[RU]

1. Батарейное устройство для аккумулирования электрической мощности и подачи электрической мощности, содержащее первый элемент батареи, имеющий первый электрический вывод, и второй элемент батареи, имеющий второй электрической вывод, причем первый и второй элементы батареи скреплены прилегающими один к другому в аккумуляторной батарее так, что первый и второй электрические выводы отделены друг от друга зазором; жесткую электропроводную перемычку, приспособленную для соединения первого и второго электрических выводов так, что электрически и механически соединяет их между собой через зазор, причем жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью сжатия или расширения, когда температура первого и второго выводов достигает уровня, соответствующего условию чрезмерного тока/чрезмерной температуры, и разъединения электрического и механического соединения между первым и вторым электрическими выводами.

2. Батарейное устройство по п.1, при этом первый электрический вывод имеет первую соединительную поверхность, а второй электрический вывод имеет вторую соединительную поверхность, которая, по существу, параллельна первой соединительной поверхности, и жесткая электропроводная перемычка соединена с первой и второй соединительными поверхностями.

3. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентированы одна напротив другой.

4. Батарейное устройство по п.3, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит первый слой, выполненный из электропроводного материала и соединенный с первой и второй соединительными поверхностями; второй слой, расположенный поверх первого слоя и связанный с ним, при этом второй слой выполнен из сплава с памятью формы и выполнен с возможностью вывода первого слоя из контакта с первой и/или второй соединительными поверхностями, когда температура на первом и втором выводах достигает уровня, соответствующего состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.

5. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентированы одна от другой.

6. Батарейное устройство по п.5, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит первый металлический слой, соединенный с первой и второй соединительными поверхностями; второй металлический слой, расположенный поверх первого металлического слоя и связанный с ним, при этом первый и второй металлические слои имеют разные коэффициенты термического расширения, так что жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью ее отделения от первой и/или второй соединительной поверхности при температуре, соответствующей состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.

(57) Реферат / Формула:

1. Батарейное устройство для аккумулирования электрической мощности и подачи электрической мощности, содержащее первый элемент батареи, имеющий первый электрический вывод, и второй элемент батареи, имеющий второй электрической вывод, причем первый и второй элементы батареи скреплены прилегающими один к другому в аккумуляторной батарее так, что первый и второй электрические выводы отделены друг от друга зазором; жесткую электропроводную перемычку, приспособленную для соединения первого и второго электрических выводов так, что электрически и механически соединяет их между собой через зазор, причем жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью сжатия или расширения, когда температура первого и второго выводов достигает уровня, соответствующего условию чрезмерного тока/чрезмерной температуры, и разъединения электрического и механического соединения между первым и вторым электрическими выводами.

2. Батарейное устройство по п.1, при этом первый электрический вывод имеет первую соединительную поверхность, а второй электрический вывод имеет вторую соединительную поверхность, которая, по существу, параллельна первой соединительной поверхности, и жесткая электропроводная перемычка соединена с первой и второй соединительными поверхностями.

3. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентированы одна напротив другой.

4. Батарейное устройство по п.3, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит первый слой, выполненный из электропроводного материала и соединенный с первой и второй соединительными поверхностями; второй слой, расположенный поверх первого слоя и связанный с ним, при этом второй слой выполнен из сплава с памятью формы и выполнен с возможностью вывода первого слоя из контакта с первой и/или второй соединительными поверхностями, когда температура на первом и втором выводах достигает уровня, соответствующего состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.

5. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентированы одна от другой.

6. Батарейное устройство по п.5, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит первый металлический слой, соединенный с первой и второй соединительными поверхностями; второй металлический слой, расположенный поверх первого металлического слоя и связанный с ним, при этом первый и второй металлические слои имеют разные коэффициенты термического расширения, так что жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью ее отделения от первой и/или второй соединительной поверхности при температуре, соответствующей состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.

