CN115441104B - 电池顶盖结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池顶盖结构,用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器,电池顶盖包括顶板、底板和数据通道,其中,顶板包括外置天线的安装结构,并配置为使外置天线安装于顶板上时,与电池外壳保持目标距离。该电池顶盖结构通过将外置天线与电池外壳保持目标距离,进而削弱电池外壳的电磁屏蔽效应对天线的影响,为电池实现无线管理提供了传输媒介上的支持,且通过将数据通道设置在顶板与底板之间,为电池内埋传感器的数据传输至天线控制芯片提供了可对应的物理通路,利于进一步实现基于电池内埋传感器的电池管理***。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其涉及一种电池顶盖结构。
背景技术
相关技术中,对电池的安全监控的方法通常是在电池模组外部从控制板上部署电压、电流、温度、应力和气体等传感器,之后将传感器采集的数据上报给主控制器,由主控制器做出异常诊断并处理。但是由于受到电池金属壳体的阻隔,外部信号不能及时的反馈内部变化。单体锂电池内部是夹芯卷绕不均匀结构,内部一旦出现析锂、短路等失效警示信号,电池外部模组层级的监控技术需要一定的时间才能反馈出这些警示信号,无法实现早预警、早隔离、早处置。但当传感器布设到电池内部时,面临电池内部的空间约束紧张和内部信号如何传输至电池外部的难题。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此,本发明的目的在于提出一种电池顶盖结构。
为了实现上述目的,本发明实施例的电池顶盖结构,用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器,所述电池顶盖包括顶板、底板和数据通道,其中,所述顶板包括所述外置天线的安装结构,所述数据通道设置于所述顶板与所述底板之间,并配置为使所述外置天线安装于所述顶板上时,与电池外壳保持目标距离。
根据本发明实施例的电池顶盖结构,用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器,其中,电池顶盖包括顶板、底板和数据通道,其中,顶板包括外置天线的安装结构,并配置为使外置天线安装于顶板上时,与电池外壳保持目标距离。该电池顶盖结构通过将外置天线与电池金属外壳保持目标距离,进而削弱电池外壳的电磁屏蔽效应对天线的影响,为电池实现无线管理提供了传输媒介上的支持,且通过将数据通道设置在顶板与底板之间,为电池内埋传感器的数据传输至天线控制芯片提供了可对应的物理通路,便于实现基于电池内埋传感器的电池管理***。
在发明的一个实施例中,所述数据通道管为聚丙烯材料,所述数据通道管包括一个支持数据线通过的管型结构和用于与下塑胶粘合密封的塑胶帽结构。
在发明的一个实施例中,所述目标距离不小于其中,c为真空中的光速,f为天线的工作频率,εr为天线电路板的相对电介质常数,λg为导波长。
在发明的一个实施例中,所述安装结构包括所述天线电路板和固定结构。
在发明的一个实施例中,所述天线电路板的背面固定连接天线控制芯片,所述天线控制芯片设有MCU数据单元。
在发明的一个实施例中,所述固定结构包括固定座,所述固定座为镂空结构。
在发明的一个实施例中,所述天线电路板和所述固定结构设有相对应的固定孔。
在发明的一个实施例中,所述天线控制芯片的管脚走线与探针连接,其中,所述管脚走线通过所述探针贯穿所述天线电路板与所述外置天线连接并进行馈电。
在发明的一个实施例中,所述外置天线设置在所述天线电路板的正面的预设位置。
在发明的一个实施例中,所述数据通道管内的数据线与所述天线控制芯片连接。
在发明的一个实施例中,所述顶板的材质为铝合金,所述底板的材质为聚丙烯塑胶。
在发明的一个实施例中,所述固定结构的材质为聚氯乙烯。
在发明的一个实施例中,所述底板包括设置在所述底板上的缺口,其中,所述缺口与所述塑胶帽结构固定连接。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明一个实施例的电池顶盖结构的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的天线电路板的结构示意图;
图3是根据本发明另一个实施例的天线电路板的结构示意图;
图4是根据本发明一个实施例的顶板的结构示意图;
图5是根据本发明一个实施例的底板的结构示意图;
图6是根据本发明一个实施例的数据通道的结构示意图;
图7是根据本发明一个实施例的数据通道对接内植传感器的示意图;
图8是根据本发明一个实施例的电极结构示意图;
图9是根据本发明一个实施例仿真的天线辐射方向图。
附图标记:
1、顶板;101固定孔;102、数据通道孔;11、安装结构;111、天线电路板;112、固定结构;113、天线控制芯片;114、探针;115、外置天线;2、底板;21、缺口;3、数据通道;311数据通道管;312塑胶帽;32、数据接口;321、密封圈;322、导线通道;4、电池内植传感器;41、敏感材料;42、传感器接口电路;5、电极;51、极片;52、极柱;53、绝缘垫;54、极片槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
