СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНЕШНЕГО СОЕДИНЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2012 года по МПК H01M10/00 H01M2/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к стойкому к окислению несварному соединительному устройству для внешнего соединения аккумуляторных элементов, обеспечивающему высокую проводимость соединения множества аккумуляторных элементов друг с другом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существующие высокомощные аккумуляторные батареи, как правило, представляют собой последовательное, параллельное или последовательно-параллельное соединение множества аккумуляторных элементов посредством соединительных пластин. Как выводы положительного и отрицательного электродов соответствующих аккумуляторных элементов, так и соединительные пластины обычно выполнены из никеля или никелированного металла, поскольку никель отличается стойкостью к окислению и, следовательно, лучшей надежностью при длительных сроках эксплуатации. Как показано на фиг.1 и 2, в традиционной аккумуляторной батарее как последовательное, так и параллельное соединение всех аккумуляторных элементов 11 производится посредством соединительной пластины 10, приваренной к металлическим выводам 12 электродов аккумуляторных элементов 11 в нескольких сварочных точках 13, для снижения внешнего контактного сопротивления аккумуляторной батареи.

Следует отметить, что вышеописанная технология соединения традиционных аккумуляторных элементов, в которой электрическое соединение двух аккумуляторных элементов никелевыми соединительными пластинами осуществляется при помощи точечной сварки, обладает многими недостатками, среди которых можно назвать следующие:

1. Продолжительная эксплуатация в конечном счете приведет к окислению или загрязнению никелевых соединительных пластин посторонними веществами, в результате чего вырастет электрическое сопротивление соединительных пластин.

2. Соединение никелевых соединительных пластин с выводами электродов аккумуляторных элементов в сварочных точках происходит, как правило, на малых контактных участках, результатом чего является высокое контактное сопротивление и, соответственно, повышение температуры выводов электродов аккумуляторных элементов и сварочных точек, а также дополнительные потери мощности аккумуляторных элементов в процессе перезаряда или разряда.

3. Сочетание высокой стоимости никелевых соединительных пластин со значительными временными и трудовыми затратами, связанными с процессом сварки, делает традиционную технологию сборки аккумуляторных батарей неэкономичной.

Задача настоящего изобретения состоит в корректировке и/или устранении вышеописанных недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первоочередной задачей настоящего изобретения является создание соединительного устройства для внешнего соединения аккумуляторных элементов, в котором согласно настоящему изобретению в качестве соединительной детали для последовательного или параллельного соединения двух аккумуляторных элементов используется в основном по меньшей мере один соединительный элемент из смеси графита. Согласно настоящему изобретению соединение соединительного элемента из смеси графита напрямую с выводами электродов аккумуляторных элементов позволит при осуществлении соединения с высокой проводимостью обойтись без применения традиционных сварочных технологий. Кроме того, поскольку соединительный элемент из смеси графита стоит дешевле никелевого, это позволит значительно сократить затраты на производство.

Дополнительно настоящее изобретение решает задачу создания соединительного устройства для внешнего соединения аккумуляторных элементов, в котором для последовательного или параллельного электрического соединения двух аккумуляторных элементов используется в основном соединительный элемент из смеси графита. Соединительный элемент из смеси графита сам по себе является стойким к окислению. Плотный взаимный контакт соединительного элемента из смеси графита с выводами положительного и отрицательного электродов аккумуляторных элементов запускает процесс их взаимного растворения, а именно процесс замещения посторонних веществ, присутствующих на поверхностях выводов отрицательного и положительного электродов аккумуляторных элементов, частицами углерода соединительного элемента из смеси графита таким образом, что происходит заполнение пустот в металлических поверхностях выводов отрицательного и положительного электродов аккумуляторных элементов, что приводит в итоге к образованию твердого раствора с содержанием никеля и углерода, при этом за счет снижения сопротивления внешнего соединения обеспечивается плавный разряд при больших токах.

Для решения вышеуказанных задач в настоящем изобретении предлагается соединительное устройство для внешнего последовательного соединения аккумуляторных элементов, содержащее: первый аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от первого гальванического элемента; по меньшей мере один графитовый соединительный элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом положительного электрода первого аккумуляторного элемента; второй аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от второго аккумуляторного элемента. Вывод отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента соединен с соединительным элементом из смеси графита таким образом, чтобы осуществлять последовательное соединение первого и второго аккумуляторных элементов.

