ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СОСТАВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК H01M2/02 H01M2/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в целом, к конструкции электропитания и, в частности, к высоковольтной, высокоемкой и трехмерной горизонтальной составной конструкции электропитания с последовательным соединением элементов электрохимической системы и одновременно параллельным и/или последовательным соединением групп элементов электрохимической системы в конструкции 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 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 батарее аккумуляторов согласно патентной заявке Тайваня № 106136071 последовательные и параллельные соединения 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 группа элементов электропитания достигает высокой емкости и высокого напряжения путем вертикальной укладки стопкой 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 аккумуляторов, образованных путем вертикальной укладки стопкой массивных элементов электропитания внутри.

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

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания, которая применяет последовательные и/или параллельные соединения в горизонтальном направлении для электрического соединения множественных групп элементов электрохимической системы для уменьшения числа уложенных стопкой по вертикали элементов электрохимической системы и устранения проблем безопасности, обусловленных пробоем металлическими предметами.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания. Первый слой изоляции и второй слой изоляции расположены соответственно сверху и снизу. Между первым и вторым слоями изоляции расположены множественные группы элементов электрохимической системы, проходящие горизонтально и соединенные последовательно и/или параллельно. Использование первого и второго слоев изоляции позволяет предотвратить возможные повреждения, обусловленные пробоями элементов электропитания внешними металлическими предметами.

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

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

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания. Слои токоотвода между соседними элементами электрохимической системы совместно используются для соединения. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электрохимической системы может существенно снижаться. Характеристики модуля питания, образованного такими группами элементов электрохимической системы, почти не падают. Кроме того, благодаря снижению сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно снижается. Это позволяет упростить систему охлаждения группы элементов электрохимической системы, что облегчает управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность всей составной конструкции электропитания в целом.

Для решения поставленных задач настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит первый слой изоляции, второй слой изоляции, два структурированных проводящих слоя и множество групп элементов электрохимической системы. Второй слой изоляции расположен напротив первого слоя изоляции. Два структурированных проводящих слоя расположены на поверхности соответственно первого и второго слоев изоляции и обращены друг к другу. Множество групп элементов электрохимической системы расположены между первым слоем изоляции и вторым слоем изоляции и соединены последовательно и/или параллельно через структурированные проводящие слои. Каждая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы. На периферию каждого элемента электрохимической системы нанесен слой упаковки, так что циркуляция между соседними элементами системы электролита отсутствует, за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не будут ограничены максимальным допустимым напряжением электролита и могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно. Каждый элемент электрохимической системы содержит изолирующий слой, два слоя активного материала и систему электролита. Два слоя активного материала расположены соответственно по обе стороны изолирующего слоя. Система электролита расположена в слоях активного материала. В элементах электрохимической системы на двух внешних сторонах каждой группы элементов электрохимической системы применяются структурированные проводящие слои в качестве слоев токоотвода.

Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов осуществления позволяет понять задачи, технологии, признаки и эффекты, обеспечиваемые настоящим изобретением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

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

фиг. 3 - схема горизонтальной составной конструкции электропитания по первому варианту осуществления согласно настоящему изобретению;

фиг. 4A - структурная схема элемента электрохимической системы и слоя упаковки согласно настоящему изобретению;

фиг. 4B - другая структурная схема элемента электрохимической системы и слоя упаковки согласно настоящему изобретению;

фиг. 5A - схема варианта осуществления по фиг. 3, в котором группа элементов электрохимической системы горизонтальной составной конструкции электропитания образована путем последовательного соединения множественных элементов электрохимической системы;

фиг. 5B - частично увеличенная схема области A на фиг. 5A;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

С учетом проблемы безопасности, вызванной пробоем множественных уложенных вертикальной стопкой и последовательно соединенных элементов электрохимической системы острыми металлическими предметами, для обеспечения высокого напряжения и высокой емкости, настоящее изобретение предусматривает новую горизонтальную составную конструкции электропитания для решения проблемы пробоя.

