[发明专利]具有集成电压转换器的电池

说明书

背景技术

基于例如NiCad、NiMH、碱和/或LiFeS₂化学物质的商业电化学电池单元(例如，用于AA、AAA、C和D型电池的电化学电池单元)具有在1.4V至1.8V范围内的开路电压(OCV)。取决于电化学电池单元的化学物质和由连接到电池单元上的负载所造成的消耗，商业电化学电池单元在使用期间的闭路电压(CCV)通常在1.8V至0.9V范围内。因此，常用类型的消费者便携的可用电池运行的装置常常被设计成以如下的电压水平来运行：所述电压水平与具有上文指定的化学物质类型的现货供应的电池所提供的电压/功率水平相当。较高电压的电化学一次电池和二次电池(即，可充电电池)诸如基于锂/MnO₂和锂离子化学物质的电池，一般比较低电压的电池具有较高的能量和功率密度。

发明内容

本发明公开了一种电池，所述电池具有至少一个高电压电化学电池单元(大于1.8V)，所述电化学电池单元在内部与电压转换器模块集成。电压转换器模块耦合到电化学电池单元的阴极和阳极集流体上。电压转换器模块和高电压电化学电池单元的全部组件可包装在标准尺寸的电池中，包括圆柱形电池诸如AAA、AA、C、以及D型电池、棱柱形电池、纽扣电池等。电压转换器模块可将由所述至少一个电化学电池单元提供的高电压减小为与商业性的可用电池运行的装置相容的较低电压(例如，小于或等于1.8V)。

具有内部集成电压转换器模块的电池可包括一次或二次高电压电化学电池单元。在其中将二次(即，可充电)电化学电池单元用于该构造的情形中，充电电流可通过设置在电池壳体上的附加电池端子来施加。

通过组合高电压电化学电池单元和电压转换器模块，该电池可延长通常由低电压标准电池供电的可用电池运行的装置的工作时间。

本文所述的电池可提供平缓的放电曲线，而非商业标准电池有时所表现出的倾斜的放电曲线。

在一个方面，本发明公开了一种电池。该电池包括具有从其中穿过的内孔的电化学电池单元、以及电耦合到电化学电池单元上并且设置在内孔的一部分内的电压转换器模块，电压转换器被配置成将由电化学电池单元产生的第一电压转换为不同的第二电压。

实施方案可包括以下中的一个或多个。

电化学电池单元可被配置成在十五分钟或更短的时间内被充电至至少90％容量的充电水平。

电化学电池单元包括磷酸铁锂电池单元。

该电池还可包括容纳电化学电池单元和电压转换器的电池壳体、以及设置在电池壳体上的被提供了第二电压的一组外部端子。

该电池还可包括连接在电化学电池单元和电压转换器模块之间的一组插片、以及连接在电压转换器模块和由电池壳体支撑的外部端子之间的第二组插片。

电压转换器模块可包括电子开关装置、以及电耦合到电子开关装置的控制器，所述控制器被配置成控制电子开关装置。

控制器可被配置成监测这组外部端子处的电压水平，并且可基于被监测的电压水平使电子开关装置切换，以便外部端子处的电压水平基本上等于预定电压水平。

在另一方面，本发明公开了一种电池。该电池包括至少一个电化学电池单元，所述电化学电池单元被配置成在十五分钟或更短的时间内被充电至至少90％容量的充电水平；电压转换器模块，所述模块电耦合到所述至少一个电化学电池单元上并且被配置成将由所述至少一个电化学电池单元产生的第一电压转换为不同的第二电压；电池壳体，所述壳体容纳所述至少一个电化学电池单元和电压转换器；和设置在电池壳体上的被提供了第二电压的一组外部端子。

实施方案可包括以下中的一个或多个。

电压转换器模块可包括电子开关装置、以及电耦合到电子开关装置的控制器，所述控制器被配置成控制电子开关装置。控制器可被配置成监测这组外部端子处的电压水平，并且可基于被监测的电压水平使电子开关装置切换，以便外部端子处的电压水平基本上等于预定电压水平。

所述至少一个电化学电池单元可包括锂离子电池单元。该锂离子电池单元可包括磷酸铁锂电池单元。

由所述至少一个电化学电池单元产生的第一电压可大于1.8V。

电化学电池单元可包括填充了电解质溶液的果冻卷结构，果冻卷结构限定穿过果冻卷结构的内孔，并且电压转换器模块可设置在内孔内。

该电池还可包括至少一个附加端子，所述端子被配置成接收充电电流以将电池再充电并且将充电电流引导至耦合到所述至少一个电化学电池单元上的电极。