ГЕРМЕТИЧНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ И БАТАРЕЙНЫЙ МОДУЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ БАТАРЕЮ
SEALED RECTANGULAR ACCUMULATOR BATTERY AND BATTERY MODULE HAVING SAID BATTERY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к герметичной аккумуляторной батарее прямоугольной формы, обладающей сопротивлением внутреннему давлению батареи, несмотря на используемую в ней упрощенную конструкцию, а также к батарейному модулю, содержащему ряд герметичных аккумуляторных батарей прямоугольной формы.
Уровень техники
В течение длительного времени цилиндрическая форма была широко принята в качестве формы герметичной аккумуляторной батареи. Цилиндрическая аккумуляторная батарея не только позволяет использовать упрощенную конструкцию, в которой положительные и отрицательные пластинчатые электроды свернуты в цилиндр вместе с находящимся между ними разделителем, для образования электродного пакета, но и обладает таким преимуществом, как превосходное сопротивление внутреннему давлению батареи.
Однако в последние годы, когда большое внимание стало уделяться проблемам окружающей среды, был разработан новый тип транспортных средств, таких, например, как автомобили и железнодорожные электрические вагоны со встроенной батареей перезаряжаемых аккумуляторов. Когда батарея аккумуляторов устанавливается на транспортном средстве, электроэнергия, рекуперируемая при торможении, может сохраняться в установленной батарее для того, чтобы использовать рекуперированную электроэнергию в качестве источника энергии транспортного средства, тем самым способствуя повышению коэффициента использования энергии.
Конкретно, такая аккумуляторная батарея для транспортных средств необходима, чтобы получить высокое напряжение и высокую энергетическую емкость по сравнению с теми, которыми обладают традиционные аккумуляторные батареи, применяемые в портативных электрических машинах и оборудовании, и поэтому должна использоваться в форме крупногабаритной аккумуляторной батареи. Однако поскольку в случае использования крупногабаритной батареи, исходя из работоспособности и производительности аккумуляторной батареи, обычно считается целесообразным использовать батарею, конструкция которой представляет собой электродный пакет, составленный из положительных и отрицательных пластинчатых электродов, поочередно укладываемых друг на друга, а не группу электродов свернутого типа, применяемых, как правило, в цилиндрической батарее, и поскольку существует серьезная необходимость в эффективном использовании пространства для установки батареи, аккумуляторная батарея прямоугольной конфигурации более предпочтительна, чем цилиндрическая батарея (патентный документ 1, указанный ниже).
Вместе с тем электродная группа с пакетированной (многослойной) структурой обычно обладает тенденцией к вспучиванию в направлении, соответствующем направлению пакетирования, и вследствие разбухания электродов аккумуляторная батарея увеличивается в объеме. Кроме того, в случаях, когда необходимо изготовить крупногабаритную аккумуляторную батарею прямоугольной формы, такая батарея бывает подвержена разбуханию под действием увеличения внутреннего давления батареи из-за большого размера площади поверхности плоской части, которая воспринимает давление внутри аккумуляторной батареи. Для устранения этих проблем обычно необходимо увеличивать толщину стенки элемента, вмещающего электродную группу, но в этом случае возрастают объем и вес аккумуляторной батареи. В общем случае, когда необходимо установить аккумуляторную батарею для использования при вождении транспортного средства, она часто устанавливается в качестве компонента, дополняющего традиционный механизм, при этом место для установки батареи ограничено. Кроме того, с точки зрения коэффициента использования энергии при вождении транспортного средства желательно, чтобы установленная таким способом батарея весила как можно меньше.
Также, когда ряд аккумуляторных батарей прямоугольной формы необходимо установить одну на другую, чтобы использовать их как аккумуляторный модуль, существует необходимость закрепить и зафиксировать блок, составленный из пакетированных гальванических элементов, в направлении, соответствующем направлению пакетирования, чтобы устранить вспучивание блока пакетированных гальванических элементов, в котором единичные элементы собраны в пакет, в направлении, соответствующем направлению формирования таких слоев. Рассматривая место для установки батарейного модуля в упомянутом выше транспортном средстве и коэффициент использования энергии при вождении транспортного средства, необходимо как можно в большей степени сократить количество деталей, используемых для крепления и фиксации корпуса пакетированных гальванических элементов, а собранный батарейный модуль должен иметь компактные размеры и небольшой вес.
[Патентный документ 1] Выложенная японская патентная публикация №2001-110381
Раскрытие изобретения
С учетом изложенного выше, настоящее изобретение разработано с целью устранения в существенной степени обсуждавшихся выше проблем и недостатков и предлагает герметичную аккумуляторную батарею прямоугольной формы, которая обладает превосходными свойствами в отношении не только коэффициента заполнения объема, но и сопротивления давлению при упрощенной конструкции, а также небольшим весом. Другой важной целью настоящего изобретения является предложение батарейного модуля, состоящего из ряда пакетированных герметичных аккумуляторных батарей прямоугольной формы указанного выше типа, который можно собрать, обеспечив компактные размеры и небольшой вес, причем ряд герметичных батарей прямоугольной формы закрепляется в направлении, соответствующем направлению пакетирования, чтобы за счет этого устранить нежелательное вспучивание блока пакетированных гальванических элементов.
Для достижения указанных целей герметичная аккумуляторная батарея прямоугольной формы в соответствии с настоящим изобретением включает электродную группу, состоящую из положительного и отрицательного электродов; и кожух гальванического элемента, вмещающий электродную группу и раствор электролита и выполненный из прямоугольного рамного элемента, а также первого и второго крышечного элементов, при этом первый крышечный элемент включает корпусную часть, покрывающую одно из отверстий рамного элемента, и боковые части, выступающие от корпусной части, по меньшей мере, вдоль одной пары сторон рамного элемента, противоположных друг другу, и второй крышечный элемент включает корпусную часть, покрывающую другое отверстие рамного элемента, и боковые части, выступающие от корпусной части, по меньшей мере, вдоль одной пары сторон рамного элемента, противоположных друг другу.
В соответствии с настоящим изобретением, поскольку силе, возникающей при разбухании вследствие увеличения внутреннего давления аккумуляторной батареи, могут противодействовать корпусные части и соответствующие растягивающие напряжения краевых частей первого и второго крышечного элементов, которые изогнуты относительно корпусных частей, сопротивление батареи давлению можно увеличить с помощью упрощенной конструкции. Кроме того, поскольку изготовление батареи прямоугольной, а не цилиндрической формы позволяет увеличить коэффициент использования полезного объема, а также уменьшить вес и объем аккумуляторной батареи при уменьшении толщины стенки первого и второго крышечного элементов, это действительно существенно для крупногабаритных батарей, используемых на транспортных средствах, или им подобных.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения электродная группа может представлять собой конструкцию, содержащую положительную электродную пластину, которая образует положительный электрод, и отрицательную электродную пластину, которая образует отрицательный электрод, при этом положительные и отрицательные электродные пластины собраны в поочередной последовательности в виде пакета в заранее заданном направлении через разделитель, проложенный между этими положительными и отрицательными электродными пластинами, а также первый и второй крышечный элементы, включающие пару боковых частей, противоположных друг другу в направлении пакетирования электродной группы. Альтернативно, электродная группа в этом случае может представлять собой пакетную конструкцию, в которой положительную электродную пластину, образующую положительный электрод, и отрицательную электродную пластину, образующую отрицательный электрод, собирают в поочередной последовательности в виде пакета так, чтобы они были обращены друг к другу через гофрированный разделитель или разделитель с карманами.
