ЭЛЕКТРОДНЫЙ БЛОК, СЛОЕВОЙ АККУМУЛЯТОР И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО АККУМУЛЯТОРА
ELECTRODE UNIT, LAYERED STORAGE BATTERY AND METHOD OF PRODUCING SUCH BATTERY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение относится к электродному блоку, который может улучшить качество охлаждения, предотвратить короткое замыкание и нарушение контакта, к слоевому аккумулятору, а также к способу изготовления такого аккумулятора.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Структуру электродов во вторичных источниках тока разделяют в основном на два типа: со спиральной навивкой и со слоевым расположением. В корпусе аккумулятора со спирально навитыми электродами (например, см. патентный документ 1) содержатся положительный электрод и отрицательный электрод, навитые по спирали с расположенным между ними разделителем. В корпусе слоевого аккумулятора (например, см. патентный документ 2) содержится группа, состоящая из сложенных друг с другом положительного электрода и отрицательного электрода с находящимся между ними разделителем.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0003] Патентный документ 1: JP 2002-198044 А.
Патентный документ 2: JP 2000-048854 А.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
[0004] В аккумуляторе со спиральной навивкой электродов, раскрытом в патентном документе 1, предусмотрен разделитель с низкой теплопроводностью, расположенный в несколько слоев между поверхностью и центральной частью аккумулятора. В результате, даже когда температура поверхности аккумулятора близка к температуре окружающей среды, температура участка, расположенного вокруг центральной части аккумулятора со спиральной навивкой электродов, становится весьма высокой. Высокая температура внутри аккумулятора может ухудшить его рабочие характеристики.
[0005] В цилиндрическом слоевом аккумуляторе, раскрытом в патентном документе 2, при накоплении электричества сложенные друг с другом электроды контактируют с выводами по отдельности. Таким образом, первоначальный отказ такого аккумулятора может произойти вследствие короткого замыкания между положительным электродом и отрицательным электродом в процессе сборки аккумулятора. Кроме того, из-за попадания разделителя в область между электродом и выводом может произойти нарушение контакта. Вдобавок, электрод постоянно сжимается и расширяется при повторяющихся циклах заряда и разряда, в результате чего нарушение контакта между электродом и выводом может произойти вследствие деформации и смещения электрода, что может привести к окончательному выходу из строя.
[0006] Задача увеличения емкости аккумулятора путем объединения небольших аккумуляторов в аккумуляторную батарею требует много времени и усилий. Кроме того, при отказе одного аккумулятора в батарее потребуется много времени и усилий на его замену исправным аккумулятором.
[0007] Изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем. Целями изобретения являются сдерживание подъема температуры внутри аккумулятора для предотвращения нарушения контакта и короткого замыкания между электродами и создание легко изготавливаемого аккумулятора.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
[0008] В соответствии с настоящим изобретением электродный блок содержит: электродную группу, имеющую многослойную конструкцию с положительным электродом, отрицательным электродом и разделителем, расположенным между положительным электродом и отрицательным электродом; крышки, расположенные на двух концах электродной группы в направлении набора слоев; и первый держатель, прикрепленный к наружным поверхностям электродной группы и крышек. В соответствии с изобретением первый держатель электрически соединен с первым электродом, который представляет собой один электрод из положительного электрода и отрицательного электродов, и электрически не соединен со вторым электродом, который представляет собой другой электрод из электродов этой группы.
[0009] В данном документе словосочетание «наружные поверхности» относится к поверхностям электродной группы и крышек, обращенным наружу. В соответствии с этой конфигурацией для удержания электродной группы и крышек первый держатель прикреплен к наружным поверхностям этой электродной группы и этих крышек. Таким образом, первый держатель предназначен для создания из электродной группы и крышек единого блока. Такая блочная структура облегчает манипуляции с электродной группой. Первый держатель в силу своей конструкции может накрывать электродную группу и крышки, кроме окружных кромок отверстий в крышках. В ином случае первый держатель может быть прикреплен, по меньшей мере, к боковым поверхностям электродной группы и крышек, чтобы удерживать электродную группу и крышки в целом, даже не будучи прикрепленным к поверхностям крышек.
[0010] Первый держатель может быть выполнен из одной металлической пластины или из множества коротких металлических полосок. В ином случае первый держатель может быть выполнен из металлической фольги.
Первый держатель соединен с первым электродом и предназначен для функционирования в качестве токосъемного вывода первого электрода. Соединение первого электрода с первым держателем характеризуется низким термическим и электрическим сопротивлением. Предпочтительно, что первый держатель обеспечивает охлаждение первого электрода и выполняет функции его токосъемника.
[0011] Тепло, выделяемое первым электродом, передается первому держателю. Тепло, выделяемое вторым электродом, передается первому электроду через один разделитель. Тепло, выделяемое электродом, передается первому держателю с низким термическим сопротивлением.
[0012] Электродный блок в силу своей конструкции охлаждает поверхность первого держателя, тем самым просто сдерживая подъем температуры внутри.
[0013] Электродный блок не имеет наружной оболочки, которая выполняла бы функции его корпуса, и токосъемника второго электрода. Как подробнее описано ниже, фактически аккумулятор содержит наружную оболочку и токосъемник второго электрода в дополнение к электродному блоку. Электродный блок является одним из компонентов аккумулятора.
Модульная компоновка электродного блока улучшает производительность аккумулятора. По сравнению с независимым размещением электродов в корпусе аккумулятора электродный блок может предотвращать повреждение или смещение положительного электрода и отрицательного электрода и тем самым может предотвращать нарушение контакта и короткое замыкание. Кроме того, изменение количества электродных блоков, размещаемых в корпусе аккумулятора, позволяет просто увеличивать или уменьшать емкость аккумулятора. Другими словами, емкость аккумулятора может быть просто увеличена с увеличением количества электродных блоков, соединяемых в параллель.
[0014] Предпочтительно, что в электродном блоке и первый электрод, и второй электрод, и разделитель в их центре имеют отверстие, наружная кромка второго электрода накрыта разделителем, окружная кромка отверстия в первом электроде накрыта разделителем, наружная кромка разделителя накрыта первым электродом, и окружная кромка отверстия в разделителе накрыта вторым электродом. Таким образом, разделитель надежно отделяет первый электрод от второго электрода по наружной кромке второго электрода и окружной кромке отверстия в первом электроде. Соответственно, даже в случае деформации электродов они не будут контактировать друг с другом по указанной наружной кромке и окружной кромке отверстия. Кроме того, разделитель не расположен в области между электродом и выводом и, следовательно, не может стать причиной нарушения контакта. Наружный диаметр разделителя больше наружного диаметра второго электрода, а диаметр отверстия в разделителе меньше диаметра отверстия в первом электроде. Наружный диаметр первого электрода больше наружного диаметра разделителя, а диаметр отверстия в разделителе больше диаметра отверстия во втором электроде.
[0015] Предпочтительно, что в электродном блоке на по меньшей мере одной из сторон первого держателя выполнено множество выступов. В соответствии с этой конфигурацией множество выступов выполнено по меньшей мере на одной из поверхностей первого держателя - поверхности, контактирующей с первым электродом, и/или поверхности, противоположной этой поверхности. Множество выступов втыкается в первый электрод и служит для прочного удержания первого электрода, сохранения формы первого электрода и обеспечения контакта первого электрода с первым держателем. Предпочтительно, что множество выступов выполнено, по меньшей мере, на поверхности, контактирующей, по меньшей мере, с первым электродом. Таким образом, множество выступов предотвращает нарушение контакта между первым электродом и первым держателем даже при изменении объема первого электрода. Кроме того, электродный блок дополнительно может содержать металлическую пластину, расположенную между первым держателем и первым электродом и имеющую множество выступов по меньшей мере на одной из своих сторон.
[0016] Предпочтительно, что в электродном блоке первый электрод накрыт первым разделителем, имеющим форму чехла, при этом наружная кромка первого электрода выступает из первого разделителя. Кроме того, в электродном блоке второй электрод может быть накрыт вторым разделителем, имеющим форму чехла, при этом внутренняя кромка отверстия во втором электроде будет выступать из второго разделителя.
