一种恒压电池

《一种恒压电池》涉及电池技术领域，具体涉及一种恒压电池。

随着科技的不断发展，人们对电池性能的要求也不断提高；2016年之前一次性电池，使用方便，但电池容量较低，寿命较短，不可重复使用，对环境造成较大的污染。能够充电的二次电池，其输出电压一般较低，并且输出的电压不够稳定。众所周知，电器在使用过程中，保持恒定电压能够有利于电器的正常工作，增加电器的使用寿命，然而，上述的电池在工作时，输出的电压随着使用过程发生变化，对电器造成损伤，一旦电压低于电器的特定值，则无法正常使用，给使用造成不便，并且影响电池本身以及电器的使用寿命。

申请号为201510400900.X的专利申请文件公开了一种充电圆柱锂电池及其充电电池盒，其在电池内设置降压器，能够随时监测电池充电或电池使用时的点亮状况，能够在充电输入和放电输出3.7伏-4.2伏正极电流，又能放电输出1.5伏正极电流。该电池虽然设置降压器，来调整电池电压，但是其仍然不能解决电池在使用过程中，电压不稳定的缺陷。

图1是《一种恒压电池》的结构示意图；

图2是该发明中减震筒的结构示意图；

图3是该发明的结构框图；

图4是该发明中保护电路的结构示意图；

图5是该发明中降压电路的结构示意图；

图6是该发明中限流启动电路的结构示意图。

附图标记：1、金属外壳；11、散热片；2、电芯；3、第一线路板；4、第二线路板；5、正极端子；6、USB接口。

2020年7月14日，《一种恒压电池》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。 2100433B

实施例1

如图1、图2及图3所示，一种恒压电池，包括金属外壳1、电芯2、减震筒7、相对设置的第一线路板3和第二线路板4，金属外壳1的形状可根据需求制作成圆筒状、长方体状等，金属外壳1的外侧上设置有绕金属外壳1的中心轴线向外辐射的散热片11，该散热片11的长度方向平行于金属外壳1的中心轴线方向，随着使用次数的增加，充电电池的性能会有所降低，发热情况会随之加剧，严重有损电池的使用寿命，设置于金属外壳1外侧上的散热片11有助于提高电池的散热性能，延长使用寿命，金属外壳1的前端设置有开口，电芯2由该开口插装在金属外壳1内部，第一线路板3采用刚性基板、第二线路板4采用柔性基板，该刚性基板采用环氧树脂和玻璃纤维组成的FR-4等级材料，具备阻燃性和一定的刚性硬度，该柔性基板由铜箔制成，第二线路板4设置于金属外壳1内部，用于闭合金属外壳1的第一线路板3匹配于金属外壳1的前端开口，对金属外壳1进行机械压缩使其前端开口与第一线路板3紧固连接，第一线路板3上设置有与金属外壳1电性导通的金属边缘，使金属外壳1作为恒压电池输入与输出的负极，第一线路板3远离电芯2的面上焊接有作为恒压电池输入与输出的正极端子5；减震筒7设置于金属外壳1与电芯2之间，减震筒7的外侧上设置有减震通孔71，相对设置于减震筒7两侧的减震通孔71交错分布，减震通孔71的长度方向垂直于减震筒7的中心轴线方向，减震筒7的长度大小匹配于第一线路板3至金属外壳1底端的距离大小，减震筒7能有效降低外界传递至电池内部结构的振动强度，从而保护了电池的内部结构；电芯2的两个接线端分别通过导线连接于第二线路板5的连接端子上，在第一线路板3上设置有升降压电路和限流启动电路，第二线路板上设置有充电电路以及保护电路；第一线路板3上还设置有微处理器单元、铁电存储器单元和声音报警电路，该微处理器单元分别连接铁电存储器单元、充电电路、保护电路、升降压电路和声音报警电路，第一线路板3上设置有MicroUSB接口6，该升降压电路用于：当电芯2电压高于额定输出电压时，对电芯2输出电压进行降压处理，当电芯2电压低于额定输出电压时，对电芯2输出电压进行升压处理，该限流启动电路用于：在启动阶段降低电流，声音报警电路用于提示电量不足；铁电存储器单元中可写入额定恒定输出电压和电量下限值，当电芯2电压高于额定恒定输出电压时，如锂电电芯，电压高于3.7伏，则输出过程先进行降压处理，达到额定电压后再进行稳定输出；当电芯电压低于额定恒定输出电压时，如镍氢电芯，电压只有1.2伏-1.4伏，则输出过程先进行升压处理，达到额定电压后再进行稳定输出。输入则可以通过电池正负极输入或者通过MicroUSB接口6进行输入。输入时，使用充电电路，对电芯进行充电；当异常时，会触及保护电路，保护电池不发生爆炸等安全事故；当电池电量低于设定的电量下限值时，微处理器单元将发布控制命令至声音报警电路，发出声音警报，提示电池电量不足，避免电量消耗完全而电器突然断电造成信息丢失等紧急情况的发生。