В случае изготовления крупногабаритной аккумуляторной батареи особенно предпочтительно с точки зрения проницаемости и производительности электролита использовать электродную группу, имеющую пакетную конструкцию, а не традиционную электродную группу свернутого типа, однако в случае электродной группы пакетной конструкции эта группа имеет тенденцию к вспучиванию или увеличению объема в направлении пакетирования. Соответственно, когда конструкция первого и второго крышечного элементов, используемых при практическом осуществлении настоящего изобретения, применяется к электродной группе с гофрированной конструкцией, можно устранить разбухание аккумуляторной батареи и сохранить преимущества, обеспечиваемые электродной группой с гофрированной конструкцией.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый крышечный элемент может включать корпусную часть, покрывающую одно из отверстий рамного элемента, и четыре боковые части, образованные изгибанием краевых частей, составляющих одно целое с корпусной частью, для прохождения вдоль соответствующих четырех сторон прямоугольного рамного элемента, и второй крышечный элемент также может включать корпусную часть, покрывающую одно из отверстий рамного элемента, и четыре боковые части, образованные изгибанием краевых частей, составляющих одно целое с корпусной частью, для прохождения вдоль соответствующих четырех сторон прямоугольного рамного элемента. Наличие четырех боковых частей рамного элемента, соответствующих четырем сторонам последнего, эффективно обеспечивает уверенное устранение вспучивания аккумуляторной батареи.
В герметичных прямоугольных батареях описанной выше конструкции рамный элемент может быть выполнен, например, из изоляционного материала, а первый крышечный элемент может служить клеммой со стороны положительного электрода, соединенной с положительным электродом, тогда как второй крышечный элемент может служить клеммой со стороны отрицательного электрода, соединенной с отрицательным электродом. Когда первый и второй крышечный элементы одновременно используются в качестве клемм со стороны положительного и отрицательного электродов соответственно, нет необходимости использовать какой-либо дополнительный клеммный элемент. Кроме того, поскольку формирование пакета аккумуляторных батарей может потребовать последовательного соединения этих батарей, в случае, когда в батарейном модуле используется ряд аккумуляторных батарей прямоугольной формы, конструкцию такого батарейного модуля можно упростить, чтобы облегчить процесс сборки.
При этом в конструкции герметичной прямоугольной батареи в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения первый и второй крышечный элементы могут быть изготовлены из никелированной стали. Нанесение никелевого покрытия на стальной материал позволяет не только уменьшить сопротивление контакта между единичными гальваническими элементами, но и повысить коррозионную стойкость.
В герметичной прямоугольной аккумуляторной батарее в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предпочтительно использовать клемму для контроля напряжения батареи. Когда несколько единичных гальванических элементов объединяются, чтобы обеспечить возможность их использования в качестве батарейного модуля, можно контролировать статус заряда каждого из гальванических элементов и, таким образом, легко осуществить поиск и устранение неисправностей в случае возникновения неисправности в одном или нескольких единичных элементах, а также обнаружение изменений работоспособности этих гальванических элементов.
В настоящем изобретении также предлагается батарейный модуль, который включает блок пакетированных гальванических элементов по существу прямоугольной конфигурации, образованный пакетированием ряда единичных гальванических элементов, каждый из которых выполнен в виде герметичной аккумуляторной батареи прямоугольной формы, описанной выше, при этом единичные элементы собраны в виде пакета в направлении, в котором первый крышечный элемент одного из соседних единичных гальванических элементов и второй крышечный элемент другого из соседних единичных гальванических элементов обращены навстречу друг другу; пару боковых усиливающих элементов, проходящих с противоположных сторон блока пакетированных гальванических элементов в направлении пакетирования; сжимающие элементы пластинчатой формы, прикрепленные соответственно к переднему концу и заднему концу пары боковых усиливающих элементов в направлении пакетирования блока пакетированных гальванических элементов таким образом, чтобы закрыть переднюю и заднюю части блока пакетированных гальванических элементов; и зажимные элементы, поддерживаемые передним и задним сжимающими элементами для скрепления блока пакетированных гальванических элементов с передней и задней стороны соответственно в направлении пакетирования блока пакетированных гальванических элементов.
Благодаря описанной выше конструкции давление блока пакетированных гальванических элементов в направлении пакетирования можно ограничить с помощью бокового усиливающего элемента, расположенного на каждой из боковых сторон блока пакетированных гальванических элементов, например боковой пластины, закрывающей каждую из боковых сторон блока пакетированных гальванических элементов. Иными словами, помимо элемента для защиты каждой из боковых сторон блока пакетированных гальванических элементов, нет необходимости использовать какой-либо зажимной элемент для крепления блока пакетированных гальванических элементов в направлении пакетирования и, таким образом, размер и вес батарейного модуля можно успешно снизить.
Каждый из боковых усиливающих элементов может иметь форму листообразной боковой пластины, закрывающей соответствующую боковую сторону блока пакетированных гальванических элементов, при этом у боковой пластины имеются противоположные краевые части, направленные навстречу в вертикальном направлении, которое перпендикулярно направлению пакетирования, причем краевые части изогнуты в направлении боковой стороны блока пакетированных гальванических элементов. Если боковой усиливающий элемент имеет описанную выше конструкцию, механическую прочность боковой пластины можно увеличить за счет верхней и нижней краевых частей, изогнутых, как описано выше, и, таким образом, не добавляя какой-либо усиливающий элемент, можно не только собрать пакетом ряд батарейных модулей, расположив их друг над другом, например, на транспортном средстве, но и облегчить такую установку. Кроме того, благодаря использованию боковых пластин, можно успешно устранить разбухание блока пакетированных гальванических элементов в соответствующих поперечных направлениях.
Каждый из зажимных элементов, используемых в батарейном модуле настоящего изобретения, может представлять собой винтовой элемент, способный при помощи резьбового соединения крепиться в отверстии под винт, предусмотренном в каждом из сжимающих элементов. В этом случае давление, приложенное к блоку пакетированных гальванических элементов в направлении пакетирования, регулируется в зависимости от степени закручивания винтового элемента. Такая конструкция позволяет упростить сборку батарейного модуля. Кроме того, поскольку после сборки батарейного модуля существует возможность легко и точно выполнить регулировку давления в направлении пакетирования, которое заметно влияет на работоспособность батарейного модуля, посредством затягивания винтовых элементов, обеспечивается прецизионный контроль качества.
Вместе с тем батарейный модуль может также дополнительно включать первый коллекторный элемент, приводимый зажимным элементом в контакт с первым крышечным элементом, который образует оконечную часть блока пакетированных гальванических элементов, и второй коллекторный элемент, приводимый зажимным элементом в контакт со вторым крышечным элементом, который образует противоположную оконечную часть блока пакетированных гальванических элементов. Наличие первого и второго коллекторного элементов в батарейном модуле позволяет одновременно обеспечить механическую защиту блока пакетированных гальванических элементов и снижение внутреннего сопротивления. Конкретно, можно увеличить площадь поверхности контакта между единичными гальваническими элементами и первой и второй пластинами коллектора для уменьшения сопротивления контакта и тем самым значительного уменьшения сопротивления батарейного модуля.
Батарейный модуль может дополнительно включать кожух из изоляционного материала, закрывающий батарейный модуль, включая блок пакетированных гальванических элементов и присоединенные к нему электропроводящие компоненты. Такое решение позволяет обеспечить электрическую защиту модуля с помощью упрощенной конструкции.