[0017] Первый разделитель имеет форму чехла, при которой, например его внутренняя кромка прикреплена сваркой. Первый электрод накрыт разделителем, имеющим форму чехла, при этом наружная кромка из этого разделителя выступает. Первый разделитель может быть выполнен таким образом, чтобы первый электрод, например, был зажат между листовыми разделителями, а внутренние кромки разделителей были прикреплены сваркой. Второй разделитель также имеет форму чехла, при которой, например, его наружная кромка прикреплена сваркой. Второй электрод накрыт разделителем, имеющим форму чехла, при которой внутренняя кромка, т.е. окружная кромка отверстия, из этого разделителя выступает. Второй разделитель может быть выполнен таким образом, чтобы второй электрод, например, был зажат между листовыми разделителями, а наружные кромки разделителей были приварены.
[0018] В соответствии с этой конфигурацией разделители, имеющие форму чехла, улавливают пыль и посторонние частицы, поступающие из первого и второго электродов в процессе сборки электродного блока и в процессе транспортировки электродного блока, тем самым предотвращая внутреннее короткое замыкание.
[0019] Предпочтительно, что в электродном блоке первый держатель своей боковой частью поверхности контактирует с боковой поверхностью электродного блока и имеет загнутые части, загибающиеся от боковой части поверхности первого держателя к центрам крышек. В соответствии с данной конфигурацией первый держатель имеет загнутые части, выполненные на двух его концах в направлении набора слоев, и боковую часть поверхности, расположенную между этими загнутыми частями.
[0020] В электродном блоке первый держатель прикреплен к наружным боковым поверхностям крышек. В соответствии с этой конфигурацией конец первого держателя в направлении чередования электродов зафиксирован вместе с наружной боковой поверхностью крышки, при этом электродный блок имеет монолитную структуру. Отсутствие у первого держателя загнутой части допускает уменьшение осевого размера электродного блока.
[0021] Предпочтительно, что в электродном блоке в центре каждой крышки выполнено отверстие, и когда электродная группа и крышки сложены друг с другом, отверстия в положительном электроде, отрицательном электроде, разделителе и крышках образуют сквозное отверстие. Электродный блок дополнительно может содержать второй держатель, прикрепленный к внутренней поверхности сквозного отверстия. Предпочтительно, что второй держатель электрически соединен со вторым электродом и электрически не соединен с первым электродом. В соответствии с этой конфигурацией и второй держатель, и первый держатель фиксируют электродную группу.
[0022] Предпочтительно, что в электродном блоке по меньшей мере на одной из сторон второго держателя выполнено множество выступов. В соответствии с этой конфигурацией множество выступов может быть выполнено по меньшей мере на одной из поверхностей второго держателя - поверхности, контактирующей со вторым электродом, и/или поверхности, противоположной этой поверхности. Множество выступов втыкается во второй электрод и служит для прочного удержания первого электрода и обеспечения контакта. Предпочтительно, что множество выступов выполнено, по меньшей мере, на поверхности, контактирующей со вторым электродом. Таким образом, множество выступов предотвращает нарушение контакта между вторым электродом и вторым держателем даже при изменении объема второго электрода. Электродный блок дополнительно может содержать металлическую пластину, которая расположена между вторым держателем и вторым электродом и по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено множество выступов.
[0023] Слоевой аккумулятор в соответствии с настоящим изобретением содержит: электродный блок, трубчатую наружную оболочку для электродного блока; и токосъемник, проходящий через сквозное отверстие в электродном блоке. Предпочтительно, что первый электрод электрически соединен с наружной оболочкой, а второй электрод электрически соединен с токосъемником.
[0024] В соответствии с этой конфигурацией наружная оболочка выполняет функции токосъемного вывода первого электрода. Первый держатель электродного блока контактирует с внутренней поверхностью наружной оболочки напрямую или через проводник электрического тока. Таким образом, соединение первого электрода с наружной оболочкой через первый держатель характеризуется низким термическим и электрическим сопротивлением, при этом наружная оболочка обеспечивает эффективное охлаждение первого электрода и выполняет функции его токосъемника.
[0025] Кроме того, внутренняя кромка отверстия во втором электроде, через которое проходит токосъемник, полностью или частично контактирует с токосъемником напрямую или полностью или частично соединяется с токосъемником через проводник электрического тока, такой как металлическая пластина. Тепло, выделяемое вторым электродом, сначала передается первому держателю через разделитель, а затем наружной оболочке, имеющей низкое термическое сопротивление.
[0026] Как описано выше, слоевой аккумулятор в соответствии с настоящим изобретением не требует радиатора или трубки для подвода к нему охлаждающей среды с целью сдерживания подъема температуры внутри аккумулятора. Таким образом, слоевой аккумулятор в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен с компактной конструкцией. Кроме того, слоевой аккумулятор в соответствии с настоящим изобретением просто сдерживает подъем температуры внутри аккумулятора путем охлаждения поверхности наружной оболочки.
[0027] Количество электродных блоков, размещаемых в наружной оболочке, не ограничено. Изменение количества электродных блоков позволяет просто изменять емкость аккумулятора. Электродные блоки конструктивно последовательно соединены таким образом, чтобы наружная оболочка вмещала в себя эти электронные блоки. В соседних электродных блоках первые электроды электрически соединены друг с другом через наружную оболочку, а вторые электроды электрически соединены друг с другом через токосъемник. Таким образом, электрически электродные блоки соединены параллельно.
[0028] Известные аккумуляторы электрически соединяют параллельно нижеследующим образом. В соседних аккумуляторах положительные выводы соединяют друг с другом проводами, и отрицательные выводы соединяют друг с другом проводами. Другими словами, при параллельном соединении аккумуляторов обязательно используют провода, что требует сложного монтажа проводов и сопровождается ограничениями монтажного пространства.
[0029] Необходимо отметить, что в слоевом аккумуляторе в соответствии с настоящим изобретением электродные блоки уложены в наружной оболочке так, что в соседних электродных блоках положительные выводы могут быть электрически соединены друг с другом, и отрицательные выводы могут быть электрически соединены друг с другом. Другими словами, слоевой аккумулятор характеризуется простым с точки зрения конструкции последовательным соединением и простым с точки зрения электрического соединения параллельным соединением. Эта конфигурация позволяет просто увеличить емкость слоевого аккумулятора.
[0030] Предпочтительно, что в слоевом аккумуляторе токосъемник содержит токопроводящий центральный стержень и конструктивный элемент для покрытия центрального стержня по наружному периметру. Центральный стержень выполнен из материала с высокой электрической проводимостью, а конструктивный элемент выполнено из щелочестойкого материала. Таким образом, токосъемник может иметь высокую электрическую проводимость и являться щелочестойким.
[0031] Предпочтительно, что слоевой аккумулятор дополнительно содержит уплотнительный колпачок, закрывающий открытый конец наружной оболочки. В соответствии с изобретением этот уплотнительный колпачок может иметь две кольцевые канавки, выполненные по его наружному периметру. В каждой из кольцевых канавок уплотнительного колпачка содержится уплотнительное кольцо, при этом между кольцевыми канавками предусмотрен уплотнитель. В соответствии с этой конфигурацией и уплотнительное кольцо, и уплотнитель, расположенные на уплотнительном колпачке для закрытия открытого в осевом направлении конца наружной оболочки, предотвращают утечку электролита из слоевого аккумулятора.
[0032] Предпочтительно, что слоевой аккумулятор дополнительно содержит множество радиаторных пластин, прикрепленных к наружной окружной поверхности наружной оболочки вдоль осевого направления наружной оболочки. Эта конфигурация характеризуется улучшенным охлаждением слоевого аккумулятора.
[0033] Предпочтительно, что слоевой аккумулятор дополнительно содержит сквозную шпильку, проходящую через радиаторные пластины. В соответствии с этой конфигурацией радиаторная пластина, наружная оболочка и первый электрод электрически соединены друг с другом посредством сквозной шпильки. Сквозная шпилька выполняет функции вывода первого электрода.
