БАТАРЕЯ С УСТРОЙСТВОМ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
BATTERY WITH TEMPERATURE MONITORING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Объект изобретения относится к батарейным блокам, имеющим ячейки, и более детально к батарейному блоку для электрических/гибридных транспортных средств, имеющих охлаждающую и нагревательную систему для охлаждения ячеек внутри батарейного блока.
Уровень техники
Автомобильные транспортные средства такие как, например, гибридные транспортные средства используют множественные силовые системы для обеспечения движущей силы. Это обычно относится к бензиноэлектрическим гибридным транспортным средствам, которые используют бензин для приведения в действие двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и электрические батареи для приведения в действие электрических моторов. Эти гибридные транспортные средства перезаряжают свои батареи посредством захвата кинетической энергии через регенеративное торможение. Во время крейсерования или холостого хода некоторая часть мощности двигателя внутреннего сгорания подается к генератору (просто электрический мотор(ы), запущенный в генераторном режиме), который вырабатывает электричество для зарядки батарей. Это противопоставляется полностью электрическим автомобилям, которые используют батареи, заряженные посредством внешнего источника, такого как энергетическая система, или трейлер, увеличивающий диапазон. Почти все гибридные транспортные средства по-прежнему требуют бензин как их единственный источник топлива, хотя дизельное топливо и другие топлива, такие как этанол или масла на растительной основе также иногда используются.
Батареи и ячейки являются важными энергосберегающими устройствами, хорошо известными в уровне техники. Батареи и ячейки типично содержат электроды и ионопроводящий электролит, расположенный между электродами. Батарейные блоки, которые содержат ионно-литиевые батареи все больше и больше используются в автомобильных устройствах и технических электрических устройствах, потому что они являются перезаряжаемыми и не имеют эффекта запоминания. При хранении и работе ионно-литиевых батарей при оптимальной температуре работы очень важно позволить батареи поддерживать заряд на протяженном периоде времени.
Благодаря характеристикам ионно-литиевых батарей, батарейный блок работает при пределе температуры окружающей среды от -20°С до 60°С. Однако, даже работая при этом пределе температуры, батарейный блок может начать терять свою способность или возможность к зарядке или перезарядке при понижении температуры окружающей температуры ниже 0°С. В зависимости от температуры окружающей среды срок службы или способность зарядки/перезарядки батареи может сильно снижаться, когда температура отклоняется от 0°С. Тем не менее, может быть неизбежным, что ионно-литиевая батарея будет использоваться, где температура окружающей среды выйдет за температурный предел.
Ссылаясь на вышеупомянутое, значительные колебания температуры могут происходить от одной ячейки к другой, которые губительны для работы батарейного блока. Для поддержания долгого срока эксплуатации целого батарейного блока, ячейки должны работать ниже желаемого температурного порога. Для поддержания работы блока, дифференциал температуры между ячейками в батарейном блоке должен быть минимизирован. Однако, в зависимости от тепловой траектории к окружающей среде, различные ячейки будут достигать разной температуры. Далее, по тем же причинам, различные ячейки достигают повышенной температуры, в течение процесса зарядки. Следовательно, если одна ячейка находится при повышенной температуре относительно других ячеек, ее заряд или эффективность перезарядки будет различной, и, таким образом, может заряжаться или перезаряжаться быстрее, чем другие ячейки. Это будет приводить к снижению эффективности работы целого блока.
В уровне техники известны различные конструкции батарейных блоков с охлаждающими системами. Патент США №5071652 на имя Джонса и остальных раскрывает батареи из гидрооксида металла, включающие в себя внешний сосуд высокого давления круглой конфигурации, который содержит ряд круглых ячеечных модулей, размещенных параллельно друг другу. Смежные ячеечные модули разделены посредством круглых теплопередающих элементов, которые переносят тепло от ячеечных модулей к внешнему сосуду. Каждый теплопередающий элемент включает в себя в целом плоский корпус или пластину, который расположен между смежными ячеечными модулями. Периферийные кромки находятся в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления. Ширина каждого ячеечного модуля больше, чем длина кромки, так чтобы кромка каждого теплопередающего элемента находилась вне контакта со смежным теплопередающим элементом. Кромки сконструированы и выполнены с возможностью вызывать внешнюю радиальную силу против сосуда высокого давления. Соединительные стержни служат для закрепления ячеечных модулей и теплопередающих элементов вместе в форме стопки, которая вставлена внутрь сосуда высокого давления.
Батарея из гидрооксида металла, раскрытая в патенте США №5071652 на имя Джонса и остальных, сконструирована для батарей цилиндрического типа и содержит теплопроводящие элементы в прямом контакте с сосудом, таким образом, является непригодной для создания зазора между сосудом и теплопроводящими элементами, которые могут быть использованы для ввода охлаждающего или нагревающего средства для охлаждения или нагрева ячеек.
