具体实施方式

本发明人已经设计了一种电力电池，其可以包括多个电力电池单元和多个电子单元，其中多个电子单元中的每一个测量多个电力电池单元中的相应一个的性质。在这种电力电池中，期望将每个电子单元附接到其工作的电力电池单元。此外，希望以提供电子单元的正确操作的方式将每个电子单元附接到其相应的电力电池单元，同时减小对电力电池单元的易用性的影响。而且，希望在不改变电力电池单元的情况下将每个电子单元附接到其相应的电力电池单元。

因此，本文公开的实施例中的至少一些实施例的目的是提供包括电池单元和电子单元的电力电池组件，电子单元包括测量电池单元的性质的测量装置，其中电子单元附接到电池单元。本文公开的实施例中的至少一些实施例的另一目的是提供形成和操作这种电力电池组件的方法。

根据发明的实施例，提供用于附接到电池单元的支撑结构。支撑结构可被配置为可移除且可改装到电池单元。支撑结构可以被配置成容纳电子单元，并且包括被布置成将电子单元电联接到电力电池单元的正极端子和负极端子的至少一个导电元件，使得能够向电子单元提供电力。电子单元包括被配置为测量电池单元的性质的测量装置和被配置为无线传输所测量的性质的无线发射器。无线发射器可以包括被配置用于短距离无线通信的近场通信(NFC)装置。由于NFC装置的操作特性在本领域中是公知的，因此本文不提供进一步的细节，仅说明无线发射器符合所有相关的NFC操作标准即可。使用近场通信降低了位置很接近的无线发射器之间的信号干扰的风险。

可移除支撑结构可以包括将自身附接到电池单元的不同方式，这可以取决于电池单元的形状因素。具体地，根据某些实施例，支撑结构可配置有用于附接到具有棱柱形形状因素的电池单元的构件，该具有棱柱形形状因素的电池单元在本领域中通常被称为棱柱形电池单元。类似地，在可替代实施例中，支撑结构可配置有用于附接到圆柱形电池单元的构件。在本公开的上下文中，术语棱柱形和圆柱形仅涉及由其壳体所规定的电池单元的几何形状，而不涉及其内部化学过程。

为了便于读者理解本发明，将依次描述其中支撑结构被配置成附接到棱柱形电池单元和圆柱形电池单元的实施例。在这两种情况下，减少支撑结构的附接对于电池单元的占用空间的影响有助于使对电池单元的现有占用空间的影响最小化。在本上下文中，术语电池占用空间用于表示电池单元占用的空间的体积。减少支撑结构的附接的对电池单元的占用空间的影响，有助于确保支撑结构是可改装的，并且可被并入电池单元的现有应用中。特别地，所公开的支撑结构不提供任何几何和/或体积障碍以将多个电池单元组合在一起来形成电池或电池组。这是通过将支撑结构定位在邻近电池单元的空间体积中而实现的，该空间体积不会对电池单元现有的有用几何占用空间产生任何实质影响。例如，关于包括从共享电池表面延伸的间隔开的正极端子和负极端子的棱柱形电池单元，可以在端子之间限定这样的空间体积。下面给出根据本实施例的进一步细节。在大多数实际应用中，棱柱形电池单元的端子之间的空间不用于任何目的。特别地，当将多个棱柱形电池单元包装在一起以形成电池组时，不使用该空间。因此，通过将支撑结构定位在该空间体积中，不会影响将棱柱形电池单元组合在一起的能力。关于圆柱形电池单元，可以通过将支撑结构定位在圆柱形表面的一部分上、使得当多个圆柱形单元组合以形成电池组时支撑结构定位在形成于相邻圆柱形单元之间的间隙中来实现类似的效果。同样，本实施例的进一步细节也在下面公开。本文公开的实施例的另一优点是不需要对现有电池单元制造工艺进行修改来容纳支撑结构。