相关技术中,对电池的安全监控的方法通常是在电池模组外部从控制板上部署电压、电流、温度、应力和气体等传感器,之后将传感器采集的数据上报给主控制器,由主控制器做出异常诊断并处理。但是由于单体锂电池内部是夹芯卷绕不均匀结构,内部一旦出现析锂、短路等失效警示信号,模组层级的监控技术需要一定的时间才能反馈出这些警示信号,因此无法实现早预警、早隔离、早处置。
为此,本发明提供了一种电池顶盖结构。下面参考图1-图3描述本发明实施例的电池顶盖结构。
在本发明的实施例中,电池顶盖结构用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器。
其中,如图1所示,在本发明的实施例中,电池顶盖包括顶板1、底板2和数据通道3,其中,顶板1包括外置天线的安装结构11,数据通道3设置于顶板1与底板2之间,并配置为使外置天线115安装于顶板1上时,与电池外壳保持目标距离。
其中,数据通道3焊接在底板2上时,形状上能够紧密贴合。
其中,电池外壳为了提高能量密度通常采用铝合金结构,为了避免导致对电磁波有较强的屏蔽效应,在本发明实施例中,目标距离不小于其中,c为真空中的光速,f为天线的工作频率,εr为天线电路板的相对电介质常数,λg为导波长。
也就是说,外置天线115与电池外壳至少保持的距离,以保证外置天线115的远场辐射具有可以接受的强度。其中,为了减小外置天线115体积、缩短外置天线115到电池外壳的距离,可选用εr较大的氧化铝作为基质板。在本实施例中,外置天线115可采用了具有U型槽的矩形贴片天线,其中,基板厚度0.8mm,长度为15mm,宽度为21mm。通过将外置天线115与电池外壳保持目标距离,可使得外置天线115在远离电池外壳方向上达到2.8dbi的增益。
在本发明的实施例中,安装结构11包括天线电路板111和固定结构112。
为了固定天线电路板111,如图2所示,在本发明的实施例中,天线电路板111和固定结构112设有相对应的固定孔101。例如,固定孔101的个数为4个,其中,固定孔101的位置位于天线电路板111的四角。例如,可通过绝缘螺丝将天线电路板111固定在固定结构112上。其中,固定结构112可使外置天线115安装在顶板上时,外置天线115与电池外壳保持目标距离。
其中,如图3所示,天线电路板111的背面固定连接天线控制芯片113,天线控制芯片113设有MCU数据单元。MCU数据单元主要用于处理数据、打包数据以及接收外部主控制器的指令。
其中,天线控制芯片113的管脚走线与探针114连接,其中,管脚走线通过探针114贯穿天线电路板111与外置天线115连接并进行馈电。其中,外置天线115设置在天线电路板111的正面的预设位置。
需要说明的是,天线控制芯片113具有许多管脚,但是其中只有一个管脚能够控制天线。控制天线的管脚引出的走线与探针114相连,使得管脚走线通过探针114与外置天线115连接,实现天线控制芯片113对天线的控制115。需要说明的是,控制天线的管脚引出的走线附近不能有大面积覆铜。
在本发明的实施例中,固定结构112包括固定座,其中,固定座为镂空结构。也就是说,镂空结构内设有数据通道,其中,数据通道3设置于顶板1与底板2之间。
可理解为,如图4所示,通过将镂空结构的固定座设置在顶板1上,可实现数据通道管的数据线穿过数据通道3中的导线通道322以及固定座连接至天线控制芯片113中,以使天线控制芯片113收发数据。
例如,在本发明的实施例中,数据通道3的长度可位于固定座的底端之上,天线电路板111的底端之下,其中,数据通道3位于天线电路板111的底端之下为天线电路板111的背面。例如,数据通道3的长度可位于固定座底端之上4mm。
在本发明的实施例中,数据通道管3为聚丙烯材料,数据通道管3包括一个支持数据线通过的管型结构和用于与下塑胶粘合密封的塑胶帽结构。
其中,一个支持数据线通过的管型结构可包括4个数据通道管道311。在本发明的一个具体实施例中,如图5所示,数据通道3可开设了4个数据通道管311,用于对接电池内植传感器4接口电路42的4wire-SPI接口。每个数据通道管311的半径为0.8mm,导线通道322半径为0.25mm。
其中,数据通道3整体采用绝缘热塑性塑胶聚丙烯(PP);内部开有多个数据通道管311,作为数据传输的物理通路。如图6所示,在数据通道3的底部设有数据接口32,其顶部包含多个密封圈321,其中,多个密封圈321与数据通道管311对应并通过超声波焊接进行密封连接。密封圈321为中空的结构,中间为导线通道322用于数据线通过,能够与电池内植传感器4的接口电路42对接。
其中,如图7所示,电池内植传感器4应具有耐腐蚀的能力,包含敏感材料41和传感器接口电路42。在本方案的一个具体实施例中,整个电池内植传感器4部署在柔性电路板FPC上,通过覆盖聚酰亚胺薄膜提高耐腐蚀能力,敏感材料采用金属片作为应力传感器。
在本发明的实施例中,底板2包括设置在底板2上的缺口21,其中,缺口21与所塑胶帽结构312固定连接。
在本发明的一个具体实施例中,在电池顶盖具有正负极柱、注液孔、防爆装置的基础上,利用剩余的空间引入天线电路板111,例如,以长为27mm,宽为148mm,高为148mm的方形电池为例,其中,天线电路板111的尺寸为长20mm,宽30mm,高30mm,为了获得更好的效果其中高度选取30mm大于其中天线电路板111板面部署2.4GHz的U型矩形贴片天线(即外置天线115),其中天线电路板111四角设有固定孔101,通过绝缘螺丝固定在固定结构112上。