[0034] Аккумуляторная батарея в соответствии с настоящим изобретением содержит: множество слоевых аккумуляторов; первый соединитель, предназначенный для соединения сквозных шпилек соседних слоевых аккумуляторов; и второй соединитель, предназначенный для соединения токосъемников соседних слоевых аккумуляторов. В соответствии с изобретением первый соединитель и второй соединитель обеспечивают электрический контакт между слоевыми аккумуляторами. В соответствии с этой конфигурацией соединитель обеспечивает параллельное электрическое соединение слоевых аккумуляторов.
[0035] Аккумуляторная батарея в соответствии с настоящим изобретением содержит: множество слоевых аккумуляторов; третий соединитель, предназначенный для соединения сквозной шпильки одного из соседних слоевых аккумуляторов с токосъемником второго слоевого аккумулятора. В соответствии с изобретением третий соединитель обеспечивает электрический контакт между слоевыми аккумуляторами. В соответствии с этой конфигурацией соединитель обеспечивает последовательное электрическое соединение слоевых аккумуляторов.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0036] В соответствии с приведенным выше описанием настоящее изобретение позволяет сдерживать подъем температуры внутри аккумулятора, предотвращать короткое замыкание между электродами и нарушение контакта, а также обеспечивает создание легко изготавливаемого аккумулятора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0037] [фиг. 1А] На фиг. 1А схематически показан вид в аксонометрии электродного блока в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 1В] На фиг. 1В показан вертикальный разрез электродного блока в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 2А] На фиг. 2А показан разрез электродов, каждый из которых заключен в разделитель, имеющий форму чехла.
[фиг. 2В] На фиг. 2В показана проекция положительного электрода, заключенного в разделитель, имеющий форму чехла.
[фиг. 2С] На фиг. 2С показана проекция отрицательного электрода, заключенного в разделитель, имеющий форму чехла.
[фиг. 3А] На фиг. 3А показан разрез металлической пластины электродного блока.
[фиг. 3В] На фиг. 3В показана проекция металлической пластины электродного блока.
[фиг. 4] На фиг. 4 показан вертикальный разрез электродного блока в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 5] На фиг. 5 показан вертикальный разрез электродного блока в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 6А] На фиг. 6А схематически показан вид в аксонометрии электродного блока в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 6В] На фиг. 6В показан вертикальный разрез электродного блока в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 7] На фиг. 7 показан вертикальный разрез модификации электродного блока в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.
[фиг. 8] На фиг. 8 схематически показан вид в аксонометрии слоевого аккумулятора, содержащего электродный блок.
[фиг. 9] На фиг. 9 показан разрез слоевого аккумулятора, сделанный по линии ГХ-ГХ, приведенной на фиг. 8.
[фиг. 10] На фиг. 10 показано увеличенное изображение конца слоевого аккумулятора, приведенного на фиг. 9.
[фиг. 11А] На фиг. 11А показан вид в аксонометрии с местным разрезом конца наружной оболочки в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 11В] На фиг. 11В показан разрез конца наружной оболочки в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 12А] На фиг. 12А показан вид в аксонометрии с местным частичным разрезом токосъемника в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 12В] На фиг. 12В схематически проиллюстрирована конструкция токосъемника в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 13А] На фиг. 13А показана первая шина в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 13В] На фиг. 13В показана вторая шина в слоевом аккумуляторе.
[фиг. 14] На фиг. 14 схематически показано множество слоевых аккумуляторов, соединенных друг с другом.
[фиг. 15] На фиг. 15 показаны графики подъема температуры при испытании слоевого аккумулятора.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0038] Ниже приведено описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на соответствующие чертежи. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Кроме того, упомянутые числа, размеры, материалы и т.п. не ограничивают объем настоящего изобретения.
[0039] Перед рассмотрением соответствующих вариантов осуществления изобретения приведено описание вторичного источника тока, к которому применимо настоящее изобретение. Вторичный источник тока не ограничивается нижеописанными типами аккумуляторов. К примерам вторичных источников тока могут относиться никель-цинковый аккумулятор, диоксид-марганцевый аккумулятор, цинк-марганцевый аккумулятор и никель-кадмиевый аккумулятор.
[0040] 1. Типы вторичных источников тока
1-1. Никель-металлгидридный аккумулятор
Отрицательный электрод, используемый в настоящем изобретении, был изготовлен следующим путем: паста, полученная путем добавления растворителя в водородабсорбирующий сплав, с токопроводящим наполнителем и связующим веществом была нанесена на подложку, пасте была придана форма листа с последующим отверждением. Аналогичным образом был изготовлен положительный электрод: паста, полученная путем добавления растворителя в оксигидроксид никеля, с токопроводящим наполнителем и связующим веществом была нанесена на подложку, пасте была придана форма листа с последующим отверждением.
[0041] Токопроводящий наполнитель, используемый в изобретении, представлял собой углерод. Связующее вещество, используемое в изобретении, представляло собой термопластичную смолу, растворимую в водорастворимом растворителе. Подложка, используемая в изобретении, представляла собой вспениваемый никелевый лист. Разделитель, используемый в изобретении, представлял собой полипропиленовое волокно. Электролит, используемый в изобретении, представлял собой водный раствор КОН.
[0042] 1-2. Литий-ионный аккумулятор
Отрицательный электрод можно получить следующим образом: сначала приготавливают суспензионную смесь путем смешивания титаната лития, карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и углерода Ketjen Black (КВ-углерода), затем эту смесь наносят на фольгу из нержавеющей стали, некоторое время высушивают, после чего подвергают тепловой обработке. Положительный электрод могут получать следующим образом: сначала приготавливают суспензионную смесь путем смешивания лития-фосфата железа, КМЦ, активного углерода и КВ-углерода, затем эту смесь наносят на фольгу из нержавеющей стали, некоторое время высушивают, после чего подвергают тепловой обработке.
6
[0043] Разделитель, используемый в изобретении, может представлять собой микропористую пленку из полипропилена. Электролит, используемый в изобретении, может представлять собой систему LiPF/EC:DEC с молярной концентрацией 1 моль/л. Токопроводящий наполнитель, используемый в изобретении, может представлять собой КВ-углерод. Связующее вещество, используемое в изобретении, может представлять собой КМЦ. Каждый из компонентов - положительный электрод, отрицательный электрод и токосъемник - может быть выполнен из нержавеющей стали.
[0044] 2. Варианты осуществления электродного блока
Для удобства описания дальше по тексту положительный электрод может быть назван первым электродом, а отрицательный электрод - вторым электродом, что никоим образом не ограничивает изобретение.
2-1. Первый вариант осуществления электродного блока
На фиг. 1А схематически показан вид в аксонометрии электродного блока в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. На фиг. 1В показан вертикальный разрез электродного блока. Как показано на фиг. 1В, электродный блок 21 содержит электродную группу 23, крышки 24, первый держатель 22а и второй держатель 22b.
[0045] Конфигурация электродной группы 23 такова, что положительный электрод 23а и отрицательный электрод 23b сложены с размещением между ними разделителя 23с, имеющего форму чехла. Электродная группа 23 находится между крышками 24 на ее двух концах в направлении чередования электродов (направление X на фиг. 1В). Каждый из компонентов - положительный электрод 23а, отрицательный электрод 23b, разделитель 23с, имеющий форму чехла, и крышки 24 - имеет форму диска с отверстием в центре, при этом данные компоненты расположены на одной оси. Крышки выполнены из полипропилена, но могут быть выполнены из любой изоляционной смолы. Каждый из электродов - положительный электрод 23а и отрицательный электрод 23b - заключен в разделитель, имеющий форму чехла.
[0046] На фиг. 2А в разрезе показаны электроды, каждый из которых заключен в разделитель, имеющий форму чехла. На фиг. 2А для простоты приведен один положительный электрод 23а и один отрицательный электрод 23b. Положительный электрод 23а за исключением его наружной кромки заключен в разделитель 23са, имеющий форму чехла, и отрицательный электрод 23b за исключением окружной кромки выполненного в нем центрального отверстия заключен в разделитель 23cb, имеющий форму чехла.
[0047] На фиг. 2В показан вид в плане положительного электрода 23а, заключенного в разделитель, имеющий форму чехла. На фиг. 2С показан вид в плане отрицательного электрода 23b, заключенного в разделитель, имеющий форму чехла.