图1示出了根据发明的实施例的电力电池组件10的分解视图。电力电池组件包括棱柱形电池单元12、支撑结构14、电子单元16和盖18。支撑结构14可以是类似支架的形状，并且在随后的描述中将被可互换地简单地称为支架14。支架成形是指支撑结构包括适合于接收电子单元16的空间体积，例如凹部。棱柱形电池单元12具有已知的形式和功能，并因此包括刚性容器，该刚性容器可容纳多个软包电池，每个软包电池可包括锂离子聚合物电化学布置。多个软包电池的正极端子可以连接在一起并被引出至棱柱形电池单元的正极端子20，并且多个软包电池的负极端子可以连接在一起并被引出至棱柱形电池单元的负极端子20。正极和负极端子20从棱柱形电池单元12的相同端面向上突出。在正极和负极端子20之间在跨越端面的方向上以及在棱柱形电池单元的端面和正极和负极端子的远侧面之间在正交于端面的方向上限定和界定了端子间空间。通气口22可以设置在正极和负极端子20之间的棱柱形电池单元12的端面中。概括地，支架14附接到棱柱形电池单元12并且电子单元16放置在支架14上。电子单元16电联接到正极和负极端子20。盖18可以附接到支架14，使得电子单元16包封在盖和支架之间。

附接有电子电池组件的支架14的棱柱形电池单元12的透视图示于图2。支架包括支架基座32，其限定了支撑电子单元16的支撑面34。支架基座32限定了穿过其的通气孔36，通气孔36可以与棱柱形电池单元12的端面中的通气口22配准，以辅助使棱柱形电池单元通气。支架14还可以包括第一和第二壁38，其从支架基座32的相应的相对边缘向上延伸，并且使得第一和第二壁中的每一个在正极和负极端子20之间延伸。第一和第二壁38的高度使得它们的远端延伸不超过正极和负极端子20的远端。支架14还可包括从支架基座32向上延伸并在第一和第二壁38之间延伸的横向壁40。横向壁40可以与支架基座32的每一端间隔开。

支架14的第一端和第二端中的每一个可以成形为围绕正极和负极端子20中的相应一个进行装配。进一步考虑支架14的第一端和第二端，支架的第一端和第二端中的每一个可以限定孔，正极端子和负极端子中的相应一个可以通过该孔延伸。孔由边界壁42限定，边界壁42的高度使得其延伸不超过端子20的远端并且与第一和第二壁38一样。支架基座32、第一和第二壁38以及第一端和第二端中的每一个处的边界壁42的一部分限定凹部，等效地称为支架空间，用于接收电子单元16。此外，如从下面的描述中可以清楚地看到的，在第一端和第二端之一处的边界壁42的一部分以及横向壁40对电子单元16在正极和负极端子20的分隔方向上跨越棱柱形电池单元的端面的移动构成障碍。

附接有支架14的棱柱形电池单元12和在支架上就位的电子单元16的视图示于图3A中。电子单元16包括测量装置和无线发射器，它们由安装在刚性印刷电路板44上的电子部件构成。电子单元的测量装置被配置为测量棱柱形电池单元的性质，例如电流、电压或温度，并且无线发射器无线地传输所测量的性质。例如，在某些实施例中，所测量的性质可以被无线地传输到电池管理系统(BMS)。根据某些实施例，无线发射器是被配置用于短距离通信的近场通信(NFC)装置。这有助于减少位置接近的无线发射器之间的干扰，当多个电池组件(其中每个电池组件都包括单独的无线发射器)很接近地操作时，例如在包括多个电池组件的电池内操作时，这种干扰可能发生。在这种应用中，为了确保数据的忠实传输，减少干扰是必要的。电流、电压或温度的测量按常规做法进行。无线发射器的形式和功能可以如WO2018/002667A1中所述，其通过引用并入本文。印刷电路板44进一步包括微处理器以及具有常规形式和功能的支持电路。微处理器处理由测量装置进行的测量并形成用于从电子单元16无线传输数据的数据包。

