PL218471B1 - Moduł baterii elektrycznych - Google Patents

Abstract

Moduł baterii elektrycznych ma zastosowanie zwłaszcza do zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Moduł z płaskimi ogniwami elektrycznymi umieszczonymi w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi stykającymi się ze ścianą boczną obudowy, w którym elektrody taśmowe sąsiadujących ze sobą ogniw są połączone zaciskiem zawierającym podporowy element kształtujący i pokrywowy element kształtujący. W zaproponowanym module podporowy element kształtujący (2) jest osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej (7) umieszczonej pomiędzy łączonymi elektrodami taśmowymi (4, 5) ogniw (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest moduł baterii elektrycznych z płaskimi ogniwami elektrycznymi umieszczonymi w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi, przeznaczony do zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym.

Bieguny dodatni i ujemny ogniw stosowanych w tego typu modułach wykonane są, jako elektrody taśmowe wyprowadzone z korpusu ogniwa w postaci dwóch umiejscowionych blisko siebie cienkich blaszek, aluminiowej i miedzianej. Taka konstrukcja biegunów sprawia problem ze skutecznym elektrycznym połączeniem ze sobą usytuowanych obok siebie ogniw elektrycznych w moduły baterii. Wynika to z tego, że odległości pomiędzy ogniwami są niewielkie a materiały, z których wykonane są elektrody taśmowe mają różne właściwości elektrochemiczne i na ich styku, przy obecności wilgoci powstaje ogniwo elektryczne, które wywołuje korozję i zwiększa rezystancję połączenia. Zwiększenie się rezystancji złącza biegunów powoduje straty energii i wzrost ilości wydzielanego w miejscu połączenia ciepła. Wzrost ilości wydzielonego ciepła powoduje szybkie utlenianie aluminiowej części złącza i jeszcze większe zwiększenie rezystancji. Z tego powodu w znanych rozwiązaniach bieguny ogniw łączy się przez zastosowanie podporowych i pokrywowych elementów kształtujących.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US 2008/0124617 moduł baterii akumulatorów, w którym dla lepszego wykorzystania przestrzeni, końcówki łączonych ze sobą elektrod zaciska się przy wykorzystaniu podporowych i pokrywowych elementów kształtujących. Ponadto, końcówki łączonych elektrod separuje się wykorzystując do tego celu płytę z nieprzewodzącego elektryczności materiału posiadającą dwa rzędy podłużnych otworów prowadzących zapewniających właściwe ułożenie łączonych elektrod przed ich elektrycznym połączeniem i zaciśnięciem.

Znany jest także z WO 2010/071463 moduł baterii elektrycznych, w którym płaskie ogniwa elektryczne są umieszczone w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi stykającymi się ze ścianą boczną obudowy. W tym znanym rozwiązaniu końcówki łączonych elektrod są także odseparowane od siebie przy wykorzystaniu płyty z nieprzewodzącego elektryczności materiału posiadającej dwa rzędy podłużnych otworów prowadzących.

W rozwiązaniu według zgłoszenia wzoru użytkowego o nr W. 120936, ujawniono sposób łączenia i złącze stosowane zwłaszcza do modułów bateryjnych wykorzystywanych w systemach zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Zgodnie z opisanym sposobem, pomiędzy częścią czołową ogniw elektrycznych a podporowym elementem kształtującym jest umieszczona izolująca płyta czołowa z podłużnymi otworami, przez które przechodzą bieguny ogniw elektrycznych, przy czym płaskie bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych stykają się ze sobą i zaciskają z jednoczesnym ich wyginaniem pomiędzy elementami kształtującymi. W powstałym złączu bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych są zaciśnięte pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji złącza, która zapewni pewne i solidne połączenie elektrod taśmowych na dużej płaszczyźnie, a w wyniku tego trwałe połączenie elektryczne o niskiej oporności elektrycznej, zapewniające lepsze wykorzystanie przestrzeni oraz umożliwi prosty montaż ogniw w moduły i ich eksploatację z mniejszym prawdopodobieństwem powstawania przypadkowych zwarć.

Moduł baterii elektrycznych, z płaskimi ogniwami elektrycznymi umieszczonymi w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi stykającymi się ze ścianą boczną obudowy, w którym elektrody taśmowe sąsiadujących ze sobą ogniw są połączone zaciskiem zawierającym podporowy element kształtujący i pokrywowy element kształtujący charakteryzuje się tym, że podporowy element kształtujący jest osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej umieszczonej pomiędzy łączonymi elektrodami taśmowymi ogniw.

Korzystnie podporowy element kształtujący jest osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej za pomocą podłużnej szczeliny osadczej wykonanej w jego podstawie.

Korzystnie termicznie przewodząca płyta przekładkowa wchodzi suwliwie w podłużną szczelinę osadczą podporowego elementu kształtującego.