Если для батарейного модуля используется кожух, изготовленный из электроизоляционного материала, как описано выше, такой кожух может предпочтительно быть присоединен к модулю с помощью первого элемента для присоединения кожуха, представляющего собой металлический винтовой элемент и проходящего через сжимающий элемент для крепления блока пакетированных гальванических элементов, и второго элемента для присоединения кожуха, представляющего собой винтовой элемент, изготовленный из изоляционного материала, который с помощью резьбового соединения крепится к первому элементу для присоединения кожуха, проходя через кожух. При такой конфигурации использование сжимающих элементов для приложения давления к блоку пакетированных гальванических элементов в направлении пакетирования и к первому элементу для присоединения кожуха позволяет присоединить кожух к модулю и, таким образом, количество дополнительных элементов, необходимых для присоединения кожуха, можно успешно минимизировать при одновременном уменьшении размера и веса батарейного модуля.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения батарейный модуль может дополнительно включать механизм регулирования давления для сброса в атмосферу газа, образовавшегося внутри блока пакетированных гальванических элементов, в случае возрастания внутреннего давления блока пакетированных гальванических элементов до заданного значения. Использование механизма регулирования давления позволяет дополнительно увеличить сопротивление давлению аккумуляторной батареи.
Краткое описание чертежей
В любом случае, настоящее изобретение будет легче понять из следующего описания вариантов его осуществления вместе с сопровождающими графическими материалами. Вместе с тем варианты осуществления и графические материалы даны только в целях иллюстрации и объяснения и не ограничивают каким-либо образом объем настоящего изобретения, который ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. На прилагаемых фигурах одинаковые номера позиций используются для обозначения одинаковых деталей на нескольких видах.
На Фиг.1 показан вид сбоку с частичным местным разрезом батарейного модуля в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.2 показан вид в поперечном разрезе герметичной аккумуляторной батареи прямоугольной формы, используемой для формирования батарейного модуля, представленного на Фиг.1.
На Фиг.3 показан перспективный вид с изображением крышечных элементов и рамного элемента, которые используются в герметичной аккумуляторной батарее прямоугольной формы, представленной на Фиг.2.
На Фиг.4А представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример пакетной конструкции электродной группы, показанной на Фиг.2, в которой используется гофрированный разделитель.
На Фиг.4В представлено схематическое изображение, иллюстрирующее другой пример пакетной конструкции электродной группы, в которой используется разделитель с карманами.
На Фиг.4С представлено схематическое изображение, иллюстрирующее другой пример пакетной конструкции электродной группы, в которой используется сочетание гофрированного разделителя и разделителя с карманами.
На Фиг.5А представлено схематическое изображение батарейного модуля, состоящего из герметичных аккумуляторных батарей прямоугольной формы, каждая из которых снабжена клеммой контроля напряжения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.5В схематически показан вид в разрезе конструкции каждой из клемм контроля напряжения в каждой из герметичных аккумуляторных батарей прямоугольной формы, представленных на Фиг.5А.
На Фиг.6 схематически показан вид в разрезе аккумуляторной батареи прямоугольной формы Фиг.2, иллюстрирующий способ, с помощью которого в герметичной аккумуляторной батарее прямоугольной формы возникает сила.
На Фиг.7 показан перспективный вид внутренней части кожуха, используемого для формирования батарейного модуля, представленного на Фиг.1.
На Фиг.8 показана диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между силой зажима и деформацией, возникающей в боковой пластине модуля, представленного на Фиг.7.
На Фиг.9 показан фрагмент вида в поперечном разрезе вдоль линии IX-IX на Фиг.7.
На Фиг.10А представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример одного из зажимных элементов, используемых для формирования батарейного модуля в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.10В представлено схематическое изображение, иллюстрирующее другой пример зажимного элемента, используемого для формирования батарейного модуля в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.11 показан вид в поперечном разрезе вдоль линии XI-XI на Фиг.9.
На Фиг.12 схематически показан вид сверху иллюстрирующий механизм регулирования давления, применяемый в батарейном модуле в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.13 показан перспективный вид, иллюстрирующий охлаждающую конструкцию батарейного модуля в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже варианты осуществления настоящего изобретения будут более подробно описаны с конкретными ссылками на прилагаемые рисунки, однако эти варианты осуществления не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения.
На Фиг.1 показан вид сбоку с частичным местным разрезом, схематически представляющий конструкцию батарейного модуля В в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Показанный на фигуре батарейный модуль В относится к типу, который монтируется, например, на железнодорожном вагоне и содержит блок пакетированных гальванических элементов 1, состоящий из основных компонентов, включая ряд (например, 30 в показанном примере) единичных гальванических элементов С в виде герметичных аккумуляторных батарей прямоугольной формы, пакетированных в направлении, соответствующем направлению толщины каждого отдельного гальванического элемента С, боковых пластин 3, сжимающих пластин 5 и зажимных болтов 7, используемых для крепления и фиксации блока пакетированных гальванических элементов 1 в направлении, соответствующем направлению Х пакетирования. Эти основные компоненты заключены в кожух 9, изготовленный из электроизоляционного материала. Батарейный модуль В будет подробнее описан ниже.
Далее, на Фиг.2, показан вид в поперечном разрезе одного из единичных гальванических элементов С, представленных и описанных со ссылкой на Фиг.1. Как здесь показано, единичный гальванический элемент С включает электродную группу 15, содержащую разделитель 11, ряд положительных пластинчатых электродов 12, образующих положительный электрод, и ряд отрицательных пластинчатых электродов 13, образующих отрицательный электрод. Единичный гальванический элемент С включает также прямоугольный рамный элемент 17, первый крышечный элемент 19 и второй крышечный элемент 20, которые определяют границы пространства, вмещающего электродную группу 15 и некоторое количество раствора электролита. Конкретнее, рамный элемент 17 и первый и второй крышечные элементы 19 и 21 во взаимодействии друг с другом образуют кожух 22 для гальванического элемента, вмещающий электродную группу 15 и раствор электролита. Следует отметить, что единичный гальванический элемент С в показанном на рисунке варианте осуществления представляет собой многократно перезаряжаемую никель-металлогидридную аккумуляторную батарею, содержащую активный материал главного положительного электрода в виде гидроксида никеля, активный материал главного отрицательного электрода в виде сплава, абсорбирующего водород и электролит в виде водно-щелочного раствора.
Как лучше всего показано на Фиг.3, первый крышечный элемент 19 включает по существу плоскую корпусную часть 19а, закрывающую одно отверстие 17а из противоположных отверстий рамного элемента 17 и имеющую четыре краевых части в виде четырех боковых частей 19b, сформированных как одно целое с соответствующими четырьмя сторонами плоской корпусной части 19а, например, путем изгибания краевых частей так, чтобы они выступали вперед вдоль соответствующих четырех сторон 17b рамного элемента 17 и закрывали часть наружной периферийной поверхности рамного элемента 17. Второй крышечный элемент 21 представляет собой конструкцию, по существу идентичную конструкции первого крышечного элемента 19, имеющую по существу плоскую корпусную часть 21а и боковые части 21b, закрывая другое отверстие 17 из противоположных отверстий рамного элемента 17.
Следует отметить, что хотя в показанном на рисунке варианте осуществления боковые стороны 19b или 21b, используемые соответственно в первом и втором крышечных элементах 19 и 21 и прилегающие друг к другу, не соединены вместе, их можно соединить с помощью сварки или подобного процесса. Кроме того, каждую из боковых частей 19b или 21b вместо изгибания можно образовать путем приваривания соответствующих фланцев, отдельных от корпусной части 19а или 21а, к четырем боковым сторонам корпусной части 19а или 21а.
