Аккумуляторная сборка и способ ее изготовления Российский патент 2021 года по МПК H01M10/46 

Область техники.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к аккумуляторной сборке, которая может применяться в радиоэлектронной аппаратуре, к которой в свою очередь предъявляются требования по обеспечению минимальной высоты, а также низкого центра тяжести.

Уровень техники.

Аккумуляторная сборка, состоит из множества вторичных элементов питания (аккумуляторных батарей), помещенных в корпус из мягкой оболочки. Количество вторичных элементов питания, используемых в аккумуляторной сборке обусловлено необходимостью обеспечить заданное напряжение и заданную емкость. Аккумуляторные сборки широко используются в качестве источников питания в различной радиоэлектронной аппаратуре (например, применяются в ноутбуках, планшетах, мобильных средствах связи и т.п). В этих аккумуляторных сборках применяется метод соединения вторичных элементов питания параллельно, последовательно или параллельно-последовательно.

В настоящее время аккумуляторные сборки все чаще используют литий-ионные, литий-полимерные и литий-железо-фосфатные, которые пришли на смену никель-кадмиевым и никель-металлогидридным аккумуляторным батареям. На основании данных аккумуляторных сборок разрабатываются конструкции, в которых множество аккумуляторных сборок соединяются последовательно или параллельно для получения высокой мощности и большой емкости в зависимости от требуемых задач.

Известные основные виды компоновок литий-ионных, литий полимерных и литий-железо-фосфатных вторичных элементов питания в аккумуляторных сборках при применении параллельного или последовательного соединения, а также их комбинаций, подразумевают компоновку вторичных элементов питания в ряды по горизонтали [RU 2335039, МПК H01M 2/10, опубл. 2008.09.2, RU 67778, МПК H01M 10/04, H01M 10/42, опубл. 27.10.2007,] или по вертикали [RU 2 660 922, МПК H01M 2/10, H01M 10/04, опубл. 11.07.2018 Бюл. №20].

Недостатками данных компоновок является увеличение габаритов в случае использования последовательного соединения, а также снижение жесткости аккумуляторной сборки, применительно к случаям, когда в качестве корпуса для аккумуляторной сборки используется мягкая оболочка. Недостатками компоновки, использующей параллельное соединение, является увеличение габаритов по высоте при вертикальном позиционировании вторичных элементов питания в аккумуляторной сборке или увеличение габаритов по ширине при горизонтальном позиционировании вторичных элементов питания в аккумуляторной сборке.

Из уровня техники известен наиболее близкий к изобретению по сущности батарейный модуль [WO 2013080136 A1, МПК Н01 2/10; Н01М 2/20, опубл. 06.06.2013] снабженный множеством вторичных элементов питания, уложенных асимметрично, чтобы сформировать два набора, каждый из которых имеет выводы для подключения и подвода энергии. Множество сборных шин, выполняющих роль соединительных элементов, предусмотрены для последовательного соединения выводов вторичных элементов питания в каждом наборе, а вторичные элементы питания одного набора разнесены друг от друга посредством размещения вторичных элементов питания другого набора между ними.

Компоновка батареи включает в себя соединительные элементы (шины) для соединения выводов вторичных элементов питания, при этом шины размещаются параллельно выводам вторичных элементов питания, уложенным стопкой в батарейном модуле.

Кроме того, печатная плата BMS системы управления зарядом размещается наверху аккумуляторных модулей между сборной шиной и верхней частью вторичного элемента питания. Выводы вторичных элементов питания проходят через печатную плату и выступают над печатной платой для соединения с элементами сборных шин в качестве одного из возможных способов соединения сборных шин с печатной платой. На печатной плате предусмотрено множество отверстий для крепления соединительных ножек сборной шины. На печатной плате расположены шины таким образом, что они с одной стороны приварены к выводам вторичных элементов питания и стоят перпендикулярно верхней поверхности печатной платы.