如图3A所示，印刷电路板44被接收在由支架14限定的支架空间中，并且使得印刷电路板是在第一和第二壁38之间以及在支架的一端的边界壁42的一部分与横向壁40之间的紧贴配合(snug fit)。因此，在两个相互正交的方向上限制电子单元16跨越棱柱形电池单元12的端面的移动。第一和第二电导体46从印刷电路板44的相对端延伸。支架14可以限定分别保持第一电导体和第二电导体的第一和第二构造。第一和第二构造中的每一个具有简单梁48的形式，简单梁与支架基座32间隔开，并且在第一端处由第一或第二壁38支撑，并且在第二端部由支架基座支撑。电导体46可装配在简单梁48的下方以保持电导体就位并将其朝向其相应端子20引导。

图3A的布置的棱柱形电池单元的其中一个端子的详细视图示于图3B中。从图3B可以看出，边界壁42在其内表面上和在其下边缘处限定了唇部(lip)50。此外，端子20围绕其周边并朝向其基部限定凹部52。通过将支架14定位在棱柱形电池单元12上使得通过由边界壁42限定的相应孔接收正极和负极端子20而将支架14附接到棱柱形电池单元12。支架14然后被压下抵抗唇部50对它们相应的端子20所呈现的阻力，直到唇部被接收在端子20中的凹部52中。因此，唇部50和凹部52提供了将支架14附接到棱柱形电池单元12的卡扣配合。

第一和第二电导体46可以通过不同的手段中的一种电联接到正极和负极端子20。例如，参考图3B和图4A(其是将图3B旋转180度)，并且根据一个实施例，每个第一和第二电导体46的远端包括位于正极和负极端子20中的相应一个上方并与之接触的导线端子54。为了保持电导体46与相应端子20接触，可以将导线端子54焊接到端子20。在使用中，当电力电池组件电联接到外部装置时，导线端子54可以夹在端子20和汇流排之间。当第一和第二电导体46都被电联接到正极和负极端子20时，通过正极和负极端子20从棱柱形电池单元12汲取用于电子单元16的电力。

应当理解，焊接的使用代表保持电导体与相应端子接触的一种非限制性方式。还设想了用于保持电导体与相应端子接触的可替代手段。例如，参照图4B，根据另一实施例，导电紧固件62可以设置在第一和第二电导体46中的每一个的端部。导电紧固件62被成形为围绕端子20安装并保持与端子20的接触。这可以通过将导电紧固件20的尺寸设置为在形状和尺寸上与端子2的横截面形状和尺寸互补来实现，以便当导电紧固件62围绕端子20放置时能够与端子20形成过盈配合。端子20的横截面可以是矩形或圆形，但是也设想了其他横截面形状。在端子20具有圆形横截面的某些实施例中，导电紧固件62可以包括推压固定垫圈(push on fixing washer)，例如由英国，B98 8LF，Redditch，亚瑟街的SpringmastersLtd.提供的推压固定垫圈。在某些实施例中，用于矩形或圆形横截面的端子的导电紧固件62可限定齿，所述齿在使用中抵靠端子20，其中导电紧固件的形状和尺寸被设置为提供与端子20的过盈配合，从而形成来自端子的良好导电路径。

根据另一实施例，并且参照图4C，除了提供电传导之外，导电紧固件72可以形成支架14的一部分，并且将支架附接到正极和负极端子20。如上面参考图3B的实施例所描述的，由边界壁42限定的唇部50与正极和负极端子20中的凹部52互锁。根据本实施例，每个导电紧固件72可以被包括在支架14的第一端和第二端中的相应的一个中，并且限定突出部，突出部与正极端子和负极端子中的相应的一个中的凹部52互锁。图4C的支架14可以以与上文参考前述实施例(特别地参考图3A的实施例)描述的方式相同的方式附接到棱柱形电池单元12，由此由导电紧固件72限定的突出部提供与正极和负极端子20中的凹部52的卡扣配合。可以例如通过如下所述的由塑料材料模制来形成支架14，其中导电紧固件72在其形成之后被装配到支架。可替代地，导电紧固件72可以在支架的模制期间被并入支架中。通过将每个第一电导体和第二电导体焊接或锡焊到两个导电紧固件72中的相应一个的暴露部分74，电子单元16可以被电联接到支架的导电紧固件。