[0048] Положительный электрод 23а находится между двумя разделителями, наружный диаметр каждого из которых меньше диаметра положительного электрода 23а и диаметр центрального отверстия каждого из которых меньше диаметра центрального отверстия положительного электрода 23а. В соответствии с изобретением, та часть, где разделители накладываются друг на друга (окружная кромка центрального отверстия), скреплена путем термосварки. Таким образом, положительный электрод 23а заключен в разделитель 23са, имеющий форму чехла. Отрицательный электрод 23b находится между двумя разделителями, наружный диаметр каждого из которых больше диаметра отрицательного электрода 23b и диаметр центрального отверстия каждого из которых больше диаметра центрального отверстия отрицательного электрода 23b. В соответствии с изобретением, та часть, где разделители накладываются друг на друга (наружная окружная кромка), скреплена путем термосварки. Таким образом, отрицательный электрод 23b заключен в разделитель 23cb, имеющий форму чехла.
[0049] Разделитель, имеющий форму чехла, улавливает пыль и посторонние частицы, поступающие из электрода в процессе сборки электродного блока и в процессе транспортировки электродного блока. Используемый разделитель, имеющий форму чехла, предотвращает проникновение пыли или попадание посторонних частиц из электрода в область между электродами или в область между электродом и токосъемным выводом, в результате чего предотвращается внутреннее короткое замыкание. Используемый разделитель, имеющий форму чехла, также предотвращает нарушение контакта вследствие смещения разделителей с последующим попаданием в область между положительным и отрицательным электродами 23а и 23b и держателями 22.
[0050] Положительный электрод 23а заключен в разделитель 23са, имеющий форму чехла, отрицательный электрод 23b заключен в разделитель 23cb, имеющий форму чехла. Из этих электродов, таким образом, формируется электродная группа 23. Крышки 24 расположены на двух торцевых концах электродной группы 23 (направление X на фиг. 1В). Центральные отверстия в положительном электроде 23а, отрицательном электроде 23b, разделителе 23са, разделителе 23cb и крышках 24 сообщаются друг с другом, образуя сквозное отверстие 25.
[0051] Первый держатель 22а поддерживает формы электродной группы 23 и крышек 24 снаружи электродной группы 23 и крышек 24. Второй держатель 22b поддерживает формы электродной группы 23 и крышек 24 изнутри сквозного отверстия 25. На фиг. 3А и 3В показаны разрез и проекция металлической пластины 220, образующей держатель 22. Как показано на фиг. 3А, на поверхности металлической пластины 220 выполнено большое количество выступов 221. Поверхность металлической пластины 220 обрабатывают следующим образом: выступы и отверстия на поверхности металлической пластины 220 выполняют валом для тиснения, а оконечность каждого выступа отгибают, чтобы на ней образовалась складка.
[0052] В соответствии с изобретением толщина металлической пластины 220 не ограничивается, однако предпочтительно, что эта толщина меньше толщины положительного электрода 23а или отрицательного электрода 23b. Предпочтительная толщина металлической пластины 220 составляет 10-100 мкм и зависит от толщины положительного электрода 23а или отрицательного электрода 23b. Более предпочтительная толщина металлической пластины 220 составляет 20-50 мкм. Увеличение толщины металлической пластины 220 приводит к увеличению размеров аккумулятора, а уменьшение толщины металлической пластины 220 приводит к снижению прочности этой металлической пластины.
[0053] В вершине каждого выступа 221 выполнено отверстие 222. Выступ 221 отогнут в направлении, обратном направлению протяженности выступа 221, при этом на отверстии 222 сформирована складка 223. Металлическая пластина 220 выполнена из никелевой фольги толщиной (h1) 25 мкм. Выступ 221 выполнен на никелевой фольге и имеет форму усеченной четырехугольной пирамиды с верхним основанием L1 и нижним основанием L2. Длины продольных и поперечных ребер нижнего основания L2 (в направлениях X и Y, показанных на фиг. 3А) составляют по 1 мм. Длины продольных и поперечных ребер верхнего основания L1 составляют по 0,5 мм. Толщина (h2) металлической пластины 220 с учетом выступа 221 составляет 0,5 мм. Длина (h3) складки 223 составляет 0,15 мм.
[0054] Первый держатель 22а расположен на наружных поверхностях 23d электродной группы 23 и крышек 24. В соответствии с изобретением наружные поверхности 23d соответствуют боковой поверхности электродной группы 23 и оголенным поверхностям крышек 24. В частности, первый держатель 22а прикреплен к боковой поверхности электродной группы 23 и окружным кромкам, включая наружные боковые поверхности крышек 24. Первый держатель 22а окружает электродную группу 23 и крышки 24, за исключением области вокруг сквозного отверстия 25 и самого сквозного отверстия 25. Таким образом, указанная электродная группа, являющаяся основным компонентом аккумулятора, сформирована посредством первого держателя 22а как одно целое. Электродный блок, полученный путем интегрирования указанной электродной группы, позволяет упростить сборку слоевого аккумулятора.
Первый держатель 22а удерживает в сложенном состоянии электроды в электродной группе 23 и крышки 24 таким образом, чтобы выступы 221 втыкались в положительный электрод 23а и крышки 24. Первый держатель 22а и имеет первую боковую часть 22аа поверхности и первую загнутую часть 22ab. Первая боковая часть 22аа поверхности накрывает боковые поверхности электродной группы 23 и крышки 24. Первая загнутая часть 22ab проходит от конца первой боковой части 22аа поверхности к сквозному отверстию 25 электродной группы 23 вдоль поверхности крышки 24.
[0055] Второй держатель 22b расположен на внутренней окружной поверхности 23е сквозного отверстия 25 в электродной группе. Второй держатель 22b удерживает уложенные друг за другом электроды в электродной группе 23 и крышки 24 таким образом, чтобы выступы 221 втыкались в отрицательный электрод 23b и крышки 24. Второй держатель 22b имеет вторую боковую часть 22bа поверхности и вторую загнутую часть 22bb. Вторая боковая часть 22bа поверхности накрывает внутреннюю окружную поверхность. Вторая загнутая часть 22bb проходит от конца второй боковой части 22bа поверхности в направлении наружного диаметра электродной группы 23 вдоль поверхности крышки 24.
[0056] Первый держатель 22а и положительный электрод 23а электрически соединены друг с другом так, что первая боковая часть 22аа поверхности втыкается в наружный окружной конец положительного электрода 23а. Второй держатель 22b и отрицательный электрод 23b электрически соединены друг с другом так, что вторая боковая часть 22bа поверхности втыкается во внутренний окружной конец отрицательного электрода 23b. При этом первый держатель 22а и второй держатель 22b изолированы друг от друга, так как первая загнутая часть 22ab и вторая загнутая часть 22bb не контактируют друг с другом, при этом крышка 24 является изолятором.
[0057] Как раскрыто выше, выступы 221, выполненные на первом держателе 22а и втором держателе 22b, улучшают сцепление между положительными электродами и сцепление между отрицательными электродами. Кроме того, выступ, втыкающийся в электрод, может предотвращать нарушение контакта между электродом и держателем, выполняющим функции токосъемного вывода, даже при изменении объема первого электрода в результате заряда и разряда аккумулятора. Эта конфигурация увеличивает срок службы аккумулятора.
[0058] Как раскрыто выше, каждый из электродов - положительный и отрицательный - заключен в разделитель, имеющий форму чехла, однако он может быть не заключен в разделитель, имеющий форму чехла. В соответствии с изобретением наружная кромка отрицательного электрода накрыта разделителем, и окружная кромка отверстия в положительном электроде накрыта разделителем. Кроме того, наружная кромка разделителя накрыта положительным электродом, а окружная кромка отверстия в разделителе накрыта отрицательным электродом. Таким образом, разделитель обязательно отделяет положительный электрод и отрицательный электрод друг от друга по наружной кромке отрицательного электрода и окружным кромкам отверстия в положительном электроде. Даже в случае деформации электродов, они не будут контактировать друг с другом по наружной кромке и окружной кромке отверстия. Кроме того, разделитель отсутствует между отрицательным электродом и токосъемником, а также отсутствует между положительным электродом и наружной оболочкой. Следовательно, эта конфигурация предотвращает нарушение контакта из-за возможного попадания разделителя в область между электродом и выводом.
