电池模组及电子设备的制作方法

1.本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池模组及电子设备。


背景技术：

2.现有的电池供电的用电设备内部通常都是采用电池储能，通过低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)或者dc/dc功率变换器实现供电电压的转换，将电池提供的单一电压转换为用电设备内部功能模块实际所需的工作电压。
3.当用电设备内部各个功能模块的工作电压都较低时，采用标称电压较低的单块电池供电是可行的。但是，随着5g技术的发展和用电设备功能越来越复杂，用电设备内部各个功能模块对供电规格的需求也越来越多样化，采用单一电池的供电方案，虽然可以通过电压转换电路实现各个规格的供电需求，但会导致电压转换电路效率低，造成发热和降低用电设备的电池供电工作时间，且电压转换电路的成本也较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种电池模组和电子设备，其能够提供多种不同电压幅值的电源供应，以改善现有的电源供电与用电设备的用电需求不匹配等问题。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明提供一种电池模组，所述电池模组包括m个电池单元，m个所述电池单元依次串联连接；
7.所述m个电池单元中的第一至第n个电池单元形成串联电池组，当n的取值不同时，形成不同的串联电池组，用以向用电设备提供不同电压幅值的电源；其中m为大于等于2的自然数，n为大于1且小于等于m的自然数。
8.在可选的实施方式中，所述电池单元的容量满足以下式子：
9.c
m-1
》cm；
10.其中，cm表示第m个电池单元的容量，c
m-1
表示第m-1个电池单元的容量，m为大于等于2的自然数。
11.在可选的实施方式中，所述m个电池单元中，部分电池单元的容量满足以下式子：
12.cn＝c
n+1
+
…
+cm；
13.其中，cm表示第m个电池单元的容量，c
n-1
表示第n-1个电池单元的容量，m为大于2的自然数，n为大于等于1且小于m-1的自然数。
14.在可选的实施方式中，所述电池单元的容量还满足以下式子：
15.c
m-1
＞cm，式中，cm是指m个电池单元中最后一个电池单元的容量，c
m-1
是指倒数第二个电池单元的容量。
16.在可选的实施方式中，各个所述电池单元的标称电压均相同。
17.在可选的实施方式中，各个所述电池单元的标称电压不完全相同。
18.在可选的实施方式中，每一个所述电池单元均包括第一输出端及第二输出端，以
独立地向用电设备进行供电，所述第一输出端与所述第二输出端极性相反。
19.在可选的实施方式中，所述串联电池组包括电池组第一输出端与电池组第二输出端，第一电池单元的第一输出端形成所述电池组第一输出端，所述串联电池组中最末级电池单元的第二输出端形成所述电池组第二输出端，所述电池组第一输出端与所述电池组第二输出端极性相反。
20.在可选的实施方式中，所述电池模组包括电压调节电路，所述电压调节电路与所述电池单元的输出端或所述串联电池组的输出端连接，所述电压调节电路用于将所述电池单元输出的电源电压或所述串联电池组输出的电源电压调节至与所述用电设备的需求匹配的电压。
21.第二方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括如前述实施方式任意一项所述的电池模组，所述电子设备还包括多个用电模块，所述电池模组用于向所述用电模块提供不同电压幅值的电源。
