有小于0.15毫米、尤其大约0.13毫米、但至少0.08毫米的厚度(没有绝缘层并且没有可能存在的粘附层)，并且因此是比较柔软的。在该情况下，铜薄膜的端部优选重叠。在该情况下，感应线圈作为绞合线线圈或丝线线圈(优选具有仅两个匝圈并且尤其具有大约0.3毫米、尤其至少0.28毫米的绞合线或丝线直径)施加到适宜地实施为注塑构件的铁氧体套上。优选地，感应线圈由铜形成。
优选地，感应线圈沿铁氧体套的纵向方向或轴向方向看相对于铁氧体套居中地布置。
优选地，通过将接触元件和分配给接触元件的绝缘层施加到二次电池上来形成电池模块的该变型方案。随后，将优选在所有侧面具有绝缘层的铜套借助粘合带或类似的粘附层施加到二次电池上。随后，尤其同样利用粘合带或类似的粘附层将电路载体施加到铜套上，并且将其与接触元件导电地连接、尤其焊接，电路载体在该变型方案中仅在二次电池的周侧面的一部分上延伸。在该情况下，热敏电阻优选在外侧施加到比较薄的铜薄膜上。从之前的步骤得到的构件组随后被移入到自稳定的、注塑的铁氧体套中，并且感应线圈被缠绕到铁氧体套上。感应线圈随后与电路载体的相应的印制导线导电连接、例如焊接。
在一种备选的设计方案中，电池模块具有比较厚的铜套、柔性的铁氧体套和作为印制导线构造在柔性的电路载体上的感应线圈。在该情况下，铜套围绕二次电池布置(并且尤其底部面也被折叠)。铁氧体薄膜随后借助粘合带(或类似的粘附层)粘贴到铜薄膜上。柔性的电路载体(借助布置在铁氧体薄膜的外侧或电路载体的内侧的粘附层或粘合带)粘贴到电路载体上。随后，接触元件与电路载体的相对应的印制导线导电连接。
优选地，电池模块(必要时在忽略电路载体的用于连接至听力设备的电子设备的旗状接触件的情况下)具有小于10.8毫米的直径的尺寸。由此，能够实现或至少有利地支持在ITE中的使用。
根据本发明的听力设备、尤其助听器、优选ITE具有前述的电池模块。听力设备尤其也同样具有由电池模块产生的优点。
附图说明
随后根据附图详细阐述本发明的实施例。在此：
图1以立体图示意性示出了听力辅助设备；
图2以示意性的电路图示出了电池模块；
图3以示意性的立体图示出了听力辅助设备的电池模块；
图4以示意性的分解图示出了电池模块；
图5至图7分别以示意性的细节图示出了电池模块；
图8以示意性的单视图示出了电池模块的铜套；
图9以示意性的立体图示出了电池模块的另外的实施例；
图10以根据图3的视图示出了根据图9的电池模块；
图11、图12以根据图8的视图示出了根据图9的电池模块的铜套或铁氧体套；并且
图13、图14以根据图5的视图分别示出了根据图9的电池模块的细节图。
彼此相应的部分在所有附图中始终设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性示出了一种形式为听力辅助设备的听力设备，在此具体地示意性示出了一种要佩戴在耳朵中的听力辅助设备(简称为“ITE 1”，ITE表示“in the ear”)。ITE 1具有匹配于耳道的壳体2，壳体包围出容纳多个电子部件的壳体内部空间。为了封闭壳体内部空间，壳体2具有所谓的盖板或“面板4”。ITE 1包括至少一个麦克风作为电子部件，麦克风借助麦克风开口6与周围环境流体连接。此外，ITE 1包括未详细示出的信号处理器和电池模块8，电池模块用于电子部件的能量供应。
电池模块8包括二次电池10和用于二次电池10的感应式的无线充电的感应线圈12。随后详细描述电池模块8的结构。
在此，图2首先根据示意性的电路图示出了电池模块8的原理结构。电池模块8具体地设定和设置用于借助所谓的磁谐振充电方法进行感应式的充电。电池模块8在此具有保险装置14，其在没有中间连接其他的电子结构元件的情况下与二次电池10的分配给正电势的电势面(也被称为“正极16”)连接。在此，保险装置14(随后详细描述)此外布置为与正极16相隔尽可能小的距离(在线路长度方面)。电池模块8此外具有谐振电容器18，其同样在没有中间连接其他的电子结构元件的情况下与感应线圈12的两个接头端部连接。针对谐振充电方法，谐振电容器18用于调节谐振频率、具体地与对应的感应式的充电装置的频率相比的谐振频率。感应线圈12此外与电池模块8的整流器电路20连接，整流器电路用于将交流电压整流为直流电压，并且为此包括二极管22(具体地是肖特基二极管)和滤波电容器24。此外，电池模块8包括用于尤其在充电运行期间对二次电池10进行温度监视的热敏电阻26。