[0059] 2-2. Второй вариант осуществления изобретения
В вариантах осуществления изобретения, приведенных ниже, описание в точности соответствует вышеприведенному описанию, если не указано иное. Один из электродов - положительный и отрицательный - может быть заключен в разделитель, имеющий форму чехла. На фиг. 4 показан электродный блок 51 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. В электродном блоке 51 положительный электрод 23а заключен в разделитель 23са, имеющий форму чехла, а отрицательный электрод 23b не заключен в разделитель, имеющий форму чехла. Эта конфигурация позволяет сэкономить время и усилия при выполнении действий по заключению отрицательного электрода в разделитель, имеющий форму чехла, что ведет к снижению издержек производства. Как показано на фиг. 4, самый верхний конец электродной группы 23 соответствует отрицательному электроду 23b, и ее самый нижний конец соответствует отрицательному электроду 23b. Таким образом, количество отрицательных электродов 23b больше количества положительных электродов 23а. Аккумулятор, оборудованный электродным блоком 51, может представлять собой аккумулятор, емкость которого определяется площадью положительного электрода.
[0060] 2-3. Третий вариант осуществления изобретения
На фиг. 5 показан вертикальный разрез электродного блока 52 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Электродный блок 52 содержит металлическую пластину 26а, расположенную между первым держателем 27а и электродной группой 23, и металлическую пластину 26b, расположенную между вторым держателем 27b и электродной группой 23. В третьем варианте осуществления изобретения по меньшей мере на одной из сторон каждой металлической пластины 26 выполнено множество выступов, как показано на фиг. 3. Выступы 221 металлических пластин 26 втыкаются в электроды 23а и 23b, обеспечивая соединение между этими электродами. Держатели 27 и металлические пластины 26 полностью контактируют между собой, при этом электроды 23а, 23b и держатели 27 надежно соединены друг с другом. Каждый из держателей 27 служит упрочняющим элементом. Электродный блок с большей емкостью может быть изготовлен таким образом, чтобы упрочняющий элемент и элемент, предназначенный для обеспечения соединения между электродами, в держателе были раздельными.
[0061] 2-4. Четвертый вариант осуществления изобретения
На фиг. 6А схематически показан вид в аксонометрии электродного блока в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения. На фиг. 6В показан разрез этого электродного блока. Электродный блок 61 содержит электродную группу 63, крышки 64 и множество первых держателей 62. Первые держатели 62 удерживают электродную группу 63 и крышки 64 в определенной форме.
[0062] Положительный электрод 63а, за исключением его наружной кромки, заключен в разделитель 63са, имеющий форму чехла. Отрицательный электрод 63b, за исключением окружной кромки выполненного в нем центрального отверстия, заключен в разделитель 63cb, имеющий форму чехла. Положительный электрод 63а, заключенный в разделитель 63са, имеющий форму чехла, и отрицательный электрод 63b, заключенный в разделитель 63cb, имеющий форму чехла, последовательно сложены друг с другом так, что соответствующие отверстия накладываются друг на друга. Электродная группа 63 находится между крышками 64, в центре каждой из которых выполнено отверстие. Центральное отверстие в электродной группе 63 и центральные отверстия в крышках 64 сообщаются друг с другом и образуют непрерывное сквозное отверстие 67 электродного блока 61. Второй держатель 65 расположен на внутренней окружной поверхности сквозного отверстия 67.
[0063] Крышка 64 в четвертом варианте осуществления изобретения сделана из металла. Электрод, контактирующий с крышкой 64 (отрицательный электрод 63b на фиг. 6В), заключен в разделитель, имеющий форму чехла (разделитель 63cb на фиг.6В). Электрод, заключенный в разделитель, имеющий форму чехла, напрямую не контактирует с крышкой 64 и электродом, контактирующим с ее поверхностью. Как показано на фиг. 6А и 6В, в электродном блоке 61 не происходит короткого замыкания между отрицательным электродом 63b и положительным электродом 63а через крышку 64.
[0064] Первый держатель 62 выполнен из короткой металлической полоски. Один конец первого держателя 62 прикреплен к боковой поверхности одной крышки 64, а его второй конец прикреплен к боковой поверхности второй крышки 64. Данный способ крепления может быть реализован, например, посредством точечной сварки или пайки. Первый держатель поддерживает форму электродной группы 63 в соответствии с вышеприведенным описанием и обеспечивает целостную структуру электродного блока.
[0065] Диаметр центрального отверстия в крышке 64 больше диаметра центрального отверстия в отрицательном электроде 63b. Таким образом, когда второй держатель прикреплен к электродной группе 63, крышка 64 с ним не контактирует. В соответствии с изобретением предпочтительно, что к отверстию в крышке 64 прикреплено изоляционное кольцо 68. Изоляционное кольцо 68 надежно предотвращает контакт между крышкой 64 и вторым держателем 65, в результате чего предотвращается короткое замыкание между электродами.
Крышка 64 может быть выполнена из изоляционного диска. В соответствии с изобретением крышка 64 и первый держатель 62 склеены друг с другом.
[0066] 2-4-1. Модификация четвертого варианта осуществления изобретения
На фиг. 7 схематически показан разрез модификации электродного блока, приведенного на фиг. 6В. Благодаря изоляционной пластине 69, расположенной между крышкой 64 и электродной группой 63, отрицательный электрод 63b, не заключенный в разделитель, имеющий форму чехла, может являться самым верхним концом или самым нижним концом электродной группы 63. Изоляционная пластина 69 предотвращает короткое замыкание между металлической крышкой 64 и отрицательным электродом 63b. Кроме того, электродный блок может быть выполнен с возможностью прикрепления второго держателя 65, как показано на фиг. 7.
[0067] В вышеупомянутых вариантах осуществления изобретения металлическая пластина, показанная на фиг. 3А и 3В, может быть прикреплена только к одной из наружной окружной поверхности электродной группы и внутренней поверхности сквозного отверстия. Кроме того, металлическая пластина может иметь выступы только на той своей поверхности, которая контактирует с электродной группой. В ином случае металлическая пластина может иметь выступы только на той своей поверхности, которая противоположна поверхности, контактирующей с электродной группой, или может иметь выступы на обеих своих поверхностях.
[0068] 2-5. Способ изготовления электродного блока
(1) Положительный электрод зажимают между двумя разделителями, наружные диаметры которых меньше наружного диаметра положительного электрода, а диаметры их центральных отверстий меньше диаметра центрального отверстия положительного электрода. Ту часть, где разделители накладываются друг на друга, скрепляют нагревателем. Отрицательный электрод зажимают между двумя разделителями, наружные диаметры которых больше наружного диаметра отрицательного электрода, а диаметры их центральных отверстий больше диаметра центрального отверстия отрицательного электрода. Ту часть, где разделители накладываются друг на друга, скрепляют нагревателем.
(2) Подготавливают две крышки. Круглый стержень, диаметр которого несколько меньше диаметра отверстия отрицательного электрода, помещают в центр трубки, внутренний диаметр которой несколько больше наружного диаметра положительного электрода. Одну из крышек располагают так, чтобы круглый стержень проходил через сквозное отверстие, выполненное в крышке.
(3) Отрицательный электрод, заключенный в разделитель, имеющий форму чехла, и положительный электрод, заключенный в разделитель, имеющий форму чехла, последовательно складывают друг с другом и на крышку так, чтобы круглый стержень проходил через соответствующие отверстия.
(4) Вторую крышку укладывают на самый верхний электрод так, чтобы круглый стержень проходил через сквозное отверстие, выполненное в крышке. Таким образом формируют электродную группу, расположенную между крышками.
(5) Крышки, электродную группу и круглый стержень вынимают из трубки. Первый держатель прикрепляют к наружным окружным поверхностям крышек и электродной группы. Два торцевых конца первого держателя изгибают на 90 градусов в направлении круглого стержня вдоль поверхностей крышек. Таким образом, формируют загнутые части. Первые загнутые части соответствуют двум концам первой боковой части поверхности.
