Модульная аккумуляторная батарея
Изобретение относится к модульной или пакетной аккумуляторной батарее большой выходной мощности высокой емкости. Согласно изобретению модульная аккумуляторная батарея большой выходной мощности и высокой емкости имеет множество электрически соединенных друг с другом единичных элементов для зарядки и разрядки электроэнергии. Множество единичных элементов уложены стопкой один на другом и установлены на пластине, предпочтительно, между верхним кожухом и нижним кожухом, которые отделены друг от друга, схемные блоки постоянно смонтированы на боковых поверхностях модульной батареи для измерения напряжения, тока и температуры батареи, управления батареей и прерывания электрического тока при возникновении перегрузки по току, благодаря чему модульная аккумуляторная батарея выполнена имеющей компактную конструкцию, причем конструктивное исполнение модульной аккумуляторной батареи легко изменяется в зависимости от электрической емкости и выходной мощности, а компоненты модульной батареи смонтированы надежно. Техническим результатом является высокая надежность и безопасность по отношению к внешним воздействиям. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к модульной или пакетной аккумуляторной (вторичной) батарее большой выходной мощности и высокой емкости, имеющей множество электрически соединенных друг с другом единичных элементов для зарядки и разрядки электроэнергии, и, более конкретно, к модульной аккумуляторной батарее, в которой множество единичных элементов уложены стопкой один на другой и установлены на пластине, предпочтительно, между верхним кожухом и нижним кожухом, которые отделены друг от друга, причем на боковых поверхностях модульной батареи постоянно установлены схемные блоки для измерения напряжения, тока и температуры батареи, управления батареей и прерывания электрического тока при возникновении перегрузки по току, благодаря чему модульная аккумуляторная батарея выполнена имеющей компактную конструкцию, причем конструктивное исполнение модульной батареи легко изменяется в зависимости от электрической емкости и выходной мощности, а компоненты модульной батареи смонтированы надежно.
Уровень техники
В последнее время аккумуляторные батареи, которые могут заряжаться и разряжаться, широко используются в качестве источника питания для беспроводных мобильных устройств. Кроме того, аккумуляторные батареи привлекают к себе значительное внимание в качестве источника питания для электромобилей и гибридных электромобилей, которые разрабатываются для решения таких проблем, как загрязнение воздуха, вызванное эксплуатацией бензиновых и дизельных транспортных средств, использующих ископаемое топливо. В результате области применения аккумуляторных батарей расширяются благодаря преимуществам аккумуляторных батарей, и в дальнейшем можно ожидать, что аккумуляторные батареи будут использоваться в еще более обширных областях применения и разнообразных изделиях.
В связи с ростом областей применения аккумуляторных батарей и соответствующих изделий увеличивается и количество типов батарей, которые могут обеспечить выходные мощности и емкости, соответствующие этим применениям и изделиям. Кроме того, имеется большая потребность в снижении размеров и массы батарей для соответствующих применений и изделий.
Например, в малогабаритных мобильных устройствах, таких как мобильные телефоны, персональные цифровые помощники (PDAs), цифровые камеры и портативные компьютеры, для каждого устройства используются один или несколько малогабаритных легких элементов в соответствии со снижением размеров и массы соответствующих изделий. С другой стороны, в средне- или крупногабаритных устройствах, таких как электрические велосипеды, электрические мотоциклы, электромобили и гибридные электромобили, используются средне- или крупногабаритные батареи (или средне- или крупногабаритные блоки батарей), имеющие множество элементов, электрически соединенных друг с другом, поскольку для средне- и крупногабаритных устройств требуется большая выходная мощность и высокая емкость. Размер и масса модульной батареи непосредственно связаны с посадочным пространством и мощностью соответствующего средне- или крупногабаритного устройства. По этой причине изготовители стараются производить малогабаритные, легкие батареи. Кроме того, устройства, которые подвергаются многочисленным внешним воздействиям и вибрациям, такие как электрические велосипеды и электромобили, требуют надежного электрического соединения и физического соединения между составляющими батарею компонентами. Кроме того, для достижения большой выходной мощности и высокой емкости используется множество элементов и, следовательно, важной считается безопасность батареи.
Обычно, средне- или крупногабаритная батарея изготавливается путем установки множества единичных элементов в кожухе (корпусе), имеющем заранее заданный размер, и электрического соединения этих единичных элементов. В качестве единичных элементов используются прямоугольные вторичные элементы или пакетные («карманные») (от англ. «pouch-shaped») вторичные элементы, которые могут быть уложены стопкой с высокой степенью интеграции. Предпочтительно, в качестве единичных элементов обычно используются пакетные элементы, поскольку эти пакетные элементы являются легкими и недорогими.
