UA46888C2 - LIQUID COOLED BATTERY PACKAGE SYSTEM, HIGH POWER BATTERY MODULE, CHARGED BATTERY AND BATTERY CHARGED SYSTEM - Google Patents
LIQUID COOLED BATTERY PACKAGE SYSTEM, HIGH POWER BATTERY MODULE, CHARGED BATTERY AND BATTERY CHARGED SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- UA46888C2 UA46888C2 UA99084633A UA99084633A UA46888C2 UA 46888 C2 UA46888 C2 UA 46888C2 UA 99084633 A UA99084633 A UA 99084633A UA 99084633 A UA99084633 A UA 99084633A UA 46888 C2 UA46888 C2 UA 46888C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- battery
- refrigerant
- batteries
- modules
- module
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 150
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 30
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 28
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 26
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 claims description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 8
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 8
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 6
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 6
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 23
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 21
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 15
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 7
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 7
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000011262 electrochemically active material Substances 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910018095 Ni-MH Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018477 Ni—MH Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/34—Gastight accumulators
- H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/651—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
- H01M10/652—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations characterised by gradients
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6561—Gases
- H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/317—Re-sealable arrangements
- H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
- H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Algebra (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Цей винахід у цілому стосується вдосконалень батарей на основі гідриду металу (метал-гідридних батарей), 9 виготовлених з них модулів батарей і пакетів батарей, виготовлених з модулів. Більш конкретно, даний винахід стосується механічних і теплових вдосконалень у конструкції батареї, конструкції модуля батареї і конструкції пакета батарей.This invention generally relates to improvements in metal hydride batteries (metal hydride batteries), battery modules made therefrom, and battery packs made from the modules. More specifically, the present invention relates to mechanical and thermal improvements in battery design, battery module design, and battery pack design.
Перезарядні призматичні батареї використовуються в ряді промислових і комерційних застосувань, таких як вантажопідйомниках, візках для гольфа, джерелах безперебійного живлення і електромобілях. 70 Перезарядні свинцеві батареї - у даний час найбільш широко використовуваний тип батарей. Батареї свинцевих акумуляторів є корисним джерелом живлення для стартерів двигунів внутрішнього згоряння. Проте, їх низька щільність енергії, приблизно ЗОВ'год/кКГ, і їх нездатність адекватно відводити теплоту робить їх непрактичним джерелом живлення для електромобіля. Електромобіль, який використовує батареї свинцевих акумуляторів, має малу дальність поїздки перед перезарядженням, потребує приблизно б - 12 годин для 12 перезарядження і містить токсичні речовини. Крім того, електромобілі, які використовують батареї свинцевих акумуляторів, мають повільний розгін, недостатній допуск при глибокому розряді, а термін служби батареї становить лише приблизно 32200км.Rechargeable prismatic batteries are used in a number of industrial and commercial applications such as forklifts, golf carts, uninterruptible power supplies and electric vehicles. 70 Rechargeable lead-acid batteries are currently the most widely used type of battery. Lead-acid batteries are a useful power source for internal combustion engine starters. However, their low energy density, approximately ZOV'h/kKG, and their inability to adequately dissipate heat make them an impractical power source for an electric vehicle. An electric car that uses lead-acid batteries has a short range of travel before recharging, requires approximately b - 12 hours for 12 recharging and contains toxic substances. In addition, electric vehicles using lead-acid batteries have slow acceleration, insufficient deep-discharge tolerance, and a battery life of only about 32,200 km.
Нікель-метал-гідридні батареї ("Мі-МН батареї") мають набагато кращу якість порівняно з свинцевими батареями, і МІ-МН батареї - найбільш перспективний тип батареї, доступний для електромобілів. Наприклад,Nickel-metal hydride batteries ("Ni-MH batteries") have a much better quality compared to lead-acid batteries, and Ni-MH batteries are the most promising type of battery available for electric vehicles. Example,
Мі-МНн батареї, такі як описані в заявці на патент США Мо 07/934976, що одночасно розглядається, авторівMi-MHn batteries, such as those described in co-pending US patent application Mo. 07/934976, by
Овшинського і Феценка (ОузПпіпеКу і Реїсепко), розкриття якої включено в якості посилання, мають набагато кращу щільність енергії, ніж батареї свинцевих акумуляторів, можуть постачати енергією електромобіль понад приблизно 400км перед тим, як потребуватимуть перезарядження, можуть перезаряджатись протягом 15 хвилин і не містять ніяких токсичних речовин. Електромобілі, що використовують Мі-МН батареї, можуть мати с винятковий розгін, а термін служби батареї більший від приблизно 161000 км. Го)Ovshinsky and Fetsenko (OuzPipeKu and Reisepko), the disclosure of which is incorporated by reference, have a much better energy density than lead-acid batteries, can power an electric vehicle for more than about 400 km before needing a recharge, can be recharged within 15 minutes, and contain no toxic substances. Electric vehicles using Mi-MH batteries can have exceptional acceleration and a battery life of more than about 100,000 miles. Go)
У минулому проводилося велике дослідження щодо поліпшення електрохімічних аспектів потужності і ємності заряду МІ-МН батарей, яке описане докладно в патентах США МоМо 5096667 і 5104617 та заявках на патент СШАIn the past, there has been extensive research into improving the electrochemical aspects of the power and charge capacity of MI-MH batteries, which is described in detail in US MoMo patents 5,096,667 and 5,104,617 and US patent applications
Мо 07/746015 і 07/934976. Зміст всіх цих посилань спеціально включено в якості посилання.Mo. 07/746015 and 07/934976. The contents of all such links are specifically incorporated by reference.
Спочатку Овшинський і його група зосередилися на сплавах на основі гідридів металу, які формують со негативний електрод. В результаті їх зусиль вони спромоглися значно збільшити оборотні характеристики с зберігання водню, необхідні для ефективних і економічних застосувань батареї, і одержувати батареї, здатні акумулювати енергію з високим ступенем щільності, з, ефективною оборотністю, високою електричною со ефективністю, ефективним об'ємним зберіганням водню без структурних змін або отруєння, тривалим терміном Ге) служби і повторюваним глибоким розрядом. Вдосконалені характеристики цих овонікових ("Омопіс") сплавів, як 39 вони тепер називаються, стали результатом витримування локальної хімічної упорядкованості і, отже, локальної З структурної упорядкованості за допомогою об'єднання вибраних елементів модифікатора в первинну матрицю.Initially, Ovshinskyi and his group focused on alloys based on metal hydrides that form the negative electrode. As a result of their efforts, they were able to significantly increase the reversible characteristics of hydrogen storage, necessary for efficient and economical battery applications, and obtain batteries capable of accumulating energy with a high degree of density, with efficient reversibility, high electrical efficiency, and effective volume storage of hydrogen. without structural changes or poisoning, with a long service life and repeated deep discharge. The improved characteristics of these ovonic ("Omopis") alloys, as 39 they are now called, were the result of maintaining local chemical order and, therefore, local C structural order by combining selected modifier elements into the primary matrix.
Неупорядковані метал-гідридні сплави мають, по суті, збільшену щільність каталітичне активних ділянок і ділянок зберігання порівняно з однофазними або багатофазними кристалічними речовинами. Ці додаткові « ділянки є відповідальними за поліпшену ефективність електрохімічного заряду / розряду і збільшення ємності З 50 зберігання електричної енергії. Характер і кількість ділянок зберігання можуть бути навіть спроектовані с незалежно від каталітичне активних ділянок. Більш конкретно, ці сплави виготовлені так, щоб дозволити об'ємнеDisordered metal-hydride alloys have, in fact, an increased density of catalytically active sites and storage sites compared to single-phase or multiphase crystalline substances. These additional "sites are responsible for improved efficiency of electrochemical charge/discharge and increase in electrical energy storage capacity. The nature and number of storage areas can even be designed independently of the catalytically active areas. More specifically, these alloys are made to allow bulk
Із» зберігання дисоційованих атомів водню при міцності зв'язку в межах оборотності, що підходить для використання у вторинних застосуваннях батареї.From" storage of dissociated hydrogen atoms with bond strength within reversibility, suitable for use in secondary battery applications.
Деякі надзвичайно ефективні електрохімічні речовини акумулювання водню були отримані на основі неупорядкованих речовин, описаних вище. Ними є активні речовини типу Ті-М-2т-Мі, такі як ті, що розкриті в шк патенті США Мо 4551400 ("патент 400"), розкриття якого включено в якості посилання. Ці речовини оборотноSome extremely efficient hydrogen storage electrochemical substances have been obtained from the disordered substances described above. They are active substances of the Ti-M-2t-Mi type, such as those disclosed in US patent No. 4,551,400 ("the 400 patent"), the disclosure of which is incorporated by reference. These substances are reversible
Ге») утворюють гідриди, щоб акумулювати водень. Всі речовини, які використовуються в патенті 400, застосовують спільну композицію Ті-М-Мі, де присутні, принаймні, Ті, М ії Мі та можуть модифікуватись за допомогою Ст, 7 |і бо АЇ. Речовини патенту 400 - багатофазні речовини, які можуть містити, але не обмежуватися ними, одну чи о 20 більшу кількість фаз з кристалічними структурами типу С.) і Сів.Ge") form hydrides to accumulate hydrogen. All the substances used in the 400 patent use a joint composition of Ti-M-Mi, where at least Ti, M, and Mi are present and can be modified with St, 7, and AI. Substances of the 400 patent are multiphase substances that can contain, but are not limited to, one or 20 more phases with crystal structures of type C.) and Siv.
Інші Ті-М-24-Мі сплави також використовуються для перезарядних негативних електродів з акумулюванням со водню. Одним таким сімейством речовин є те, що його описано в патенті США Мо 4728586 ("патент 586"), розкриття якого включено в якості посилання. Патент 586 описує специфічний підклас цих Ті-М-Мі-2г сплавів, що містить Ті, М, 2, Мі і п'яту складову, Сг. Патент 586 зазначає можливість домішок і модифікаторів окрім 52 Ті, М, 4, Мі і Сг складових сплавів, і взагалі описує специфічні домішки і модифікатори, кількості іOther Ti-M-24-Mi alloys are also used for rechargeable negative electrodes with hydrogen storage. One such family of substances is that described in US Pat. No. 4,728,586 (the '586 patent), the disclosure of which is incorporated by reference. Patent 586 describes a specific subclass of these Ti-M-Mi-2g alloys containing Ti, M, 2, Mi and a fifth component, Sg. Patent 586 notes the possibility of impurities and modifiers in addition to the 52 Ti, M, 4, Mi and Sg component alloys, and generally describes specific impurities and modifiers, amounts and
ГФ) взаємодії цих модифікаторів, та певні вигоди, що можуть очікуватися від них.GF) interaction of these modifiers, and certain benefits that can be expected from them.
На відміну від овонікових сплавів, описаних вище, відомі раніше сплави зазвичай розглядалися як о "упорядковані" речовини, які мали відмінні хімізм, мікроструктуру й електрохімічні характеристики.In contrast to the ovonic alloys described above, previously known alloys were usually considered as "ordered" substances that had excellent chemistry, microstructure, and electrochemical characteristics.
Ефективність відомих упорядкованих речовин була недостатньою, але на початку 1980-х років, оскільки міра 60 модифікації збільшилася (тобто коли збільшилися кількість і доза елементарних модифікаторів), їх ефективність почала значно збільшуватися. Це відбувається як через неупорядкованість, внесену модифікатором, так і через їх електричні ,та хімічні властивості. Цей розвиток сплавів від певного класу упорядкованих речовин до сучасних багатокомпонентних, багатофазних "неупорядкованих" сплавів подано в таких патентах: |1| патентThe effectiveness of the known ordered substances was insufficient, but in the early 1980s, as the degree of 60 modification increased (that is, when the number and dose of elemental modifiers increased), their effectiveness began to increase significantly. This happens both because of the disorder introduced by the modifier and because of their electrical and chemical properties. This development of alloys from a certain class of ordered substances to modern multicomponent, multiphase "disordered" alloys is presented in the following patents: |1| patent
США 3874928; |2)| патент США 4214043; ІЗ) патент США 4107395; |4Ї патент США 4107405; |5) патент США бо д112199; ІЄЇ патент США 4125688 |/| патент США 4214043; ІВ) патент США 4216274; |З| патент США 4487817;USA 3874928; |2)| US patent 4214043; IZ) US patent 4107395; 4th US patent 4107405; |5) US patent bo d112199; IEI US patent 4125688 |/| US patent 4214043; IV) US patent 4216274; |Z| US patent 4487817;
І19| патент США 4605603; (121 - патент США 4696873 і (14) патент США 4699856. (Ці посилання докладно описані в патенті США 5096667, і цей опис спеціально включений в якості посилання).I19| US patent 4605603; (121 - US Patent 4,696,873 and (14) US Patent 4,699,856. (These references are described in detail in US Patent 5,096,667, and this description is specifically incorporated by reference).
Простіше говорячи, встановлено, що у всіх метал-гідридних сплавах при збільшенні ступеня модифікації роль первинно упорядкованого основного сплаву має меншу важливість порівняно з властивостями і неупорядкованістю, притаманним специфічним модифікаторам. Крім того, аналіз багатокомпонентних сплавів, зараз доступних на ринку й отриманих багатьма виробниками, вказує, що ці сплави модифікуються, з додержанням вказівок, установлених для систем на овонікових сплавах. Таким чином, як визначено вище, усі високо модифіковані сплави є неупорядкованими речовинами, який відрізняються наявністю багатьох 7/0 Компонентів і множиною фаз, тобто овоніковими сплавами.Simply put, it was established that in all metal-hydride alloys, with an increase in the degree of modification, the role of the primary ordered base alloy is less important compared to the properties and disorder inherent in specific modifiers. In addition, an analysis of the multicomponent alloys currently available on the market and obtained by many manufacturers indicates that these alloys are being modified, following the guidelines established for ovonic alloy systems. Thus, as defined above, all highly modified alloys are disordered substances characterized by the presence of many 7/0 Components and multiple phases, i.e. ovonic alloys.
Ясно, що введення способів овонікового сплавлення зробило значні вдосконалення в активних електрохімічних аспектах Мі-МН батарей. Проте, слід зазначити, що донедавна механічними і тепловими аспектами ефективності Мі-МН батарей зневажали.It is clear that the introduction of ovonic fusion methods has made significant improvements in the active electrochemical aspects of Mi-MH batteries. However, it should be noted that until recently the mechanical and thermal aspects of the efficiency of Mi-MH batteries were neglected.
Наприклад, у електромобілях вага батарей є значним чинником, тому що вага батареї є найбільшою /5 складовою ваги засобу пересування. З цієї причини зменшенню ваги окремих батарей приділяють значну увагу при проектуванні батарей для засобів пересування, які пускаються в дію від електрики. На додаток до зменшення ваги батарей вага модулів батареї має бути зменшений, все ще забезпечуючи необхідні механічні вимоги модуля (тобто легкість транспортування, міцність тощо). Також, коли ці модулі батарей включені в пакетні системи батарей (такі як для використання в електромобілях) компоненти пакета батарей повинні бути полегшені, наскільки це можливо.For example, in electric vehicles, the weight of the batteries is a significant factor, because the weight of the battery is the largest /5th component of the weight of the vehicle. For this reason, reducing the weight of individual batteries is given considerable attention in the design of batteries for means of transportation that are started from electricity. In addition to reducing the weight of the batteries, the weight of the battery modules must be reduced while still providing the necessary mechanical requirements of the module (ie, ease of transport, strength, etc.). Also, when these battery modules are included in battery pack systems (such as for use in electric vehicles) the components of the battery pack must be as light as possible.
Варто особливо відзначити, що застосування в електромобілях висувають критичну вимогу для теплового керування. Це має місце тому, що окремі комірки (елементи) зв'язуються разом у безпосередній близькості, і багато елементів електрично і термічно з'єднуються разом. Тому, оскільки існує притаманна тенденція виділяти значну кількість теплоти під час заряду і розряду, працездатну конструкцію батареї для електромобілів сч оцінюють тим, чи достатньою мірою здійснюється управління виділеною теплотою або ні.It is worth noting that applications in electric vehicles pose a critical requirement for thermal management. This is because individual cells (cells) bond together in close proximity, and many cells are electrically and thermally bonded together. Therefore, since there is an inherent tendency to release a significant amount of heat during charge and discharge, the efficient design of the battery for electric vehicles is judged by whether or not the released heat is adequately managed.
Джерела теплоти насамперед такі три. Перший - тепло навколишнього середовища через роботу засобу і) пересування в жаркому кліматі. Другий - резистивний або І2Е, нагрівання при заряді і розряді, де І являє собою струм, що тече в батарею або з неї, і К - опір батареї. Третій - величезна кількість теплоти утвориться під час перезарядження через рекомбінацію газу. ее)There are primarily three sources of heat. The first is the heat of the environment due to the operation of means i) movement in a hot climate. The second is resistive or I2E, heating during charge and discharge, where I is the current flowing into or out of the battery, and K is the resistance of the battery. The third - a huge amount of heat will be generated during recharging due to gas recombination. ee)
У той час як зазначені вище параметри є зазвичай загальними для всіх електричних систем батарей, вони особливо важливі для нікель-метал-гідридних систем батарей. Це має місце через те, що Мі-МН має таку високу со питому енергію, і струми заряду і розряду також є великими. Наприклад, щоб зарядити батарею свинцевих с акумуляторів протягом однієї години, може використовуватись струм З5БА, у той час як перезарядження Мі-МН батареї може використовувати Т00А для такого самого одногодинного перезарядження. По-друге, оскільки оWhile the above parameters are generally common to all electrical battery systems, they are particularly important for nickel metal hydride battery systems. This is due to the fact that the Mi-MN has such a high specific energy, and the charge and discharge currents are also large. For example, to charge a lead-acid battery for one hour, a current of Z5BA can be used, while recharging a Mi-MH battery can use T00A for the same one-hour recharge. Secondly, since Fr
Мі-МН має виняткову щільність енергії (тобто енергія акумулюється дуже компактно), теплове розсіювання більш «Її ускладнене, ніж у батареях свинцевих акумуляторів. Це має місце через те, що відношення площі поверхні до об'єму набагато менше, ніж у батареях свинцевих акумуляторів, а це означає, що у той час як теплота, що утворюється, 2,5 рази більша для Мі-МН батарей, ніж для свинцевих акумуляторів, поверхня розсіювання тепла « менша.Mi-MH has exceptional energy density (that is, energy is stored very compactly), thermal dissipation is more complicated than in lead batteries. This is because the surface area to volume ratio is much smaller than that of lead-acid batteries, which means that while the heat generated is 2.5 times greater for Mi-MH batteries than for lead batteries, the heat dissipation surface is smaller.
Такий ілюстративний приклад корисний у розумінні проблем управління теплом, з якими мають справу при - с проектуванні Мі-МН пакетів батарей для електромобілів. У патенті США Мо 5378555, виданому "Дженерал ц Моторс" (який включено в якості посилання), описаний пакет батарей електромобіля, що використовує батареї "» свинцевих акумуляторів. Пакетна система батарей, яка застосовує батареї свинцевих акумуляторів, має ємність приблизно 13 кВт"год, важить приблизно З63ЗКГ і має дальність поїздки засобу пересування приблизно 145км.Such an illustrative example is useful in understanding the heat management problems faced when designing Mi-MH battery packs for electric vehicles. U.S. Patent No. 5,378,555 issued to General Motors (which is incorporated by reference) describes an electric vehicle battery pack using lead acid batteries. The battery pack system using lead acid batteries has a capacity of approximately 13 kWh , weighs approximately Z63ZKG and has a vehicle range of approximately 145km.