(6) Круглый стержень вынимают из крышек и электродной группы. Второй держатель прикрепляют к внутренней поверхности сквозного отверстия, составленного из отверстий в крышках и электродной группе. Два торцевых конца второго держателя загибают в наружном окружном направлении вдоль поверхностей крышек. Таким образом, формируют вторую боковую часть поверхности и далее вторые загнутые части.
(7) Электродную группу и пару крышек объединяют с первым держателем и вторым держателем, в результате чего получают электродный блок. При необходимости может быть создан электродный блок без второго держателя.
[0069] 3. Вариант осуществления слоевого аккумулятора
3-1. Структура слоевого аккумулятора
На фиг. 8 схематически показан вид в аксонометрии слоевого аккумулятора, содержащего электродный блок, в соответствии с изобретением. На фиг. 9 показан разрез слоевого аккумулятора, сделанный по линии IX-IX, приведенной на фиг. 8, а также показана верхняя половина слоевого аккумулятора. На фиг. 10 показано повернутое на 90 градусов увеличенное изображение конца слоевого аккумулятора, приведенного на фиг. 9. К основным компонентам слоевого аккумулятора 31 относятся: наружная оболочка 32, токосъемник 33, множество радиаторных пластин 34 и корпус 35. В наружной оболочке 32 заключено множество электродных блоков 21, расположенных последовательно друг за другом. Токосъемник 33 проходит через множество электродных блоков 21 в осевом направлении (направление X на фиг. 9) наружной оболочки 32. В центре каждой из радиаторных пластин 34 выполнено отверстие, радиаторные пластины 34 расположены вокруг наружной оболочки 32 вдоль оси X, причем соответствующие отверстия контактируют с наружной оболочкой 32 по ее наружному периметру. В корпус 35 заключены наружная оболочка 32, токосъемник 33, радиаторные пластины 34 и сквозные шпильки 46. К двум торцевым концам корпуса 35 прикреплены первая шина 36 и вторая шина 37 соответственно. Каждая из шин 36, 37 служит соединителем.
[0070] Электродные блоки 21 расположены друг за другом и заключены в цилиндрическую трубку 32а. Внутренний диаметр трубки 32а несколько меньше наружного диаметра электродного блока 21. Таким образом, когда электродный блок 21 вставлен в трубку 32а, наружная окружная поверхность электродного блока 21 и внутренняя окружная поверхность трубки 32а находятся в контакте друг с другом. Каждый из двух открытых концов трубки 32а герметизирован цилиндрическим уплотнительным колпачком 32b. В уплотнительном колпачке 32b выполнено центральное отверстие 32bа, через которое проходит токосъемник 33, а также заправочное отверстие 32bb для введения электролита (см. фиг. 11). К заправочному отверстию 32bb может быть прикреплен приемник 39 электролита. Электролит вводят в наружную оболочку 32 через отверстие, выполненное в приемнике 39 электролита.
[0071] На наружной окружной поверхности уплотнительного колпачка 32b выполнены две канавки 32bс и канавка 32bd. В соответствии с изобретением глубина канавки 32bd меньше глубины канавок 32bс, при этом канавка 32bd расположена между канавками 32bс (см. фиг. 11В). В каждой канавке 32bс уплотнительного колпачка 32b имеется уплотнительное кольцо 32с, а в канавке 32bd содержится уплотняющая жидкость 32d. Уплотнительное кольцо 32с и уплотняющая жидкость 32d предотвращают утечку электролита из аккумулятора. Предпочтительно, что уплотняющая жидкость 32d представляет собой высоковязкое вещество, в качестве которого может быть использован, например асфальт.
[0072] И трубка 32а, и уплотнительный колпачок 32b сделаны из токопроводящего никелированного железа. Внутренняя окружная поверхность наружной оболочки 32 контактирует с положительным электродом 23а через первый держатель 22а. Таким образом, наружная оболочка 32 и положительный электрод 23а электрически соединены друг с другом. Наружная оболочка 32 выполняет функции токосъемного вывода для положительного электрода. Между уплотнительным колпачком 32b и токосъемником 33 расположена изоляционная втулка 40, предотвращающая короткое замыкание между наружной оболочкой 32 и токосъемником 33 через уплотнительный колпачок 32b (см. фиг. 10).
[0073] Токосъемник 33 выполнен из токопроводящего круглого стержня. Наружная окружная поверхность токоприемника 33 контактирует с отрицательным электродом 23b через второй держатель 22b. Таким образом, токоприемник 33 и отрицательный электрод 23b электрически соединены друг с другом. Токосъемник 33 выполняет функции токосъемного вывода отрицательного электрода.
[0074] Как показано, например на фиг. 12А, токосъемник 33 может быть выполнен в виде трубчатого конструктивного элемента 33b, в котором заключен сердечник 33а. В этом варианте осуществления изобретения сердечник 33а выполнен из меди, а конструктивный элемент 33b - из железа. Медь обладает высокой электрической проводимостью, но низкой щелочестойкостью. Железо же имеет меньшую электрическую проводимость, нежели медь, однако более устойчиво к действию щелочей, так как вступает с ними в реакцию с образованием пассивной пленки. Токосъемник 33 в силу своей конструкции может иметь никелированную поверхность 33с, которая также обладает щелочестойкостью. Таким образом, токосъемник такой конструкции характеризуется отличной электрической проводимостью и щелочестойкостью.
[0075] Токосъемник 33, показанный на фиг. 12А, может иметь конструкцию, при которой медный провод впрессован в железную трубку. В ином случае, как показано на фиг. 12В, токосъемник 33 может быть изготовлен следующим образом: сердечник 33а перемещают вместе с конструктивным элементом 33b в направлении, обозначенном стрелкой, при этом конструктивный элемент 33b сужается и прижимается к наружной поверхности сердечника 33а. Таким образом, конструктивный элемент 33b сплющивают, в результате чего он примыкает к наружной поверхности сердечника 33а. В конечном итоге поверхность конструктивного элемента 33b никелируют.
[0076] Ниже приведено описание конструкции конца слоевого аккумулятора 31 со ссылкой на фиг. 10. На наружной оболочке 32, в которую заключен электродный блок 21, расположена прижимная пластина 45. На прижимной пластине 45 установлен первый соединитель 41. На одной стороне первого соединителя 41 выполнено отверстие 41а с резьбой, а на другой стороне первого соединителя 41 выполнено монтажное отверстие 41b. В монтажное отверстие 41b вставлен конец токосъемника 33. В отверстие 41а с резьбой вкручен винт 43 с шестигранной головкой, посредством которого первая шина 36 прикреплена к первому соединителю 41. Таким образом, токосъемник 33 и первая шина 36 электрически соединены друг с другом. В соответствии с изобретением первая шина 36 выполняет функции вывода отрицательного электрода.
[0077] На верхнем конце сквозной шпильки 46 установлен второй соединитель 42. На одной стороне второго соединителя 42 выполнено отверстие 42а с резьбой, а на другой стороне второго соединителя 42 выполнено монтажное отверстие 42b. В монтажное отверстие 42b вставлена сквозная шпилька 46. В отверстие 42а с резьбой вкручен винт 43 с шестигранной головкой, посредством которого вторая шина 37 прикреплена ко второму соединителю 42. Таким образом, наружная оболочка 32 и вторая шина 37 электрически соединены друг с другом сквозной шпилькой 46. Вторая шина 37 выполняет функции вывода положительного электрода.
[0078] Прижимная пластина 45 сделана из прямоугольной металлической пластины. В прижимной пластине 45 выполнены: отверстие 45а, в которое вставлен соединитель 41, отверстие 45b, через которое проходит сквозная шпилька 46, и отверстие 45с, через которое проходит приемник 39 электролита. Прижимная пластина 45 контактирует с наружной оболочкой 32 и выполняет функции вывода токосъемника положительного электрода. Между первым соединителем 41 и прижимной пластиной 45 расположено изоляционное кольцо 47, обеспечивающее изоляцию прижимной пластины 45 от токосъемника 33.
[0079] Прижимная пластина 45 служит для распределения усилия затяжки винта 43 с шестигранной головкой, который передает сжимающую силу на электродный блок 21 в осевом направлении (направление X на фиг. 10). Эта сжимающая сила предотвращает деформацию электродного блока из-за заряда и разряда, а также уменьшает контактное сопротивление между электродными блоками.