Korzystnie podporowy element kształtujący jest połączony termokurczliwie z termicznie przewodzącą płytą przekładkową.

Korzystnie podporowy element kształtujący jest przyklejony do termicznie przewodzącej płyty przekładkowej.

PL 218 471 B1

Korzystnie podporowy element kształtujący i pokrywowy element kształtujący mają łukowe powierzchnie kształtujące.

W korzystnym wykonaniu podporowy element kształtujący i/lub pokrywowy element kształtujący są wykonane z tworzywa sztucznego.

W innym korzystnym wykonaniu moduł ma zacisk silnoprądowy i zacisk pomiarowy.

Poprzez wyeliminowanie płyty z nieprzewodzącego elektrycznie materiału z otworami prowadzącymi końcówek elektrod i zastosowanie w to miejsce podporowego elementu kształtującego osadzonego na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej uzyskano lepsze wykorzystanie przestrzeni oraz umożliwiono łatwiejszy montaż zacisków końcówek elektrod.

Jako element kształtujący dla potrzeb niniejszego wynalazku rozumie się każdy element posiadający przestrzennie ukształtowaną powierzchnię profilującą inną niż płaską, który płaskim elektrodom taśmowym nadaje wygięty profil podczas ich łączenia przez zaciskanie.

Przedmiot wynalazku jest zilustrowany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złącze elektrod taśmowych ogniw elektrycznych w widoku perspektywicznym przed zaciśnięciem, fig. 2 podobne złącze w widoku perspektywicznym po zaciśnięciu, fig. 3 podporowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 4 pokrywowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 5 przykładowy zacisk silnoprądowy w widoku perspektywicznym, fig. 6 fragment przekroju przez moduł bateryjny w miejscu śrub zaciskających podporowe i pokrywowe elementy kształtujące, fig. 7 przekrój przez złożony moduł bateryjny, zaś fig. 8 - rozstrzelony widok perspektywiczny pojedynczego modułu bateryjnego od strony złącz.

Jak przedstawiono na fig. 1 złącze przed połączeniem elektrod taśmowych ogniw elektrycznych 1 ma osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej 7 podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3, pomiędzy którymi są umieszczone elektrody taśmowe 4, 5 dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych 1, przy czym elektrody taśmowe 4, 5 stykają się ze sobą i są zawinięte na podporowym elemencie kształtującym 2 oraz dociśnięte pokrywowym elementem kształtującym 3 za pomocą elementów zaciskowych w postaci śrub 6. Podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3 przedstawiony na fig. 1 mają powierzchnie kształtujące w postaci łukowej.

Fig. 2 przedstawia po połączeniu inne złącze elektrod taśmowych ogniw elektrycznych 1, w którym podporowy element kształtujący 2 został osadzony w sposób termokurczliwy na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej 7.

W innym przykładzie wykonania wynalazku, podporowy element kształtujący 2 jest przyklejony do termicznie przewodzącej płyty przekładkowej 7.

Na fig. 3 został przedstawiony przykład wykonania podporowego elementu kształtującego 2 o zewnętrznej łukowej powierzchni kształtującej. Podporowy element kształtujący 2 ma szczelinę 11 i otwory 8 do umieszczenia śrub 6, przy czym długość elementu kształtującego jest tak dobrana, aby w przybliżeniu odpowiadała szerokości elektrod taśmowych 4, 5. W celu zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania przypadkowych zwarć elektrycznych, zarówno podczas montażu jak i eksploatacji złącza. Podporowy element kształtujący 2 osadzony jest szczeliną 11 na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej 7 i jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polipropylenu.

Fig. 4 przedstawia widok pokrywowego elementu kształtującego 3 i jego łukowej wewnętrznej powierzchni kształtującej. Pokrywowy element kształtujący 3 ma otwory 9, przez które przechodzą śruby 6. Długość pokrywowego elementu kształtującego 3 odpowiada długości współpracującego z nim podporowego elementu kształtującego 2. Pokrywowy element kształtujący 3 jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polipropylenu, z podobnych względów jak podporowy element kształtujący 2.

W celu połączenia sąsiednich modułów bateryjnych w zestaw modułów, pierwsze złącze według wynalazku, przeznaczone do połączenia z dodatnią elektrodą taśmową ogniwa położonego najwyżej w module bateryjnym oraz ostatnie złącze przeznaczone do połączenia z ujemną elektrodą taśmową ogniwa położonego najniżej w module bateryjnym, są dodatkowo wyposażone w zaciski silnoprądowe 12. Przykładowy kształt zacisku silnoprądowego 12 jest zilustrowany na fig. 5.