Замінюючи пакет батарей свинцевих акумуляторів пакетом овонікових батарей того ж розміру, ємність «г» збільшується до 35 кВт"год, і дальність поїздки засобу пересування збільшується приблизно до 400 км. Одна властивість цього порівняння полягає в тому, що за 15 хвилин перезарядження енергія, подана в Мі-МН пакетBy replacing a lead-acid battery pack with a battery pack of the same size, the "g" capacity increases to 35 kWh, and the range of the vehicle increases to approximately 400 km. One feature of this comparison is that in a 15-minute recharge, the energy supplied in Mi-MN package
Фо батарей, у 2,7 разів більша, ніж подана в пакет батарей свинцевих акумуляторів з його, відповідно, додатковою (ее) теплотою. Проте, ситуація дещо відмінна під час розряду. Щоб живити енергією засіб пересування на швидкісній дорозі при постійній швидкості, струм, що тече через батарею, є таким самим, як для Мі-МН батареї.або батареї со свинцевих акумуляторів (або будь-якого іншого джерела живлення для цієї мети). По суті, електродвигун, що (Че пускає в дію засіб пересування, "не знає" або "не піклується", звідки він одержує енергію, або яка батарея подає живлення. Відмінність між нагріванням Мі-МН батареї і батареї свинцевих акумуляторів при розряді полягає в тривалості розряду. Тобто, оскільки МІ-МН батарея буде пускати в дію засіб пересування в 2,7 разу довше, ніж свинцева, їй потрібно набагато більше часу перш, ніж вона має можливість "охолонути".Fo of batteries is 2.7 times greater than that provided in the battery pack of lead-acid batteries with its, accordingly, additional (ee) heat. However, the situation is somewhat different during discharge. To power a vehicle on a highway at a constant speed, the current flowing through the battery is the same as for a Mi-MH battery or a lead-acid battery (or any other power source for that purpose). Essentially, the electric motor that powers the vehicle "doesn't know" or "care" where it gets its energy from, or which battery supplies the power. The difference between the heating of a Mi-MH battery and a lead-acid battery when discharged is That is, since an MI-MH battery will run a vehicle for 2.7 times longer than a lead-acid battery, it needs much more time before it has a chance to "cool down".
Далі, у той час як теплота, породжувана під час заряду і розряду МІ-МН батареї, зазвичай не є проблемою в о малих побутових батареях або навіть у великих батареях, коли вони використовуються окремо протягом ко обмеженого періоду часу, великі батареї, що служать у якості безперервного джерела живлення, особливо, коли їх більш однієї використовують послідовно або паралельно, наприклад, у супутнику або електромобілі, бо виділяють достатню кількість теплоти при зарядці і розряді, щоб впливати на граничну ефективність модулів батареї або пакетної системи батарей.Further, while the heat generated during charging and discharging of MI-MH batteries is not usually a problem in small household batteries or even in large batteries when they are used individually for a limited period of time, large batteries serving in qualities of an uninterruptible power source, especially when more than one of them are used in series or parallel, for example, in a satellite or an electric vehicle, because they emit enough heat during charging and discharging to affect the ultimate efficiency of the battery modules or battery pack system.
Таким чином, існує потреба в батареї, модулі батарей і конструкції пакетної системи батарей, яка зменшує її загальну вагу і має необхідне керування теплотою, необхідне для успішної роботи в електромобілях без зменшення її ємності зберігання енергії або вихідної потужності, збільшує надійність батарей і зменшує вартість. 65 Найбільш близьким до пропонованого винаходу - охолоджуваної текучим середовищем пакетної системи батарей - за технічною суттю є охолоджувана текучим середовищем пакетна система батарей, що включає корпус пакета батарей, який містить, принаймні, один засіб для введення і, принаймні, один засіб для виводу холодоагенту; множину модулів батарей, утворених у матричну конфігурацію всередині корпуса, причому зазначений модуль батарей містить множину окремих батарей, зв'язаних разом, і, принаймні, один засіб транспортування холодоагенту, який змушує холодоагент надходити в зазначений засіб для введення холодоагенту в корпусі, протікати через канали для течії холодоагенту і виходити через зазначений засіб для виводу холодоагенту в корпусі (Патент США Мо 5,558,950 А від 24.09.1996, МПК 6 НОТМ10/50).Thus, there is a need for a battery, battery module, and battery pack system design that reduces overall weight and has the necessary thermal management necessary for successful operation in electric vehicles without reducing its energy storage capacity or output power, increases battery reliability, and reduces cost. 65 The closest thing to the proposed invention - a fluid-cooled battery pack system - in its technical essence is a fluid-cooled battery pack system that includes a battery pack housing that contains at least one means for introducing and at least one means for withdrawing the refrigerant; a plurality of battery modules formed in a matrix configuration within the housing, said battery module comprising a plurality of individual batteries connected together and at least one refrigerant transport means which causes refrigerant to enter said refrigerant injection means within the housing to flow through channels for the flow of the refrigerant and exit through the indicated means for the withdrawal of the refrigerant in the case (US Patent No. 5,558,950 A dated 09/24/1996, IPC 6 NOTM10/50).
Теплове управління системи батарей електромобіля, що застосовує технологію високоенергетичної батареї, ніколи раніше не демонструвалось. Деякі пристрої, такі як Ма-5, які функціонують за підвищених температурах, 7/0 бильно ізольовані, щоб підтримувати специфічну робочу температуру. Така організація небажана через великий програш у загальній щільності енергії через надмірну вагу (засобів) теплового управління, високу складність та надмірну вартість. У інших системах, таких як Мі-Са, у спробах теплового управлінню використовували систему водяного охолодження. Знову цей тип системі теплового управління додає ваги, складності та вартості пакету батарей.Thermal management of an electric vehicle battery system using high-energy battery technology has never been demonstrated before. Some devices, such as the Ma-5, which operate at elevated temperatures, are 7/0 heavily insulated to maintain a specific operating temperature. Such an arrangement is undesirable due to the large loss in overall energy density due to excessive weight (means) of thermal management, high complexity and excessive cost. In other systems, such as Mi-Sa, a water cooling system was used in attempts at thermal management. Again, this type of thermal management system adds weight, complexity and cost to the battery pack.
Простіше говорячи, попередній рівень техніки не пропонує конфігурацію / внутрішню конструкцію інтегрованої батареї, модуля батареї і термічно керованої пакетної системи батарей, яка була б легкою, простою, недорогою і об'єднувала б структурну основу батарей, модулів та пакетів з охолоджуваною повітрям системою управлінню теплотою.Simply put, the prior art does not offer a configuration / internal design of an integrated battery, battery module, and thermally controlled battery pack system that is lightweight, simple, inexpensive, and combines the structural framework of the batteries, modules, and packs with an air-cooled thermal management system .
Найбільш близьким до пропонованого винаходу - модуля батареї великої потужності - за технічною суттю є 2о Модуль батареї великої потужності, що містить множину окремих батарей, множину електричних міжз'єднань, які забезпечують електричне з'єднання між окремими батареями зазначеного модуля і які забезпечують електричне з'єднанню між окремими модулями батарей, та засіб зв'язування / стискання модуль батарей, зазначені батареї зв'язані всередині зазначеного засобу зв'язування / стискання так, що вони скріплені з можливості забезпечення протистояння переміщенню або повороту при механічних вібраціях, транспортуванні або с експлуатації (Патент США Мо 5,558,950 А від 24.09.1996, МПК 6 НОТМ10/50).The closest thing to the proposed invention - a high-power battery module - in its technical essence is 2o High-power battery module containing a plurality of individual batteries, a plurality of electrical interconnections that provide an electrical connection between the individual batteries of the specified module and that provide an electrical connection connection between individual battery modules, and means of binding / compression of the battery module, said batteries are bound inside said means of binding / compression so that they are fastened with the possibility of providing resistance to movement or rotation during mechanical vibrations, transportation or operation ( US Patent No. 5,558,950 A dated September 24, 1996, IPC 6 NOTM10/50).
Теплове управління системи батарей електромобіля, що застосовує технологію високоенергетичної батареї, і) ніколи раніше не демонструвалось. Деякі пристрої, такі як Ма-5, які функціонують за підвищених температурах, сильно ізольовані, щоб підтримувати специфічну робочу температуру. Така організація небажана через великий програш у загальній щільності енергії через надмірну вагу (засобів) теплового управління, високу складність со зо та надмірну вартість. У інших системах, таких як Мі-Сса, у спробах теплового управління використовували систему водяного охолодження. Знову цей тип системи теплового управління додає ваги, складності та вартості со пакету батарей. соThermal management of an electric vehicle battery system using high-energy battery technology i) has never been demonstrated before. Some devices, such as the Ma-5, which operate at elevated temperatures, are heavily insulated to maintain a specific operating temperature. Such an organization is undesirable due to a large loss in the overall energy density due to excessive weight (means) of thermal management, high complexity of the system, and excessive cost. In other systems, such as the Mi-Ssa, a water cooling system was used in attempts at thermal management. Again, this type of thermal management system adds weight, complexity and cost to the battery pack. co
Зазначена конструкція не пропонує конфігурацію / внутрішню конструкцію модуля батареї, який би був легким, простим, недорогим і мав би можливість працювати у об'єднаній структурній основі батарей, модулів та ісе) з5 пакетів з охолоджуваною повітрям системою управління теплотою. «гThis design does not offer a battery module configuration / internal design that is lightweight, simple, inexpensive, and capable of operating in a unified battery, module, and ise) 5-pack air-cooled thermal management framework. "Mr
Найбільш близьким до пропонованого винаходу - механічно вдосконаленої перезарядної батареї - є механічно вдосконалена перезарядна батарея, що включає корпус, який містить клему позитивного електрода і клему негативного електрода, принаймні, один позитивний електрод, розташований всередині корпуса і електрично з'єднаний з клемою позитивного електрода, принаймні, один негативний електрод, розташований « всередині корпуса і електрично з'єднаний з зазначеною клемою негативного електрода, принаймні, один 7-3 с сепаратор електродів, розташований між зазначеними позитивними і негативними електродами всерединіThe closest thing to the proposed invention - a mechanically improved rechargeable battery - is a mechanically improved rechargeable battery that includes a housing that contains a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, at least one positive electrode located inside the housing and electrically connected to the positive electrode terminal, at least one negative electrode located " inside the housing and electrically connected to the indicated negative electrode terminal, at least one 7-3 s electrode separator located between the indicated positive and negative electrodes inside
Й корпуса, при цьому сепаратор забезпечує електричну ізоляцію між позитивним і негативним електродами, але и?» допускає хімічну взаємодію між ними, і електроліт батареї, розташований в корпусі, електроліт забезпечує оточення і змочування зазначених позитивного електрода, негативного електрода і сепаратора, при цьомуAnd the case, while the separator provides electrical isolation between the positive and negative electrodes, but what? allows chemical interaction between them and the battery electrolyte, located in the case, the electrolyte provides the environment and wetting of the specified positive electrode, negative electrode and separator, while
Корпус батареї має призматичну форму (Патент США Мо 5,558,950 А від 24.09.1996, МПК 6 НОТМ10/50). їх Теплове управління системи батарей електромобіля, що застосовує технологію високоенергетичної батареї, ніколи раніше не демонструвалось. Деякі пристрої, такі як Ма-5, які функціонують за підвищених температурах,The battery case has a prismatic shape (US Patent No. 5,558,950 A dated 09/24/1996, IPC 6 NOTM10/50). Their thermal management of an electric vehicle battery system using high-energy battery technology has never been demonstrated before. Some devices, such as Ma-5, which operate at elevated temperatures,
Ме, сильно ізольовані, щоб підтримувати специфічну робочу температуру. Така організація небажана через великийMe, heavily insulated to maintain a specific operating temperature. Such an organization is undesirable because of the large
Го! програш у загальній щільності енергії через надмірну вагу (засобів) теплового управління, високу складність 5о та надмірну вартість. У інших системах, таких як Мі-Сса, у спробах теплового управління використовували со систему водяного охолодження. Знову цей тип системи теплового управління додає ваги, складності та вартості с пакету батарей.Go! loss in overall energy density due to excessive weight (means) of thermal management, high complexity of 5o and excessive cost. In other systems, such as the Mi-Ssa, a water cooling system was used in attempts at thermal management. Again, this type of thermal management system adds weight, complexity and cost to the battery pack.
Простіше говорячи, попередній рівень техніки не пропонує конфігурацію / внутрішню конструкцію інтегрованої батареї, модуля батареї і термічно керованої пакетної системи батарей, яка була б легкою, ов простою, недорогою і об'єднувала б структурну основу батарей, модулів та пакетів з охолоджуваною повітрям системою управління теплотою. (Ф, Найбільш близьким до пропонованого винаходу - перезарядної системи батарей - є перезарядна система ка батарей, утворена, принаймні, з однієї зв'язаної перезарядної батареї, при цьому перезарядна система батарей піддається впливу теплових умов навколишнього середовища, які погіршують її теплові умови експлуатації 6о «Патент США Мо 5,558,950 А від 24.09.1996, МПК 6 НОШ 10/50).Simply put, the prior art does not offer a configuration/internal design of an integrated battery, battery module, and thermally controlled battery pack system that is lightweight, simple, inexpensive, and integrates the structural framework of the batteries, modules, and packs with an air-cooled control system. warmth (F, The closest thing to the proposed invention - a rechargeable battery system - is a rechargeable battery system formed from at least one connected rechargeable battery, while the rechargeable battery system is exposed to environmental thermal conditions that worsen its thermal operating conditions 6o "US Patent No. 5,558,950 A dated September 24, 1996, IPC 6 NOSH 10/50).
Теплове управління системи батарей електромобіля, що застосовує технологію високоенергетичної батареї, ніколи раніше не демонструвалось. Деякі пристрої, такі як Ма-5, які функціонують за підвищених температурах, сильно ізольовані, щоб підтримувати специфічну робочу температуру. Така організація небажана через великий програш у загальній щільності енергії через надмірну вагу (засобів) теплового управління, високу складність ве та надмірну вартість. У інших системах, таких як Мі-Са, у спробах теплового управління використовували систему водяного охолодження. Знову цей тип системи теплового управління додає ваги, складності та вартості пакету батарей. Таким чином, попередній рівень техніки не пропонує конфігурацію / внутрішню конструкцію інтегрованої батареї, модуля батареї і термічне керованої пакетної системи батарей, яка була б легкою, простою, недорогою і об'єднувала б структурну основу батарей, модулів та пакетів з охолоджуваною повітрям системою управління теплотою.Thermal management of an electric vehicle battery system using high-energy battery technology has never been demonstrated before. Some devices, such as the Ma-5, which operate at elevated temperatures, are heavily insulated to maintain a specific operating temperature. Such an organization is undesirable due to a large loss in the total energy density due to excessive weight (means) of thermal management, high complexity and excessive cost. In other systems, such as the Mi-Sa, a water cooling system was used in attempts at thermal management. Again, this type of thermal management system adds weight, complexity and cost to the battery pack. Therefore, the prior art does not offer a configuration / internal design of an integrated battery, battery module and thermally controlled battery pack system that is lightweight, simple, inexpensive and combines the structural basis of batteries, modules and packs with an air-cooled thermal management system .
У основу пропонованих винаходів поставлено задачу створення таких засобів, які б пропонували такі конфігурацію/внутрішню конструкцію інтегрованої батареї, модуля батареї і термічно керованої пакетної системи батарей, які б були б легкими, простими, недорогими і об'єднували б структурну основу батарей, модулів та пакетів з охолоджуваною повітрям системою управління теплотою. Ця задача вирішується за рахунок створення 7/0 Умов для формування каналів для течії холодоагенту вздовж, принаймні, однієї поверхні зв'язаних батарей, забезпечення максимальної теплопередачі за допомогою конвективного, провідного та випромінювального механізмів теплопередачі від батарей холодоагенту; і такого транспортування холодоагенту, який би змусив холодоагент входити в засіб введення холодоагенту в корпусі, протікати по каналах для течії холодоагенту і виходити через засіб виведення холодоагенту в корпусі.The basis of the proposed inventions is the task of creating such means that would offer such a configuration/internal design of an integrated battery, a battery module and a thermally controlled battery pack system, which would be light, simple, inexpensive and would combine the structural basis of batteries, modules and packages with an air-cooled heat management system. This problem is solved by creating 7/0 Conditions for the formation of channels for the flow of the refrigerant along at least one surface of the connected batteries, ensuring maximum heat transfer using convective, conductive and radiative mechanisms of heat transfer from the refrigerant batteries; and such transportation of the refrigerant, which would cause the refrigerant to enter the means of introduction of the refrigerant in the housing, flow through the channels for the flow of the refrigerant and leave through the means of withdrawal of the refrigerant in the housing.
Зазначена задача вирішується у пропонованій охолоджуваній текучим середовищем пакетній системі батарей, яка, як відома охолоджувана текучим середовищем пакетна система батарей, включає корпус пакета батарей, який містить, принаймні, один засіб для введення і, принаймні, один засіб для виводу холодоагенту; множину модулів батарей, утворених у матричну конфігурацію всередині корпуса, причому зазначений модуль батарей містить множину окремих батарей, зв'язаних разом, і, принаймні, один засіб транспортування Хоподоагенту, який змушує холодоагент надходити в зазначений засіб для введення холодоагенту в корпусі, протікати через канали для течії холодоагенту і виходити через зазначений засіб для виводу холодоагенту в корпусі, а, відповідно до винаходу, матрична конфігурація виконана з можливістю забезпечення протікання потоку холодоагенту скрізь, принаймні, одну поверхню зв'язаних батарей кожного з модулів батарей, зазначені модулі розташовані в корпусі на відстані від нього та від інших модулів так, щоб сформувати канали для течії сч 2г5 Хоподоагенту вздовж, принаймні, однієї поверхні зазначених зв'язаних батарей, при цьому ширина зазначених каналів має оптимальні розміри для забезпечення максимальної теплопередачі через конвективні, провідні та і) випромінювальні механізми теплопередачі від зазначених батарей зазначеному холодоагенту.This problem is solved in the proposed fluid-cooled battery pack system, which, as a known fluid-cooled battery pack system, includes a battery pack body that contains at least one means for introducing and at least one means for withdrawing the refrigerant; a plurality of battery modules formed in a matrix configuration within the housing, said battery module comprising a plurality of individual batteries connected together, and at least one refrigerant transport means which causes refrigerant to enter said refrigerant injection means within the housing to flow through channels for the flow of the refrigerant and exit through the indicated means for the output of the refrigerant in the housing, and, according to the invention, the matrix configuration is made with the possibility of ensuring the flow of the refrigerant everywhere, at least one surface of the connected batteries of each of the battery modules, the specified modules are located in the housing on distances from it and from other modules in such a way as to form channels for the flow of Ч2г5 Chopodoagent along at least one surface of the specified connected batteries, while the width of the specified channels has optimal dimensions to ensure maximum heat transfer through convective, conductive and i) radiative mechanisms heat transfer from of the specified batteries to the specified refrigerant.
Особливістю пропонованої системи батарей є і те, що вона містить у собі множину модулів батареї, організованих у матричну конфігурацію всередині корпуса, причому матрична конфігурація забезпечує соA feature of the proposed battery system is that it contains a set of battery modules organized in a matrix configuration inside the case, and the matrix configuration provides
Зо протікання потоку холодоагенту крізь, принаймні, одну поверхню зв'язаних батарей кожного з модулів батареї.From the flow of refrigerant through at least one surface of the connected batteries of each of the battery modules.