2
Патент США №5354630 на имя Эрла и остальных раскрывает обычный сосуд высокого давления круглой конфигурации типа Ni-H аккумуляторной батареи, имеющей внешний сосуд высокого давления, который содержит стопку отделений. Каждое из отделений включает в себя по меньшей мере одну ячейку батареи, теплопроводящий элемент и ячеечное пространство для поддержания относительного контактирующего расстояния между смежными отделениями. Теплопроводящие элементы включают пластинчатый участок, который находится в тепловом контакте с ячейкой батареей, и кромку, которая продолжается продольно от пластинчатого участка и находится в тесном контакте с внутренней стенкой сосуда высокого давления. Теплопроводящий элемент служит для отвода тепла, генерируемого от ячейки батареи радиально к сосуду высокого давления.
Подобно батареи из гидрооксида металла, раскрытой в патенте США №5071652 на имя Джонса и остальных, аккумуляторная батарея, раскрытая в патенте США №5354630 на имя Эрла и остальных, сконструирована для цилиндрического типа батарей. Эта батарея из гидрооксида металла содержит теплопроводящие элементы, находящиеся в прямом контакте с сосудом, и таким образом, является непригодной для создания зазора между сосудом и теплопроводящими элементами, которые могут быть использованы для ввода охлаждающего или нагревающего средства для охлаждения или нагрева ячеек.
Патент США №6117584 на имя Хоффмана и остальных раскрывает теплопроводник для использования с электрохимической энергией аккумуляторного устройства. Теплопроводник прикреплен к одному или обоим контактам анода и катода электрохимической ячейки. Упругий участок проводника изменяется по высоте или положению для поддержания контакта между проводником и структурой из смежных стенок сосуда в ответ на относительное движение между проводником и структурой из стенок. Теплопроводник проводит ток внутри и вне электрохимической ячейки и проводит тепловую энергию между электрохимической ячейкой и теплопроводящим и электрорезистивным материалом, расположенным между проводником и структурой из стенок. Теплопроводник, раскрытый в патенте США №6117584 на имя Хоффмана и остальных, прикреплен к одному или обоим контактам анода и катода ячейки, а не находится между ячейками.
Патент США №6709783 на имя Огата и остальных раскрывает батарейный блок, имеющий ряд призматических плоских аккумуляторных модулей, на основе батарей из гидрида металла никеля, установленных параллельно друг другу. Каждый аккумуляторный модуль состоит из цельного ящика, образованного посредством взаимного соединения как одно целое ряда аккумуляторных ящиков, имеющих короткие боковые поверхности и длинные боковые поверхности, при этом короткие боковые поверхности образуют перегородки между смежными аккумуляторными ящиками. Ряд разделителей выполнены из листа, согнутого в противоположенных направлениях, так чтобы поочередно выступающие пазы или выступы соответственно контактировали с противоположенными длинными боковыми поверхностями аккумуляторных модулей для обеспечения охлаждающих проходов между аккумуляторными модулями. Батарейный блок, раскрытый в патенте США №6709783 на имя Огата и остальных, предназначен для образования пустот, то есть охлаждающих проходов между ячейками, таким образом, уменьшая уплотняющие характеристики блока.
Патент США №6821671 на имя Хинтона и остальных раскрывает устройство для охлаждения ячеек батареи. Как показано на Фиг.1 патента США №6821671 на имя Хинтона и остальных, охлаждающая пластина подсоединена к ячейке батареи, имеющей направляющие для удержания охлаждающей пластины так, что каждая охлаждающая пластина скользит между направляющими, таким образом, вводя охлаждающую пластину внутрь соответствующей ячейки батареи и формируя вышеупомянутое устройство. Зацепление охлаждающей пластины с ячейкой батареи выполнено таким образом, что охлаждающие пластины не выступают за пределы ячеек батареи. Следовательно, охлаждающие средство служит только для ее предназначенной цели, если введено сбоку устройства. Если, например, охлаждающее средство применено спереди устройства, то только первая ячейка батареи подвергается действию охлаждающего средства, таким образом, предотвращая эффективное охлаждение других ячеек батареи.
Фиг.7 патента США №6821671 на имя Хинтона и остальных показывает устройство, в котором планки вставлены через ушки, продолжающиеся от охлаждающей пластины для соединения составных ячеек батареи, для соединения устройства и пластин вместе, для удержания ячеек батареи в сжатом состоянии. Планки, как показано на Фиг.7, деформируют ячейки батареи, таким образом, отрицательно влияя на химическую реакцию между электролитом, катодами и анодами каждой ячейки батареи и вызывая уменьшение срока службы ячеек.