---

Евразийское
патентное
ведомство
027289
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201300926
(22) Дата подачи заявки 2008.12.24
(51) Int. Cl. H01M10/12 (2006.01)
(54)
БАТАРЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С РАЗДЕЛЯЕМЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
(31) 200720196395.2; 200820116496.9; 200810135478.X; 200810135477.5; 200810145734.3; 200820146848.5;
200820146851.7; 200820146849.X; 200810142084.7; 200810142085.1; 200810142089.X; 200810142086.6; 200810142087.0; 200810142088.5; 200810142083.2; 200810142080.9; 200810142082.8; 200810142090.2; 200810217018.1; 200820180541.7; 200820179656.4; 200810179278.4; 200820176590.3; 200820183400.0
(32) 2007.12.25; 2008.06.30; 2008.08.07; 2008.08.07; 2008.08.14; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.08.26; 2008.10.10; 2008.12.03; 2008.12.04; 2008.12.04; 2008.12.05; 2008.12.12
(33) CN
(43) 2014.05.30
(62) 201070708; 2008.12.24
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
БИД КОМПАНИ ЛИМИТЕД (CN)
(72) Изобретатель:
Чжэн Вэйсинь, Чжу Цзяньхуа, Шэнь Си, Ху Хао, Лай Цинь, Цзи Инлян, Пань Лиин, Хе Юаньюань (CN)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) RU-C2-2310254
KR-A-20070006956 WO-A1-1998007203 SU-A1-194898
(57) Раскрыто батарейное устройство для аккумулирования электрической мощности и подачи электрической мощности к транспортному средству. Устройство включает в себя множество аккумуляторных батарей, каждая с множеством элементов. Элементы в каждой аккумуляторной батарее электрически соединены один с другим, и множество аккумуляторных батарей также электрически соединены одна с другой, чтобы объединить общую вырабатываемую энергию элементов устройства. Электрические соединения, по меньшей мере, между некоторыми элементами включают способный к разделению признак, посредством чего электрическое соединение локально разделяется на этом способном к разделению признаке в ответ на ударное усилие, которое превышает заданную величину, и/или на состояние чрезмерного тока/чрезмерной температуры.
Перекрестная ссылка
Заявка на данный патент испрашивает приоритет по следующим заявкам на патент Китая, которые включены для ссылки:
заявка номер 200820183400.0, поданная 12 декабря 2008 г.; заявка номер 200820176590.3, поданная 5 декабря 2008 г.; заявка номер 200810179278.4, поданная 4 декабря 2008 г.; заявка номер 200820179656.4, поданная 4 декабря 2008 г.; заявка номер 200820180541.7, поданная 3 декабря 2008 г.; заявка номер 200810217018.1, поданная 10 октября 2008 г.; заявка номер 200810142082.8, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142090.2, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200820146848.5, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200820146851.7, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200820146849.X, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142084.7, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142085.1, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142089.X, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142086.6, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142087.0, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142088.5, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142083.2, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810142080.9, поданная 26 августа 2008 г.; заявка номер 200810145734.3, поданная 14 августа 2008 г.; заявка номер 200810135478.X, поданная 7 августа 2008 г.; заявка номер 200810135477.5, поданная 7 августа 2008 г.; заявка номер 200820116496.9, поданная 30 июня 2008 г.; заявка номер 200720196395.2, поданная 25 декабря 2007 г.
Предшествующий уровень техники 1. Область техники
Изобретение направлено на элементы аккумуляторной батареи и батарейные устройства и, более конкретно, на литий-ионные элементы аккумуляторной батареи и батарейные устройства, которые могут быть применены в транспортных средствах, таких как электромобиль и/или гибридный автомобиль, имеющих двигатель с электроприводом.
2. Предшествующий уровень техники
Перезаряжаемые батареи, такие как литий-ионные полимерные батареи, имеют широкую область применения. Виды применения включают, например, батареи для лэптопов, батареи для сотовых телефонов, а также источники питания для других персональных электронных устройств. Для таких устройств требуются легкие батареи, имеющие умеренную выходную мощность. Однако литий-ионные полимерные батареи также способны к обеспечению электропитанием устройств, для которых требуется значительно более высокая выходная мощность, чем для персональных электронных устройств, указанных выше. Например, литий-ионные полимерные батареи с высокой выходной мощностью могут быть применены для электропитания промышленного оборудования, средств связи высокой мощности, транспортных средств и т.п. Применение литий-ионных полимерных батарейных устройств с высокой выходной мощностью может быть особенно важно в области приведения в движение транспортных средств.
Общественность становится во все большей степени чувствительна к стоимости ископаемого топлива и связанным с его применением проблемам состояния окружающей среды. Одной из проблем являются выхлопные газы транспортных средств, сжигающих ископаемое топливо, и соответствующее загрязнение окружающей среды.
Альтернативы таким транспортным средствам включают электромобили, которые приводятся в движение исключительно электродвигателями, и гибридные автомобили, в которых применяются как электродвигатели, так и двигатели на ископаемом топливе. Эти альтернативы должны, вероятно, играть все более важную роль в качестве замены для современных транспортных средств.
Хотя потребителей привлекают преимущества чисто электрических и гибридных автомобилей, относящиеся к борьбе с загрязнением окружающей среды, они хотят иметь автомобили с применением электродвигателей, которые обладают такими же общими характеристиками, что и их аналоги на ископаемом топливе. Для достижения этих целей должны быть разрешены проблемы, связанные с эксплуатационными параметрами батарей и надежностью. Для этого литий-ионные батареи являются более предпочтительными по сравнению с другими более обычными видами батарей. Литий-ионные батареи применимы для этой цели, поскольку они обладают высокой удельной энергией, что уменьшает величину пространства, занимаемого батареей в транспортном средстве. Кроме того, они могут быть сконструированы таким образом, чтобы весить меньше батарей более обычных видов.
Батарейные устройства для применения вместе с электродвигателями, используемыми в чисто элек
трических и гибридных автомобилях, не отвечают в настоящее время необходимым требованиям во многих отношениях. Отдельные элементы аккумуляторной батареи батарейного устройства часто являются тяжелыми, объемными и ненадежными. Кроме того, элементы аккумуляторной батареи в настоящее время не сконструированы и не применимы для того, чтобы эффективным образом обеспечивать высокую выходную мощность, требующуюся для разгона транспортного средства при подходящем уровне ускорения. Помимо этого, в отдельных элементах аккумуляторной батареи использованы электрохимия, конструкции сердцевины элементов, электрические взаимные соединения и конструкции оболочки, которые часто являются ненадежными, опасными и в целом не подходящими для применения в транспортных средствах с электрическим приводом.
Для того чтобы преодолеть дефицит мощности, связанный с отдельными элементами аккумуляторной батареи, делались попытки соединения нескольких отдельных элементов аккумуляторной батареи одного с другим таким образом, чтобы их объединенная выходная мощность обеспечивала требуемую приводную мощность. Межсоединения между отдельными элементами аккумуляторной батареи, с другой стороны, часто являются ненадежными. Кроме того, было сделано недостаточно, чтобы обеспечить надежность таких многоэлементных батарейных устройств. Не направлялись должным образом усилия на предотвращение коротких замыканий, а также взрывов. Батарейные устройства с высокой выходной мощностью должны быть сконструированы таким образом, чтобы усилия при этом были направлены на такие аспекты, как эксплуатационные параметры, срок службы, надежность и безопасность, если они должны подходить для большого числа видов применения, в которых могут быть использованы такие батарейные устройства.
Сущность изобретения
Раскрыто батарейное устройство для аккумулирования электрической мощности и подачи электрической мощности к транспортному средству. Устройство включает в себя множество аккумуляторных батарей, каждая с множеством элементов. Элементы в каждой аккумуляторной батарее электрически соединены один с другим, и множество аккумуляторных батарей также электрически соединены одна с другой, чтобы объединить общую вырабатываемую энергию элементов устройства. Электрические соединения, по меньшей мере, между некоторыми элементами включают способный к разделению признак, посредством чего электрическое соединение локально разделяется на этом способном к разделению признаке в ответ на ударное усилие, которое превышает заданную величину, и/или на состояние чрезмерного тока/чрезмерной температуры.
Краткое описание чертежей
Данное изобретение может быть лучше понято при ссылке на нижеследующие чертежи и описание. Компоненты на фигурах не обязательно представлены в масштабе, и вместо этого акцент сделан на иллюстрирование принципов данного изобретения. Кроме того, на фигурах одни и те же цифровые обозначения обозначают соответствующие части на всех разных видах.
Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения типичного многослойного аккумуляторного листа, который может быть применен для формирования намотанной сердцевины аккумуляторного элемента.
Фиг. 2А представляет собой перспективный вид сплющенного рулона сердцевины, применяемого в элементе аккумуляторной батареи.
Фиг. 2В-2D показывают альтернативный вариант реализации сердцевины, в котором листы, образующие сердцевину, не намотаны.
Фиг. 3 представляет собой перспективное изображение анодного конца элемента 300 аккумуляторной батареи, имеющего намотанную сердцевину по фиг. 2А.
Фиг. 4 представляет собой схематический вид поперечного сечения элемента 300 аккумуляторной батареи.
Фиг. 5 и 6 иллюстрируют один из методов формирования областей анодного листа и/или катодного листа, которые прилегают к открытым подложкам.
Фиг. 7 представляет собой вид поперечного сечения одного из примеров намотанной сердцевины.
Фиг. 8 показывает один из вариантов реализации ломкого изогнутого соединителя.
Фиг. 9 показывает другой вариант реализации ломкого изогнутого соединителя.
Фиг. 10 показывает, каким образом изогнутый соединитель по фиг. 8 может быть применен для взаимного соединения соседних элементов аккумуляторной батареи.
Фиг. 11 показывает другую структуру взаимного соединения соседних элементов аккумуляторной батареи.
Фиг. 12 и 13 показывают соединительную структуру, которая может быть применена для приведения сердцевины элемента аккумуляторной батареи к оптимальной рабочей температуре.
Фиг. 14А показывает один из методов соединения нескольких сердцевин элемента аккумуляторной батареи с изогнутым соединителем по фиг. 8.
Фиг. 14В показывает один из методов соединения структуры с единственной сердцевиной элемента аккумуляторной батареи с изогнутым соединителем по фиг. 8.
Фиг. 15 представляет собой вид сверху прокладки, применяемой на каждом конце защитной обо
лочки элемента аккумуляторной батареи.
Фиг. 16 и 17 показывают один из методов уплотнения конца защитной оболочки, которая окружает по периферии намотанную сердцевину.
Фиг. 18-20 показывают один из вариантов реализации выдувного узла, который может быть использован на узле концевой крышки элемента аккумуляторной батареи.
Фиг. 21 и 22 показывают альтернативные структуры сброса давления, которые могут быть применены в дополнение и/или для замены выдувного узла, показанного на фиг. 18.
Фиг. 23 представляет собой структурную схему аккумуляторной батареи, в которой многочисленные элементы аккумуляторной батареи соединены один с другим и сгруппированы внутри одного корпуса.
Фиг. 24-26 иллюстрируют один из вариантов реализации корпуса, который может быть применен для образования аккумуляторной батареи.
Фиг. 27 показывает соединитель, который может быть применен для механического и электрического соединения соседних аккумуляторных батарей.
Фиг. 28 показывает, каким образом может быть применен соединитель по фиг. 27.
Фиг. 29 показывает батарейное устройство, которое подает электрическую мощность к двигателю/генератору и принимает электрическую мощность от двигателя/генератора транспортного средства, способного к приведению в движение посредством электрической мощности.
Фиг. 30-34 иллюстрируют преимущества, связанные с обеспечением соединений с анодом и катодом намотанной сердцевины на противоположных концах сердцевины.
Фиг. 35-41 иллюстрируют другие структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Фиг. 41А иллюстрирует ломкую соединительную структуру, имеющую термически активируемый отделяемый зажим.
Фиг. 42-46 иллюстрируют структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи, в которых выводы элементов аккумуляторной батареи соединены один с другим мостиковым соединителем.
Фиг. 47 и 48 иллюстрируют структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи, имеющие подструктуры токовой защиты с применением силы тяжести.
Фиг. 49-51 иллюстрируют структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи, обладающие такими параметрами термического расширения, которые обеспечивают разделение выводов элементов аккумуляторной батареи при условиях чрезмерного тока.
Фиг. 52 и 53 иллюстрируют структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи, имеющей подструктуры защиты от чрезмерных токов, основанные на химическом взаимодействии между химикатом, высвобождаемым подструктурой, и одной или более частями выводов/выводов взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи.
Фиг. 54-60 иллюстрируют структуры взаимного соединения элементов аккумуляторной батареи, имеющие подструктуры для защиты от чрезмерных токов, основанные на электрических соединениях/разъединениях, обеспечиваемых присутствием/отсутствием жидкого проводника.
Фиг. 61-64 иллюстрируют различные варианты реализации защитного покрова для узла концевой крышки элемента аккумуляторной батареи.
Фиг. 65-67 иллюстрируют другой вариант реализации выдувного отверстия.
Фиг. 68 показывает другой вариант реализации соединителя, который может быть применен для механического и электрического взаимного соединения соседних аккумуляторных батарей.
Фиг. 69 показывает, каким образом соединители по фиг. 27 и 68 могут быть применены, когда аккумуляторные батареи скомпонованы при поперечном расположении.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Литий-ионные полимерные батареи являются видом перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития перемещаются между анодом и катодом. Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разрядки и от катода к аноду при зарядке.
Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения типичного многослойного аккумуляторного листа 100, который может быть намотан, чтобы сформировать намотанную сердцевину аккумуляторного элемента. Аккумуляторный лист 100 по фиг. 1 включает три функциональных компонента: анодный лист 105, катодный лист 110 и сепараторный лист 115. Анодный лист 105 может включать активные анодные слои 106, расположенные на противоположных сторонах анодной подложки 107. Анодная подложка 107 может быть сформирована из одного или нескольких слоев металлической фольги, например медной. Активные анодные слои 106 могут быть сформированы из графита или другого материала на основе углерода. В одном из примеров активные слои 106 анодного листа 105 могут быть изготовлены при применении 100 г природного графита с 3 г поливинилиденфторида (PVDF) в качестве связующего материала и 3 г ацетиленовой сажи в качестве проводящего агента, добавляемых к 100 г NI-метилпирролидона (NMP). Компоненты могут быть смешаны в вакуумном смесителе с образованием однородной суспензии. Суспензия может быть нанесена в качестве покрытия толщиной примерно 12 мкм на каждую сторо
ну подложки 107, например, из медной фольги, образуя структуру, имеющую составной слой толщиной примерно 100-110 мкм. Покрытая фольга может быть затем высушена при температуре примерно 90°С, образуя анод 115.
Катодный лист 110 может включать активные катодные слои 112, расположенные на противоположных сторонах катодной подложки 114. Катодная подложка 114 может быть сформирована из одного или нескольких слоев металлической фольги, например алюминиевой. Активные катодные слои 112 могут быть сформированы из таких материалов, как слоистый оксид (например, оксид лития-кобальта), материал на основе полианиона (например, фосфата лития-железа) или шпинель (например, оксид лития-марганца), хотя такие материалы как TiS2 (дисульфид титана) также могут быть использованы.
В одном из примеров активные слои 112 катодного листа 110 могут быть сформированы объединением по меньшей мере одного соединения лития-металла по меньшей мере с одним смешанным кристаллом металлов, при этом кристалл металлов включает смесь элементов-металлов и оксидов металлов. Соединение лития может быть интеркаляционным соединением металла общей формулы LiMaNbXOc, в которой М является переходным металлом первого ряда, таким как Fe, Mn, Ni, V, Co и Ti; N является металлом, выбранным из группы Fe, Mn, Ni, V, Со, Ti, Mg, Ca, Cu, Nb, Zr и редкоземельных металлов; X выбран из элементов Р, Si, S, V и Ge; a, b и с имеют величины, которые обеспечивают нейтральный заряд интеркаляционного соединения металла. Соединение металла может иметь общую формулу McNd, в которой М является металлом, выбранным из групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB Периодической таблицы; N выбран из О, N, H, S, SO4, PO4, ОН, Cl, F и С; 0 <с <4 и 0 В другом примере соединение металла может быть сформировано как смешанное кристаллическое соединение общей формулы LiaA1-yBy(XO4)b/McNd, в которой А является переходным металлом первого ряда, включая Fe, Mn, Ni, V, Со и Ti; В является металлом, выбранным из группы Fe, Mn, Ni, V, Со, Ti, Mg, Ca, Cu, Nb, Zr и редкоземельных металлов; X выбран из элементов Р, Si, S, V и Ge; M является металлом, выбранным из групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB Периодической таблицы; N выбран из О, N, H, S, SO4, РО4, ОН, Cl, F и С; в которой 0 <а <1, 0 Активный катодный материал может включать первое кристаллическое соединение и второе кристаллическое соединение. Первое кристаллическое соединение может быть распределено внутри второго кристаллического соединения с образованием сложного соединения. Первое кристаллическое соединение может быть приготовлено нагреванием комбинации по меньшей мере одного источника лития, по меньшей мере одного источника железа и по меньшей мере одного источника фосфата, в то время как второе кристаллическое соединение может быть приготовлено нагреванием по меньшей мере двух соединений металлов. Второе кристаллическое соединение может также включать один или более компонентов, выбранных из групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB Периодической таблицы.
Во время формирования активного катодного материала большое число дефектов кристалла может быть введено внутрь промежуточных или сложных кристаллов, так что электронные состояния и образование оксидов металлов изменяются. Соединение металла со своей смешанной кристаллической структурой может поэтому включать большое число кислородных вакансий и недостающих атомов кислорода. Кислородные вакансии могут способствовать переносу носителей, посредством чего улучшается электропроводность смешанного кристалла. С этой целью соединение металла может иметь меньшую кристаллическую решетку по сравнению с соединением лития, так что оно может быть принято или распределено внутри соединения лития. В качестве варианта, соединение металла может быть принято или распределено между двумя или более большими кристаллическими решетками. Кроме того, соединение металла может находиться на границах зерен соединения лития. Наконец, соединение металла может быть диспергировано на наружных поверхностях зерен соединения лития. В каждом случае, миграция ионов лития служит в качестве мостика либо внутри кристаллической решетки, либо между двумя или более кристаллическими решетками. Ионы лития могут быть полностью высвобождены для улучшения электрических свойств, включая электропроводность, емкость и способность к перезарядке.
Предпочтительно соединение металла может быть распределено в фосфатном соединении лития-железа, образуя сложное соединение для применения в катодном листе 110. Соединение металла может быть распределено внутри фосфатного соединения лития-железа, образуя смешанный кристалл. В одном из примеров фосфатное соединение лития-железа и соединение металла могут иметь молярное соотношение примерно 1 к 0,001-0,1. Материал катода может быть легирован углеродными добавками, распределенными по межзеренным границам или покрывающими поверхность зерен. Легирующие углеродные добавки могут давать конечный материал катода с 1-15% углерода по массе. Углеродная добавка может включать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из углеродной сажи, ацетиленовой сажи, графита и углеводного соединения.
Сложное соединение может включать источник лития, источник железа, источник фосфата и второе кристаллическое соединение с молярным соотношением Li:Fe:P:кристаллическое соединение примерно 1:1:1:0,001-0,1. В других примерах могут быть применены другие молярные соотношения Li:Fe:Р:кристаллическое соединение. Источник лития может включать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из карбоната лития, гидроксида лития, оксалата лития, ацетата лития, фторида лития, хлорида лития, бромида лития, иодида лития и дигидрофосфата лития. Источник железа может включать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из оксалата железа(П), ацетата железа(П), хлорида железа(П), сульфата железа(П), фосфата железа(П), оксида железа(П), оксида железа(Ш), сложного оксида железа и фосфата железа(Ш). Источник фосфата может включать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из аммония, фосфата аммония, дигидрофосфата аммония, фосфата железа(П), фосфата железа(Ш) и гидрофосфата лития.
