Горизонтальная составная группа элементов электоропитания Российский патент 2020 года по МПК H01M4/02 H01M10/585 H02J1/00 

Настоящее изобретение относится, в целом, к группе элементов электропитания и, в частности, к высоковольтной, высокоемкой и трехмерной горизонтальной составной группе элементов электропитания.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последние годы, в силу исчерпания нефтехимического топлива и преобладания осознания необходимости в защите окружающей среды, приходится переосмысливать баланс между жизненным комфортом и защитой окружающей среды для тех объектов, которые используют нефтехимическое топливо в качестве источника энергии и в массовом количестве выбрасывают парниковые газы. Автомобили, как важные транспортные средства, становятся одним из основных объектов, подлежащих проверке. Соответственно, в рамках глобальной тенденции энергосбережения и сокращения выбросов углерода во многих странах устанавливается электрификация автомобилей как важная цель сокращения выбросов диоксида углерода. К сожалению, электромобили сталкиваются со многими проблемами в практических применениях. Например, емкость элементов электропитания, таких как батареи, ограничивает длительность работы. Следовательно, для повышения емкости, а значит, и увеличения пробега нужно соединять последовательно или параллельно больше батарей.

Для снижения веса автомобиля с целью увеличения пробега вторичные батареи с высокой плотностью энергии и малым весом, например, литий-ионные вторичные батареи, оказываются наилучшим вариантом выбора в качестве батареи для электромобилей. Тем не менее, способ сборки множественных литий-ионных вторичных батарей с образованием безопасного и стабильного источника энергии стала неотложной задачей в отрасли.

Сначала обратимся к фиг. 1A и фиг. 1B, где показан общепринятый способ. После параллельного соединения множественных наборов элементов 71 батареи используют корпус 72 для герметизации и формирования аккумулятора 73. Затем проводящие выводы 74, выступающие из корпусов 72 аккумуляторов 73, соединяют последовательно снаружи для достижения достаточного электрического напряжения, обеспечивая батарейный модуль 75 для автомобилей. Согласно другому способу применяют единый корпус 72 для охвата множественных элементов 71 батареи, как показано на фиг. 2A и фиг. 2B. Другими словами, для увеличения электрического напряжения аккумулятора 76 применяется внутреннее последовательное соединение. Затем множественные аккумуляторы 76 соединяют параллельно и снаружи для достижения достаточной емкости для формирования батарейного модуля 77 для автомобилей. К сожалению, современный электролит может выдерживать лишь около 5 вольт. Кроме того, трудно сформировать замкнутую систему для электролита из-за внутренних конструктивных проблем. Как только напряжение превысит допустимый для электролита диапазон, электролит будет разлагаться, что приводит к отказу батарейного модуля 77. Что еще хуже, батарея может взорваться. Соответственно, такой продукт на рынке отсутствует.

Согласно патентной заявке США № 2004/0091771, соседние батарейные модули совместно используют общий слой токоотвода. Используя этот способ, можно решить вышеописанную проблему разложения электролита. К сожалению, из-за последовательного соединения с общим слоем токоотвода конструкция будет менее гибкой. Можно применять только внутреннее последовательное соединение. Для образования батарейного модуля все же следует применять внешнее параллельное соединение множества аккумуляторов.

Кроме того, в составной группе элементов электропитания согласно патентной заявке Тайваня № 106136071 последовательные и параллельные соединения группы элементов электропитания можно создавать прямо внутри аккумуляторов для обеспечения высоковольтных аккумуляторов высокой единичной емкости, с устранением недостатков сниженных характеристик и сниженной плотности емкости из-за внешнего соединения согласно уровню техники. К сожалению, согласно этой технологии элемент электропитания достигает высокой емкости и высокого напряжения путем вертикальной укладки большого числа элементов электропитания для последовательных и/или параллельных соединений.