22.相对于现有技术，本发明提供的电池模组及电子设备至少具有以下有益效果：本技术提供的电池模组及电子设备包括多个电池单元，多个电池单元依次串联连接；多个电池单元中的第一个电池单元以及与其串联的一个电池单元或与其串联的多个连续的电池单元形成不同的串联电池组，通过选择串联电池组中不同的串联节点，可以选择不同幅值的输出电压，以满足用电设备内部不同的功能模块对供电电压的不同需求，减小串联电池组供电电压和用电设备内部各个用电的功能模块工作电压之间的电压差值，提升供电的效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本实施例提供的电池模组的示意图；
25.图2为本实施例提供的多个串联电池组的示意图；
26.图3为本实施例提供的另一种电池模组的示意图；
27.图4为本实施例提供的另一种电池模组的示意图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
34.现有的电池供电的用电设备内部通常采用电池储能，通过ldo或者dc/dc功率变换器实现供电电压的转换，将电池提供的单一电压转换为用电设备内部功能模块实际所需的工作电压。当用电设备内部各个功能模块的工作电压都较低时，采用标称电压较低的单块电池供电是可行的。但是随着5g技术的发展和用电设备功能越来越复杂，用电设备内部各个功能模块对供电规格的需求也越来越多样化，采用单一电池的供电方案，虽然可以通过电压转换电路实现各个规格的供电需求，但会导致电压转换电路效率低，造成发热和降低用电设备的电池供电工作时间，且电压转换电路的成本也较高，基于传统的单块电池架构的供电方案显然很难同时高效满足用电设备对多种不同幅值大小供电电压的需求。
35.为了改善上述问题，本实施例提供一种新的电池模组架构。请参阅图1与图2，图1示出了本实施例提供的电池模组的示意图。
36.本实施例提供的电池模组包括多个电池单元，多个电池单元依次串联连接；多个电池单元中的第一个电池单元以及与其串联的一个电池单元或与其串联的多个连续的电池单元形成不同的串联电池组，用以向用电设备提供不同电压规格的电源。
37.例如，本实施例提供的电池模组包括m个电池单元，m个电池单元依次串联连接，其中m为大于2的自然数。第一电池单元至第n个电池单元串联形成电池组，n为大于1且小于等于m的自然数，当n的取值不同，即形成不同的串联电池组，不同的电池组的电压幅值不同。
38.例如，若m的取值为4，该电池模组包括4个电池单元，那么n可以取值的范围包括2、3、4，也就是说该电池模组可以在内部形成3个串联电池组，当n取值为2时，第一电池单元与第二电池单元串联形成电池组，该串联电池组的电压幅值为v＝v1+v2，其中v指串联电池组的电压，v1为第一电池单元的电压，v2为第二电池单元的电压；当n取值为4时，第一电池单元、第二电池单元、第三电池单元及第四电池单元串联形成电池组，该串联电池组的电压幅值为v＝v1+v2+v3+v4，其中v指串联电池组的电压，v1为第一电池单元的电压，v2为第二电池单元的电压；v3为第三电池单元的电压，v4为第四电池单元的电压。
39.每一个电池单元均包括第一输出端及第二输出端，因此每一个电池单元均可以独立地向用电设备进行供电，第一输出端与第二输出端极性相反，例如，在一种可能的实现方式中，第一输出端为电池正极，第二输出端为电池负极。
40.同理，串联电池组包括电池组第一输出端与电池组第二输出端，其中，第一电池单元的第一输出端形成该电池组第一输出端，串联电池组中最末级电池单元的第二输出端形成电池组第二输出端，可以理解地，电池组第一输出端与电池组第二输出端极性相反，串联电池组通过电池组第一输出端与电池组第二输出端向用电设备提供电源。
41.在另一种可能的实现方式中，可以选取各个电池单元之间的串联节点作为串联电池组的输出端，选取不同的串联节点，既可以形成不同的串联电池组。
42.在一些可能的实现方式中，不同的串联电池组可以同时向不同用电设备提供电源供应。例如第一电池单元至第三电池单元形成第一电池组；第一电池单元至第四电池单元形成第二电池组，第一电池组与第二电池组可以同时向外部设备提供电源供应，其中，第一电池组能够提供电压为v1+v2+v3的电源供应，第二电池组能够提供电源为v1+v2+v3+v4的电源供应。