Способ получения смешанного кристаллического материала катода на основе фосфата лития-железа включает смешивание по меньшей мере одного соединения LiFePO4 со сложным соединением и нагревание результирующей смеси до 600-900°С в атмосфере инертного газа или восстановительного газа в течение примерно 2-48 ч. Сложное соединение может включать два или более оксида металла, в которых металл может быть выбран из групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB Периодической таблицы. Сложное соединение обеспечивает смешанную кристаллическую структуру, при этом способ получения сложного соединения с соответствующей смешанной кристаллической структурой включает смешивание оксидов металлов групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB и нагревание смеси до 600-1200°С в течение 2-48 ч.
Один из способов получения смешанного кристаллического материала катода включает равномерное смешивание источников лития, железа и фосфата и нагревание их до 600-900°С в атмосфере инертного газа или восстановительного газа в течение по меньшей мере примерно 2 ч. Результирующая смесь может быть затем объединена со смешанным соединением металлов, содержащим комбинацию двух или более оксидов металлов, выбранных из групп IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB и VB Периодической таблицы. В одном из вариантов реализации источник лития, источник железа, источник фосфата и смешанное соединение металлов способны обеспечить молярные соотношения Li:Fe:P:смешанное соединение металлов, составляющие 1:1:1:0,001-0,1. В других вариантах реализации могут быть применены другие молярные соотношения Li:Fe:Р:смешанное соединение металлов. Кроме того, по меньшей мере один источник углерода может быть добавлен к результирующей смеси, причем этот источник углерода включает один или более следующих компонентов, без ограничения ими: углеродную сажу, ацетиленовую сажу, графит и углеводное соединение. Количество источника углерода, добавленного к результирующей смеси, должно обеспечивать конечный продукт с содержанием углерода 1-15% по массе.
Источник лития, используемый для образования материала катода, может включать один или более из следующих соединений, без ограничения ими: карбонат лития, гидроксид лития, оксалат лития, ацетат лития, фторид лития, хлорид лития, бромид лития, иодид лития и дигидрофосфат лития. Источник железа включает один или более из следующих компонентов, без ограничения ими: оксалат железа(П), ацетат железа(П), хлорид железа(П), сульфат железа(П), фосфат железа, оксид железа(П), оксид железа(Ш), сложный оксид железа и фосфат железа(Ш). При применении соединения трехвалентного железа в качестве источника железа, процесс измельчения в шаровой мельнице может включать добавление источника углерода, чтобы восстановить трехвалентное железо в двухвалентное железо. Источники фосфора могут включать одно или более из следующих соединений, без ограничения ими: аммоний, фосфат аммония, дигидрофосфат аммония, фосфат железа(П), фосфат железа(Ш) и гидрофосфат лития.
Во время измельчения в шаровой мельнице могут быть введены один или более растворителей, включая этанол, деионизированную воду и ацетон. В других вариантах реализации могут быть использованы другие среды для смешивания и растворители. В дополнение к этому, смесь может быть высушена в интервале между 40-80°С или перемешиваться до высыхания.
Виды инертных газов, которые могут быть применены, включают гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон и азот. Кроме того, восстановительные газы, включая водород и монооксид углерода, также могут быть включены. Могут быть также применены другие подходящие газы.
Катодный лист 110 может быть сформирован с использованием суспензии катодного материала, которая включает один из указанных выше активных катодных материалов. Суспензия катодного материала может быть образована смешиванием загустителя, активного катодного материала и растворителя. Вначале смешиваются загуститель и растворитель, чтобы получить коллоидный раствор. Результирующий коллоидный раствор, остаток растворителя и активный материал смешиваются в двойном планетарном смесителе. Часть растворителя, а также связующее затем подаются в планетарный смеситель для дальнейшего смешивания.
Коллоидный раствор, активный катодный материал и растворитель могут быть смешаны в двойном планетарном смесителе в соответствии с указанной последовательностью смешивания. В этом случае коллоидный раствор, активный материал и растворитель могут быть перемешаны в течение примерно 35 мин при частоте вращения примерно 2-20 Гц, которую уменьшают до более низкой частоты вращения, составляющей примерно 0-2 Гц. Затем коллоидный раствор, активный материал и растворитель могут
быть перемешаны в течение примерно 30-50 мин при частоте вращения в интервале примерно 35-60 Гц, которую уменьшают до более низкой частоты вращения, находящейся в интервале примерно 35-60 Гц. В это время в двойном планетарном смесителе может создаваться вакуум в продолжение примерно 3-5 мин, так что смешивание происходит при давлении примерно от 0,0005 до примерно 0,05 МПа. Затем в двойной планетарный смеситель добавляются остаточный растворитель и адгезивы и перемешиваются в течение примерно 5-10 мин при частоте вращения примерно 35-60 Гц, которая уменьшается до более низкой частоты вращения в интервале примерно 35-60 Гц. При этом опять в двойном планетарном смесителе может создаваться вакуум в продолжение примерно 3-5 мин, так что смешивание происходит при давлении примерно от 0,0005 до примерно 0,05 МПа. Смешивание происходит в течение примерно 20-35 мин при частоте вращения, которая уменьшается от примерно 10-25 до примерно 0 Гц.
Пропорция по массе активного материала катода, загустителя, адгезивов и растворителя может составлять примерно 100:(0,05-10):(0,01-10):(50-150). Доля по массе растворителя, смешанного с загустителем, может составлять примерно 60-90%. При смешивании с коллоидным раствором и активным материалом доля по массе растворителя может составлять примерно 0,1-30% и может составлять примерно 820%, когда добавляется связующее.
Катодный лист 110 может быть сформирован нанесением покрытия из суспензии на электропроводную подложку, такую как алюминиевая фольга. Суспензия может быть нанесена на электропроводную подложку валковым методом, хотя могут быть применены и другие методы. Электропроводную подложку и суспензию затем сушат, формируя катодный лист 110. Катодный лист 110 предпочтительно имеет толщину в интервале между 100 и 110 мкм, хотя могут быть применены также и другие толщины.
Сепараторный лист 115 может являться микропористой полипропиленовой и/или полиэтиленовой электролитической мембраной. Такие мембраны доступны от US Celgard of Charlotte, North Carolina.
При обращении снова к фиг. 1, анодный лист 105 включает область, в которой подложка 107 анодного листа 105 не включает активные анодные слои 106. Напротив, медная подложка 107 открыта, чтобы способствовать электрическому соединению с анодным листом 105. Открытая область подложки 107 простирается, по существу, вдоль всей длины анодного листа 105 таким образом, что первый край анодного листа 105 определяет электропроводную область 107, когда аккумуляторный лист 100 смотан с образованием намотанной сердцевины 200 (см. фиг. 2). Открытая область подложки 107 может быть образована ограничением площади, на которой активные анодные слои 106 нанесены на подложку 107. Кроме того, или в качестве варианта, открытая область подложки 107 может быть образована после нанесения активных анодных слоев 106 посредством селективного удаления активных анодных слоев 106 с подложки 107 вдоль заданной ширины анодного листа 105. Это удаление может быть выполнено с применением метода механического удаления и/или метода химического удаления.
Катодный лист 110 включает область, в которой подложка 114 катодного листа 110 не включает активные катодные слои 112. Напротив, алюминиевая подложка 112 открыта, чтобы способствовать электрическому соединению с катодным листом 110. Открытая область подложки 112 простирается, по существу, вдоль всей длины катодного листа 110 таким образом, что край катодного листа 110 определяет электропроводную область 114, когда аккумуляторный лист 100 смотан с образованием намотанной сердцевины 200 по фиг. 2А. Открытая область подложки 114 может быть образована ограничением площади, на которой активные катодные слои 112 нанесены на подложку 114. Кроме того, или в качестве варианта, открытая область подложки 114 может быть образована после нанесения активных катодных слоев 112 посредством селективного удаления активных катодных слоев 112 с подложки 114 вдоль заданной ширины катодного листа 110. Это удаление может быть выполнено с применением метода механического удаления и/или метода химического удаления.
Как показано на фиг. 2А, анодный лист 105, катодный лист 110 и сепараторный лист 115 могут быть смотаны с образованием намотанной сердцевины 200. Открытая подложка 114 образует многослойную структуру токосъемника для катода намотанной сердцевины 200, в то время как открытая подложка 107 образует многослойную структуру токосъемника для анода намотанной сердцевины 200. Токосъемник для катода и токосъемник для анода расположены на противоположных концах длины сердцевины 200 и обеспечивают контакты с низким сопротивлением, которые могут проводить ток значительной величины. Формирование токосъемников на противоположных сторонах намотанной сердцевины 200 также упрощает процесс изготовления.
Токосъемники могут быть сформированы несколькими различными методами. Например, токосъемники могут быть сформированы исключительно из открытых слоев подложки. В дополнение к этому, или в качестве варианта, токосъемники могут быть сформированы присоединением ленты из электропроводного материала по длине каждого из анодного и катодного листов, соответственно, перед сматыванием или после него.
Внешний слой намотанной сердцевины 200 может быть изолятором. В одном из примеров, сепараторный лист 115 длиннее анодного листа 105 и катодного листа 110. Как таковые, анодный лист 105 и катодный лист 110 ограничиваются при операции сматывания перед достижением конца сепараторного листа 115. Избыточная длина сепаратора 105 затем наматывается вокруг сердцевины 200 заданное число раз (например, два или более), образуя внешний изоляционный слой 115. Эта конструкция упрощает из
готовление сердцевины 200 и, кроме того, увеличивает однородность структуры сердцевины.
После того как намотанная сердцевина 200 сформирована, открытые слои анодной подложки 107 и катодной подложки 114 сжимаются для изменения их формы таким образом, чтобы площадь внешнего поперечного сечения каждой концевой части намотанной сердцевины 200 была меньше площади внутреннего поперечного сечения сердцевины 200. Для этого открытые слои анодной подложки 107 намотанной сердцевины 200 могут быть сварены один с другим, скреплены один с другим механическим крепежным приспособлением и/или скреплены один с другим с применением клея и т.п. Предпочтительно открытые слои анодной подложки 107 соединяют один с другим посредством их взаимного сжатия, сваривания их вместе вдоль всей длины или участков длины открытой подложки 107, образуя монолитную структуру анодного токосъемника. Слои катодной подложки 114 могут быть сформированы таким же образом, что и слои анодной подложки 107.
Альтернативная структура для сердцевины 200 показана на фиг. 2В-2D. В этом варианте реализации множество анодных листов, катодных листов и сепараторных листов наслоены один на другой. Однако, в отличие от ранее описанной структуры сердцевины, листы, образующие сердцевину, не смотаны в рулон. Напротив, сердцевина 200 содержит множество плоских листов, например, как показано в схеме расположения на фиг. 2В. Предпочтительно концевые листы сердцевины 200 являются листами изоляционного материала и, более предпочтительно, одним или несколькими сепараторными листами 115. Вид сверху этого варианта реализации сердцевины 200 показан на фиг. 2С, в то время как вид сбоку показан на фиг. 2D. Как проиллюстрировано, слои изоляционного материала/сепаратора предпочтительно простираются за пределы боковых краев пакетированных катодных и анодных листов и могут быть завернуты вокруг боковых краев, чтобы изолировать катодные и анодные листы один от другого. Также могут быть применены альтернативные методы уплотнения пакетированных катодных и анодных листов, чтобы предотвратить их нежелательное взаимное соприкосновение и чтобы предотвратить воздействие на них окружающей среды. Хотя токосъемники 114 и 107 на фиг. 2В-2D сформированы из слоев подложки анодного и катодного листового материала, они могут также быть сформированы в виде лент, которые соединены с отдельными пакетированными слоями подложки.
Фиг. 3 показывает перспективное изображение анодного конца элемента 300 аккумуляторной батареи, имеющего намотанную сердцевину 200 (не показана, однако подразумевается на фиг. 3). На фиг. 3 элемент 300 аккумуляторной батареи включает защитную оболочку 305, в которой размещена намотанная сердцевина 200. Токосъемник 310 электрически соединен с первым концом 320 соединительной структуры 325 через узел концевой крышки 335. Другой конец 330 соединительной структуры 325 простирается через соответствующую покровную пластину/концевую крышку 335, чтобы обеспечить внешний контакт для анода элемента 300 аккумуляторной батареи.
Как показано на фиг. 3, защитная оболочка 305 имеет прямоугольную форму и такие размеры, что сердцевина 200 плотно входит в ее внутреннее пространство. Хотя оболочка 305 (и сердцевина 200, как таковая) может иметь различные размеры, защитная оболочка 305 может иметь ширину W и высоту Н, при этом W больше примерно 50 мм и Н больше примерно 100 мм. Предпочтительно соотношение между шириной и высотой оболочки 305 соответствует следующему уравнению: 0,18 Это соотношение также применимо для того, чтобы определить в целом размеры сердцевины 200, и особенно хорошо подходит, когда элемент 300 аккумуляторной батареи обладает большой емкостью и высокой выходной мощностью.
Если соотношение W/H больше 0,5, то ширина элемента 300 аккумуляторной батареи очень велика, и общая площадь поверхности оболочки 305 может быть неспособна выдерживать давление, образующееся в ее внутреннем пространстве, что вызывает ее разрушение и/или деформацию. Это может создавать угрозу безопасности/надежности. Если соотношение W/H меньше 0,18, то высота элемента 300 аккумуляторной батареи очень мала, так что элемент 300 аккумуляторной батареи очень тонкий. Имеющийся в распоряжении объем, доступный для размещения сердцевины 200 внутри защитной оболочки 305, сравнительно небольшой и неблагоприятен для размещения сердцевины с высокой емкостью и большим током.
Фиг. 4 представляет собой схематический вид поперечного сечения элемента 300 аккумуляторной батареи. В этом примере соединительная структура 325 включает угловой соединитель 405, который простирается через покровную пластину/концевую крышку 335. В данном случае угловой соединитель 405 является, по существу, Z-образным. Токосъемник 310 может быть сформирован таким образом, как это описано выше. Для упрощения, токосъемник 310 на фиг. 4 иллюстрирует лишь единственную полоску анодного токосъемника. Гибкая соединительная часть 410 электрически соединяет угловой соединитель 405 с токосъемником 310. Гибкая соединительная часть 410 может включать множество слоев металлической фольги, например медной, которые отожжены и приварены как к угловому соединителю, так и к токосъемнику 310. Аналогичный метод может быть применен для соединения катодного токосъемника с соответствующим угловым соединителем соединительной структуры. Однако гибкая соединительная часть между угловым соединителем и катодным токосъемником может быть сформирована из нескольких слоев алюминиевой фольги, которые отожжены и приварены как к угловому соединителю, так и к катодному токосъемнику. Применение структуры взаимного соединения этого типа облегчает
производство аккумуляторной батареи с применением намотанной сердцевины 200. Кроме того, структура взаимного соединения может быть применена для обеспечения обладающего низким электросопротивлением пути протекания большого тока через батарею. Более того, эта структура может быть применена, чтобы рассеивать тепло, что способствует безопасности батареи.
Фиг. 5 и 6 показывают один из методов формирования областей анодного листа 105 и/или катодного листа 110, которые прилегают к открытым подложкам 107 и/или 114, соответственно. Описана лишь область, прилегающая к открытой подложке 107, хотя соответствующая область, прилегающая к открытой подложке 114, может иметь такую же базовую структуру.
На фиг. 5 и 6 анодный лист 105 имеет общую ширину 505. Активные слои 106 анодного листа 105 нанесены по ширине 510 листа, оставляя непокрытую область, имеющую ширину 515. В качестве варианта, непокрытая область может быть сформирована удалением части активного компонента анодного листа 105. Покрытие из активного компонента постепенно становится тоньше на краю листа по ширине 520. В области слева от области 520 слои 106 сформированы при их полной толщине. Утонение начинается в области 525, переходной в отношении толщины покрытия. Изоляционный слой или покрытие нанесено вдоль области 530. Ширина слоя (покрытого изоляционными покрытиями) полностью перекрывает участок с уменьшающейся толщиной покрытия на электропроводной подложке и заканчивается на участке с открытой электропроводной подложкой. Слой/покрытие должно быть непроводящим по электронам или/и ионам и способно сохранять свою целостность при высоких температурах. Одним из таких покрытий является полифениленсульфид (PPS). Применение этой конфигурации снижает возможность возникновения короткого замыкания между анодом и катодом. Кроме того, утонение покрытия описанным образом уменьшает образование морщин, которое в противном случае может иметь место при валковом прессовании покрытия, имеющего толстый край.
Фиг. 7 представляет собой вид поперечного сечения одного из примеров намотанной сердцевины 200. В намотанной сердцевине изменяющиеся толщины сердцевины 200 и/или воздействующие на нее усилия на противоположных областях А и В могут создавать проблемы. Чтобы ограничить такие проблемы, анодный лист 105 и катодный лист 110 заканчиваются на противоположных дугообразных областях С и D, вместо того, чтобы заканчиваться на противоположных плоских областях А и В. Как показано на фиг. 7, анодный лист 105 заканчивается в месте 705 области С, в то время как катодный лист 110 заканчивается в месте 710 области D. Сепараторный лист 115 простирается за пределы концевых мест 705 и 710 таким образом, что он смотан с образованием внешней части сердцевины 200. Сепараторный лист 115 заканчивается в месте 715 вдоль дугообразной стороны сердцевины 200. Направление, в котором листы намотаны с образованием сердцевины 200, обозначено стрелкой 720. В этой структуре катодный лист 110 может быть длиннее анодного листа 105.
В соответствии с конструкцией сердцевины 200, показанной на фиг. 7, области А и В, по существу, плоские и не имеют значительных изменений толщины. В результате имеет место уменьшение образования морщин, которые в противном случае образуются вследствие разбухания сердцевины 200 во время пропитки электролитом, а также во время зарядки и разрядки элемента аккумуляторной батареи. Такие морщины образуются, когда усилия, воздействующие на сердцевину 200 в областях А и В, являются существенно неравномерными. Посредством уменьшения образования морщин срок службы сердцевины может быть увеличен. Аналогичным образом, разрешаются скрытые проблемы безопасности, обусловленные неравномерной зарядкой или разрядкой сердцевины 200 (например, ситуации, в которых морщинистый участок сердцевины 200 создает литиевые дендриты, которые вызывают короткое замыкание внутри батареи, приводящее к взрыву).
Фиг. 8 иллюстрирует один из вариантов реализации изогнутого соединителя 800, который может быть применен в соединительной структуре 325 по фиг. 4. Изогнутый соединитель 800 сформирован из электропроводного материала, который подходит для создания электрического соединения, а также механической связи с материалом, применяемым для формирования соединителя 410 по фиг. 4, и предпочтительно имеет ширину, составляющую по меньшей мере 25% от ширины W защитной оболочки 305. Изогнутый соединитель 800 по фиг. 8 имеет обычно Z-образную форму и включает первую часть 805 и вторую часть 810, которые простираются в противоположных направлениях от поперечной части 815. Вторая часть 810, как будет описано ниже, простирается от внутренней стороны элемента аккумуляторной батареи к его внешней стороне, где она соединена с поперечной частью 815. Поперечная часть 815 расположена с внешней стороны элемента аккумуляторной батареи, где она электрически соединяет вторую часть 810 с первой частью 805. Первая часть 805 фактически образует электрический вывод батареи, который может быть применен для доступа к аноду (или катоду) намотанной сердцевины 200.
Изогнутый соединитель 800 может включать ослабляющую структуру, такую как канавка 820, которая вызывает разрыв электрического соединения изогнутого соединителя 800 с сердцевиной 200 при определенных чрезмерных усилиях, таких как те, что возникают в случае, когда транспортное средство вовлечено в аварию. На фиг. 8 единственная канавка 820 простирается, по существу, по ширине поперечного элемента 820. В дополнение или в качестве варианта, канавка 820 может простираться по длине первой части 805 с внешней стороны элемента 300 аккумуляторной батареи и/или вдоль участка второй части 810 с внешней стороны элемента 300 аккумуляторной батареи. Также может быть применено не
сколько ослабляющих структур.