Публикация Японской патентной заявки №JP 2001-229897 раскрывает конструкцию батарейного блока и способ его производства. Цель способа является создать пустоты между ячейками для прохождения холодного воздуха через пустоты и между ячейками для охлаждения ячеек. Подобно вышеупомянутому патенту США №6709783 на имя Огата и остальных, батарейный блок, раскрытый в публикации патентной заявки Японии №JP2001-229897, предназначен для образования пустот между ячейками, таким образом, уменьшая характеристику уплотнения блока.
Следовательно, остается необходимость для улучшения блоков литиевых батарей предыдущего уровня техники, чтобы увеличить диапазон температуры окружающей среды, в котором литиевая батарея работает, и обеспечить новый батарейный блок с улучшенными характеристиками уплотнения.
Также остается необходимость поддержать батарейный блок при оптимальной температуре работы для обеспечения наиболее продолжительного срока службы, номинальной емкости и номинального количества зарядов и перезарядов.
Сущность изобретения
Аккумуляторный модуль или блок настоящего изобретения выполнен с возможностью использования в различных конфигурациях, включающих в себя и не ограниченных горизонтально или вертикально собранные в стопку конфигурации батарейных ячеек, используемых в транспортных средствах. Батарейный блок имеет ряд аккумуляторных модулей, каждый представляется большим числом ячеек, каждая из которых чередуется с соответствующим радиатором, образованным из теплопроводящих материалов, таких как, например, прокатная фольга из алюминиевого сплава и подобных, без ограничения объема изобретения.
Предпочтительно, каждая ячейка является ионно-литиевой ячейкой, имеющей первый токосъемник и первый электрод, смежный с первым токосъемником, и второй токосъемник и второй электрод заряда, противоположный первому электроду и смежный со вторым токосъемником. Разделительный слой расположен между первым и вторым электродами, проводящими электролит между ними. Ряд первых электродов и вторых электродов расположены друг над другом и упакованы в электроизолирующую оболочку для образования ячейки. Компоновка ячеек включает в себя торцевые концы и контактные концы. Один контактный конец включает в себя первый изгиб, продолжающийся от него в первом направлении. Другой контактный конец включает в себя второй изгиб, продолжающийся от него во втором направлении, противоположном первому.
Радиатор включает в себя контактные концы и верхний и нижний теплопроводящие края. Верхний и нижний теплопроводящие края могут включать в себя ряд пластин, составляющих одно целое с и продолжающиеся от радиатора. Пластины могут быть охлаждены, образованы и являются сконструированными для передачи тепла как к, так и от ячеек в зависимости от применения. Пара электроизолирующих прокладочных устройств или ушек механически прикреплена на каждой стороне радиатора. Ряд штифтов запрессован в и продолжается от прокладки на одной стороне радиатора наряду с тем, что прокладка без ряда штифтов, но с рельефом для сенсора занимает противоположную сторону от радиаторного узла. Ячеечные контакты изогнуты над штифтами в электрической последовательности или электрической параллельной конфигурации. Ячейки расположены между радиаторным узлом.
Ряд гибких плат расположены на штифтах для считывания напряжения в каждом последовательном соединении. Интегральные сенсоры расположены на гибкой плате для обеспечения считывания температуры. Гайка co встроенной пружинной шайбой навинчена и находится для обеспечения вращающего момента на каждый штифт для электрической проводимости и механического удержания. Две концевые или компрессионные пластины прикреплены к радиаторным узлам, выровненным один относительно другого и с ячейками, расположенными между ними.
По меньшей мере четыре распорки продолжаются периферийно через каждый из радиаторных узлов и компрессионных пластин, таким образом, размещая внутренний аккумуляторный модуль внутри компрессионной пластины, чтобы способствовать короткой длине пути для ионной проводимости внутри ячейки и улучшить теплопередачу как к, так и от радиатора.
Компаунд, такой как, например, полиуретан, пенополиуретан, силикон или эпоксидная смола, вводится внутрь аккумуляторного блока, расположенного в контейнере для того, чтобы по меньшей мере частично или полностью герметизировать аккумуляторный модуль и соответствующие ячейки, таким образом ликвидируя воздушные зазоры между ячейками и контейнером. Компаунд также предотвращает упаковку ячейки от релаксации в течение времени и не позволяет электролиту оседать внутрь резервуара упаковки ячейки и, следовательно, снижать электроемкость ячеек. Компаунд/герметизирующий материал также предотвращает движение аккумуляторного модуля в контейнере батарейного блока.
Преимуществом настоящего изобретения является обеспечение аккумуляторного модуля характеристикой высокой плотности энергии, которая достигается посредством компоновки ячеек, устройств, передающих мощность и данные, контроллеров, охлаждения, и фиксирующей системы в малом объеме пространства, таким образом, улучшая характеристики упаковки и обеспечивая компактное изделие.
Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение аккумуляторного модуля, имеющего отличное удержание, которое окружает и закрепляет ячейки.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение аккумуляторного модуля, герметизированного посредством компаунда, который значительно снижает распространение потенциала жидкостей внутри батарейного блока или протечку изнутри батарейного блока наружу батарейного блока, таким образом, предотвращая уменьшение срока службы изделия или преждевременный отказ аккумуляторного модуля.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение конструкции с низкой массой батарейного блока, который включает в себя пенополиуретан как средство удержания потенциала, которое является очень конкурентоспособным по отношению к традиционным способам удержания таким как, например, силикон или эпоксидный клей.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способом упаковки, в котором используется корпус, вмещающий в себя модуль, который включает в себя конус, заполненный герметизирующим веществом, который фиксирует модуль в положении и позволит блоку быть установленным в любой ориентации.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение батарейного блока, который снижает стоимость производства из-за упрощенных способов сборки.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение батарейного блока, имеющего сбалансированную систему управления теплом, в которой каждая ячейка батарейного блока получает одинаковую температуру и поток среды управления теплом, чтобы содействовать в снижении или увеличении нагрева.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение охлаждающей системы, которая позволяет батарейному блоку отдавать и получать высокие значения тока, то есть С-Rate (номинальная емкость), посредством эффективного удаления нежелательного нагрева в течение быстрого импульса заряда или разряда, который может отрицательно воздействовать на работу и срок службы батарейного блока.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение нагревательной системы, которая позволяет батарейному блоку действовать, когда он подвержен температурам ниже оптимального рабочего предела химического состава ячейки.
Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение блока, который является простым в конструкции и имеет уменьшенную массу.
Объект изобретения обеспечивает несколько преимуществ над батарейными блоками предшествующего уровня техники посредством увеличения предела температуры окружающей среды, в котором батарейный блок может работать. Также, объект изобретения помогает поддерживать батарейный блок при оптимальной рабочей температуре, чтобы увеличить срок службы батарейного блока, и увеличить безопасность батарейного блока.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания совместно с сопроводительными чертежами, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе батарейного блока, содержащего ряд модулей, каждый из которых имеет ряд ячеек, каждая из которых соединена с другой в аккумуляторном модуле, также дополнительно показана контролирующая электроника батарейного блока и внешние подключения;
Фиг.2 - другой вид в перспективе батарейного блока по Фиг.1, показывающий два аккумуляторных модуля, каждый из которых имеет ячейки, чередующиеся с узлами радиатора, при этом каждый аккумуляторный модуль поддерживается основанием корпуса;
Фиг.3 - другой вид в перспективе батарейного блока Фиг.2, показывающий вышеупомянутые два аккумуляторных модуля и пару соединительных устройств с элементами для снятия напряжений, расположенных на аккумуляторных модулях, таким образом присоединяя их;
Фиг.4 иллюстрирует фрагмент аккумуляторных модулей, соединенных посредством соединительных устройств с элементами для снятия напряжений, представляющий элемент для снятия напряжений между аккумуляторными модулями;
Фиг.5 показывает радиаторный узел батарейного блока;
Фиг.6 показывает альтернативный вариант осуществления радиаторного узла;
Фиг. с 7 до 12 показывают фрагменты альтернативных конфигураций теплопередающего края;
Фиг.13 показывает ячейку, имеющую пару клеммных сгибов, продолжающихся в разных направлениях;
Фиг.14 показывает частичный и в перспективе вид ячейки, зацепляющей сенсорную область радиаторного узла;
Фиг.15 показывает частичный и в перспективе вид ячейки, зацепляющей контактный конец радиаторного узла;
Фиг.16 иллюстрирует в перспективе частичный вид аккумуляторного модуля, имеющего стороны радиаторного узла и радиаторный теплопередающий край, продолжающийся от него, и также иллюстрирует сгибы ячеек, зацепляющие стороны радиаторного узла, герметизированные посредством ряда нажимных пластин и стержня, продолжающегося через радиаторные узлы, таким образом прикладывая давление к ячейкам;
Фиг.17 иллюстрирует в перспективе частичный вид альтернативного варианта осуществления аккумуляторного модуля;
Фиг.18 - вид в перспективе аккумуляторного модуля, имеющего гибкую плату, продолжающуюся над сгибами ячеек и между нажимными пластинами и продолжающуюся к контактному хвостовому участку, чтобы обеспечить присоединение к контролеру, как хорошо показано на Фиг.1;
Фиг.19 - вид в перспективе спереди узла нажимной пластины;
Фиг.20 - альтернативный вариант осуществления аккумуляторного модуля, показанного на Фиг.1, иллюстрирующей ряд нагревающих устройств;
Фиг.21 показывает вид сбоку аккумуляторного модуля на Фиг.20, расположенного в корпусе; и
Фиг.22 показывает вид сверху аккумуляторного модуля на Фиг.20, расположенного в корпусе.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
На фигурах одинаковые номера обозначают подобные или соответствующие части, батарейный узел или блок настоящего изобретения может использоваться в различных конфигурациях, включающих в себя, без ограничения, горизонтально или вертикально собранные в стопку конфигурации батарейных ячеек, используемых в транспортных средствах. Батарейный узел или блок в общем обозначен как 10 на Фиг.1. Батарейный узел 10 включает в себя ряд аккумуляторных модулей, каждый из которых, в общем, обозначен как 12 на Фиг.2 и 3.