На Фиг.1 показан типичный вид сверху традиционного пакетного элемента 100. Обращаясь к Фиг.1, пакетный элемент 100 включает в себя электродную сборку (не показана), которая содержит катод, разделительную пленку и анод, установленные вместе с электролитом в герметичном пакетном кожухе 110, который выполнен из алюминиевого ламинированного листа. От электродной сборки проходят электродные отводы, которые выступают из верхнего торца элемента, образуя пластинчатые электродные клеммы 120 и 130. Альтернативно, пластинчатые электродные клеммы 120 и 130 могут быть образованы электродными выводами, прикрепленными к электродным отводам, которые выступают из верхнего торца элемента.
Вместе с тем, при производстве модульной батареи с использованием вышеописанного элемента в качестве единичного элемента возникает ряд проблем.
В частности, механическая прочность оболочки (кожуха) элементов низка и поэтому трудно изготовить конструктивно прочную модульную батарею с использованием множества таких элементов. Кроме того, сам элемент не включает в себя какой-либо конструкции для связывания элементов друг с другом и поэтому для производства модульной батареи необходима дополнительная соединительная деталь.
В традиционном уровне техники элементы устанавливают в кассету, которая способна вмещать от одного до трех элементов, и множество кассет укладывают стопкой (штабелируют) одна на другую, и уложенные стопкой кассеты устанавливают в модульный кожух с получением модульной батареи. Иначе говоря, для производства модульной батареи, включающей в себя множество элементов, используют множество кассет и модульный кожух. Соответственно, размер модульной батареи увеличивается, а процесс производства модульной батареи усложняется.
Кроме того, затруднительно выполнять электрическое соединение пластинчатых электродных клемм пакетных элементов последовательно или параллельно друг с другом. Таким образом, процесс электрического соединения электродных клемм между собой также усложняется. Обычно электродные клеммы соединяют друг с другом с использованием проводов, пластин или электрических шин путем сварки. По этой причине пластинчатые электродные клеммы являются частично изогнутыми и пластины или электрические шины соединяют с изогнутыми частями пластинчатых электродных клемм с помощью сварки, что требует технических навыков. К тому же, такой процесс соединения оказывается очень сложным. Кроме того, соединенные части могут отделиться одна от другой в результате внешних воздействий, что приводит к росту числа дефектных изделий.
Кроме того, поскольку существует много типов изделий, использующих аккумуляторную батарею в средне- или крупногабаритных устройствах, то требуются и различные модульные батареи, которые способны обеспечивать соответствующую электрическую емкость и выходную мощность. Кроме того, когда размеры изделий различаются даже в пределах одной и той же группы изделий, то соответствующие электрические емкости и выходные мощности также различаются, и поэтому имеется необходимость в изменении конструкции модульной батареи.
Традиционная средне- или крупногабаритная модульная аккумуляторная батарея выполнена имеющей конструкцию, в которой множество единичных элементов помещаются в кожух (корпус), имеющий заранее заданный размер, и единичные элементы электрически соединяются друг с другом. На внешней поверхности кожуха установлены схемные блоки для измерения напряжения, тока и температуры единичных элементов и управления батареей. Вместе с тем, такая конструкция модульной батареи имеет несколько недостатков.
Во-первых, трудно увеличить или уменьшить размер модульной батареи в зависимости от требуемой электрической емкости и выходной мощности. Единичные элементы сконструированы так, чтобы они подходили к кожуху с заранее заданными размерами, и различные компоненты имеют конструкции, соответствующие этому кожуху. Следовательно, когда, например, нужно добавить единичные элементы для увеличения выходной мощности, необходимо изменять конструкцию всей модульной батареи.
Кроме того, различные компоненты и провода, установленные на внешней стороне кожуха или предусмотренные для электрического соединения, не выполнены имеющими компактную конструкцию (высокую плотность). Соответственно, размер модульной батареи увеличивается, и модульная батарея не обладает достаточной надежностью и безопасностью по отношению к внешним воздействиям.
Сущность изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы по существу избежать вышеупомянутых проблем традиционного уровня техники, а также технических проблем, пришедших из прошлого.
Первая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить модульную батарею, размер которой может быть легко увеличен или уменьшен в зависимости от требуемой электрической емкости и выходной мощности, причем составляющие эту модульную батарею компоненты и провода для электрического соединения выполнены имеющими компактную конструкцию при надежном исполнении электрического соединения.
Вторая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить модульную батарею, которая способна обеспечить высокую надежность и безопасность по отношению к внешним воздействиям даже несмотря на то, что используется модульный кожух, который имеет компактную конструкцию и относительно низкую прочность.