В зависимости от характеристик электрического сопротивления материала, образующего изогнутый соединитель 800, канавка 820 может увеличивать сопротивление нежелательным образом. В таких случаях канавка 820 может быть заполнена электропроводным материалом, который является механически пластичным. Примеры материалов, подходящих для этой цели, включают, однако без ограничения, олово, электропроводную резину и другие электропроводные пластичные материалы. Электросопротивление участка с канавкой 820 тем самым уменьшается, в то время как общая характеристика безопасности, для обеспечения которой предназначена канавка, остается.
Фиг. 9 иллюстрирует другой вариант реализации изогнутого соединителя 900, который может быть применен в соединительной структуре 325 по фиг. 4. Изогнутый соединитель 900 сформирован из электропроводного материала, который подходит для создания электрического соединения, а также механической связи с материалом, применяемым для формирования соединителя 410 по фиг. 4. Изогнутый соединитель 900 по фиг. 9 имеет в целом L-образную форму и включает часть 910, которая простирается от внутренней стороны элемента аккумуляторной батареи к его внешней стороне, где она соединена с поперечной частью 915. Поперечная часть 915 расположена с внешней стороны элемента аккумуляторной батареи. Поперечная часть 915 фактически образует электрический вывод батареи, который может быть применен для доступа к аноду (или катоду) намотанной сердцевины 200.
Изогнутый соединитель 900 может включать ослабляющую структуру, такую как канавка 920, которая вызывает разрыв электрического соединения изогнутого соединителя 900 в области ослабляющей структуры. Более конкретно, изогнутый соединитель 900 разрывает свое электрическое соединение с сердцевиной 200, когда подвергается определенным чрезмерным усилиям, таким как те, что возникают в случае, когда транспортное средство вовлечено в аварию/столкновение. На фиг. 9 единственная канавка 920 простирается, по существу, по ширине поперечного элемента 915. В дополнение или в качестве варианта, канавка 820 может простираться по длине части 910 на участке части 910, являющемся внешним по отношению к элементу 300 аккумуляторной батареи. Также может быть применено несколько ослабляющих структур.
В зависимости от характеристик электрического сопротивления материала, образующего изогнутый соединитель 900, канавка 920 может увеличивать сопротивление нежелательным образом. В таких случаях канавка 920 может быть заполнена электропроводным материалом, который является механически пластичным. Примеры материалов, подходящих для этой цели, включают, однако без ограничения, олово, электропроводную резину и другие электропроводные пластичные материалы. Электросопротивление участка с канавкой 920 тем самым уменьшается, в то время как общая характеристика безопасности, для обеспечения которой предназначена канавка, остается.
Размеры канавок 820 и 920 изогнутых соединителей 800 и 900 зависят от материала, использованного для формирования соединителей 800 и 900. Если изогнутый соединитель сформирован из меди, то глубина соответствующей канавки может составлять 50-90% от толщины поперечной части. Ширина канавки вдоль поперечной части может составлять примерно 100-500% от глубины канавки. Если изогнутый соединитель сформирован из алюминия, то глубина соответствующей канавки может составлять 30-80% от толщины поперечной части. Ширина канавки вдоль поперечной части может составлять примерно 100-300% от глубины канавки.
Фиг. 10 показывает, каким образом изогнутый соединитель по фиг. 8 может быть применен для взаимного соединения соседних элементов аккумуляторной батареи. Как показано, элемент 300а аккумуляторной батареи расположен рядом с элементом 300b аккумуляторной батареи для их соединения одного с другим. Элемент 300а аккумуляторной батареи включает концевую крышку 335а. Изогнутый катодный соединитель 800а простирается из внутренней части элемента 300а аккумуляторной батареи, в которой он электрически соединен с катодным токосъемником соответствующей намотанной сердцевины (не показана). Поперечная часть 815а изогнутого соединителя 800а простирается по направлению к соседнему элементу 300b аккумуляторной батареи. Аналогичным образом, элемент 300b аккумуляторной батареи включает концевую крышку 335b. Изогнутый анодный соединитель 800b простирается из внутренней части элемента 300b аккумуляторной батареи, в которой он электрически соединен с анодным токосъемником соответствующей намотанной сердцевины (не показана). Поперечная часть 815b изогнутого соединителя 800b простирается по направлению к соседнему элементу 300а аккумуляторной батареи.
Поверхности направленных вверх частей соединителей 800а и 800b соединены одна с другой на стыке 1005. Стык 1005 может быть сформирован сваркой поверхностей одной с другой, соединением поверхностей одной с другой с применением клея, такого как электропроводная резина, механическим взаимным соединением поверхностей одной с другой с применением крепежного приспособления или сходной структуры и/или метода соединения. Посредством взаимного соединения изогнутых соединителей 800а и 800b на поверхностях направленных вверх частей между катодом элемента 300а аккумуляторной батареи и анодом элемента 300b аккумуляторной батареи устанавливается соединение с низким электросопротивлением, через которое может проходить большой ток. Подобная структура может быть применена на противоположном конце каждого элемента 300а и 300b аккумуляторной батареи, чтобы обеспечить соединение с низким электросопротивлением, способное пропускать большой ток между
анодом элемента 300а аккумуляторной батареи и катодом элемента 300b аккумуляторной батареи, с другими соседними элементами, чтобы тем самым соединить все элементы 300 друг с другом. Таким образом, соседние элементы аккумуляторной батареи электрически соединены последовательно друг с другом. Однако эта архитектура взаимных соединений может быть также применена для электрического соединения соседних элементов аккумуляторной батареи параллельно друг с другом.
Оба изогнутых соединителя 800а и 800b включают соответствующие ослабляющие канавки 820а и 820b. Если один или оба элемента 300а и/или 300b аккумуляторной батареи отклоняются от их соответствующих положений вследствие случайного столкновения с транспортным средством, то материал в области канавок 820а и/или 820b будет разрушен, что вызовет электрическое разъединение элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи одного от другого. Безопасность батареи, применяемой в транспортном средстве, таким образом увеличивается.
Фиг. 11 показывает другую структуру взаимного соединения соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. Взаимное соединение является, по существу, таким же, как показано на фиг. 10. Однако изогнутые соединители 800а и 800b соединены один с другим с применением плавкого элемента 1105, размещенного между поверхностями направленных вверх частей. Плавкий элемент 1105 может быть оловянно-свинцовым припоем или подобным материалом, который плавится и/или испаряется при чрезмерно больших токах/высоких температурах, которые могут иметь место при отказе элемента 300а аккумуляторной батареи, элемента 300b аккумуляторной батареи и/или батарейного устройства, включающего элементы 300а и 300b аккумуляторной батареи. При этом толщина, ширина, длина и состав плавкого элемента 1105 выбираются таким образом, чтобы обеспечить электрическое разъединение изогнутых соединителей 800а и 800b, когда электрический ток и/или температура между ними превышает заданную критическую величину. Безопасность элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи, когда имеют место условия чрезмерного тока и/или температуры, улучшена посредством применения этой структуры взаимных соединений.
Фиг. 35 и 36 показывают другую структуру взаимного соединения соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. Как показано, соединительная структура включает первый изогнутый соединитель 800а и второй изогнутый соединитель 800b. Каждый изогнутый соединитель 800а, 800b включает первую часть 810а, 810b, поперечную часть 815а, 815b и вторую часть 805а, 805b. В варианте реализации, показанном на фиг. 35 и 36, части 805а и 805b короче соответствующих частей соединителей, показанных, например, на фиг. 8, 10, и 11. Изогнутые соединители 800а и 800b могут быть соединены один с другим с применением плавкого элемента 1105, размещенного между поверхностями частей 805а и 805b. Плавкий элемент 1105 может быть оловянно-свинцовым припоем или подобным материалом, который плавится и/или испаряется при чрезмерно больших токах/высоких температурах, которые могут иметь место при отказе элемента 300а аккумуляторной батареи, элемента 300b аккумуляторной батареи и/или батарейного устройства, включающего элементы 300а и 300b аккумуляторной батареи. При этом толщина, ширина, длина и состав плавкого элемента 1105 выбираются таким образом, чтобы обеспечить электрическое разъединение изогнутых соединителей 800а и 800b, когда электрический ток и/или температура между ними превышает заданную критическую величину. Безопасность элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи, когда имеют место условия чрезмерного тока и/или температуры, улучшена посредством применения этой архитектуры взаимных соединений.
Соединители 800а, 800b могут также быть приспособлены к тому, что они отделяются один от другого, когда структура взаимного соединения подвергается воздействию чрезмерных усилий, которые могут иметь место, например, при ударе транспортного средства. Для этого каждая поперечная часть 815а, 815b включает суженную секцию 3505а и 3505b. Как показано, суженные секции 3505а и 3505b определяют открытые области 3520. Открытые области 3520 ослабляют структуру взаимного соединения, чтобы способствовать разъединению соединителей 800а и 800b при чрезмерных нагрузках. Каждая часть 805а и 805b может иметь ширину, которая является, по существу, такой же или иным образом соответствует ширине суженных секций 3505а и 3505b.
Фиг. 37 показывает другую структуру взаимного соединения соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. Эта структура взаимного соединения подобна структуре взаимного соединения, показанной на фиг. 36 и 37. Однако части 805а и 805b простираются по направлению к элементам 300а и 300b аккумуляторной батареи.
Фиг. 38 показывает другую структуру взаимного соединения соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. В этой структуре взаимного соединения первый изогнутый соединитель 3800а простирается от элемента 300а аккумуляторной батареи, в то время как второй изогнутый соединитель 3800b простирается от элемента 300b аккумуляторной батареи. Каждый соединитель 3800а, 3800b включает первую часть 3805а, 3805b, которая простирается от соответствующего элемента 300а, 300b аккумуляторной батареи и соединена с соответствующей второй частью 3810а, 3810b. Части 3810а и 3810b простираются одна к другой и наложены одна на другую в области соединения 3815. Части 3810а и 3810b могут быть приспособлены к отделению одной от другой при воздействии чрезмерных усилий, таких как те, что возникают в случае столкновения транспортного средства. Для этого одна или обе части 3810а и 3810b могут включать ослабляющую структуру. На фиг. 38 ослабляющая структура содержит суженные
секции 3820а и 3820b, сформированные на наложенных один на другой участках частей 3810а и 3810b. Суженные секции 3820а и 3820b могут быть образованы как дугообразные области, аналогично соединительным структурам, показанным на фиг. 35-37.
Фиг. 39 показывает другую структуру взаимного соединения соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. В этой структуре взаимного соединения первый изогнутый соединитель 3900а простирается от элемента 300а аккумуляторной батареи, в то время как второй изогнутый соединитель 3900b простирается от элемента 300b аккумуляторной батареи. Каждый соединитель 3900а, 3900b включает первую часть 3905а, 3905b, которая простирается от соответствующего элемента 300а, 300b аккумуляторной батареи и соединена с соответствующей второй частью 3910а, 3910b. Части 3910а и 3910b простираются в направлении одна к другой и соединены торец к торцу в области соединения 3915. Область соединения 3915 может включать в целом V-образную область, которая соединяет части 3810а и 3810b с применением материала, который плавится и/или испаряется при температурах, которые имеют место, когда ток, протекающий между элементами 300а и 300b, становится чрезмерно большим.
Материал в области соединения 3915 может быть, например, оловянным припоем или другим материалом, способным к механическому и электрическому соединению частей и вместе с тем к плавлению и/или испарению при желательной температуре чрезмерного тока. Каждая соединительная часть 3900а, 3900b может включать ослабляющую структуру, такую как канавка 920 на соединителе 900, показанном на фиг. 9.
Фиг. 40 и 41 иллюстрируют другие структуры взаимного соединения, включающие механически ослабленные области, которые разрывают электрическое соединение между элементами 300а и 300b в заданном месте при воздействии чрезмерных усилий, которые имеют место, например, при аварии/столкновении транспортного средства. На фиг. 40 соединитель 4005а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, в то время как соединитель 4005b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Поперечные части 4000а и 4000b заканчиваются соответствующими дугообразными участками 4010а и 4010b, которые соединены один с другим в области соединения 4015. Дугообразные области 4010а и 4010b достаточно прочны, чтобы обеспечивать механическое и электрическое соединение между соединителями 4005а и 4005b при нормальных рабочих условиях. Однако утонение этих областей материала создает ослабленную соединительную структуру, в которой соединение между поперечными элементами 4000а и 4000b разрывается при воздействии усилий, которые имеют место при аварии/столкновении транспортного средства.
На фиг. 41 соединитель 4105а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, в то время как соединитель 4100b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Поперечные части 4100а и 4100b наложены одна на другую в области 4110, в которой соединители 4105а и 4105b механически и электрически соединены один с другим. Каждая поперечная часть 4100а, 4100b включает соответствующую дугообразную область 4115а, 4115b, в которой материал, образующий поперечную часть, утонен. Поперечные части 4100а и 4100b совмещены таким образом, что дугообразные области 4115а и 4115b перекрывают одна другую в области соединения 4110. Результирующая структура обладает достаточной прочностью, чтобы способствовать механическому и электрическому соединению между соединителями 4105а и 4105b при нормальных рабочих условиях. Однако утонение материала в дугообразных областях 4115а и 4115b создает ослабленную соединительную структуру, в которой соединение между поперечными элементами 4100а и 4100b разрывается при воздействии усилий, которые имеют место при аварии/столкновении транспортного средства.
Фиг. 41А представляет собой вид поперечного сечения выводов 4100а и 4100b вдоль секущей 41А-41А на фиг. 41. На фиг. 41А, однако, многослойный зажим 4120 размещен таким образом, чтобы зажимать дугообразные области 4115а и 4115b. Зажим 4120 включает первый слой 4125 и второй слой 4130, имеющие разные характеристики термического расширения. В этом случае, первый слой 4125 может быть изоляционным материалом и иметь более высокий коэффициент термического расширения, чем второй слой 4130. При чрезмерном токе температура выводов 4100а и 4100b увеличивается. При увеличении температуры первый слой 4125 расширяется в большей степени по сравнению со вторым слоем 4130. Поскольку расширение первого слоя 4125 ограничивается вторым слоем 4130, то первый слой 4125 воздействует на утоненные участки материала в дугообразных областях 4115а и 4115b. В конце концов, если температура превышает заданную пороговую величину, соответствующую чрезмерному току, то первый слой 4125 прикладывает к дугообразным областям 4115а и 4115b усилие, достаточное для того, чтобы прервать соединение между выводами 4100а и 4100b.
Фиг. 42-46 показывают различные методы, посредством которых выводы 4200а и 4200b соседних элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи могут быть соединены один с другим. В каждом случае, выводы 4200а, 4200b соединены один с другим с применением электропроводного мостикового соединителя 4205. Мостиковый соединитель 4205 может иметь разную форму, включая, однако не ограничиваясь ими, U-образную форму, перевернутую U-образную форму, Z-образную форму, S-образную форму или любую другую форму с одним или более углами изгиба в интервале между примерно 0 и 180°. Мостико-вый соединитель 4205 может быть сформирован как однослойная металлическая структура, многослойная структура или в виде многослойной металлической фольги. Формирование мостикового соединителя
4205 в виде многослойной металлической фольги позволяет мостиковому соединителю 4205 дополнительно функционировать в качестве механического буфера, который поглощает энергию колебаний между выводами 4200а и 4200b, посредством чего увеличивается целостность общей конструкции соединения выводов.
Мостиковый соединитель 4205 может быть сформирован из единственного металлического материала, листов нескольких металлов с разными коэффициентами термического расширения и/или из сплава с памятью формы. Примеры материалов, имеющих разные коэффициенты термического расширения, которые могут быть применены в структуре из листов нескольких металлов, включают комбинацию листов Fe-Ni, комбинацию листов Fe-Cu и/или комбинацию сплавов с памятью формы/обычный металл. Сплавы с памятью формы, которые могут быть применены в мостиковом соединителе 4205, включают сплавы на основе Cu и/или сплавы на основе Fe. Эти сплавы включают, без ограничения, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni и/или Fe-Mn. Обычным металлом может являться, например, Cu, Al и/или Ni.
Мостиковый соединитель 4205 соединяет участки выводов 4200а и 4200b, обращенные один к другому. Эффективная поверхность сваривания мостикового соединителя 4205 и соответствующего вывода может составлять примерно 0,5-4 от площади поперечного сечения вывода. Припой, имеющий более низкую температуру плавления, чем металл соединителя и вывода, может быть размещен в месте соединения каждого конца мостикового соединителя 4205 и соответствующего вывода. Соединение между каждым выводом и мостиковым соединителем 4205 может быть сформировано холодной сваркой давлением, ультразвуковой сваркой, сваркой с припоем, стыковой сваркой оплавлением, сваркой трением, электрической контактной сваркой или т.п. Предпочтительно соединение формируют сваркой с припоем, при которой температура плавления сплава, применяемого в качестве припоя, составляет в интервале между примерно 150 и 250°С. Материалы, которые могут быть применены, включают Sn, Au-20% Sn, свинец-5% Sn, Ag-Sn и т.д.
Фиг. 42 показывает мостиковый соединитель 4205, имеющий перевернутую U-образную форму. В этом варианте реализации выводы 4200а и 4200b могут иметь общие характеристики выводов 800а и 800b, показанных на фиг. 10. Мостиковый соединитель 4205 может включать первую и вторую части 4210 и 4215, которые соединены одна с другой поперечным элементом 4220. Первая часть 4210 соединена с элементом 4225 вывода 4200а, в то время как вторая часть 4215 соединена с элементом 4230 вывода 4200b. Мостиковый соединитель 4205 может быть сформирован в виде многослойной мягкой металлической детали, например, из многослойной медной фольги. Если элементы 300а и/или 300b аккумуляторной батареи подвергаются воздействию внешних усилий, то поперечный элемент 4220 может поглощать генерируемые ударные нагрузки и защитить выводы от чрезмерного износа и повреждения.
Мостиковый соединитель 4205 может быть сформирован из сплава с памятью формы или биметаллического элемента. Если температура структуры взаимного соединения внезапно увеличивается вследствие, например, чрезмерного тока или другого аномального условия, сплав с памятью формы или биметаллический элемент может сжиматься в направлении, показанном стрелками 4235, чтобы вывести его из соприкосновения с каждым из выводов, когда припой между соединениями мостик/вывод плавится. В результате электрическое и механическое соединение между выводами 4200а и 4200b разрывается, предотвращая взрыв элементов аккумуляторной батареи и/или другие такие опасные последствия.
Сплавы с памятью формы, которые могут быть применены для изготовления мостикового соединителя 4205, включают металлические сплавы на основе Cu и/или металлические сплавы на основе Fe, такие как сплавы Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni или Fe-Mn-Si. В отношении структуры, показанной на фиг. 42, предполагается, что применен сплав Cu-Al-Ni. В таких случаях мостиковый соединитель 4205 может быть первоначально сформирован таким образом, что угол между каждой частью 4210 и 4215 и поперечным элементом 4220 составляет меньше 90°. При этом мостиковый соединитель 4205 может быть подвергнут высокотемпературной обработке в интервале примерно 300-1000°С в течение нескольких минут, чтобы придать эффект памяти. Мостиковый соединитель 4205 затем соединяется с выводами 4200а и 4200b в обычной позиции сборки. В этой позиции угол между каждой частью 4210 и 4215 составляет примерно 90° по отношению к поперечному элементу 4220. Сплав с памятью формы будет стремиться к восстановлению своей первоначальной формы, когда температура мостикового соединителя 4205 повышается до температуры, соответствующей чрезмерному току и/или другому аномальному условию работы элемента аккумуляторной батареи.