根据一个实施例，具有附接到支架的电力电池组件的盖18的棱柱形电池单元12在图5中示出。盖18可以具有这样的尺寸，使得当它附接到支架14时，盖延伸不超过棱柱形电池单元12的端面的周边并且在第一和第二壁38上方。此外，盖18可以具有这样的尺寸，使得当其附接到支架14时，盖在第一端处延伸直到正极端子，在相对的第二端处延伸直到负极端子。因此，正极和负极端子20没有被盖18覆盖，由此正极端子和负极端子可以被电联接到汇流排等。除此之前，盖18可以被配置成覆盖支架空间，除了延伸穿过盖以允许棱柱形电池单元12的通气口22起作用的至少一个孔82之外。

盖18和支架14可以包括协作表面轮廓，协作表面轮廓将盖附接到支架上。盖18中的表面轮廓由朝向盖的周边并且被成形为接收包括在支架中并从支架向上延伸的相应突出部86的孔84限定。每个孔84和相应的突出部86互锁，以提供盖与支架的卡扣配合附接。盖18限定了当盖附接到支架14时朝向支架的第一表面和当盖附接到支架时远离支架的第二平坦表面88。在第二平坦表面88上限定了两个平行的槽90。槽90在与正极和负极端子20的分隔方向正交的方向上跨越盖延伸。每个槽90接收并保持双电缆天线(未示出)的相应电缆。在使用中，双电缆天线与包含在电子单元16的无线发射器中的电子单元天线进行无线通信。

根据某些实施例，支架可以由10％-20％玻璃填充的聚丙烯一体形成。盖可以由聚丙烯一体形成。

如前所述，根据可替代实施例，支撑结构100可被配置成附接到圆柱形电池单元102，如图6A的电池组件103中所示。与棱柱形电池单元不同，圆柱形电池单元的端子包括在圆柱形的电池单元的相对端面上。图6B是图6A的电池组件103的分解透视图。本实施例的支撑结构100可以如在先前描述的实施例中那样是支架形的，并且与先前描述的实施例一样，将可互换地称为支架。本实施例的支架100与先前公开的实施例之间的显著差异在于，支架的第一端和第二端中的每一个包括抓持臂104，抓持臂104被布置成抓持圆柱形电池单元的正负极端子106中的相应一个，使得支架100能够附接到圆柱形电池单元102。支架100被布置成以与先前关于先前实施例描述的基本相同的方式支撑电子单元16。

应当理解，除非另有说明，设想与圆柱形电池单元一起使用的支撑结构与先前公开的被描述为用于与棱柱形电池单元一起使用的支撑结构共享相同的特征。例如，支撑结构可以包括如前所述的盖和天线构造。为了避免重复，将不叙述所有共享特征，而是下面对包括圆柱形电池单元的实施例的描述将集中于描述相对于棱柱形电池单元实施例的显著差异。

根据某些实施例，支架100可以包括接触面，其被布置成在附接到电池单元102时与圆柱形电池单元102的圆柱形表面108的至少一部分接触。接触面可以具有与圆柱形表面108的轮廓的至少一部分互补的表面轮廓。特别地，接触面的表面轮廓可以包括与圆柱形电池单元102的圆柱形表面108的曲率半径互补的曲率半径。当附接到圆柱形电池单元102时，支架100沿着电池单元高度的至少一部分在一个方向上延伸，如图6A所示。

图6C是图6A的电池组件103的横截面平面图，其取自与圆柱形电池单元102的纵向轴线z正交的平面。纵向轴线z是圆柱形电池单元102的纵向轴线对称。接触面110在图6C中清楚可见。接触面110的宽度限定了与圆柱形电池单元102的半径r以及角度θ成比例的弧长。该角度θ表示弧长所对的角度，该弧长表示接触面的宽度，并且相当于支架100的宽度。根据本公开的实施例，选择支架100的宽度以确保其对向的角度θ小于90°。这有助于当多个圆柱形电池单元组合成电池组时，将对其它相邻圆柱形电池单元的任何妨碍最小化。