本发明的一个具体实施例中,电极5如图8所示。其中极片51半径4mm,正极片采用铝箔、负极片采用铜箔,厚度为1mm;极柱52的侧面具有绝缘材料,内部为钴酸锂柱半径为1mm。绝缘垫53用于将极片51和极板1隔开半径为5mm,高度为2mm。绝缘垫53套入极片槽54中。塑胶帽结构312与极板2的切口进行超声波焊接。
为了节省空间,将天线控制芯片113部署在天线电路板111的背面,通过同轴探针114的形式馈电,为正面天线留出空间。
其中,电池顶盖结构采用较为传统的二层结构,上层为铝合金材质的顶板1,下层为绝缘热塑性塑胶聚丙烯(PP)的底板2,在此基础上引入了数据通道3,其中,数据通道3设置于顶板1和顶板2之间,进而电池内植传感器的数据线通过数据通道3连接至天线控制芯片113中,同样对数据通道3进行了密封处理。
例如,电池顶盖结构在制备时,需要先埋入内植传感器,连接传感器接口与导线通道322,使数据线穿过322。并将数据通道3贯穿底板2,使底板2中的塑胶帽结构312紧贴下底板2中的缺口21,连接密封圈321和数据通道管311,注意使数据线分别穿过311。通过超声波焊接将密封圈321和数据通道管311的内壁、塑胶帽结构312焊接成为一体,确保密封性,之后数据通道3穿过顶板1通过密封胶将缝隙粘合,从而完成了全部的密封处理,最后将预先设计好的外置天线115的安装结构11安装在顶板1表面。因此,本发明通过在顶板和底板双层的电池顶盖中引入数据通道管,通过采用超声波焊接技术,将数据通道和底板紧密贴合,在保证了电池顶盖密封性的前提下,为内植传感器与外部的主控制器提供对接的路径,同时不干涉电解液内的电化学反应。
需要说明的是,在本发明的实施例中,通过将外置天线115与电池外壳保持目标距离,可使得外置天线115在远离电池外壳方向上达到2.8dbi的增益。如图9所示,其中HS为XOZ面的方向图,LS为YOZ面的方向图,在远离金属外壳的Z方向上,增益达到最大。
根据本发明实施例的电池顶盖结构,用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器,其中,电池顶盖包括顶板、底板和数据通道,其中,顶板包括外置天线的安装结构,并配置为使外置天线安装于顶板上时,与电池外壳保持目标距离。该电池顶盖结构通过将外置天线与电池外壳保持目标距离,进而削弱电池外壳的电磁屏蔽效应对天线影响,为电池实现无线管理提供了传输媒介上的支持,且通过将数据通道设置在顶板与底板之间,为电池内埋传感器的数据传输至天线控制芯片提供了可对应的物理通路便于实现基于电池内埋传感器的电池管理***。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种电池顶盖结构,用于将电池内埋传感器采集的数据通过外置天线传输至电池外部的主控制器,其特征在于,所述电池顶盖包括顶板、底板和数据通道,其中,所述顶板包括所述外置天线的安装结构,所述数据通道设置于所述顶板与所述底板之间,并配置为使所述外置天线安装于所述顶板上时,与电池外壳保持目标距离;
其中,所述安装结构包括固定结构,所述固定结构包括固定座,所述固定座为镂空结构,将镂空结构的所述固定座设置在所述顶板上。
2.如权利要求1所述的电池顶盖结构,其特征在于,数据通道管为聚丙烯材料,所述数据通道管包括一个支持数据线通过的管型结构和用于与下塑胶粘合密封的塑胶帽结构。
3.如权利要求1所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述目标距离不小于其中,c为真空中的光速,f为天线的工作频率,ε为天线电路板的相对电介质常数,λ为导波长。
4.如权利要求1所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述安装结构包括天线电路板。
5.如权利要求4所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述天线电路板的背面固定连接天线控制芯片,所述天线控制芯片设有MCU数据单元。
6.如权利要求4所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述天线电路板和所述固定结构设有相对应的固定孔。
7.如权利要求5所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述天线控制芯片的管脚走线与探针连接,其中,所述管脚走线通过所述探针贯穿所述天线电路板与所述外置天线连接并进行馈电。
8.如权利要求7所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述外置天线设置在所述天线电路板的正面的预设位置。
9.如权利要求5所述的电池顶盖结构,其特征在于,数据通道管内的数据线与所述天线控制芯片连接。
10.如权利要求1所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述顶板的材质为铝合金,所述底板的材质为聚丙烯塑胶。
11.如权利要求4所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述固定结构的材质为聚氯乙烯。
12.如权利要求2所述的电池顶盖结构,其特征在于,所述底板包括设置在所述底板上的缺口,其中,所述缺口与所述塑胶帽结构固定连接。
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