Fig. 6 przedstawia fragment przekroju przez moduł bateryjny w miejscu śrub zaciskających oraz przez podporowe 2 i pokrywowe elementy kształtujące 3. Jak przedstawiono na fig. 6, ogniwa elektryczne 1 ułożone są jedne na drugich i odseparowane termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi 7 połączonymi mechanicznie z obudową modułu 15, zaś elektrody taśmowe 4, 5 ogniw elektrycznych 1 są zawinięte na osadzonych na termicznie przewodzących płytach przekładkowych 7 podporowych elementach kształtujących 2 oraz dociśnięte pokrywowymi elementami kształtującymi 3.

PL 218 471 B1

W zilustrowanym przykładzie wykonania funkcję elementu zaciskowego podporowy 2 i pokrywowy 3 element kształtujący pełnią śruby 6. Ponadto moduł bateryjny 13 ma zaciski pomiarowe 10 i silnoprądowe 12.

Fig. 7 przedstawia przekrój przez zmontowany moduł bateryjny 13. Moduł 13 ma obudowę 15, w której jest umieszczony stos składający się z ośmiu płaskich ogniw elektrycznych 1 umieszczonych w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi 7 mającymi kontakt mechaniczny ze ścianami obudowy 15. W module tym elektrody taśmowe 1 i 2 sąsiadujących ze sobą ogniw są połączone złączem zaciskowym. Złącza zaciskowe zawierają osadzone na termicznie przewodzących płytach przekładkowych 7 podporowe elementy kształtujące 2 i dociśnięte do nich śrubami zaciskowymi 6 pokrywowe elementy kształtujące 3.

Fig. 8 przedstawia rozstrzelony widok pojedynczego modułu bateryjnego 13 od strony złącz. W celu połączenia ogniw elektrycznych 1 modułu bateryjnego 13, elektrody taśmowe 4, 5 zawija się parami na podporowych elementach kształtujących 2 i dociska pokrywowymi elementami kształtującymi 3 za pomocą śrub 6 oraz montuje się płytę elektroniki 14 zbierającą napięcie ze wszystkich zacisków pomiarowych 10 ogniw elektrycznych 1 i łączy się ją z systemem nadzoru baterii. Ponadto skrajne złącza elektrod taśmowych ogniw, górne lewe i dolne prawe, wyposaża się dodatkowo w zaciski silnoprądowe 12.

Podane przykłady nie wyczerpują wszystkich możliwości użytecznego wykorzystania wynalazku stanowią tylko przykłady jego wykorzystania w odniesieniu do budowy modułu baterii elektrycznych z płaskimi ogniwami elektrycznymi umieszczonymi w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi, przeznaczony do zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym.

Wykaz odnośników

1. Ogniwo elektryczne,

2. Podporowy element kształtujący,

3. Pokrywowy element kształtujący,

4. Elektroda taśmowa „+”,

5. Elektroda taśmowa „-”,

6. Śruby mocujące,

7. Termicznie przewodząca płyta przekładkowa,

8. Otwory na śrubę mocującą w podporowym elemencie kształtującym 2,

9. Otwory na śrubę mocującą w pokrywowym elemencie kształtującym 3,

10. Zacisk pomiarowy,

11. Szczelina w podporowym elemencie kształtującym,

12. Zacisk silnoprądowy,

13. Moduł bateryjny,

14. Płyta elektroniki,

15. Obudowa modułu.

Claims (10)

1. Moduł baterii elektrycznych, z płaskimi ogniwami elektrycznymi umieszczonymi w obudowie pomiędzy termicznie przewodzącymi płytami przekładkowymi stykającymi się ze ścianą boczną obudowy, w którym elektrody taśmowe sąsiadujących ze sobą ogniw są połączone zaciskiem zawierającym podporowy element kształtujący i pokrywowy element kształtujący, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) jest osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej (7) umieszczonej pomiędzy łączonymi elektrodami taśmowymi (4, 5) ogniw (1).

2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) jest osadzony na termicznie przewodzącej płycie przekładkowej (7), za pomocą podłużnej szczeliny osadczej (11) wykonanej w jego podstawie.

3. Moduł według zastrz. 2, znamienny tym, że termicznie przewodząca płyta przekładkowa (7) wchodzi suwliwie w podłużną szczelinę osadczą (11) podporowego elementu kształtującego (2).

4. Moduł według zastrz. 2, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) połączony jest termokurczliwie z termicznie przewodzącą płytą przekładkową (7).

PL 218 471 B1

5. Moduł według zastrz. 2, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) jest przyklejony do termicznie przewodzącej płyty przekładkowej (7).

6. Moduł według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) i pokrywowy element kształtujący (3) mają łukowe powierzchnie kształtujące.

7. Moduł według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że podporowy element kształtujący (2) jest wykonany z tworzywa sztucznego.

8. Moduł według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że pokrywowy element kształtujący (3) jest wykonany z tworzywa sztucznego.

9. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zacisk silnoprądowy (12).

10. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zacisk pomiarowy (10).