В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанные и другие задачи могут быть решены предоставлением модульной аккумуляторной батареи большой выходной мощности и высокой емкости, имеющей множество электрически соединенных друг с другом единичных элементов для зарядки и разрядки электроэнергии, причем эта модульная батарея содержит пластину, на которую стопкой один на другом уложено множество единичных элементов, которые являются заряжаемыми и разряжаемыми вторичными элементами; и схемные блоки для управления работой батареи.
Пластина никак специально не ограничена, при условии, что эта пластина имеет такую конструкцию, при которой единичные элементы могут быть уложены стопкой один на другом. Пластина может быть кожухом, имеющим приемную часть, соответствующую размеру единичных элементов, так что эти единичные элементы могут быть легко установлены в приемную часть. Предпочтительно, кожух выполнен имеющим раздельную конструкцию, в которой верхняя и нижняя части уложенных стопкой единичных элементов соответственно закрыты отдельными кожухами.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения модульная аккумуляторная батарея содержит множество единичных элементов, которые являются заряжаемыми и разряжаемыми вторичными элементами; нижний кожух, на котором единичные элементы последовательно уложены стопкой один на другом, причем нижний кожух имеет верхнюю приемную часть; верхний кожух для закрывания верхнего конца единичных элементов, уложенных стопкой на нижнем кожухе, причем верхний кожух имеет нижнюю приемную часть; первый схемный блок для выполнения электрического соединения между уложенными стопкой единичными элементами, причем этот первый схемный блок включает в себя сборку измерительной платы для измерения напряжения, тока и/или температуры батареи; второй схемный блок, электрически соединенный с первым схемным блоком, причем второй схемный блок включает в себя сборку основной платы для управления модульной батареей; и третий схемный блок, электрически соединенный со вторым схемным блоком, причем третий схемный блок также соединен с внешней выходной клеммой, при этом предотвращая перезарядку, переразрядку и/или перегрузку по току.
Ширина и длина модульной батареи в соответствии с настоящим изобретением несколько больше таковых у единичных элементов и поэтому общий размер модульной батареи очень невелик. Таким образом, размер модульной батареи минимизирован и поэтому модульная батарея эффективно устанавливается на внешних устройствах и приборах, на которых она применяется.
Единичные элементы специально не ограничены, при условии, что эти единичные элементы являются заряжаемыми и разряжаемыми вторичными элементами. Например, в качестве единичных элементов могут быть использованы литиевые вторичные элементы, никель-металлогидридные (Ni-MH) вторичные элементы или никель-кадмиевые (Ni-Cd) вторичные элементы. Предпочтительно, в качестве единичных элементов используются литиевые вторичные элементы, поскольку литиевые вторичные элементы обеспечивают большое отношение выходной мощности к массе. По своей форме литиевые вторичные элементы классифицируются на цилиндрические элементы, прямоугольные элементы и пакетные элементы. Предпочтительно, в качестве единичных элементов используются прямоугольные элементы и пакетные элементы, которые могут быть уложены стопкой с высокой степенью интеграции. Более предпочтительно, в качестве единичных элементов используются такие пакетные элементы, масса которых является небольшой.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения верхний кожух и нижний кожух модульной батареи отделены один от другого. Следовательно, когда имеется необходимость в изменении емкости или выходной мощности модульной батареи согласно потребностям, то между верхним кожухом и нижним кожухом добавляют или удаляют единичные элементы, что обеспечивает гибкость конструкции модульной батареи.
Общий размер верхнего кожуха и нижнего кожуха приблизительно соответствует размерам единичных элементов. Следовательно, верхняя приемная часть нижнего кожуха, в которую помещаются единичные элементы, и нижняя приемная часть верхнего кожуха, в которую помещаются единичные элементы, соответствуют размеру основных корпусов единичных элементов.
Предпочтительно, между самым верхним из уложенных стопкой единичных элементов и верхним кожухом расположена пластинчатая высокопрочная защитная деталь так, что эта защитная деталь размещена параллельно электродной пластине самого верхнего единичного элемента.
Механическая защищенность, которая является серьезной проблемой в случае компактной и легкой модульной батареи, связана с падением и соударением модульной батареи при внешних воздействиях или внутренними короткими замыканиями в единичных элементах из-за проникания иглообразных проводников. Если внешние воздействия приложены в направлении электродных пластин единичных элементов, то надежность и безопасность модульной батареи серьезно ухудшаются. Следовательно, когда пластинчатая высокопрочная защитная деталь расположена в кожухе в направлении вдоль электродных пластин единичных элементов, механическая защищенность существенно возрастает, хотя масса модульной батареи при этом увеличивается лишь незначительно.