Настоящее изобретение, в основном, предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит множество групп элементов электрохимической системы. Группа элементов электрохимической системы содержит один или более последовательно и/или параллельно соединенных между собой элементов электрохимической системы. Затем, после того как множественные группы элементов электрохимической системы последовательно и/или параллельно соединены между собой через структурированные проводящие слои, первый проводящий вывод и второй проводящий вывод соединяются с группами элементов электрохимической системы с образованием составной конструкции электропитания. Другими словами, внутри составной конструкции электропитания последовательное и параллельное соединения могут быть выполнены одновременно. Элементы электрохимической системы, образующие группу элементов электрохимической системы согласно настоящему изобретению, совместно не используют системы электролита друг друга. Для дальнейшего описания используются фигуры. Вышеупомянутая составная конструкция электропитания может представлять собой любой элемент питания, способный хранить энергию и подавать ее на внешние устройства, такой как, например, батареи или конденсаторы.

Сначала обратимся к фиг. 3, где показана схема горизонтальной составной конструкции электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре, горизонтальная составная конструкция 10 электропитания согласно настоящему изобретению, в основном, содержит первый слой 12 изоляции, второй слой 14 изоляции, структурированный проводящий слой 16 (16a, 16b, 16c), другой структурированный проводящий слой 18 (18a, 18b) и множество групп 20 элементов электрохимической системы. Второй слой 14 изоляции располагается напротив первого слоя 12 изоляции в горизонтальном направлении. Структурированный проводящий слой 16 располагается на первой поверхности 12s, проходящей горизонтально внутри первого слоя 12 изоляции. Структурированный проводящий слой 18 располагается на второй поверхности 14s, проходящей горизонтально внутри второго слоя 14 изоляции. Структурированный проводящий слой 16 располагается напротив 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 электрохимической системы проложены между первым и вторым слоями 12, 14 изоляции и электрически подключены к разной полярности через структурированные проводящие слои 16, 18 для образования последовательного соединения. Для удобства, в нижеследующем варианте осуществления для описания применяется батарея. Специалисту в данной области техники хорошо известно, что вариант осуществления не используется для ограничения объема настоящего изобретения.

Группа 20 элементов электрохимической системы, как описано выше, образована одним или более элементами 22 электрохимической системы. Например, на фиг. 3 горизонтальная составная конструкция 10 электропитания образована путем последовательного соединения четырех групп 20 элементов электрохимической системы, причем каждая из групп 20 элементов электрохимической системы образована элементом 22 электрохимической системы. Структура вышеупомянутого элемента 22 электрохимической системы показана на фиг. 4A. Каждый элемент 22 электрохимической системы включает в себя первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226, второй слой 227 активного материала и систему электролита, расположенную в первом слое 225 активного материала и втором слое 227 активного материала. Первый слой 225 активного материала соединен со слоем 16 токоотвода, f второй слой 227 активного материала соединен с другим слоем 18 токоотвода. Изолирующий слой 226 располагается между первым слоем 225 активного материала и вторым слоем 227 активного материала. Слой 23 упаковки располагается на периферии каждого элемента 22 электрохимической системы, так что системы электролита соседних элементов электрохимической системы не циркулируют, за исключением переноса заряда. В отсутствие электрохимической реакции, элементы электрохимической системы не ограничиваются максимальным допустимым напряжением электролита, могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно.

Материал изолирующего слоя 226 с микроотверстиями, позволяющими ионам проходить насквозь, может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, керамических материалов и стекловолоконных материалов. Микроотверстия могут быть проникающими отверстиями, нелинейными отверстиями, или же созданы пористыми материалами. Кроме того, пористые керамические изолирующие материалы могут быть распределены внутри микроотверстия подложки. 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. Керамические изолирующие материалы могут дополнительно включать в себя полимерные адгезивы, такие как, например, поливинилиденфторид (PVDF), сополимер гексафторопропилена и поливинилиденфторида (PVDF-HFP), политетрафторэтилен (PTFE), клей на основе акриловой кислоты, эпоксидную смолу, полиэтиленоксид (PEO), полиакрилонитрил (PAN) или полиимид (PI).