Предлагается также соединительное устройство для внешнего параллельного соединения аккумуляторных элементов, содержащее: первый аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента; по меньшей мере один первый соединительный графитовый элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом положительного электрода первого аккумуляторного элемента; второй аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от второго аккумуляторного элемента, причем вывод положительного электрода второго аккумуляторного элемента соединен с первым соединительным графитовым элементом; а также по меньшей мере один второй соединительный графитовый элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом отрицательного электрода первого аккумуляторного элемента и выводом отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента таким образом, чтобы осуществлять параллельное соединение первого и второго аккумуляторных элементов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показан аксонометрический вид фрагмента традиционной аккумуляторной батареи, выполненной последовательным соединением аккумуляторных элементов посредством никелевой пластины.

На фиг.2 показана конструкция другой традиционной аккумуляторной батареи, выполненной параллельным соединением аккумуляторных элементов посредством никелевой пластины.

На фиг.3 показан схематический вид соединительного устройства для внешнего последовательного соединения аккумуляторных элементов посредством соединительного элемента из смеси графита.

На фиг.4 показан схематический вид соединительного устройства для внешнего параллельного соединения аккумуляторных элементов посредством соединительного элемента из смеси графита.

На фиг.5-1 показаны соответствующие выводы электродов аккумуляторного элемента с загрязненной посторонними веществами поверхностью, как описано в настоящем изобретении.

На фиг.5-2 показано замещение постороннего вещества частицами углерода после вхождения соединительного элемента из смеси графита в контакт с поверхностью вывода электрода, как описано в настоящем изобретении.

На фиг.6 показан вид сбоку аккумуляторной батареи, выполненной последовательно-параллельно соединением аккумуляторных элементов посредством соединительного элемента из смеси графита, согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводится его описание со ссылками на сопровождающие чертежи, используемые исключительно для иллюстрации предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 показано последовательное соединение двух аккумуляторных элементов, в котором для улучшения электрической проводимости между первым и вторым аккумуляторными элементами 20, 40 соединение между первым и вторым аккумуляторными элементами 20, 40 выполнено посредством по меньшей мере одного соединительного элемента из смеси графита.

Первый аккумуляторный элемент 20 представляет собой цилиндрический аккумуляторный элемент, на обоих концах которого имеются выполненные из никелированного металла внешние вывод 21 положительного электрода и вывод 22 отрицательного электрода, предназначенные для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента 20.

Соединительный элемент 30 выполнен из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя серебро-графит (смесь серебра и графита), медь-графит (смесь меди и графита), а также серебро-медь-графит (смесь серебра, меди и графита). Соединительный элемент 30 из смеси графита находится в плотном электрическом контакте с выводом 21 положительного электрода первого аккумуляторного элемента 20.

На обоих концах второго аккумуляторного элемента 40 имеются выполненные из никелированного металла внешние вывод 41 положительного электрода и вывод 42 отрицательного электрода, предназначенные для отбора мощности от второго аккумуляторного элемента 40. Вывод 42 отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента 40 находится в плотном электрическом контакте с соединительным элементом 30 из смеси графита. Пружина 50 и опорная пластина 51, прижимающие соединительный элемент 30 из смеси графита к первому и второму аккумуляторным элементам 20, 40 для обеспечения плотного контакта. Таким образом осуществлено последовательное соединение первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40.

Дополнительно возможно соединить как вывод 22 отрицательного электрода первого аккумуляторного элемента 20, так и вывод 41 положительного электрода второго аккумуляторного элемента 40 с соответствующим графитовым выводом 401, 402, выполняющим роль оконечного вывода для отбора от них мощности. Для отбора от них мощности внутрь каждого из графитовых выводов 401, 402 установлен провод 403, 404.

На фиг.4 показано параллельное соединение двух аккумуляторных элементов, в котором для улучшения электрической проводимости между первым и вторым аккумуляторными элементами электрическое соединение между первым и вторым аккумуляторными элементами выполнено посредством первого соединительного элемента из смеси графита и второго соединительного элемента из смеси графита.

Первый аккумуляторный элемент 60 представляет собой цилиндрический аккумуляторный элемент, на обоих концах которого имеются выполненные из никелированного металла внешние вывод 61 положительного электрода и вывод 62 отрицательного электрода, предназначенные для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента 60.