Защитная деталь выполнена, предпочтительно, из высокопрочного металлического материала, а более предпочтительно - из нержавеющей стали. Предпочтительно, размер защитной детали задан так, что защитная деталь имеет площадь поверхности, соответствующую единичным элементам, и подходящую толщину. Если толщина защитной детали слишком мала, то трудно обеспечить требуемую механическую прочность. С другой стороны, когда толщина защитной детали слишком велика, то масса модульной батареи значительно возрастает, что является нежелательным.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения между уложенными стопкой единичными элементами расположены двусторонние клейкие детали. С помощью двусторонних клейких деталей единичные элементы более надежно уложены стопкой один на другом и закреплены в модульной батарее. Двусторонние клейкие детали могут быть двусторонними клейкими лентами, но двусторонние клейкие детали не ограничиваются лишь двусторонними клейкими лентами. Например, две или более двусторонних клейких деталей могут быть расположены на каждой контактной поверхности стопки так, что эти двусторонние клейкие детали разнесены одна от другой на некоторое расстояние. В этом случае между уложенными стопкой единичными элементами двусторонними клейкими деталями образуются заданные зазоры. Эти зазоры между уложенными стопкой единичными элементами служат для компенсации изменения объема единичных элементов при их зарядке или разряде и в то же самое время для эффективного рассеивания тепла, выделяемого из единичных элементов.
Единичные элементы уложены стопкой один на другом так, что электродные клеммы единичных элементов ориентированы в одном и том же направлении. Предпочтительно, каждый из единичных элементов имеет пластинчатые электродные клеммы, в которых соответственно сформированы соединительные сквозные отверстия, и верхний кожух и нижний кожух прикреплены один к другому крепежными деталями, которые вставлены через эти соединительные сквозные отверстия, посредством чего достигается надежное соединение между единичными элементами и в то же самое время легко достигается контакт между соединительными клеммами для электрического соединения.
Считается, что пластинчатые электродные клеммы имеют низкую механическую прочность. По этой причине пластинчатые электродные клеммы обычно не используются в качестве непосредственных соединительных приспособлений для соединения единичных элементов. То есть, как указано выше, является обычным, когда элементы монтируются в кассете, и множество кассет соединяются одна с другой для получения модульной батареи. Вместе с тем, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения пластинчатые электродные клеммы, в которых сформированы сквозные отверстия, непосредственно используются для соединения элементов.
Электродные клеммы могут быть выполнены так, что катодная клемма и анодная клемма сформированы на одной стороне каждого элемента или же катодная клемма сформирована на одной стороне каждого элемента, тогда как анодная клемма сформирована на другой стороне каждого элемента. Например, катодная клемма и анодная клемма могут быть сформированы соответственно у верхнего конца и нижнего конца каждого элемента так, что катодная клемма и анодная клемма являются противоположными друг другу. Электродные клеммы могут быть выполнены из проводящего материала для получения электрической проводимости в результате электрохимической реакции в электродной сборке, такого как алюминий, медь, никель или их сплав.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения модульная батарея дополнительно включает в себя изолирующую деталь, установленную между электродными клеммами соседних единичных элементов, для обеспечения электрической изоляции между этими электродными клеммами, причем изолирующая деталь имеет выступы, которые посажены в соединительные сквозные отверстия; и соединительную деталь, связанную с изолирующей деталью, для электрического соединения электродных клемм единичных элементов, связанных с изолирующей деталью, последовательно или параллельно друг с другом.
В этом случае, изолирующая деталь служит также для механического соединения электродных клемм посредством выступов. Предпочтительно, каждый из этих выступов имеет сквозное отверстие, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра соединительных сквозных отверстий электродных клемм, и единичные элементы соединяют друг с другом путем укладывания единичных элементов стопкой в то время, как между единичными элементами располагаются изолирующие детали, и вставки крепежных деталей через сквозные отверстия выступов.
Изолирующая деталь и соединительная деталь подробно описаны в заявке на патент Кореи № 2004-112590, которая была подана от имени заявителя настоящей заявки. Содержание этой заявки включено сюда посредством ссылки.
В модульной батарее в соответствии с настоящим изобретением первый схемный блок включает в себя соединительные детали для соединения единичных элементов параллельно или последовательно друг с другом; и сборку измерительной платы для приема и считывания сигналов напряжения, тока и/или температуры от соответствующих единичных элементов. Предпочтительно, первый схемный блок принимает сигналы напряжения и температуры единичных элементов. Температура может быть измерена в сборке измерительной платы или сборке основной платы как общая температура батареи. Первый схемный блок установлен на одной боковой поверхности модульной батареи, смежной с электродными клеммами единичных элементов.