Система электролита расположена в первом и втором слоях 225, 227 активного материала. Форма системы электролита может быть выбрана 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 соседние слои токоотвода.

Материал слоя 23 упаковки может включать в себя эпоксидную смолу, полиэтилен, полипропилен, полиуретан, термопластичный полиимид, силикон, акриловую смолу или отверждаемый ультрафиолетом клей. Слой 23 упаковки расположен на периферии элемента 22 электрохимической системы с двумя концами, приклеенными к слоям токоотвода по обе стороны элемента 22 электрохимической системы. Согласно настоящему варианту осуществления слой 23 упаковки приклеен к структурированным проводящим слоям 16, 18 для герметизации системы электролита между структурированными проводящими слоями 16, 18 и слоем 23 упаковки во избежание утечки и циркуляции с системой электролита других элементов 22 электрохимической системы. Таким образом, элемент 22 электрохимической системы является независимым и законченным модулем электропитания.

Для того чтобы усилить герметизирующий эффект слоя 23 упаковки, слой 23 упаковки может быть выполнен с тремя слоями. Обратимся к фиг. 4B. Верхний и нижний слои 23a, 23b состоят из модифицированного силикона, а средний слой является слоем 23c силикона. Слои 23a, 23b модифицированного силикона по обе стороны модифицированы путем регулировки отношения силикона присоединения и конденсации для склеивания разнородных материалов. При использовании данной конструкции увеличивается когезия на границе раздела. В то же время, общий внешний вид является более законченным, и повышается выход продукции. Кроме того, конструкция может блокировать проникновение влаги. Внутри, слой 23c силикона, действующий как основная структура, может блокировать повреждения, вызванные 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 электрохимической системы горизонтальной составной конструкции электропитания используются простые символы плюс и минус для указания положительной и отрицательной электрических полярностей для иллюстрации электрических свойств, вместо детального изображения компонентов элемента 22 электрохимической системы, 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, единая группа 20 элементов электрохимической системы образована путем последовательного соединения множества уложенных вертикальной стопкой элементов 22 электрохимической системы с противоположными полярностями. Наружные стороны элементов 22 электрохимической системы на внешних сторонах группы 20 элементов электрохимической системы используют структурированные проводящие слои 16, 18 непосредственно в качестве слоев токоотвода. Два уложенных стопкой элемента 22 электрохимической системы используют общий слой 19 токоотвода для сбора и отведения электронов. Таким образом, вторые слои 227 активного материала и первые слои 225 активного материала соседних элементов 22 электрохимической системы электрически соединены посредством общего слоя токоотвода. Например, как показано на фигурах, первый слой 225 активного материала является положительным слоем, а второй слой 227 активного материала - отрицательным слоем. Тогда второй слой 227 активного материала самого верхнего элемента 22 электрохимической системы контактирует с общим слоем 19 токоотвода; первый слой 225 активного материала соседнего (снизу) элемента 22 электрохимической системы контактирует с общим слоем 19 токоотвода. Благодаря последовательной укладке стопкой, может быть сформирована группа 20 последовательно соединенных элементов электрохимической системы. Поскольку системы электролита каждого элемента 22 электрохимической системы не циркулируют, отсутствуют электрохимические реакции между соседними элементами 22 электрохимической системы, за исключением переноса заряда (то есть ионы не будут переноситься или проводиться). Поэтому, поскольку множественные элементы 22 электрохимической системы соединены последовательно для обеспечения высокого напряжения, система электролита внутри отдельного элемента 22 электрохимической системы не подвергается влиянию. Внутреннее напряжение по-прежнему поддерживается равным напряжению единственного элемента 22 электрохимической системы. Таким образом, оно не ограничивается максимальным напряжением (обычно - около 5 вольт) системы электролита, и группа 20 элементов электропитания с высоким напряжением может быть сформирована путем последовательной укладки стопкой множественных элементов 22 электропитания. Кроме того, слои токоотвода между соседними элементами 22 электрохимической системы совместно используются для соединения. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электрохимической системы может быть существенно снижено. Характеристики модуля питания, образованного группами элементов электрохимической системы, почти не падают. Кроме того, благодаря снижению сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно снижается. Это позволяет упростить систему охлаждения группы элементов электрохимической системы и облегчить управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность всей составной конструкции электропитания в целом.