Особливістю пропонованої системи батарей є і те, що вона виконана з можливістю використання електрично со ізолюючого газоподібного або рідкого холодоагенту або рідкого холодоагенту. соA feature of the proposed battery system is that it is made with the possibility of using an electrically insulating gaseous or liquid refrigerant or a liquid refrigerant. co
Особливістю пропонованої системи батарей є і те, що газоподібним холодоагентом є повітря, і тим, що засіб транспортування холодоагенту включає нагнітальний повітряний вентилятор. ісе)A feature of the proposed battery system is that the gaseous refrigerant is air, and that the means of transporting the refrigerant includes an air discharge fan. ise)
Особливістю пропонованої системи батарей є і те, що засіб транспортування холодоагенту включає насос і «Е тим, що магістраль повернення холодоагенту, приєднану до засобу виходу холодоагенту, що спричинює рециркуляцію нагрітого холодоагенту до резервуара холодоагенту, з якого він транспортується до теплообмінника холодоагенту для добування з нього теплоти і, нарешті, повторно направляється до насоса холодоагенту для багаторазового використання при охолодженні пакета батарей. «A feature of the proposed battery system is that the refrigerant transport means includes a pump and the fact that the refrigerant return line is connected to the refrigerant exit means, which causes recirculation of the heated refrigerant to the refrigerant tank, from which it is transported to the refrigerant heat exchanger for extracting from it heat and finally re-directed to the refrigerant pump for repeated use in cooling the battery pack. "
Особливістю пропонованої системи батарей є і те, що вона встановлена з можливістю підтримання з с температури модулів батареї нижче 45"С, і з можливістю підтримання різниці температур між модулями батареї меншою від 8"7С. ;» Зазначена задача вирішується і у пропонованому модулі, який, як відомий модуль батареї великої потужності, містить множину окремих батарей, множину електричних міжз'єднань, які забезпечують електричнеA special feature of the proposed battery system is that it is installed with the ability to maintain the temperature of the battery modules below 45"C, and with the ability to maintain the temperature difference between the battery modules below 8"7C. ;" The specified problem is also solved in the proposed module, which, as a known high-power battery module, contains a set of individual batteries, a set of electrical interconnections that provide electrical
З'єднання між окремими батареями зазначеного модуля і які забезпечують електричне з'єднання між окремими їх модулями батарей, та засіб зв'язування/стискання модуля батарей, зазначені батареї зв'язані всередині зазначеного засобу зв'язування/ стискання так, що вони скріплені з можливістю забезпечення протистоянняConnections between the individual batteries of said module and which provide electrical connection between their individual battery modules, and means for binding/compressing the battery module, said batteries being bound within said means for binding/compressing so that they are fastened with the possibility of providing resistance
Ме, переміщенню або повороту при механічних вібраціях, транспортуванні або експлуатації, а, відповідно доMe, movement or rotation during mechanical vibrations, transportation or operation, and, according to
Го! винаходу, зазначені батареї зв'язані у зазначеному засобі зв'язування / стискання при зовнішньому механічному стисканні, яке оптимізовано з можливістю збалансування зовнішнього тиску, спрямованого назовні со через розширення компонентів батареї, і забезпечення додаткової спрямованої усередину сили стискання, с прикладеної до електродів батареї всередині кожної батареї, для зменшення відстані між позитивними і негативними електродами з тим, щоб збільшити загальну потужність батареї.Go! of the invention, said batteries are bound in said binding/compression means by external mechanical compression, which is optimized to balance the external pressure directed outwards due to the expansion of the battery components, and providing an additional inwardly directed compression force applied to the battery electrodes inside of each battery, to reduce the distance between the positive and negative electrodes in order to increase the total capacity of the battery.
Особливістю пропонованого модуля є і те, що модулі батареї зв'язані разом під дією великої механічної ов сили стискання, з використанням металевих стержнів, які встановлено вздовж усіх чотирьох сторін модуля батареї і зварено по чотирьох кутах модуля, де стержні зустрічаються, у такий спосіб формуючи стрічку навколоA special feature of the proposed module is that the battery modules are tied together under the action of a large mechanical compressive force, using metal rods that are installed along all four sides of the battery module and welded at the four corners of the module where the rods meet, thus forming tape around
Ф) периферії модуля батареї. ка Особливістю пропонованого модуля батареї є і те, що модулі батареї зв'язані під дією механічного стискання, яке приблизно дорівнює 3,5 - 12,65 КГ/см2. во Особливістю пропонованого модуля батареї є і те, що модулі батареї зв'язані разом під дією сильного механічного стискання, використовуючи металеві стержні, що розташовані вздовж двох сторін модуля батареї і приварені в кутах модуля до металевої трубки, яка лишає кінцеві пластини над кінцями модулів, і тим, що кінцева пластина містить ребра, що виступають перпендикулярно до площини кінцевих пластин, у такий спосіб забезпечуючи додаткову міцність кінцевим пластинам і прорізам для металевої трубки, причому кінцеві пластини 65 термічне ізольовані від батарей, зв'язаних всередині модуля.F) periphery of the battery module. A special feature of the proposed battery module is that the battery modules are connected under the action of mechanical compression, which is approximately equal to 3.5 - 12.65 KG/cm2. A special feature of the proposed battery module is that the battery modules are bound together under the action of strong mechanical compression, using metal rods located along two sides of the battery module and welded in the corners of the module to a metal tube that leaves the end plates above the ends of the modules. and in that the end plate includes ribs projecting perpendicular to the plane of the end plates, thus providing additional strength to the end plates and slots for the metal tube, the end plates 65 being thermally isolated from the batteries connected within the module.
Особливістю пропонованого модуля батареї є і те, що кожен з модулів батареї містить модульні прокладки,A special feature of the proposed battery module is that each of the battery modules contains modular spacers,
які утримують модулі на відстані від будь-яких інших модулів та від корпуса пакета батарей і тим, що модульні прокладки виготовлені з електрично непровідної речовини.which keep the modules away from any other modules and the battery pack housing and that the module spacers are made of an electrically non-conductive material.
Особливістю пропонованого модуля батареї є і те, що електричні міжз'єднання є з'єднаннями з кабелю в обплетенні, які забезпечують високе теплове розсіювання і гнучкість конструкції/конфігурації модуля і тим, що електричні з'єднання з кабелю в обплетенні виготовлені з міді, мідного сплаву, покритої нікелем міді або покритого нікелем мідного сплаву.A special feature of the proposed battery module is that the electrical interconnections are braided cable connections, which provide high thermal dissipation and flexibility in the design/configuration of the module, and that the electrical connections from the braided cable are made of copper, copper nickel-plated copper alloy or nickel-plated copper alloy.
Зазначена задача вирішується і у пропонованій механічно вдосконаленій перезарядній батареї, яка, як відома механічно вдосконалена перезарядна батарея, включає корпус, який містить клему позитивного /о електрода і клему негативного електрода, принаймні, один позитивний електрод, розташований всередині корпуса і електрично з'єднаний з клемою позитивного електрода, принаймні, один негативний електрод, розташований всередині корпуса і електрично з'єднаний з зазначеною клемою негативного електрода, принаймні, один сепаратор електродів, розташований між зазначеними позитивними і негативними електродами всередині корпуса, при цьому сепаратор забезпечує електричну ізоляцію між позитивним і негативним /5 електродами, але допускає хімічну взаємодію між ними, і електроліт батареї, розташований в корпусі, електроліт забезпечує оточення і змочування зазначених позитивного електрода, негативного електрода і сепаратора, при цьому корпус батареї має призматичну форму, а, відповідно до винаходу, батарея за формою має оптимізоване співвідношення товщини, ширини і висоти для забезпечення максимальних ємності і вихідної потужності батареї.The specified problem is also solved in the proposed mechanically improved rechargeable battery, which, as a known mechanically improved rechargeable battery, includes a housing that contains a terminal of a positive electrode and a terminal of a negative electrode, at least one positive electrode located inside the housing and electrically connected to positive electrode terminal, at least one negative electrode located inside the housing and electrically connected to said negative electrode terminal, at least one electrode separator located between said positive and negative electrodes inside the housing, the separator providing electrical isolation between positive and negative /5 electrodes, but allows chemical interaction between them, and the battery electrolyte located in the case, the electrolyte provides the environment and wetting of the indicated positive electrode, negative electrode and separator, while the battery case has a prismatic shape, and, according to the invention, the battery i shape has an optimized ratio of thickness, width and height to ensure maximum capacity and output power of the battery.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що корпус має верхню частину, яка містить у собі клему позитивного електрода батареї і клему негативного електрода батареї, та оболонку корпуса батареї, у якій електроди розташовані та тим, що верхня частина корпуса також включає в себе кільцевий кожух, що визначає периферію, принаймні, одного отвору крізь верхню частину, а клеми мають ущільнювальний фланець по їх окружності, при цьому закупорені обтиском клеми герметизовані у кільцевому кожусі в ущільнювальному сч ов фланці та тим, що еластомерне діелектричне ущільнення розташоване між ущільнювальним фланцем і о кільцевим кожухом, при цьому еластомерне діелектричне ущільнення виготовлене з непроникної для водню речовини полісульфону.The special feature of the proposed rechargeable battery is that the case has an upper part that contains the terminal of the positive electrode of the battery and the terminal of the negative electrode of the battery, and the shell of the battery case, in which the electrodes are located, and that the upper part of the case also includes an annular casing , defining the periphery of at least one opening through the top, and the terminals having a sealing flange around their circumference, the crimped terminals being sealed in an annular housing in the sealing flange and having an elastomeric dielectric seal located between the sealing flange and the annular casing, while the elastomeric dielectric seal is made of the hydrogen-impermeable substance polysulfone.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що вона додатково містить клапан високого тиску для скидання внутрішнього тиску батареї до тиску навколишньої атмосфери, при цьому клапан високого тиску со зо Включає: корпус клапана, що має порожнисту внутрішню область у зв'язку по газу з навколишньою атмосферою і внутрішньою частиною корпуса за допомогою отвору; поршень скидання тиску, встановлений всередині со порожнистої внутрішньої області, поршень скидання тиску має розміри, що забезпечують герметизацію осьового со отвору, і має ущільнювальну канавку на поверхні, протилежній осьовому отвору, еластомерне діелектричне ущільнення, встановлене всередині ущільнювальної канавки, ущільнювальна канавка має конфігурацію, щоб ісе)A special feature of the proposed rechargeable battery is that it additionally contains a high-pressure valve for reducing the internal pressure of the battery to the pressure of the surrounding atmosphere, while the high-pressure valve includes: the valve body, which has a hollow inner area in gas communication with the surrounding the atmosphere and the inner part of the case with the help of an opening; a pressure relief piston mounted within the hollow inner region, the pressure relief piston being sized to seal the axial bore, and having a sealing groove on a surface opposite the axial bore, an elastomeric dielectric seal mounted within the sealing groove, the sealing groove being configured to ise)
Зв ОХОПИТИ усі, крім однієї , поверхні ущільнення, у такий спосіб залишаючи неохоплену поверхню зазначеного «Е ущільнення незахищеною; при цьому еластомерне діелектричне ущільнення виготовлене з непроникної для водню речовини полісульфону і пружину стискання, розташовану так, щоб змусити поршень скидання тиску стискати ущільнення в ущільнювальній канавці та блокувати осьовий отвір у клемі.COVER all but one of the sealing surfaces, thus leaving the uncovered surface of the specified “E seal unprotected; wherein the elastomeric dielectric seal is made of a hydrogen impermeable polysulfone material and a compression spring is positioned to cause the pressure relief piston to compress the seal in the sealing groove and block the axial hole in the terminal.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те що вона додатково включає, принаймні, одну « гребінку, що утворює електричне з'єднання між внутрішніми виводами електрода і клемами, при цьому зазначена /--- с гребінка є електрично провідним стержнем, що має множину паралельних прорізів, в які внутрішні виводи . електрода вставлені, здійснюючи фрикційне з'єднання, при цьому гребінка виготовлена з міді, мідного сплаву, и?» покритої нікелем міді або покритого нікелем мідного сплаву.A feature of the proposed rechargeable battery is that it additionally includes at least one "comb, which forms an electrical connection between the internal terminals of the electrode and the terminals, while the specified /--- c comb is an electrically conductive rod having a set of parallel slots , in which internal outputs . the electrode is inserted, making a frictional connection, while the comb is made of copper, copper alloy, and? nickel-plated copper or nickel-plated copper alloy.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що сепаратори виготовлені з поліпропілену, який має орієнтоване зерно або структуру канавки, при цьому сепаратори встановлені так, що орієнтована структура ї5» зерна орієнтована вздовж напрямку висоти, принаймні, одного позитивного електрода і, принаймні, одного негативного електрода.A feature of the proposed rechargeable battery is that the separators are made of polypropylene, which has an oriented grain or groove structure, while the separators are installed in such a way that the oriented grain structure is oriented along the height direction of at least one positive electrode and at least one negative electrode electrode
Ме, Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що позитивні і негативні електроди батареїMe, a feature of the proposed rechargeable battery is that the positive and negative electrodes of the battery
Го! розташовані в корпусі так, що їх відповідні електричні колекторні виводи розташовані навпроти один одного у верхній частині корпуса, при цьому позитивні і негативні електроди батареї мають вирізані кути, де со розташовані електричні колекторні виводи електродів протилежної полярності, у такий спосіб уникаючи с короткого замикання між електродами і вилучаючи речовину, що не використовується, власне електрода.Go! are located in the housing so that their respective electrical collector terminals are located opposite each other in the upper part of the housing, while the positive and negative electrodes of the battery have cut corners where the electrical collector terminals of the electrodes of opposite polarity are located, thus avoiding a short circuit between the electrodes and removing the unused material, the electrode itself.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що внутрішній металевий призматичний корпус батареї електрично ізольований від електродів та електроліту.A special feature of the proposed rechargeable battery is that the internal metal prismatic body of the battery is electrically isolated from the electrodes and electrolyte.
Особливістю пропонованої перезарядної батареї є і те, що негативні електроди виготовлені з теплопровідної агломерованої метал-гідридної речовини електрода і перебувають в тепловому контакті з корпусом батареї.A feature of the proposed rechargeable battery is that the negative electrodes are made of a heat-conducting agglomerated metal-hydride electrode substance and are in thermal contact with the battery case.
Ф) Зазначена задача вирішується і у пропонованій перезарядній системі батарей, яка, як і відома, утворена, ка принаймні, з однієї зв'язаної перезарядної батареї, при цьому перезарядна система батарей піддається впливу теплових умов навколишнього середовища, які погіршують її теплові умови експлуатації, а, відповідно до бо винаходу, вона містить засіб для забезпечення змінної термоізоляції, принаймні, тієї частини перезарядно! системи батарей, яка найбільш піддається тепловому впливу навколишнього середовища, для забезпечення підтримання температури перезарядної системи батарей у межах необхідного робочого діапазону за змінних умов навколишнього середовища.F) The specified problem is also solved in the proposed rechargeable battery system, which, as is well known, is formed from at least one connected rechargeable battery, while the rechargeable battery system is exposed to the thermal conditions of the environment, which worsen its thermal operating conditions, and, according to the invention, it contains a means for providing variable thermal insulation, at least that part is rechargeable! of the battery system, which is most exposed to the thermal influence of the environment, to ensure that the temperature of the rechargeable battery system is maintained within the required operating range under variable environmental conditions.
Особливістю пропонованої перезарядної системи батарей є і те, що засіб для забезпечення змінної ізоляції 65 містить температурний датчик, засіб стисливої термоізоляції і засіб для стискання засобу стисливої термоізоляції у відповідь на температуру, визначену тепловим датчиком.A feature of the proposed rechargeable battery system is that the means for providing variable insulation 65 includes a temperature sensor, a means of compressible thermal insulation and a means for compressing the means of compressible thermal insulation in response to the temperature determined by the thermal sensor.
Особливістю пропонованої перезарядної системи батарей є і те, що температурні датчики включають електронні датчики, засіб стисливої термоізоляції містить стисливу піну або волоконну ізоляцію, і засіб для стискання засобу стисливої термоізоляції містить поршневий пристрій, що поперемінно збільшує або зменшуєThe feature of the proposed rechargeable battery system is that the temperature sensors include electronic sensors, the compressible thermal insulation means contains compressible foam or fiber insulation, and the means for compressing the compressible thermal insulation means includes a piston device that alternately increases or decreases
Величину стискання на стисливу піну або волоконну ізоляцію у відповідь на сигнали від електронних датчиків.The amount of compression on compressible foam or fiber insulation in response to signals from electronic sensors.
Особливістю пропонованої перезарядної системи батарей є і те, що температурні датчики і засіб для стискання засобу стисливої термоізоляції об'єднані в єдиний модуль.A feature of the proposed rechargeable battery system is that the temperature sensors and means for compressing the means of compressible thermal insulation are combined into a single module.
Особливістю пропонованої перезарядної системи батарей є і те, що об'єднаний, одиночний модуль, температурний датчик / компресор ізоляції містить біметалічну пластину, яка дозволяє засобу стисливої 7/0 Термоізоляції розширюватися до місця, щоб захистити систему батарей від низьких температур навколишнього середовища і стискати ізоляцію, щоб усунути ізоляційний ефект від системи батарей за теплих умов навколишнього середовища.A special feature of the proposed rechargeable battery system is that the combined, single module, temperature sensor / insulation compressor contains a bimetallic plate that allows the compressible 7/0 Thermal Insulation to expand into place to protect the battery system from low ambient temperatures and compress the insulation. , to eliminate the insulating effect of the battery system in warm ambient conditions.
Один аспект даного винаходу передбачає механічно вдосконалену перезарядну батарею. Батарея включає: 1) корпус батареї, що містить у собі клему позитивного електрода батареї і клему негативного електрода батареї; 2) принаймні, один позитивний електрод батареї, розташований всередині корпуса батареї і електрично з'єднаний з клемою позитивного електрода батареї; 3) принаймні, один негативний електрод батареї, розташований всередині корпуса батареї і електрично з'єднаний з клемою негативного електрода батареї; 4) принаймні, один сепаратор електродів батареї, розташований між позитивними та негативними електродами всередині корпуса батареї, щоб електричне ізолювати позитивний електрод від негативного електрода, але який 2о все ж допускає їх хімічну взаємодію; і 5) електроліт батареї, який оточує та змочує позитивний електрод, негативний електрод і сепаратор. Корпус батареї є призматичним за формою і має оптимізоване відношення товщини до ширини до висоти.One aspect of the present invention provides a mechanically improved rechargeable battery. The battery includes: 1) the battery case, which contains the terminal of the positive electrode of the battery and the terminal of the negative electrode of the battery; 2) at least one positive electrode of the battery, located inside the battery case and electrically connected to the terminal of the positive electrode of the battery; 3) at least one negative electrode of the battery, located inside the battery case and electrically connected to the terminal of the negative electrode of the battery; 4) at least one battery electrode separator located between the positive and negative electrodes inside the battery case to electrically isolate the positive electrode from the negative electrode, but which still allows their chemical interaction; and 5) the battery electrolyte, which surrounds and wets the positive electrode, negative electrode, and separator. The battery case is prismatic in shape and has an optimized thickness-to-width-to-height ratio.
Інший аспект даного винаходу включає вдосконалений модуль батареї високої потужності. Модуль батареї, відповідно до даного винаходу, включає: 1) множину окремих батарей; 2) множину електричних міжз'єднань, які сч ов З'єднують окремі батареї модуля одну з одною і забезпечують засіб для електричного з'єднання окремих модулів батареї один з одним; і 3) засіб зв'язування / стискання модуля батареї. Батареї зв'язують всередині засобу і) зв'язування/стискання модуля під дією зовнішнього механічного стискання, яке оптимізовано, щоб збалансувати спрямований назовні тиск через розширення компонентів батареї і забезпечити додаткову спрямовану всередину силу стискання на електроди батареї всередині кожного елемента, щоб зменшити відстань між соAnother aspect of the present invention includes an improved high capacity battery module. The battery module, according to this invention, includes: 1) a set of individual batteries; 2) a set of electrical interconnections that connect the individual batteries of the module to each other and provide a means for electrically connecting the individual battery modules to each other; and 3) means of binding / compressing the battery module. Batteries are internally bonded by means of i) module bonding/compression by external mechanical compression, which is optimized to balance the outward pressure due to the expansion of the battery components and to provide an additional inward compressive force on the battery electrodes within each cell to reduce the distance between co
Зо позитивними і негативними електродами, за допомогою цього збільшуючи загальну потужність елемента.With positive and negative electrodes, thereby increasing the overall power of the element.