Как показано на Фиг.2, электродная группа 15, упомянутая выше, представляет собой пакетную конструкцию, в которой положительные пластинчатые электроды 12 и отрицательные пластинчатые электроды 13 собраны в пакет в поочередной последовательности в заранее заданном направлении через разделитель 11. Конкретно, в электродной группе 15 может использоваться гофрированная конструкция, в которой положительные пластинчатые электроды 12 и отрицательные пластинчатые электроды 13 собраны в пакет в поочередной последовательности, расположены напротив друг друга и изолированы гофрированным или гребенчатым разделителем 11А, имеющим ряд гофров, как показано на Фиг.4А. Следует отметить, что в показанном на рисунке варианте осуществления электродная группа 15 имеет пакетную конструкцию, наращиваемую в направлении Y и находящуюся между боковыми частями 17b и 17b прямоугольного рамного элемента 17, которые расположены слева и справа напротив друг друга, как показано на Фиг.3, и соединяются с другими боковыми частями 17b и 17b прямоугольного рамного элемента 17.
В электродной группе 15 может применяться другой тип пакетной конструкции, отличный от гофрированной. Например, как показано на Фиг.4В, разделитель 11 может включать ряд отдельных разделителей 11 В, каждый из которых имеет карман, через которые положительные и отрицательные пластинчатые электроды 12 и 13 собраны в пакет в поочередной последовательности и расположены напротив друг друга. Альтернативно, как показано на Фиг.4С, положительные пластинчатые электроды 12 и отрицательные пластинчатые электроды 13, помещаемые в соответствующие отдельные разделители 11В, могут быть собраны в пакет в поочередной последовательности, чтобы располагаться напротив друг друга через гофрированный разделитель 11А.
Следует отметить, что хотя в изложении варианта осуществления, приведенном выше, было показано и описано, что каждый из двух крышечных элементов 19 и 21 имеет четыре боковые стороны 19b или 21b, по одной на каждую из четырех боковых сторон 17b рамного элемента 17, его можно сконструировать и выполнить таким образом, чтобы у него была только одна пара боковых частей 19b или 21b, расположенных напротив друг друга, в сочетании только с одной парой боковых частей 17b, 17b рамного элемента 17, которые находятся напротив друг друга. В этом случае предпочтительно, чтобы пара боковых частей 19b или 21b была расположена напротив друг друга в направлении Y пакетирования электродной группы 15. Альтернативно, один из крышечных элементов 19 и 21, например первый крышечный элемент 19, может иметь боковые части 19b, расположенные напротив друг друга в направлении Y пакетирования электродной группы 15, тогда как другой из крышечных элементов, то есть второй крышечный элемент 21, может иметь боковые части 21b, расположенные напротив друг друга в направлении, перпендикулярном направлению Y пакетирования электродной группы 15.
В варианте осуществления, описанном выше, первый и второй крышечные элементы 19 и 21 выполнены из никелированной листовой стали и электрически связаны с положительным и отрицательным электродом соответственно. Иными словами, первый и второй крышечные элементы 19 и 21 одновременно служат в качестве клеммы со стороны положительного электрода и клеммы со стороны отрицательного электрода каждого из единичных гальванических элементов соответственно. Однако следует отметить, что материал для первого и второго крышечного элементов 19 и 21 не всегда ограничивается упомянутой выше никелированной листовой сталью, и может представлять собой любой подходящий материал, выбранный с учетом его электрохимических свойств, механической прочности и коррозионной стойкости, которые требуются для единичного гальванического элемента в батарейном модуле. Кроме того, первый и второй крышечный элементы 19 и 21 могут быть выполнены из соответствующих материалов, разнородных или отличных друг от друга. Что касается рамного элемента 17, он изготовлен из электроизоляционного материала, поскольку первый и второй крышечный элементы 19 и 21 должны быть электрически изолированы друг от друга. В качестве электроизоляционного материала для рамного элемента 17 при практической реализации обсуждаемого варианта применяется модифицированный полифенилоксид (ПФО), однако для рамного элемента 17 можно выбрать любой подходящий материал с учетом его механической прочности, теплового сопротивления и сопротивления используемому раствору электролита.
Единичный гальванический элемент С в соответствии с обсуждаемым вариантом осуществления, как лучше всего показано на Фиг.3, снабжен газоотводным отверстием 23, предусмотренным в одной из четырех боковых частей 17b рамного элемента 17, которое ориентировано вверх, то есть в верхней боковой части 17b, для сброса в атмосферу внутренних газов, образовавшихся внутри единичного гальванического элемента С. Газоотводное отверстие 23 представляет собой конструкцию с разветвленными на два направления каналами для сброса газа 23а, предусмотренную таким образом, чтобы она располагалась по существу параллельно верхней боковой части 17b, где предусмотрено газоотводное отверстие 23, и была направлена к промежуточной части рамного элемента 17, формируя тем самым механизм регулирования давления 70 батарейного модуля В, как будет подробно описано ниже.
Кроме того, каждый единичный гальванический элемент С предпочтительно снабжен клеммой контроля напряжения, обеспечивающей возможность контроля напряжения каждого из единичных гальванических элементов С. Хотя клемма контроля напряжения может применяться в составе пары, по одной с каждой из сторон положительного и отрицательного электрода, единая клемма контроля напряжения предпочтительно совместно используется для соответствующих сторон положительного и отрицательного электрода соседних единичных гальванических элементов С батарейного модуля В, как показано на Фиг.5А. В качестве клеммы контроля напряжения может использоваться клемма-проушина 25, соединенная с одним из концов вывода линии 24, как показано, например, на Фиг.5В. (Следует отметить, что в качестве примера на Фиг.5В показана только клемма контроля напряжения со стороны первого крышечного элемента 19). Клемма-проушина 25 крепится к единичному гальваническому элементу С с помощью соединительного болта клеммы 27, который плотно завинчивается в отверстие под соединительный болт клеммы 29, предусмотренное в верхней боковой стороне 17b рамного элемента 17, пройдя сначала через проушину 25, а затем через овальное в общем случае отверстие под заданную посадку 28, предусмотренное в верхней боковой стороне 19b первого крышечного элемента 19. При этом клемма-проушина 25 присоединяется к единичному гальваническому элементу С в состоянии, обеспечивающем электрическое соединение с первым крышечным элементом 19, который служит в качестве клеммы со стороны положительного электрода.
Единичный гальванический элемент С, образующий герметичную аккумуляторную батарею прямоугольной формы в соответствии с данным вариантом осуществления, обладает следующими полезными эффектами и преимуществами. Конкретно, как схематически показано на разрезе на Фиг.6, когда давление внутреннего газа, образовавшегося в единичном гальваническом элементе С, возрастает, возросшее давление Pi прикладывается не только к соответствующим плоским корпусным частям 19а и 21а первого и второго крышечных элементов 19 и 21, воздействуя на них в направлении, перпендикулярном любой из плоских корпусных частей 19а и 21а, но также и к соответствующим боковым частям 19b и 21b первого и второго крышечных элементов 19 и 21, воздействуя на них во внешнем направлении по отношению к рамному элементу 17 за счет эффекта прогиба рамного элемента 17, то есть в направлении, параллельном любой из плоских корпусных частей 19а и 21а. Хотя в отсутствие боковых частей 19b и 21b в соответствующих плоских корпусных частях 19а и 21а первого и второго крышечного элементов 19 и 21 плоские корпусные части 19а и 21а будут в значительной степени вспучиваться во внешнем направлении, приводя к разбуханию единичного гальванического элемента С, в описанном выше варианте осуществления силы, приложенные к боковым частям 19b и 21b, выступают в качестве сил растяжения F, воздействующих на плоские корпусные части 19а и 21а соответственно. Следовательно, разбухание или вспучивание единичного гальванического элемента С в поперечном направлении, то есть в направлении Х пакетирования единичных гальванических элементов С, вызванное прогибом плоских корпусных частей 19а и 21а, может быть в существенной степени устранено.