Фиг. 43 показывает мостиковый соединитель 4205, имеющий S-образную форму. В этом варианте реализации выводы 4200а и 4200b могут иметь общие характеристики выводов 800а и 800b, показанных на фиг. 10. Мостиковый соединитель 4205 может включать первую и вторую части 4305 и 4310, которые простираются в противоположных направлениях и соединены одна с другой поперечным элементом 4315. Первая часть 4305 соединена с элементом 4225 вывода 4200а, в то время как вторая часть 4310 соединена с элементом 4230 вывода 4200b. Как указано выше, мостиковый соединитель 4205 может быть сформирован из многослойной металлической фольги, биметаллического элемента и/или сплава с памятью формы. При формировании из сплава с памятью формы мостиковый соединитель 4205 может иметь первоначальную форму, которая соответствует форме, требуемой для отсоединения от выводов 4200а и 4200b при повышенных температурах, которые возникают при чрезмерном токе и/или других аномаль
ных условиях работы элемента аккумуляторной батареи.
Фиг. 44 показывает мостиковый соединитель 4205, имеющий перевернутую U-образную форму. В этом варианте реализации выводы 4200а и 4200b могут иметь общие характеристики выводов 800а и 800b, показанных на фиг. 10. Мостиковый соединитель 4205 может включать первую и вторую части 4405 и 4410, которые соединены одна с другой поперечным элементом 4415. Первая часть 4405 соединена с внешней поверхностью элемента 4225 вывода 4200а, в то время как вторая часть 4410 соединена с внешней поверхностью элемента 4230 вывода 4200b. Как указано выше, мостиковый соединитель 4205 может быть сформирован из многослойной металлической фольги, биметаллического элемента и/или сплава с памятью формы. При формировании из сплава с памятью формы мостиковый соединитель 4205 может иметь первоначальную форму, которая соответствует форме, требуемой для отсоединения от выводов 4200а и 4200b при повышенных температурах, которые возникают при чрезмерном токе и/или других аномальных условиях работы элемента аккумуляторной батареи. На фиг. 44 первоначальная форма может быть задана таким образом, что мостиковый соединитель 4205 расширяется в указанных стрелками 4420 направлениях при таких повышенных температурах.
Фиг. 45 показывает мостиковый соединитель 4205, имеющий многослойную структуру. В этом варианте реализации мостиковый соединитель 4205 включает первый слой 4505, который расположен с внутренней стороны частей 4225 и 4230, и второй слой 4510, который расположен с внутренней стороны первого слоя 4505 и имеет одинаковую с ним протяженность. Каждый слой 4505, 4510 имеет перевернутую U-образную форму. Слой 4510 может быть сформирован из обычного металла, в то время как слой 4505 может быть сформирован из сплава с памятью формы. Слой 4510 из обычного металла и слой 4505 из сплава с памятью формы могут быть соединены один с другим таким образом, что изменения формы слоя 4505 из сплава с памятью формы приводят к соответствующим изменениям формы слоя 4510 из обычного металла. Как таковой, мостиковый соединитель 4205 изменяет форму при повышенных температурах, которые возникают при чрезмерном токе и/или других аномальных условиях работы элемента аккумуляторной батареи. Это изменение формы вызывает отсоединение мостикового соединителя 4205 от выводов 4200а и 4200b.
Фиг. 46 показывает мостиковый соединитель 4205, имеющий многослойную структуру. В этом варианте реализации мостиковый соединитель 4205 включает первый слой 4605, который расположен с внешней стороны частей 4225 и 4230, и второй слой 4610, который расположен с внешней стороны первого слоя 4605 и имеет одинаковую с ним протяженность. Каждый слой 4505, 4510 имеет перевернутую U-образную форму. Слои 4610 и 4605 сформированы из металлов, имеющих разные коэффициенты термического расширения, и могут быть механически соединены один с другим таким образом, что изменение формы одного слоя будет приводить к соответствующему изменению формы другого слоя. Разность в коэффициентах термического расширения вызывает изменение формы мостикового соединителя 4205 при повышенных температурах, которые возникают при чрезмерном токе и/или других аномальных условиях работы элемента аккумуляторной батареи, посредством чего выводы 4200а и 4200b отсоединяются один от другого. Для того чтобы дополнительно гарантировать то, что выводы 4225 и 4230 электрически изолированы один от другого, когда мостиковый соединитель 4205 изменяет форму, может быть размещен изоляционный слой 4615 на концевом участке каждой из частей 4225 и 4230, прилегающих к мостиковому соединителю 4205.
Взаимные соединения элементов аккумуляторной батареи, такие как те, что показаны на фиг. 39, могут включать структуры защиты от чрезмерной температуры с помощью силы тяжести. Пример одной из таких структур показан на фиг. 47 и 48, при этом фиг. 47 является видом структуры сверху, а фиг. 48 видом структуры сбоку. Эти фигуры показывают ориентацию выводов, когда элементы аккумуляторной батареи повернуты на их боковые стороны таким образом, как это показано на фиг. 28А и 69 ниже.
В варианте реализации, показанном на фиг. 47 и 48, вывод 3900а электрически соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, в то время как вывод 3900b электрически соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Электропроводный блок 4705 соединен с концами каждого из выводов 3900а и 3900b с использованием соединительного материала 4710. Электропроводный блок 4705 простирается вдоль всей ширины 4805 соединителей 3900а и 3900b, а также вдоль всей толщины 4715. Соединительный материал 4710 может быть припоем на основе Sn, припоем на основе Bi или припоем на основе Zn, однако предпочтительным является припой на основе Sn. В одном из примеров припой может иметь толщину между примерно 0,3 и 1 мм и предпочтительно между примерно 0,5 и 0,8 мм. Температура плавления припоя может составлять между примерно 100 и 450°С. Если температура плавления слишком низкая, то структура взаимного соединения может быть нестабильной при обычных рабочих условиях. Если она слишком высокая, то температура плавления может не быть достигнута при аномальных условиях с чрезмерной температурой. Припой на основе Sn является предпочтительным, поскольку он имеет температуру плавления примерно 231,9°С.
Электропроводный блок 4705 может быть сформирован из металла с высокой плотностью, имеющего температуру плавления, которая на по меньшей мере примерно 50°С выше температуры плавления соединительного материала 4710. Таким образом, электропроводный блок 4705 может быть надежно соединен с выводами 3900а и 3900b с применением подходящего метода пайки. Такие методы могут
включать пайку с индукционным нагревом, пайку паяльником, пайку-сварку с контактным нагревом или подобные методы скрепления.
Как показано на фиг. 48, электропроводный блок 4705 может иметь трапецеидальную форму, в которой базовая часть 4810 расположена в нижней части соединительной структуры. Электропроводный блок 4705 подвергается воздействию силы тяжести в направлении, показанном стрелкой 4815. Если соединительная структура подвергается воздействию условий чрезмерной температуры, таких как те, что создаются при чрезмерном токе или другой аномальной работе батарейного устройства, то соединительный материал 4710 начинает плавиться. Когда соединительный материал плавится, электропроводный блок 4705 перемещается вниз в направлении 4815 под действием силы тяжести. В конечном счете, электропроводный блок 4705 выпадает из зацепления с выводами 3900а и 3900b, посредством чего разрывается электрическое и механическое соединение между ними.
Взаимные соединения элементов аккумуляторной батареи могут также включать структуры защиты от чрезмерной температуры с использованием электрических изоляторов, которые имеют такие пространственные размеры, чтобы расширять соединение между выводами, когда температура взаимного соединения становится чрезмерно высокой. Фиг. 49-51 иллюстрируют три варианта реализации таких взаимных соединений. На фиг. 49 выводы 4900а и 4900b соединены один с другим посредством соединительного материала 4710. Соединительный материал 4710 может быть припоем на основе Sn, припоем на основе Bi или припоем на основе Zn, однако предпочтительным является припой на основе Sn. В одном из примеров припой может иметь толщину между примерно 0,3 мм и 1 мм. Температура плавления припоя может составлять между примерно 100 и 450°С и предпочтительно составляет примерно 232°С. На стыке между выводами 4900а и 4900b размещен расширяющийся элемент 4905. Как показано, расширяющийся элемент 4905 может иметь круглое поперечное сечение, однако могут быть применены и другие формы поперечного сечения. Кроме того, расширяющийся элемент 4905 может быть сформирован из электроизоляционного материала с большим коэффициентом термического расширения. Помимо этого, материал, образующий расширяющийся элемент 4905, может иметь температуру плавления, которая в значительной степени превышает температуру плавления соединительного материала 4710.
Когда структура взаимного соединения подвергается воздействию чрезмерной температуры, соединительный материал 4710 начинает плавиться. Кроме того, расширяющийся элемент 4905 расширяется, разводя части 4910а и 4910b одну от другой. Характеристики соединительного материала 4710, расширяющегося элемента 4905 и промежуток между частями 4910а, 4910b таковы, что расширение расширяющегося элемента 4905 разводит части 4910а и 4910b одну от другой на расстояние, достаточное для того, чтобы преодолеть поверхностное натяжение расплавленного соединительного материала 4710. Соединительный материал 4710 вытекает из стыка между выводами и фактически разрывает электрическое соединение между элементами аккумуляторной батареи.
Взаимное соединение, показанное на фиг. 50, подобно тому, которое показано на фиг. 49. Принципиальная разница между ними заключается в форме выводов 5000а и 5000b. Более конкретно, выводы 5000а и 5000b включают простирающиеся внутрь части 5005а и 5005b, в противоположность простирающимся наружу частям 4910а и 4910b выводов 4900а и 4900b.
Структура взаимного соединения, показанная на фиг. 51, подобна тем, что показаны на обеих фиг. 49 и 50. Принципиальная разница между ними заключается в форме выводов. Более конкретно, взаимное соединение, показанное на фиг. 51, включает вывод 4900а, имеющий простирающуюся наружу часть 4910а, которая электрически соединена с простирающейся внутрь частью 5005b вывода 5000b. Электроизоляционный элемент 5105 может быть размещен между концом части 4910а вывода 4900а и поперечной частью 5110 вывода 5000. Электроизоляционный элемент 5105 способствует обеспечению того, что выводы 4900а и 5000b электрически отсоединяются один от другого, когда соединительный материал 4710 плавится и вытекает из стыка между частями 4910а и 5005b.
Как описано выше, структуры взаимного соединения могут включать соединительный материал между выводами, который плавится при чрезмерно высоких температурах, которые имеют место вследствие чрезмерного тока между элементами 300а и 300b аккумуляторной батареи. В дополнение к этому, или в качестве варианта, структуры взаимного соединения могут быть снабжены подструктурами, высвобождающими химикаты, которые взаимодействуют со стыком между выводами таким образом, что выводы механически и электрически отделяются один от другого при такой чрезмерно высокой температуре. Фиг. 52 и 53 показывают примеры этих подструктур применительно к структурам взаимного соединения, показанным на фиг. 40 и 41 соответственно.
На фиг. 52 соединитель 4005а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, в то время как соединитель 4005b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Поперечные части 4000а и 4000b заканчиваются соответствующими дугообразными участками 4010а и 4010b, которые соединены один с другим в области соединения 4015. Область соединения 4015 может включать соединительный материал, такой как припой. Дугообразные области 4010а и 4010b достаточно прочны, чтобы обеспечивать механическое и электрическое соединение между соединителями 4005а и 4005b при нормальных рабочих условиях. Однако утонение этих областей материала создает ослабленную соединительную структуру, в которой соединение между поперечными элементами 4000а и 4000b разрывается при воз- 14
действии усилий, которые имеют место при аварии/столкновении транспортного средства.
Один из вариантов реализации подструктуры, высвобождающей химикаты, которые взаимодействуют с областью соединения 4015, показан в общих чертах при обозначении как 5205. В этом варианте реализации подструктура 5205 включает внешнюю оболочку 5210, в которой размещен химически реак-ционноспособный материал 5215. Оболочка 5210 имеет в целом круглое поперечное сечение и приспособлена помещаться внутри дугообразных областей 4010а и 4010b. Другие формы поперечного сечения также могут быть использованы, в зависимости от конкретной конструкции применяемых выводов. Материал оболочки должен отвечать нескольким требованиям. Например, материал оболочки должен быть способен к связыванию с материалами частей 4005а и 4005b. Кроме того, материал оболочки не должен реагировать с химически реакционноспособным материалом 5215. Помимо этого, температура, при которой материал оболочки начинает плавиться, должна быть близка к температуре, создаваемой при чрезмерном токе. Материал оболочки может быть синтетической смолой, резиной, керамикой или т.п. Предпочтительно оболочка сформирована из пластика и/или резинового компаунда с температурой плавления между 100 и 350°С, в зависимости от требований в отношении чрезмерной температуры. Такие материалы могут включать РР, РЕ, ABS, РРО, PPS, PTFE и PEEK.
Химически реакционноспособный материал 5215 предпочтительно является жидкостью при температуре чрезмерного тока. Он может быть или не быть твердым при нормальных рабочих температурах. Например, он может быть раствором кислого или щелочного химиката, который реагирует с материалом в области соединения 4015. Предпочтительно химикат является щелочным химикатом, включая, например, NaOH.
При нормальных условиях температура частей 4000а и 4000b находится ниже температуры плавления любого материала в области 4015 взаимного соединения, а также ниже температуры плавления оболочки 5210 химически реакционноспособного элемента 5205. Когда температура увеличивается, вследствие, например, чрезмерного тока, оболочка 5210 начинает плавиться. Когда оболочка 5210 плавится, химически реакционноспособный материал 5215 высвобождается и соприкасается с материалами частей 4000а и 4000b, а также с любым материалом в области 4015 взаимного соединения. Высвобожденный химикат реагирует с материалом в области 4015 взаимного соединения, частью 4000а и/или частью 4000b. Реакция является разрушающей и приводит к электрическому разъединению частей 4000а и 4000b одной от другой.
На фиг. 53 соединитель 4105а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, в то время как соединитель 4100b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Поперечные части 4100а и 4100b наложены одна на другую в области 4110, в которой соединители 4105а и 4105b механически и электрически соединены один с другим. Каждая поперечная часть 4100а, 4100b включает соответствующую дугообразную область 4115а, 4115b, в которой материал, образующий поперечную часть, утонен. Поперечные части 4100а и 4100b совмещены таким образом, что дугообразные области 4115а и 4115b перекрывают одна другую в области соединения 4110. Результирующая структура обладает достаточной прочностью, чтобы способствовать механическому и электрическому соединению между соединителями 4105а и 4105b при нормальных рабочих условиях. Однако утонение материала в дугообразных областях 4115а и 4115b создает ослабленную соединительную структуру, в которой соединение между поперечными элементами 4100а и 4100b разрывается при воздействии усилий, которые имеют место при аварии/столкновении транспортного средства.
Как и на фиг. 52, структура взаимного соединения на фиг. 53 включает подструктуру 5205, которая может высвобождать химикаты, взаимодействующие с областью соединения 4110 при условиях чрезмерной температуры/чрезмерного тока. Подструктура 5205 включает внешнюю оболочку 5210, которая содержит химически реакционноспособный материал 5215. Оболочка 5210 может иметь в целом круглое поперечное сечение и приспособлена помещаться внутри дугообразных областей 4115а и 4115b. Действие подструктуры 5205 в отношении области 4110, по существу, аналогично действию, описанному в связи с фиг. 52.
Структуры взаимного соединения, показанные на фиг. 52 и 53, основаны на горизонтальном совмещении частей выводов, соединяющих элементы 300а и 300b батареи.
Следует, однако, принимать во внимание, что подструктура того типа, который в общих чертах показан как 5205, может быть применена при других ориентациях структуры взаимного соединения. При таких альтернативных ориентациях подструктура 5205 сконструирована и совмещена с выводами таким образом, что реакционноспособный материал 5215 высвобождается, прерывая электрическое соединение между выводами. Более того, подструктура 5205 может быть расположена лишь на одном из выводов, чтобы прерывать электрическое соединение между выводами.
Защита от чрезмерного тока может быть основана на удалении электропроводной жидкости между выводами элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. Более конкретно, электропроводная жидкость находится между выводами элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи при нормальных рабочих условиях, так что выводы электрически соединены один с другим, пропуская электрический ток. Электропроводная жидкость выводится из пространства между выводами элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи, когда температура выводов повышается, вследствие, например, чрезмерного тока или
другой неисправности устройства.
Фиг. 54 показывает один из вариантов реализации подструктуры защиты от чрезмерного тока, основанной на этом принципе. В этом варианте реализации вывод 5400а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи, а вывод 5400b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи. Выводы 5400а и 5400b механически отделены один от другого в области разделения 5403. Электрическое соединение между выводами 5400а и 5400b устанавливается с использованием подструктуры 5405 взаимного соединения. Подструктура 5405 взаимного соединения включает оболочку 5410, в которой удерживается жидкий проводник 5415. Жидкий проводник 5415 создает электрическое соединение между выводами 5400а и 5400b в области 5403. В качестве жидкого проводника 5415 могут быть применены металлы, металлические сплавы и электропроводные растворы. Предпочтительно жидким проводником 5415 является ртуть или сплав Na-K. Оболочка 5405 имеет в целом круглое поперечное сечение, однако могут быть применены и другие формы поперечного сечения, в зависимости от конкретной конструкции применяемых выводов. Материал оболочки может быть нереакционноспособным по отношению к жидкому проводнику 5415. Помимо этого, температура, при которой материал оболочки начинает плавиться, должна быть близка к температуре, создаваемой при чрезмерном токе. Материал оболочки может быть синтетической смолой, резиной, керамикой или т.п. Предпочтительно оболочка сформирована из пластика и/или резинового компаунда с температурой плавления между 100 и 350°С, в зависимости от требований в отношении чрезмерной температуры. Такие материалы могут включать РР, РЕ, ABS, РРО, PPS, PTFE и
PEEK.
При нормальных условиях температура частей 5400а и 5400b ниже температуры плавления оболочки 5410, и жидкий проводник 5415 удерживается в области 5403, способствуя протеканию тока между выводами 5400а и 5400b. Когда температура увеличивается, вследствие, например, чрезмерного тока, оболочка 5410 начинает плавиться. Когда оболочка 5410 плавится, жидкий проводник 5415 высвобождается из оболочки 5410 и открытой круглой области 5403. Дальнейшее протекание тока между элементами 300а и 300b батареи через выводы 5400а и 5400b при этом прекращается.
Фиг. 55-57В показывают другой вариант реализации структуры взаимного соединения, в которой защита от чрезмерного тока основана на удалении электропроводной жидкости между выводами элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. В этом варианте реализации подструктура защиты от чрезмерного тока, показанная в общем виде как 5500, выполнена с возможностью функционировать вместе с выводами, которые простираются горизонтально от каждого элемента аккумуляторной батареи. Как показано, вывод 5400а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи и простирается в горизонтальном направлении от него. Вывод 5400b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи и простирается в горизонтальном направлении от него. Каждый вывод 5400а и 5400b простирается от соответствующего элемента батареи в проводящую камеру 5505 подструктуры 5500 защиты от чрезмерного тока. Под проводящей камерой 5505 расположена сточная камера 5510. Проводящая камера 5505 и сточная камера 5510 изготовлены из изолирующего материала, такого как пластик, резина, керамика или т.п. При нормальной работе батарейного устройства проводящая камера 5505 и сточная камера 5510 уплотнены таким образом, чтобы предотвратить утечку из одной камеры в другую.
Подструктура 5500 защиты может быть собрана целым рядом различных способов. Фиг. 56 показывает один из таких способов. На фиг. 56 подструктура 5500 сформирована из двух частей 5600а и 5600b. Часть 5600а соединена с выводом 5400а и уплотнена вместе с ним. Часть 5600b соединена с выводом 5400b и уплотнена вместе с ним. Каждая часть 5600а и 5600b включает половину проводящей камеры 5505 и половину сточной камеры 5510. Части 5600а и 5600b могут быть соединены одна с другой с применением термоплавкого герметика, соединения резиной, соединения клеем, сварного соединения или т.п. Части 5600а и 5600b могут быть уплотнены вместе с соответствующими выводами 5400а и 5400b с применением литьевого формования, термоплавкого герметика, соединения клеем, герметизации проникающими агентами или т.п. Метод, применяемый для соединения частей одной с другой и с выводами, должен быть достаточно эффективным, чтобы предотвратить утечку какой-либо жидкости из проводящей камеры 5505 или сточной камеры 5510.