Тем не менее, в случае пробоя металлическими предметами, вызванное пробоем падение высокого напряжения неизбежно представляет большую опасность для полностью твердых, псевдотвердых (твердо-жидких) или жидких систем электролита. Оно особенно опасно для группы элементов электропитания, образованной путем вертикальной укладки массивных элементов электропитания внутри при последовательных соединениях.

Ввиду этих недостатков настоящее изобретение предлагает новую горизонтальную составную группу элементов электропитания во избежание проблем безопасности, обусловленных пробоем элементов батареи металлическими предметами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания, в которой применяются горизонтальные последовательные и/или параллельные соединения для электрического подсоединения множественных групп элементов электропитания с целью уменьшения числа вертикально уложенных элементов электропитания и устранения проблем безопасности, обусловленных пробоем элементов батареи металлическими предметами.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Сверху и снизу располагаются соответственно первый слой изоляции и второй слой изоляции. Между первым и вторым слоями изоляции располагаются множественные группы элементов электропитания, проходящие горизонтально и соединенные последовательно и/или параллельно. За счет использования первого и второго слоев изоляции можно предотвратить возможные повреждения, вызванные пробоями элементов электропитания внешними металлическими предметами.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Электрохимическая реакция между соседними элементами электропитания отсутствует за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не ограничиваются максимальным допустимым для электролита напряжением и могут соединяться последовательно и/или параллельно. Следовательно, можно повысить плотность емкости и напряжение.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Между соседними группами элементов электропитания сформированы множественные каналы, действующие как пути для теплоотвода.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Слои токоотвода между соседними элементами электропитания контактируют напрямую. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электропитания может быть существенно снижено. Характеристики модуля питания, образованного такими группами элементов электропитания, почти не падают. Кроме того, из-за снижения сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно ослабевает. Это позволяет упростить систему охлаждения модуля питания, что облегчает управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность составной группы элементов электропитания в целом.

Для решения поставленных задач настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную группу элементов электропитания, которая содержит первый слой изоляции, второй слой изоляции, первый структурированный проводящий слой, второй структурированный проводящий слой и множество групп элементов электропитания. Второй слой изоляции расположен напротив первого слоя изоляции. Первый структурированный проводящий слой расположен на первой поверхности первого слоя изоляции. Второй структурированный проводящий слой расположен на второй поверхности второго слоя изоляции. Первый структурированный проводящий слой располагается напротив второго структурированного проводящего слоя. Множество групп элементов электропитания расположены между первым слоем изоляции и вторым слоем изоляции и соединены последовательно и/или параллельно через первый структурированный проводящий слой и второй структурированный проводящий слой. Каждый элемент электропитания содержит изолирующий слой, два слоя активного материала, два слоя токоотвода, систему электролита и слой упаковки. Два слоя активного материала расположены соответственно по обе стороны изолирующего слоя. Два слоя токоотвода расположены соответственно на внешних сторонах слоев активного материала. Система электролита расположена в слоях активного материала. Слой упаковки расположен на периферии двух слоев токоотвода для склеивания слоев токоотвода и заключения системы электролита между двумя слоями токоотвода. Другими словами, каждый элемент электропитания является независимым модулем. Система электролита не циркулирует между ними. Электрохимическая реакция между соседними элементами электропитания отсутствует, за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не ограничиваются максимальным допустимым для электролита напряжением и могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно.

Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов осуществления приведено для понимания задач, технологий, признаков и эффектов настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A и 1B показывают схемы аккумулятора и батарейного модуля по первому варианту осуществления согласно уровню техники;

фиг. 2A и 2B - схемы аккумулятора и батарейного модуля по второму варианту осуществления согласно уровню техники;

фиг. 3 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4A - конструктивная схема элемента электропитания согласно настоящему изобретению;

фиг. 4B - другая конструктивная схема элемента электропитания согласно настоящему изобретению;

фиг. 5A - схема варианта осуществления по фиг. 3, на которой группа элементов электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания формируется путем последовательного соединения множественных элементов электропитания;