[0080] Приемник 39 электролита выполнен в виде продолговатого цилиндра с отверстием в его центре. Приемник 39 электролита представляет собой конструктивный элемент с каналом для введения электролита в наружную оболочку 32 извне. После введения электролита наружную оболочку 32 герметично затыкают пробкой 38. В соответствии с изобретением конструкция нижнего конца слоевого аккумулятора аналогична конструкции верхнего конца этого аккумулятора.
[0081] Радиаторная пластина 34 сделана из прямоугольной пластины. В центре радиаторной пластины 34 выполнено отверстие 34а для аккумулятора, а в ее четырех углах выполнены отверстия 34b для шпилек. В соответствии с изобретением через отверстие 34а для аккумулятора проходит слоевой аккумулятор, а через отверстие 34b для шпильки проходит сквозная шпилька 46 (например, см. фиг. 8). Радиаторная пластина 34 выполнена из никелированного алюминия и обладает электрической проводимостью. Отверстие 34а для аккумулятора контактирует с поверхностью наружной оболочки 32, при этом от наружной оболочки 32 радиаторной пластине 32 передается тепло.
[0082] Сквозная шпилька 46 выполнена из никелированного алюминия и обладает электрической проводимостью. Отверстие 34b для шпильки контактирует со сквозной шпилькой 46, при этом наружная оболочка 32, радиаторная пластина 34 и сквозная шпилька 46 электрически соединены друг с другом. В соответствии с изобретением материалы, из которых выполнены радиаторная пластина 34 и сквозная шпилька 46, не ограничиваются железом и алюминием. Радиаторная пластина 34 и сквозная шпилька 46 могут быть сделаны из любого металла.
[0083] Корпус 35 содержит квадратную трубу 35а, имеющую сечение по существу в форме квадратной рамки, и крышки 35b, расположенные на двух концах квадратной трубы 35а и имеющие форму по существу квадратной пластины. Внутренний размер корпуса 35 по существу равен наружному размеру радиаторной пластины 34. В каждой из крышек 35b выполнено отверстие 35с, через которое проходит первый соединитель 41, и отверстие 35d, через которое проходит второй соединитель 42.
[0084] 3-2. Конструкция шины и соединителей слоевого аккумулятора
На фиг. 13А показан вид в аксонометрии первой шины 36 в этом варианте осуществления изобретения. Первая шина 36 сделана по существу из треугольной металлической пластины и имеет три первых отверстия 36а под винт, через которые, соответственно, проходят винты 43 с шестигранной головкой. Первая шина 36 прикреплена к концам соседних слоевых аккумуляторов 31 и обеспечивает электрическое соединение между слоевыми аккумуляторами 31. Например, два слоевых аккумулятора 31 электрически соединены друг с другом следующим образом: первый соединитель 41 одного слоевого аккумулятора 31 и одно первое отверстие 36а под винт, выполненное в первой шине 36, соединены друг с другом посредством винта 43 с шестигранной головкой; второй соединитель 42 второго слоевого аккумулятора 31 и оставшиеся два первых отверстия 36а под винт, выполненные в первой шине 36, соединены друг с другом посредством винта 43 с шестигранной головкой.
[0085] На фиг. 13В показан вид в аксонометрии второй шины 37. Вторая шина 37 сделана из продолговатой металлической пластины и имеет три вторых отверстия 37а под винт. Вторая шина 37 прикреплена к концам соседних слоевых аккумуляторов 31 и обеспечивает электрическое соединение между слоевыми аккумуляторами 31. Например, два слоевых аккумулятора 31 электрически соединены друг с другом следующим образом: первый соединитель 41 одного слоевого аккумулятора 31 и одно второе отверстие 37а под винт, выполненное во второй шине 37, соединены друг с другом посредством винта 43 с шестигранной головкой; второй соединитель 42 второго слоевого аккумулятора 31 и оставшиеся два вторых отверстия 37а под винт, выполненные во второй шине 37, соединены друг с другом посредством винта 43 с шестигранной головкой.
Формы первой шины 36 и второй шины не ограничиваются формами, указанными в этом варианте осуществления изобретения. В соответствии с изобретением первая шина 36 и вторая шина 37 сделаны из никелированного железа.
[0086] На фиг. 14 показано множество слоевых аккумуляторов 31, последовательно соединенных с первой шиной 36 и второй шиной 37. Первая шина 36, в силу своей формы, упрощает соединение между слоевыми аккумуляторами 31 в вертикальном направлении (см. фиг. 14), а вторая шина 37, в силу своей формы, упрощает соединение между слоевыми аккумуляторами 31 в горизонтальном направлении (см. фиг. 14). Соответствующий выбор шин позволяет обеспечить определенную степень свободы при сборке батареи из множества слоевых аккумуляторов 31. Например, слоевые аккумуляторы 31 могут быть соединены в параллель следующим образом: в соседних слоевых аккумуляторах 31 соединяют между собой токосъемники 33, а сквозные шпильки 46 соединяют друг с другом через вторую шину 37.
[0087] 3-3. Способ изготовления слоевого аккумулятора
Ниже приведено описание способа изготовления слоевого аккумулятора 31 с использованием электродных блоков 21.
(1) Способом, описанным в разделе «2.5. Способ изготовления электродного блока», изготавливают множество электродных блоков 21. На верстаке закрепляют трубку 32а наружной оболочки 32.
(2) К одному из открытых концов трубки 32а прикрепляют уплотнительный колпачок 32b. Через второй открытый конец 32а в наружную оболочку 32 запрессовывают множество электродных блоков 21.
(3) В сквозное отверстие 25, выполненное в центре электродных блоков 21, впрессовывают токосъемник 33. Ко второму открытому концу трубки 32а прикрепляют уплотнительный колпачок 32b. Из наружной оболочки 32 удаляют воздух и запечатывают ее вместе с введенным в нее электролитом.
(4) К наружной оболочке 32 прикрепляют множество радиаторных пластин 34, после чего прикрепляют к ней второй соединитель 42 и четыре сквозных шпильки 46, каждая из которых проходит через радиаторные пластины 34. Боковые поверхности, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность наружной оболочки с прикрепленными к ней радиаторными пластинами, накрывают квадратной трубой 35а. В квадратную трубу 35а через два ее конца запрессовывают прижимные пластины 45. К прижимным пластинам 45 прикрепляют первый соединитель 41, второй соединитель 42, приемник 39 электролита и т.д. К двум концам квадратной трубы 35а прикрепляют крышки 35b, после чего к этим крышкам прикрепляют шины 36 и 37.
[0088] 4. Функции и эффективность
Ниже приведено описание функций и эффективности электродного блока в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения и слоевого аккумулятора, содержащего этот электродный блок.
4-1. Эффективность электродного блока
В электродном блоке 21 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения первый держатель 22а и второй держатель 22b поддерживают форму электродной группы 23. Таким образом, положительный электрод 23а, отрицательный электрод 23b и разделитель 23с объединены в единое целое. Соответственно, манипуляции с электродной группой 23 можно выполнять, как с единым блоком, что способствует улучшению обрабатываемости компонентов при производстве.
[0089] Слоевой аккумулятор 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения содержит множество уложенных друг за другом электродных блоков 21. Эта конфигурация позволяет просто увеличить емкость аккумуляторной батареи.
[0090] 4-2. Эффективность металлической пластины
Каждый из держателей 22а, 22b - первый и второй - имеет множество выступов 221, выполненных на поверхности, контактирующей с электродной группой 23. Выступы 221 втыкаются в электроды и дополнительно улучшают сцепление между положительным электродом и наружной оболочкой или сцепление между отрицательным электродом и токосъемником. Даже при изменении объема электрода при заряде и разряде аккумулятора втыкающиеся в электрод выступы могут предотвращать нарушение контакта между электродом и выводом. Эта конфигурация увеличивает срок службы аккумулятора.