Фиг. 57А и 57В являются видами поперечного сечения подструктуры 5500 защиты при нормальной работе батарейного устройства. При нормальной работе жидкий проводник 5415 описанного выше типа содержится внутри проводящей камеры 5505 и создает электрическое соединение между выводом 5400а и выводом 5400b. Жидкий проводник 5415 может быть введен в проводящую камеру 5505 через отверстие 5515, расположенное в верхней части проводящей камеры 5505. После заполнения проводящей камеры 5505 требуемым количеством жидкого проводника 5415 отверстие 5515 может быть закрыто пробкой или уплотнением другого типа.
Проводящая камера 5505 отделена от сточной камеры 5510, чтобы предотвратить утечку жидкого проводника 5415 из проводящей камеры 5505 в сточную камеру 5510. Фиг. 57В показывает один из методов отделения проводящей камеры 5505 от сточной камеры 5510. В этом примере проводящая камера 5505 заканчивается нижней стенкой 5705, которая отделяет проводящую камеру 5505 от сточной камеры 5510. Нижняя стенка 5705 камеры включает проточное отверстие 5715, которое в обычном состоянии герметизировано разделительным элементом 5720. Разделительный элемент 5720 может быть изготовлен
из пластикового и/или резинового материала, имеющего температуру плавления между примерно 100 и 350°С, в зависимости от желательной температуры, при которой должна быть активирована защита от чрезмерного тока. Подходящие материалы включают, например, РР, РЕ, ABS, РРО, PPS, PTFE и/или
PEEK.
При чрезмерном токе/отказе батареи температура жидкого проводника 5415 будет увеличиваться. Когда температура достигает температуры плавления разделительного элемента 5720, разделительный элемент 5720 не будет обеспечивать отделение проводящей камеры 5505 от сточной камеры 5510. Жидкий проводник 5415 будет протекать из проводящей камеры 5505 в сточную камеру 5510 через проточное отверстие 5715. Протекание может происходить под действием силы тяжести и/или под действием усилия, создаваемого повышенным давлением в проводящей камере 5505 (например, усилия, создаваемого вследствие повышенной температуры жидкого проводника 5415 при чрезмерном токе). Когда жидкий проводник 5415 выпускается из проводящей камеры 5505, он будет создавать состояние с разомкнутой цепью между выводами 5400а и 5400b. Для того чтобы весь жидкий проводник 5415 был выпущен из проводящей камеры 5505, объем сточной камеры 5510 должен быть, по меньшей мере, равен или больше объема проводящей камеры 5505.
Подструктура 5500 защиты легко может быть изготовлена и простым образом отремонтирована/использована повторно.
Посредством сбора жидкого проводника 5415 в сточной камере 5510 возможно его повторное применение в отремонтированной или новой подструктуре 5500 защиты. Это особенно полезно, если жидкий проводник 5415 вреден для окружающей среды. В дополнение к этому, подструктура 5500 защиты может быть легко отремонтирована направлением жидкого проводника 5415 назад в проводящую камеру 5505 и заменой уплотнительного элемента 5720.
Фиг. 58-60 показывают еще один вариант реализации структуры взаимного соединения, в которой защита от чрезмерного тока основана на удалении электропроводной жидкости между выводами элементов 300а и 300b аккумуляторной батареи. В этом варианте реализации подструктура защиты от чрезмерного тока, показанная в общем виде как 5800, выполнена с возможностью функционировать вместе с выводами, которые простираются горизонтально от каждого элемента аккумуляторной батареи. Как показано, вывод 5800а соединен с элементом 300а аккумуляторной батареи и простирается в вертикальном направлении от него. Вывод 5800b соединен с элементом 300b аккумуляторной батареи и простирается в вертикальном направлении от него. Каждый вывод 5800а и 5800b простирается от соответствующего элемента батареи в проводящую камеру 5805 подструктуры 5800 защиты от чрезмерного тока. Под проводящей камерой 5805 расположена сточная камера 5810. Проводящая камера 5805 и сточная камера 5810 изготовлены из непроводящего материала, такого как пластик, резина, керамика или т.п. При нормальной работе батарейного устройства проводящая камера 5805 и сточная камера 5810 уплотнены таким образом, чтобы предотвратить утечку из одной камеры в другую.
Подструктура 5800 защиты может быть собрана целым рядом различных способов. Фиг. 59 показывает один из таких способов. На фиг. 59 подструктура 5800 сформирована из двух частей 5900а и 5900b. Часть 5900а соединена с выводом 5900а и уплотнена вместе с ним. Часть 5900b соединена с выводом 5800b и уплотнена вместе с ним. Каждая часть 5900а и 5900b включает половину проводящей камеры 5805 и половину сточной камеры 5810. Части 5900а и 5900b могут быть соединены одна с другой с применением термоплавкого герметика, соединения резиной, соединения клеем, сварного соединения или т.п. Кроме того, части 5900а и 5900b могут быть уплотнены вместе с соответствующими выводами 5800а и 5800b с применением литьевого формования, термоплавкого герметика, соединения клеем, герметизации проникающим агентом или т.п. Методы, применяемые для соединения частей одной с другой и с выводами, должны быть достаточно эффективными, чтобы предотвратить утечку жидкости из проводящей камеры 5805 или сточной камеры 5810.
Фиг. 60 представляет собой вид поперечного сечения подструктуры 5800 защиты. При нормальной работе жидкий проводник 5415 описанного выше типа содержится внутри проводящей камеры 5805 и создает электрическое соединение между выводом 5800а и выводом 5800b. Жидкий проводник 5415 может быть введен в проводящую камеру 5805 через отверстие 5815, расположенное в верхней части проводящей камеры 5805. После заполнения проводящей камеры 5805 требуемым количеством жидкого проводника 5415 отверстие 5815 может быть закрыто пробкой или уплотнением другого типа.
Проводящая камера 5805 отделена от сточной камеры 5810, чтобы предотвратить утечку жидкого проводника 5415 из проводящей камеры 5805 в сточную камеру 5810. На фиг. 60 проводящая камера 5805 заканчивается нижней стенкой 6005, которая отделяет проводящую камеру 5805 от сточной камеры 5810. Нижняя стенка 6005 камеры включает проточное отверстие 6015, которое в обычном состоянии герметизировано разделительным элементом 6020. Разделительный элемент 6020 может быть изготовлен из пластикового и/или резинового материала, имеющего температуру плавления между примерно 100°С и 350°С, в зависимости от желательной температуры, при которой должна быть активирована защита от чрезмерного тока. Подходящие материалы включают, например, РР, РЕ, ABS, PPO, PPS, PTFE и/или
PEEK.
При чрезмерном токе/отказе батареи температура жидкого проводника 5415 будет увеличиваться.
Когда температура достигает температуры плавления разделительного элемента 6020, разделительный элемент 6020 не будет обеспечивать отделение проводящей камеры 5805 от сточной камеры 5810. Жидкий проводник 5415 будет протекать из проводящей камеры 5805 в сточную камеру 5810 через проточное отверстие 6015. Протекание может происходить под действием силы тяжести и/или под действием усилия, создаваемого повышенным давлением в проводящей камере 5805 (например, усилия, создаваемого вследствие повышенной температуры жидкого проводника 5415 при чрезмерном токе). Когда жидкий проводник 5415 выпускается из проводящей камеры 5805, он будет создавать состояние с разомкнутой цепью между выводами 5800а и 5800b. Для того чтобы весь жидкий проводник 5415 был выпущен из проводящей камеры 5805, объем сточной камеры 5810 должен быть, по меньшей мере, равен или больше объема проводящей камеры 5805.
Фиг. 12 и 13 показывают соединительную структуру 1200, которая может быть применена для приведения сердцевины элемента 300 аккумуляторной батареи к оптимальной рабочей температуре, когда температура окружающей среды падает ниже заданной пороговой величины. Соединительная структура 1200 включает нагревательный элемент 1205, такой как керамический нагреватель, который закреплен на изогнутом соединителе 800. Между изогнутым соединителем 800 и нагревательным элементом 1205 размещен слой теплопроводного материала 1210. Нагревательный элемент 1205 может иметь L-образное поперечное сечение и иметь такие размеры, чтобы соответствовать поверхности изогнутого соединителя 800, противоположной поверхности, используемой для установления электрического соединения с соседним элементом аккумуляторной батареи. Слой 1210 может быть сформирован из материала, такого как теплопроводная резина, который служит в качестве теплопроводного элемента, электрического изолятора и/или в качестве клея между нагревательным элементом 1205 и изогнутым соединителем 800. В дополнение к этому, или в качестве варианта, изогнутый соединитель 800 и нагревательный элемент 1205 могут быть соединены один с другим с применением механического крепежного приспособления, которое выполнено из электроизоляционного материала, такого как РА66.
Фиг. 13 показывает устройство, которое может быть применено для повышения температуры сердцевины элемента 300 аккумуляторной батареи, когда температурные условия указывают, что сердцевина находится при заданной пороговой температуре или может опуститься ниже ее. Как показано, устройство включает в себя датчик температуры 1305, который размещен так, чтобы контролировать температуру, связанную с потребностью сердцевины в нагревании. Датчик температуры 1305 может быть размещен так, чтобы контролировать температуру окружающей среды транспортного средства, температуру окружающей среды батарейного устройства, температуру элемента 300 аккумуляторной батареи и/или другую желательную температуру. Информация о температуре предоставляется системе управления 1310. Система управления 1310 использует информацию от датчика температуры, чтобы определять, когда определяемая датчиком 1305 температура опускается ниже заданной пороговой величины. Если это происходит, то система управления 1310 направляет электрическую мощность в нагревательный элемент 1205. Электрическая мощность может быть обеспечена генератором, связанным с газовым двигателем транспортного средства, и/или батарейной энергосистемой. Нагревательный элемент 1205 реагирует на подаваемую электрическую мощность выделением тепла, которое передается через слой 1210 к изогнутому соединителю 800. Изогнутый соединитель 800, в свою очередь, действует в качестве теплопроводного элемента, который передает тепло во внутреннее пространство элемента 300 аккумуляторной батареи, тем самым повышая температуру намотанной сердцевины 200.
Фиг. 14А показывает один из методов соединения структуры 1450 с несколькими сердцевинами элемента 300 аккумуляторной батареи с изогнутым соединителем 800. В этом варианте реализации структура 1450 с несколькими сердцевинами включает три отдельных сердцевины, каждая из которых сконструирована таким же образом, что и сердцевина 200. Для простоты показан лишь один конец элемента 300 аккумуляторной батареи, хотя такая же базовая структура может быть применена для соединения противоположного конца структуры 1450 с несколькими сердцевинами с соответствующим концевым соединителем 800.
На фиг. 14А структура 1450 с несколькими сердцевинами размещена внутри прямоугольной защитной оболочки 305. Узел концевой крышки 335 соединен с отверстием на конце оболочки 305 и герметизирует его. Прокладка 1405, сформированная из электроизоляционного материала, размещена внутри оболочки 305 и расположена между концом структуры 1450 с несколькими сердцевинами и узлом концевой крышки 335. Изогнутый соединитель 800 простирается во внутреннее пространство оболочки 305 батареи через узел концевой крышки 335 таким образом, что он смещен от средней линии, проходящей в продольном направлении через оболочку 305.
Вид сверху прокладки 1405 показан на фиг. 15. Прокладка 1405 имеет три отверстия 1505, 1510 и 1515. Каждое отверстие определено соответствующим набором контурных элементов, расположенных на каждой стороне отверстия. Отверстие 1505 определено контурными элементами 1520 и 1525, отверстие 1510 -контурными элементами 1525 и 1530, а отверстие 1515 контурными элементами 1530 и 1535. Каждый контурный элемент включает закругленную поверхность на стороне, ближайшей к намотанной сердцевине 200, и соответствующую плоскую поверхность, противоположную закругленной поверхности.
Контурные элементы 1525 и 1530 расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что отверстие 1510 больше отверстий 1515 и 1520. В результате, плоская поверхность контурного элемента 1525 расположена таким образом, чтобы способствовать защите сердцевины 200 в случае, если изогнутый соединитель 800 смещается к сердцевине 200 под воздействием чрезмерных усилий, которые могут иметь место при столкновении транспортного средства.
Со ссылкой снова на фиг. 14А, полоски 1415 токосъемника простираются от анода (или катода) каждой сердцевины 200 структуры 1450 с несколькими сердцевинами. Каждая полоска 1415 токосъемника может быть сформирована из одного или более слоев фольги, таких как слои фольги, образующие слои подложки анода (или катода) каждой сердцевины 200. Хотя каждая полоска 1415 токосъемника показана в виде единственного слоя фольги, каждая полоска 1415 токосъемника может быть также сформирована из нескольких слоев фольги, которые сгруппированы один с другим, когда они простираются от анода (или катода) каждой сердцевины 200 структуры 1450 с несколькими сердцевинами. На фиг. 14А имеются три полоски 1415а, 1415b и 1415с токосъемника, которые простираются от анода (или катода) соответствующей сердцевины 200 структуры 1450 с несколькими сердцевинами. Эти полоски токосъемника простираются через соответствующие отверстия 1505, 1510 и 1515 и в полость 1420 прокладки 1405. Внутри полости 1420 каждая полоска 1415а, 1415b и 1415с токосъемника электрически и механически соединена с соответствующей гибкой соединительной фольгой 1425а, 1425b и 1425с. Различные методы соединения, которые могут быть применены для соединения структур, включают, без ограничения, ультразвуковую сварку, электрическую контактную сварку, лазерную сварку и/или другой метод соединения.
Как показано на фиг. 14А, соединительные фольги 1425а, 1425b и 1425с изогнуты внутри полости 1420, чтобы быть соединенными с общей стороной изогнутого соединителя 800. Соединительные фольги 1425b и 1425с изогнуты внутри первой стороны полости 1420, в то время как соединительная фольга 1425а изогнута внутри второй стороны полости 1420. Первая сторона полости 1420 больше второй стороны полости 1420 вследствие смещения соединителя 800 по отношению к продольной средней линии оболочки 305. Следовательно, соединительные фольги 1425b и 1425с имеют больше пространства, в котором они могут быть изогнуты для присоединения к соединителю 800, чем соединительная фольга 1425а. Углы, под которыми изогнуты соединительные фольги 1425b и 1425с, являются поэтому сравнительно плавными. Плавные углы изгиба более желательны по сравнению с резкими углами изгиба и в менее вероятной степени приводят к разрыву соответствующей соединительной фольги. Однако соединительная фольга 1425а расположена в меньшей части полости 1420. В этом случае для соединительной фольги 1425а может потребоваться более резкий угол изгиба, чтобы изогнуть фольгу для соединения с соединителем 800. Резкие углы изгиба подвергаются значительной механической и термической усталости и могут привести к разрыву соединительной фольги 1425а.
Для того чтобы сделать конфигурацию изгиба соединительной фольги 1425а более надежной, с соединительной фольгой 1425а связан кольцевой направляющий элемент 1430. Кольцевой направляющий элемент 1430 включает соединительную часть 1435 и закругленную часть 1440. Соединительная часть 1435 связана с соединительной фольгой 1425а с внешней стороны ее соединения с другими соединительными фольгами 1425b и 1425с. Закругленная часть 1440 имеет форму и диаметр для изгибания соединительной фольги 1425а с плавным углом изгиба, когда она сближается с изогнутым соединителем 800, в результате чего повышается надежность соединительной фольги 1425а. Кроме того, кольцевой направляющий элемент 1430 может иметь такие размеры, чтобы оказывать прижимное усилие на полоску 1415а токосъемника и соединительную фольгу 1425а по направлению к боковой стенке прокладки 1405. Вследствие этого, полоска 1415а токосъемника и соединительная фольга 1425а не претерпевают такое значительное перемещение, как это может иметь место в противном случае, когда элемент 300 аккумуляторной батареи подвергается вибрации. Аналогичным образом, длины соединительных фольг 1425b и 1425с могут быть выбраны таким образом, чтобы соответствующая конфигурация изгиба ограничивала вибрацию этих компонентов внутри камеры 1420. Надежность и безопасность элемента 300 аккумуляторной батареи увеличивается в случае таких структур.
Применение кольцевого направляющего элемента 1430 может быть расширено до узлов, имеющих более трех соединительных фольг, а также узлов, имеющих менее трех соединительных фольг.
В каждом случае, кольцевой направляющий элемент 1430 предпочтительно прикреплен к соединительной фольге, которая изгибается на стороне, на которой она соединена с изогнутым соединителем 800, в противоположность соединительной фольге, которая изогнута ниже и вокруг изогнутого соединителя 800 для соединения. Кроме того, дополнительные кольцевые направляющие элементы могут быть скреплены с соединительными фольгами 1425b и 1425с, чтобы предотвратить ненужное изгибание также и этих соединительных фольг.
Фиг. 14В показывает один из методов соединения сердцевины элемента 300 аккумуляторной батареи с изогнутым соединителем 800. В этом варианте реализации применяется лишь одна единственная сердцевина 200. Соответственно, лишь один токосъемник 1415 простирается от сердцевины 200 для электрического соединения с изогнутым соединителем 800. Чтобы уменьшить резкость углов, образуемых в соединительной фольге 1425 для достижения изогнутого соединителя 800, токосъемник 1415 пропущен через отверстие 1515, которое расположено дальше всех от изогнутого соединителя 800. Во всех
других отношениях концевая крышка 300 по фиг. 14В является такой же, что и крышка, показанная на фиг. 14А.
Прокладка 1405 может включать язычки 1410, которые сцепляются с соответствующими углублениями в защитной оболочке 305. Язычки 1410 могут быть использованы, чтобы закрепить прокладку 1405 в оболочке 305. В дополнение к этому или в качестве варианта, прокладка 1405 может быть закреплена внутри защитной оболочки 305 посредством сварки, одного или более механических крепежных приспособлений, клея или другого механизма соединения.
Прокладка 1405 способствует защите сердцевины 200 несколькими различными способами. Например, часть прокладки 1405, прилегающая к сердцевине 200, помогает поддерживать сердцевину 200 в надлежащем продольном положении во внутреннем пространстве защитной оболочки 305. Смещение контурного элемента 1525 способствует предотвращению соприкосновению соединителя 800 и соединений с их боковой стороны с сердцевиной 200 во время аварии или механического повреждения. Сужение отверстий, обеспечиваемых контурными элементами 1520, 1525, 1530 и 1535, помогает направлять токосъемники 1415а, 1415b и 1415с в камеру 1420 во время изготовления элемента 300 аккумуляторной батареи. Кроме того, прокладка 1405 способствует увеличению жесткости защитной оболочки 305, чтобы обеспечить повышенную степень защиты намотанной сердцевине 200.
Фиг. 16 и 17 показывают один из методов уплотнения конца защитной оболочки 305 узлом концевой крышки 325. Фиг. 16 представляет вид сечения в поперечном разрезе узла концевой крышки 325, а фиг. 17 представляет вид сечения в продольном разрезе узла концевой крышки 325.
Узел концевой крышки 325 включает покровную пластину/концевую крышку 1605, полый держатель 1610, соединитель 800 и уплотнительный материал 1615. Для того чтобы изготовить узел концевой крышки 325, покровную пластину 1605 и полый держатель 1610 сваривают друг с другом с образованием цельной структуры. Без ограничения, операция сварки может включать в себя лазерную сварку, арго-нодуговую сварку и другие методы сварки. Покровная пластина 1605 и полый держатель 1610 могут быть изготовлены из нержавеющей стали. После сварки покровной пластины 1605 и полого держателя 1610 одной с другим они могут быть размещены на соединителе 800, который простирается из внутренней части элемента аккумуляторной батареи к внешней части (наружу). Узел концевой крышки 325 включает покровную пластину 1605, полый держатель 1610, соединитель 800 и уплотнительный материал 1615. Для того чтобы изготовить узел концевой крышки 325, покровную пластину 1605 и полый держатель 1610 сваривают одну с другим с образованием цельной структуры. Без ограничения, операция сварки может включать в себя лазерную сварку, аргонодуговую сварку и другие методы сварки. Технологическими операциями, которые имеют место после того, как покровная пластина 1605 и полый держатель 1610 сварены одна с другим, являются операциями без интенсивного нагрева. Следовательно, вероятность того, что другие компоненты элемента аккумуляторной батареи получат повреждение при изготовлении узла концевой крышки 325, уменьшается.
Покровная пластина 1605 и полый держатель 1610 могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Перед дальнейшей обработкой поверхности покровной пластины 1605, полого держателя 1610 и соединителя 800, которые будут соприкасаться с уплотнительным материалом 1615, могут быть отшлифованы, чтобы увеличить адгезию между этими компонентами и уплотнительным материалом 1615.
Со ссылкой на фиг. 16 и 17, соединитель 800 включает верхние каналы 1620, расположенные на противоположных сторонах соединителя 800, и нижние каналы 1625, расположенные на противоположных сторонах соединителя 800. Верхние и нижние каналы 1620 и 1625 простираются, по существу, вдоль длины соединителя 800. Каналы 1620 расположены таким образом, что они в целом совпадают с простирающимися внутрь выступами 1630 полого держателя 1610.
Соединитель 800 также включает множество сквозных отверстий 1635, которые простираются полностью через всю ширину соединителя. Как показано на фиг. 16, сквозные отверстия 1635 расположены рядом с другим набором простирающихся внутрь выступов 1640 полого держателя 1610. Как показано на фиг. 17, сквозные отверстия 1635 могут быть расположены в разных положениях по длине соединителя 800 и между каналами 1620 и 1625.