Недостатком разработки, является невозможность минимизации габаритных размеров вследствие применения разделительных пластин, а также невозможность применения данной технологии для вторичных элементов питания, имеющих цилиндрический корпус с аксиально расположенными выводами (например, литий-железо-фосфатных вторичных элементов питания, представленных в компактном корпусе), что в свою очередь сужает сферу применения данного изобретения.

Раскрытие сущности изобретения.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение заключается в получении аккумуляторной сборки, обеспечивающей минимизацию габаритных размеров самой сборки с сохранением ее жесткости, без применения дополнительных усиливающих элементов и жестких корпусов.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве вторичных элементов питания используются аккумуляторы, имеющие цилиндрический корпус с аксиально расположенными выводами и сама аккумуляторная сборка представляет собой конструкцию, состоящую из четырех модулей. Первый модуль состоит из Г-образной пластины образующей межэлектродную шину, трех вторичных элементов питания, положительные выводы которых соединены между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода. При этом один из вторичных элементов питания расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направлено, это достигается путем изгибания на 180 град, токопроводящей пластины шины положительного электрода. Отрицательные выводы вторичных элементов питания соединяются между собой токопроводящей пластиной, которая огибает их и образует шину отрицательного электрода. Расположенные таким образом шины положительного и отрицательного электрода выполняют также роль ребер жесткости. Второй модуль состоит из трех вторичных элементов питания, соединенных между собой со стороны положительных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, а со стороны отрицательных выводов они соединены Г-образной пластиной образующей шину отрицательного электрода. Третий модуль состоит из трех вторичных элементов питания, соединенных между собой со стороны отрицательных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, а со стороны положительных выводов они соединены Г-образной пластиной образующей шину положительного электрода. Четвертый модуль состоит из трех вторичных элементов питания, отрицательные выводы которых соединены между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода. При этом один из вторичных элементов питания расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направлено, это достигается путем изгибания на 180 град, токопроводящей пластины шины отрицательного электрода, а положительные выводы вторичных элементов питания соединяются между собой токопроводящей пластиной, которая огибает их и образует шину положительного электрода. Расположенные таким образом шины положительного и отрицательного электрода выполняют также роль ребер жесткости. Первый модуль объединен с четвертым модулем посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины к шине отрицательного электрода четвертого модуля. Второй и третий модули установлены на объединенные между собой первый и четвертый модули, таким образом, что после соединения модули образуют по форме фигуру, близкую к букве Т. Между каждым модулем установлены разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала. За счет комбинации состоящей из перпендикулярной направленности вторичных элементов питания и расположения шин положительного и отрицательного электродов по отношению друг к другу достигается необходимая жесткость конструкции, что позволяет отказаться от внешнего твердого корпуса в пользу мягкой оболочки, что позволяет достичь еще большей компактности, обусловленной только внешними габаритами примененных вторичных элементов питания. А для того что бы плата контроля заряда/разряда не выходила за габариты вторичных элементов питания - ее располагают сбоку в нише на третьем модуле, и фиксируют посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания, а затем все элементы упаковываются в термоусаживаемую пленку с возможностью вывода жгута с соединителями наружу.