В силу необходимости одновременного контактирования положительного и отрицательного электродов (слоев 225, 227 активного материала), материалы структурированных проводящих слоев 16, 18 и/или общего слоя 19 токоотвода, как описано выше, должны выдерживать высокое и низкое электрические напряжения, и реакции окисления происходить не должно. Например, такие материалы включают в себя нержавеющую сталь (SUS) или графит. Кроме того, такими материалами могут быть металлические порошки, выбранные из группы, состоящей из алюминия, меди, титана, никеля, нержавеющей стали и их сплавов. Путем напыления или каландрирования металлических порошков, смешанных с адгезивом, можно изготавливать структурированные проводящие слои 16, 18 и/или общий слой 19 токоотвода.

Горизонтальная составная конструкция 10 электропитания согласно настоящему изобретению дополнительно 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 со структурированным проводящим слоем 16. Конечно, они могут быть соединены с разными структурированными проводящими слоями. Например, первый проводящий вывод 24 электрически соединен со структурированным проводящим слоем 16, а второй проводящий вывод 26 электрически соединен со структурированным проводящим слоем 18, как показано на фиг. 6.

Кроме того, первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 могут быть выполнены заодно со структурированными проводящими слоями 16, 18, электрически соединенными с ними. Как показано на фиг. 7, участок структурированного проводящего слоя 16a выходит наружу первого слоя 12 изоляции и действует как первый проводящий вывод 24; участок структурированного проводящего слоя 16c выходит наружу первого слоя 12 изоляции и действует как второй проводящий вывод 26. Другими словами, в процессе структурирования (т.е. формирования рисунка) сохраняются рисунки первого проводящего вывода 24 и второго проводящего вывода 26.

При формировании первого и второго проводящих выводов 24, 26 без применения интегрального способа, материалы первого и второго проводящих выводов 24, 26 могут отличаться от материалов 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.

При строении горизонтальной составной конструкции электропитания согласно настоящему изобретению, единственное, что требуется сделать для увеличения полной емкости или полного напряжения батарейного модуля, это выполнить внешнее последовательное/параллельное соединение множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания с использованием первого и второго проводящих выводов 24, 26. Тогда полная емкость или полное напряжение батарейного модуля может увеличиться. Например, при внешнем последовательном соединении множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания может быть увеличено полное напряжение, как показано на фиг. 8A. При внешнем параллельном соединении множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания может быть увеличена полная емкость, как показано на фиг. 8B.

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

Обратимся к фиг. 6. Эта горизонтальная составная конструкция 10 электропитания использует две группы 20 элементов электрохимической системы для формирования нового набора 28 путем параллельного соединения одинаковой полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18. Тогда 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, хотя новый набор 28 может интегрироваться в элемент электрохимической системы, число зазоров 30 может увеличиваться, если они разделены.

Обратимся к фиг. 10. Зазоры между соединенными группами 20 элементов электрохимической системы могут действовать как каналы теплоотвода для горизонтальной составной конструкции 10 электропитания. На поверхностях первого слоя 12 изоляции и/или второго слоя 14 изоляции, обращенных к группам 20 элементов электрохимической системы, сформированы множественные позиционирующие детали 32. Позиционирующие детали 32 выступают наружу структурированных проводящих слоев 16, 18 для ограничения местоположений групп 20 элементов электрохимической системы. Например, наличие позиционирующей детали 32 может помочь фиксировать структурированные проводящие слои 16, 18 в правильном местоположении. Кроме того, для увеличения эффекта теплоотвода в зазоры можно вводить текучую среду, такую как, например, газ или жидкость.