Засіб зв'язування / стискання модуля сконструйовано так, щоб: 1) допустити застосування необхідного со стискання батареї; 2) виконати необхідну механічну функцію стійкої до вібрацій низки модулів; і 3) бути со якомога більш легким.The means of connecting / compressing the module is designed in such a way as to: 1) allow the application of the necessary battery compression; 2) perform the necessary mechanical function of a series of modules resistant to vibrations; and 3) be as light as possible.
Ще один аспект даного винаходу полягає в механічній конструкції легкої охолоджуваної текучим ісе) з5 середовищем пакетної системи батарей. У своїй найбільш загальній формі ця охолоджувана текучим «г середовищем пакетна система батарей включає: 1) корпус пакета батарей, що має, принаймні, один вхідний отвір для холодоагенту і, принаймні, один вихідний отвір для холодоагенту; 2) принаймні, один модуль батареї, розташований і встановлений всередині корпуса так, що модуль батареї віддалений від стінок корпуса і від будь-яких інших модулів батареї всередині корпуса, щоб сформувати канали для течії холодоагенту вздовж, « принаймні, однієї поверхні зв'язаних батарей, причому ширина каналів для течії холодоагенту має оптимальні з с розміри, щоб забезпечити максимальну теплопередачу за допомогою конвективного, провідного та . випромінювального механізмів теплопередачі від батарей холодоагенту; і З) принаймні, один засіб а транспортування холодоагенту, що змушує холодоагент входити в засіб введення холодоагенту в корпусі, протікатиСпо каналах для течії холодоагенту і виходити через засіб виведення холодоагенту в корпусі. У більш прийнятному варіанті втілення пакетну систему батарей прохолоджують повітрям. їх У ще одному аспекті даного винаходу описана вище механічна конструкція батареї, модуля і пакетної системи батарей інтегрована в електронний спосіб за допомогою алгоритму зарядного пристрою, розробленогоAnother aspect of the present invention is the mechanical design of a lightweight, fluid-cooled battery pack system. In its most general form, this fluid cooled battery pack system includes: 1) a battery pack housing having at least one refrigerant inlet and at least one refrigerant outlet; 2) at least one battery module located and mounted inside the housing such that the battery module is spaced from the walls of the housing and from any other battery modules inside the housing to form channels for the flow of refrigerant along at least one surface of the bonded batteries , and the width of the channels for the flow of the refrigerant has optimal dimensions with c to ensure maximum heat transfer by means of convective, conductive and . radiant heat transfer mechanisms from refrigerant batteries; and C) at least one means of transporting the refrigerant, which causes the refrigerant to enter the means of introduction of the refrigerant in the housing, to flow along the channels for the flow of the refrigerant and to exit through the means of withdrawal of the refrigerant in the housing. In a more acceptable embodiment, the battery pack system is cooled by air. In another aspect of the present invention, the mechanical design of the battery, module and battery pack system described above is integrated electronically using a charger algorithm developed by
Ме, так, щоб швидко зарядити пакетну систему батарей, у той самий час збільшуючи термін служби батареї заMeh, yes, to quickly charge the battery pack system, while at the same time increasing the life of the battery by
Го! допомогою мінімізованого перезарядження і управління виділенням тепла.Go! with the help of minimized recharging and control of heat release.
На закінчення, батареї, модулі і пакети можуть також містити в собі засіб забезпечення перемінної со термоізоляції, принаймні, для тієї частини перезарядної системи батарей, що найбільше безпосередньо с піддається впливу зазначених оточуючих теплових умов так, щоб підтримувати температуру перезарядної системи батарей в межах необхідного робочого діапазону за змінних умов навколишнього середовища. фіг.1 - сильно стилізоване зображення виду поперечного перерізу механічно вдосконаленої перезарядної батареї відповідно до винаходу, що докладно зображує електроди батареї, сепаратор, корпус батареї й електричні клеми батареї;Finally, the batteries, modules and packs may also include a means of providing variable thermal insulation, at least for that part of the battery recharging system that is most directly exposed to said ambient thermal conditions so as to maintain the temperature of the battery recharging system within the required operating range range under variable environmental conditions. Fig. 1 is a highly stylized cross-sectional view of a mechanically improved rechargeable battery according to the invention, detailing the battery electrodes, separator, battery housing and battery electrical terminals;
Ф) фіг2 - стилізоване зображення розірваного виду поперечного перерізу механічно вдосконаленої ка перезарядної батареї, що докладно зображує, скільки з компонентів батареї взаємодіють при складанні; фіг.3 - збільшене зображення клеми, верхньої частини оболонки, ущільнення клеми і гребінки електрода, во зображеного на фіг.2; фіг4 - стилізоване зображення виду поперечного перерізу укупорюваного обтисканням з'єднання, здійсненого, щоб герметично закріпити клему батареї до верхньої частини оболонки батареї; фіг.5 - стилізоване зображення виду поперечного перерізу одного варіанта втілення клеми батареї, що докладно зображує, як клапан високого тиску може бути вмонтований у клему; 65 фіг.б6 - стилізоване зображення виду поперечного перерізу іншого варіанта втілення клеми батареї, який докладно зображує, як електричний провідний з'єднувач гніздового типу може бути вмонтований у клему;F) Fig. 2 is a stylized image of an exploded cross-sectional view of a mechanically improved ka rechargeable battery, depicting in detail how many of the battery's components interact during assembly; Fig. 3 is an enlarged image of the terminal, the upper part of the shell, the sealing of the terminal and the comb of the electrode shown in Fig. 2; Fig. 4 is a stylized cross-sectional view of a crimp-sealed connection made to hermetically secure the battery terminal to the top of the battery casing; Fig. 5 is a stylized image of a cross-sectional view of one embodiment of a battery terminal, which shows in detail how a high-pressure valve can be mounted in a terminal; 65 fig.b6 is a stylized image of a cross-sectional view of another embodiment of a battery terminal, which depicts in detail how an electrical conductive connector of the socket type can be mounted in the terminal;
фіг.7 - стилізоване зображення гребінки електрода; фіг.8 - стилізоване зображення виду зверху модуля батареї, відповідно до цього винаходу, що докладно зображує спосіб, у який зв'язуються батареї, що включає їх орієнтацію, стержні та кінцеві пластини, які утримують батареї при зовнішньому механічному стисканні, та вісь стискання; фіг.9 - стилізоване зображення виду збоку модуля батареї, зображеного на фіг.8, що конкретно зображує спосіб, у який металеві стержні встановлюють у прорізі в ребрах кінцевих пластин; фіг.10 - стилізоване зображення виду з. торця модуля батареї, зображеного на фіг.8 і 9, що конкретно зображує спосіб, у який взаємодіють кінцеві пластини та стрижні стискання; 70 фіг.11 - стилізоване зображення виду зверху модуля батареї, відповідно до даного винаходу, що конкретно зображує модульні прокладки, відповідно до цього винаходу, і виводи прокладок, приєднаних до них; фіг.12 - стилізоване зображення виду збоку модуля батареї, зображеного на фіг.11, що конкретно зображує спосіб, у який модульні прокладки розміщені зверху і знизу модуля батареї; фіг.1За - стилізоване зображення одного варіанта втілення кінцевих пластин модулів батареї, відповідної /5 до даного винаходу, що конкретно зображує ребристу кінцеву пластину; фіг.136 - стилізоване зображення виду поперечного перерізу ребристої кінцевої пластини, зображеної на фіг.1За; фіг.14 - стилізоване зображення одного варіанта втілення з'єднання з кабелю в обплетенні, придатного в модулях і пакетах батареї, яке відповідно до цього винаходу зображує конкретно електричне з'єднання з плоского кабелю в обплетенні; фіг15 - стилізоване зображення виду зверху одного варіанта втілення охолоджуваного текучим середовищем пакета батарей, відповідно до даного винаходу, що докладно зображує матричне розміщення модулів батареї в корпусі пакета, спосіб, у який модульні прокладки утворюють канали для течії холодоагенту, ввідне та вивідне отвори для текучого середовища та засіб транспортування текучого середовища; с фіг.16 - графік температури батареї в залежності від неробочого часу, який вказує спосіб, у який алгоритми керованого температурою вентилятора діють на температуру батареї під час саморозряду пакета; і) фіг.17 - графік опору батареї і товщини батареї в залежності від зовнішнього тиску стискання, ясно подані оптимальні і функціональні діапазони; фіг.18 ілюструє вплив температури на питому енергію батареї, зображуючи графік температури батареї в со зо залежності від питомої енергії у Вт"год/кГ; фіг.19 ілюструє вплив температури на питому потужність батареї, зображуючи графік температури батареї в со залежності від питомої потужності у Вт/кГ; со фіг.20 - графік об'ємної витрати холодоагенту і процентної частини від максимальної теплопередачі та швидкості холодоагенту в залежності від інтервалу по середній осі поділу (стосується середньої ширини каналу ісе) з5 Холодоагенту) для вертикального потоку холодоагенту через канали для течії холодоагенту; «г фіг.21 - графік об'ємної витрати холодоагенту ІПпроцентної частини від максимальної теплопередачі та швидкості холодоагенту в залежності від інтервалу по середній осі поділу (стосується середньої ширини каналу холодоагенту) для горизонтального потоку холодоагенту через канали для течії холодоагенту; фіг.22 - графік зростання температури в залежності від температури навколишнього середовища і напруги « пакета в залежності від часу під час циклів заряду і розряду, використовуючи спосіб заряду з з с "температурно-компенсованою межею напруги"; фіг.23 - графік зростання температури в залежності від температури навколишнього середовища і напруги ;» пакета в залежності від часу під час циклів заряду і розряду, використовуючи спосіб заряду з "фіксованою межею напруги"; фіг.24 - графік ємності батареї, що вимірюється в А"год, у залежності від типу батареї для батарей М серії; їх фіг.25 - графік потужності батареї, що вимірюється у Вт, в залежності від типу батареї для батарей М серії; фіг.26 - графік нормалізованої ємності батареї, що вимірюється у мА"год/см?, у залежності від типу батареїFig. 7 - a stylized image of the electrode comb; Fig. 8 is a stylized top view of a battery module according to the present invention, detailing the manner in which the batteries are connected, including their orientation, the rods and end plates that hold the batteries under external mechanical compression, and the axis of compression; Fig. 9 is a stylized representation of a side view of the battery module shown in Fig. 8, specifically depicting the manner in which the metal rods are installed in the slot in the ribs of the end plates; Fig. 10 - a stylized image of the view from. the end of the battery module shown in Figures 8 and 9, specifically illustrating the manner in which the end plates and compression rods interact; 70 Fig. 11 is a stylized top view of a battery module according to the present invention, which specifically depicts the modular pads according to the present invention and the leads of the pads attached to them; Fig. 12 is a stylized side view of the battery module shown in Fig. 11, specifically illustrating the manner in which modular spacers are placed above and below the battery module; Fig. 1Za is a stylized image of one version of the embodiment of the end plates of the battery modules corresponding to the present invention, which specifically depicts a ribbed end plate; Fig. 136 is a stylized image of a cross-sectional view of the ribbed end plate shown in Fig. 1Za; Fig. 14 is a stylized image of one embodiment of a connection from a braided cable, suitable for modules and battery packs, which, according to the present invention, depicts a specific electrical connection from a flat cable in a braid; Fig. 15 is a stylized top view of one embodiment of a fluid-cooled battery pack according to the present invention, detailing the matrix placement of battery modules within the pack body, the manner in which the modular spacers form refrigerant flow channels, and fluid inlet and outlet openings and means of transporting the fluid; c Fig. 16 is a graph of battery temperature versus idle time, which indicates the way in which the algorithms of the temperature-controlled fan affect the temperature of the battery during self-discharge of the package; i) Fig. 17 - graph of battery resistance and battery thickness depending on the external compression pressure, optimal and functional ranges are clearly presented; Fig. 18 illustrates the effect of temperature on the specific energy of the battery, depicting a graph of the temperature of the battery in SO as a function of the specific energy in Wh/kH; Fig. 19 illustrates the effect of temperature on the specific power of the battery, depicting a graph of the temperature of the battery in SO as a function of the specific power in W/kH; so Fig. 20 is a graph of the volume consumption of the refrigerant and the percentage of the maximum heat transfer and the speed of the refrigerant depending on the interval along the middle axis of separation (refers to the average width of the channel ise) with 5 Refrigerant) for the vertical flow of the refrigerant through the channels for Refrigerant flow; "g Fig. 21 - a graph of the volume flow rate of the refrigerant and the percentage part of the maximum heat transfer and the speed of the refrigerant depending on the interval along the middle axis of separation (refers to the average width of the refrigerant channel) for the horizontal flow of the refrigerant through the channels for the flow of the refrigerant; Fig. 22 - a graph of temperature growth depending on the temperature of the surrounding sulfur charge and voltage of the package as a function of time during charge and discharge cycles, using the charge method with the "temperature-compensated voltage limit"; Fig. 23 - a graph of temperature growth depending on the ambient temperature and voltage;" package depending on the time during charge and discharge cycles, using the "fixed voltage limit" charge method; Fig. 24 is a graph of battery capacity, measured in Ah, depending on the type of battery for M series batteries; their Fig. 25 is a graph of battery power, measured in W, depending on the type of battery for M series batteries; Fig. .26 - a graph of normalized battery capacity, measured in mAh/cm?, depending on the type of battery
Фо для батарей М серії; (ее) фіг.27 - графік нормалізованої потужності батареї, що ви мірюється в мВт/см", в залежності від типу батареї для батарей М серії; со фіг.28 - графік питомої потужності батареї, що вимірюється у Вт/кКГ, у залежності від типу батареї для со батарей М серії; фіг.29 - графік питомої енергії батареї, що вимірюється у Вт"год/кГ, у залежності від типу батареї для батарей М серії.Fo for M series batteries; (ee) Fig. 27 - a graph of the normalized power of the battery, measured in mW/cm", depending on the type of battery for batteries of the M series; Fig. 28 - a graph of the specific power of the battery, measured in W/kKG, depending depending on the battery type for the M series batteries, Fig. 29 is a graph of the specific energy of the battery, measured in Wh/kH, depending on the battery type for the M series batteries.
Один аспект даного винаходу передбачає механічно вдосконалену перезарядну батарею, показану в загальному вигляді на фіг.1. Як правило, в техніці перезарядних батарей, таких як система о нікель-метал-гідридних батарей, багато уваги приділяють електрохімічним аспектам батарей, у той час як ко набагато менше часу й енергії витрачено на поліпшення механічних аспектів батареї, модуля і конструкції пакета. во Заявники досліджували вдосконалення в механічній конструкції систем перезарядних батарей, звертаючи увагу на, такі аспекти, як щільність енергії (і об'ємну, і гравіметричну), міцність, довговічність, механічні аспекти ефективності батареї та управління теплотою.One aspect of the present invention provides a mechanically improved rechargeable battery shown generally in Fig.1. Generally, in the engineering of rechargeable batteries, such as the nickel-metal hydride battery system, a lot of attention is paid to the electrochemical aspects of the batteries, while much less time and energy is spent on improving the mechanical aspects of the battery, module and package design. Applicants explored improvements in the mechanical design of rechargeable battery systems, focusing on aspects such as energy density (both volumetric and gravimetric), strength, durability, mechanical aspects of battery efficiency, and thermal management.
В результаті цих досліджень заявники розробили механічно вдосконалену перезарядну батарею 1, що включає: 1) корпус 2 батареї, який містить клему 7 позитивного електрода батареї і клему 8 негативного 65 електрода батареї; 2) принаймні, один позитивний електрод 5 батареї, розташований всередині корпуса 2 батареї і електрично з'єднаний з клемою 7 позитивного електрода батареї; 3) принаймні, один негативний електрод 4 батареї, розташований всередині корпуса 2 батареї і електрично з'єднаний з клемою 8 негативного електрода батареї; 4) принаймні, один сепаратор б електродів батареї, розташований між позитивним і негативним електродами всередині корпуса 2 батареї, щоб електрично ізолювати позитивний електрод від негативного електрода, але який все ще допускає їх хімічну взаємодію; та 5) електроліт батареї (не показаний), що оточує і змочує позитивний електрод 5, негативний електрод 4 і сепаратор 6. Корпус 2 батареї є призматичним за формою і має оптимізоване відношення товщини до ширини до висоти.As a result of these studies, the applicants developed a mechanically improved rechargeable battery 1, which includes: 1) a battery case 2, which contains a terminal 7 of the positive electrode of the battery and a terminal 8 of the negative electrode 65 of the battery; 2) at least one positive electrode 5 of the battery, located inside the body 2 of the battery and electrically connected to the terminal 7 of the positive electrode of the battery; 3) at least one negative electrode 4 of the battery, located inside the body of the battery 2 and electrically connected to the terminal 8 of the negative electrode of the battery; 4) at least one battery electrode separator b located between the positive and negative electrodes inside the battery case 2 to electrically isolate the positive electrode from the negative electrode, but which still allows their chemical interaction; and 5) battery electrolyte (not shown) surrounding and wetting positive electrode 5, negative electrode 4 and separator 6. Battery body 2 is prismatic in shape and has an optimized thickness to width to height ratio.
Використовуваний термін "батарея" конкретно стосується електрохімічних елементів, що містять множину позитивних і негативних електродів, які відокремлюються сепараторами, герметизованих у корпусі, що має 7/0 позитивну і негативну клеми на його зовнішньому боці, де всі відповідні електроди з'єднані з їх відповідними клемами.As used, the term "battery" specifically refers to electrochemical cells containing a plurality of positive and negative electrodes separated by separators sealed in a housing having 7/0 positive and negative terminals on its outer side, where all corresponding electrodes are connected to their respective terminals
Це оптимізоване відношення, як описано нижче, дозволяє батареї мати збалансовані оптимальні властивості порівняно з призматичними батареями, які не мають цього оптимізованого відношення. Особливо, товщина, ширина і висота оптимізовані, щоб забезпечити максимальну ємність і вихідну потужність, у той самий час /5 усуваючи шкідливі побічні ефекти. До того ж, ця специфічна конструкція корпуса припускає односпрямоване розширення, що можна легко компенсувати, прикладаючи зовнішню механічну силу стискання в цьому одному напрямку. Заявники виявили, що оптимальне відношення товщини електрода до ширини повинне бути між приблизно 0,1 - 0,75, а оптимальне відношення висоти до ширини 0,75 - 2,1. Специфічні приклади батарей і відношення їх висоти електрода до ширини подані в Таблиці 1. сч 8;This optimized ratio, as described below, allows the battery to have balanced optimal properties compared to prismatic batteries that do not have this optimized ratio. In particular, the thickness, width and height are optimized to provide maximum capacity and power output, while /5 eliminating harmful side effects. Additionally, this particular case design allows for unidirectional expansion that can easily be compensated for by applying an external mechanical compressive force in that one direction. Applicants have found that the optimum electrode thickness to width ratio should be between approximately 0.1 - 0.75 and the optimum height to width ratio 0.75 - 2.1. Specific examples of batteries and the ratio of their electrode height to width are given in Table 1. ch 8;
Слід зазначити, що навіть всередині оптимального діапазону відношень, є оптимальні піддіапазони залежно со 20 від необхідних властивостей батарей. Наприклад, фіг.24 - 29 зображують, як різні відношення висоти до ширини батарей М серії (подані в Таблиці 1) дає різні оптимальні значення залежно від специфічних необхідних (ее) властивостей. Фіг.24 і 25, які є графіками ємності в А"год і потужності у Вт в залежності від типу батареї, со відповідно, вказують, що для максимальної ємності і потужності М елемент є кращим. Проте, як можна бачити з фіг. 26 і 27, що є графіками нормалізованої ємності в мА"год/см? та потужності в мВт/см2 у залежності від типу ре) батареї, відповідно, якщо ємність і потужність нормалізовані до площі електродів, елемент М-40 є найкращим. «It should be noted that even within the optimal range of ratios, there are optimal sub-ranges depending on the required properties of the batteries. For example, Fig. 24 - 29 depict how different height-to-width ratios of M series batteries (given in Table 1) give different optimal values depending on the specific required (ee) properties. Fig. 24 and 25, which are graphs of capacity in A"h and power in W depending on the type of battery, respectively, indicate that for the maximum capacity and power M the element is better. However, as can be seen from Fig. 26 and 27, what are the graphs of normalized capacity in mAh/cm? and power in mW/cm2 depending on the type of re) battery, respectively, if the capacity and power are normalized to the area of the electrodes, the M-40 cell is the best. "
Додатково, якщо питома потужність батарей визначена, елемент М-40 також є найкращим, як показано фіг.28, що зображує графік питомої потужності батарей у Вт/кГ у залежності від типу батареї. Нарешті, якщо важлива питома енергія батарей, М-20 елемент є кращим, як показано на фіг.29, що є графіком питомої енергії батарей уAdditionally, if the specific power of the batteries is determined, the M-40 cell is also the best, as shown in Fig. 28, which shows a graph of the specific power of the batteries in W/kH depending on the type of battery. Finally, if the specific energy of the batteries is important, the M-20 cell is preferable, as shown in Fig. 29, which is a plot of the specific energy of the batteries in
Вт"год/кКГ в залежності від типу батареї. «Wh/kKG depending on the type of battery.