如图6A和6B所示，抓持臂104在与支撑结构100的长度正交的方向上延伸。根据一些实施例，选择抓持臂104之间的间隔距离d(参见图6B)以确保每个抓持臂104以足够的力抓持其相应的电池单元端子106以与圆柱形电池单元102的端子106形成紧密过盈配合。可以实现这一点的一种方式是将间隔距离d的尺寸设置为稍小于圆柱形电池的高度h。抓持臂104可以由能够使臂有些弯曲的材料构成。当抓持臂104弯曲以围绕相应的电池端子装配时，恢复力与弯曲方向相反，并有助于确保与相应端子106形成紧密过盈配合。

在可替代实施例中，设想支撑结构100可设置有用于将支撑结构100附接到圆柱形电池单元102的圆柱形表面108的附接构件。例如，一个这样的附接构件可以包括粘合带。粘合带可以放置在接触面110上，使得支撑结构100能够粘合到电池单元102的圆柱形表面108。还设想了可替代的附接构件，其使得支撑结构100能够固定到电池单元102的圆柱形表面108。

与先前公开的实施例相同，支撑结构100可以包括被设置成将电子单元16电联接到电池单元端子106的至少一个导电元件。在图6A和6B所示的实施例中，至少一个导电元件包括第一和第二电导体110，该第一和第二电导体110以与前面实施例描述的方式类似的方式从电子单元16的相对端延伸，并且具体地从包括在电子单元16中的印刷电路板的相对端延伸。第一和第二电导体110延伸到抓持臂104，并且抓持臂104被布置成使得第一和第二电导体110的远端的至少一部分能够与相应的电池端子106形成电接触。在一些实施例中，第一和第二电导体110的远端可位于抓持臂104的与相应电池端子106接触的内表面上。这样，在抓持臂104和电池端子之间形成的过盈配合也有助于在第一和第二电导体104与电池端子106之间建立电连接。例如，抓持臂可各自包括空腔(未示出)，第一和第二电导体110可穿过空腔以使得第一和第二电导体110的远端能够位于抓持臂104的内表面上。在某些实施例中，抓持臂104可设置有孔，所述孔被配置成接收第一和第二电导体104的远端，并且可通过孔与相应的电池端子106建立电连接。

图7A是电池组112的透视图，可互换地简单地称为电池，其包括如图6A-6C所示的多个电池组件103。图7B是图7A的电池组112的平面图。每个电池组件103包括附接到圆柱形电池单元102的支撑结构100。图7A和7B很容易地强调如何通过将支撑结构的宽度限制为小于90°的角度所对的弧长来确保电池组件103可以相对于彼此布置而不会导致相邻组件的支撑结构100彼此干扰。这可以通过考虑如图7B所示的当圆柱形电池单元集合在一起并在它们的圆柱形表面上接触时，圆柱形电池单元之间自然形成的间隙114来理解。

图8是支撑结构100的可替代配置，其中三个不同的圆柱形电池单元102共用同一支撑结构116，以形成电池组115。一个圆柱形电池单元102被示出为透明的，以便能够更好地使共享支撑结构116的形状可见。在这样的实施例中，设想共享的支撑结构116可以包括多个电子单元(未示出)，每个电子单元被分配用于测量附接到共享的支撑结构116的圆柱形电池单元中的一个不同圆柱形电池单元的性质。可替代地，设想共享的支撑结构116可以包括被布置成测量所联接的圆柱形电池单元102中的每一个的性质的单个电子单元。

虽然在此已经描述了说明性实施例，但是本申请的范围包括基于本公开的具有等效元件、修改、省略、组合(例如，跨越各种实施例的各方面)、适配或改变的任何和所有实施例。权利要求书中所述的元件将基于权利要求书中所使用的语言进行广义地解释，而不限于本说明书中或在申请过程中描述的示例，这些示例将被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括通过在插入删除步骤中对步骤进行重新排序。因此，本说明书和实施例仅被认为是实施例，真正的范围和精神由以下权利要求书和它们的全部等效范围指示。