Каждый аккумуляторный модуль 12 включает в себя ряд ячеек, в общем, обозначенных как 14 на Фиг.13. Предпочтительно, каждая ячейка 14 является ионно-литиевой ячейкой без ограничения объема настоящего изобретения. Специалисты в области аккумуляторной техники высоко оценят то, что ячейки могут быть использованы в настоящем изобретении. Каждая ячейка 14 включает в себя ряд батарейных компонентов (не показаны) совместно действующих между другим с электролитом между ними, как известно специалистам в области литиевых батарей. Первый электрод смежен с первым токосъемником, а второй электрод заряда, противоположный первому электроду, смежен со вторым токосъемником. Разделительный слой расположен между первым и вторым электродами с электролитом между ними. Ряд первых электродов и вторых электродов расположены друг над другом и упакованы внутрь электроизолирующей оболочки, чтобы образовать ячейку.
Ссылаясь на вышеупомянутое, ячейка 14 имеет торцевые края 16 и 18. Первый сгиб 20 представляет положительный контакт, а второй сгиб 22 представляет отрицательный контакт. Каждый сгиб 20 и 22 выполнен под определенным углом по меньшей мере девяносто градусов и до девяносто градусов. Каждый сгиб 20 и 22 имеет пару полукруглых отверстий 24. В качестве альтернативы, каждый сгиб 20 и 22 может иметь другие отверстия (не показаны). Как хорошо показано на Фиг. с 13 по 15, первый сгиб 20 продолжается в противоположном направлении от второго сгиба 22, то есть отверстия 24 первого сгиба 20 обращены противоположено отверстиям 24 второго сгиба 22.
Как хорошо показано на Фиг.2, аккумуляторный модуль 12 включает в себя ряд радиаторных узлов, в общем, обозначенных как 30 на Фиг.5. Каждый радиаторный узел 30 образован из теплопроводящего материала, такого как алюминий, медь и подобных, не ограничивая объем настоящего изобретения. Каждый радиаторный узел, сделанный из пластины, листа или фольги 30, представляет теплопередающую поверхность 32, ограничиваясь верхними и нижними теплопередающими краями 34 и 36 и контактными краями 38 и 39, связанными посредством углов 42. Контактные концы 38 и 39 ограничивают выемки 44 и 46, чтобы образовать распорки 48 и 50 из непроводящего полимера или из токонепроводящего материала, не ограничивая объем изобретения. Одна распорка 48 включает в себя по меньшей два штифта 52 и 54, продолжающихся от него, чтобы принять ячеечные контактные отверстия 24 каждого сгиба 20 и 22. Противоположно первой распорке, вторая распорка 50 включает в себя по меньшей мере пару вогнутых элементов 56 и 58, чтобы принять сенсоры (не показаны), для мониторинга температур ячейки 14. Фиг.6 показывает альтернативный вариант осуществления радиаторного узла, в общем обозначенного как 30.
Ссылаясь на вышеупомянутое, по меньшей мере один край теплопроводящей пластины, листа или фольги 34 ограничивается пластинчатым участком, в общем обозначенным как 60 на Фиг.5, представляющим гофрированную конфигурацию 60. Фиг.6 и 17 показывают пластинчатый участок 60, имеющий лепестки 62, загнутые в форме заслонки, продолжающейся за пределы пластины 32, как изображено с верхнего края. Фиг. с 7 по 12 показывают фрагменты альтернативных вариантов осуществления пластинчатого участка 60. Фиг.7 показывает пластинчатый участок 60 гофрированным 64. Фиг.8 показывает пластинчатый участок 60 плоским 66. Фиг.9 показывает пластинчатый участок 60, имеющий ряд вырезов или отверстий 68. Фиг.10 показывает пластинчатый участок 60, выполненный в форме сгиба 70, чтобы обеспечить теплопередающую плоскость для внешнего нагревательного или охлаждающего устройства, включающего в себя, но не ограничиваясь, нагревательные поверхностные слои и/или охлаждающие оболочки. Фиг.11 показывает пластинчатый участок 60 в форме крючка 72. Фиг.12 показывает пластинчатый участок, имеющий лепестки 74, схожие с лепестками 62 на Фиг.6, но загнутыми в форме заслонки, имеющей вогнутую поверхность 76, продолжающуюся за пределы пластины 32, как показано сверху. Специалисты в области техники по достоинству оценят, что множество других форм пластинчатого участка 60 может быть использовано для обеспечения лучшей поверхностной области для охлаждающих или нагревательных средств, таких как жидкости, твердые вещества или газы и подобные им, предложены для пластинчатого участка 60 каждой теплопередающей пластины, листа или фольги 32 как для охлаждения, так и нагрева ячеек 14 аккумуляторного модуля 12, не ограничивая объем настоящего изобретения.