Конструкция соединительных деталей никак специально не ограничена, при условии, что единичные элементы соединены соединительными деталями параллельно или последовательно друг с другом. Предпочтительно, между соединительными деталями подключена защитная деталь для прерывания тока при возникновении перегрузки по току или перегрева. Эта защитная деталь может быть плавким предохранителем, биметаллической пластиной или элементом с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС).
Предпочтительно, сборка измерительной платы представляет собой печатную плату, электрически подключенную к соответственным единичным элементам.
Второй схемный блок может быть установлен вместе с первым схемным блоком на одной боковой поверхности модульной батареи, смежной с электродными клеммами единичных элементов. Второй схемный блок может также быть установлен в нижней приемной части нижнего кожуха. Альтернативно, второй схемный блок может быть установлен на другой боковой поверхности модульной батареи так, что второй схемный блок противоположен первому схемному блоку. Предпочтительно, второй схемный блок установлен в нижней приемной части нижнего кожуха. В этом кожухе единичные элементы электрически подключены ко второму схемному блоку, установленному в нижней приемной части нижнего кожуха, через первый схемный блок. Работа батареи контролируется сборкой основной платы второго схемного блока.
Третий схемный блок, который представляет собой последний конструктивный элемент модульной батареи, подключенный к внешнему устройству для контроля за перезарядкой, переразрядкой и/или перегрузкой по току при зарядке или разрядке батареи, может быть установлен вместе с первым схемным блоком на одной боковой поверхности модульной батареи, смежной с электродными клеммами единичных элементов. Третий схемный блок может также быть установлен в нижней приемной части нижнего кожуха. Альтернативно, третий схемный блок может быть установлен на другой боковой поверхности модульной батареи так, что третий схемный блок противоположен первому схемному блоку. Предпочтительно, третий схемный блок установлен на другой боковой поверхности модульной батареи так, что третий схемный блок противоположен первому схемному блоку.
Схемные блоки могут быть частично или полностью выполнены в виде комбинированной конструкции. Наиболее предпочтительно, второй схемный блок установлен в нижней приемной части нижнего кожуха, а третий схемный блок установлен на другой боковой поверхности модульной батареи так, что третий схемный блок противоположен первому схемному блоку. В этом случае схемные блоки, используемые для обслуживания работы батареи, соединены друг с другом таким образом, что эти схемные блоки окружают модульную батарею в соответствии с настоящим изобретением и поэтому общий размер модульной батареи сильно снижается.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения третий схемный блок содержит переключающую плату, которая включает в себя переключающие элементы для управления зарядкой и разрядкой модульной аккумуляторной батареи; и теплоотводящую конструкцию, соединенную с этими переключающими элементами. Предпочтительно, переключающая плата представляет собой печатную плату (PCB), включающую в себя соответствующие схемы.
Переключающие элементы включены последовательно с составляющими модульную батарею единичными элементами для управления протекающим в батарее током. Переключающие элементы подключены также к схеме (цепи) защиты для измерения напряжения и/или тока батареи с целью управления переключающими элементами. Переключающие элементы никак специально не ограничены, при условии, что эти переключающие элементы контролируют перезарядку, переразрядку или перегрузку по току. Например, в качестве переключающих элементов могут быть использованы элементы на полевых транзисторах (FET) или транзисторы. Предпочтительно, в качестве переключающих элементов используются элементы на полевых транзисторах.
Предназначенный для зарядки переключающий элемент представляет собой переключающий элемент для управления состоянием заряда батареи, а предназначенный для разрядки переключающий элемент представляет собой переключающий элемент для управления состоянием разряда батареи. Обычно переключающие элементы модульной батареи включают в себя предназначенный для зарядки переключающий элемент и предназначенный для разрядки переключающий элемент.
Переключающие элементы подключены к схеме управления для измерения напряжения и/или тока батареи с целью управления переключающими элементами. Переключающие элементы управляют состояниями "включено" или "выключено" в соответствии с выходным сигналом от схемы управления. Конкретнее, схема управления поддерживает переключающие элементы (предназначенный для зарядки переключающий элемент и предназначенный для разрядки переключающий элемент) в состоянии "включено". Однако, если во время зарядки батареи имеет место отклонение от нормального состояния, то предназначенный для зарядки переключающий элемент переключается в состояние "выключено" с прерыванием зарядного тока. Если отклонение от нормального состояния имеет место во время разрядки батареи, то в состояние "выключено" переключается предназначенный для разрядки переключающий элемент с прерыванием разрядного тока. Также, если во время зарядки батареи напряжение батареи превышает заданное максимальное значение напряжения, то схема управления выдает сигнал на переключение предназначенного для зарядки переключающего элемента в состояние "выключено" для предотвращения избыточной зарядки (перезарядки) батареи. С другой стороны, если во время разрядки батареи напряжение батареи падает ниже заданного минимального значения напряжения, то схема управления выдает сигнал на переключение предназначенного для разрядки переключающего элемента в состояние "выключено" для предотвращения избыточной разрядки (переразрядки) батареи. Если выходная сторона батареи замыкается накоротко и, следовательно, в батарее протекает избыточный ток, т.е. возникает перегрузка по току, или же если к батарее вследствие отклонения от нормального режима ее работы приложено высокое зарядное напряжение и, следовательно, в батарее протекает избыточный ток, т.е. также возникает перегрузка по току, то схема управления воспринимает эту перегрузку по протекающему в батарее току и выдает сигналы на переключение переключающих элементов в состояние "выключено". Схема управления, которая управляет переключающими элементами, входит в состав печатной платы или в дополнительный схемный блок.