После того как покровная пластина 1605 и полый держатель 1610 были сварены друг с другом, соединитель 800 направляют в его желательное положение во внутреннем канале полого держателя 1610 и нагнетают уплотнительный материал 1615 в промежуточные области между соединителем 800, полым держателем 1610 и покровной пластиной 1605. Уплотнительный материал нагнетают под высоким давлением, чтобы заполнить каналы 1620, 1625, сквозные отверстия 1635, а также области вокруг простирающихся внутрь выступов 1630 и 1640.
Уплотнительный материал 1615 может быть пластиком (например, PFA, PES, PPS, модифицированным РР и т.п.), резиновым компаундом, смолой (например, эпоксидной смолой, модифицированной фенолальдегидом эпоксидной смолой и т.п.), клейкой смолой (например, двухкомпонентной эпоксидной, термоплавкой смолой и т.п.). Уплотнительный материал 1615 должен являться электрическим изолятором и быть стойким к воздействию электролита и хлористо-водородной кислоты. Кроме того, уплотни-тельный материал 1615 должен быть способным связываться с различными металлами, применяемыми для изготовления соединителя 800, полого держателя 1610 и покровной пластины 1605 (например, ме
дью, алюминием, нержавеющей сталью и другими металлами).
Уплотнительный материал 1615 простирается за пределы верхней части полого держателя 1610. Более конкретно, уплотнительный материал 1615 заполняет внутреннее пространство между полым держателем 1610 и соединителем 800 и охватывает внешнюю сторону полого держателя 1610, образуя защитный фланец 1645. Защитный фланец 1645 также улучшает целостность уплотнения. Кроме того, защитный фланец 1645 может в некоторой степени поглощать вибрационные и ударные усилия, которые в противном случае воздействовали бы на соединитель 800.
Как показано на фиг. 61, узел концевой крышки 325 может включать также дополнительный защитный покров 6105, который в целом соответствует самым внешним частям других элементов узла концевой крышки 325. В проиллюстрированном варианте реализации защитный покров 6105 включает первую часть 6115, которая простирается вдоль и соответствует внешней поверхности покровной пластины 1605. Покровная пластина 1605 может включать фланец 6120 покровной пластины, который сцеплен с соответствующим фланцем 6125 первой части 6115. Защитный покров 6105 также включает вторую часть 6110, которая простирается под углом, например, примерно 90° относительно первой части 6115. Вторая часть 6110 простирается вокруг и соответствует внешней поверхности полого держателя 1610 и защитного фланца 1645 и заканчивается отверстием 6130, через которое выступает вывод 800. Предпочтительно вторая часть 6110 уплотнена вместе с выводом 800 у отверстия 6130. Кроме того, вторая часть 6110 включает внутренний фланец 6140, который сцеплен с защитным фланцем 1645. Область второй части 6110 ниже внутреннего фланца 6140 может иметь такие размеры, что защитный фланец 1645 прикладывает усилие к защитному покрову 6105, чтобы способствовать закреплению защитного покрова 6105 на покровной пластине 1605.
Защитный покров 6105 может быть сформирован из электроизоляционного материала. Например, защитный покров 6105 может быть сформирован из пластика (например, PFA, PES, модифицированного РР или т.п.), резины (например, на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), бутадиен-стирольного каучука или т.п.), смолы (эпоксидной смолы, модифицированной фено-лальдегидом эпоксидной смолы или т.п.). Такие материалы являются изоляторами, они огнестойки и трудно деградируют под действием электролита элемента аккумуляторной батареи. Посредством формирования защитного покрова 6105 с применением электроизоляционных материалов уменьшается и/или устраняется вероятность коротких замыканий, обусловленных физической деформацией (например, при столкновении/аварии транспортного средства) соединителя 800 по отношению к покровной пластине 1605. Аналогичным образом, защитный покров 6105 может простираться вокруг краевых участков покровной пластины 1605, чтобы избежать нежелательного электрического контакта между элементом аккумуляторной батареи и другими структурами батарейного устройства.
Защитный покров 6105 может быть сформирован как цельная структура или составная структура. Фиг. 62 и 63 иллюстрируют составные структуры защитного покрова, в то время как фиг. 64 иллюстрирует цельную структуру защитного покрова.
На фиг. 62 защитный покров 6105 сформирован из двух отдельных половин 6200а и 6200b защитного покрова. Каждая половина 6200а и 6200b включает соответствующую первую часть 6115а, 6115b, которая имеет такие размеры, что простирается вдоль и соответствует внешней поверхности покровной пластины 1605. Каждая половина 6200а и 6200b также включает соответствующий фланец 6125а, 6125b, который сцеплен с соответствующим фланцем 6120 покровной пластины. Вторые части 6110a, 6110b простираются под углом, например, примерно 90° относительно первых частей 6115а, 6115b. Вторые части 6110а, 6110b имеют такие размеры, что простираются вокруг и соответствуют внешней поверхности полого держателя 1610 и защитного фланца 1645. Отверстия 6130а, 6130b сформированы через каждую половину 6200а, 6200b и имеют такие размеры, что позволяют выводу 800 выступать через них. Вторые части 6110а, 6110b включают внутренние фланцы 6140а, 6140b, которые соединены с защитным фланцем 1645. Защитный фланец 1645 может прилагать усилие к внутренним фланцам 6140а, 6140b, чтобы способствовать закреплению защитного покрова 6105 на покровной пластине 1605.
Половины 6200а, 6200b защитного покрова соединены одна с другой с использованием сопрягаемых структур. На фиг. 62 половина 6200а включает прямоугольный выступ 6205а, который имеет такие размеры, чтобы входить в прямоугольное отверстие 6205b половины 6200b. При наложении защитного покрова 6105 на узел концевой крышки 325, половины 6200а и 6200b могут быть направлены в боковых направлениях одна к другой таким образом, что внутренние фланцы 6140а и 6140b зацепляются с нижней стороной защитного фланца 1645. Одновременно с этим, сопрягаемые структуры 6205а и 6205b направляют одна к другой, пока они не будут по существу или полностью сцеплены. В зависимости от размеров и параметров защитного покрова 6105, перед сборкой на внешнюю поверхность каждой из сопрягаемых структур 6205а и 6205b может быть нанесен связующий агент, чтобы увеличить общую целостность защитного покрова 6105. Могут быть также использованы другие методы связывания.
Сопрягаемые структуры могут иметь разные формы. На фиг. 63 половина 6200а включает овальный выступ 6305а, который имеет такие размеры, чтобы сцепляться с соответствующим овальным отверстием 6305b половины 6200b. Могут быть также использованы другие формы сопрягаемых структур (например, треугольные, трапецеидальные или т.п.).
На фиг. 64 защитный покров 6105 сформирован как одиночная цельная структура. При изготовлении таким образом материал защитного покрова предпочтительно обладает высокой эластичностью, чтобы защитный покров мог быть наложен на узел концевой крышки 325 вокруг вывода 800.
Защитный покров 6105 может включать средство визуальной индикации, указывающие характеристики элемента аккумуляторной батареи/вывода. В защитных покровах, показанных на фиг. 62-64, предусмотрен визуальный индикатор 6215 полярности, чтобы идентифицировать соответствующий вывод как катодный вывод или анодный вывод. Индикатор 6215 в качестве примера идентифицирует соответствующий вывод 800 как катодный вывод.
Со ссылкой на фиг. 17, узел концевой крышки 325 включает выдувное отверстие 1800. Выдувное отверстие 1800 предназначено для предотвращения катастрофического разрыва элемента 300 аккумуляторной батареи в случае, если внутреннее давление элемента 300 аккумуляторной батареи достигает опасного уровня. Если это давление не сбрасывается, то элемент 300 аккумуляторной батареи может взорваться. На каждой из фиг. 62-64 защитный покров 6105 включает вентиляционное отверстие 6210, которое расположено над выдувным отверстием 1800 таким образом, что защитный покров не препятствует высвобождению газов и/или других материалов из выдувного отверстия 1800.
Фиг. 18 показывает один из вариантов реализации выдувного узла 1800, который может быть использован на узле концевой крышки 325. Выдувной узел 1800 включает вентиляционную крышку 1805, разрывной штифт 1810 и вентиляционное основание 1815. Как показано, выдувной узел 1800 закреплен поверх вентиляционного отверстия 1820 покровной пластины 1605.
Вентиляционная крышка 1805 может иметь форму усеченного трапецеидального конуса с открытой боковой поверхностью. На сторонах вентиляционной крышки 1805 расположено множество выпускных отверстий 1825. Суммарная площадь выпускных отверстий 1825 должна быть больше площади отверстия 1820. Разрывной штифт 1810 простирается через отверстие на вершине вентиляционной крышки 1805, на которой он закреплен, например, точечной лазерной сваркой.
Вентиляционное основание 1815, как показано на обеих фиг. 18 и 19, включает круглое кольцо 1830 и фланец 1835. К круглому кольцу 1830 присоединена деформируемая мембрана 1840 привариванием ее поверх внутреннего отверстия кольца. Ширина круглого кольца 1830 предпочтительно составляет менее примерно 70% от ширины его внутреннего отверстия. Кроме того, ширина выступа 1845 круглого кольца 1830 предпочтительно не превышает 70-80% от ширины вентиляционного отверстия 1820.
Деформируемая мембрана 1840 предпочтительно сформирована из того же самого материала, что и покровная пластина 1605 (например, из алюминия, нержавеющей стали и т.п.), и имеет толщину в интервале примерно 0,01-0,1 мм, при предпочтительной толщине между 0,01 мм и 0,05 мм. Толщина деформируемой мембраны 1840, однако, может быть изменена в соответствии с уровнем чрезмерного давления, при котором вентиляционный узел 1800 должен разрушаться. Деформируемая мембрана 1840 может быть припаяна, чтобы надлежащим образом герметизировать сверху отверстие круглого кольца 1830, и может быть сформирована из металлической фольги, такой как алюминиевая фольга, медная фольга и т.п.
Вентиляционное основание 1815 приварено к покровной пластине 1605 с применением высокоэнергетического луча, такого как лазерный или электронный луч. Вентиляционная крышка 1805 включает распорку 1850, которая соединена с вентиляционным основанием 1815. Распорка 1850 имеет несколько отверстий 1855, которые распределены по ее окружности, чтобы способствовать сварке высокоэнергетическим лучом вентиляционной крышки 1805 с вентиляционным основанием 1815.
Когда давление внутри элемента 300 аккумуляторной батареи приближается к критическому уровню, деформируемая мембрана 1840 деформируется в направлении разрывного штифта 1810. При достижении критического давления деформированная мембрана 1840 прорывается разрывным штифтом 1810 для сброса давления и предотвращения взрыва элемента 300 аккумуляторной батареи. Давление, при котором происходит разрыв деформируемой мембраны 1840, может быть отрегулировано регулированием расстояния между деформируемой мембраной 1840 и разрывным штифтом 1810. Кроме того, форма разрывного штифта 1810 может быть использована для того, чтобы вызывать разные режимы разрыва при разных критических давлениях. Более того, когда во время сборки элемента аккумуляторной батареи воздух внутри элемента 300 аккумуляторной батареи расходуется в процессе изготовления, то возникает обратное искривление деформируемой мембраны 1840, которое увеличивает расстояние между мембраной и разрывным штифтом 1810. Это свойство способствует быстрому изготовлению нормальных батарей и надежному удалению ненормальных батарей из производственной линии.
Фиг. 21 и 22 показывают альтернативные структуры 2100 и 2200 сброса давления. Каждая структура может быть размещена герметизированной с соответствующим выпускным отверстием покровной пластины 325. Структура 2100 сброса давления образована из деформируемой мембраны 2105, имеющей ослабляющую канавку 2110. Аналогичным образом, структура 2200 сброса давления образована из деформируемой мембраны 2205, имеющей ослабляющую канавку 2210. Принципиальные различия между структурами 2100 и 2200 заключаются в форме, образованной краями каждой мембраны, и форме ослабляющей канавки, расположенной в каждой мембране. Размеры деформируемых мембран 2105 и 2205 каждой структуры 2100 и 2200 сброса давления, а также глубина и протяженность каждой ослабляющей
канавки 2110 и 2210 зависят от конкретного давления, при котором соответствующая структура должна разрушаться, чтобы предотвратить взрыв элемента аккумуляторной батареи. Еще одна альтернативная структура сброса давления включает заполнение вентиляционного отверстия полимерным уплотнитель-ным материалом, при этом полимерное уплотнение адаптировано для разрушения выше заданного давления.
Фиг. 65-67 иллюстрируют другой вариант реализации выдувного отверстия 1800. Фиг. 65 показывает выдувное отверстие 1800 в собранном состоянии на покровной пластине 1605. Фиг. 66 является перспективным изображением выдувного отверстия 1800, в то время как фиг. 67 представляет вид поперечного сечения выдувного отверстия.
В этом варианте реализации выдувное отверстие 1800 включает мембрану 6605, которая расположена в углублении 6610, которое, а свою очередь, окружает выпускное отверстие 1820 покровной пластины 1605. Углубление 6610 включает внутренний край 6625, определяющий отверстие 1820, и внешний край 6620, определяющий периферию углубления 6610. Расстояние в радиальном направлении между краями 6620 и 6625 может составлять примерно от 10% до 15% от радиуса выпускного отверстия
1820.
Мембрана 6605 имеет такие размеры, что плотно входит в пространство внутри внешнего края 6620 углубления 6610. Различные материалы, которые могут быть применены для формирования мембраны 6605, включают, например, алюминий, алюминиевый сплав, сталь или любой другой материал, который удовлетворяет требованиям в отношении разрушения материала для выдувного отверстия 1800. Кроме того, материал может быть выбран таким образом, чтобы он мог быть легко сварен. Толщина материала может составлять между примерно 0,01 и 0,1 мм. Хотя проиллюстрированная мембрана 6605 является круглой, могут быть также применены другие формы (например, прямоугольные, эллиптические, квадратные или т.п.).
Поверх мембраны 6605 размещена защитная маска 6615. Защитная маска 6615 включает опорное кольцо 6630, которое плотно совмещено с внешним краем 6620 углубления 6610, при этом оно сварено с внешним краем 6620 в одном или более мест 6705. Методы сварки, которые могут быть применены, включают, например, лазерную сварку и/или сварку электронным лучом.
Верхняя часть 6635 простирается от опорного кольца 6630 в направлении от мембраны 6605. Верхняя часть 6635 может иметь радиус, который, как правило, равен радиусу отверстия 1820. Несколько овальных отверстий 6640 расположено на боковых стенках верхней части 6635. Общая площадь овальных отверстий 6640 может быть примерно равна или больше площади отверстия 1820. Толщина стенки защитной маски 6615 может составлять в интервале между примерно 0,1 и 0,5 мм.
Вышеуказанная структура выдувного отверстия может быть применена для достижения многочисленных преимуществ. Например, сборка структуры является как простой, так и экономичной. Когда мембрана 6605 и защитная маска 6615 собираются поверх отверстия 1820, сборка может быть легко соединена с покровной пластиной 1605 свариванием опорного кольца 6630 защитной маски 6615 с внешним краем 6620 углубления 6610. Защитная маска 6615 способствует защите мембраны 6605 от внешних усилий, посредством чего улучшается общая целостность выдувного отверстия 1800. Более того, защитная маска 6615 может быть применена, чтобы уменьшить выпуск негазообразных материалов из элемента аккумуляторной батареи, когда внутреннее давление элемента аккумуляторной батареи превышает безопасные уровни.
Фиг. 23 представляет собой структурную схему аккумуляторной батареи 2300, в которой несколько элементов 300 аккумуляторной батареи соединены один с другим последовательно и сгруппированы внутри одного корпуса 2305. Число элементов 300 аккумуляторной батареи в одном корпусе 2305 может составлять в интервале от 8 до 15, а предпочтительное число элементов в батарее составляет 10. Соединители 2810 выводов расположены на противоположных концах аккумуляторной батареи 2300 и применяются, чтобы обеспечить средство для создания электрического и механического соединения между несколькими аккумуляторными батареями 2300. Корпус 2305 предпочтительно герметично уплотнен и является водонепроницаемым, однако включает каналы 2310 для протекания через них теплоносителя. Каналы 2310 расположены по бокам на противоположных сторонах аккумуляторной батареи 2300 таким образом, чтобы поток теплоносителя протекал вблизи соединителей 800 для нагревания или охлаждения элементов 300 аккумуляторной батареи 2300. Защитные оболочки соседних элементов аккумуляторной батареи могут прилегать одна к другой таким образом, что они находятся в непосредственном контакте одной с другой или же расположены непосредственно прилегающими одной к другой с противоположных сторон изоляционного листа.
Фиг. 24 является перспективным изображением одного из вариантов реализации корпуса 2305, который может быть применен для формирования аккумуляторной батареи 2300. В этом варианте реализации корпус 2305 включает множество соединенных последовательно элементов 300 аккумуляторной батареи. Элементы 300 аккумуляторной батареи соединены один с другим таким образом, как это показано на фиг. 23. Между каждым элементом 300 аккумуляторной батареи размещен сепаратор 2405, изготовленный из изоляционного материала, чтобы электрически изолировать защитные оболочки элементов 300 аккумуляторной батареи одну от другой. Предпочтительно, однако, сепараторы 2405 не применяют
ся. Напротив, защитные оболочки предпочтительно находятся в непосредственном соприкосновении одна с другой, так что они образуют единый тепловой блок. Температурный контроль посредством этого поддерживается более простым образом.
Элементы 300 аккумуляторной батареи расположены между нижней пластиной 2410 и верхней пластиной 2415, чтобы ограничить перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи по оси у. Перегородки 2420 расположены на каждой стороне группы элементов 300 аккумуляторной батареи и ориентированы поперек длины элементов 300 аккумуляторной батареи. Перегородки 2420 действуют совместно одна с другой, чтобы ограничивать перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи по оси х. Боковые пластины 2425 расположены на противоположных концах элементов 300 аккумуляторной батареи и простираются по ширине группы элементов аккумуляторной батареи. Боковые пластины 2425 ограничивают перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи по оси z.
Уплотнительные элементы 2450 могут быть расположены между каждой перегородкой 2420 и верхней и нижней пластинами 2415, 2410, а также между каждой боковой пластиной 2425 и верхней и нижней пластинами 2415, 2410. Таким образом, верхняя и нижняя пластины 2415, 2410 образуют водонепроницаемые уплотнения с сопряженными компонентами. Такие уплотнения способствуют предотвращению коротких замыканий, которые в противном случае могли бы иметь место, когда элемент 300 аккумуляторной батареи поврежден, и жидкость может вытекать из него.
Перегородки 2420 изготовлены из изоляционного пластикового материала, обладающего желательной механической прочностью, устойчивостью к термической деструкции, пластичностью при низкой температуре и устойчивостью к химикатам батареи и окружающей среды в транспортном средстве. Один из вариантов реализации перегородки 2420 показан на фиг. 25. Каждая структура перегородки 2420 включает пластину 2430 перегородки, элемент жесткости 2435 перегородки и отверстия 2440, расположенные на углах структуры перегородки 2420. Отверстия 2440 приспособлены для приема соответствующих натяжных стержней, которые простираются между перегородками 2420, чтобы скрепить элементы 300 аккумуляторной батареи между собой. Общая толщина каждой структуры перегородки 2420 может составлять от примерно 3 до 15 мм. Толщина каждой пластины 2430 перегородки может составлять в интервале между примерно 3 и 5 мм. Толщина каждого элемента жесткости 2435 перегородки может составлять в интервале между примерно 5 и 2 мм. Элемент жесткости 2435 перегородки равномерно распределяет горизонтальные и вертикальные усилия на всем протяжении структуры перегородки 2420 и увеличивает способность структуры перегородки 2420 к защите элементов 300 аккумуляторной батареи. Сквозные отверстия могут быть предварительно образованы в надлежащих положениях, чтобы облегчить применение механических крепежных приспособлений, таких как винты, в четырех углах структуры перегородки 2420. Такие механические крепежные приспособления подходят для соединения верхней и нижней пластин 2415, 2410 со структурой перегородки 2420. На перегородке 2420 имеются L-образные структуры, которые позиционированы таким образом, что сопрягаются с верхней и нижней пластинами 2415, 2410. Верхняя пластина 2415 расположена между верхней L-образной структурой и нижней L-образной структурой перегородки 2420. Отверстие расположено между верхней пластиной 2415 и верхней L-образной структурой перегородки 2420. Отверстие приспособлено для приема стержня, который ограничивает перемещение между верхней пластиной 2415 и перегородкой 2420, посредством чего сдерживается перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи по оси х и оси у.