图3至图7详细示出了电池模块8的第一实施例。电池模块8除了前述的部件以外还包括第一接触元件28和第二接触元件30，第一接触元件分配给二次电池10的正极16，第二接触元件分配给二次电池10的负极32(即相对应的电势面)。两个接触元件28和30贴靠在二次电池10的相对的端面上，并且朝二次电池10的周侧面弯曲。为了避免接触元件28与30之间的、具体地第二接触元件30与也形成周侧面的正极16之间的短路，薄膜34作为绝缘层布置在周侧面与两个接触元件28和30之间。
铜套36围绕二次电池10和两个接触元件28和30设置。铜套由0.13毫米厚的、以绝缘层来涂层的铜薄膜形成，铜薄膜被切割为带并且安置为环，其中，带的两个端部在接合区域37中相互重叠(参见图8)。铜套36也具有底部层或底部面38，其覆盖二次电池10的形成正极16的端面。底部面38同样由被绝缘的铜薄膜形成。电池模块8此外具有形式为折叠的印刷电路板40的电路载体，电路载体具有未详细示出的印制导线，用于连接二次电池10和感应线圈12与下游的电路、例如整流器电路20、ITE 1的信号处理器等。
此外，在印刷电路板40上连接和固定有保险装置14、谐振电容器18和热敏电阻26。两个接触元件28和30同样与印刷电路板40，具体地与布置在其上的印制导线接触。
电池模块8此外具有铁氧体套42，铁氧体套布置在铜套36的外侧。铁氧体套42在当前的实施例中由以(尤其软磁的)铁氧体填充的塑料注塑成型，并且因此是比较坚硬和自稳定的。形式为(在当前的实施例中具有两个绕组的)丝线线圈的感应线圈12围绕铁氧体套42缠绕。感应线圈12同样与印刷电路板40接触。
图5示出了谐振电容器18的位置。虽然，谐振电容器18布置在印刷电路板40的背对感应线圈12的内侧上。但是，在感应线圈12与谐振电容器18之间的线路长度(具体地印制导线长度)方面，谐振电容器布置为与感应线圈12相隔的距离尽可能小。由此可以减小或避免寄生电感和/或电容，从而谐振频率的调节的精密度是特别高的。
从图6得到的是，热敏电阻26直接布置在铜套36上。基于铜套36的绝缘层阻止热敏电阻26的两个接头经由铜材料导致的短路。因为铜套36是比较薄的并且具有高的由材料导致的热导率，所以在二次电池10与热敏电阻26之间的热传导中仅出现可忽略的热损耗。
图7示出了保险装置14的位置，保险装置在印刷电路板40的厚度上与第一接触元件28对置地布置在印刷电路板40上，并且因此与分配给正极16的第一接触元件28大致直接连接地布置。图7透明地示出了布置在印刷电路板40的外部的部件、具体地铁氧体套42和感应线圈12。
图9至图14示出了电池模块8的另外的实施例。在该情况下，铜套36由0.2毫米厚的铜薄膜构造，铜薄膜以环形形状安置的方式形成自稳定的锅形件(参见图11)。为了在接合区域37中的连接，薄膜带的两个端部构造有对等的(互补的)类似于拼图块的钩结构并且相互插入，用于根据锁-钥匙原理连接，具体地用于形状配合的连接。铁氧体套42在此由柔性的复合薄膜形成，铁氧体套包含含铁氧体的层并且粘贴到铜套36上。印刷电路板40构造为柔性的印刷电路板，其作为环在外侧围绕铁氧体套42环绕地放置、优选粘贴。感应线圈12以多次环绕的印制导线的形式构造在印刷电路板40上。
如在图13中示意性示出的那样，谐振电容器18布置在印刷电路板40的外侧，具体地布置在形成感应线圈12的印制导线旁。此外，保险装置14布置为与第一接触元件28、具体地与其和印刷电路板40的相对应的印制导线的接触部位相隔很小的距离。
图14示出了，热敏电阻26在该实施例中支承在二次电池10上的薄膜34上，从而仅必须桥接特别小的热阻。
本发明的主题并不局限于前述的实施例。相反地，本发明的另外的实施方式可以由本领域技术人员从之前的描述推导出。本发明的根据不同的实施例描述的单个特征和其设计变型方案尤其也可以以其他的方式相互组合。
附图标记清单
1 ITE
2 壳体
4 面板
6 麦克风开口
8 电池模块
10 二次电池
12 感应线圈
14 保险装置
16 正极
18 谐振电容器
20 整流器电路
22 二极管
24 滤波电容器
26 热敏电阻
28 接触元件
30 接触元件
32 负极
34 薄膜
36 铜套
37 接合区域
38 底部面
40 印刷电路板
42 铁氧体套
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