实施例2

图4是《一种恒压电池》中保护电路的结构示意图，图5是该发明中降压电路的结构示意图，图6是该发明中限流启动电路的结构示意图，如图6所示，限流启动电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别连接充电电路，第一支路上串联有限流电阻R、常闭触点KT1和通电延时型继电器KT，第二支路上串联有常开触点KT2和发光二极管LED。

充电电路导通后，常闭触点KT1闭合，常开触点KT2断开，第一支路导通，限流电阻有助于降低充电开启阶段的电流大小，从而实现进行限流启动；经过设定的延长时长后，常闭触点KT1断开，第一支路断开，常开触点KT2闭合，第二支路导通，此时限流电阻R不起作用，进入正常工作状态，同时发光二极管LED亮起作为状态提示。通过限流启动避免了恒压充电导致起始阶段充电电流过大的问题，有利于延长电池的使用寿命。可根据实际需要选择限流电阻的阻值大小和设定通电延时型继电器的延时时长。

实施例3

铁电存储器单元包括基层和置于基层上的铁电薄膜，该铁电薄膜是材料为Pb（Zr_1-1.25xV_x）O₃（X＜0.8）的锆酸铅掺矾薄膜，锆酸铅掺矾薄膜的制备步骤包括：

1）乙酰丙酮作为钒的稳定剂，把双（乙酰丙酮）氧化钒溶解于乙酰丙酮中制成钒液待用；

2）称量三水合乙酸铅至烧杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸铅，在145℃下搅拌25分钟，去掉结晶水，制成铅液冷却待用；

3）用细长的移液管取正丙醇锆并用注射器针头把正丙醇锆滴入铅液中，封口后搅拌30分钟；

4）将钒液进行十分钟的搅拌，搅拌后将钒液加入到步骤3）制得的溶液中，封口搅拌至溶液澄清，即制备完成前驱体溶液；

5）将前驱体溶液过滤至试剂瓶中待用；

6）在低于30％的湿度环境下用旋转涂覆的方式将前驱体溶液涂覆在基片上，再将涂覆有前驱体溶液的基片依次在箱式炉中575℃的温度放置5分钟、625℃的温度中放置5分钟进行高温退火处理，取出冷却至室温后再继续涂覆前驱体溶液，涂覆好后同样进行高温退火处理，如此循环直至获得目标厚度的薄膜，阶梯式的高温退火有助于获得较好的晶相成品。

