《一種恆壓電池》是深圳市倍特力電池有限公司於2016年4月18日申請的專利，該專利的公布號為CN105762429A，授權公布日為2016年7月13日，發明人是龍翔、葉凱、官洞山、林桂添、張菊花、李曉波。
《一種恆壓電池》涉及電池技術領域，包括金屬外殼、電芯、相對設定的第一線路板和第二線路板，第一線路板採用剛性基板、第二線路板採用柔性基板，第二線路板設定於金屬外殼內部，第一線路板上設定有與金屬外殼電性導通的金屬邊緣，第一線路板遠離電芯的面上焊接有作為恆壓電池輸入與輸出正極的端子；電芯的兩個接線端分別連線第二線路板的連線端子，在第一線路板上設定有升降壓電路及限流啟動電路，第二線路板上設定有充電電路及保護電路，該升降壓電路用於：當電芯電壓高於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行降壓處理，當電芯電壓低於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行升壓處理。該發明能夠輸出恆定的電壓，增加電池本身和電器的使用壽命。
2020年7月14日，《一種恆壓電池》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種恆壓電池》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種恆壓電池
- 申請人：深圳市倍特力電池有限公司
- 申請日：2016年4月18日
- 申請號：2016102389085
- 公布號：CN105762429A
- 公布日：2016年7月13日
- 發明人：龍翔、葉凱、官洞山、林桂添、張菊花、李曉波
- 地址：廣東省深圳市寶安區大浪街道石凹同富村工業園11/26棟
- Int. Cl.：H01M10/42(2006.01)I、H01M10/46(2006.01)I、H01M10/48(2006.01)I、H01M2/10(2006.01)I
- 代理機構：北京精金石專利代理事務所
- 代理人：劉曄
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著科技的不斷發展，人們對電池性能的要求也不斷提高；2016年之前一次性電池，使用方便，但電池容量較低，壽命較短，不可重複使用，對環境造成較大的污染。能夠充電的二次電池，其輸出電壓一般較低，並且輸出的電壓不夠穩定。眾所周知，電器在使用過程中，保持恆定電壓能夠有利於電器的正常工作，增加電器的使用壽命，然而，上述的電池在工作時，輸出的電壓隨著使用過程發生變化，對電器造成損傷，一旦電壓低於電器的特定值，則無法正常使用，給使用造成不便，並且影響電池本身以及電器的使用壽命。
申請號為201510400900.X的專利申請檔案公開了一種充電圓柱鋰電池及其充電電池盒，其在電池內設定降壓器，能夠隨時監測電池充電或電池使用時的點亮狀況，能夠在充電輸入和放電輸出3.7伏-4.2伏正極電流，又能放電輸出1.5伏正極電流。該電池雖然設定降壓器，來調整電池電壓，但是其仍然不能解決電池在使用過程中，電壓不穩定的缺陷。
發明內容
專利目的
針對2016年4月之前的技術的不足，《一種恆壓電池》的目的旨在提供一種恆壓電池，其能夠輸出恆定的電壓，增加電池本身和電器的使用壽命。
技術方案