Способ изготовления аккумуляторной сборки реализуется путем сборки каждого из четырех модулей отдельно. Объединения первого и четвертого модулей между собой. Установку второго и третьего модулей на соединенные между собой первый и четвертый модули, путем образования фигуры по форме близкой к букве Т. Установку платы контроля заряда/разряда на третьем модуле и упаковку полученной аккумуляторной сборки в термоусаживаемую пленку с возможностью вывода жгута с соединителями наружу. При этом первый модуль собирают из трех вторичных элементов питания, положительные выводы которых соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода. Затем часть пластины, образующей шину положительного электрода, загибают на 180 град, таким образом, чтобы один из вторичных элементов питания стал расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направлено. После этого отрицательные выводы вторичных элементов питания соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, которая огибает вторичные элементы. Затем к шине положительного электрода присоединяют Г-образную пластину, образующую межэлектродную шину. Четвертый модуль собирают аналогично первому модулю, при этом отрицательные выводы соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода. Затем часть пластины, образующей шину отрицательного электрода, загибают на 180 град, таким образом, чтобы один из вторичных элементов питания стал расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направлено. После этого положительные выводы вторичных элементов питания соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, которая огибает вторичные элементы, межэлектродная шина при этом отсутствует. Второй модуль собирают из трех вторичных элементов питания, соединяемых между собой со стороны положительных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, а со стороны отрицательных выводов они соединяются Г-образной токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода. Третий модуль собирают аналогично второму модулю, при этом три вторичных элемента соединяют со стороны отрицательных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, а со стороны положительных выводов соединяют Г-образной токопроводящей пластиной образующей шину положительного электрода. Кроме этого, первый модуль и четвертый модули объединяют вместе, посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины первого модуля к шине отрицательного электрода четвертого модуля. Между каждым модулем устанавливают разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала, а плату контроля заряда/разряда фиксируют посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания.

За счет применения соединения между собой разнонаправленных комбинаций вторичных элементов питания и токопроводящих пластин достигается повышение жесткости.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется следующими чертежами:

- фиг. 1 схема компоновки первого модуля;

- фиг. 2 схема компоновки второго модуля;

- фиг. З схема компоновки третьего модуля;

- фиг. 4 схема компоновки четвертого модуля;

- фиг. 5 схема соединения первого и четвертого модулей;

- фиг. 6 общая схема аккумуляторной сборки;

- фиг. 7 схема электрическая принципиальная.

Осуществление изобретения. Аккумуляторная сборка включает в себя:

1 - вторичные элементы питания;

2 - токопроводящую пластину, образующую шину положительного электрода;

3 - токопроводящую пластину, образующую шину отрицательного электрода;

4 - межэлектродную шину;

5 - первый модуль;

6 - второй модуль;

7 - третий модуль;

8 - четвертый модуль;

9 - разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала;

10 - плата контроля заряда/разряда;

11 - термоусаживаемую пленку.

Аккумуляторная сборка производится из 12 вторичных элементов питания путем укладывания их в 4 модуля как последовательно, так и параллельно. Для этого сначала собирают каждый модуль отдельно, а затем осуществляют соединение каждого модуля в общую схему аккумуляторной сборки.

Первый модуль 5 состоит из трех вторичных элементов питания 1, положительные выводы которых соединены между собой токопроводящей пластиной 2 как показано на фиг. 1а, образующей шину положительного электрода, затем часть пластины 2 с одним из крайних вторичных элементов питания загибается на 180 град, как показано на фиг. 16, после этого отрицательные выводы вторичных элементов питания 1 соединяются между собой токопроводящей пластиной 3, которая огибает их как показано на фиг. 1в и образует шину отрицательного электрода. Затем к шине положительного электрода присоединяется Г-образная пластина, образующая межэлектродную шину 4. Четвертый модуль 8 построен по тому-же принципу что и первый модуль 5, разница состоит в том, что отрицательные выводы соединены между собой токопроводящей пластиной 3 как показано на фиг. 4а, затем часть токопроводящей пластины 3 с одним из крайних вторичных элементов питания 1 загибается на 180 град, как показано на фиг. 4б, после этого положительные выводы вторичных элементов питания 1 соединяются между собой токопроводящей пластиной 2, которая огибает их как показано на фиг. 4в и образует шину положительного электрода, а межэлектродная шина отсутствует. Второй модуль 6 изображенный на фиг. 2 состоит из трех вторичных элементов питания 1, соединенных между собой со стороны положительных выводов плоской токопроводящей пластиной 2, образующей шину положительного электрода, а со стороны отрицательных выводов они соединены Г-образной токопроводящей пластиной 3 образующей шину отрицательного электрода. Третий модуль 7 изображенный на фиг. 3 построен по тому-же принципу что и второй модуль 6, разница заключается в том, что три вторичных элемента питания 1 соединены со стороны отрицательных выводов плоской токопроводящей пластиной 3, образующей шину отрицательного электрода, а со стороны положительных выводов они соединены Г-образной токопроводящей пластиной 2 образующей шину положительного электрода. Первый модуль 5 объединяется с четвертым модулем 8 посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины 4 к шине отрицательного электрода 3 четвертого модуля 8, как показано на фиг. 5. Второй 6 и третий 7 модули устанавливаются на соединенные ранее между собой первый 5 и четвертый 8 модули, таким образом, что после соединения модули образуют по форме фигуру, близкую к букве Т, как показано на фиг. 6. Между каждым модулем установлены разделительные пластины 9, выполненные из диэлектрического материала. Плата контроля заряда/разряда 10 располагается на третьем модуле 7, и зафиксирована посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания 1.

