СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Данное изобретение относится к способу соединения электродов источников тока и к соединению электродов источников тока, используемых, главным образом, при производстве и эксплуатации батарейных модулей для электромобилей или для автомобилей с гибридным приводом. Отдельные источники тока в модуле могут быть электрически соединены последовательно, параллельно, или комбинированно, т.е. параллельно-последовательно с тем, чтобы обеспечить требуемое напряжение, силу тока или емкость батареи.
Положительный и отрицательный электроды выводят в непосредственной близости друг к другу как две тонкие металлические пластины, выполненные, соответственно, из алюминия и меди. Такая конструкция электродов ставит сложную задачу - как электрически эффективно соединить источники тока в батарейные модули, поскольку используемые материалы имеют различные электрохимические свойства, и, когда они находятся в контакте, во влажной среде, то образуют гальванический элемент, что существенно ускоряет коррозию данного соединения и ухудшает электрические и механические параметры. Вследствие более высокого сопротивления между соединенными электродами выделяется больше тепла в месте соединения, что, в свою очередь, ускоряет окисление алюминиевого элемента в такой стыковке. По этой причине, когда соединяют электроды источников тока, выполненные из двух различных металлов, в известных решениях дополнительно используют биметаллические разделители.
Из патентной заявки Японии JP 2007323952 известен аккумулятор, включающий ряд электродов, соединенных последовательно с помощью металлических пластин, которые соединяют положительные и отрицательные полюса соседних электродов. Для того, чтобы обеспечить надежное, долговечное соединение с низким сопротивлением, полюса электродов соединены с помощью ультразвуковой сварки.
Из Европейской патентной заявки ЕР939956 также известна аккумуляторная батарея, в которой концы соединенных электродов согнуты под углом в 90 градусов и соединены в пары для экономии места. Для того, чтобы соседние электроды надежно соединялись на большой поверхности, очень важно, чтобы концы соединенных электродов были правильно размещены. Контактирующие отводы соседних электродов соединяют посредством винтовых зажимов, в то время как крепкое соединение терминалов в большой степени обеспечивается за счет их существенный толщины и, как следствие, их надлежащей жесткости.
Целью данного изобретения является предложение такой конструкции соединения электродов, которая бы обеспечивала надежное прилегание электродов на значительной поверхности и, в результате, надежное и долговечное электрическое соединение малого сопротивления с более оптимальным использованием пространства.
Дополнительной целью данного изобретения является обеспечение соединения, позволяющего сборку источников тока в блоки с более низким риском случайного короткого замыкания.
Предложен способ соединения электродов путем контакта плоских электродов соседних источников тока и их прижатия друг к другу посредством зажимного элемента отличающийся тем, что электроды соседних источников тока зажимают и одновременно сгибают между опорным формообразующим элементом и покрывающим формообразующим элементом.
Преимущество заключается в том, что зажатые электроды сгибают по крайней мере вдоль одной арочной поверхности.
Соединение электродов, при котором электроды двух соседних источников тока контактируют друг с другом и прижаты друг к другу прижимным элементом характеризуется тем, что электроды двух соседних источников тока зажаты между опорным формообразующим элементом и покрывающим формообразующим элементом.
В предлагаемом преимущественном решении опорный формообразующий элемент, а также покрывающий формообразующий элемент имеют арочные или трапезоидно-арочные формообразующие поверхности.
В преимущественном практическом воплощении опорный формообразующий элемент и/или покрывающий формообразующий элемент выполнен из пластика.
В предпочтительном воплощении токоотвод зажимают между опорным формообразующим элементом и покрывающим формообразующим элементом.
В другом предпочтительном воплощении изоляционная передняя панель расположена между передней частью источников тока и опорным формообразующим элементом, причем указанная пластина имеет продолговатые прорези, в которые проходят электроды указанных источников тока. Кроме того, электроды отдельных источников тока соединены электронной пластиной.
Благодаря зажатию плоских гибких электродов соседних источников тока между опорным формообразующим элементом и покрывающим формообразующим элементом электроды двух источников тока оказываются надежно прижаты друг к другу, занимая меньше пространства.