Кроме того, когда электродная группа 15 пакетной конструкции используется так, как в варианте осуществления, описанном выше, электродная группа 15 имеет тенденцию к разбуханию в направлении Y пакетирования вследствие повторяющихся циклов зарядки и разрядки. Поэтому рамный элемент 17 подвергается не только воздействию давления газа Pi, но также и силы Fe со стороны электродной группы 15, действующей в направлении Y пакетирования. Однако поскольку боковые части 19b и 21b применяются в соответствующих позициях, противостоящих направлению Y пакетирования, разбухание единичного гальванического элемента С в направлении пакетирования можно устранить, при этом любая сила, вызванная разбуханием электродной группы, выступает, в конечном счете, в качестве растягивающей силы F, воздействующей на каждую из плоских корпусных частей 19а и 21а. Соответственно разбухание единичного гальванического элемента С можно фактически устранить, сохранив при этом преимущества электродной группы 15 пакетной конструкции в отношении производительности и проницаемости электролита, которыми обладает крупногабаритная батарея прямоугольной формы.
Иными словами, тогда как до сих пор крышечные элементы были необходимы для увеличения толщины стенок с целью устранения разбухания, вызванного внутренним давлением аккумуляторной батареи, наличие боковых частей 19b и 21b в соответствующих первом и втором крышечных элементах 19 и 21, образованных изгибанием, позволило значительно уменьшить толщину стенок каждого из этих крышечных элементов и, таким образом, объем и вес единичного гальванического элемента С могут быть снижены при одновременном увеличении сопротивления давлению.
Кроме того, как описано выше, рамный элемент 17 изготовлен из модифицированного ПФО, обладающего электроизоляционными свойствами, первый и второй крышечные элементы 19 и 21 выполнены из никелированной листовой стали, обладающей свойством электропроводности, а первый и второй крышечные элементы 19 и 21 электрически связаны с положительным и отрицательным электродом соответственно. Таким образом, первый крышечный элемент 19 и второй крышечный элемент 21 функционируют в качестве клеммы со стороны положительного электрода единичного гальванического элемента С и клеммы со стороны отрицательного электрода единичного гальванического элемента соответственно. В том случае, когда ряд единичных гальванических элементов С используется в качестве батарейного модуля В, содержащего эти единичные гальванические элементы С собранными в пакет, как показано на Фиг.1, эти единичные гальванические элементы С легко соединить друг с другом последовательно, когда первый крышечный элемент 19 одного из соседних единичных гальванических элементов С удерживается в контакте со вторым крышечным элементом 21 другого из соседних единичных гальванических элементов С. Таким образом, дополнительный соединительный элемент не требуется и, следовательно, батарейный модуль В может иметь сниженный размер и вес, при этом также упрощается его сборка. В дополнение к этому, поскольку первый и второй крышечные элементы 19 и 21 выполнены из листовой стали с никелевым покрытием, как описано выше, сопротивление контакта между двумя или несколькими единичными гальваническими элементами С может быть успешно снижено. С учетом вышеизложенного, выделение тепла в каждом из единичных гальванических элементов или в батарейном модуле под действием джоулевой теплоты, образовавшейся во время зарядки и разрядки, можно устранить, обеспечивая тем самым повышение работоспособности аккумуляторной батареи. В качестве примера, когда каждый из единичных гальванических элементов С используется в виде никель-металлогидридной аккумуляторной батареи, как в описанном выше варианте осуществления, такие характеристики, как количество циклов зарядки и разрядки, а также эффективность зарядки могут быть улучшены.
Помимо этого каждый из единичных гальванических элементов С, упомянутых в описанном выше варианте осуществления, снабжен клеммой контроля напряжения для использования в целях контроля напряжения аккумуляторной батареи. Соответственно в случае использования батарейного модуля В, содержащего несколько единичных гальванических элементов С, собранных в пакет, как показано на Фиг.5А, для каждого из единичных гальванических элементов С можно контролировать состояние заряда и благодаря этому легко отследить любую неисправность, возникшую в одном или нескольких единичных гальванических элементов С. Кроме того, поскольку клемма контроля напряжения может также использоваться в качестве клеммы для контроля состояния зарядки и (или) разрядки или для управления процессом зарядки и (или) разрядки, легко скомпоновать систему, необходимую для минимизации любых отклонений характеристик единичных гальванических элементов С, которые часто возникают при повторяющихся циклах зарядки и разрядки, тем самым способствуя повышению работоспособности батарейного модуля В.
Ниже приведены подробные сведения о батарейном модуле В, образованном с использованием ряда единичных гальванических элементов С. Блок пакетированных гальванических элементов 1, образующий батарейный модуль В в соответствии с настоящим вариантом осуществления, имеет тип, показанный на Фиг.1, при этом множество единичных гальванических элементов и радиаторных пластин 31, имеющих описанную ниже конструкцию, собраны в пакет. Единичные гальванические элементы С собраны в пакет, в котором торец первого крышечного элемента 19 одного из соседних гальванических элементов С поджат к торцу второго крышечного элемента 21 другого соседнего гальванического элемента С, при этом на каждые два единичных гальванических элемента С приходится одна радиаторная пластина 31, расположенная между ними.
На Фиг.7 схематически показан перспективный вид с частичным местным разрезом, иллюстрирующий модульный блок 47, который представляет собой основной компонент батарейного модуля В и помещается в кожухе 9, показанном на Фиг.1. Следует отметить, что в приведенном ниже описании сторона положительного электрода блока пакетированных гальванических элементов 1 (область в передней части Фиг.7) именуется «передней стороной», тогда как сторона отрицательного электрода (зона, расположенная напротив передней области на Фиг.7) именуется «задней стороной». На боковых сторонах блока пакетированных гальванических элементов 1, противоположных относительно направления Х пакетирования, имеются соответствующие боковые наружные пластины 3, расположенные в виде набора наружных пластинчатых элементов, каждый из которых вытянут в направлении Х пакетирования, чтобы закрыть соответствующие боковые стороны блока пакетированных гальванических элементов 1. Каждая из боковых наружных пластин 3 и 3 имеет верхнюю и нижнюю краевые части 3а и 3b, расположенные напротив друг друга перпендикулярно направлению Х пакетирования, изогнутые во внутреннем направлении относительно блока пакетированных гальванических элементов 1 под прямыми углами по отношению к оставшейся части соответствующих боковых наружных пластин 3 и, таким образом, каждая боковая наружная пластина 3 обычно имеет поперечное сечение U-образной формы с небольшим углублением. Вблизи от передней и задней оконечной частей 3с и 3d боковых наружных пластин по отношению к направлению Х пакетирования расположены пластинчатые сжимающие элементы в форме сжимающих пластин 5, закрепленные с помощью переднего и заднего наборов боковых болтов 32 таким образом, что передняя и задняя стороны блока пакетированных гальванических элементов 1 по отношению к направлению Х пакетирования закрыты передней и задней сжимающими пластинами 5 и 5. Кроме того, верхняя и нижняя наружные пластины 33 и 34, каждая из которых имеет форму листообразного элемента, вытянутого в направлении Х пакетирования, расположены соответственно в верхней и нижней областях блока пакетированных гальванических элементов по отношению к направлению Х пакетирования. Верхняя и нижняя наружные пластины 33 и 34 имеют левую и правую краевые части, изогнутые под прямыми углами относительно оставшейся части соответствующей наружной пластины 33 или 34 для придания каждой наружной пластине 33 или 34 U-образной формы поперечного сечения с небольшим углублением. Верхняя и нижняя наружные пластины 33 и 34, имеющие соответствующие боковые краевые части, изогнутые под прямыми углами, как описано выше, надеваются на блок пакетированных гальванических элементов 1 этими изогнутыми боковыми краевыми частями, перекрывая верхнюю и нижнюю краевые части 3а и 3b боковых наружных пластин 3 и 3. Верхняя и нижняя наружные пластины 33 и 34 прочно прикреплены к боковым наружным пластинам 3 и 3, при этом изогнутые боковые краевые части соединяются с верхней и нижней краевыми частями 3a и 3b боковых наружных пластин 3 и 3 с помощью набора винтов.