При визначенні оптимальних відношень заявники відзначили, що, якщо батареї надто високі, є тенденція до 2 с розколу електродів при розширенні і стисканні, яка збільшується. Існують також проблеми з збільшеним внутрішнім електричним опором електродів, і гравіметричною сегрегацією електроліту до нижньої частини з батареї, залишаючи верхні блоки електродів сухими. Обидві ці останні проблеми зменшують ємність і вихідну потужність батарей. Якщо, з іншого боку, електроди надто короткі, ємність і потужність батареї зменшуютьсяIn determining the optimal ratios, the applicants noted that if the batteries are too tall, there is a tendency for the electrodes to split during expansion and contraction to 2 s, which increases. There are also problems with increased internal electrical resistance of the electrodes, and gravimetric segregation of the electrolyte to the lower part from the battery, leaving the upper blocks of electrodes dry. Both of these latter issues reduce the capacity and power output of the batteries. If, on the other hand, the electrodes are too short, the capacity and power of the battery are reduced
Через зменшені включення електрохімічне активних матеріалів, і питома щільність енергії батареї зменшується ї» через зміну відношень компонентів власної ваги батареї до електрохімічне активних складових.Due to the reduced inclusion of electrochemically active materials, the specific energy density of the battery decreases due to a change in the ratio of the components of the battery's own weight to the electrochemically active components.
Також, якщо батареї надто широкі, існує збільшена тенденція до розколу електродів при розширенні і ме) стисканні. Є також проблема з збільшеним внутрішнім електричним опором, що зменшує ємність і вихідну со потужність батарей. Але, якщо електроди занадто вузькі, ємність і потужність батареї зменшується Через 5 Знижене включення електрохімічно активних матеріалів, а питома щільність енергії батареї зменшується Через бо зміну у відношеннях компонентів власної ваги батареї до електрохімічно активних складових. со Нарешті, якщо батарея занадто товста, існують проблеми з неправильним тепловим розсіюванням від центральних електродів, що зменшує ємність батареї і потужність. Також, існує збільшене загальне розширення засобів зв'язування електродів у напрямку товщини, що викликає жолоблення й ушкодженні корпуса батареї і в створює зазори між позитивними і негативними електродами, таким чином зменшуючи потужність і ємність батареї. Це надмірне розширення засобів зв'язування електродів потрібно компенсувати зовнішнім механічнимAlso, if the batteries are too wide, there is an increased tendency for the electrodes to split during expansion and compression. There is also the problem of increased internal electrical resistance, which reduces the capacity and power output of the batteries. But, if the electrodes are too narrow, the capacity and power of the battery decreases due to 5 Reduced inclusion of electrochemically active materials, and the specific energy density of the battery decreases due to a change in the ratio of the components of the battery's own weight to the electrochemically active components. Finally, if the battery is too thick, there are problems with improper heat dissipation from the center electrodes, which reduces battery capacity and power. Also, there is an increased overall through-thickness expansion of the electrode bonding agents, which causes pitting and damage to the battery case and creates gaps between the positive and negative electrodes, thus reducing battery power and capacity. This excessive expansion of the means of connecting the electrodes must be compensated by external mechanical ones
Ф) стисканням. Проте, коли батарея занадто товста, потрібна надмірна величина зовнішньої сили, щоб ко компенсувати розширення, і відбувається розколювання електродів. З іншого боку, якщо батарея надто тонка, менша кількість електродів заповнює батарею, і, отже, ємність і потужність батареї зменшується через знижене бор Включення електрохімічно активних матеріалів, і питома щільність енергії батареї зменшується через зміну у відношеннях компонентів власної ваги батареї до електрохімічно активних складових.F) compression. However, when the battery is too thick, an excessive amount of external force is required to compensate for the expansion, and splitting of the electrodes occurs. On the other hand, if the battery is too thin, fewer electrodes fill the battery, and therefore the capacity and power of the battery are reduced due to reduced boron Incorporation of electrochemically active materials, and the specific energy density of the battery is reduced due to a change in the ratio of the components of the battery's own weight to the electrochemically active components .
У даній заявці термін "розширення" включає і теплове, й електрохімічне розширення. Теплове розширення відбувається через нагрівання компонентів батареї за допомогою механізмів, описаних вище, а електрохімічне розширення має місце через зміну між різноманітними гратчастими структурами в зарядженому і розрядженому в5 станах електрохімічне активних речовин батареї.In this application, the term "expansion" includes both thermal and electrochemical expansion. Thermal expansion occurs due to heating of the battery components using the mechanisms described above, and electrochemical expansion occurs due to the change between the various lattice structures in the charged and discharged states of the battery's electrochemically active substances.
Корпус 2 батареї більш прийнятне виготовляють з будь-якого матеріалу, який є теплопровідним, механічно міцним і жорстким та хімічно інертним до хімії батареї, такого як метал. Як альтернатива можуть використовуватися полімер або композитні речовини в якості матеріалу для корпуса батареї. При виборі такого матеріалу увага повинна приділятись теплопередачі. Як докладно описано в заявці на патент США. Мо 08/238570 від 5 травня 1995, зміст якої включено в якості посилання, експерименти з пластмасовими корпусами показують, що внутрішня температура приміщеної в пластмасовий корпус метал-гідридної батареї зростає до приблизно 80"С від навколишньої температури після циклічної роботи від С/10 до 120905 ємності, у той час як температура корпуса з нержавіючої сталі підвищується лише до 32"С. Таким чином, корпуси з теплопровідного полімеру або композитної речовини є кращими. Найбільш прийнятним є, якщо корпус виготовляють з нержавіючої сталі. 7/0 Вигідно електрично ізолювати зовнішню поверхню металевого корпуса від середовища, покриваючи її непровідним полімерним покриттям (не показане). Прикладом одного такого шару є ізолюючий полімерний шар у вигляді стрічки, виготовлений з полімеру, такого як складний поліефір.The battery housing 2 is more preferably made of any material that is thermally conductive, mechanically strong and rigid, and chemically inert to the battery chemistry, such as metal. As an alternative, polymer or composite materials can be used as the material for the battery case. When choosing such a material, attention should be paid to heat transfer. As detailed in the US patent application. MO 08/238570 dated May 5, 1995, the content of which is incorporated by reference, experiments with plastic cases show that the internal temperature of a metal hydride battery placed in a plastic case rises to about 80"C from ambient temperature after cycling from C/10 to 120905 capacity, while the temperature of the stainless steel case only rises to 32"C. Thus, bodies made of heat-conducting polymer or composite material are preferable. It is most acceptable if the body is made of stainless steel. 7/0 It is beneficial to electrically isolate the outer surface of the metal case from the environment by covering it with a non-conductive polymer coating (not shown). An example of one such layer is an insulating polymer layer in the form of a tape made of a polymer such as polyester.
Механічна міцність і жорсткість полімерної стрічки є важливими, також як і ізолюючі властивості. До того ж, вона є більш прийнятне недорогою, однорідною та тонкою.The mechanical strength and stiffness of the polymer tape are important, as well as the insulating properties. In addition, it is more acceptably inexpensive, homogeneous and thin.
Внутрішня частина корпуса 2 батареї повинна бути також електричко ізольована від електродів батареї. Це може виконуватись, наносячи покриття електрично ізолюючого полімеру (не показаний) на внутрішню поверхню корпуса батареї, або, як альтернатива, приміщуючи електроди батареї й електроліт у електрично ізолюючий полімерний резервуар (не показаний), що є інертним до хімії батареї. Цей резервуар потім закупорюють і вставляють у корпус 2 батареї.The inner part of the battery case 2 must also be electrically isolated from the battery electrodes. This can be done by applying a coating of an electrically insulating polymer (not shown) to the inner surface of the battery case, or, alternatively, by enclosing the battery electrodes and electrolyte in an electrically insulating polymer reservoir (not shown) that is inert to the battery chemistry. This reservoir is then capped and 2 batteries are inserted into the housing.
У більш прийнятному варіанті втілення, показаному на фіг.2, корпус батареї містить верхню частину З корпуса, до якої прикріплена клема 7 позитивного електрода батареї і клема 8 негативного електрода батареї, і оболонка 9 корпуса батареї, у якій розташовані електроди 4, 5. На фіг.З показано, що верхня частина З корпуса має отвори 13, через які позитивні і негативні клеми 7, 8 батареї перебувають в електричному зв'язку з електродами 4, 5 батареї. Діаметр отворів 13 трохи більший, ніж зовнішній діаметр клеми 7, 8, але менший, ніж сч зовнішній діаметр ущільнення 10, що використовується для того, щоб герметизувати клему 7, 8 до верхньої частини З корпуса. Клеми 7, 8 включають ущільнювальний фланець 11, що допомагає герметизувати клеми 7, 8 і) до верхньої частини З корпуса, використовуючи ущільнення 10. Ущільненням 10 як правило є ущільнювальне кільце. Ущільнення 10 включає паз 12 ущільнювального фланця, у який вставляють ущільнювальний фланець 11 клеми 7, 8. Цей паз 12 допомагає одержати гарне ущільнення високого тиску між клемою 7, 8 і верхньою со зо частиною З корпуса та зберегти ущільнення 10 на місці, коли клему 7, 8 закупорюють обтиском у верхню частинуIn a more acceptable embodiment, shown in Fig. 2, the battery case contains the upper part C of the case, to which the terminal 7 of the positive electrode of the battery and the terminal 8 of the negative electrode of the battery are attached, and the shell 9 of the battery case, in which the electrodes 4, 5 are located. Fig. 3 shows that the upper part of the case C has holes 13 through which the positive and negative terminals 7, 8 of the battery are in electrical connection with the electrodes 4, 5 of the battery. The diameter of the holes 13 is slightly larger than the outer diameter of the terminal 7, 8, but smaller than the outer diameter of the seal 10 used to seal the terminal 7, 8 to the upper part of the housing. The terminals 7, 8 include a sealing flange 11, which helps to seal the terminals 7, 8 i) to the upper part of the housing C using a seal 10. The seal 10 is usually an O-ring. The seal 10 includes a sealing flange groove 12 into which the sealing flange 11 of the terminals 7, 8 is inserted. This groove 12 helps to obtain a good high-pressure seal between the terminals 7, 8 and the upper part C of the housing and to keep the seal 10 in place when the terminal 7 , 8 are closed with a crimp in the upper part
З корпуса. Ущільнення 10 більш прийнятне виготовляють з еластомерної діелектричної непроникної для водню со речовини, такої як, наприклад, полісульфон. Верхня частина З корпуса також включає кожух 14, що оточує кожен (о з отворів 13 і виступає назовні з верхньої частини З корпуса. Кожух 14 має внутрішній діаметр трохи більший, ніж зовнішній діаметр ущільнення 10. Кожух 14 обтискають навколо ущільнення 10 і ущільнювального фланця 11 ісе) зв ВИВОДУ 1, 8 батареї, щоб сформувати електрично непровідне ущільнення підвищеного тиску між клемою 7, 8 і «Е верхньою частиною З корпуса. Закупорене обтиском ущільнення клеми забезпечує опір вібраціям порівняно з різьбовим ущільненням попереднього рівня техніки. Верхня частина З корпуса, оболонка 9 корпуса і кільцевий кожух 14 можуть виготовлятись з нержавіючої сталі 3041.From the body. The seal 10 is more preferably made of an elastomeric dielectric substance impermeable to hydrogen, such as, for example, polysulfone. The top C housing also includes a shroud 14 surrounding each of the holes 13 and extending outward from the top C housing. The shroud 14 has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the seal 10. The shroud 14 is crimped around the seal 10 and the sealing flange 11 ise) from TERMINAL 1, 8 of the battery to form an electrically non-conductive high-pressure seal between terminal 7, 8 and the upper part of the housing. A crimped terminal seal provides vibration resistance compared to the prior art threaded seal. The upper part C of the body, the shell 9 of the body and the annular casing 14 can be made of stainless steel 3041.
Фіг.4 зображує частину батареї, відповідно до цього винаходу, докладно зображуючи спосіб, у який клему 7, « 8 батареї упарюють обтиском у верхню частину З корпуса. З цього креслення може бути ясно визначено, як в с кожух 14 верхньої частини З корпуса є закупореним обтиском навколо ущільнення 10, що, у свою чергу, . герметизоване навколо ущільнювального фланця, 11 клеми 7, 8 батареї. У цей спосіб формують ущільнення, и?» стійке до вібрацій.Fig. 4 shows part of the battery according to the present invention, showing in detail the way in which the terminals 7, 8 of the battery are crimped into the upper part of the housing. From this drawing, it can be clearly determined how in c the casing 14 of the upper part of the housing Z is a closed crimp around the seal 10, which, in turn, . sealed around the sealing flange, 11 terminals 7, 8 batteries. In this way, they form a seal, huh?" resistant to vibrations.
Спосіб приєднання клеми 7, 8 до верхньої частини З корпуса включає закупорювання обтиском клеми 7, 8 до верхньої частини З корпуса. Цей спосіб закупорювання обтиском має ряд переваг порівняно з попереднім рівнем ї5» техніки закупорювання обтиском може виконуватись швидко на високошвидкісному устаткуванні, приводячи до безпосереднього зменшення вартості. Крім того, цей спосіб використовує меншу кількість матеріалу,П ніжThe method of connecting terminals 7, 8 to the upper part of the C housing includes crimping the terminals 7, 8 to the upper part of the C housing. This method of crimping has a number of advantages over the previous state of the art in that the crimping technique can be performed quickly on high-speed equipment, resulting in immediate cost reduction. In addition, this method uses a smaller amount of material, P than
Ме. попередній рівень технікию, що зменшує вагу клем, приводячи до непрямого зменшення вартості. ЗбільшенаMe. prior art, which reduces the weight of the terminals, leading to an indirect reduction in cost. Enlarged
Го! площа поверхні цієї конструкції разом з зменшеною вагою речовин також веде до збільшеного теплового розсіювання від клем. Ще одна перевага цього винаходу полягає в тому, що він дозволяє виготовляти корпус со батареї й інші частини з будь-якого ковкого матеріалу і спеціально не потребує лазерного ущільнення, с спеціального ущільнення кераміка-метал, або якихось спеціальних (і отже, дорогих) способів. До того ж, зменшується загальна кількість частин і усувається потреба у високоточній механічній обробці виготовлення частин.Go! the surface area of this design, together with the reduced weight of the substances, also leads to increased heat dissipation from the terminals. Another advantage of this invention is that it allows you to manufacture the battery case and other parts from any malleable material and does not specifically require laser sealing, special ceramic-metal sealing, or any special (and therefore expensive) methods. In addition, the total number of parts is reduced and the need for high-precision machining of the parts is eliminated.
Клеми 7, 8 батареї зазвичай виготовляють з міді або мідного сплаву, більш прийнятно металізованого нікелем для корозійної стійкості. Проте, може використовуватися будь-який електрично провідний матеріал, який (Ф) є сумісним з хімією батареї. Слід зазначити, що у клем 7, 8 батареї, описаних у контексті поданого винаходу, ка менша товщина кільця та більший діаметр, порівняно з такими у попередньому рівні техніки. У результаті, клеми, відповідно до цього винаходу, є дуже ефективними розсіювачами теплоти, і в такий спосіб значно бо сприяють тепловому управлінню батареї.Battery terminals 7, 8 are usually made of copper or a copper alloy, preferably metallized with nickel for corrosion resistance. However, any electrically conductive material that (F) is compatible with the battery chemistry can be used. It should be noted that the terminals 7, 8 of the battery described in the context of the present invention have a smaller thickness of the ring and a larger diameter compared to those in the prior art. As a result, the terminals according to the present invention are very effective heat dissipators, and in this way significantly contribute to the thermal management of the battery.
Клеми 7, 8 можуть також мати вирівняний по осі центральний отвір 15. Центральний отвір 15 служить для багатьох цілей. Одне важливе використання полягає в тому, що він служить для зменшення ваги батареї. Він може також служити в якості отвору, в який може вставлятись, здійснюючи фрикційне з'єднання, зовнішній електричний з'єднувач. Тобто, циліндричний або кільцевий дротовий з'єднувач батареї може бути вставлений, 65 здійснюючи фрикційне з'єднання, у центральний отвір 15, щоб забезпечити зовнішнє електричне підключення до батареї. Нарешті, він може служити як місце розташування для клапана скидання тиску для скидання надлишкового тиску з внутрішньої частини батареї. Отвір 15 може проходити частково через клему (якщо він призначений лише в якості гнізда з'єднувача) або цілком наскрізь (якщо призначений для скидання тиску і служить в.якості гнізда з'єднувача). Коли, принаймні, одна з клем 7, 8 містить клапан високого тиску для скидання внутрішнього тиску батареї до тиску навколишньої атмосфери, клапан може бути закріплений в осьовому отворі всередині клеми, див. фіг.5. Найбільш прийнятно клапан високого тиску 16 включає: 1) корпус 17 клапана, що має порожню внутрішню область 21, що знаходиться в зв'язку по газу з навколишньою атмосферою і внутрішньою областю корпуса батареї через отвори 15, 18 і 23; 2) поршень 19 скидання тиску, розташований всередині порожньої внутрішньої області 21, причому поршень 19 скидання тиску має такі /о розміри, щоб герметизувати осьовий отвір 18, і має канавку 20 ущільнення на своїй поверхні, протилежній осьовому отвору 18; 3) еластомерне діелектричне ущільнення (не показане) знаходиться всередині канавки ущільнення, причому канавка 20 ущільнення має таку форму, щоб охопити всі поверхні ущільнення, крім однієї, таким чином залишаючи неохоплену поверхню ущільнення незахищеною; і 4) пружину 22 стискання, розташовану так, щоб змусити поршень 19 скидання тиску стискувати ущільнення в канавці 20 ущільнення і блокувати осьовий отвір 18 у клемі 7, 8. Подробиці див. патент США Мо 5258242 від 2 листопада 1993 "ЕГЕСТКОСНЕМІСАЇГ СЕ НАМІМО ІМРКОМЕО РКЕЗБИМКЕ МЕМТ", розкриття якого включено тут як посилання.Terminals 7, 8 may also have an axially aligned central hole 15. The central hole 15 serves many purposes. One important use is that it serves to reduce the weight of the battery. It can also serve as a hole into which an external electrical connector can be inserted, making a frictional connection. That is, a cylindrical or ring-shaped battery wire connector can be inserted, 65 making a frictional connection, into the central hole 15 to provide an external electrical connection to the battery. Finally, it can serve as a location for a pressure relief valve to relieve excess pressure from the interior of the battery. The hole 15 can pass partially through the terminal (if it is intended only as a connector socket) or completely through (if it is intended for pressure relief and serves as a connector socket). When at least one of the terminals 7, 8 contains a high-pressure valve for reducing the internal pressure of the battery to the pressure of the surrounding atmosphere, the valve can be fixed in an axial hole inside the terminal, see Fig. 5. Most preferably, the high-pressure valve 16 includes: 1) the valve body 17 having an empty inner region 21 in gas communication with the surrounding atmosphere and the inner region of the battery case through holes 15, 18 and 23; 2) the pressure relief piston 19 is located inside the empty inner region 21, and the pressure relief piston 19 is sized to seal the axial hole 18 and has a sealing groove 20 on its surface opposite the axial hole 18; 3) an elastomeric dielectric seal (not shown) is inside the seal groove, the seal groove 20 being shaped to cover all but one of the seal surfaces, thus leaving the uncovered seal surface unprotected; and 4) a compression spring 22 positioned to cause the pressure relief piston 19 to compress the seal in the seal groove 20 and block the axial hole 18 in the terminal 7, 8. See details. US Patent No. 5,258,242, dated November 2, 1993, "EGESTKOSNEMISAYG SE NAMIMO IMRKOMEO RKEZBIMKE MEMT", the disclosure of which is incorporated herein by reference.