Под формообразующим элементом, согласно данному изобретению, понимается любой элемент с неплоской объемной профильной поверхностью, придающей плоским электродам источников тока изогнутый профиль при соединении путем зажима.
Решение, согласно изобретению, представлено в своих воплощениях на чертежах, где:
Фиг.1 показывает в аксонометрии соединение электродов источников тока до их прижатия друг к другу;
Фиг.2 показывает в аксонометрии аналогичное соединение до прижатия;
Фиг.3 показывает в аксонометрии соединение электродов источников тока до их зажима с токоотводом, расположенным между опорным формообразующим элементом и покрывающим формообразующим элементом.
Фиг.4 показывает опорный формообразующий элемент в аксонометрии;
Фиг.5 показывает покрывающий формообразующий элемент в аксонометрии;
Фиг.6 показывает переднюю изоляционную пластину;
Фиг.7 показывает на виде сверху токоотвод модуля батареи;
Фиг.8 показывает модуль батареи в разрезе в области винтов, зажимающих опорный формообразующий элемент и покрывающий формообразующий элемент;
Фиг.9 показывает в разрезе собранный модуль батареи; и
Фиг.10 показывает компоненты одного модуля батареи в аксонометрии.
Как показано на фиг.1 и 2, соединение электродов источников тока 1 содержит опорный формообразующий элемент 2 и покрывающий формообразующий элемент 3 с электродами 4, 5 от двух соседних источников тока 1, расположенными между указанными элементами. Указанные электроды 4, 5 контактируют друг с другом и обернуты вокруг указанного опорного формообразующего элемента 2 и прижаты через указанный покрывающий формообразующий элемент 3 с помощью винтов 6, которые являются элементами крепления. Опорный и формообразующий элемент 2, а также покрывающий формообразующий элемент 3 на фиг.1 имеют формообразующие поверхности, выполненные в форме арки. На фиг.2 показан другой соединительный узел для электродов источников тока 1, в котором опорный формообразующий элемента 2, а также покрывающий формообразующий элемент 3, имеют трапезоидно-арочные формообразующие поверхности. Указанная трапезоидно-арочная форма этих элементов состоит в том, что поперечное сечение их формообразующих поверхностей по существу создается как равнобедренная трапеция, а боковые стороны указанной трапеции определяются как арочные линии.
В соответствии со способом, являющимся предметом данного изобретения, плоские электроды двух соседних источников тока контактируют друг с другом через значительную часть своих боковых поверхностей и зажимаются вместе с одновременным сгибанием между формообразующими элементами. Опорный формообразующий элемент 2 и покрывающий формообразующий элемент 3 используются в качестве указанных формообразующих элементов, а прижатие обеспечивается с помощью винтов 6.
Перед зажимом электроды 4, 5 имеют плоскую прямоугольную форму, а после зажима они принимают форму зажимающих поверхностей опорного формообразующего элемента 2 и покрывающего формообразующего элемента 3.
Электрод 4, соединенный с опорным формообразующим элементом 2, сгибается в процессе зажима на внешней выпуклой зажимающей поверхности указанного элемента, в то время как электрод 5, контактируя с покрывающим формообразующим элементом, одновременно сгибается на электроде 4, расположенном ниже. Таким образом, устройство соединения, в соответствии с настоящим изобретением, вынуждает контактирующие поверхности электродов 4, 5 изменять взаимное расположение во время зажима и одновременного сгиба с помощью опорного формообразующего элемента 2 и покрывающего формообразующего элемента 3. Это относительное смещение между контактирующими поверхностями электродов 4, 5 вызвано тем, что внешняя поверхность внутреннего электрода 4 растягивается при сгибании, в то время как внутренняя поверхность внешнего электрода 5 сжимается при сгибании. Такое соединение, при котором поверхности соединенных электродов одновременно притираются друг к другу, характеризуется более низким сопротивлением, что связано с большим сроком службы и повышенной эффективностью электрического соединения. Такое относительное смещение электродов источников тока друг против друга, когда указанным электродам одновременно придается форма, достигается в каждой форме опорного формирующего элемента 2 и покрывающего формирующего элемента 3. В известных решениях, когда плоские электроды источников тока сжимаются с помощью плоских опорных и покрывающих зажимных элементов, такой эффект отсутствует.
