磁场发生器的制作方法

本发明涉及磁场发生器，并且特别地但非排他地涉及用于与电化学系统集成的磁场发生器。

背景技术：

1、电化学系统（诸如包括电化学电池单元的系统）可以通过施加磁场而升级为磁电化学系统。磁场可以由诸如一个或多个电磁体的磁场源产生。

2、将磁场源集成在电化学系统中可能具有挑战性，例如，由于需要以确保电化学部件均匀地/一致地暴露于所生成的磁场的方式提供磁场源和电路系统。

3、本发明是鉴于上述考量而提出的。

技术实现思路

1、在第一方面，提供了一种磁场发生器，所述磁场发生器包括：

2、电磁体，所述电磁体用于在向其供应电流时生成磁场；

3、电路系统，所述电路系统连接到所述电磁体并且可连接到电源；以及

4、印刷电路板，pcb，其中，所述电磁体和所述电路系统中的任一者或两者作为一个或多个导电迹线被设置作为所述pcb的一部分。

5、以此方式，pcb可以用于包封电路系统和/或电磁体，以促进磁场发生器与电化学系统的集成。例如，提供电路系统作为pcb的一部分可以促进电路系统相对于电磁体的、并且例如相对于电化学系统的部件的布线。

6、提供电磁体和电路系统两者作为pcb的一部分可以确保磁场发生器是一体式单片部件，这可以改善其集成便利性和可更换性。

7、电源可以被配置成将电流供应至电磁体。

8、通常，pcb具有被pcb的厚度间隔开的平坦表面。电部件典型地安装到pcb的一个或两个平坦表面。

9、提供电磁体和电路系统中的任一者或两者的导电迹线可以设置在pcb的表面上或设置在pcb内。在一些例子中，电磁体和/或电路系统可以沿着pcb的厚度延伸。

10、提供电磁体和/或电路系统的导电迹线可以被布置成圆形或多边形（例如，正方形、矩形、六边形或八边形）的方式。

11、提供电磁体的导电迹线的厚度和/或密度可以根据应用要求来选择，以实现期望的磁场强度。

12、典型地，电磁体可以包括一个或多个线匝。在一些例子中，线匝可以是共面的。例如，线匝可以相对于彼此嵌套在同一平面中。

13、在一些例子中，线匝可以沿着pcb的厚度相互间隔开。

14、线匝可以串联或并联地彼此电连接。线匝可以通过pcb的导电迹线和/或通孔彼此电连接。导电迹线可以连接沿着pcb的同一平面延伸的线匝。导电通孔可以连接沿着pcb的厚度相对于彼此间隔开的线匝。换言之，导电通孔可以延伸穿过pcb的厚度以电连接沿着pcb的厚度间隔开的线匝。

15、磁场发生器可以包括多个电磁体。每个电磁体可以电连接到同一电路系统，或者电连接到可连接到电源的相应不同电路系统。

16、pcb可以包括多个层。层可以沿着pcb的厚度堆叠。

17、层密度可以根据应用和/或制造者要求而变化。在一些例子中，pcb的层密度可以是至少1层/毫米、或至少2层/毫米、或至少5层/毫米、或至少10层/毫米、或至少20层/毫米。在一些例子中，pcb的层密度可以是50层/毫米或更小、或25层/毫米或更小、或20层/毫米或更小、或15层/毫米或更小、或10层/毫米或更小、或5层/毫米或更小。

18、pcb的层中的至少一些（例如，每个层）可以包括完全包含在所述层内（即，不跨多个层延伸）的相应电磁体。在一些例子中，不同pcb层可以包括完全包含在所述层内（即，不跨多个层延伸）的多个相应电磁体。

19、作为pcb的相应不同层的一部分而设置的电磁体可以（沿着pcb的厚度）彼此重叠。例如，设置在pcb的相应不同层上的电磁体可以同轴布置，从而彼此完全重叠。替代性地，作为pcb的相应不同层的一部分而设置的电磁体可以以交错的方式布置，从而彼此部分重叠。

20、在一些例子中，pcb的层中的至少一些层（例如，每个层）可以包括同一电磁体的相应不同部分。例如，不同的pcb层可以包括同一电磁体的一个或多个线匝。因此，增加pcb的层的数量（通过增加层密度和/或厚度）可以增加电磁体的线匝的数量。设置在pcb的相应不同层上的电磁体部分（例如，线匝）可以通过沿着pcb的厚度延伸的导电通孔电连接。