фиг. 5B - частично увеличенный вид области A на фиг. 5A;

фиг. 6 - схема внутреннего и параллельного соединения групп элементов электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 7 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8A - схема внешнего и последовательного соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8B - схема внешнего и параллельного соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 9 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 10 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 11 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 12-14 - схемы последовательного и/или параллельного электрического соединения множественных элементов электропитания в группе элементов электропитания согласно настоящему изобретению; и

фиг. 15 - схема лепестка, сформированного на слое токоотвода элемента электрохимической системы согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

С учетом проблемы безопасности, связанной с пробоем множественных вертикально уложенных и последовательно/параллельно соединенных элементов электропитания острыми металлическими предметами, для обеспечения потребности в высоком напряжении и высокой емкости, настоящее изобретение предусматривает новую горизонтальную составную группу элементов электропитания для решения проблемы пробоя. Вышеуказанный составной блок электропитания может представлять собой любой элемент питания, способный хранить энергию и подавать ее на внешние устройства, такой как батареи или конденсаторы.

В настоящем изобретении, в основном, раскрыта горизонтальная составная группа элементов электропитания, которая содержит множество групп элементов электропитания. Группа элементов электропитания содержит один или более вертикально уложенных последовательно и/или параллельно соединенных элементов электропитания. Затем, после того как группы элементов электропитания соединены последовательно или параллельно в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои, первый вывод и второй вывод соединяются с группами элементов электропитания с образованием составной группы элементов электропитания. Другими словами, внутри составной группы элементов электропитания могут быть одновременно выполнены последовательное и параллельное соединения. Элементы электропитания, образующие группу элементов электропитания согласно настоящему изобретению, являются независимыми и законченными модулями электропитания. Они не используют совместно системы электролита. Чертежи используются для дополнительного описания. Для удобства, в нижеследующем варианте осуществления описана литиевая батарея. Специалисту в данной области техники известно, что этот вариант осуществления не служит для ограничения объема настоящего изобретения.

Сначала обратимся к фиг. 3, где показана схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре, горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания согласно настоящему изобретению, в основном, содержит первый слой 12 изоляции, второй слой 14 изоляции, первый структурированный проводящий слой 16 (16a, 16b, 16c), второй структурированный проводящий слой 18 (18a, 18b) и множество групп 20 элементов электропитания. Второй слой 14 изоляции располагается напротив первого слоя 12 изоляции в горизонтальном направлении. Первый структурированный проводящий слой 16 располагается на первой поверхности 12s, проходящей горизонтально внутри первого слоя 12 изоляции. Второй структурированный проводящий слой 18 располагается на второй поверхности 14s, проходящей горизонтально внутри второго слоя 14 изоляции. Первый структурированный проводящий слой 16 располагается напротив второго структурированного проводящего слоя 18. Материал первого и второго структурированных проводящих слоев 16, 18 может быть выбран из группы, состоящей из металлов и любых проводящих материалов. Множество групп 20 элементов электропитания расположены бок о бок и проложены между первым и вторым слоями 12, 14 изоляции и электрически подключены к разной полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18 для образования последовательного соединения. Слова «бок о бок» означают, что множество групп 20 элементов электропитания не уложены вертикально по единственной оси Z. Вместо этого, они располагаются в горизонтальном направлении.