43.可以理解地，本实施例提供电池模组可以形成多个不同的串联电池组，从而可以提供不同电压幅值的电源供应。以电池模组包括4个电池单元为例，4个电池单元的电压幅值依次为：v1、v2、v3、v4，按照本实施例提供的方案，4个电池单元最多可以形成3个串联电池组，第一电池组包括第一电池单元与第二电池单元；第二电池组包括第一电池单元至第三电池单元；第三电池组包括第一电池单元至第四电池单元，因此，除了每个电池单元自身可以提供的v1、v2、v3、v4等电压规格的电源之外，还可以提供v1+v2、v1+v2+v3、v1+v2+v3+v4等电压规格的电源供应，从而可以满足用电设备多样化的用电需求，提供多种电压规格的电源。
44.在一种可能的实现方式中，各个电池单元的电压参数均相同，若第一电池单元的电压v1＝v0，即v1＝v2＝v3＝v4＝v0，第一电池组可以提供电压为2v0的电源、第二电池组可以提供电压为3v0的电源，第三电池组可以提供电压为4v0的电源。
45.当用电设备内部的功能模块需要低压供电时，由一个合适的电压幅值接近的电池单元单独供电；当用电设备内部的功能模块需要高压供电时，根据所需高压的幅值大小，选择合适数量的电池单元串联提供所需的供电电压，这样可以减小串联电池组供电电压和用电设备内部功能模块所需工作电压两者的电压幅值的差值，提升电能转换的效率。也即是将电池模组内部各个电池单元串联构成串联电池组，每个电池单元的标称电压为v0，通过选择串联电池组中不同的串联节点，可以选择不同幅值的输出电压，以满足用电设备内部不同的功能模块对供电电压的不同需求，提升供电的效率。
46.多个参数保持一致的电池单元串联构成电池组，通过选择串联电池组中不同的节点位置，可以选择不同数量的串联电池单元，以形成多种不同电压幅值规格的供电，但是这样的供电架构对各个电池单元的特性参数提出了一定的要求，串联供电的电池单元组合应当避免出现某个电池单元提前耗完电量而导致整个串联电池组无法继续供电的情况出现，因此，当串联电池组合中某个电池单元同时处多个串联供电的回路中时，其电池容量应当设计的比较大，当被公用的串联供电回路数量越多，其容量应当越大。
47.可以理解地，对于任意一个电池单元而言，其上一级电池单元均存在更多的供电可能，以第四电池单元为例，其上一级电池单元为第三电池单元，第三电池单元既可以与第一电池单元、第二电池单元共同组成一个三电池单元的串联电池组，也可也以与第一电池单元、第二电池单元及第四电池单元组成一个四电池单元的串联电池组，因此，第三电池单元的供电机会大于第四电池单元的供电机会，若各个串联电池组同时工作，为了确保不会出现某个电池单元提前耗完电量而导致整个串联电池组无法继续供电的情况，第三电池单元的容量应该高于第四电池单元的容量，也即是说对于任意一个电池单元而言，其电池容量高于下一级电池单元的容量。
48.也即，对于任意一个电池单元而言，其容量应满足以下式子：
49.c
m-1
》cm。
50.其中，cm表示第m个电池单元的容量，c
m-1
表示第m-1个电池单元的容量，m为大于1的自然数。
51.下面继续以m＝4，即电池模组包括4个电池单元为例进行说明，为了提供多种不同电压幅值的电源，4个电池单元形成3个不同的串联电池组，第一电池单元以及所有的串联电池组同时供电，提供v0、2v0、3v0以及4v0的电压输出，则存在以下情况：
52.第一电池单元单独供电时，提供电压幅值为v0的电源，第一电池单元输出电能。
53.第一电池组供电时：提供电压幅值为2v0的电源，第一电池单元与第二电池单元输出电能。
54.第二电池组供电时：提供电压幅值为3v0的电源，第一电池单元、第二电池单元与第三电池单元输出电能。