По существу центральная область на поверхности боковой наружной пластины 3, обращенная наружу, предпочтительно снабжена тензометрическим датчиком G, функционирующим в качестве элемента для обнаружения деформации е, действующей преимущественно на боковую наружную пластину 3 в направлении Х пакетирования, представляющем собой переднее и заднее направление. Когда тензометрический датчик G (хотя при желании можно обойтись без него) смонтирован на боковой наружной пластине 3 описанным выше способом, становится возможным с уверенностью и обеспечением герметичности удерживать батарейный модуль В благодаря надлежащему регулированию силы зажима, с которой блок пакетированных гальванических элементов 1 зажат в направлении Х пакетирования с помощью зажимных болтов 7.
Было установлено, что между силой зажима F, с которой блок пакетированных гальванических элементов зажат в направлении Х пакетирования, и деформацией е в боковой наружной пластине 3 в направлении Х пакетирования, вызванной зажатием, возникает зависимость, показанная на диаграмме корреляции Фиг.8. Конкретно, при возрастании силы зажима F деформация е также возрастает. Как видно из диаграммы корреляции на Фиг.8, деформация е в области R1, где сила зажима боковой наружной пластины F относительно невелика, вызвана главным образом сжатием электродной группы 15 (Фиг.2), причем состояние сжатия в существенной степени поддерживается. Однако деформация в области R2, где сила зажима F превышает заданное значение F1, объясняется не только сжатием электродной группы 15, но и деформацией рамного элемента 17. Поэтому может случиться, что, когда рамный элемент 17 (Фиг.2), изготовленный из электроизоляционного материала, подвергается пластической деформации, сила зажима F ослабевает после того, как достигнет величины F2, которая является заданным значением.
Обнаружение с помощью тензометрического датчика G ослабления силы зажима F в виде уменьшения деформации е позволяет обеспечить герметичность батарейного модуля В путем затягивания зажимных болтов 7 по мере необходимости. Этот тензометрический датчик G электрически связан со схемой обнаружения деформации D, срабатывающей в ответ на сигнал обнаружения, подаваемый тензометрическим датчиком G, для обнаружения деформации е. Схема обнаружения деформации D, в свою очередь, соединена с блоком тревожной сигнализации W, способным выдавать тревожный сигнал в виде звукового или светового сигнала, когда деформация е достигает заданного значения, причем этот блок тревожной сигнализации W присоединяется, например, к внешней поверхности кожуха 9.
Следует отметить, что количество применяемых тензометрических датчиков G и позиция тензометрического датчика, присоединяемого к модулю 47, не всегда ограничивается теми, которые показаны в связи с вариантом осуществления на Фиг.7, но могут быть увеличены и выбраны соответствующим образом в зависимости от желаемой или необходимой точности, с которой нужно обнаруживать деформацию.
На Фиг.9 представлен вид в поперечном разрезе вдоль линии IX-IX на Фиг.7. Как здесь показано, первая пластина коллектора 35, которая служит в качестве коллекторного элемента со стороны положительного электрода, размещается перед первым крышечным элементом 19 одного из единичных гальванических элементов С, который расположен у переднего конца блока пакетированных гальванических элементов 1, перекрывая такой передний единичный гальванический элемент С. Изоляционная пластина 37 и защитная панель изоляционной пластины 39 расположены перед первой пластиной коллектора 35 в указанном порядке.
Сжимающая пластина 5 крепится к передней части каждой из боковых наружных пластин 3 с помощью набора боковых наружных болтов 32, проходящих через соответствующую боковую наружную пластину 3 и боковую наружную изоляционную пластину 41, помещенную между соответствующей боковой наружной пластиной 3 и блоком пакетированных гальванических элементов 1. В сжимающей пластине 5 имеется ряд отверстий под болт 60, по одному на каждый из зажимных болтов 7, представляющих собой зажимные элементы, при этом каждый из зажимных болтов 7 крепится при помощи резьбового соединения в соответствующем отверстии под винт 60 с передней стороны блока пакетированных гальванических элементов 1 в направлении Х пакетирования, полностью проходя через сжимающую пластину 5. Свободный конец каждого зажимного винта упирается в защитную панель изоляционной пластины 39, тем самым подталкивая блок пакетированных гальванических элементов 1 через защитную панель изоляционной пластины 39, изоляционную пластину 37 и первую пластину коллектора 35 в обратном направлении, параллельном направлению Х пакетирования. Конструкция, аналогичная показанной на Фиг.9, и описанная в качестве используемой у переднего конца блока пакетированных гальванических элементов 1, применяется также у заднего конца блока пакетированных гальванических элементов 1. Таким образом, блок пакетированных гальванических элементов 1 прижимается в переднем направлении, параллельном направлению Х пакетирования, с помощью зажимных болтов 7, поддавливая при этом защитную панель изоляционной пластины 39, изоляционную пластину 37 и вторую пластину коллектора (не показана). Таким способом блок пакетированных гальванических элементов 1 прижимают спереди и сзади в направлении Х пакетирования с помощью болтов 7, поддерживаемых передней и задней сжимающими пластинами 5.
Следует отметить, что вместо каждого из зажимных болтов 7, имеющих головку, как показано на Фиг.9, можно использовать потайной винтовой элемент, имеющий только стержень, например такой, как установочный винт со шлицем 7А, показанный на Фиг.10А, или установочный винт с шестигранным углублением под ключ 7В, показанный на Фиг.10В. При использовании в качестве каждого из зажимных элементов потайного винтового элемента верхняя сторона 7Аа или 7Ва обсуждавшегося выше установочного винта не будет выступать наружу над поверхностью сжимающих пластин 5 и, таким образом, размеры батарейного модуля в направлении Х пакетирования могут быть уменьшены.
Кроме того, элементы, поддерживаемые передней и задней сжимающими пластинами 5, которые используются для зажима блока пакетированных гальванических элементов 1 в переднем и заднем направлениях, параллельных направлению Х пакетирования, не всегда могут ограничиваться винтовыми элементами, такими как зажимные болты 7. В качестве примера, могут использоваться упругие элементы, такие как пружины, при этом они могут помещаться между передней и задней сжимающими пластинами 5 и связанной с каждой из них передней и задней защитной панелью изоляционной пластины 39.
Изоляционная пластина 37 имеет круглое отверстие 37а, предусмотренное в ее центральной части, и, аналогичным образом, защитная панель изоляционной пластины 39 имеет круглое отверстие 39а, предусмотренное в ее центральной части. В пределах этих выровненных круглых отверстий 37а и 39а, клеммный болт со стороны положительного электрода 45, который функционирует в качестве клеммы батарейного модуля В, завинчивается в отверстие под болт 44, предусмотренное по существу в центральной части первой пластины коллектора 35. Кроме того, в центральной части сжимающей пластины 5 имеется отверстие 5а, предусмотренное в ней для введения внешнего элемента, соединяемого с положительным клеммным болтом 45.