Группа 20 элементов электропитания, как описано выше, образована одним или более элементами 22 электропитания. Например, на фиг. 3 горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания образована путем последовательного соединения четырех групп 20 элементов электропитания. Любая из групп 20 элементов электропитания образована элементом 22 электропитания. Структура вышеупомянутого элемента 22 электропитания показана на фиг. 4A. Любой элемент батареи (аккумулятор) 22 включает в себя первый слой 222 токоотвода, второй слой 223 токоотвода, слой 224 упаковки, первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226 и второй слой 227 активного материала. Слой 224 упаковки проложен между первым и вторым слоями 222, 223 токоотвода. Первый слой 222 токоотвода, второй слой 223 токоотвода и слой 224 упаковки образуют герметичное пространство, изолированное от внешней влаги и кислорода. Первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226 и второй слой 227 активного материала нанесены последовательно в герметичном пространстве. Система электролита располагается в первом слое 225 активного материала и втором слое 227 активного материала. Первый слой 225 активного материала соединен с первым слоем 222 токоотвода, а второй слой 227 активного материала соединен со вторым слоем 223 токоотвода.

Материал изолирующего слоя 226 с микроотверстиями, через которые могут проходить ионы, может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, керамических материалов и стекловолоконных материалов. Микроотверстия могут быть проникающими отверстиями, нелинейными отверстиями или же образованными пористыми материалами. Кроме того, внутри микроотверстия подложки могут быть распределены пористые керамические изолирующие материалы. Эти керамические изолирующие материалы могут быть образованы такими материалами, как микрометровые или нанометровые диоксид титана (TiO₂), оксид алюминия (Al₂O₃), диоксид кремния (SiO₂) или частицы алкилированной керамики. Керамический изолирующий материал может дополнительно включать в себя полимерные адгезивы, такие как поливинилиденфторид (PVDF), сополимер поливинилиденфторида и гексафторпропилена (PVDF-HFP), политетрафторэтилен (PTFE), клей на основе акриловой кислоты, эпоксидная смола, полиэтиленоксид (PEO), полиакрилонитрил (PAN) или полиимид (PI).

Система электролита расположена в первом и втором слоях 225, 227 активного материала. Вид системы электролита может быть выбран из группы, состоящей из жидкого состояния, псевдотвердого состояния, состояния геля, твердого состояния или их комбинаций. Активные материалы слоев 225, 227 активного материала могут преобразовывать химическую энергию в электрическую энергию для полезного использования (подачи электричества) или электрическую энергию в химическую энергию для накопления (зарядки) и могут обеспечивать одновременно ионные проводимость и перенос. Сгенерированные электроны могут выводиться наружу через первый и второй слои 222, 223 токоотвода. В качестве материалов для первого и второго слоев 222, 223 токоотвода обычно используются медь и алюминий. Альтернативно, они могут включать в себя другие металлы, такие как никель, олово, серебро и золото, сплавы металлов или нержавеющую сталь.

Материал слоя 224 упаковки может включать в себя эпоксидную смолу, полиэтилен, полипропилен, полиуретан, термопластичный полиимид, силикон, акриловую смолу или отверждаемый ультрафиолетом клей. Этот материал расположен на периферии двух слоев 222, 223 токоотвода для склеивания их и герметизации системы электролита между ними во избежание утечки и циркуляции с системой электролита других элементов 22 электропитания. Таким образом, элемент 22 электропитания является независимым и законченным модулем электропитания.

Для того чтобы усилить эффект герметизация слоя 224 упаковки, слой 224 упаковки может быть выполнен с тремя слоями. Обратимся к фиг. 4B. Верхний и нижний слои 224a, 224b состоят из модифицированного силикона, а средний слой является слоем 224c силикона. Слои 224a, 224b модифицированного силикона по обе стороны модифицированы путем регулировки отношения силикона присоединения и конденсации для склеивания разнородных материалов. При использовании данной конструкции увеличивается когезия на граница раздела. В то же время, общий внешний вид является более законченным, и повышается выход по производительности. Кроме того, такая конструкция позволяет блокировать проникновение влаги. Внутри, слой 224c силикона, действующий как основная структура, может блокировать повреждения, обусловленные полярным растворителем и пластификатором. Таким образом, герметизирующая структура в целом может быть более законченной.