《一種恆壓電池》包括金屬外殼、電芯、相對設定的第一線路板和第二線路板，金屬外殼的前端設定有開口，電芯由該開口插裝在金屬外殼內部，第一線路板採用剛性基板、第二線路板採用柔性基板，第二線路板設定於金屬外殼內部，用於閉合金屬外殼的第一線路板匹配於金屬外殼的前端開口，對金屬外殼進行機械壓縮使其前端開口與第一線路板緊固連線，第一線路板上設定有與金屬外殼電性導通的金屬邊緣，使金屬外殼作為恆壓電池輸入與輸出的負極，第一線路板遠離電芯的面上焊接有作為恆壓電池輸入與輸出正極的端子；電芯的兩個接線端分別通過導線連線於第二線路板的連線端子上，在第一線路板上設定有升降壓電路以及限流啟動電路，第二線路板上設定有充電電路和保護電路，該升降壓電路用於：當電芯電壓高於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行降壓處理，當電芯電壓低於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行升壓處理，該限流啟動電路用於：在啟動階段降低電流。
優選地，恆壓電池還包括設定於金屬外殼與電芯之間的減震筒，減震筒的外側上設定有減震通孔，相對設定於減震筒兩側的減震通孔交錯分布，減震通孔的長度方向垂直於減震筒的中心軸線方向，減震筒的長度大小匹配於第一線路板至金屬外殼底端的距離大小。
優選地，限流啟動電路包括並聯的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分別連線充電電路，第一支路上串聯有限流電阻R、常閉觸點KT1和通電延時型繼電器KT，第二支路上串聯有常開觸點KT2和發光二極體LED。
優選地，呈圓筒狀的金屬外殼的外側上設定有繞金屬外殼的中心軸線向外輻射的散熱片，該散熱片的長度方向平行於金屬外殼的中心軸線方向。
優選地，保護電路包括晶片U1，晶片U1上設定有供電電壓端、工作電壓端、接地端、第一場效應電晶體源極端和第二場效應電晶體源極端，接地端經第一電容連線供電電壓端，接地端經第二電容連線工作電壓端，接地端還連線電芯負極；工作電壓端經第一電阻連線電芯正極，電芯正極還連線電源正極；第一場效應電晶體源極端和第二場效應電晶體源極端分別接地。
優選地，升降壓電路包括降壓電路，降壓電路包括晶片U2，晶片U2上設定有電壓輸入端、使能信號端、轉換信號端、反饋信號端和接地端，該電壓輸入端分別連線電源正極、第三電容和使能信號端，該電壓輸入端還經第二電阻連線電源正極；第三電容和接地端分別接地；轉換信號端經電感連線電源正極；反饋信號端經第三電阻連線電源正極，反饋信號端經第四電阻接地，反饋信號端還依次連線第四電容，該第四電容分別連線電源正極和第五電容，該第五電容接地。
優選地，第一線路板上設定有微處理器單元、鐵電存儲器單元和聲音報警電路，該微處理器單元分別連線鐵電存儲器單元、充電電路、保護電路、升降壓電路和聲音報警電路。
優選地，鐵電存儲器單元包括基層和置於基層上的鐵電薄膜。
優選地，鐵電薄膜是材料為Pb（Zr1-1.25xVx）O3（X＜0.8）的鋯酸鉛摻礬薄膜。
優選地，鋯酸鉛摻礬薄膜的製備步驟包括：
1）把雙（乙醯丙酮）氧化釩溶解於乙醯丙酮中製成釩液待用；
2）稱量三水合乙酸鉛至燒杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸鉛，在145℃下攪拌25分鐘，去掉結晶水，製成鉛液冷卻待用；
3）用細長的移液管取正丙醇鋯並用注射器針頭把正丙醇鋯滴入鉛液中，封口後攪拌30分鐘；
4）將釩液加入步驟3）製得的溶液中，封口攪拌至溶液澄清，即製備完成前驅體溶液；
5）將前驅體溶液過濾至試劑瓶中待用；
6）用旋轉塗覆的方式將前驅體溶液塗覆在基片上，再將塗覆有前驅體溶液的基片放置在箱式爐中進行高溫退火處理，取出冷卻至室溫後再繼續塗覆前驅體溶液，塗覆好後同樣進行高溫退火處理，如此循環直至獲得目標厚度的薄膜，為獲得較好的薄膜晶相，高溫退火處理包括依次進行的5分鐘575℃退火和五分鐘635℃高溫退火。
優選地，取用釩液前先將釩液進行十分鐘的攪拌。
優選地，第二線路板採用的柔性基板由銅箔製成。
優選地，第一線路板上設定有MicroUSB接口。
有益效果