正丙醇锆暴露于空气很容易水解成白色固体物很难再溶解，因此应在湿度尽可能小（如小于30％）的环境下配制前驱体溶液，并且操作速度要快；双（乙酰丙酮）氧化钒即使在乙二醇甲醚中溶解度也很小，很难溶进去，选取乙酰丙酮作为稳定剂，先将双（乙酰丙酮）氧化钒溶解在乙酰丙酮中制成钒液待用；三水合乙酸铅溶解到乙二醇甲醚中后，通过持续加热去掉结晶水，避免因结晶水的缘故影响正丙醇锆与双（乙酰丙酮）氧化钒的溶解。发明人对制得薄膜的物相、形貌和介电铁电特性进行研究，并经过反复实验发现，当钒的掺杂浓度为5％时制得的薄膜开始出现反铁电和铁电混合相，当钒的掺杂浓度为9％时，制得的薄膜呈铁电相，即制得铁电薄膜。

一种恒压电池专利目的

针对2016年4月之前的技术的不足，《一种恒压电池》的目的旨在提供一种恒压电池，其能够输出恒定的电压，增加电池本身和电器的使用寿命。

一种恒压电池技术方案

《一种恒压电池》包括金属外壳、电芯、相对设置的第一线路板和第二线路板，金属外壳的前端设置有开口，电芯由该开口插装在金属外壳内部，第一线路板采用刚性基板、第二线路板采用柔性基板，第二线路板设置于金属外壳内部，用于闭合金属外壳的第一线路板匹配于金属外壳的前端开口，对金属外壳进行机械压缩使其前端开口与第一线路板紧固连接，第一线路板上设置有与金属外壳电性导通的金属边缘，使金属外壳作为恒压电池输入与输出的负极，第一线路板远离电芯的面上焊接有作为恒压电池输入与输出正极的端子；电芯的两个接线端分别通过导线连接于第二线路板的连接端子上，在第一线路板上设置有升降压电路以及限流启动电路，第二线路板上设置有充电电路和保护电路，该升降压电路用于：当电芯电压高于额定输出电压时，对电芯输出电压进行降压处理，当电芯电压低于额定输出电压时，对电芯输出电压进行升压处理，该限流启动电路用于：在启动阶段降低电流。

优选地，恒压电池还包括设置于金属外壳与电芯之间的减震筒，减震筒的外侧上设置有减震通孔，相对设置于减震筒两侧的减震通孔交错分布，减震通孔的长度方向垂直于减震筒的中心轴线方向，减震筒的长度大小匹配于第一线路板至金属外壳底端的距离大小。

优选地，限流启动电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别连接充电电路，第一支路上串联有限流电阻R、常闭触点KT1和通电延时型继电器KT，第二支路上串联有常开触点KT2和发光二极管LED。

优选地，呈圆筒状的金属外壳的外侧上设置有绕金属外壳的中心轴线向外辐射的散热片，该散热片的长度方向平行于金属外壳的中心轴线方向。

优选地，保护电路包括芯片U1，芯片U1上设置有供电电压端、工作电压端、接地端、第一场效应晶体管源极端和第二场效应晶体管源极端，接地端经第一电容连接供电电压端，接地端经第二电容连接工作电压端，接地端还连接电芯负极；工作电压端经第一电阻连接电芯正极，电芯正极还连接电源正极；第一场效应晶体管源极端和第二场效应晶体管源极端分别接地。

优选地，升降压电路包括降压电路，降压电路包括芯片U2，芯片U2上设置有电压输入端、使能信号端、转换信号端、反馈信号端和接地端，该电压输入端分别连接电源正极、第三电容和使能信号端，该电压输入端还经第二电阻连接电源正极；第三电容和接地端分别接地；转换信号端经电感连接电源正极；反馈信号端经第三电阻连接电源正极，反馈信号端经第四电阻接地，反馈信号端还依次连接第四电容，该第四电容分别连接电源正极和第五电容，该第五电容接地。