На фиг.3 показано соединение, согласно изобретению. Данное соединение также соединено с токоотводом 7 и обеспечивает подсоединение двух максимально удаленных друг от друга источника тока 1.
Фиг.4 показывает, в аксонометрии, вариант выполнения опорного формообразующего элемента 2, имеющего внешнюю формирующую поверхность. Этот опорный формообразующий элемент 2 имеет отверстия 8, сквозь которые проходят винты 6, в то время как длина этого формообразующего элемента выбраны таким образом, что она примерно равна ширине электродов 4, 5. В целях сведения к минимуму вероятности случайного короткого замыкания во время сборки и эксплуатации данного соединения, опорный формообразующий элемент 2 выполнен из пластика, например, из полипропилена.
Фиг.5 показывает, в аксонометрии, покрывающий формообразующий элемент 3 с внутренней формообразующей поверхностью. Данный покрывающий формообразующий элемент 3 имеет отверстия 9, через которые проходят винты 6. Длина указанного покрывающего формообразующего элемента 3 соответствует длине парного опорного формообразующего элемента 2. Покрывающий формообразующий элемент 3 выполнен из пластика, например, из полипропилена, по тем же причинам, что и опорный формообразующий элемент 2.
Риск короткого замыкания при эксплуатацию соединения, в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно уменьшается благодаря передней изоляционной пластине 10, показанный на фиг.6. Данная передняя пластиковая изоляционная пластина имеет отверстия 11 для зажимных винтов 6 и два ряда продолговатых прорезей 12 для электродов 4, 5 источников тока 1 в батарейном модуле. Указанные продолговатые прорези 12 расположены равноудаленно друг от друга в каждом ряду, обеспечивая одинаковое расстояние между соединениями электродов 4, 5 источников тока в батарейном модуле. Для соединения соседних модулей батареи в модульную секцию, первое соединение, согласно изобретению, которое должно быть подключено к положительному электроду самого верхнего источника тока в батарейном модуле, и последнее соединение, которое должно быть подключено к отрицательному электроду самого нижнего источника тока батарейного модуля, дополнительно снабжают токоотводом 7. Форма указанного токоотвода показана на фиг.7.
Часть батарейного модуля 13, включающего ряд соединений, в соответствии с изобретением, показана на фиг.8. Электроды 4, 5 источников тока 1 проведены через изоляционную пластину 10 и обернуты вокруг опорного формообразующего элемента 2 и прижаты покрывающим формообразующим элементом 3. В показанном образце винты действуют как элементы крепления. Кроме того, модуль 13 батареи содержит электронную пластину 14, собирающую напряжения от всех источников тока 1. Данная электронная пластина 14 подключена к системе управления батареей. Вся сборка модуля 13 батареи представлена на фиг.9. Этот модуль имеет корпус 15, закрывающий секцию с источниками тока 1, соединенными последовательно посредством соединений согласно изобретению.
Вид компонентов одного модуля батареи 13 до их сборки показан в аксонометрии на фиг.10. На этой фигуре показаны девять источников тока 1, частично выдвинутых из корпуса 15.
Изоляционная передняя панель 10 накладывается на прямые электроды 4, 5, с тем, чтобы соединить источники тока 1 модуля батареи 13 для прохождения через продолговатые прорези 12. Затем, соответствующие электроды 4, 5, сгибают парами вокруг опорного формообразующего элемента 2. Данные электроды зажимают покрывающим формообразующим элементом 3 с помощью винтов 6. Затем устанавливают электронную пластину 14, собирающую напряжения от всех источников тока 1, которая подсоединяется к системе управления батареей. Кроме того, внешние соединения, то есть верхний левый и нижний правый, дополнительно снабжают токоотводами 7.