《一種恆壓電池》的有益效果在於：
1）第二線路板採用較薄的柔性基板，第一線路板採用剛性基板，同時作為恆壓電池的蓋帽，結構緊湊，減小了充電電池的體積，使用及攜帶更加方便；
2）對金屬外殼進行機械壓縮使其前端開口與兼作電池蓋帽的第一線路板緊固連線，相較於2016年4月之前的技術中使用雷射焊接連線蓋帽和外殼，機械壓縮降低了對生產設備的要求，操作更加簡便；
3）雙電路系統，穩定保證輸出及輸入，保持恆定的輸出電壓，有利於延長電池和用電電器的使用壽命；
4）限流啟動電路增大了起始階段的電路電阻，從而降低初始電流，避免因充電初期電流過大嚴重影響電池壽命；
5）使用前設定好額定輸出電壓、電量上限值及電量下限值等數據到鐵電存儲器中，由微處理器單元進行控制和調配，提高了電池充放電的自動化程度；
6）設定有聲音報警電路，當電池電量低於電量下限值時，微處理器單元發布控制命令使聲音報警電路發出聲音報警進行提示；
7）使用鐵電存儲器存儲和收集數據，鐵電存儲器可在電能需求非常低的情況下快速存儲，通過實時存儲避免因突然斷電或發生故障而導致數據丟失，便於追蹤電池的充放電數據，便於對電池問題進行檢測和分析；
8）使用鋯酸鉛摻釩薄膜作為鐵電存儲器的膜層材料，摻釩使典型的反鐵電材料鋯酸鉛可轉換成鐵電材料，極化強度可以隨外電場反向而反向，因此可利用鐵電疇在電場下反轉形成高極化電荷、或無反轉形成低極化電荷來判別存儲單元是在”1”或“0”狀態；
9）釩具有眾多優異的物理性能和化學性能，因而釩的用途十分廣泛，有金屬“維生素”之稱，同時釩電池是2016年之前發展勢頭強勁的優秀綠色環保蓄電池之一，該發明將釩摻雜到鋯酸鉛中製得鐵電薄膜，進一步拓展了釩的套用和鐵電存儲器在電池檢測和信息存儲方面的套用，具有開創性意義。
附圖說明
圖1是《一種恆壓電池》的結構示意圖；
圖2是該發明中減震筒的結構示意圖；
圖3是該發明的結構框圖；
圖4是該發明中保護電路的結構示意圖；
圖5是該發明中降壓電路的結構示意圖；
圖6是該發明中限流啟動電路的結構示意圖。
附圖示記：1、金屬外殼；11、散熱片；2、電芯；3、第一線路板；4、第二線路板；5、正極端子；6、USB接口。
技術領域
《一種恆壓電池》涉及電池技術領域，具體涉及一種恆壓電池。
權利要求
1.《一種恆壓電池》其特徵在於，包括金屬外殼、電芯、相對設定的第一線路板和第二線路板，金屬外殼的前端設定有開口，電芯由該開口插裝在金屬外殼內部，第一線路板採用剛性基板、第二線路板採用柔性基板，第二線路板設定於金屬外殼內部，用於閉合金屬外殼的第一線路板匹配於金屬外殼的前端開口，第一線路板上設定有與金屬外殼電性導通的金屬邊緣，使金屬外殼作為恆壓電池輸入與輸出的負極，第一線路板遠離電芯的面上焊接有作為恆壓電池輸入與輸出正極的端子；電芯的兩個接線端分別通過導線連線於第二線路板上，在第一線路板上設定有升降壓電路以及限流啟動電路，第二線路板上設定有充電電路和保護電路，該升降壓電路用於：當電芯電壓高於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行降壓處理，當電芯電壓低於額定輸出電壓時，對電芯輸出電壓進行升壓處理，該限流啟動電路用於：在啟動階段降低電流。
2.如權利要求1所述的恆壓電池，其特徵在於，限流啟動電路包括並聯的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分別連線充電電路，第一支路上串聯有限流電阻R、常閉觸點KT1和通電延時型繼電器KT，第二支路上串聯有常開觸點KT2和發光二極體LED。
3.如權利要求1或2所述的恆壓電池，其特徵在於，金屬外殼的外側上設定有繞金屬外殼的中心軸線向外輻射的散熱片，該散熱片的長度方向平行於金屬外殼的中心軸線方向。