Все элементы упакованы в термоусаживаемую пленку (трубку) 11 с возможностью вывода жгута с соединителями наружу. За счет применения соединения между собой разнонаправленных комбинаций вторичных элементов питания 1 и токопроводящих пластин 2 и 3 достигается повышение жесткости.

Пример осуществления изобретения

Аккумуляторная сборка производится из 12 вторичных элементов питания (G1-G12) выполненных в цилиндрическом корпусе, платы управления зарядом, межэлектродной шины, трубки термоусаживаемой, разделительных пластин и соединителей. Сначала осуществляют сборку первого 5 (фиг. 1) и четвертого 8 модулей (фиг. 4), в соответствии с представленными схемами. Затем производят монтаж второго 6 (фиг. 2) и третьего 7 (фиг. 3) модулей, соответственно. Дополнительную фиксацию аккумуляторов производят с помощью компаунда. После этого первый модуль 5 объединяют с четвертным модулем 8 посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины 4 к шине отрицательного электрода 3 четвертого модуля 8 как показано на фиг. 5. Второй 6 и третий 7 модули устанавливают на соединенные ранее между собой первый 5 и четвертый 8 модули, таким образом, что после соединения модули образуют по форме фигуру, близкую к букве Т, как приведено на фиг. 6. Между каждым модулем установлены разделительные пластины 9, выполненные из диэлектрического материала. Плату контроля заряда/разряда 10 располагают на третьем модуле 7 и закрепляют ее при помощи компаунда. Все элементы упаковывают в термоусаживаемую пленку (трубку) 11 с возможностью вывода жгута с соединителями наружу.

Электромонтаж производят в соответствии со схемой электрической принципиальной (фиг. 7). Открытые металлические части аккумуляторов при необходимости изолируют.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторной сборке, которая может применяться в радиоэлектронной аппаратуре. Аккумуляторная сборка представляет собой конструкцию, состоящую из четырех модулей, где в качестве вторичных элементов питания используются цилиндрические аккумуляторы с аксиально расположенными выводами. Первый модуль объединен с четвертым модулем посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины к шине электрода четвертого модуля, второй и третий модули установлены на соединенные ранее между собой первый и четвертый модули таким образом, что после соединения модули образуют Т-образную фигуру, при этом между каждым модулем установлены разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала. Плата контроля заряда/разряда располагается на третьем модуле и зафиксирована посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания. Все элементы упакованы в термоусаживаемую пленку (трубку) с возможностью вывода жгута с соединителями наружу. Минимизация габаритных размеров сборки с повышением ее жесткости является техническим результатом изобретения. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аккумуляторная сборка, включающая в себя множество вторичных элементов питания, с выводами элементов и множеством шин для соединения вторичных элементов питания, отличающаяся тем, что в качестве вторичных элементов питания используются аккумуляторы, имеющие цилиндрический корпус с аксиально расположенными выводами, и сама аккумуляторная сборка представляет собой конструкцию, состоящую из четырех модулей, при этом