При практическом применении описанного выше варианта осуществления защитная панель изоляционной пластины 39 и изоляционная пластина 37 имеют по существу одинаковую толщину, а первая пластина коллектора 35 имеет толщину, которая в четыре раза больше толщины защитной панели изоляционной пластины 39 и изоляционной пластины 37. Соответственно первая пластина коллектора 35 воспринимает давление, действующее в направлении Х пакетирования блока пакетированных гальванических элементов 1. С другой стороны, защитная панель изоляционной пластины 39 защищает изоляционную пластину 37 от давления на свободном конце зажимного болта 7 и для этой цели защитную панель изоляционной пластины 39 предпочтительно изготавливать из материала, обладающего наивысшей прочностью.
В следующем ниже тексте будет подробно описана конструкция для подсоединения кожуха 9 и блока пакетированных гальванических элементов 1. Кожух 9 представляет собой элемент, применяемый для механической, тепловой и электрической защиты модуля 47, включая блок пакетированных гальванических элементов 1 и электропроводящие элементы, прикрепленные к блоку пакетированных гальванических элементов 1, такие как боковые наружные пластины 3 и сжимающие пластины 5. В соответствии с этим материал, используемый для создания кожуха 9, предпочтительно является изоляционным материалом, обладающим очень высокой механической прочностью, тепловым сопротивлением и сопротивлением используемому раствору электролита, поэтому в изображенном варианте осуществления применяется модифицированный полифенилоксид (ПФО).
На Фиг.11 представлен вид в поперечном разрезе вдоль линии XI-XI на Фиг.9, иллюстрирующий конструкцию, необходимую для монтажа кожуха 9 на модуле 47. Сжимающая пластина 5 предусмотрена не только с зажимным болтом 7, имеющим головку, как объяснялось со ссылкой на Фиг.7, но и первым крепежным болтом кожуха 51, представляющим собой элемент, необходимый для монтажа кожуха 9, который при помощи резьбового соединения завинчивается в отверстии под болт 62. Этот первый крепежный болт кожуха 51 является металлическим элементом, имеющим только стержень с резьбой, один конец которого упирается в защитную панель изоляционной пластины 39, а на другом конце имеется металлическая гайка 53 и втулка с внутренней резьбой 55 из электроизоляционного материала. После введения второго крепежного болта кожуха 59, изготовленного из электроизоляционного материала, в отверстие для ввода болта 57, предусмотренного на лицевой поверхности кожуха 9, и последующего завинчивания второго крепежного болта кожуха 59 при помощи резьбового соединения во втулку с внутренней резьбой 55 кожух 9 оказывается смонтированным на модуле 47.
Батарейный модуль В в соответствии с данным вариантом осуществления предусматривается с механизмом регулирования давления 70, работа которого позволяет выпускать наружу внутренние газы из аккумуляторных батарей, когда внутреннее давление в блоке пакетированных гальванических элементов 1, то есть сумма соответствующих внутренних давлений единичных гальванических элементов С, образующих блок пакетированных гальванических элементов 1, достигает заданного значения, например 1 МПа. Конкретнее, как показано на Фиг.12, разветвленные на два направления каналы сброса газа 23а газоотводного отверстия 23, предусмотренные в каждом из рамных элементов 17 соответствующих единичных гальванических элементов С, гидравлически соединены с одним из разветвленных на два направления каналов сброса газа 23а газоотводного отверстия 23 в соседнем единичном гальваническом элементе С через соответствующие гибкие трубы 71, которые образуют канал связи. Один из разветвленных на два направления каналов сброса газа 23а газоотводного отверстия 23 в самом заднем единичном гальваническом элементе С гальванически связан с последовательным контуром, включая манометр Р для контроля давления и клапан регулирования давления 73, тогда как другой канал сброса газа 23а газоотводного отверстия 23 в переднем единичном гальваническом элементе С герметически закрыт с помощью заглушки. Газоотводные отверстия 23, гибкие соединительные трубки 71, манометр Р и клапан регулирования давления 73, перечисленные выше, вместе образуют механизм регулирования давления 70 батарейного модуля В. Однако следует отметить, что вместо клапана регулирования давления 73 можно использовать дисковый клапан в сочетании с пружинным элементом, или любой другой известный клапан. Естественно, что этот клапан регулирования давления функционирует в качестве предохранительного клапана или клапана сброса давления. Следует также отметить, что, если желательно, можно обойтись без использования манометра Р, а когда вероятность достижения внутренним давлением блока пакетированных гальванических элементов 1 заданного значения невысока, можно обойтись без использования механизма регулирования давления 70.
Снова обращаясь к Фиг.9, отметим, что на каждой из радиаторных пластин 31 имеется ряд вентиляционных отверстий 31а, предусмотренных в ней в направлении, перпендикулярном направлению Х пакетирования, чтобы обеспечить прохождение через них воздуха для охлаждения. С другой стороны, как лучше всего показано на Фиг.13, верхняя и нижняя части 83а и 83b кожуха 9 для батарейного модуля В выполнены с приточным каналом 91 и выпускным каналом 93 соответственно для потока охлаждающего воздуха А, служащего в качестве хладагента, при этом вытяжной вентилятор 95 для целей принудительного охлаждения расположен и в передней, и в задней стенках верхней части 83а кожуха 9. Таким образом, легко видеть, что охлаждающий воздух А, поступающий в приточный канал 91 из переднего и заднего отверстий нижней части 83b под действием давления нагнетания, создаваемого вытяжным вентилятором 95, протекает в вентиляционные отверстия 31а в радиаторных пластинах 31, лучше всего показанных на Фиг.9, для охлаждения единичных гальванических элементов С через связанные с ними радиаторные пластины 31, прежде чем он будет окончательно выпущен в атмосферу под действием вытяжных вентиляторов 95 через выпускной канал 93 в верхней части 83а. Следует отметить, что вместо вытяжных вентиляторов 95, показанных на Фиг.13, можно использовать втяжной вентилятор (не показан), который в этом случае может помещаться в передней и задней стенках нижней части 83b, чтобы охлаждающий воздух мог втягиваться снаружи внутрь кожуха 9.
Следует также отметить, что хотя в приведенном выше варианте осуществления радиаторная пластина 31 показана и описана в качестве используемой двумя единичными гальваническими элементами С, количество используемых радиаторных пластин 31 и положение этих радиаторных пластин 31 может быть надлежащим образом изменено по желанию. Кроме того, в качестве хладагента, отличного от воздуха А, может использоваться какой-либо широко применяемый хладагент, такой как масло.
Применение в батарейном модуле В системы охлаждения, имеющей описанную выше конструкцию, обеспечивает эффективное охлаждение единичных гальванических элементов С с упрощенной конструкцией и тем самым позволяет повысить работоспособность аккумуляторной батареи, в частности увеличить продолжительность циклов зарядки и разрядки.