21、磁场发生器可以包括一个或多个热管理层。在一些例子中，所述一个或多个热管理层可以是pcb的一部分。

22、在一些例子中，所述一个或多个热管理层可以不包括导电部件（例如，迹线）。

23、在一些例子中，所述一个或多个热管理层可以夹在包括电部件（诸如导电迹线/通孔）的pcb层之间。在其他例子中，热管理层可以将包括电部件（诸如导电迹线/通孔）的pcb层夹在中间。

24、在一些例子中，磁场发生器可以包括至少一个导热的热管理层。例如，所述/每个导热的热管理层可以具有至少0.1 ºc/w、或至少0.25 ºc/w、或至少0.5 ºc/w、或至少0.75ºc/w的热阻。所述/每个导热的热管理层可以具有小于1 ºc/w、或小于0.75 ºc/w、或小于0.5 ºc/w、或小于0.25 ºc/w的热阻。导热的热管理层中的一个或多个导热的热管理层可以具有至少1 w/mk、或至少1.05 w/mk（诸如约1.059 w/mk）、或至少1.1 w/mk的热导率。

25、在一些例子中，磁场发生器可以包括至少一个隔热的热管理层。例如，所述/每个隔热的热管理层可以具有0.1 ºc/w或更小、或0.075 ºc/w或更小、或0.05 ºc/w或更小、或0.025 ºc/w或更小的热阻。所述/每个隔热的热管理层可以具有至少0.01 ºc/w、或至少0.025 ºc/w、或至少0.05 ºc/w、或至少0.075 ºc/w的热阻。热管理层中的一个或多个热管理层可以具有小于1 w/mk、或小于0.75 w/mk、或小于0.5 w/mk（诸如约0.343 w/mk）的热导率。

26、在一些例子中，磁场发生器可以包括隔热的热管理层和导热的热管理层的组合，诸如一个或多个隔热的热管理层和一个或多个导热的热管理层。在一些例子中，一个或多个隔热层可以相对于一个或多个导热层交替地布置。

27、在一些例子中，磁场发生器可以包括一对导热的热管理层和一个隔热的热管理层。导热的热管理层可以将隔热的热管理层夹在中间，即，隔热的热管理层可以介于导热的热管理层之间（并且例如平行于导热的热管理层）。导热的热管理层可以限定磁场发生器的相对外表面（例如，在垂直于pcb的厚度的平面中）。每个导热的热管理层和隔热的热管理层可以将包括导电部件（诸如迹线）的相应一个或多个层夹在中间。包括导电部件的一个或多个层可以是限定一个或多个电磁体和/或其部分的一个或多个层。

28、这种布置可以是有利的，因为导热的热管理层可以帮助均匀化例如与如下文参考第二方面所讨论的被设置成与所述磁场发生器处于热连通的一个或多个电化学电池单元内的热分布。隔热的热管理层可以改善例如与如下文参考第二方面所述的被设置成与磁场发生器处于热连通的不同电化学电池单元之间的电池单元间热分布均匀性。

29、所述一个或多个热管理层中的至少一个热管理层可以被布置成提供磁场发生器的表面（即，外表面），例如，在垂直于pcb的厚度的平面中。

30、所述一个或多个热管理层中的至少一个热管理层可以被布置成提供磁场发生器的表面，所述表面是磁场发生器的在磁场发生器的所有表面中具有最大表面积的表面。以此方式，可以改善磁场发生器与其邻近的一个或多个电化学电池单元之间的热量交换。

31、在一些示例中，磁场发生器可以包括至少一个导热的热管理层和至少一个隔热的热管理层。导热的热管理层可以与隔热的热管理层相对。导热的热管理层和隔热的热管理层可以限定磁场发生器的相对表面。换言之，例如，导热的热管理层和隔热的热管理层可以将pcb的剩余的一个或多个层夹在中间，例如，所述一个或多个层包括导电部件，诸如迹线。隔热的热管理层可以平行于导热的热管理层。

32、电磁体可以被配置成生成变化的磁场。变化的磁场可以随时间在方向和/或幅值和/或频率上变化。

33、变化的磁场可以是旋转的、脉冲的、振荡的、或其任何组合。

34、变化的磁场可以具有至少0.1 hz、或至少1 hz、或至少10 hz、或至少20 hz、或至少50 hz、或至少75 hz、或至少100 hz、或至少125 hz的频率。替代性地或另外，变化的磁场p可以具有500 hz或更小、或250 hz或更小、或150 hz或更小、或100 hz或更小、或50 hz或更小、或25 hz或更小、或15 hz或更小、或10 hz或更小、或5 hz或更小、或1 hz或更小的频率。

35、电磁体可以被配置成生成具有至少1 mt、或至少10 mt、或至少50 mt、或至少100mt、或至少250 mt、或至少500 mt的幅值的磁场。电磁体可以被配置成生成具有1000 mt或更小、或500 mt或更小、或250 mt或更小、或100 mt或更小、或50 mt或更小、或10 mt或更小的幅值的磁场。