优选地，第一线路板上设置有微处理器单元、铁电存储器单元和声音报警电路，该微处理器单元分别连接铁电存储器单元、充电电路、保护电路、升降压电路和声音报警电路。

优选地，铁电存储器单元包括基层和置于基层上的铁电薄膜。

优选地，铁电薄膜是材料为Pb（Zr_1-1.25xV_x）O₃（X＜0.8）的锆酸铅掺矾薄膜。

优选地，锆酸铅掺矾薄膜的制备步骤包括：

1）把双（乙酰丙酮）氧化钒溶解于乙酰丙酮中制成钒液待用；

2）称量三水合乙酸铅至烧杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸铅，在145℃下搅拌25分钟，去掉结晶水，制成铅液冷却待用；

3）用细长的移液管取正丙醇锆并用注射器针头把正丙醇锆滴入铅液中，封口后搅拌30分钟；

4）将钒液加入步骤3）制得的溶液中，封口搅拌至溶液澄清，即制备完成前驱体溶液；

5）将前驱体溶液过滤至试剂瓶中待用；

6）用旋转涂覆的方式将前驱体溶液涂覆在基片上，再将涂覆有前驱体溶液的基片放置在箱式炉中进行高温退火处理，取出冷却至室温后再继续涂覆前驱体溶液，涂覆好后同样进行高温退火处理，如此循环直至获得目标厚度的薄膜，为获得较好的薄膜晶相，高温退火处理包括依次进行的5分钟575℃退火和五分钟635℃高温退火。

优选地，取用钒液前先将钒液进行十分钟的搅拌。

优选地，第二线路板采用的柔性基板由铜箔制成。

优选地，第一线路板上设置有MicroUSB接口。

一种恒压电池有益效果

《一种恒压电池》的有益效果在于：

1）第二线路板采用较薄的柔性基板，第一线路板采用刚性基板，同时作为恒压电池的盖帽，结构紧凑，减小了充电电池的体积，使用及携带更加方便；

2）对金属外壳进行机械压缩使其前端开口与兼作电池盖帽的第一线路板紧固连接，相较于2016年4月之前的技术中使用激光焊接连接盖帽和外壳，机械压缩降低了对生产设备的要求，操作更加简便；

3）双电路系统，稳定保证输出及输入，保持恒定的输出电压，有利于延长电池和用电电器的使用寿命；

4）限流启动电路增大了起始阶段的电路电阻，从而降低初始电流，避免因充电初期电流过大严重影响电池寿命；

5）使用前设定好额定输出电压、电量上限值及电量下限值等数据到铁电存储器中，由微处理器单元进行控制和调配，提高了电池充放电的自动化程度；

6）设置有声音报警电路，当电池电量低于电量下限值时，微处理器单元发布控制命令使声音报警电路发出声音报警进行提示；

7）使用铁电存储器存储和收集数据，铁电存储器可在电能需求非常低的情况下快速存储，通过实时存储避免因突然断电或发生故障而导致数据丢失，便于追踪电池的充放电数据，便于对电池问题进行检测和分析；

8）使用锆酸铅掺钒薄膜作为铁电存储器的膜层材料，掺钒使典型的反铁电材料锆酸铅可转换成铁电材料，极化强度可以随外电场反向而反向，因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷、或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在”1”或“0”状态；

9）钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称，同时钒电池是2016年之前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，该发明将钒掺杂到锆酸铅中制得铁电薄膜，进一步拓展了钒的应用和铁电存储器在电池检测和信息存储方面的应用，具有开创性意义。

1.《一种恒压电池》其特征在于，包括金属外壳、电芯、相对设置的第一线路板和第二线路板，金属外壳的前端设置有开口，电芯由该开口插装在金属外壳内部，第一线路板采用刚性基板、第二线路板采用柔性基板，第二线路板设置于金属外壳内部，用于闭合金属外壳的第一线路板匹配于金属外壳的前端开口，第一线路板上设置有与金属外壳电性导通的金属边缘，使金属外壳作为恒压电池输入与输出的负极，第一线路板远离电芯的面上焊接有作为恒压电池输入与输出正极的端子；电芯的两个接线端分别通过导线连接于第二线路板上，在第一线路板上设置有升降压电路以及限流启动电路，第二线路板上设置有充电电路和保护电路，该升降压电路用于：当电芯电压高于额定输出电压时，对电芯输出电压进行降压处理，当电芯电压低于额定输出电压时，对电芯输出电压进行升压处理，该限流启动电路用于：在启动阶段降低电流。