Ссылаясь на вышеупомянутое и хорошо иллюстрированное на Фиг. с 14 по 16, механическое соединение между ячейками 14 и радиаторным узлом 30 в общем показано. Так как аккумуляторный модуль 12 собран, то радиаторные узлы 30 ориентированы таким образом, что радиаторные узлы 30 ориентированы альтернативным способом. Другими словами, распорка 48 одного радиаторного узла 30 чередуется с распоркой 50 другого радиаторного узла 30, как хорошо показано на Фиг.16. Следовательно, сгиб 20 одной из ячеек 14 подсоединен к сгибу 22 другой ячейки 14 с помощью штифтов 52 и 54, продолжающихся через соответствующие полукруглые отверстия 24. Сгибы 20 и 22 ячеек 14 загнуты вокруг штифтов в электрической последовательности или параллельной конфигурации. Следовательно, аккумуляторный модуль 12, когда собран, определяет положительный торец, в общем обозначенный как 82, и отрицательный торец, в общем обозначенный как 84.
Как показано на Фиг.18, ряд нажимных планок 86, имеющих выпуклую или согнутую конфигурацию, подсоединены к распорке 48, чтобы приложить всестороннее давление поперек контактных сгибов 20 и 22 ячейки, присоединенных к друг другу, чтобы закрепить гибкие платы 88 и 90, которые прикреплены с обеих сторон модуля 12. Каждая гибкая плата 88 и 90 продолжается до хвостовых участков 92 и 94, подсоединяясь в соединительном гнезде 96 и 98 для присоединения с батарейных электронных контроллеров 100 и 102.
Как иллюстрировано на Фиг.4, 15 и 19, пара нажимных пластин, в общем, обозначенных как 104 и 106, сконструированы, чтобы образовывать терминальные стенки каждого аккумуляторного модуля 12. Набор расположенных на расстоянии друг от друга отверстий 108 выполнен в нажимных пластинах 104 и 106 и также в радиаторном узле 30, чтобы принять болты 110, продолжающиеся через нажимные пластины 104 и 106 и радиаторный узел 30, и закрепляются с помощью зажимов 112, чтобы оказать давление на ячейки 14 и чтобы поддерживать внутренний аккумуляторный модуль 12 в сжатом состоянии, чтобы способствовать короткой длине пути для ионной проводимости внутри ячеек 14 и улучшить теплопередачу к радиаторному узлу.
В качестве альтернативы, каждая нажимная пластина 104 и 106 имеет зацепляющие и удерживающие элементы (не показаны), чтобы зацеплять и удерживать смежные радиаторные узлы 30. Как хорошо иллюстрировано на Фиг.5, набор конических/фасочных элементов 40 продолжается от теплопроводящей пластины, листа или фольги 32 для поддержания узла.
Как хорошо иллюстрировано на Фиг.3 и 4, батарейный блок 10 включает в себя пару проводящих элементов 120 и 122, соединяя электрически аккумуляторные модули 12 друг с другом. Каждый элемент 120 и 122 ограничивается плоской полоской, то есть планкой, имеющей элемент 124, снижающий напряжение, S-образной конфигурации, расположенный на каждом элементе 120 и 122 для уменьшения напряжений батарейного блока 10, когда транспортное средство (не показано) находится в движении. Число элементов 120 и 122 не ограничено.
Как иллюстрировано на Фиг. с 1 по 3, батарейный блок 10 собран, когда он помещен внутрь оболочки или корпуса, в общем обозначенного как 130. Корпус 130 включает в себя основание 132 для поддержки модулей 12 и кожух 134 для огораживания модулей 12. Кожух 130 образован из полимерного материала или неполимерного материала или их сочетания, не ограничивая объем настоящего изобретения. Контейнер 130 ограничивает пару расположенных на расстоянии друг от друга окон, только одно из которых показано как 136 на Фиг.1, чтобы открыть пластинчатые участки 60, чтобы охлаждающее и/или нагревающее средство вводилось к пластинчатым участкам 60 через окна 136.
В качестве альтернативы, использование различных пластинчатых конфигураций, как иллюстрировано в качестве примера на Фиг.10, и соответствующее термосредство, то есть водяная рубашка, не требуют отверстий 136 в корпусе 130. Как показано на Фиг.1, структура, поддерживающая модуль, частично отображена как 140, образована из полимерного материала, такого как, например, пена, введенная между модулями 12 и корпусом 130. Полиуретановый герметизирующий раствор 142 используется для закрепления ячеек 14 и вышеуказанных компонентов внутри батарейного блока 10. Тип пены или герметизирующего вещества не должен ограничивать объем настоящего изобретения.