Батарейный модуль В, сконструированный и выполненный, как описано выше в соответствии с данным вариантом осуществления, обеспечивает следующие преимущества. В этом батарейном модуле В к блоку пакетированных гальванических элементов 1 прикладывается давление, действующее в направлении Х пакетирования при помощи зажимных болтов 7, которые поддерживаются сжимающими пластинами 5, прикрепленными к боковым наружным пластинам 3. Иными словами, давление, действующее в направлении Х пакетирования блока пакетированных гальванических элементов 1, обеспечивается боковыми наружными пластинами 3, которые механически защищают блок пакетированных гальванических элементов 1, закрывая соответствующие боковые поверхности блока пакетированных гальванических элементов 1. Следовательно, ввиду отсутствия необходимости в дополнительных элементах, таких, например, как болты, чтобы выдерживать давление, действующее в направлении Х пакетирования блока пакетированных гальванических элементов 1, помимо элементов, используемых для защиты боковых поверхностей блока пакетированных гальванических элементов 1, размеры и вес батарейного модуля В можно успешно уменьшить. Следует отметить, что верхняя и нижняя наружные пластины 33 и 34, закрывающие соответственно верхние и нижние края боковых наружных пластин 3, связаны только с боковыми наружными пластинами 3, тем самым препятствуя любому возможному расширению боковых наружных пластин 3 во внешнем направлении.
Кроме того, поскольку в описанном выше варианте осуществления боковые наружные пластины 3 имеют соответствующие верхние и нижние краевые части 3а и 3b, перпендикулярные направлению Х пакетирования, которые изогнуты под прямыми углами относительно оставшихся частей этих боковых наружных пластин, выступая в направлении блока пакетированных гальванических элементов 1, нежелательное разбухание любого из единичных гальванических элементов С в поперечном направлении, когда гальванические элементы С собраны в блок пакетированных гальванических элементов 1, может быть успешно устранено. Блок пакетированных гальванических элементов 1 имеет тенденцию к разбуханию в направлении, поперечном к направлению блока пакетированных гальванических элементов 1, а также в верхнем и нижнем направлениях при увеличении внутреннего давления одного или нескольких гальванических элементов С, когда блок пакетированных гальванических элементов 1 зажимают при сборке с помощью зажимных болтов 7 в направлении Х пакетирования. Однако в описанном выше варианте осуществления разбухание блока пакетированных гальванических элементов 1 в верхнем и нижнем направлениях действует в качестве растягивающей силы, приложенной к боковым наружным пластинам 3 через верхнюю и нижнюю краевые части 3а и 3b, изогнутые относительно соответствующих боковых наружных пластин 3 и, таким образом, нежелательное разбухание блока пакетированных гальванических элементов 1 в поперечном к нему направлении может быть фактически устранено. Нежелательное разбухание блока пакетированных гальванических элементов 1 в верхнем и нижнем направлениях также может быть фактически устранено за счет верхней наружной пластины 33 и нижней наружной пластины 34, каждая из которых имеет левую и правую краевые части, изогнутые под прямыми углами относительно оставшейся части соответствующей наружной пластины 33 или 34.
Помимо этого изгибание верхней и нижней краевых частей 3а и 3b каждой из боковых наружных пластин 3 успешно приводит к увеличению механической прочности соответствующей боковой наружной пластины 3 и, таким образом, несколько батарейных модулей В можно установить один на другой без необходимости использования дополнительного усиливающего элемента. Соответственно упрощается установка батарейного модуля В в транспортное или подобное ему средство. Эффект, подобный описанному выше, можно также получить, даже если используется любая из двух наружных пластин 33 и 34, верхняя или нижняя, с правой и левой краевыми частями, изогнутыми под прямыми углами относительно оставшейся части наружной пластины 33 или 34.
Кроме того, поскольку зажимные элементы, поддерживаемые сжимающими элементами для зажимания блока пакетированных гальванических элементов 1 в направлении Х пакетирования, выполнены в виде зажимных болтов 7, каждый из которых при помощи резьбового соединения закреплен в соответствующем отверстии под болт, предусмотренном в соответствующей сжимающей пластине 5, полностью проходя через нее, можно упростить сборку батарейного модуля В и, кроме того, после сборки батарейного модуля В, давление, действующее в направлении Х пакетирования блока пакетированных гальванических элементов 1, может быть отрегулировано с высокой точностью при помощи упрощенной операции регулирования степени завинчивания каждого из зажимных болтов 7. Величина давления, действующего в направлении Х пакетирования блока пакетированных гальванических элементов 1, является существенным компонентом, который воздействует на работоспособность каждого из единичных гальванических элементов и батарейного модуля В и, таким образом, возможность легко и точно выполнить регулировку обеспечивает прецизионный контроль качества батарейного модуля В.
Вместе с тем в батарейном модуле В в соответствии с описанным выше вариантом осуществления, первый крышечный элемент 19 одного из единичных гальванических элементов С, расположенный первым в блоке пакетированных гальванических элементов 1 по отношению к направлению Х пакетирования, и второй крышечный элемент 21 другого единичного гальванического элемента С, расположенный последним в блоке пакетированных гальванических элементов 1 по отношению к направлению Х пакетирования, снабжены соответствующими наборами, состоящими из первой пластины коллектора 35 и второй пластины коллектора 35, которые расположены, перекрывая друг друга, при этом первая и вторая пластины коллектора 35 и 35 приведены в контакт с блоком пакетированных гальванических элементов 1 с помощью зажимных болтов 7. Следовательно, площадь поверхности контакта между единичными гальваническими элементами С и каждой из пластин коллектора 35 можно успешно увеличить и тем самым снизить сопротивление контакта. Таким образом, можно предположить, что внутреннее сопротивление батарейного модуля В уменьшится и будет достигнуто повышение КПД аккумуляторной батареи. Кроме того, благодаря поверхностному давлению в каждом из единичных гальванических элементов С можно рассчитывать на эффект предотвращения нежелательной утечки электролита.
Помимо этого, поскольку в батарейном модуле В модуль 47, состоящий, например, из блока пакетированных гальванических элементов 1, боковых наружных пластин 3, сжимающих пластин 5 и зажимных болтов 7, все из которых выполнены из электропроводящего материала, заключен в кожух 9 коробчатой конфигурации, изготовленный из электроизоляционного материала, модуль 47 можно обеспечить электрической защитой от внешних воздействий с помощью упрощенной конструкции. Кожух 9 можно присоединить к модулю, используя первые крепежные болты кожуха и сжимающие пластины 5 для увеличения давления, прикладываемого к блоку пакетированных гальванических элементов 1 в направлении Х пакетирования и через вторые крепежные болты кожуха, каждый из которых выполнен из электроизоляционного материала, и, таким образом, можно минимизировать количество компонентов, необходимых для крепления кожуха 9, что позволяет уменьшить размер и вес батарейного модуля В.
В случае использования механизма регулирования давления 70, применяемого при практической реализации данного варианта осуществления настоящего изобретения, внутреннее давление блока пакетированных гальванических элементов 1 можно поддерживать на более низком уровне, чем заданное значение, и таким образом, с уверенностью устранить разбухание каждого из единичных гальванических элементов. Кроме того, поскольку в описанном выше варианте осуществления в каждом из единичных гальванических элементов С предусмотрено газоотводное отверстие 23 с разветвленными на два направления каналами сброса газа 23а и 23а, и поскольку каналы сброса газа 23а и 23а в одном из единичных гальванических элементов С гидравлически соединены с одним из каналов сброса газа 23а и 23а соседнего единичного гальванического элемента С, достаточно использовать только один манометр Р и только один клапан регулирования давления 73.
Хотя при изложении приведенного выше варианта осуществления было показано и описано, что в качестве каждого единичного гальванического элемента С применяется никель-металлогидридная батарея вторичных элементов, настоящее изобретение необязательно ограничивается им, поэтому можно использовать любой тип батареи первичных или вторичных элементов, такой как никель-кадмиевая или ионно-литиевая батарея. Кроме того, стойкая к давлению конструкция согласно настоящему изобретению может быть применена к конденсатору с двойным электрическим слоем или другим типам конденсаторов.
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке Японии №2008-103901, поданной 11 апреля 2008 г., на которой она основана, и все содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.