Далее будут описаны преимущества настоящего изобретения. Например, согласно составной конструкции электропитания патентной заявки Тайваня № 106136071, 24 элемента электрохимической системы вертикально и последовательно соединены для обеспечения значения напряжения 24*4,2 вольта. Благодаря применению горизонтальной составной конструкции электропитания согласно настоящему изобретению, при одинаковых значении напряжения и числе элементов электропитания, 24 единых элемента электрохимической системы могут быть соединены противоположными полярностями горизонтально через структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 9. Альтернативно, 12 пар уложенных стопкой элементов электрохимической системы могут быть соединены противоположными полярностями горизонтально через структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 11. Альтернативно, можно применять другое число уложенных стопкой элементов электрохимической системы. При таком строении, когда острый металлический предмет 34 пробивает горизонтальную составную конструкцию электропитания снаружи, вместо 24 уложенных вертикальной стопкой элементов электрохимической системы предметом пробивается лишь несколько стопок. Таким образом, можно эффективно избежать опасности пробивания массивных последовательно уложенных стопкой элементов электрохимической системы.

Далее опишем последовательную и/или параллельную конфигурации множества элементов 22 электрохимической системы, когда группа 20 элементов электрохимической системы образована двумя или более элементами 22 электрохимической системы.

Обратимся к фиг. 5A. На этой фигуре множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы электрически соединены последовательно и противоположными полярностями. Обратимся к фиг. 12, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы электрически соединены параллельно и одинаковой полярностью. Обратимся к фиг. 13, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы соединены смешанным способом сначала параллельных, а затем последовательных соединений. Обратимся к фиг. 14, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы соединены смешанным способом сначала последовательных, а затем параллельных соединений. В вышеописанном смешанном способе соединения можно использовать подходящие провода 78 для соединения положительных/отрицательных контактов (слоев токоотвода) элемента 22 электрохимической системы с соответствующими структурированными проводящими слоями. Кроме того, для удобного соединения проводов 78 и слоев токоотвода элементов 22 электрохимической системы или общего слоя 19 токоотвода, в слоях токоотвода может располагаться выступающий лепесток 79, как показано на фиг. 15. Выступающий лепесток 79 может использоваться для выполнения электрического соединения.

В итоге, настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит множественные группы элементов электрохимической системы. Группы элементов электрохимической системы последовательно и/или параллельно соединены внутри согласно способу горизонтального расширения через структурированные проводящие слои для достижения определенных напряжения и емкости. В дополнение, внешние последовательные и/или параллельные соединения множественных горизонтальных составных конструкций электропитания могут быть выполнены через первый и второй проводящие выводы горизонтальных составных конструкций электропитания. Более того, горизонтальная составная конструкция электропитания согласно настоящему изобретению содержит первый и второй слои изоляции сверху и снизу для эффективного предотвращения возможных повреждений, вызванных пробиванием конструкции электропитания металлическими предметами.

Кроме того, помимо эффективного блокирования пробивания, первый и второй слои 12, 14 изоляции согласно настоящему изобретению могут действовать как слои для блокировки электрического контакта между структурированными проводящими слоями, когда множественные конструкции 10 электропитания последовательно и/или параллельно соединены снаружи.

Соответственно, настоящее изобретение соответствует требованиям 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, конструкции, признакам или сущности, описанным в формуле настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство содержит первый и второй слои изоляции, два структурированных проводящих слоя и множество групп элементов электрохимической системы. Два структурированных проводящих слоя расположены соответственно на первом и втором слоях изоляции. Множество групп элементов расположены между первым и вторым слоем изоляции и соединены последовательно и/или параллельно через структурированные проводящие слои. Группа элементов образована путем последовательного соединения одного или более элементов. Каждый элемент включает в себя слой упаковки на боковой стенке, так что их системы электролита не циркулируют. Каждая группа элементов не имеет электрохимической реакции с соседними элементами, за исключением переноса заряда. Достигается повышение надежности и безопасности всей составной конструкции электропитания. 18 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Горизонтальная составная конструкция электропитания, содержащая:

первый слой изоляции;

второй слой изоляции, расположенный напротив упомянутого первого слоя изоляции;

два структурированных проводящих слоя, расположенных на соответствующих поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и упомянутого второго слоя изоляции; и