2.如权利要求1所述的恒压电池，其特征在于，限流启动电路包括并联的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分别连接充电电路，第一支路上串联有限流电阻R、常闭触点KT1和通电延时型继电器KT，第二支路上串联有常开触点KT2和发光二极管LED。

3.如权利要求1或2所述的恒压电池，其特征在于，金属外壳的外侧上设置有绕金属外壳的中心轴线向外辐射的散热片，该散热片的长度方向平行于金属外壳的中心轴线方向。

4.如权利要求1所述的恒压电池，其特征在于，第一线路板上设置有微处理器单元、铁电存储器单元和声音报警电路，该微处理器单元分别连接铁电存储器单元、充电电路、保护电路、升降压电路和声音报警电路。

5.如权利要求4所述的恒压电池，其特征在于，铁电存储器单元包括基层和置于基层上的铁电薄膜。

6.如权利要求5所述的恒压电池，其特征在于，铁电薄膜是材料为Pb（Zr_1-1.25xV_x）O₃（X＜0.8）的锆酸铅掺矾薄膜。

7.如权利要求6所述的恒压电池，其特征在于，锆酸铅掺矾薄膜的制备步骤包括：

1）把双（乙酰丙酮）氧化钒溶解于乙酰丙酮中制成钒液待用；

2）称量三水合乙酸铅至烧杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸铅，在145℃下搅拌25分钟，去掉结晶水，制成铅液冷却待用；

3）用移液管取正丙醇锆，并用注射器针头把正丙醇锆滴入铅液中，封口后搅拌30分钟；

4）将钒液加入步骤3）制得的溶液中，封口搅拌至溶液澄清，即制备完成前驱体溶液；

5）将前驱体溶液过滤至试剂瓶中待用；

6）用旋转涂覆的方式将前驱体溶液涂覆在基片上，再将涂覆有前驱体溶液的基片放置在箱式炉中进行高温退火处理，取出冷却至室温后再继续涂覆前驱体溶液，涂覆好后同样进行高温退火处理，如此循环直至获得目标厚度的薄膜。

8.如权利要求7所述的恒压电池，其特征在于，取用钒液前先将钒液进行十分钟的搅拌。

9.如权利要求1所述的恒压电池，其特征在于，第二线路板采用的柔性基板由铜箔制成。

10.如权利要求1所述的恒压电池，其特征在于，第一线路板上设置有MicroUSB接口。

恒压阀在自控系统中作为主阀的压力导阀。它除了可以单独安装在导压管上外，还有一种立式阀体可直接安装在主阀顶盖上，与主阀联成整体，称为恒压主阀(也称蒸发压力调节阀或背压阀)。另有一种横式阀体装在电磁导阀的阀体侧面，与主阀联成一个整体，并与电磁导阀共同控制主阀的开、闭，总称恒压电磁阀。

按正、反作用开启原理，恒压阀又可分为正恒阀和反恒阀两种。正恒阀是常闭型压力导阀，即当压力高于给定值时，阀口开启，直至全开，反恒阀是常开型压力导阀，即当压力高于给定值时，阀口关小，直至全关。

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及电池组，该锂离子电池包括壳体及位于壳体内的电池极芯和外部短路装置，所述电池极芯包括第一极片、第二极片及位于第一极片和第二极片之间的隔膜、与第一极片电连接的第一极耳、以及与第二极片电连接的第二极耳，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片；所述第一导电片与第一极耳电连接；所述第二导电片与第二极耳电连接；所述第一导电片和/或第二导电片上设有孔，以此来提高外短路效果，改善电池的安全性能。