Первый соединительный элемент 70 выполнен из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя серебро-графит (смесь серебра и графита), медь-графит (смесь меди и графита), а также серебро-медь-графит (смесь серебра, меди и графита). Соединительный элемент 70 из смеси графита находится в плотном электрическом контакте с выводом 61 положительного электрода первого аккумуляторного элемента 60.

Второй аккумуляторный элемент 80 представляет собой цилиндрический аккумуляторный элемент, на обоих концах которого имеются выполненные из никелированного металла внешние вывод 81 положительного электрода и вывод 82 отрицательного электрода, предназначенные для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента 80. Вывод 81 положительного электрода второго аккумуляторного элемента 80 находится в плотном электрическом контакте с первым соединительным элементом 70 из смеси графита.

Второй соединительный элемент 90 выполнен из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя серебро-графит (смесь серебра и графита), медь-графит (смесь меди и графита), а также серебро-медь-графит (смесь серебра, меди и графита). Второй соединительный элемент 90 из смеси графита соединен с выводом 62 отрицательного электрода первого аккумуляторного элемента 60 и выводом 82 отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента 80. Два набора из пружин 50а, 50b и опорных пластин 51а, 51b, прижимающих первый и второй соединительные элементы 70, 90 из смеси графита к первому и второму аккумуляторным элементам 60, 80 для обеспечения плотного контакта. Таким образом осуществлено параллельное соединение первого и второго аккумуляторных элементов 60, 80.

Кроме того, для отбора мощности внутрь как первого, так и второго соединительного элемента 70, 90 из смеси графита установлен провод 405, 406.

Выше были раскрыты позиционные и структурные связи между соответствующими компонентами предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Что касается функционирования, настоящее изобретение в основном использует соединительные графитовые элементы для непосредственного последовательного или параллельного соединения аккумуляторных элементов без применения традиционных сварочных технологий, причем исключение традиционной сварочной технологии позволяет улучшить электрическую проводимость соединений и сократить затраты на производство.

Следует отметить, что, как показано на фиг.5-1, вывод 22 отрицательного электрода и вывод 41 положительного электрода первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40 выполнены из никелированного металла, причем поверхности обоих выводов 41, 22 положительного и отрицательного электродов загрязнены посторонними веществами 500 или окисями 200, при этом присутствие посторонних веществ 500 или окисей 200 увеличивает сопротивление соединения при разряде первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40 и, тем самым, снижает энергетический КПД разряда аккумуляторных элементов. На фиг.3 и фиг.5-2, иллюстрирующих принцип осуществления соединения с высокой проводимостью между аккумуляторными элементами, соединительный элемент 30 из смеси графита электрически соединен с выводами 41, 22 положительного и отрицательного электродов первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40; соединительный элемент 30 из смеси графита сам по себе является стойким к окислению, при этом соединительный элемент 30 из смеси графита и выводы 41, 22 положительного и отрицательного электродов первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40 при взаимном контакте растворяются друг в друге, то есть частицы 600 углерода соединительного элемента 30 из смеси графита замещают посторонние вещества 500 или окиси 200, присутствующие на выполненных из никелированного металла выводах 41, 22 положительного и отрицательного электродов, заполняя при этом пустоты на выводах 41, 22 положительного и отрицательного электродов и образуя твердый раствор с содержанием никеля и углерода, что приводит к улучшению электрической проводимости соединения между соединительным элементом 30 из смеси графита, первым аккумуляторным элементом 20 и вторым аккумуляторным элементом 40. Иными словами, после включения заявляемой в настоящем изобретении аккумуляторной батареи, благодаря заявляемому в настоящем изобретении соединительному устройству для внешнего соединения аккумуляторных элементов, при отсутствии внутреннего сопротивления, создаваемого окисями 200 или посторонними веществами 500, электрический ток будет плавно протекать между первым аккумуляторным элементом 20, соединительным элементом 30 из смеси графита и вторым аккумуляторным элементом 40, что не только снижает сопротивление внешнего соединения между первым и вторым аккумуляторными элементами 20, 40, но и способствует успешному разряду первого и второго аккумуляторных элементов 20, 40.