36、pcb可以是刚性的或柔性的。pcb可以是单面的或双面的。pcb可以是高密度互连pcb（具有例如掩埋通孔、微通孔和/或堆叠微通孔）。

37、pcb可以使用标准pcb制造工艺来制造。

38、导电迹线和/或通孔可以由导电金属（诸如铜）形成。

39、在第二方面，提供了一种磁电化学系统，所述磁电化学系统包括：

40、根据第一方面的磁场发生器；以及

41、一个或多个电化学电池单元；

42、其中，所述磁场发生器与所述一个或多个电化学电池单元处于热连通，并且所述磁场发生器被布置成使得由所述磁场发生器生成的磁场渗透所述一个或多个电化学电池单元。

43、也就是说，磁场发生器可以相对于所述一个或多个电化学电池单元布置/定位，从而经由对流、传导和/或辐射向其传递热量，另外还生成渗透电池单元以用于电化学收益的磁场。

44、以此方式，磁场发生器可以将所述一个或多个电化学电池单元暴露于磁场，已知所述磁场改善了电池单元性能（例如，离子传输），并且同时通过与所述一个或多个电化学电池单元交换热量来对所述一个或多个电化学电池单元进行热管理。换言之，磁场发生器可以有利地执行磁场生成和热量管理的双重功能。

45、在一些例子中，磁电化学系统可以包括根据第一方面的多个磁场发生器。磁电化学系统可以包括多个电化学电池单元。磁场发生器可以被布置成将电化学电池单元夹在中间。磁场发生器可以与电化学电池单元以交替的方式布置，例如，使得每个电化学电池单元被夹在相应的一对磁场发生器之间，或者使得每个磁场发生器被夹在相应的一对电化学电池单元之间。

46、一个或多个磁场发生器可以与电化学电池单元直接接触。例如，所述/每个磁场发生器可以被布置成邻接相应的电化学电池单元的外（平坦或弯曲）表面。替代性地，一个或多个磁场发生器可以与电化学电池单元（例如，通过空气间隙）间隔开。

47、在一些例子中，所述/每个磁场发生器可以被布置成围绕相应的电化学电池单元的至少一部分。例如，所述/每个磁场发生器可以被布置成与相应的电化学电池单元的外（平坦或弯曲）表面轮廓吻合。所述/每个磁场发生器可以包裹在相应的电化学电池单元周围。例如，所述/每个磁场发生器可以包裹在圆柱形电化学电池单元的外（管状）表面周围。为此目的，磁场发生器的pcb是柔性pcb，所述柔性pcb是可弯曲的以便与电化学电池单元的外弯曲表面轮廓吻合。

48、如参照第一方面所述的，所述/每个磁场发生器可以包括一个或多个热管理层，例如，导热和/或隔热的热管理层。

49、设置一个或多个导热层可以帮助均匀化跨一个或多个电池单元的热分布，由此减少电化学电池单元上的热点的出现。另外，设置一个或多个导热的热管理层可以帮助冷却电化学电池单元，以减少过热的风险。

50、设置一个或多个隔热的热管理层可以帮助减少电化学电池单元之间的热失控。另外，其还可以帮助存储由电化学电池单元生成的有用热量，这可以帮助增强电池单元中的反应动力学。

51、此外，如上文所讨论的，所述/每个磁场发生器可以包括至少一个导热的热管理层和至少一个隔热的热管理层，所述至少一个导热的热管理层和所述至少一个隔热的热管理层限定磁场发生器的相对表面。在这种情况下，导热的热管理层可以促进与其邻近的（例如，第一）电化学电池单元的热量交换，而相对的隔热的热管理层可以帮助防止来自第一电化学电池单元的热量传播至邻近隔热的热层的（第二）电化学电池单元。在此例子中，第一电化学电池单元和第二电化学电池单元可以将所述磁场发生器夹在中间，其中第一电化学电池单元靠近导热的热管理层并且远离隔热的热管理层，并且第二电化学电池单元靠近隔热的热管理层并且远离导热的热管理层。

52、每个电化学电池单元可以是电池。每个电化学电池单元可以是正离子电池，并且电流流动路径可以是正离子的行进方向。替代性地，每个电化学电池单元可以是负离子电池，并且电流流动路径可以是负离子的行进方向。每个电化学电池单元可以是锂离子电池。每个电化学电池单元可以是固态电池。每个电化学电池单元可以是圆柱形电池单元、袋式电池单元或棱柱形电池单元。

53、本发明包括所描述的方面和优选特征的组合，除非这种组合是明显不允许或明确表示要避免的。