4.如權利要求1所述的恆壓電池，其特徵在於，第一線路板上設定有微處理器單元、鐵電存儲器單元和聲音報警電路，該微處理器單元分別連線鐵電存儲器單元、充電電路、保護電路、升降壓電路和聲音報警電路。
5.如權利要求4所述的恆壓電池，其特徵在於，鐵電存儲器單元包括基層和置於基層上的鐵電薄膜。
6.如權利要求5所述的恆壓電池，其特徵在於，鐵電薄膜是材料為Pb（Zr1-1.25xVx）O3（X＜0.8）的鋯酸鉛摻礬薄膜。
7.如權利要求6所述的恆壓電池，其特徵在於，鋯酸鉛摻礬薄膜的製備步驟包括：
1）把雙（乙醯丙酮）氧化釩溶解於乙醯丙酮中製成釩液待用；
2）稱量三水合乙酸鉛至燒杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸鉛，在145℃下攪拌25分鐘，去掉結晶水，製成鉛液冷卻待用；
3）用移液管取正丙醇鋯，並用注射器針頭把正丙醇鋯滴入鉛液中，封口後攪拌30分鐘；
4）將釩液加入步驟3）製得的溶液中，封口攪拌至溶液澄清，即製備完成前驅體溶液；
5）將前驅體溶液過濾至試劑瓶中待用；
6）用旋轉塗覆的方式將前驅體溶液塗覆在基片上，再將塗覆有前驅體溶液的基片放置在箱式爐中進行高溫退火處理，取出冷卻至室溫後再繼續塗覆前驅體溶液，塗覆好後同樣進行高溫退火處理，如此循環直至獲得目標厚度的薄膜。
8.如權利要求7所述的恆壓電池，其特徵在於，取用釩液前先將釩液進行十分鐘的攪拌。
9.如權利要求1所述的恆壓電池，其特徵在於，第二線路板採用的柔性基板由銅箔製成。
10.如權利要求1所述的恆壓電池，其特徵在於，第一線路板上設定有MicroUSB接口。
實施方式
實施例1
如圖1、圖2及圖3所示，一種恆壓電池，包括金屬外殼1、電芯2、減震筒7、相對設定的第一線路板3和第二線路板4，金屬外殼1的形狀可根據需求製作成圓筒狀、長方體狀等，金屬外殼1的外側上設定有繞金屬外殼1的中心軸線向外輻射的散熱片11，該散熱片11的長度方向平行於金屬外殼1的中心軸線方向，隨著使用次數的增加，充電電池的性能會有所降低，發熱情況會隨之加劇，嚴重有損電池的使用壽命，設定於金屬外殼1外側上的散熱片11有助於提高電池的散熱性能，延長使用壽命，金屬外殼1的前端設定有開口，電芯2由該開口插裝在金屬外殼1內部，第一線路板3採用剛性基板、第二線路板4採用柔性基板，該剛性基板採用環氧樹脂和玻璃纖維組成的FR-4等級材料，具備阻燃性和一定的剛性硬度，該柔性基板由銅箔製成，第二線路板4設定於金屬外殼1內部，用於閉合金屬外殼1的第一線路板3匹配於金屬外殼1的前端開口，對金屬外殼1進行機械壓縮使其前端開口與第一線路板3緊固連線，第一線路板3上設定有與金屬外殼1電性導通的金屬邊緣，使金屬外殼1作為恆壓電池輸入與輸出的負極，第一線路板3遠離電芯2的面上焊接有作為恆壓電池輸入與輸出的正極端子5；減震筒7設定於金屬外殼1與電芯2之間，減震筒7的外側上設定有減震通孔71，相對設定於減震筒7兩側的減震通孔71交錯分布，減震通孔71的長度方向垂直於減震筒7的中心軸線方向，減震筒7的長度大小匹配於第一線路板3至金屬外殼1底端的距離大小，減震筒7能有效降低外界傳遞至電池內部結構的振動強度，從而保護了電池的內部結構；電芯2的兩個接線端分別通過導線連線於第二線路板5的連線端子上，在第一線路板3上設定有升降壓電路和限流啟動電路，第二線路板上設定有充電電路以及保護電路；第一線路板3上還設定有微處理器單元、鐵電存儲器單元和聲音報警電路，該微處理器單元分別連線鐵電存儲器單元、充電電路、保護電路、升降壓電路和聲音報警電路，第一線路板3上設定有MicroUSB接口6，該升降壓電路用於：當電芯2電壓高於額定輸出電壓時，對電芯2輸出電壓進行降壓處理，當電芯2電壓低於額定輸出電壓時，對電芯2輸出電壓進行升壓處理，該限流啟動電路用於：在啟動階段降低電流，聲音報警電路用於提示電量不足；鐵電存儲器單元中可寫入額定恆定輸出電壓和電量下限值，當電芯2電壓高於額定恆定輸出電壓時，如鋰電電芯，電壓高於3.7伏，則輸出過程先進行降壓處理，達到額定電壓後再進行穩定輸出；當電芯電壓低於額定恆定輸出電壓時，如鎳氫電芯，電壓只有1.2伏-1.4伏，則輸出過程先進行升壓處理，達到額定電壓後再進行穩定輸出。