Как показано на фиг.6, при последовательном, параллельном или последовательно-параллельном соединении множества аккумуляторных элементов 301 в аккумуляторную батарею 300 большой мощности посредством множества заявляемых соединительных элементов 302 из смеси графита, вследствие растворения соединительных элементов 302 из смеси графита в выполненных из никелированного металла выводах положительного и отрицательного электродов, улучшающего электрическую проводимость соединения между соответствующими аккумуляторными элементами 301, потери мощности на внешнем сопротивлении в аккумуляторной батарее 300 сравнительно меньше потерь в традиционной аккумуляторной батарее, где аккумуляторные элементы соединены никелевыми пластинами посредством точечной сварки. Очевидно, что внешнее сопротивление аккумуляторной батареи, собранной с использованием раскрытой в настоящем изобретении технологии соединения, сравнительно мало, при этом уменьшено контактное сопротивление аккумуляторных элементов 301 и соединительных элементов 302 из смеси графита, в результате чего снижена рабочая температура. Иными словами, технология сборки аккумуляторной батареи согласно настоящему изобретению позволяет снизить потери при разряде и обеспечивает высокоэффективную плавную передачу мощности от аккумуляторной батареи.

Хотя выше были проиллюстрированы и раскрыты различные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области очевидно, что в рамках настоящего изобретения осуществимы и другие его варианты.

Изобретение относится к стойкому к окислению внешнему соединителю для аккумуляторных элементов. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости и омических потерь. Согласно изобретению соединительное устройство для внешнего соединения аккумуляторных элементов содержит по меньшей мере один соединительный элемент из смеси графита, предназначенный для электрического последовательного или параллельного соединения двух аккумуляторных элементов. Чтобы соединение аккумуляторных элементов обладало высокой электрической проводимостью без применения традиционных сварочных технологий, соединительный элемент из смеси графита находится в непосредственном плотном контакте с никелевыми или никелированными выводами аккумуляторных элементов. Соединительный элемент из смеси графита обладает меньшей стоимостью и меньшей способностью к окислению; при этом взаимный контакт соединительного элемента из смеси графита с выполненными из никелированного металла выводами положительного и отрицательного электродов аккумуляторных элементов приводит к их взаимному растворению с образованием твердого раствора с содержанием никеля и углерода, при этом за счет снижения сопротивления внешнего соединения обеспечивается плавный разряд при больших токах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Соединительное устройство для внешнего последовательного соединения аккумуляторных элементов, содержащее: первый аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента; по меньшей мере один соединительный графитовый элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом положительного электрода первого аккумуляторного элемента; а также второй аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от второго аккумуляторного элемента, причем вывод отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента соединен с соединительным элементом из смеси графита таким образом, чтобы осуществлять последовательное соединение первого и второго аккумуляторных элементов.

2. Соединительное устройство для внешнего последовательного соединения аккумуляторных элементов по п.1, отличающееся тем, что в нем предусмотрены пружина и опорная пластина, прижимающие соединительный элемент из смеси графита к первому и второму аккумуляторным элементам для обеспечения плотного контакта.

3. Соединительное устройство для внешнего последовательного соединения аккумуляторных элементов по п.1, отличающееся тем, что как вывод отрицательного электрода первого аккумуляторного элемента, так и вывод положительного электрода второго аккумуляторного элемента соединены с графитовым выводом, выполняющим роль оконечного вывода для отбора от них мощности, причем для отбора от них мощности внутрь каждого из графитовых выводов установлен провод.

4. Соединительное устройство для внешнего параллельного соединения аккумуляторных элементов, содержащее: первый аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от первого аккумуляторного элемента; по меньшей мере один первый соединительный графитовый элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом положительного электрода первого аккумуляторного элемента; второй аккумуляторный элемент с внешними выполненными из никелированного металла выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода, предназначенными для отбора мощности от второго аккумуляторного элемента, причем вывод положительного электрода второго аккумуляторного элемента соединен с первым соединительным графитовым элементом; а также по меньшей мере один второй соединительный графитовый элемент, выполненный из смеси графита, выбранной из группы, включающей в себя смесь серебра и графита, смесь меди и графита, смесь серебра, меди и графита, и соединенный с выводом отрицательного электрода первого аккумуляторного элемента и выводом отрицательного электрода второго аккумуляторного элемента таким образом, чтобы осуществлять параллельное соединение первого и второго аккумуляторных элементов.

5. Соединительное устройство для внешнего параллельного соединения аккумуляторных элементов по п.4, отличающееся тем, что в нем предусмотрены два набора из пружин и опорных пластин, прижимающие первый и второй соединительные элементы из смеси графита к первому и второму аккумуляторным элементам для обеспечения плотного контакта.