первый модуль состоит из Г-образной пластины образующей межэлектродную шину, трех вторичных элементов питания, положительные выводы которых соединены между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, при этом один из вторичных элементов питания расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направленно, это достигается путем изгибания на 180 град токопроводящей пластины шины положительного электрода, кроме этого отрицательные выводы вторичных элементов питания соединены между собой токопроводящей пластиной, которая огибает их и образует шину отрицательного электрода;

второй модуль состоит из трех вторичных элементов питания, соединенных между собой со стороны положительных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, а со стороны отрицательных выводов они соединены Г-образной пластиной, образующей шину отрицательного электрода;

третий модуль состоит из трех вторичных элементов питания, соединенных между собой со стороны отрицательных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, а со стороны положительных выводов они соединены Г-образной пластиной, образующей шину положительного электрода;

четвертый модуль состоит из трех вторичных элементов питания, отрицательные выводы которых соединены между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, при этом один из вторичных элементов питания расположен относительно двух других вторичных элементов встречно-направленно, это достигается путем изгибания на 180 град токопроводящей пластины шины отрицательного электрода, кроме этого положительные выводы вторичных элементов питания соединены между собой токопроводящей пластиной, которая огибает их и образует шину положительного электрода,

первый модуль объединен с четвертым модулем посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины к шине отрицательного электрода четвертого модуля, второй и третий модули установлены на соединенные ранее между собой первый и четвертый модули таким образом, что после соединения модули образуют по форме фигуру, близкую к букве Т, между каждым модулем установлены разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала, плата контроля заряда/разряда располагается на третьем модуле и зафиксирована посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания, все элементы упакованы в термоусаживаемую пленку с возможностью вывода жгута с соединителями наружу.

2. Способ изготовления аккумуляторной сборки по п. 1, включающий в себя сборку каждого из четырех модулей отдельно, затем объединение первого и четвертого модулей, установку второго и третьего модулей на соединенные между собой первый и четвертый модули таким образом, чтобы модули образовали по форме фигуру, близкую к букве Т, установку платы контроля заряда/разряда на третьем модуле и упаковку в термоусаживаемую пленку с возможностью вывода жгута с соединителями наружу, при этом

первый модуль собирают из трех вторичных элементов питания, положительные выводы которых соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, затем часть пластины образующей шину положительного электрода, загибают на 180 град таким образом, чтобы крайний вторичный элемент питания относительно двух других вторичных элементов питания располагался встречно-направленно, после этого отрицательные выводы вторичных элементов питания соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, которая огибает вторичные элементы, затем к шине положительного электрода присоединяют Г-образную пластину, образующую межэлектродную шину,

четвертый модуль собирают аналогично первому модулю, при этом отрицательные выводы соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, затем часть пластины, образующей шину отрицательного электрода, загибают на 180 град таким образом, чтобы крайний вторичный элемент питания относительно двух других вторичных элементов питания располагался встречно-направленно, после этого положительные выводы вторичных элементов питания соединяют между собой токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, которая огибает вторичные элементы, при этом межэлектродная шина отсутствует,

второй модуль собирают из трех вторичных элементов питания, соединяемых между собой со стороны положительных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода, а со стороны отрицательных выводов соединяемой Г-образной токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода,

третий модуль собирают аналогично второму модулю, при этом три вторичных элемента соединяют со стороны отрицательных выводов плоской токопроводящей пластиной, образующей шину отрицательного электрода, а со стороны положительных выводов их соединяют Г-образной токопроводящей пластиной, образующей шину положительного электрода,

кроме этого, первый модуль и четвертый модули объединяют посредством присоединения свободного конца межэлектродной шины к шине отрицательного электрода четвертого модуля,

между каждым модулем устанавливают разделительные пластины, выполненные из диэлектрического материала, а плату контроля заряда/разряда фиксируют посредством клеевого соединения к корпусу крайнего вторичного элемента питания.