Кроме того, для облегчения описания и идентификации, для иллюстрации на фигурах элементов 22 электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания используются простые символы плюс и минус для указания положительной и отрицательной электрических полярностей, вместо детального изображения компонентов элемента 22 электропитания, как показано на фиг. 4A и фиг. 4B. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что означают положительная и отрицательная полярности. Поэтому детали не будут описаны повторно.

Как показано на фиг. 5A и фиг.5B, группа 20 элементов электропитания образована путем последовательного соединения множества элементов 22 электропитания. На внешних сторонах элемента 22 электропитания находятся первый и второй слои 222, 223 токоотвода. Следовательно, первый и второй слои 222, 223 токоотвода соседних элементов 22 электропитания могут быть соединены между собой за счет непосредственного контакта с образованием последовательного электрического соединения. Например, как показано на фигурах, первый слой 222 токоотвода заряжен положительно, а второй слой 223 токоотвода заряжен отрицательно. Второй слой 223 токоотвода элемента 22 электропитания наверху может контактировать с первым слоем 222 токоотвода соседнего (нижнего) элемента 22 электропитания. Второй слой 223 токоотвода отрицательного вывода последнего элемента 22 электропитания может контактировать с первым слоем 222 токоотвода положительного вывода соседнего элемента 22 электропитания. Благодаря последовательной укладке, может быть сформирована последовательно соединенная группа 20 элементов электропитания. Поскольку каждый элемент 22 электропитания является независимым модулем электропитания, их системы электролита не циркулируют. Таким образом, отсутствуют электрохимические реакции между первым и вторым слоями 222, 223 токоотвода соседних элементов 22 электропитания, за исключением переноса заряда (то есть ионы не будут переноситься и проводиться). Таким образом, поскольку множественные элементы 22 электропитания соединены последовательно для обеспечения высокого напряжения, система электролита отдельного элемента 22 электропитания не подвергается влиянию. Внутреннее напряжение по-прежнему поддерживается равным напряжению отдельного элемента 22 электропитания. Таким образом, оно не будет ограничиваться максимальным напряжением (обычно, около 5 вольт) системы электролита, группа 20 элементов электропитания с высоким напряжением может быть сформирована путем последовательной укладки множественных элементов 22 электропитания.

Верхний поверхностный электрод (первый слой 222 токоотвода) самого верхнего элемента 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания контактирует непосредственно с первым структурированным проводящим слоем 16 с образованием электрического соединения. Нижний поверхностный электрод (второй слой 223 токоотвода) самого нижнего элемента 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания контактирует со вторым структурированным проводящим слоем 18 с образованием электрического соединения. Вышеописанный метод прямого контакта может быть физическим контактом или химическим контактом. В частности, прямой контакт может быть сформирован путем пайки с припоем или без него или способом плавления. Альтернативно, можно применять проводящий серебряный клей или проводящую ткань.

Горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания согласно настоящему изобретению дополнительный содержит первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26. На фиг. 3 первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 электрически соединены одновременно с первым структурированным проводящим слоем 16, или альтернативно, одновременно со вторым структурированным проводящим слоем 18. Конечно, они могут быть соединены с разными металлическими слоями. Например, первый проводящий вывод 24 электрически соединен с первым структурированным проводящим слоем 16, тогда как второй проводящий вывод 26 электрически соединен со вторым структурированным проводящим слоем 18, как показано на фиг. 6.

Кроме того, первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 могут быть выполнены заодно с первым структурированным проводящим слоем 16 или вторым структурированным проводящим слоем 26, электрически соединенными с ними. Другими словами, в процессе структурирования (т.е. формирования рисунка) сохраняются рисунки первого проводящего вывода 24 и второго проводящего вывода 26. Когда первый и второй проводящие выводы 24, 26 формируют, не используя интегральный способ, материалы первого и второго проводящих выводов 24, 26 могут отличаться от материалов первого и/или второго структурированных проводящих слоев 16, 18. Кроме того, прямой контакт может быть образован путем пайки с припоем или без него, или способом плавления. Альтернативно, можно применять проводящий серебряный клей или проводящую ткань.