Модульная батарея в соответствии настоящим изобретением предпочтительно используется в средне- или крупногабаритных системах батарей, имеющих большую выходную мощность и высокую емкость. Диапазон большой выходной мощности и высокой емкости никак специально не ограничен.
Например, модульная батарея в соответствии с настоящим изобретением может быть использована в качестве источника питания в различных областях применения и изделиях, включая источник питания для транспортных средств, таких как электрические велосипеды (электровелосипеды, от англ. «e-bikes»), электрические мотоциклы, электромобили или гибридные электромобили. Более предпочтительно, модульная батарея в соответствии с настоящим изобретением используется в качестве источника питания для электрических велосипедов, поскольку эта модульная батарея выполнена имеющей компактную конструкцию.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более отчетливо поняты из следующего подробного описания, приведенного в сочетании с сопутствующими чертежами, на которых:
фиг.1 представляет собой типичный вид сверху, иллюстрирующий традиционный пакетный элемент;
фиг.2 и 3 представляют собой соответственно типичный вид в перспективе и типичный вид сбоку, иллюстрирующие модульную батарею в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
фиг.4 представляет собой типичный вид, иллюстрирующий укладывание единичных элементов стопкой на нижнем кожухе модульной батареи, показанной на фиг.2;
фиг.5 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий нижнюю поверхность нижнего кожуха модульной батареи, показанной на фиг.2; и
фиг.6 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий нижнюю поверхность верхнего кожуха модульной батареи, показанной на фиг.2.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи будет подробно описан предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения. Следует все же отметить, что объем настоящего изобретения не ограничивается проиллюстрированным вариантом реализации.
На фиг.2 и 3 показаны соответственно типичный вид в перспективе и типичный вид сбоку модульной батареи 1000 в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
Обращаясь к фиг.2 и 3, модульная батарея 1000 включает в себя верхний кожух 200, нижний кожух 300, множество единичных элементов 100, первый схемный блок 400, второй схемный блок (не показан) и третий схемный блок 500. Единичные элементы 100 уложены стопкой между верхним кожухом 200 и нижним кожухом 300, которые отделены друг от друга. Первый схемный блок 400 установлен на передней поверхности модульной батареи 1000, второй схемный блок установлен на нижней поверхности модульной батареи 1000, а третий схемный блок 500 установлен на задней поверхности модульной батареи 1000.
Поскольку верхний кожух 200 и нижний кожух 300 отделены друг от друга, то количество единичных элементов 100, которые можно уложить стопкой один на другой, верхним кожухом 200 и нижним кожухом 300 не ограничивается. Следовательно, можно легко сконструировать модульную батарею 1000 так, чтобы эта модульная батарея 1000 имела требуемую электрическую емкость и выходную мощность, модифицируя первый схемный блок 400 и третий схемный блок 500 в зависимости от количества уложенных стопкой единичных элементов 100. Кроме того, единичные элементы 100 остаются открытыми и, следовательно, эффективно осуществляется рассеяние тепла при зарядке и разрядке единичных элементов 100.
На фиг.4 показан вид в перспективе, иллюстрирующий единичные элементы и нижний кожух модульной батареи, показанной на фиг.2, а на фиг.5 - вид в перспективе, иллюстрирующий нижнюю поверхность нижнего кожуха, на которой установлен второй схемный блок.
Обращаясь сначала к фиг.4, нижний кожух 300 представляет собой конструктивную деталь, имеющую почти такой же внешний вид, что и единичный элемент 100. Нижний кожух 300 включает в себя верхнюю приемную часть 301, в которую помещается единичный элемент 100. Предпочтительно, нижний кожух 300 выполнен из пластичного полимера, такого как сополимер акрилонитрила-бутадиена-стирола (АБС), поликарбонат (ПК) или полибутилентерефталат (ПБТ), который имеет высокую прочность и высокие электроизоляционные свойства.