Верхняя и нижняя пластины 2415, 2410 изготовлены из пластикового изоляционного материала, обладающего желательными механическими и химическими характеристиками. Как показано на фиг. 26, каждая из верхней и нижней пластин 2415, 2410 содержит плоскую пластину 2605, элемент жесткости 2610 и отверстия 2615. Отверстия 2615 приспособлены для приема соответствующих натяжных стержней, которые простираются между верхней и нижней пластинами 2415, 2410. Общая толщина каждой из верхней и нижней пластин 2415, 2410 может составлять в интервале между примерно 3 мм и 15 мм. Толщина каждой плоской пластины 2605 может составлять в интервале между примерно 3 мм и 5 мм. Толщина каждого элемента жесткости 2610 может составлять в интервале между примерно 5 мм и 10 мм. Элемент жесткости 2610 приспособлен, чтобы равномерно распределять горизонтальные и вертикальные усилия на протяжении соответствующих структур верхней и нижней пластин 2415, 2410. Предварительно заделанные болты на верхней и нижней пластинах 2415, 2410 применяются, чтобы соединить верхнюю и нижнюю пластины 2415, 2410 с перегородками 2420, а также с боковыми пластинами 2425. Распорка на внутренней стороне верхней пластины 2410 ограничивает перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи по оси у.
Боковые пластины 2410 изготовлены из пластикового изоляционного материала, обладающего желательными механическими и химическими характеристиками. Как показано на фиг. 26, каждая боковая пластина 2425 имеет контур, который соответствует боковым отверстиям, сформированным, когда верхнюю пластину 2415 и нижнюю пластину 2410 соединяли одна с другой.
Корпус 2305 аккумуляторной батареи выгоден по нескольким причинам. Например, корпус 2305 аккумуляторной батареи ограничивает перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи при любом движении, превышающем норму, посредством чего повышается надежность аккумуляторной батареи 2300 и увеличивается срок службы батареи. Перемещение элементов 300 аккумуляторной батареи может
быть легко ограничено по каждой оси посредством проектирования перегородок 2420 и верхней и нижней пластин 2415 таким образом, что уменьшается объем, занимаемый аккумуляторной батареей 2300. В результате формирования корпуса 2305 из изоляционного материала опасность коротких замыканий уменьшается, поскольку элементы 300 аккумуляторной батареи не могут соприкасаться один с другим через корпус 2305. Кроме того, посредством применения пластикового материала для формирования компонентов корпуса 2305 масса аккумуляторной батареи 2300 уменьшается. Более того, вероятность того, что короткие замыкания будут иметь место из-за протечки элемента аккумуляторной батареи, уменьшается, поскольку уплотнительный материал размещен на стыках между различными компонентами аккумуляторной батареи 2300, тем самым предотвращая утечку жидкости из аккумуляторной батареи.
Фиг. 27 показывает соединитель 2700, который применяется для механического и электрического взаимного соединения соседних аккумуляторных батарей 2300. Соединитель 2700 включает первую электропроводную часть 2705 и вторую электропроводную часть 2710, которые соединены дугообразной многослойной металлической фольгой 2715. Дугообразная фольга 2715 может иметь толщину между примерно 0,01 мм и 5,0 мм и может быть образована из медной фольги, чтобы сделать ее пригодной для сваривания. В качестве варианта, электропроводные части 2705 и 2710, а также дугообразная фольга 2715 могут быть сформированы из никеля, алюминия или других металлов. Предпочтительно электропроводные части 2705, 2710 и дугообразная фольга 2715 изготовлены из одного и того же материала, чтобы увеличить общую электропроводность соединителя 2700. Формирование дугообразной фольги 2715 может включать горячее прессование нескольких тонких металлических листов при соединении их одного с другим, наряду с формованием их в виде дугообразной структуры. Каждая электропроводная часть 2705 и 2710 включает L-образное соединение 2720, смежное с дугообразной фольгой 2715, на котором дугообразная фольга 2715 приварена, и/или соединена горячим прессованием с соответствующей частью. Размер каждой электропроводной части 2705, 2710 и дугообразной фольги 2715 определяется размером электродных выводов аккумуляторных батарей, которые используют соединитель 2700, а также требующейся токонесущей способности между аккумуляторными батареями. Дугообразная фольга 2715 может иметь такие размеры, чтобы она разрывалась при воздействии ударного усилия, которое превышает заданную величину, чтобы тем самым отсоединить аккумуляторную батарею от соседней аккумуляторной батареи. Более того, дугообразная фольга 2715 может иметь такие размеры, чтобы функционировать в качестве плавкого предохранителя для разъединения соседних аккумуляторных батарей, когда ток между соседними аккумуляторными батареями превышает заданный уровень. Фиг. 68 показывает другой соединитель 2700, который может быть применен для механического и электрического взаимного соединения соседних аккумуляторных батарей 2300. В этом варианте реализации соединитель 2700 включает первую электропроводную часть 6805 и вторую электропроводную часть 6810, которые соединены дугообразным металлическим элементом 6815. Дугообразный металлический элемент 6815 может быть сформирован в виде металлической сетки 6825, которая простирается между противоположными дугообразными опорными частями 6830. Металлическая сетка 6825 может иметь толщину между примерно 0,01 и 5,0 мм и может быть сформирована из нитей металла одного вида или нескольких металлов, чтобы сделать ее удобной для сваривания. Части 6805, 6810 могут быть сформированы в виде металлических листов, имеющих отверстия 6820, через которые простираются крепежные приспособления для присоединения соединителя 2700 к соответствующим аккумуляторным батареям. Электропроводные части 6805 и 6810, а также дугообразный металлический элемент 6815 могут быть сформированы из меди, никеля, алюминия или других металлов. Предпочтительно электропроводные части 6805, 6810 и дугообразный металлический элемент 6815 изготовлены из одного и того же материала, чтобы увеличить общую электропроводность соединителя 2700. Размер каждой электропроводной части 6805, 6810 и дугообразного металлического элемента 6815 определяется размером электродных выводов аккумуляторных батарей, которые используют соединитель 2700, а также требующейся токонесущей способности между аккумуляторными батареями. Дугообразный металлический элемент 6815 может иметь такие размеры, чтобы он разрывался при воздействии ударного усилия, которое превышает заданную величину, чтобы тем самым отсоединить аккумуляторную батарею от соседней аккумуляторной батареи. Кроме того, металлический элемент 6815 может быть приспособлен к работе в качестве плавкого предохранителя для разъединения соседних аккумуляторных батарей, когда ток между соседними аккумуляторными батареями превышает заданный уровень. Более того, соединитель 2700 может быть сформирован таким образом, чтобы он был достаточно эластичным, для механического демпфирования любого перемещения между соседними аккумуляторными батареями.
Фиг. 28 показывает, каким образом соединители 2700 применяются для взаимного соединения нескольких аккумуляторных батарей 2805а и 2805b, которые расположены в конфигурации "голова к голове". Однако аккумуляторные батареи 2805а и 2805b могут быть также расположены бок о бок, как показано на фиг. 69, и по-прежнему использовать соединители 2700. Как показано, каждая из аккумуляторных батарей 2805а и 2805b имеет пару выводов аккумуляторной батареи, расположенных на одной стороне батареи по одному выводу на каждом конце данной стороны. Выводы аккумуляторной батареи могут быть приспособленными разрываться, когда подвергаются воздействию чрезмерных усилий во время
аварии транспортного средства или т.п. Соединитель 2700 применяется на каждом конце аккумуляторной батареи, чтобы установить механическое, а также электрическое соединение между выводами аккумуляторной батареи. Для упрощения показаны и описаны лишь выводы 2810а и 2810b, хотя одна и та же конфигурация применяется между каждым выводом аккумуляторной батареи, который расположен рядом с выводом другой аккумуляторной батареи. Соединитель 2700 между аккумуляторными батареями 2805а и 2805b обеспечивает механический буфер, который поглощает ударные усилия, когда имеет место относительное смещение между аккумуляторными батареями 2805а и 2805b. Более того, соединитель 2700 может быть приспособлен разрывать соединение между соседними аккумуляторными батареями при воздействии чрезмерных усилий, которые имеют место при аварии транспортного средства или т.п.
Соединитель 2700 прикреплен к аккумуляторным батареям 2800а и 2800b посредством соединения электропроводной части 2710 с соединительной пластиной 2830а вывода 2810а и электропроводной части 2705 с соединительной пластиной 2830b соседнего вывода 2810b. Каждая электропроводная часть 2705 и 2710 включает канавку 2725, приспособленную для приема сварочной проволоки (см. фиг. 27). Кроме того, каждая часть 2705, 2710 включает множество отверстий 2730, приспособленных для приема механических крепежных приспособлений. Для соединения соседних выводов аккумуляторных батарей 2805а и 2805b сварочная проволока размещается в каждой канавке 2725. Каждая часть 2705, 2710 затем сваривается (например, с применением пайки, лазерной сварки, ультразвуковой сварки и т.п.) с соответствующим выводом. Предпочтительно каждая часть соединяется с соответствующим выводом посредством пайки. Припои простым образом поддерживают взаимное соединение между аккумуляторными батареями и, кроме того, упрощают замену аккумуляторной батареи в батарейном устройстве, поскольку сплав металлов, образующий взаимное соединение, может быть легко нагрет повторно для отделения аккумуляторной батареи от других аккумуляторных батарей в батарейном устройстве. В дополнение к этому, механические крепежные приспособления 2840, такие как винты, болты или т.п., вводятся в отверстия 2715, чтобы соединить соответствующие отверстия соответствующих выводов и установить более надежное соединение между электропроводной частью и соответствующим выводом. Сварка и соединение соединителя 2700 с соответствующими выводами соседних аккумуляторных батарей при таком выполнении создает путь с низким сопротивлением и с высоким допустимым током между соседними аккумуляторными батареями. Хотя соседние аккумуляторные батареи могут быть соединены таким образом, что они электрически параллельны одна другой, их предпочтительным расположением является расположение с последовательным соединением.
Фиг. 29 показывает батарейное устройство 2900, которое подает электрическую мощность к двигателю/генератору и принимает электрическую мощность от двигателя/генератора транспортного средства, способного к приведению в движение посредством электрической мощности. Батарейное устройство 2900 включает несколько аккумуляторных батарей 2805. Число аккумуляторных батарей может составлять примерно пять, а предпочтительно десять. Каждая аккумуляторная батарея 2805 включает множество элементов 300, предпочтительно в интервале между 8 и 15 элементами, а более предпочтительно, десять элементов. Элементы 300 каждой аккумуляторной батареи 2805 электрически соединены последовательно один с другим. Кроме того, несколько аккумуляторных батарей 2805 электрически соединены последовательно одна с другой.
Каждая аккумуляторная батарея 2805 расположена в соответствующем корпусе 2305 аккумуляторной батареи. Транспортное средство снабжено отсеком, содержащим несколько аккумуляторных батарей и их корпуса. Отсек способствует электрическому соединению с двигателем/генератором. Корпус 2305 аккумуляторной батареи для каждой аккумуляторной батареи 2805, по существу, герметизирован от окружающей среды (например, он является водонепроницаемым), за исключением того, что предусмотрены отверстия через каждую аккумуляторную батарею 2805 в области, прилегающей к их соответствующим выводам. Отверстия корпусов 2305 соседних аккумуляторных батарей взаимно соединены каналом, функционирующим, чтобы способствовать циркуляции охлаждающей текучей среды, например, воздуха, через батарейное устройство 2900.
Отсек, содержащий батарейное устройство 2900, может иметь такую форму и размеры, чтобы быть размещенным частично под задним пассажирским сиденьем транспортного средства и частично в багажнике транспортного средства. В качестве варианта, отсек может иметь такую форму и размеры, чтобы быть размещенным под полом транспортного средства.
На фиг. 29 теплоноситель, такой как воздух, пропускается через батарейное устройство 2900 насосом 2905. Насос 2905 пропускает теплоноситель через устройство 2900 в направлениях, обозначенных стрелками 2910. Как проиллюстрировано стрелками, насос 2905 направляет теплоноситель через секцию термообработки 2915 перед ее подачей к входу 2927 центрального канала 2930 для распределения по другим частям устройства 2900. Секция термообработки 2915 может включать холодильник 2920, чтобы охлаждать теплоноситель и нагреватель 2925, чтобы нагревать теплоноситель. Холодильник 2920 приводится в действие, когда температура батарейного устройства 2900 превышает заданную пороговую величину. Аналогичным образом, нагреватель 2925 приводится в действие, когда температура батарейного устройства 2900 опускается ниже заданной пороговой величины.
Когда теплоноситель циркулирует через центральный канал 2930, он нагревает или охлаждает уча
стки выводов каждой аккумуляторной батареи 2805, прилегающие к центральному каналу 2930. При достижении концевой части 2940 канала теплоноситель направляется к внешним каналам 2910, 2940 батарейного устройства 2900. Это позволяет теплоносителю нагревать или охлаждать участки выводов каждой аккумуляторной батареи 2805, прилегающие к внешним каналам батарейного устройства 2900. Элементы 300 аккумуляторной батареи внутри батарейного устройства 2900, тем самым, функционируют в контролируемой среде, в которой температура поддерживается на оптимальном уровне. Часть теплоносителя может быть направлена из каналов батарейного устройства 2900 в пассажирский отсек транспортного средства. Тем самым тепло, выделенное батарейным устройством 2900, используется для нагревания внутреннего пространства пассажирского отсека транспортного средства. Количество теплоносителя, направляемого из каналов батарейного устройства 2900, может контролироваться человеком внутри пассажирского отсека, чтобы регулировать температуру отсека.
Фиг. 30-34 иллюстрируют преимущества, связанные с обеспечением соединений с анодом и катодом намотанной сердцевины на противоположных концах сердцевины. Для сравнения фиг. 30 показывает батарею 3000, имеющую сердцевину 3005, анодный соединитель 3010 и катодный соединитель 3115. Анодный соединитель 3010 и катодный соединитель 3015 расположены на одной и той же стороне сердцевины 3005. Распределение тока в сердцевине 3005 во время работы обозначено затенением. Как показано, имеет место значительная плотность тока в области, прилегающей к соединителям 3010 и 3015. Участки с высокой плотностью тока являются участками с повышенной температурой в соответствии с законом Ома. Следовательно, участки, прилегающие к соединителям 3010 и 3015, нагреваются во время работы и ухудшают эксплуатационные параметры батареи. Это также влияет на срок службы батареи
3000.
Фиг. 31 показывает батарею 3100, имеющую намотанную сердцевину 3105, анодный соединитель 3110 и катодный соединитель 3115. Анодный соединитель 3110 и катодный соединитель 3115 расположены! на противоположных сторонах намотанной сердцевины 3105. Сердцевина 3105 имеет длину 3120 и ширину 3125. Анодный соединитель 3110 имеет ширину 3130, в то время как катодный соединитель 3115 имеет ширину 3135. Хотя ширина 3130 и ширина 3135 показаны как имеющие меньшую величину, чем ширина 1025, эти ширины могут быть увеличены таким образом, что они, по существу, соизмеримы с шириной 3125 сердцевины 3105.
Размеры, показанные на фиг. 31, могут иметь различные пропорции. Например, соотношение длины 3120 и ширины 3125 может составлять в интервале между примерно 1,5 и 4,5, предпочтительно между примерно 2,5 и 3,5. Соотношение ширины 3130 и ширины 3135 может составлять в интервале между примерно 0,8 и 1,2, предпочтительно между 0,9 и 1. Соотношение ширины 3130 (а также ширины 3135) и ширины 3125 может составлять в интервале между примерно 0,3 и 0,6, предпочтительно между 0,4 и 0,5.
Фиг. 32 иллюстрирует случай, в котором ширина 3130 и ширина 3135 примерно одинаковые. В этом случае электрическое поле 3200 образует угол 8 по отношению к краю сердцевины 3105. Величина угла 8 определяется как tan-1((W-a)/L), где W - ширина 3125, а - ширина 3130, L - длина 3120. Если угол 8 составляет в интервале между примерно 0 и 20°, то плотность тока может быть оптимизирована. Это происходит, когда 0 <(W-a)/L <0,37.
Фиг. 33 иллюстрирует плотность тока в сердцевине 3105 во время работы. Как показано, плотность тока не концентрируется на одной стороне сердцевины 3105, а, напротив, распределяется на противоположных сторонах, ближайших к анодному соединителю 3110 и катодному соединителю 3115. Плотность тока вблизи середины сердцевины 3105 уменьшена по сравнению с фиг. 30. Соответственно, центральная часть сердцевины 3105 не подвергается значительным повышениям температуры. Кроме того, изменения температуры не концентрируются на одной стороне сердцевины 3105.
Фиг. 34 представляет собой таблицу, в которой сравниваются эксплуатационные параметры батареи, сконструированной в соответствии с фиг. 30 (обозначенной как батарея А), по отношению к батарее, сконструированной в соответствии с фиг. 31 (обозначенной как батарея В). Столбцы на фиг. 34 соответствуют следующим величинам:
столбец 3405 показывает число циклов разряда/заряда для каждой батареи;
столбец 3410 показывает емкость батареи после числа циклов, показанного в столбце 3405;
столбец 3415 показывает соотношение текущей емкости батареи и первоначальной емкости батареи после числа циклов, показанного в столбце 3405;
столбец 3420 показывает максимальную температуру вблизи анодного соединителя, которая появляется во время работы батареи после того, как она была подвергнута числу циклов, показанному в столбце 3405;
столбец 3425 показывает максимальную температуру вблизи катодного соединителя, которая появляется во время работы батареи после того, как она была подвергнута числу циклов, показанному в столбце 3405; и
столбец 3430 показывает максимальную температуру вблизи центра сердцевины, которая появляется во время работы батареи после того, как она была подвергнута числу циклов, показанному в столбце
3405.
Как показано, имеют место значительные различия между эксплуатационными параметрами батареи А и батареи В. Различия в эксплуатационных параметрах заметно увеличиваются, когда батарея подвергается большему числу циклов заряда/разряда. Следовательно, эксплуатационные параметры батареи В улучшаются с течением времени по сравнению с батареей А, и батарея В имеет более продолжительный срок службы.
Несмотря на то что описаны различные варианты реализации данного изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что возможны различные другие варианты воплощения и реализации в пределах объема данного изобретения. Соответственно, изобретение не ограничивается чем-либо, за исключением прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Батарейное устройство для аккумулирования электрической мощности и подачи электрической мощности, содержащее
первый элемент батареи, имеющий первый электрический вывод, и второй элемент батареи, имеющий второй электрической вывод, причем первый и второй элементы батареи скреплены прилегающими один к другому в аккумуляторной батарее так, что первый и второй электрические выводы отделены друг от друга зазором;
жесткую электропроводную перемычку, приспособленную для соединения первого и второго электрических выводов так, что электрически и механически соединяет их между собой через зазор,
причем жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью сжатия или расширения, когда температура первого и второго выводов достигает уровня, соответствующего условию чрезмерного тока/чрезмерной температуры, и разъединения электрического и механического соединения между первым и вторым электрическими выводами.
2. Батарейное устройство по п.1, при этом первый электрический вывод имеет первую соединительную поверхность, а второй электрический вывод имеет вторую соединительную поверхность, которая, по существу, параллельна первой соединительной поверхности, и жесткая электропроводная перемычка соединена с первой и второй соединительными поверхностями.
3. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентированы одна напротив другой.
4. Батарейное устройство по п.3, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит
первый слой, выполненный из электропроводного материала и соединенный с первой и второй со-
единительными поверхностями;
второй слой, расположенный поверх первого слоя и связанный с ним, при этом второй слой выполнен из сплава с памятью формы и выполнен с возможностью вывода первого слоя из контакта с первой и/или второй соединительными поверхностями, когда температура на первом и втором выводах достигает уровня, соответствующего состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.
5. Батарейное устройство по п.2, при этом первая и вторая соединительные поверхности ориентиро-
ваны одна от другой.
6. Батарейное устройство по п.5, при этом жесткая электропроводная перемычка содержит
первый металлический слой, соединенный с первой и второй соединительными поверхностями;
второй металлический слой, расположенный поверх первого металлического слоя и связанный с
ним, при этом первый и второй металлические слои имеют разные коэффициенты термического расширения, так что жесткая электропроводная перемычка выполнена с возможностью ее отделения от первой и/или второй соединительной поверхности при температуре, соответствующей состоянию чрезмерного тока/чрезмерной температуры.
Фиг. 3
3405
3410
3415
3420
3425
3430
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027289
027289
- 1 -
- 1 -
027289
027289
- 1 -
- 1 -
027289
027289
- 1 -
- 1 -
027289
027289
- 1 -
- 1 -
027289
027289
- 1 -
- 1 -
027289
027289
- 4 -
- 3 -
027289
027289
- 13 -
027289
027289
- 16 -
- 16 -
027289
027289
- 29 -
- 29 -
027289
027289
- 38 -
- 38 -
027289
027289
- 40 -
- 40 -
027289
- 43 -
- 42 -
027289
027289
- 45 -
- 45 -
- 46 -
- 46 -