Например, ламинарный поток герметизирующего вещества из двух составляющих заливается внутрь батарейного блока 10. Большой контакт поверхностной области и превосходные свойства сцепления герметизирующего вещества 142 к внутренним компонентам обеспечивает значительное механическое преимущество закрепления традиционными методами, такими как RTV (клей холодного отверждения). Заполнение герметизирующим веществом 142 также весьма улучшает структуру аккумуляторного модуля 10 относительно ударов, вибрации и максимальной загрузки. Герметизирующее вещество 142 продолжается между каждой ячейкой 14 и радиаторными узлами 30, чтобы герметизировать каждую ячейку 14, таким образом ликвидируя воздушные зазоры между ячейками 14 и радиаторным узлом 30.
Коэффициенты теплопередачи улучшены благодаря ликвидации связанных изоляционных слоев, созданных посредством отсутствия воздушных зазоров. Размер включений герметизирующего вещества 142 будет контролироваться, чтобы не позволить ему возвышаться над пластинчатой структурой радиатора для применения воздушного охлаждения, как показано на Фиг. с 1 по 3. Герметизирующее вещество 142 также служит для предотвращения упаковки ячеек от расшатывания в течение времени и не позволяет электролиту осаждаться в основании упаковки ячейки 14 и следовательно понижать электрическую емкость ячейки 14.
На Фиг.1, блок 10 включает в себя цепь 150 предварительной зарядки, защиту 154 от короткого замыкания, токовый сенсор 152, разъем 156 питания, пару силовых контакторов 160, и пару контактов 164 питания, продолжающиеся от каждого модуля 12 и подключенных к соответствующим силовым контакторам 160.
Ссылайся на вышесказанное, батарейный блок 10 дополнительно включает в себя температурные сенсоры (не показаны), расположенные в корпусе 130 для считывания температуры ячеек 14. Температурные сенсоры подключены с помощью электрического соединения к гибкой плате 88 и 90, которая получает температуру от температурных сенсоров и направляет данные к аккумуляторным контролирующим цепям 100 и 102. Если температура превышает установленные безопасные пределы, аккумуляторный контроллер выключит внутренний батарейный блок 10.
Специалисты в этой области техники могут по достоинству оценить то, что батарейный блок может включать сложные температурные сенсоры и сложные контролирующие цепи. В добавление к этому, компоновка ячеек 14, охлаждающих устройств, нагревателей, если требуется, температурных сенсоров и контролирующих цепей может отличаться от той, что показана на фигурах и описана. Более того, один температурный сенсор может быть использован со сложной контролирующей цепью, или каждая контролирующая цепь может иметь ее собственный температурный сенсор. Каждый (нагреватель) может контролироваться посредством контролирующей цепи, или каждый нагреватель, если требуется, может контролироваться посредством раздельных контролирующих цепей.
Фиг. с 20 по 22 иллюстрируют другой альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в общем показанный как 200, имеющий по меньшей мере один блок, в общем отображенный как 201. Пластинчатые участки 204, продолжаются от теплопроводящих краев каждого радиаторного узла 204, и образуют L-образную конфигурацию, ограниченную углом приблизительно в девяносто градусов, как хорошо показано на Фиг.21 и ранее на Фиг.10, чтобы образовать копланарные граничащие поверхности для эффективной передачи тепловой энергии, в общем расположенной в 208. Каждая копланарная поверхность 208 поддерживает по меньшей мере один нагревательный слой или нагревательное устройство 210, имеющее нагревательный элемент (не показан) для нагревания радиаторного узла 204, который в свою очередь нагревает ячейки 14. Нагреватель 210 может быть использован для нагрева ячеек 14 аккумуляторного модуля 200 до оптимальной рабочей температуры.
Специалист в этой области техники может по достоинству оценить то, что ионно-литиевые батареи могут работать оптимально только в идеальном пределе температур. Когда температура окружающей среды находится ниже 0°С, производительность ячеек 14 весьма снижена. Следовательно, нагреватель 210 нагревает аккумуляторный модуль 200 до оптимальной рабочей температуры, которая позволяет аккумуляторному модулю 200 быть использованным, когда температура окружающей среды находится ниже 0°С. Например, с нагревателем 210, аккумуляторный модуль 200 может быть использован при такой низкой температуре окружающей среды, как -40°С. Специалисты в данной области техники оценят по достоинству то, что вышеупомянутые температуры даны просто в качестве примера. В качестве альтернативы, нагреватель 210 может быть заменен на устройства с воздушной рубашкой (не показано) для охлаждения копланарной контактирующей поверхности 208 для введения охлаждающего средства, такого как, например, жидкость, газ или твердые вещества и подобные им для нагрева радиаторного узла 206, таким образом охлаждая ячейки 14.