Обратимся к фиг. 7. На этой фигуре один участок первого структурированного проводящего слоя 16a выходит наружу из первого слоя 12 изоляции и действует как первый проводящий вывод 24; другой участок первого структурированного проводящего слоя 16c выходит наружу из первого слоя 12 изоляции и действует как второй проводящий вывод 26. Кроме того, на этой фигуре множественные группы элементов 22 электропитания (на фигуре группа элементов электропитания образована единственным элементом 22 электропитания) все соединены с противоположной полярностью через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, что делает множественные группы элементов 22 электропитания последовательно соединенными.

При архитектуре горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно настоящему изобретению, для увеличения полной емкости или полного напряжения батарейного модуля требуется осуществлять только внешнее последовательное/параллельное соединение множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания с использованием первого и второго проводящих выводов 24, 26. Тогда полная емкость или полное напряжение батарейного модуля может увеличиваться. Например, благодаря внешнему последовательному соединению множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания, полное напряжение может увеличиваться, как показано на фиг. 8A. Благодаря внешнему параллельному соединению множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания, полная емкость может увеличиваться, как показано на фиг. 8B.

Для увеличения напряжения единой горизонтальной составной группы элементов электропитания нужно просто добавить группу элементов электропитания. Например, как показано на фиг. 9, по сравнению с фиг. 3, две группы 20 элементов электропитания добавлены и последовательно соединены через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18.

Обратимся к фиг. 6. Эта горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания использует две группы 20 элементов электропитания с образованием нового набора 28 путем параллельного соединения одинаковой полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18. Затем этот новый набор 28 используется в качестве элемента. При соединении противоположных полярностей через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18 образуется последовательное соединение. Кроме того, группа 20 элементов электропитания, показанная на фиг. 6, может быть образована путем последовательного соединения множественных элементов электропитания для подачи более высокого напряжения. Помимо этого, хотя новый набор 28 может интегрироваться в элемент электропитания, может увеличиваться число зазоров 30, если они разделены.

Обратимся к фиг. 10. Зазоры между соединенными группами 20 элементов электропитания могут действовать как каналы теплоотвода для горизонтальной составной группы 10 элементов электропитания. На поверхностях первого слоя 12 изоляции и/или второго слоя 14 изоляции, обращенных к группам 20 элементов электропитания, выполнены множественные позиционирующие детали 32. Эти позиционирующие детали 32 выходят наружу первого или второго структурированных проводящих слоев 16, 18 для ограничения местоположений групп 20 элементов электропитания. Например, поскольку элемент 22 электропитания включают в себя слой токоотвода, наличие позиционирующей детали 32 позволяет помочь зафиксировать группу 20 элементов электропитания, образованную одним или более элементами 22 электропитания в правильном местоположении. Кроме того, для увеличения эффекта теплоотвода в зазоры можно вводить текучую среду, такую как газ или жидкость.

Далее будут описаны преимущества настоящего изобретения. Например, согласно составной группе элементов электропитания по патентной заявке Тайваня № 106136071, 24 элемента электропитания вертикально и последовательно соединены для обеспечения значения напряжения 24*4,2 вольта. Благодаря применению горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно настоящему изобретению, при одинаковых значении напряжения и числе элементов электропитания, 24 отдельных элемента электропитания могут быть соединены противоположными полярностями в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, в состоянии горизонтального расширения, показанном на фиг. 9. Альтернативно, 12 пар последовательно уложенных элементов электропитания могут быть соединены противоположными полярностями в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 11. Альтернативно, можно применять другое число уложенных элементов электропитания. При этой архитектуре, когда острый металлический предмет 34 пробивает горизонтальную составную группу элементов электропитания снаружи, вместо 24 вертикально уложенных элементов электропитания пробивается лишь несколько пакетов слоев. Таким образом, можно эффективно избежать опасности пробивки массивных последовательно уложенных элементов электропитания.

