ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к твердотельным электрохимическим источникам тока, например, электрохимическим модулям аккумуляторных батарей и батарей суперконденсаторов.
Из уровня техники известен электрохимический модуль, содержащий два соединенных между собой корытообразных полукорпуса, расположенный между ними пакет электрохимических элементов и сжимающие указанный пакет концевые катодный и анодный токоотводы (JP 2011049181, кл. H01M 10/60, опубл. 10.03.2011). Известное устройство недостаточно долговечно, поскольку допускает относительное перемещение и, как следствие, непредусмотренный электрический контакт внутренних элементов в случае механического воздействия, а также требует избыточного количества конструктивных элементов для сборки, что увеличивает внутренне сопротивление, объем и массу конструкции. Технической проблемой является создание более прочного модуля с жестким герметичным корпусом, не утяжеляющим конструкцию и не препятствующим охлаждению пакета электрохимических элементов.
В предлагаемом электрохимическом модуле, содержащем два соединенных между собой корытообразных полукорпуса, расположенный между ними пакет электрохимических элементов и сжимающие указанный пакет концевые катодный и анодный токоотводы, смежные стенки полукорпусов снабжены вырезами и выступами, образующими в сборе соединение типа «ласточкин хвост», а внутрь образованной полости залит электроизоляционный теплопроводящий компаунд. Каждый концевой токоотвод предпочтительно выполнен в виде изогнутой пластины, образующей с днищем ближайшего полукорпуса полый прижимной элемент трапециевидного сечения. Боковые стенки полукорпусов предпочтительно изолированы от пакета электрохимических элементов прослойками из стеклоткани.
Совокупность изложенных признаков позволяет решить вышеуказанную техническую проблему и получить технический результат, заключающийся в повышении надежности фиксации элементов модуля.
На фиг. 1 представлен предлагаемый модуль без корпуса и без изоляции;
на фиг. 2 - то же с изоляцией;
на фиг. 3 - общий вид предлагаемого модуля в сборе;
на фиг. 4 - поперечный разрез предлагаемого модуля.
Основой предлагаемого электрохимического модуля является пакет плоских электрохимических элементов 1, разделенных промежуточными пластинами 2 с концевыми полками, расположенными со всех четырех сторон, и контактными усами 3. Пакет сжат с необходимым усилием с помощью концевых катодного и анодного токоотводов 4 в виде изогнутых пластин, также снабженных контактными усами 3, а также дополнительных упоров 5. Токоотводы 4 имеют клеммы 6 в виде контактных ушей и вырезы 7. К электрохимическим элементам 1 с помощью гибких проводов, подключаемых к контактным усам 3 токосъемников 4 и промежуточных пластин 2, присоединена плата 8 выравнивания напряжений на электрохимических элементах 1. На концевые полки промежуточных пластин 2 пакета электрохимических элементов наложена изоляция в виде прослоек 9 из стеклоткани, а на торцы токоотводов 4 - изоляция в виде полимерных уголков 10.
Пакет электрохимических элементов 1 расположен между двумя корытообразными полукорпусами 11, смежные стенки которых снабжены вырезами и выступами, образующими в сборе замковое соединение 12 типа «ласточкин хвост». Каждый токоотвод 4 образует с днищем ближайшего полукорпуса 11 полый прижимной элемент трапециевидного сечения. Для распределения нагрузки (чтобы токоотводы не искажали своей первоначальной формы) указанный элемент усиливают дополнительным упором 5 также трапециевидной формы. Таким образом, в сборе образуется жесткая конструкция, заменяющая собой толстостенную прижимную плиту и обеспечивающая передачу механического усилия на полукорпуса 11 равномерно по плоскости электрохимических элементов 1. На вертикальных гранях токосъемников 4 и упоров 5 выполнены чередующиеся вырезы и выступы 13 для совмещения их вертикальных граней в одну линию, которая попадает точно в углы полукорпусов 11, что предотвращает возможные деформации от действующих усилий сжатия пакета.
Свободное пространство, образованное одним из упоров 5 и днищем соответствующего полукорпуса 11, используют для размещения платы 8 выравнивания напряжений. Промежуточные пластины 2 не только соединяют электрохимические элементы 1 в батарею и обеспечивают электровыводы к плате 8, но и осуществляют отвод тепла к стенкам корпуса. Передачу тепла к полукорпусам 11 осуществляют с помощью концевых полок, изолированных прослойками 9 из стеклоткани, которая после пропитки компаундом образует композитный материал с высокой теплопроводностью. Благодаря малой толщине прослоек 9 обеспечивается хороший тепловой контакт промежуточных пластин 2 и стенок полукорпусов 11.
Крепление модуля по месту установки осуществляют резьбовыми вытяжными заклепками 14, устанавливаемыми после сборки модуля перед заливкой компаундом. Вырезы 7 выполняют напротив мест установки заклепок 14, тем самым предотвращая возможное замыкание на корпус.
Защита клемм 6 от внешних воздействий осуществляется крышкой 15, закрепляемой на модуле с помощью четырех винтов и четырех резьбовых вытяжных заклепок, устанавливаемых на верхней грани после сборки перед заливкой компаундом. Клеммы 6 снабжены резьбовыми втулками 16 для подключения внешних электрических цепей.
После сборки модуля и герметизации всех, стыков внутрь образованной между полукорпусами 11 полости через заливочное окно в верхней грани заливают электроизоляционный теплопроводящий компаунд, обеспечивающий полную герметичность, механическую прочность и защиту пакета электрохимических элементов 1 от окружающей среды. Замковое соединение 12 имеет монтажный зазор, необходимый для сборки модуля, который после заполнения компаундом образует жесткое и прочное механическое соединение.
Благодаря тому, что большинство деталей несут по две и более функций, их общее количество в предлагаемом электрохимическом модуле стремится к абсолютному минимуму. Его конструкция позволяет использовать тонкие токоотводы и упоры, т.к. нагрузка в образованном прижимном элементе трапециевидной формы распределяется равномерно. Обеспечение прочности крепления полукорпусов друг к другу при такой нагрузке достигается за счет использования замкового соединения типа «ласточкин хвост», которое позволяет легко вставить полукорпуса друг в друга и препятствует их разъединению при застывании компаунда. Залив компаунда окончательно фиксирует расположение всех элементов внутри корпуса, полностью исключая их подвижность и, тем самым, обеспечивая максимальную надежность и долговечность модуля.
Предлагаемая конструкция электрохимического модуля обеспечивает максимальную удельную энергоемкость, минимальное эквивалентное внутреннее сопротивление, наилучший токо- и теплоотвод от электрохимических элементов, а также высокие прочность и пылевлагонепроницаемость корпуса с классом не ниже IP65.