輸入則可以通過電池正負極輸入或者通過MicroUSB接口6進行輸入。輸入時，使用充電電路，對電芯進行充電；當異常時，會觸及保護電路，保護電池不發生爆炸等安全事故；當電池電量低於設定的電量下限值時，微處理器單元將發布控制命令至聲音報警電路，發出聲音警報，提示電池電量不足，避免電量消耗完全而電器突然斷電造成信息丟失等緊急情況的發生。
實施例2
圖4是《一種恆壓電池》中保護電路的結構示意圖，圖5是該發明中降壓電路的結構示意圖，圖6是該發明中限流啟動電路的結構示意圖，如圖6所示，限流啟動電路包括並聯的第一支路和第二支路，第一支路和第二支路分別連線充電電路，第一支路上串聯有限流電阻R、常閉觸點KT1和通電延時型繼電器KT，第二支路上串聯有常開觸點KT2和發光二極體LED。
充電電路導通後，常閉觸點KT1閉合，常開觸點KT2斷開，第一支路導通，限流電阻有助於降低充電開啟階段的電流大小，從而實現進行限流啟動；經過設定的延長時長後，常閉觸點KT1斷開，第一支路斷開，常開觸點KT2閉合，第二支路導通，此時限流電阻R不起作用，進入正常工作狀態，同時發光二極體LED亮起作為狀態提示。通過限流啟動避免了恆壓充電導致起始階段充電電流過大的問題，有利於延長電池的使用壽命。可根據實際需要選擇限流電阻的阻值大小和設定通電延時型繼電器的延時時長。
實施例3
鐵電存儲器單元包括基層和置於基層上的鐵電薄膜，該鐵電薄膜是材料為Pb（Zr1-1.25xVx）O3（X＜0.8）的鋯酸鉛摻礬薄膜，鋯酸鉛摻礬薄膜的製備步驟包括：
1）乙醯丙酮作為釩的穩定劑，把雙（乙醯丙酮）氧化釩溶解於乙醯丙酮中製成釩液待用；
2）稱量三水合乙酸鉛至燒杯，加入乙二醇甲醚溶解三水合乙酸鉛，在145℃下攪拌25分鐘，去掉結晶水，製成鉛液冷卻待用；
3）用細長的移液管取正丙醇鋯並用注射器針頭把正丙醇鋯滴入鉛液中，封口後攪拌30分鐘；
4）將釩液進行十分鐘的攪拌，攪拌後將釩液加入到步驟3）製得的溶液中，封口攪拌至溶液澄清，即製備完成前驅體溶液；
5）將前驅體溶液過濾至試劑瓶中待用；
6）在低於30％的濕度環境下用旋轉塗覆的方式將前驅體溶液塗覆在基片上，再將塗覆有前驅體溶液的基片依次在箱式爐中575℃的溫度放置5分鐘、625℃的溫度中放置5分鐘進行高溫退火處理，取出冷卻至室溫後再繼續塗覆前驅體溶液，塗覆好後同樣進行高溫退火處理，如此循環直至獲得目標厚度的薄膜，階梯式的高溫退火有助於獲得較好的晶相成品。
正丙醇鋯暴露於空氣很容易水解成白色固體物很難再溶解，因此應在濕度儘可能小（如小於30％）的環境下配製前驅體溶液，並且操作速度要快；雙（乙醯丙酮）氧化釩即使在乙二醇甲醚中溶解度也很小，很難溶進去，選取乙醯丙酮作為穩定劑，先將雙（乙醯丙酮）氧化釩溶解在乙醯丙酮中製成釩液待用；三水合乙酸鉛溶解到乙二醇甲醚中後，通過持續加熱去掉結晶水，避免因結晶水的緣故影響正丙醇鋯與雙（乙醯丙酮）氧化釩的溶解。發明人對製得薄膜的物相、形貌和介電鐵電特性進行研究，並經過反覆實驗發現，當釩的摻雜濃度為5％時製得的薄膜開始出現反鐵電和鐵電混合相，當釩的摻雜濃度為9％時，製得的薄膜呈鐵電相，即製得鐵電薄膜。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種恆壓電池》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