55.第三电池组供电时：提供电压幅值为4v0的电源，第一电池单元、第二电池单元、第三电池单元与第四电池单元输出电能。
56.从上述关系可以看出，在所有的电源：即同时供应v0～4v0电源的情况下，第一电池单元输出电能最多，第二电池单元次之，第四电池单元输出电能最少。假定每个电池单元以标称电压在单位时间内输出的电能为a，则存在以下关系：
57.第一电池单元输出能量为a；
58.第一电池组输出能量为2a，其中包括：第一电池单元输出a，第二电池单元输出a；
59.第二电池组输出能量为3a，其中包括：第一电池单元输出a，第二电池单元输出a，第三电池单元输出a；
60.第三电池组输出能量为4a，其中包括：第一电池单元输出a，第二电池单元输出a，第三电池单元输出a，第四电池单元输出能量a。
61.由此可见，在所有的串联电池组同时供电的情况下，在单位时间内第一电池单元输出能量为4a；第二电池单元输出能量为3a，第三电池单元输出能量为2a，第四电池单元输出能量为a，若要免串联电池系统由于某个或者某几个电池模块提前耗尽电能影响电池整体供电的情况出现，电池的容量设计应当满足以下条件：
62.c1≥c2+c3+c4；
63.c2≥c3+c4；
64.c3＞c4。
65.其中，c1表示第一电池单元的容量，c2表示第二电池单元的容量，c3表示第三电池单元的容量，c4表示第四电池单元的容量。其中，等于的情况是指所有串联电池组同时供电时，电量恰好耗尽的情况。
66.上述实施例介绍了包含4个电池单元的电池模组的容量关系，推广至包括任意大于4个电池单元的电池模组，则电池模组各个电池单元的容量应该满足以下式子：
67.c1≥c2+
…
+cm；
68.c2≥c3+
…
+cm；
69.…
70.c
m-2
≥c
m-1
+cm；
71.c
m-1
＞cm。
72.其中，cm表示第m个电池单元的容量，c
m-1
表示第m-1个电池单元的容量，m为大于等于4的自然数。
73.可以理解地，除最末级电池单元以及次末级电池单元外，每一个电池单元的容量大于或等于其后级所有电池单元的容量之和，即：
74.c1≥c2+
…
+cm；
75.c2≥c3+
…
+cm；
76.…
77.c
m-2
≥c
m-1
+cm；
78.而次末级电池单元的容量大于最末级电池单元的容量，即：
79.c
m-1
＞cm。
80.其中，次末级电池单元为最末级电池单元相邻的前一级电池单元。
81.在另一些可能的实现方式中，为了进一步满足供电效率的要求，应当尽可能减小串联电池组供电电压和用电设备内部各个用电的功能模块工作电压之间的电压差值，因此还可以设置串联电池组中各个电池单元的标称电压幅值也可以不同，以实现更多样化的输出电压幅值。
82.本实施例提供的电池模组通过串联组合实现的多种规格供电架构可以有效避免由于电池电压和用电负载电路所需供电电压之间的差值过大导致的电能转换效率低，降低用电设备的发热，延长电池的续航时间。
83.在一种可能的实现方式中，电池模组还包括电压调节电路，电压调节电路与电池单元的输出端或串联电池组的输出端连接，电压调节电路用于将电池单元输出的电源电压或串联电池组输出的电源电压调节至与用电设备的需求匹配的电压。
84.下面列举一种可能的实现方式，对本实施例提供的电池模组的工作原理进行介绍。
85.电池模组包括多个相互独立的电池单元，每个电池单元的电压幅值(即标称电压)可以相同，也可以不同，每个电池单元的容量不同。将用电设备内部的各个用电功能模块按照所需供电电压幅值的不同划分为多个不同的用电模块，每个用电模块对用的供电电压范围不同。
86.例如，参阅图3，以电池模组包括四个电池单元为例，即电池单元1、电池单元2、电池单元3和电池单元4，该四个独立的电池单元具有相同的标称输出电压v0，其标称电池容量分别是c1、c2、c3、c4。将用电设备内部的各个用电功能模块按照其所需的供电电压的大小范围划分为四档：