Различные типы нагревателей 210 известны в технике и находятся внутри объема объекта изобретения. В предпочтительном варианте осуществления, нагреватель 210 может быть резистором, который рассеивает нагрев в оболочку или корпус 212.
Как показано на Фиг. с 20 по 22, ряд нажимных планок 86, имеющих выпуклую или согнутую конфигурацию, подсоединены к распоркам 205 и 206, чтобы приложить всестороннее давление поперек сгибов (не показаны) ячеек 14, присоединенных к друг другу, чтобы закрепить пару гибких плат 224 и 226. Каждая шина 224 и 226 гибкой платы продолжается к хвостовым участкам 228 и 230, подключающихся в соединительные разъемы 232 и 234 для сообщения с по меньшей мере одним аккумуляторным электронным контроллером 236.
Ссылаясь на вышеупомянутое, аккумуляторный модуль 200 дополнительно включает в себя температурные сенсоры (не показаны), расположенные внутри оболочки 212 для считывания температуры ячеек 14. Температурные сенсоры подключены с помощью электрического соединения к гибким платам 224 и 226, которые получают температуру от температурных сенсоров и направляют данные к аккумуляторной контролирующей цепи 236. Если температура превышает установленные безопасные пределы, аккумуляторный контроллер выключит внутреннюю батарею. Аккумуляторный контроллер также сравнивает температуру с заранее определенной минимальной температурой, используя первое сравнивающее устройство (не показано). Когда температура в оболочке 212 падает ниже заранее установленной минимальной температуры, второе сравнивающее устройство (не показано) используется для приведения в действие транзистора (не показан), который включает нагреватели. После того как оболочка прогревается до заранее установленного заданного значения температуры, нагреватели отключаются и прекращается нагрев оболочки 212.
Далее указываются другие преимущества настоящего изобретения. Изобретенные батарейные блоки 10 и 200 имеют очень высокие характеристики плотности энергии, в которых высокая плотность энергии достигается посредством компоновки ячеек 14, энергопередающих устройств и устройств, передающих данные, контроллеров, средств управления теплом и поддерживающей структуры в малом объеме пространства, таким образом улучшая характеристики упаковки и обеспечивая компактное изделие. Батарейные блоки 10 и 200 имеют превосходную структуру поддержания, которая окружает и закрепляет ячейки 14, и представляет экономически эффективную конструкцию аккумуляторного модуля 12. Другое преимущество настоящего изобретения обеспечивает батарейные блоки 10 и 200 герметизированные посредством герметизирующего устройства, которое значительно снижает распространение потенциала жидкостей внутри батарейного блока, или протечки изнутри батарейных блоков 10 и 200 наружу батарейных блоков 10 и 200, таким образом, предотвращая уменьшение срока службы изделия или преждевременный отказ батарейных блоков 10 и 200.
Изобретенная концепция настоящего изобретения обеспечивает другие преимущества над предшествующим уровнем техники. Батарейные блоки 10 и 200 имеют эффективные характеристики упаковки за счет превосходной структуры удержания, которая окружает и закрепляет ячейки 14, и внутренние стопки электродов внутри ячеек 14. Вторым преимуществом настоящего изобретения является уникальная конструкция батарейных блоков 10 и 200, имеющих улучшенную сцепляемость и поверхностный контакт между аккумуляторными ячейками 14 и радиаторным узлом 30, и герметизирующее средство, расположенное между ними и плотность материала, таким образом улучшая батарейные блоки 10 и 200 со структурной целостностью, более совершенной, чем в предшествующем уровне техники, батарейных блоков, использующих традиционные способы поддержания. Кроме того, другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение батарейных блоков 10 и 200, имеющих химически стойкую конструкцию, в которой внутренние компоненты батарейных блоков 10 и 200 герметизированы по средством герметизирующего материала, который весьма снижает распространение потенциала жидкостей внутри батарейных блоков 10 и 200 или протечки изнутри батарейных блоков 10 и 200 наружу батарейных блоков 10 и 200, таким образом, предотвращая уменьшение жизни изделия или преждевременный отказ батарейных блоков 10 и 200.
Одновременно с тем, что изобретение было описано как пример варианта осуществления, оно может быть понято специалистами в данной области техники так, что различные изменения могут быть сделаны и элементы могут быть заменены их эквивалентами, не отклоняясь от объема изобретения. В добавление к этому, многие модификации могут быть сделаны для адаптирования особой ситуации или материала, чтобы осуществить изобретение, не отклоняясь от основного объема изобретения. Следовательно, изобретение не ограничено определенным вариантом осуществления, раскрытым как предпочтительный вариант выполнения изобретения, и изобретение будет включать все варианты осуществления, входящие в объем изобретения прилагаемой формулы изобретения.