Знову, більш прийнятне еластомерне діелектричне ущільнення виготовлене з непроникної для водню речовини полісульфону. Додатково більш прийнятним є те, щоб клапан був сконструйований так, щоб спускати надлишковий внутрішній тиск, більший від приблизно 8,436 кГ/см7, щоб забезпечити цілісність батареї, оскільки для оболонок батареї як правило нормою є тиск, якнайбільше, приблизно 10,545 к/см 7,Again, a more acceptable elastomeric dielectric seal is made of a hydrogen impermeable polysulfone material. Additionally, it is preferable that the valve be designed to release an excess internal pressure of greater than about 8.436 kG/cm 7 to ensure battery integrity, since battery casings typically have pressures of at most about 10.545 kG/cm 7 ,
На додаток до повторно ущільнювальному клапану, описаному вище, у батареях можуть використовуватися інші типи клапанів, відповідно до цього винаходу. Зокрема, можуть застосовуватись диски, що руйнуються, заглушки для високого тиску і мембранні клапани. Один такий мембранний клапан описаний у патенті США Мо 5171647, зміст якого тим самим включено тут як посилання. Також, у той час як більш прийнятним є те, щоб с клапан високого тиску був розміщений всередині порожньої клеми батареї, клапан може також ефективно о розташовуватись в іншому місці на верхній частині батареї у власному захисному корпусі або просто приєднуватись до отвору у верхній частині корпуса батареї.In addition to the resealing valve described above, batteries may use other types of valves in accordance with the present invention. In particular, collapsible discs, high pressure plugs and diaphragm valves can be used. One such diaphragm valve is described in US Patent No. 5,171,647, the contents of which are hereby incorporated by reference. Also, while it is more acceptable for the high-pressure valve to be placed inside the empty battery terminal, the valve can also effectively be located elsewhere on the top of the battery in its own protective housing, or simply connect to a hole in the top of the battery housing. .
Інший альтернативний варіант втілення клеми батареї поданий на фіг.б, що зображує клему 7, 8, у якій може бути щільно посаджений, здійснюючи фрикційне з'єднання, зовнішній з'єднувач 24 виводу батареї. З'єднувач 24 00 приєднаний до зовнішнього виводу 25 батареї. Вивід 25 може бути будь-якого звичайного відомого типу, такого як, суцільний стержень; металева стрічка; одножильний або багатожильний провід; чи кабель в обплетенні для 09 великих струмів батареї (який описано нижче). Більш прийнятне з'єднувач 24 виводу є порожнім кільцевим (ее) барабанним з'єднувачем, який, здійснюючи фрикційне з'єднання, вставляють у вирівняний по осі центральний со отвір 15 клеми 7, 8 батареї. З'єднувач 24 виводу утримується в клемі 7, 8 батареї за допомогою перегородки 26 барабанного з'єднувача. Суцільний барабанний з'єднувач описаний у патентах США .4657335 від 14 квітня 1987 «Ж 4734063 від 29 березня 1988 "КАБІАІ ЇМ КЕБШЕМТ ЕГЕСТКІСАЇ БОСКЕТ", які включено тут у вигляді посилань.Another alternative embodiment of the battery terminal is shown in Fig. b, which shows the terminal 7, 8, in which the external connector 24 of the battery terminal can be tightly seated, making a frictional connection. The connector 24 00 is connected to the external terminal 25 of the battery. Lead 25 may be of any conventional known type, such as a solid rod; metal tape; single-core or multi-core wire; or braided cable for 09 high battery currents (which is described below). More acceptable, the connector 24 of the output is an empty ring (ee) drum connector, which, making a friction connection, is inserted into the axially aligned central hole 15 of the terminals 7, 8 of the battery. The connector 24 of the output is held in the terminal 7, 8 of the battery by means of the partition 26 of the drum connector. A solid drum connector is described in US Pat. Nos. 4,657,335 dated Apr. 14, 1987 and No. 4,734,063 dated Mar. 29, 1988, KABIAI YIM KEBSHEMT EGESTKISAI BOSKET, which are incorporated herein by reference.
Якщо необхідно, варіанти втілення, подані на фіг.5 і б, можуть бути об'єднані в один варіант здійснення, « що включає і клапан 16 підвищеного тиску, і зовнішній з'єднувач 24 виводу батареї. Крім того, диск, що руйнується (тобто ущільнювальний засіб скидання зайвого тиску, який не є повторно використовуваним) може - с включатись замість або на додаток до клапана високого тиску. а У той час як закупорені обтиском клеми і верхня частина корпуса є більш прийнятним варіантом втілення "» цього винаходу, можуть застосовуватись інші типи клем і, тому, інші типи верхніх частин корпуса. Зокрема, може використовуватись гвинт на клемі, що об'єднує ущільнення у вигляді О-кільця. Взагалі, може застосовуватись будь-який тип відомої ущільненої клеми, доки вона може стримувати робочі тиски батареї і бути т» стійкою до електрохімічного середовища батареї. б У той час як будь-яка система батарей може вигідно використовувати подані поліпшення конструкції батареї, модуля і пакета, більш прийнятним є те, щоб позитивні електроди були виготовлені з гідроксиду нікелю, а (ее) негативні електроди виготовлені з сплаву, що поглинає водень. Більш прийнятне, речовиною негативного со 50 електрода є овоніковий метал-гідридний сплав. (Тобто неупорядкований багатокомпонентний метал-гідридний сплав, який описано у заявці на патент США Мо 08/259793 від 14 червня 1994, патенті США 5407781 від 18 квітняIf necessary, the embodiments shown in Fig. 5 and b can be combined into one embodiment, which includes both the valve 16 of increased pressure and the external connector 24 of the battery output. Additionally, a collapsible disc (ie, a non-reusable pressure relief seal) may be included instead of or in addition to a high pressure valve. a While crimped terminals and top housings are a more acceptable embodiment of the present invention, other types of terminals and, therefore, other types of top housings may be used. In particular, a screw on terminal uniting the seal may be used in the form of an O-ring. In general, any type of known sealed terminal can be used as long as it can withstand the battery's operating pressures and is resistant to the battery's electrochemical environment. b While any battery system can benefit from the improvements presented design of the battery, module and package, it is more acceptable that the positive electrodes are made of nickel hydroxide and (ee) the negative electrodes are made of a hydrogen absorbing alloy. (That is, a disordered multicomponent metal hydride alloy, which is described in US patent application Mo 08/259793 dated June 14, 1994, US patent 5407781 dated 18 April
ІЧ е) 1995 (обидва документи спеціально включено тут в якості посилання), і застосуваннях та посиланнях, які залежать від них і на які спеціально посилаються в цих документах. Також більш прийнятним є те, щоб електроди відділялись нетканими фетровими нейлоновими або поліпропіленовими сепараторами, а електроліт був лужним електролітом, наприклад, таким, що містить 20 - 45 95 ваг. гідроксиду калію. Такі сепаратори описані в патенті США Мо 5330861, що його подано тут у якості посилання. о МІ-МН батареї для побутового застосування на ринку використовували метал-гідридні електроди на основі іме) пасти, щоб досягти достатнього ступеня рекомбінації газу і захистити основний сплав від окислювання й корозії. Такі електроди на основі пасти зазвичай об'єднують суміш порошку активної речовини з пластиковими 60 зв'язувальними й іншими непровідними гідрофобними речовинами. Непотрібним наслідком цього способу є значне зменшення теплопровідності структури електрода порівняно з структурою, відповідно до цього винаходу, яка складається по суті з 10095-но провідної активної речовини, напресованої на провідну підкладку.IC e) 1995 (both of which are specifically incorporated herein by reference), and the applications and references that depend thereon and are specifically referenced herein. It is also more acceptable that the electrodes are separated by non-woven felt nylon or polypropylene separators, and the electrolyte is an alkaline electrolyte, for example, one containing 20 - 45 95 wt. potassium hydroxide. Such separators are described in US Pat. No. 5,330,861, which is incorporated herein by reference. o MI-MH batteries for household use on the market used metal-hydride electrodes based on ime) paste to achieve a sufficient degree of gas recombination and protect the base alloy from oxidation and corrosion. Such paste-based electrodes usually combine a mixture of active substance powder with plastic 60 binders and other non-conductive hydrophobic substances. An unnecessary consequence of this method is a significant decrease in the thermal conductivity of the electrode structure compared to the structure according to the present invention, which consists essentially of 10095 conductive active substance pressed onto a conductive substrate.
У закупореній призматичній Мі-МН батареї, відповідно до цього винаходу, збільшення теплоти, що виділяється під час перезарядження, уникають, використовуючи низку елементів з теплопровідної електродної 65 речовини на основі гідриду металу. Ця теплопровідна на основі гідриду металу електродна речовина містить частинки гідриду металу в близькому контакті одна з одною. Газоподібний кисень, згенерований під час перезарядження, рекомбінує з утворенням води і теплоти на поверхні цих частинок. У цьому винаході ця теплота передається по речовині теплопровідного негативного електрода на колектор струму і потім до поверхні корпуса.In the sealed prismatic Mi-MH battery, according to the present invention, the increase in heat released during recharging is avoided by using a number of elements of heat-conducting electrode material 65 based on metal hydride. This thermally conductive metal hydride-based electrode material contains metal hydride particles in close contact with each other. Gaseous oxygen generated during recharging recombines with the formation of water and heat on the surface of these particles. In this invention, this heat is transferred through the substance of the heat-conducting negative electrode to the current collector and then to the surface of the housing.
Теплова ефективність низки з теплопровідної на основі гідриду металу електродної речовини додатково поліпшується, якщо ця низка електродів перебуває в тепловому контакті з корпусом батареї, який є також що теплопровідним.The thermal efficiency of an array of thermally conductive metal hydride-based electrode material is further improved if this array of electrodes is in thermal contact with the battery housing, which is also thermally conductive.
У Цьому винаході речовина на основі гідриду металу негативного електрода більш прийнятне є агломерованою речовиною електрода, такою, як описано в патентах США МоМо 4765598; 4820481; 4915898, 5507761 і заявці на патент США Мо 08/259793 (які наведені тут в якості посилання), виготовленою з 7/0 використанням спікання так, щоб частинки Мі-МН перебували в тісному тепловому контакті одна з одною.In this invention, the negative electrode metal hydride material is more preferably an agglomerated electrode material such as described in US Patent No. 4,765,598; 4820481; 4915898, 5507761 and US Patent Application Mo. 08/259793 (which are incorporated herein by reference), made with 7/0 using sintering so that the Mi-MN particles are in intimate thermal contact with each other.
Позитивний електрод, що використовується у цьому винаході, виготовлений з речовин на основі гідроксиду нікелю. Позитивні електроди можуть бути агломеровані так, як описано в патенті США Мо 5344728 (включеному в якості посилання), також як введені у вигляді пасти у нікелеву піну чи штейн нікелевих волокон, як описано в патенті США Мо 5348822 і його продовженнях (включених у якості посилання).The positive electrode used in this invention is made of nickel hydroxide based materials. The positive electrodes can be agglomerated as described in US Pat. No. 5,344,728 (incorporated by reference) or incorporated as a paste into a nickel foam or matte of nickel fibers as described in US Pat. No. 5,348,822 et seq. (incorporated by reference ).
Один аспект цього винаходу вказує, що в герметизованих Мі-МН батареях генерація тепла особливо висока під час перезарядження, особливо при коммерційно необхідних застосуваннях з швидким зарядом. Примітне, що теплота, згенерована під час перезарядження, виділяється Через рекомбінацію кисню на поверхні метал-гідридного електрода. Отже, можна використовувати теплопровідний метал-гідридний електрод разом з позитивним електродом на основі пасти. Цей більш прийнятний варіант втілення особливо корисний для оптимізації питомої енергії загальної ефективності і вартості батареї. Для більш докладного опису застосування агломерованих електродів див. заявку на патент США Мо 08/238570 "ОРТІМІ2ЕО СЕ РАСК РОКOne aspect of the present invention indicates that in sealed Mi-MH batteries, heat generation is particularly high during recharging, especially in commercially required fast charge applications. It is noteworthy that the heat generated during recharging is released due to the recombination of oxygen on the surface of the metal-hydride electrode. Therefore, it is possible to use a thermally conductive metal hydride electrode together with a positive paste-based electrode. This more acceptable embodiment is particularly useful for optimizing the specific energy of the overall efficiency and cost of the battery. For a more detailed description of the application of agglomerated electrodes, see US patent application No. 08/238570 "ORTIMI2EO SE RASK ROK
ГАКСЕ 5ЕАГЕО МІСКЕЇ -МЕТАЇ НУОКІОЕ ВАТТЕРКІЕ5" від 5 травня 1994, подану тут як посилання .GAKSE 5EAGEO MISKEI -METAI NUOKIOE VATTERKIE5" dated May 5, 1994, filed here by reference.
Як зображено на фіг.2, кожен з електродів 4, 5, які утворюють пакет електродів, має електричні з'єднувальні виводи 27, приєднані до них. Ці виводи 27 використовують для передачі струму, який створено в сч батареї і який тече до клем 7, 8 батареї. Виводи 27 електрично з'єднані з клемами 7, 8, що можуть містити 28 для саме такого приєднання. Як альтернатива, цей виступ 28 може використовуватися для електричного і і) фізичного приєднання клеми 7, 8 до колекторної гребінки 29 виводу електрода. Як показано на фіг.7, гребінка 29 є як правило електрично провідним стрижнем, що містить множину паралельних прорізів 30, які приймають виводи електрода, які утримують виводи 27 електрода тертям, зварюванням чи паянням тугоплавким припоєм. со зо Фіг.ї також зображує отвір 31 з'єднувача клеми батареї в гребінці 29, що приймає виводи. Фланець 28, що приварюється/ припаюється, клеми батареї вставляють за допомогою пресової посадки в отвір 31, і потім він со може припаюватись твердим припоєм або приварюватись на місце, якщо це необхідно або бажано. соAs shown in Fig. 2, each of the electrodes 4, 5, which form a package of electrodes, has electrical connecting terminals 27 attached to them. These terminals 27 are used to transmit the current that is generated in the battery cell and which flows to the terminals 7, 8 of the battery. Terminals 27 are electrically connected to terminals 7, 8, which may contain 28 for just such a connection. Alternatively, this protrusion 28 can be used for electrical and i) physical connection of the terminal 7, 8 to the collector comb 29 of the electrode terminal. As shown in Fig.7, the comb 29 is generally an electrically conductive rod containing a plurality of parallel slots 30 which receive the electrode leads, which retain the electrode leads 27 by friction, welding or brazing. Fig. 1 also shows the opening 31 of the battery terminal connector in the comb 29, which accepts the terminals. The weld/solder flange 28 of the battery terminals is press fit into the hole 31 and can then be brazed or welded in place if necessary or desired. co
Гребінка 29 забезпечує стійкий до вібрацій з'єднувач для передачі електричної енергії від електродів 4, 5 до клем 7, 8. Гребінка 29 забезпечує велику стійкість до вібрацій порівняно з попереднім засобом болтового ісе) з'єднання збираних виводів 27 до фланця 28 нижньої частини клеми 7, 8. Відомий спосіб приєднання виводів 27 «Е до клеми 7, 8 також потребує більш довгих виводів і більш довгого корпуса (корпус, що має більший простір над текучим середовищем). Це збільшує загальну вагу й об'єм батарей. Відсутність болтів значно зменшує простір над текучим середовищем, приводячи до збільшення об'ємної щільності енергії. Гребінка 29 і клеми 7, 8 батареї більш прийнятне виготовлені з міді або мідного сплаву, який, ще більш прийнятне, покритий нікелем для « стійкості до корозії. Проте, вони можуть виготовлятись з будь-якої електричне провідної речовини, що є з с сумісною з хімією батареї. У той час як гребінка, що приймає виводи електрода, є більш прийнятним засобом . приєднання виводів електрода до клем батареї, інші відомі засоби, такі як болти, гвинти, зварювання або а паяння тугоплавким припоєм також можуть використовуватися, і, отже, заявники не обмежені більш прийнятним варіантом втілення.The comb 29 provides a vibration resistant connector for the transmission of electrical energy from the electrodes 4, 5 to the terminals 7, 8. The comb 29 provides greater resistance to vibrations compared to the previous means of bolting ise) connection of the assembled terminals 27 to the flange 28 of the lower part of the terminal 7, 8. The known method of connecting the terminals 27 "E to the terminal 7, 8 also requires longer terminals and a longer housing (a housing that has a larger space above the fluid medium). This increases the overall weight and volume of the batteries. The absence of bolts significantly reduces the space above the fluid medium, leading to an increase in volumetric energy density. The comb 29 and terminals 7, 8 of the battery are preferably made of copper or copper alloy, which is even more preferably nickel-plated for corrosion resistance. However, they can be made from any electrically conductive material that is compatible with the battery chemistry. While a comb that accepts the leads of the electrode is a more acceptable means. connecting the electrode terminals to the battery terminals, other known means such as bolts, screws, welding or brazing can also be used and, therefore, applicants are not limited to a more acceptable embodiment.
Позитивні і негативні електроди 4, 5 батареї можуть розташовуватись в корпусі 2 батареї так, що їх їх відповідні електричні колекторні виводи 27 розташовані навпроти один одного у верхній частині корпуса. Тобто, всі електричні колекторні виводи негативного електрода розташовані з одного боку батареї, а всі електричніThe positive and negative electrodes 4, 5 of the battery can be located in the housing 2 of the battery so that their respective electrical collector terminals 27 are located opposite each other in the upper part of the housing. That is, all electrical collector terminals of the negative electrode are located on one side of the battery, and all are electrical
Ме, колекторні виводи позитивного електрода розташовані з протилежного боку батареї. Більш прийнятно, позитивніMe, the collector terminals of the positive electrode are located on the opposite side of the battery. More acceptable, positive
Го! і негативні електроди батареї мають вирізані кути (не показане) де розташовані електричні колекторні виводи електродів протилежної полярності, у такий спосіб уникаючи короткого замикання між електродами й вилучаючи со власну вагу речовини електрода, що не використовується. Коротке замикання може відбуватися, коли с електричні колекторні виводи одного електрода скручуються або мають гострі виступи, які потім можуть проткнути сепаратор електродів і здійснити коротке замикання з суміжним протилежної полярності електродом.Go! and the negative electrodes of the battery have cut-out corners (not shown) where the electrical collector terminals of the electrodes of opposite polarity are located, thus avoiding short-circuiting between the electrodes and removing from the self-weight of the material of the unused electrode. A short circuit can occur when the electrical collector terminals of one electrode become twisted or have sharp protrusions that can then pierce the electrode separator and short circuit the adjacent electrode of the opposite polarity.