Единичный элемент 100, уложенный в стопку на нижнем кожухе 300, представляет собой пакетный вторичный элемент, который имеет катодную клемму 120 и анодную клемму 130, выступающие из верхнего края корпуса 110 элемента. На электродных клеммах 120 и 130 сформированы соответственно соединительные сквозные отверстия 140. Дополнительные крепежные детали, например болты 700, вставляют через соединительные сквозные отверстия 140 и крепежные отверстия 302, сформированные в нижнем кожухе 300, в то время, как единичные элементы 100 и 101 укладывают стопкой, и затем гайки (не показаны) навинчивают на болты 700 на нижней поверхности нижнего кожуха 300. Таким образом, единичные элементы 100 и 101 скрепляют друг с другом.
Между электродными клеммами 120 и 130 единичных элементов 100 и электродными клеммами 120 и 130 единичных элементов 101 устанавливают изолирующую деталь 600 для обеспечения электрической изоляции между единичными элементами 100 и 101. На изолирующей детали 600 сформированы выступы 610, которые плотно садятся в соединительные сквозные отверстия 140 электродных клемм 120 и 130. На выступах 610 также сформированы сквозные отверстия 620 и поэтому поддерживается электрическая изоляция между болтами 700, вставленными через сквозные отверстия 620 выступов 610 и электродные клеммы 120 и 130. Хотя это и не показано на чертежах, электрическое соединение между электродными клеммами может быть выполнено посредством дополнительной соединительной детали (не показана) в случае наличия изолирующей детали 600. Как было отмечено ранее, изолирующая деталь и соединительная деталь подробно описаны в заявке на патент Кореи № 2004-112590, которая была подана от имени заявителя настоящей заявки. Содержание этой заявки включено сюда посредством ссылки.
Кроме того, двусторонние клейкие ленты 800 и 801 прикреплены к корпусу 110 единичного элемента 100, посредством чего гарантируется более надежное соединение уложенных стопкой единичных элементов 100 и 101. Более того, уложенные стопкой единичные элементы 100 и 101 разнесены один от другого на толщину двусторонних клейких лент 800 и 801. Зазор между уложенными стопкой единичными элементами 100 и 101 служит для компенсации изменения объема единичных элементов 100 и 101 при зарядке или разрядке единичных элементов 100 и 101 и для эффективного рассеивания тепла, выделяемого из единичных элементов 100 и 101 при их зарядке и разрядке.
Как показано на фиг.5, нижний кожух 300 снабжен на своей нижней поверхности нижней приемной частью 310, в которую установлена вторая схема 330. Вторая схема 330 включает в себя электрические провода 320 и 322 для выполнения электрического соединения между катодом и анодом основной клеммы (не показано). Электрические провода 320 и 322 подключены к третьему схемному блоку. Кроме того, вторая схема 330 включает в себя электрические провода 332 и 334, которые электрически подключены соответственно к сборке 410 измерительной платы первого схемного блока 400 и третьему схемному блоку.
На фиг.6 показан вид в перспективе, иллюстрирующий нижнюю поверхность верхнего кожуха модульной батареи, показанной на фиг.2, и защитную деталь, прикрепленную к нижней поверхности верхнего кожуха.
Обращаясь к фиг.6, верхний кожух 200 может быть выполнен из той же изолирующей детали, что и нижний кожух, или другой изолирующей детали, отличающейся от изолирующей детали нижнего кожуха. Предпочтительно, верхний кожух 200 выполнен из пластичного полимера.
Верхний кожух 200 имеет нижнюю приемную часть 201 с размером, соответствующим единичным элементам 100 (см. фиг.2), так что верхний край самого верхнего единичного элемента 100 помещается в нижнюю приемную часть 201. Кроме того, верхний кожух 200 имеет отверстия 202, которые соответствуют сквозным отверстиям электродных клемм единичных элементов.
В нижней приемной части 201 верхнего кожуха 200 установлена пластинчатая защитная деталь 900. Эта защитная деталь 900 имеет почти такие же размеры, что и единичные элементы. Защитная деталь 900 размещена параллельно электродной пластине соответствующего единичного элемента.
Хотя выше в иллюстративных целях был приведен предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет ясно, что возможны различные модификации, дополнения и замены без отступления от объема и сущности изобретения, охарактеризованных в прилагаемой формуле изобретения.