87.用电模块1：被划分到用电模块1内的所有功能模块的工作电压范围都小于等于u1，同时u1小于电池单元1的标称电压v0，两者的电压幅值较为接近，电池单元1用于对用电模块1供电，电池单元1的输出电压v0经过电压调节电路1进行电压的调节，稳定输出满足用电模块1中各个功能模块所需的具体供电电压。
88.用电模块2：被划分到用电模块2内的所有功能模块的工作电压范围都大于u1，同时小于等于u2，其中u2小于电池单元1和电池单元2的标称电压之和即2v0，两者的电压幅值较为接近，电池单元1串联电池单元2之后，用于对用电模块2供电，电池单元1和电池单元2
的串联电池组输出电压2v0经过电压调节电路2进行电压的调节，稳定输出满足用电模块2中各个功能模块所需的具体供电电压。
89.用电模块3：被划分到用电模块3内的所有功能模块的工作电压范围都大于u2，同时小于等于u3，其中u3小于电池单元1、电池单元2以及电池单元3的标称电压之和，即3v0，3v0和u3的幅值较为接近，电池单元1、电池单元2以及电池单元3串联构成电池组之后，用于对用电模块3供电，电池单元1、电池单元2以及电池单元3构成的串联电池组输出电压3v0经过电压调节电路3进行电压的调节，稳定输出满足用电模块3中各个功能模块所需的具体供电电压。
90.用电模块4：被划分到用电模块3内的所有功能模块的工作电压范围都大于u3，同时小于等于u4，其中u4小于电池单元1、电池单元2、电池单元3以及电池单元4的标称电压之和，即4v0，4v0和u4的幅值较为接近，电池单元1、电池单元2、电池单元3以及电池单元4串联构成电池组之后，用于对用电模块4供电，电池单元1、电池单元2、电池单元3以及电池单元4构成的串联电池组输出电压4v0经过电压调节电路4进行电压的调节，稳定输出满足用电模块4中各个功能模块所需的具体供电电压。
91.综上所述，图3所示的实施案例将四个标称电压参数相同的电池单元串联构成串联电池组，通过在串联电池组中选择合适的输出节点，创造由不同数量的电池单元构成的输出源，可以产生四种不同幅值的输出电压：v0、2v0、3v0、4v0，对应将用电设备内部需要供电的功能模块，按照其所需供电电压幅值的大小，划分为四档，分别对应四种幅值的输出电压，这样可以有效提升电池供电电压与用电模块的工作电压的匹配程度，提高电池和用电设备内部用电模块之间的电能转换效率。
92.在另一种可能的实现方式中，电池模组内各个电池单元的电压可以不完全相同，图4所示为四个电池单元的标称电压不同时，串联构成电池组结构，也可以输出四种不同幅值大小的输出电压，相比于图3所示结构输出的四种电压规格，图4所示结构输出的电压幅值规格更加的灵活多样，分别为v1、v1+v2、v1+v2+v3、v1+v2+v3+v4，其中v1、v2、v3、v4可以根据移动设备内部用电的功能模块所需的供电电压具体情况进行设置，更加适合实际的供电需要，进一步提升了电池能电池转变到用电负载的转化效率。
93.本实施例还提供一种电子设备，电子设备包括上述实施例提供的电池模组，电子设备还包括多个用电模块，电池模组用于向用电模块提供不同规格的电源。
94.综上所述，本发明实施例提供了一种电池模组及电子设备，本技术提供的电池模组及电子设备包括多个电池单元，多个电池单元依次串联连接；多个电池单元中的第一个电池单元以及与其串联的一个电池单元或与其串联的多个连续的电池单元形成不同的串联电池组，通过选择串联电池组中不同的串联节点，可以选择不同幅值的输出电压，以满足用电设备内部不同的功能模块对供电电压的不同需求，减小串联电池组供电电压和用电设备内部各个用电的功能模块工作电压之间的电压差值，有效避免由于电池电压和用电负载电路所需供电电压之间的差值过大导致的电能转换效率低，降低用电设备的发热，延长电池的续航时间。
95.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。