Власна вага речовини електрода утворюється через проникнення активної речовини в електроди, які є неактивними, тому що вони не є суміжними з речовинами їх протилежного електрода.The own weight of the substance of the electrode is formed by the penetration of the active substance into the electrodes, which are inactive because they are not contiguous with the substances of their opposite electrode.
Хоча батареї можуть мати будь-яке число електродів, залежно від їх товщини, більш прийнятне батареяAlthough batteries can have any number of electrodes, depending on their thickness, a battery is more acceptable
Ф) містить 19 позитивних електродів і 20 негативних електродів, по черзі розташованих всередині зазначеного ка корпуса. Тобто, електроди є почерговими, причому негативні розташовані з зовнішнього боку, і почерговими позитивними і негативними всередині всього пакета електродів. Ця конфігурація уникає можливих коротких бо Замикань, коли батареї перебувають під дією зовнішньої механічної сили стискання. Тобто, якщо є позитивний і негативний електрод з зовнішнього боку пакета електродів, буде можливість формування електродами електричного короткого замикання через металевий корпус батареї, коли батарея піддається зовнішньому механічному стисканню.Ф) contains 19 positive electrodes and 20 negative electrodes, alternately located inside the specified case. That is, the electrodes are alternating, and the negative ones are located on the outside, and alternate positive and negative ones are inside the entire package of electrodes. This configuration avoids possible short-circuits when the batteries are subjected to an external mechanical compression force. That is, if there is a positive and a negative electrode on the outside of the electrode pack, there will be a possibility of the electrodes forming an electrical short circuit through the metal body of the battery when the battery is subjected to external mechanical compression.
У той час як необхідно мати сепаратори 6 лише для електродів, які оточують один набір електродів батареї 65 (тобто сепаратори навколо лише негативних або лише позитивних електродів), може бути вигідним включити сепаратори б, які оточують кожен набір електродів. Дані вказують, що використання подвійних сепараторів може зменшити рівень саморозряду батарей. Зокрема, утримання заряду збільшилося від приблизно 8095 після двох днів для батарей з одиночним сепаратором до приблизно 9395 після двох днів для батарей, що мають подвійні сепаратори. Сепаратори б є добре відомими звичайними поліпропіленовими сепараторами. Вони маютьWhile it is necessary to have separators 6 only for the electrodes surrounding one set of battery electrodes 65 (ie, separators around only negative or only positive electrodes), it may be beneficial to include separators b surrounding each set of electrodes. Data indicate that the use of dual separators can reduce the self-discharge rate of batteries. Specifically, the charge retention increased from about 8095 after two days for the single separator batteries to about 9395 after two days for the double separator batteries. Separators b are well-known conventional polypropylene separators. They have
Орієнтовані зерна або структуру з канавками, яка, як здається, повинна одержуватись машинною обробкою, і більш прийнятним є те, щоб зерна або канавки речовини сепаратора поліпропілену були орієнтовані уздовж довжини електродів. Ця орієнтація зменшує тертя і запобігає захопленню і прилипанню зерен або канавок одного сепаратора з такими суміжного сепаратора під час механічного стискання і/або розширення електродів, тому що прилипання та захоплення може спричиняти розколювання електродів. 70 Інший аспект цього винаходу включає вдосконалений модуль батареї високої потужності (термін "модуль батареї" або "модуль", що вживається тут, визначає два або більше електричне взаємозалежні елементи), спеціально показаний на фіг.8 - 12. Щоб бути придатним, батареї в модулі повинні бути щільно упакованими, переносними і механічно міцними при використанні. До того ж, речовини, що використовуються в конструкції модулів батареї (окрім самих батарей), не повинні надмірно збільшувати власну вагу модуля, або щільності 7/5 енергії модулів будуть знижуватися. Також, оскільки батареї генерують велику кількість теплоти під час циклічної роботи, речовини конструкції повинні бути теплопровідними і достатньо малими, щоб не зштовхуватися з проблемою передачі тепла далеко від батарей, або діяти як радіатор, захоплюючи теплоту всередині батарей і модулів. Щоб задовольнити цим та іншим вимогам, заявники цього винаходу розробили вдосконалений модуль батареї високої потужності.An oriented grain or grooved structure that appears to be machined, and more preferably the grains or grooves of the polypropylene separator material are oriented along the length of the electrodes. This orientation reduces friction and prevents grains or grooves of one separator from seizing and sticking with those of an adjacent separator during mechanical compression and/or expansion of the electrodes, because sticking and seizing can cause splitting of the electrodes. 70 Another aspect of the present invention includes an improved high capacity battery module (the term "battery module" or "module" as used herein defines two or more electrically interdependent elements) specifically shown in Figs. 8-12. To be suitable, batteries in the modules must be tightly packed, portable and mechanically robust in use. In addition, the materials used in the construction of the battery modules (other than the batteries themselves) must not excessively increase the self-weight of the module, or the 7/5 energy density of the modules will decrease. Also, since the batteries generate a lot of heat during cycling, the materials of the design must be thermally conductive and small enough to not face the problem of heat transfer away from the batteries, or act as a heat sink, trapping heat inside the batteries and modules. To meet these and other requirements, the applicants of the present invention have developed an improved high capacity battery module.
Модуль 32 батареї, відповідно до цього винаходу, містить: 1) множину окремих батарей 1; 2) множину електричних міжз'єднань 25, які з'єднують окремі батареї 1 модуля 32 одну з одною та надають засіб для електричного міжз'єднання окремих модулів 32 батареї один з одним; та 3) засіб зв'язування/стискання модуля батареї (описано нижче). Батареї зв'язують разом при зовнішньому механічному стисканні (переваги якого описані нижче) всередині засобу модуля зв'язування/стискання так, що вони стають закріпленими і не сч об повертаються або не зміщаються, коли піддаються дії механічних вібрацій при транспортуванні або о використанні.Battery module 32, according to the present invention, contains: 1) a set of individual batteries 1; 2) a set of electrical interconnects 25 that connect the individual batteries 1 of the module 32 to each other and provide a means for electrically interconnecting the individual modules 32 of the battery to each other; and 3) battery module binding/compression means (described below). The batteries are bonded together by external mechanical compression (advantages of which are described below) within the bonding/compression module means so that they become secured and will not rotate or shift when subjected to mechanical vibration during shipping or use.
У той час як будь-яке число батарей може бути зв'язане в модуль, 2-15 батарей на "низку" є типовим.While any number of batteries can be wired into a module, 2-15 batteries per "string" is typical.
Модулі 32 батареї як правило є низками призматичних батарей, відповідно до цього винаходу. Більш прийнятне, вони є зв'язаними так, що вони всі орієнтуються однаково, причому кожна батарея має електричні клеми, со зо розміщені на верхній частині (див. фіг.9У ії 12). Батареї орієнтовані в модулі так, що їх найвужчі бокові поверхні звернені до сторін модуля, а їх ширші боки (ті, які при розширенні батарей будуть деформуватися) со розміщені суміжними з іншими батареями в модулі. Таке розташування допускає розширення лише в одному со напрямку всередині модуля, що є бажаним.The battery modules 32 are typically arrays of prismatic batteries, according to the present invention. More preferably, they are connected so that they are all oriented in the same way, and each battery has electrical terminals that are placed on top (see Fig. 9U and 12). The batteries are oriented in the module so that their narrowest side surfaces face the sides of the module, and their wider sides (those that will deform when the batteries expand) are placed adjacent to other batteries in the module. This arrangement allows expansion in only one direction within the module, which is desirable.
Батареї 1 зв'язують всередині засобу зв'язування / стискання модуля під дією зовнішньої механічної сили ісе)Batteries 1 are bound inside the means of binding / compression of the module under the action of external mechanical force ise)
Зз5 стискання, яка оптимізована так, щоб збалансувати тиск, спрямований назовні через розширення компонентів «г батареї, і забезпечити додаткову внутрішню силу стискання на електроди батареї всередині кожної батареї, щоб зменшити відстань між позитивними і негативними електродами, за допомогою цього збільшуючи загальну потужність батареї.35 compression, which is optimized to balance the outward pressure due to the expansion of the battery components, and to provide an additional internal compression force to the battery electrodes inside each battery to reduce the distance between the positive and negative electrodes, thereby increasing the overall battery capacity.
Як описано вище, розширення призматичних батарей, що більш прийнятне використовується в цих модулях, « спроектоване односпрямованим, отже, стискання для зсуву розширення потрібне лише в цьому одному в с напрямку (див. стрілку 33 у напрямку стискання). Якщо зсуву немає, це розширення викликає прогин і жолоблення зовнішнього корпуса батареї та більші, ніж оптимальні, розділювальні зазори між електродами, ;» таким чином зменшуючи потужність батарей. Також, було виявлено, що перекомпенсація для розширення до деякої міри корисна. Тобто, деякою мірою зайве стискання фактично збільшує вихідну потужність (зменшує внутрішній опір) зв'язаних батарей. Проте, надмірне стискання веде до розколювання і короткого замикання їх електродів всередині батарей. Механізм цієї збільшеної потужності, при надмірному стисканні, як думають, випливає з стискання позитивного електрода, що знижує опір за допомогою зменшення контактного опору міжAs described above, the expansion of prismatic batteries, which is more suitable for use in these modules, is designed to be unidirectional, so compression to shift the expansion is required only in this one c direction (see arrow 33 in the direction of compression). If there is no shear, this expansion causes bowing and gouging of the battery's outer shell and larger-than-optimal separation gaps between the electrodes, ;" thus reducing the power of the batteries. Also, overcompensation for expansion has been found to be somewhat beneficial. That is, to some extent, excessive compression actually increases the output power (reduces the internal resistance) of the connected batteries. However, excessive compression leads to splitting and short-circuiting of their electrodes inside the batteries. The mechanism for this increased power, under excessive compression, is thought to arise from compression of the positive electrode, which lowers the resistance by reducing the contact resistance between
Ме. частинками активної речовини в електроді і колектором струму електрода. Також, стискання сепаратора веде доMe. particles of the active substance in the electrode and the current collector of the electrode. Also, compression of the separator leads to
Го! зменшення відстані між пластинами позитивних і негативних електродів батареї, що робить більш короткими шляхи переміщення іонів між електродами, таким чином зменшуючи опір електроліту між ними. со Фіг.17 показує кореляцію стискання модуля й опору батареї. Модулі, що мають кінцеві пластини (описані с нижче) стискались із застосуванням різних величин сили і внутрішнього опору батареї (стосовні до загальної вихідної потужності й ефективності заряду), і вимірювалася товщина батареї. Як можна бачити з фіг.17, є оптимальний діапазон стискання для цих модулів між приблизно 4,921 і 11,951 кГ/см 2 (сила приблизно 500 - 1180КГ на площу приблизно 100см32) і функціональним діапазоном між приблизно 3,5 до приблизно 12,65кГ/см?Go! reducing the distance between the plates of the positive and negative electrodes of the battery, which makes shorter paths for the movement of ions between the electrodes, thus reducing the resistance of the electrolyte between them. Fig. 17 shows the correlation of module compression and battery resistance. Modules with end plates (described in c below) were compressed using various force values and internal battery resistance (relative to total output power and charge efficiency), and the thickness of the battery was measured. As can be seen from Fig. 17, there is an optimal compression range for these modules between about 4.921 and 11.951 kG/cm2 (a force of about 500 - 1180KG per area of about 100cm32) and a functional range between about 3.5 to about 12.65kG/cm ?
Ге! (приблизно З63КГ - приблизно 1270кГ на площу приблизно 100см2). Можна ясно бачити, що для цих специфічних батарей, використовуваних у цьому модулі, стискання вище верхньої межі і стискання нижче нижньої межі де функціонального діапазону викликає збільшення внутрішнього опору батарей і, отже, зменшує потужність. Слід зазначити, що, у той час як оптимальні і функціональні діапазони стискання різні для батарей різних розмірів, 60 всі графіки залежності опору від стискання для цих батарей різноманітних розмірів аналогічні в тому, що є функціональні й оптимальні діапазони стискання для відповідної ефективності елемента.Gee! (approximately Z63KG - approximately 1270kg per area of approximately 100cm2). It can be clearly seen that for these specific batteries used in this module, squeezing above the upper limit and squeezing below the lower limit of the de functional range causes an increase in the internal resistance of the batteries and therefore decreases the power. It should be noted that, while the optimal and functional compression ranges are different for different battery sizes, 60 all the graphs of compression resistance versus compression for these various battery sizes are similar in that there are functional and optimal compression ranges for the respective cell efficiencies.
Знайти конфігурацію конструкції/речовини, яка: 1) допускає застосування необхідного стискання, 2) виконує необхідну механічну функцію стійкості до вібрацій засобу зв'язування/стискання модуля; і 3) є легкою наскільки можливо - це величезне завдання. Заявники виявили, що модулі батареї можуть бути зв'язані разом 65 під дією великої механічної сили стискання, використовуючи металеві стержні 34 (більш прийнятно, з нержавіючої сталі), які встановлені уздовж усіх чотирьох сторін модуля 32 батареї і зварені в чотирьох кутах модуля, де зустрічаються стержні, таким чином формуючи пояс навколо периферії модуля батареї. Більш прийнятне, сварні металеві стержні 34 розташовані посередині між верхом і низом модуля батареї, які знаходяться там, де розширення найбільше. Стискання батарей в областях, що не містять пакету електродів, не б корисним, тому що при цьому не стискаються електроди. Фактично, це може бути шкідливим, оскільки це призводить до замикання електродів на металевий кожух через внутрішній ізолятор.Find a structure/material configuration that: 1) allows the application of the necessary compression, 2) performs the necessary mechanical function of resistance to vibrations of the means of binding/compression of the module; and 3) being as light as possible is a huge task. Applicants have discovered that the battery modules can be bonded together 65 under high mechanical compression force using metal rods 34 (preferably stainless steel) that are installed along all four sides of the battery module 32 and welded at the four corners of the module where rods meet, thus forming a belt around the periphery of the battery module. More preferably, the welded metal rods 34 are located midway between the top and bottom of the battery module, which are where the expansion is greatest. Squeezing the batteries in areas that do not contain the electrode pack would not be useful because it does not compress the electrodes. In fact, this can be harmful because it causes the electrodes to short out to the metal jacket through the internal insulator.
Слід зазначити, що, хоча і не легко видно з креслень, розміри товщини і ширини по периметру верхньої і нижньої частин корпуса батареї менші на 0,5 - 1,0мм, ніж загальні розміри товщини і ширини. Ці зменшені габарити гарантують, що усе стискальне зусилля передається тільки пакету пластин електрода і сепараторам. 70 Ще більш прийнятним є те, щоб сварні металеві стержні 34 містили два або три набори стержнів, встановлених посередині між верхньою і нижньою межами модуля батареї. Якщо використовують три набори стержнів, перший набір стержнів повинен розташовуватись на половині відстані між верхньою і нижньою межами модуля батареї, другий набір стержнів потім розміщають між першим набором стержнів і верхньою межею модуля, батареї, і третій набір стержнів розміщають між першим набором стержнів і нижньою межею модуля /5 батареї. Це допускає однорідний розподіл стискання й ослаблення напруги на будь-якому одному наборі стержнів. Цей розподіл стискання також допускає використання найменших, найлегших металевих стержнів, таким чином зменшуючи власну вагу модуля.It should be noted that, although not easily visible from the drawings, the thickness and width dimensions along the perimeter of the upper and lower parts of the battery case are smaller by 0.5 - 1.0 mm than the overall thickness and width dimensions. These reduced dimensions ensure that all the compressive force is transmitted only to the electrode plate pack and separators. 70 Even more preferably, the welded metal bars 34 comprise two or three sets of bars positioned midway between the top and bottom of the battery module. If three sets of rods are used, the first set of rods should be placed half way between the top and bottom of the battery module, the second set of rods is then placed between the first set of rods and the top border of the battery module, and the third set of rods is placed between the first set of rods and the bottom border module /5 battery. This allows for a uniform distribution of compression and stress relaxation on any one set of bars. This compression distribution also allows the use of the smallest, lightest metal rods, thus reducing the module's own weight.