Промышленная применимость
Из приведенного описания очевидно, что размер модульной аккумуляторной батареи в соответствии с настоящим изобретением может быть легко увеличен или уменьшен исходя из требуемой электрической емкости и выходной мощности. Кроме того, компоненты, составляющие модульную батарею, и провода, соединяющие компоненты модульной батареи, размещены в виде компактной конструкции. Кроме того, модульная аккумуляторная батарея в соответствии с настоящим изобретением имеет высокую надежность и безопасность по отношению к внешним воздействиям. Таким образом, настоящее изобретение позволяет достигнуть результата, заключающегося в надежном электрическом соединении.
1. Модульная аккумуляторная батарея большой выходной мощности и высокой емкости, имеющая множество электрически соединенных друг с другом единичных элементов для зарядки и разрядки электроэнергии, причем эта модульная батарея содержит: нижний кожух, на котором единичные элементы последовательно уложены стопкой один на другом, причем нижний кожух имеет верхнюю приемную часть;
верхний кожух для закрывания верхнего конца единичных элементов, уложенных стопкой на нижнем кожухе, причем верхний кожух имеет нижнюю приемную часть;
первый схемный блок для выполнения электрического соединения между уложенными стопкой единичными элементами, причем первый схемный блок включает в себя сборку измерительной платы для измерения напряжения, тока и/или температуры батареи;
второй схемный блок, электрически соединенный с первым схемным блоком, причем второй схемный блок включает в себя сборку основной платы для управления модульной батареей; и
третий схемный блок, электрически соединенный со вторым схемным блоком, причем третий схемный блок соединен также с внешней выходной клеммой, предотвращая при этом перегрузку по току, перезарядку и/или переразрядку.
2. Модульная батарея по п.1, в которой вторичные элементы представляют собой пакетные элементы.
3. Модульная батарея по п.1, дополнительно содержащая: двусторонние клейкие детали, расположенные между единичными элементами.
4. Модульная батарея по п.1, дополнительно содержащая: пластинчатую высокопрочную защитную деталь, расположенную между самым верхним из уложенных стопкой единичных элементов и верхним кожухом так, что эта защитная деталь размещается параллельно электродной пластине самого верхнего единичного элемента.
5. Модульная батарея по п.1, в которой
каждый из единичных элементов имеет пластинчатые электродные клеммы, на которых соответственно сформированы соединительные сквозные отверстия, и
верхний кожух и нижний кожух скреплены друг с другом крепежными деталями, которые вставлены через соединительные сквозные отверстия.
6. Модульная батарея по п.5, дополнительно содержащая: изолирующую деталь, установленную между электродными
клеммами соседних единичных элементов для достижения электрической изоляции между электродными клеммами, причем изолирующая деталь имеет выступы, которые посажены в соединительные сквозные отверстия; и
соединительную деталь, связанную с изолирующей деталью, для электрического соединения электродных клемм единичных элементов, связанных с изолирующей деталью, последовательно или параллельно друг с другом.
7. Модульная батарея по п.6, в которой
каждый из выступов имеет сквозное отверстие, внутренний диаметр которого является меньшим, чем внутренний диаметр соединительных сквозных отверстий электродных клемм, и единичные элементы соединены друг с другом путем укладывания единичных элементов стопкой в то время, как между единичными элементами расположены изолирующие детали, и вставки крепежных деталей через сквозные отверстия выступов.
8. Модульная батарея по п.1, в которой первый схемный блок включает в себя:
соединительные детали для соединения единичных элементов параллельно или последовательно друг с другом; и
сборку измерительной платы для приема и считывания сигналов напряжения, тока и/или температуры от соответствующих единичных элементов.
9. Модульная батарея по п.8, дополнительно содержащая: защитную деталь, подсоединенную между соединительными деталями для прерывания тока, когда возникает перегрузка по току или перегрев.
10. Модульная батарея по п.1, в которой
первый схемный блок установлен на одной боковой поверхности модульной батареи, смежной с электродными клеммами единичных элементов,
второй схемный блок установлен в нижней приемной части нижнего кожуха, и
третий схемный блок установлен на другой боковой поверхности модульной батареи, противоположной электродным клеммам единичных элементов.
11. Модульная батарея по п.1, в которой третий схемный блок включает в себя:
переключающие элементы для контроля за перегрузкой по току при зарядке и разрядке модульной батареи.
12. Модульная батарея по п.11, в которой третий схемный блок содержит переключающую плату, которая включает в себя:
переключающие элементы для управления зарядкой и разрядкой модульной батареи; и
теплоотводящую конструкцию, соединенную с переключающими элементами.
13. Модульная батарея по п.12, в которой переключающие элементы являются элементами на полевых транзисторах (FET).
14. Модульная батарея по п.1, причем эта модульная батарея используется в качестве источника питания для электрических велосипедов, электрических мотоциклов, электромобилей или гибридных электромобилей.