множество групп элементов электрохимической системы, проложенных между упомянутым первым слоем изоляции и упомянутым вторым слоем изоляции, образующих внутри последовательные и/или параллельные соединения за счет соединения упомянутыми структурированными проводящими слоями, причем каждая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы, упомянутый элемент электрохимической системы включает в себя слой упаковки на боковой стенке для отделения систем электролита упомянутого множества элементов электрохимической системы друг от друга, каждая упомянутая группа элементов электрохимической системы не имеет электрохимической реакции с соседними элементами электрохимической системы, за исключением переноса заряда, и упомянутые элементы электрохимической системы на обеих внешних сторонах каждой группы элементов электрохимической системы используют упомянутые структурированные проводящие слои непосредственно в качестве слоев токоотвода.

2. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой, когда упомянутая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы, упомянутое множество элементов электрохимической системы уложены стопкой по вертикали, и соседние элементы электрохимической системы совместно используют общий слой токоотвода.

3. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутый элемент электрохимической системы содержит:

первый слой активного материала, контактирующий с соседним структурированным проводящим слоем или упомянутым общим слоем токоотвода;

второй слой активного материала, контактирующий с другим соседним структурированным проводящим слоем или другим общим слоем токоотвода;

изолирующий слой, 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 конструкция электропитания по п. 1, дополнительно содержащая первый проводящий вывод и второй проводящий вывод, электрически соединенные с одинаковыми или разными структурированными проводящими слоями.

5. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод выполнены заодно с упомянутыми структурированными проводящими слоями, соединенными с ними.

6. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, причем, когда требуется множество упомянутых горизонтальных составных конструкций электропитания, упомянутое множество горизонтальных составных конструкций электропитания снаружи соединены последовательно и/или параллельно с использованием упомянутого первого проводящего вывода и упомянутого второго проводящего вывода.

7. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, дополнительно содержащая множество каналов теплоотвода, расположенных между соседними группами элементов электрохимической системы.

8. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой на поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и/или упомянутого второго слоя изоляции образовано множество позиционирующих деталей, обращенных к упомянутой группе элементов электрохимической системы, и упомянутое множество позиционирующих деталей выступают наружу упомянутых структурированных проводящих слоев для ограничения местоположения упомянутой группы элементов электрохимической системы.

9. Горизонтальная составная конструкция 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.

10. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутое множество элементов электрохимической системы используют упомянутый первый слой активного материала и упомянутый второй слой активного материала с разными полярностями при контакте с упомянутым общим слоем токоотвода для образования последовательного соединения.

11. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой упомянутый слой упаковки включает в себя слой силикона и два слоя модифицированного силикона по обе стороны упомянутого слоя силикона.

12. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 7, в которой внутрь упомянутых каналов теплоотвода вводится текучая среда.

13. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой материалы упомянутых структурированных проводящих слоев и/или упомянутого общего слоя токоотвода включают нержавеющую сталь или графит.

14. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 12, в которой упомянутая текучая среда является газом или жидкостью.

15. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, в которой, когда упомянутый первый проводящий вывод, упомянутый второй проводящий вывод и упомянутые первые структурированные проводящие слои являются различными материалами, они соединены посредством физического или химического соединения.

16. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 15, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединяются с упомянутыми структурированными проводящими слоями посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.

17. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутые структурированные проводящие слои и/или упомянутый общий слой токоотвода изготавливаются путем напыления или каландрирования металлических порошков, выбранных из группы, состоящей из алюминия, меди, титана, никеля, нержавеющей стали и их сплавов, смешанных с одним или более адгезивом.

18. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой материалы упомянутых структурированных проводящих слоев и/или упомянутого общего слоя токоотвода выдерживают высокие и низкие электрические напряжения и не имеют реакции окисления.

19. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 3, в которой, когда упомянутая группа элементов электрохимической системы образована множеством элементов электрохимической системы, упомянутое множество элементов электрохимической системы в любой упомянутой группе элементов электрохимической системы электрически соединены параллельно и/или последовательно.