Более того, помимо эффективного блокирования пробивки, первый и второй слои 12, 14 изоляции согласно настоящему изобретению могут действовать как слои для блокирования электрического контакта между первым и вторым структурированными проводящими слоями, когда множественные аккумуляторы 10 последовательно и/или параллельно соединяются снаружи.

Далее описаны последовательная и/или параллельная конфигурации множества элементов 22 электропитания, когда группа 20 элементов электропитания образована двумя или более элементами 22 электропитания.

Обратимся к фиг. 5A. На этой фигуре множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания электрически соединены последовательно и противоположными полярностями. Обратимся к фиг. 12, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания электрически соединены параллельно и одинаковой полярностью. Обратимся к фиг. 13, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания соединены смешанным способом сначала параллельными, а затем последовательными соединениями. Обратимся к фиг. 14, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания соединены смешанным способом сначала последовательными, а затем параллельными соединениями. В описанном выше смешанном способе соединения положительные/отрицательные выводы (слои токоотвода) элемента 22 электропитания соединяют с соответствующими структурированными проводящими слоями подходящими проводами. Помимо этого, для удобного соединения проводов и слоев токоотвода элементов 22 электропитания, в слоях токоотвода может располагаться лепесток 79, как показано на фиг. 15.

В итоге, настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную группу элементов электропитания, которая содержит множественные группы элементов электропитания, размещенные бок о бок. Группы элементов электропитания последовательно и/или параллельно соединены внутри по способу горизонтального расширения через первый и второй структурированные проводящие слои для достижения определенных напряжения и емкости. Помимо этого, внешние последовательные и/или параллельные соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания могут быть выполнены через первый и второй проводящие выводы горизонтальных составных групп элементов электропитания. Кроме того, горизонтальная составная группа элементов электропитания согласно настоящему изобретению содержит первый и второй слои изоляции сверху и снизу, действующие как слой для блокирования электрического контакта первого и второго структурированных проводящих слоев между аккумуляторами, а также эффективного предотвращения возможных повреждений, обусловленных пробиванием металлическими предметами.

Соответственно, настоящее изобретение соответствует требования закона по причине его новизны, неочевидности и полезности. Однако выше приведено описание только вариантов осуществления настоящего изобретения, не используемых для ограничения объема и диапазона настоящего изобретения. В нижеследующую формулу изобретения включены те эквивалентные изменения или модификации, которые сделаны по форме, структуре, признакам или сущности, описанным в формуле изобретения настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к группе элементов электропитания. Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности составной группы элементов электропитания в целом. Достигается тем, что группа элементов электропитания образована путем последовательного соединения одного или более независимых элементов электропитания без циркуляции их систем электролита. Таким образом, порождаемое соединением высокое напряжение не оказывает влияния ни на какой отдельный элемент электропитания и не разлагает его системы электролита. Следовательно, в горизонтальных составных группах элементов электропитания последовательные и/или параллельные соединения можно создавать одновременно, обеспечивая высокое напряжение и высокую емкость. 18 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Горизонтальная составная группа элементов электропитания, содержащая:

первый слой изоляции;

второй слой изоляции, расположенный напротив упомянутого первого слоя изоляции;

первый структурированный проводящий слой, расположенный на первой поверхности упомянутого первого слоя изоляции;

второй структурированный проводящий слой, расположенный на второй поверхности упомянутого второго слоя изоляции и напротив упомянутого первого структурированного проводящего слоя; и

множество групп элементов электропитания, размещенных бок о бок и проложенных между упомянутым первым слоем изоляции и упомянутым вторым слоем изоляции, электрически соединенных через упомянутый первый структурированный проводящий слой и упомянутый второй структурированный проводящий слой и образующих внутри последовательные и/или параллельные соединения.

2. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой упомянутая группа элементов электропитания образована одним или более элементами электропитания; каждый упомянутый элемент электропитания является независимым и законченным модулем; системы электролита упомянутых элементов электропитания не циркулируют между ними; и между соседними элементами электропитания не происходит никаких химических реакций за исключением переноса заряда.

3. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 2, в которой упомянутый элемент электропитания содержит:

первый слой токоотвода;

второй слой токоотвода;

слой упаковки, расположенный между упомянутым первым слоем токоотвода и упомянутым вторым слоем токоотвода для образования герметичного пространства;

первый слой активного материала, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и электрически соединенный с упомянутым первым слоем токоотвода;

второй слой активного материала, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и электрически соединенный с упомянутым вторым слоем токоотвода;

изолирующий слой, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и проложенный между упомянутым первым слоем активного материала и упомянутым вторым слоем активного материала; и

упомянутую систему электролита, расположенную в упомянутом первом слое активного материала и упомянутом втором слое активного материала.

4. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой упомянутые первые слои токоотвода или упомянутые вторые слои токоотвода упомянутых двух элементов электропитания на внешних сторонах упомянутой группы элементов электропитания контактируют непосредственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем с образованием электрических соединений.

5. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, дополнительно содержащая первый проводящий вывод и второй проводящий вывод, электрически соединенные с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или вторым структурированным проводящим слоем или с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и упомянутым вторым структурированным проводящим слоем соответственно.

6. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод выполнены заодно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем, электрически соединенным с ними, или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и вторым структурированным проводящим слоем, электрически соединенными с ними.

7. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой, когда сформировано множество упомянутых горизонтальных составных групп элементов электропитания, горизонтальные составные группы элементов электропитания упомянутого множества последовательно и/или параллельно соединены снаружи с использованием упомянутого первого проводящего вывода и упомянутого второго проводящего вывода.

8. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, дополнительно содержащая множество каналов теплоотвода, расположенных между соседними группами элементов электропитания.

9. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой на поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и/или упомянутого второго слоя изоляции образовано множество позиционирующих деталей, обращенных к упомянутому элементу электропитания, и упомянутое множество позиционирующих деталей выступают наружу упомянутого первого структурированного проводящего слоя или упомянутого второго структурированного проводящего слоя для ограничения местоположения упомянутой группы элементов электропитания.

10. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой упомянутая система электролита выбрана из группы, состоящей из состояния геля, жидкого состояния, псевдотвердого состояния, твердого состояния или их комбинаций.

11. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 2, в которой упомянутый первый слой токоотвода или упомянутый второй слой токоотвода каждого упомянутого элемента электропитания в упомянутой группе элементов электропитания непосредственно контактирует с упомянутым вторым слоем токоотвода или упомянутым первым слоем токоотвода соседнего элемента электропитания с образованием электрического соединения.

12. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 11, в которой упомянутое множество элементов электропитания образуют последовательное соединение через контактирующие между собой упомянутый первый слой токоотвода и упомянутый второй слой токоотвода с разными полярностями.

13. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой упомянутый слой упаковки упомянутого элемента электропитания включает в себя слой силикона и два слоя модифицированного силикона по обе стороны упомянутого слоя силикона.

14. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 8, в которой в упомянутые каналы теплоотвода вводится текучая среда.

15. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 14, в которой упомянутая текучая среда является газом или жидкостью.

16. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или вторым структурированным проводящим слоем посредством физического или химического соединения или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством упомянутого физического или химического соединения.

17. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.

18. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 4, в которой упомянутые первые слои токоотвода или упомянутые вторые слои токоотвода упомянутых двух элементов электропитания на внешних сторонах упомянутой группы элементов электропитания соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.

19. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой, когда упомянутый элемент электропитания образован множеством элементов электропитания, упомянутое множество элементов электропитания в любой упомянутой группе элементов электропитания электрически соединены параллельно и/или последовательно.