[0091] 4-3. Эффективность разделителя, имеющего форму чехла
Положительный электрод 23а заключен в разделитель 23са, имеющий форму чехла, и отрицательный электрод 23b заключен в разделитель 23cb, имеющий форму чехла. Таким образом, разделители, имеющие форму чехла, улавливают пыль и посторонние частицы, поступающие из электродов в процессе сборки аккумулятора и в процессе транспортировки аккумулятора. Разделители, имеющие форму чехла, предотвращают попадание пыли и посторонних частиц, поступающих из электродов, в область между электродами и в область между электродом и токосъемным выводом, в результате чего предотвращается внутреннее короткое замыкание. Разделители, имеющие форму чехла, также предотвращают нарушение контакта вследствие смещения разделителей с последующим попаданием в область между положительным электродом 23а и наружной оболочкой 32, а также в область между отрицательным электродом 23b и токосъемником 33.
[0092] 4-4. Эффективность слоевой конструкции
Слоевой аккумулятор 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения содержит множество уложенных друг за другом электродных блоков 21. В частности, в соседних электродных блоках 21 первые держатели 22а соединены друг с другом напрямую и соединены друг с другом через наружную оболочку 32. Кроме того, вторые держатели 22b соединены друг с другом напрямую и соединены друг с другом через токосъемник 33. Таким образом, электрически электродные блоки 21 соединены в параллель. В слоевом аккумуляторе 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения электродные блоки 21 собраны в наружной оболочке 32, при этом в соседних электродных блоках 21 положительные выводы электрически соединены друг с другом, и отрицательные выводы электрически соединены друг с другом. Таким образом, слоевой аккумулятор 31 характеризуется простым с точки зрения структуры последовательным соединением множества электродных блоков 21 и простым с точки зрения электрического соединения параллельным соединением множества электродных блоков 21. Эта конфигурация позволяет просто увеличить емкость слоевого аккумулятора.
[0093] 4-5. Эффективность охлаждения
Положительный электрод 23а плотно прижат к внутренней окружной поверхности наружной оболочки 32 первым держателем 22а, при этом положительный электрод 23а и наружная оболочка 32 находятся в тесном контакте друг с другом. Соответственно, тепло, выделяемое положительным электродом 23а, через первый держатель 22а передается наружной оболочке 32. В свою очередь, положительному электроду 23а через разделитель 23с передается тепло, выделяемое отрицательным электродом 23b. Разделитель 23с выполнен из тонкого листа и, следовательно, значительно не ухудшает теплообмен. Как описано выше, и тепло, выделяемое положительным электродом 23а, и тепло, выделяемое отрицательным электродом 23b, передается наружной оболочке 32, имеющей низкое термическое сопротивление, в результате чего внутри слоевого аккумулятора 31 сдерживается подъем температуры.
В аккумуляторе со спирально навитыми электродами между центром аккумулятора и корпусом аккумулятора в несколько слоев уложен разделитель с высоким термическим сопротивлением. Следовательно, даже при охлаждении корпуса аккумулятора температура внутри аккумулятора особенно не снижается. По результатам сравнения эффективности охлаждения слоевого аккумулятора в соответствии с изобретением и стандартного аккумулятора со спирально навитыми электродами (на примере аккумулятора типа 18650) можно заключить, что общий коэффициент теплопроводности слоевого аккумулятора приблизительно в 100000 раз больше общего коэффициента теплопроводности стандартного аккумулятора со спирально навитыми электродами.
[0094] Температура внутри слоевого аккумулятора в соответствии с изобретением может быть ограничена почти до уровня температуры на поверхности этого аккумулятора. Теплообмен на поверхности аккумулятора обуславливает теплообмен внутри него. Для уменьшения температуры внутри аккумулятора необходимо уменьшить температуру на его поверхности. С учетом этого, эффективность охлаждения дополнительно улучшена посредством увеличения площади теплообменной поверхности путем прикрепления по периметру наружной оболочки 32 множества радиаторных пластин 34. При охлаждении корпуса слоевого аккумулятора путем обдува воздухом температура внутри аккумулятора не превышает 51°C, а при естественном воздушном охлаждении корпуса слоевого аккумулятора с использованием радиаторных пластин температура внутри аккумулятора не превышает 23°C, что подтверждено результатами экспериментов.
[0095] На фиг. 15 показаны графики подъема температуры при испытании слоевого аккумулятора 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг. 15 кривая (1) обозначает напряжение заряда, а кривая (2) - напряжение разряда. Кроме того, кривая (3) обозначает температуру внутри аккумулятора при заряде, а кривая (4) - температуру внутри аккумулятора при разряде. Как следует из фиг. 15, температура внутри слоевого аккумулятора 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения значительно не изменяется даже при его заряде и разряде. Таким образом, подъем температуры внутри аккумулятора может быть сдержан. В соответствии с изобретением на начальной стадии заряда или разряда температура внутри аккумулятора низкая, так как падает температура в помещении. Как сказано выше, слоевой аккумулятор 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения не требует трубки для циркуляции охладителя в отличие от стандартных аккумуляторов со спирально навитыми электродами. Следовательно, слоевой аккумулятор 31 в соответствии с вариантом осуществления изобретения имеет компактную конструкцию и при этом может сдерживать подъем внутренней температуры.
[0096] 5. Другие варианты осуществления изобретения
Выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на соответствующие чертежи, однако в отношении этих вариантов осуществления изобретения могут быть предприняты различные дополнения, изменения или исключения без отклонения от объема и сути изобретения.
[0097] В вышеприведенном описании слоевой аккумулятор в соответствии с вариантом осуществления изобретения содержит наружную оболочку, выполняющую функции токосъемника положительного электрода, и токосъемник, выполняющий функции токосъемника отрицательного электрода. В ином случае наружная оболочка может выполнять функции токосъемника отрицательного электрода, а токосъемник может выполнять функции токосъемника положительного электрода. Кроме того, в вышеприведенном описании сказано, что в центре электродной группы в соответствии с изобретением выполнено круглое сквозное отверстие, а сама электродная группа в целом имеет цилиндрическую форму; однако эти признаки изобретения не являются ограничивающими. Например, электродная группа может иметь форму квадратной трубы, а сквозное отверстие может иметь квадратное сечение. Кроме того, в вышеприведенном описании сказано, что слоевой аккумулятор в соответствии с изобретением имеет цилиндрическую форму, однако он также может иметь призматическую форму.
[0098] Различные компоненты описанных вариантов осуществления изобретения могут быть выполнены из различных материалов в дополнение к вышеописанным. Например, металлические компоненты могут быть не только выполнены из никелированного железа, но также могут не быть никелированными. В варианте осуществления изобретения в качестве примера приводится, в основном, никель-металлгидридный аккумулятор. Изобретение также применимо к любому другому вторичному источнику тока, например литий-ионному аккумулятору и марганцевому аккумулятору.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0099] Слоевой аккумулятор в соответствии с изобретением может подходить для применения не только в промышленных устройствах накопления энергии, но и в бытовых устройствах накопления энергии.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0100] 21 Электродный блок
22 Держатель (а - боковая часть поверхности, b - загнутая часть)
23 Электродная группа (а - положительный электрод, b - отрицательный электрод, с - разделитель)
24 Крышка
25 Сквозное отверстие
26 Металлическая пластина
27 Держатель
31 Слоевой аккумулятор
32 Наружная оболочка (а - трубка, b - уплотнительный колпачок)
33 Токосъемник (а - сердечник, b - конструктивный элемент, с - никелированная поверхность)
34 Радиаторная пластина (а - отверстие для аккумулятора, b - отверстие для шпильки)
35 Корпус (а - квадратная труба, b - крышка)
36 Первая шина
37 Вторая шина
38 Пробка
39 Приемник электролита
40 Изоляционная втулка
41 Первый соединитель
42 Второй соединитель
43 Винт с шестигранной головкой
45 Прижимная пластина
46 Сквозная шпилька
47 Изоляционное кольцо
51 Электродный блок
52 Электродный блок
61 Электродный блок
62 Первый держатель
63 Электродная группа (а - положительный электрод, b - отрицательный электрод, с - разделитель)
64 Крышка
65 Второй держатель
67 Сквозное отверстие
68 Изоляционное кольцо
69 Изоляционная пластина
220 Металлическая пластина
221 Выступ
222 Отверстие
223 Складка.