Інша більш прийнятна конструкція використовує металеві кінцеві пластини 35 на кінцях модуля. Стержні з нержавіючої сталі розташовані вздовж поверхонь модуля батареї і приварені в кутах модуля до прямокутної 2о металевої трубки (45 на фіг.9), що заміняє кінцеві стержні й утримує кінцеві пластини 35 на місці. Ця конструкція допускає навіть кращий розподіл зусиль стискання. Кінцеві пластини 35 більш прийнятне виготовляють з алюмінію і можуть включати ребра 36, які виступають перпендикулярно до площини кінцевих пластин З5, у такий спосіб забезпечуючи додаткову міцність пластинам 35 і допускаючи використання більш легких речовин. (Один варіант втілення кінцевих пластин показаний на фіг.1За і 13р. Інші варіанти втілення сч ов описані в заявці на патент США Мо 08/238570 від 5 травня 1995, наведеної тут в якості посилання.) Коли кінцеві пластини 35 мають таку ребристість 36, необхідно мати прорізи (не показані, але див. фіг.9) у ребристості, і) щоб розмістити прямокутну металеву трубку 45. Кінцеві пластини 35 більш прийнятне можуть бути термічне ізольовані або ізольовані від батарей, зв'язаних у модуль 32, теплоїізолювальною речовиною, такою як теплоіїзолюючий шар полімеру або полімерної піни. Ця ізоляція запобігає нерівномірному розподілу температури со зо батареї всередині модуля, що може спричинятись охолоджувальною дією ребер 36 кінцевих пластин 35. Проте, ребра 36 можуть забезпечувати додаткове теплове розсіювання для батарей 1 всередині модуля 32, якщо со необхідно, здійснюючи теплове стікання з кінцевих пластин 35 до суміжних батарей 1. соAnother more acceptable design uses metal end plates 35 at the ends of the module. Stainless steel rods are located along the surfaces of the battery module and are welded at the corners of the module to a rectangular 2o metal tube (45 in FIG. 9) that replaces the end rods and holds the end plates 35 in place. This design allows even better distribution of compression forces. The end plates 35 are preferably made of aluminum and may include ribs 36 that extend perpendicular to the plane of the end plates C5, thus providing additional strength to the plates 35 and allowing the use of lighter materials. (One embodiment of the end plates is shown in Figs. 13a and 13r. Other embodiments are described in US Patent Application Mo. 08/238570 dated May 5, 1995, which is incorporated herein by reference.) When the end plates 35 have such ribbing 36, it is necessary to have slots (not shown, but see Fig. 9) in the ribbing, and) to accommodate the rectangular metal tube 45. The end plates 35 can more appropriately be thermally insulated or insulated from the batteries connected in the module 32 by a heat-insulating substance, such as a heat-insulating layer of polymer or polymer foam. This insulation prevents uneven temperature distribution of the battery inside the module, which may be caused by the cooling effect of the fins 36 of the end plates 35. However, the fins 36 can provide additional thermal dissipation for the batteries 1 inside the module 32, if necessary, by providing heat dissipation from the end plates 35. to adjacent batteries 1. co
Кожен з модулів 32 може додатково містити модульні прокладки 37 (див. фіг.11 і 12), які утримують модулі 32 на відстані від будь-яких інших модулів 32 і від корпуса пакета батарей. Ці модульні прокладки 37 ісе) 35 розміщені зверху та знизу модуля 32, щоб забезпечити захист кутам батарей 1 всередині модуля 32 і «Е електричним між з'єднанням 25 і клемам 7, 8 батарей 1. Більш важливо, виводи 38 на поверхнях прокладок 37 утримують модулі 32 на оптимальній відстані. Прокладки 37 більш прийнятно виготовлені з легкої непровідної речовини, такої як міцний полімер. Також, це важливо для загальної щільності енергії пакета, щоб прокладки містили в собі можливо менше загальної кількості речовини, щоб виконувати функцію, яка вимагається від них, « 70 та все ще залишатися такими легкими, наскільки це можливо. в с Батареї і модулі, відповідно до цього винаходу, більш прийнятно електрично з'єднані провідними проводами (див. Фіг.8 і 9), що забезпечують з'єднання між ними з низьким опором. Загальний опір, що включає в себе ;» опір проводу і контактний опір, не повинен перевищувати більш прийнятно 0,1 мОм. Дроти прикріплені до клем гвинтом чи болтом або, більш прийнятно, гніздовим барабанним з'єднувачем 24, описаним вище. Електричні міжз'єднання 25 модуля 32 батареї, відповідно до цього винаходу, більш прийнятно є з'єднаннями з кабелю в їх обплетенні (див. фіг.14), що забезпечують високе теплове розсіювання і гнучкість конструкції/конфігурації модуля. Тобто, з'єднання 25 з кабелю в обплетенні виконують дві важливі функції всередині модулів батареї,Each of the modules 32 may additionally contain modular spacers 37 (see Fig.11 and 12), which keep the modules 32 at a distance from any other modules 32 and from the body of the battery pack. These modular spacers 37 and 35 are placed above and below the module 32 to provide protection to the corners of the batteries 1 inside the module 32 and the electrical connection between the connection 25 and the terminals 7, 8 of the batteries 1. More importantly, the terminals 38 on the surfaces of the spacers 37 hold modules 32 at the optimal distance. Pads 37 are more suitably made of a lightweight non-conductive material such as a strong polymer. Also, it is important to the overall energy density of the package that the pads contain as little of the total amount of matter as possible to perform the function required of them, 70 and still remain as light as possible. in s Batteries and modules, according to the present invention, are more appropriately electrically connected by conductive wires (see Fig. 8 and 9), which provide a connection between them with low resistance. General resistance, which includes;" wire resistance and contact resistance should not exceed more acceptable 0.1 mΩ. The wires are attached to the terminals with a screw or bolt or, more conveniently, with the socket drum connector 24 described above. Electrical interconnections 25 of the module 32 of the battery, according to the present invention, are more acceptable connections from the cable in their braiding (see Fig. 14), which provide high thermal dissipation and flexibility of the design/configuration of the module. That is, the connection 25 from the braided cable performs two important functions inside the battery modules,
Ме, відповідно до цього винаходу (крім їх нормальної функції передачі електричної енергії поза батареями). о По-перше, кабель 25 в обплетенні є гнучким, який пристосовується до розширення і стискання окремих батарей 1, що призводить до зміни відстані між клемами 7, 8 окремих батарей всередині модуля 32. По-друге, з'єднання со 25 з кабелю в обплетенні має значно більшу площу поверхні, ніж суцільний кабель або шина. Це важливо для с теплового управління батарей, модулів і пакетів, відповідно до цього винаходу, тому що електричне з'єднання є частиною теплового шляху, який починається у внутрішній частині батареї, проходить через електроди 4, 5, через вивід електрода 27, через клему батареї 7, 8 і виходить до електричного міжз'єднання 25. Тому, чим більша площа поверхні електричного міжз'єднання 25, тим більшим є теплове розсіювання і кращим е теплове керування батареями 1. Електричне міжз'єднання 25 з кабелю в обплетенні більш прийнятне виготовляють з мідіMe, according to the present invention (in addition to their normal function of transmitting electrical energy outside the batteries). o First, the braided cable 25 is flexible, which adapts to the expansion and contraction of the individual batteries 1, which leads to a change in the distance between the terminals 7, 8 of the individual batteries inside the module 32. Second, the connection of 25 with the cable in braid has a much larger surface area than a solid cable or busbar. This is important for the thermal management of batteries, modules and packs, according to the present invention, because the electrical connection is part of the thermal path that starts in the internal part of the battery, passes through electrodes 4, 5, through the output of the electrode 27, through the battery terminal 7, 8 and goes to the electrical interconnection 25. Therefore, the larger the surface area of the electrical interconnection 25, the greater is the heat dissipation and the better is the thermal management of the batteries 1. The electrical interconnection 25 from the braided cable is more acceptable made of copper
Ф) або мідного сплаву, який більш прийнятне покривають нікелем для стійкості проти корозії. ка Ще одним аспектом цього винаходу (показаним на фіг.15) є механічна конструкція охолоджуваних текучим середовищем пакетних систем батарей (терміни "пакет батарей" або "пакет", що вживаються тут, стосуються бо двох або більше електрично з'єднаних модулів батарей). Знову, слід відзначити, що під час циклічної роботи батарей вони виділяють велику кількість непотрібного тепла. Це є особливо вірним під час заряду батарей. Це зайве тепло може бути шкідливим і навіть катастрофічним для системи батарей. Деякі з негативних характеристик, з якими зштовхуються, коли пакетні системи батарей не мають ніякого або мають непідхоже теплове управління, включають: 1). істотно більш низьку ємність і потужність; 2) істотно збільшений 65 саморозряд; З) незбалансовані температури між батареями і модулями, що ведуть до неправильного поводження з батареєю; і 4) зменшений термін служби батарей. Тому, ясно, що для оптимально корисної пакетної системи батарей необхідним є відповідне теплове управління.F) or copper alloy, which is more acceptable covered with nickel for corrosion resistance. Another aspect of the present invention (shown in Fig. 15) is the mechanical design of fluid-cooled battery pack systems (the terms "battery pack" or "pack" used herein refer to two or more electrically connected battery modules). Again, it should be noted that when batteries are cycled, they generate a lot of unnecessary heat. This is especially true when charging batteries. This excess heat can be harmful and even catastrophic to the battery system. Some of the negative characteristics encountered when battery pack systems have no or inadequate thermal management include: 1). significantly lower capacity and power; 2) significantly increased 65 self-discharge; C) unbalanced temperatures between batteries and modules, leading to improper handling of the battery; and 4) reduced battery life. Therefore, it is clear that appropriate thermal management is necessary for an optimally useful battery pack system.
Деякими з чинників, які слід розглянути при тепловому керуванні пакетної системи батарей, є: 1) усі батареї і модулі повинні зберігатись холоднішими від 657"С, щоб уникнути постійного нанесення ушкоджень батареям; 2) всі батареї і модулі повинні зберігатись холоднішими від 55"С, щоб. одержати, принаймні, 80 95 номінальної ефективності батареї; 3) усі батареї і модулі повинні зберігатись холоднішими від 457, щоб досягти максимального терміна служби; і 4) різниця температур між окремими батареями і модулями батареї повинна зберігатися нижчою від 8"С для оптимальної ефективності. Слід зазначити, що вдосконалення у цьому винаході регулюють різницю температур між батареями у межах менше, ніж приблизно 27с. 70 Теплове управління пакетною системою батарей Оповинно забезпечити адекватне охолодження, щоб забезпечити оптимальну ефективність і довговічність Мі-МН батарей у широкій розмаїтості робочих режимів.Some of the factors to consider when thermally managing a battery pack system are: 1) all batteries and modules must be stored cooler than 657"C to avoid permanent damage to the batteries; 2) all batteries and modules must be stored cooler than 55"C , in order to. get at least 80 95 nominal battery efficiency; 3) all batteries and modules must be stored cooler than the 457 to achieve maximum service life; and 4) the temperature difference between the individual batteries and battery modules must be kept below 8°C for optimal performance. It should be noted that the improvements in the present invention regulate the temperature difference between the batteries within less than about 27°C. 70 Thermal Management of a Battery Pack System provide adequate cooling to ensure optimal efficiency and durability of Mi-MH batteries in a wide variety of operating modes.
Температури навколишнього повітря в США знаходяться в широкому діапазоні, принаймні, від -307С до 43"С у 49 штатах нижніх широт. Необхідно досягти робочої повноцінності пакетів батареї при цьому діапазоні температур навколишнього повітря, у той самий час підтримуючи батареї в їх оптимальному діапазоні ефективності приблизно від -17С до 387С.Ambient air temperatures in the US range widely, at least from -307°C to 43°C in the lower 49 states. It is necessary to achieve the performance of the battery packs in this ambient temperature range while maintaining the batteries in their optimal efficiency range of approx. from -17C to 387C.
Нікель-метал-гідридні батареї виявляють погіршення характеристики ефективності заряду при критично високих температурах вище 43"С через проблеми, що виникають через виділення кисню на нікелевому позитивному електроді. Щоб уникнути цих неефективностей, температура батареї під час заряду повинна в ідеальному випадку утримуватись нижчою від 43"С. Нікель-метал-гідридні батареї також виявляють погіршення го характеристики потужності при температурах нижче приблизно -17С через погіршену характеристику негативного електрода. Щоб уникнути малої потужності, температура батареї повинна утримуватись вище приблизно -17С під час розряду.Nickel-metal hydride batteries exhibit a deterioration in charge efficiency at critically high temperatures above 43"C due to problems arising from the evolution of oxygen at the nickel positive electrode. To avoid these inefficiencies, the battery temperature during charging should ideally be kept below 43 "WITH. Nickel-metal hydride batteries also exhibit a deterioration in power performance at temperatures below approximately -17C due to the deterioration of the negative electrode. To avoid low power, the battery temperature should be kept above about -17C during discharge.
Як зазначено вище, на додаток до погіршеної ефективності при високих і низьких температурах, шкідливі ефекти можуть мати місце внаслідок різниць температури між батареями всередині модуля під час заряду. счAs noted above, in addition to degraded performance at high and low temperatures, adverse effects can occur due to temperature differences between batteries within the module during charging. high school
Більші різниці температури викликають незбалансованості в ефективності заряду батарей, які, в свою чергу, можуть викликати незбалансованості стану заряду, приводячи до зниженої ємнісної характеристики і потенційно і) ведучи до неправильного використання значного перезаряду і переррзряду. Щоб уникнути цих проблем, різниця температур між батареями має управлятися в межах менше, ніж 8"С і, більш прийнятне, менше, ніж 57С.Larger temperature differences cause imbalances in the charge efficiency of batteries, which in turn can cause state of charge imbalances, leading to reduced capacitance and potentially i) leading to misuse of significant overcharge and overdischarge. To avoid these problems, the temperature difference between the batteries should be managed to less than 8°C and, more preferably, less than 57°C.
Фіг.18 показує співвідношення між питомою енергією батареї, що вимірюється у Вт"год/кГ, і температурою со зо батареї для нікель-метал-гідридної батареї, відповідно до цього винаходу. Як може бачити, питома енергія батареї починає падати вище приблизно 20"7С або біля того і різко знижується при температурі вище приблизно со 40"С. Фіг.19 показує співвідношення між питомою потужністю батареї, що вимірюється у Вт/кГ, і температурою со батареї для нікель-метал-гідридной батареї, відповідно до цього винаходу. Як можна помітити, питома потужність батареї зростає з температурою, але вирівнюється вище приблизно 40"С. ісе)Fig. 18 shows the relationship between the specific energy of the battery, measured in Wh/kH, and the battery temperature for a nickel metal hydride battery according to the present invention. As can be seen, the specific energy of the battery starts to drop above about 20 7C or thereabouts and sharply decreases at a temperature above about 40C. Fig. 19 shows the relationship between the specific power of the battery, measured in W/kH, and the temperature of the battery for a nickel-metal hydride battery, according to the present invention. As can be seen, the specific capacity of the battery increases with temperature, but levels off above about 40"C. ise)
Інші чинники в конструкції охолоджуваної текучим середовищем пакетної системи батарей включають «Е механічні питання. Наприклад, щільності упаковування батареї і модуля повинні бути якомога більш високими, щоб зберегти простір у кінцевому продукті. До того ж, щось, що додається до системи пакета батарей для забезпечення теплового керування, в кінцевому рахунку зменшує загальну щільність енергії системи батарей, оскільки це само собою не дає внеску в безпосередньо електрохімічну ємність батарей. Щоб задовольнити цим « та іншим вимоги, заявники розробили охолоджувану текучим середовищем пакетну систему батарей, відповідно 7-3 с до цього винаходу.Other factors in the design of a fluid-cooled battery pack system include “E mechanical issues. For example, battery and module packing densities should be as high as possible to conserve space in the final product. Also, something added to the battery pack system to provide thermal management ultimately reduces the overall energy density of the battery system, as it does not contribute directly to the electrochemical capacity of the batteries by itself. In order to meet these and other requirements, the applicants have developed a fluid-cooled battery pack system, respectively 7-3 s to the present invention.
Й У своїй найбільш загальній формі (варіант здійснення, показаний на фіг.15) дана охолоджувана текучим и?» середовищем пакетна система 39 батарей включає: 1) корпус 40 пакета батарей, що має, принаймні, один вхідний отвір 41 для холодоагенту і, принаймні, один вихідний отвір 42 для холодоагенту; 2) принаймні, одинІ In its most general form (the implementation option shown in Fig. 15) the data is cooled by liquid і? environment, the battery pack system 39 includes: 1) the battery pack housing 40 having at least one refrigerant inlet 41 and at least one refrigerant outlet 42; 2) at least one
Модуль 32 батареї, розташований і встановлений всередині корпуса 40 так, що модуль 32 батареї віддалений їх від стінок корпуса і від будь-яких інших модулів 32 батареї всередині корпуса 40, щоб сформувати канали 43 для течії холодоагенту вздовж, принаймні, однієї поверхні зв'язаних батарей, ширина каналів 43 для течіїThe battery module 32 is located and installed inside the housing 40 so that the battery module 32 is spaced from the walls of the housing and from any other battery modules 32 inside the housing 40 to form channels 43 for the flow of refrigerant along at least one surface of the connected batteries, channel width 43 for current
Ме. холодоагенту має оптимальні розміри, щоб врахувати максимальну теплопередачу за допомогою конвективних,Me. refrigerant has optimal dimensions to take into account maximum heat transfer by means of convective,
Го! провідних та випромінювальних механізмів теплопередачі від батарей холодоагенту; та 3), принаймні, один засіб 5р 44 транспортування холодоагенту, що змушує холодоагент надходити в засіб 41 вхідного отвору для со холодоагенту в корпусі 40, протікати через канали 43 для течії холодоагенту і виходити Через засіб 42 с вихідного отвору для холодоагенту з корпуса 40. Більш прийнятне, і більш реалістично, пакетна система 39 батарей містить множину модулів 32 батареї, звичайно від 2 до 100 модулів, розміщуваних у 2-х або 3-й вимірній матричній конфігурації всередині корпуса. Матрична конфігурація допускає високу щільність ов упаковування, у той самий час дозволяючи холодоагенту текти через, принаймні, одну поверхню кожного з модулів 32 батареї.Go! conductive and radiative heat transfer mechanisms from refrigerant batteries; and 3), at least one refrigerant transport means 5r 44, which causes the refrigerant to enter the refrigerant inlet means 41 in the housing 40, flow through the refrigerant flow channels 43 and exit through the refrigerant outlet means 42 from the housing 40. More preferably, and more realistically, the battery pack system 39 includes a plurality of battery modules 32, typically from 2 to 100 modules, arranged in a 2- or 3-dimensional matrix configuration within the housing. The matrix configuration allows for high packing density while allowing refrigerant to flow through at least one surface of each of the battery modules 32.
Ф) Корпус 40 пакета батарей більш прийнятне виготовлений з електрично ізолюючої речовини. Ще більш ка прийнятне, корпус 40 виготовляють з легкої електрично ізолюючої полімерної речовини з тривалим строком служби. Речовина повинна електрично ізолювати так, щоб не було короткого замикання батарей і модулів, якщо бо Корпус торкається їх. Також, речовина повинна бути легкою, щоб збільшити загальну щільність енергії пакета.F) The body of the battery pack 40 is preferably made of an electrically insulating substance. Even more acceptable, the body 40 is made of a light electrically insulating polymeric substance with a long service life. The substance must electrically isolate so that there is no short circuit of the batteries and modules, if the case touches them. Also, the substance should be light to increase the overall energy density of the package.
На закінчення, речовина повинна бути міцною та здатною протистояти жорстким граничним умовам використання пакета батарей. Корпус 40 пакета батарей має один або більше вхідних отворів 41 холодоагенту і вихідних отворів 42, які можуть бути спеціалізованими портами для текучого середовища, якщо необхідно, але більш прийнятне є просто отворами в корпусі 40 пакета батарей, через які охолоджувальне повітря входить і б5 ВИХОДИТЬ З пакета батареї.In conclusion, the substance must be strong and capable of withstanding the harsh extremes of battery pack use. Battery pack housing 40 has one or more refrigerant inlets 41 and refrigerant outlets 42, which may be dedicated fluid ports if necessary, but more preferably are simply openings in battery pack housing 40 through which cooling air enters and exits. battery pack.
Охолоджувану текучим середовищем систему 39 пакета батарей розроблено, щоб використовувати електрично ізолюючий холодоагент, який може бути або газоподібним або рідким. Більш прийнятно, холодоагент є газоподібним і, ще більш прийнятне, холодоагент є повітрям. Коли повітря використовують в якості холодоагенту, засіб 44 транспортування холодоагенту є більш прийнятно нагнітальним вентилятором, і ще більш прийнятне вентилятором, що забезпечує витрату повітря 28317 - 84951см З/хвил повітря на елемент у пакеті.The fluid-cooled battery pack system 39 is designed to use an electrically insulating refrigerant, which may be either gaseous or liquid. More preferably, the refrigerant is gaseous and, more preferably, the refrigerant is air. When air is used as the refrigerant, the means 44 for transporting the refrigerant is more preferably an exhaust fan, and even more preferably a fan that provides an air flow of 28317 - 84951 cm C/min of air per element in the package.
Вентилятори не повинні безперервно нагнітати охолоджувальне повітря в пакет батареї, але можуть управлятися так, щоб підтримувати температури пакета батарей у межах оптимальних рівнів. Необхідно передбачити керування вентилятором для вмикання і вимикання вентилятора і більш прийнятно для керування швидкістю вентилятора для забезпечення ефективного охолодження під час заряду, запуску і неактивних станів 70 без навантаження. Як правило, охолодження є найбільш критичним під час заряду, але також необхідне під час агресивного запуску. Швидкість вентилятора управляється на основі різниці температур пакета батарей і навколишнього середовища, а також на основі абсолютної температури, останнє - щоб не охолодити батарею, коли вже холодно, або так, щоб забезпечити додаткове охолодження, коли батарея має температуру поблизу верхньої межі її ідеального інтервалу температур. Для нікель-метал-гідридної батареї вентилятори також 75 необхідні в неактивні періоди після заряду. Переривчасте охолодження необхідне у цих умовах, щоб забезпечити ефективне охолодження і веде до економії електроенергії мережі, зберігаючи швидкість саморозряду нижче споживаної вентилятором потужності. Типовий результат (фіг.1б6) показує вентилятор у момент часу 2, 4 години після початкового охолодження після заряду. Як правило, нормальна процедура керування вентилятором (описана нижче) працює добре в цьому сценарії. Управління вентилятором при необхідності допускає використання потужних вентиляторів для ефективного охолодження без споживання повної потужності вентилятора протягом усієї роботи, таким чином зберігаючи енергетичну ефективність високою. Використання більш потужних вентиляторів є корисним для підтримки оптимальної температури пакета, що допомагає оптимізувати ефективність і термін служби пакета.The fans do not have to continuously pump cooling air into the battery pack, but can be controlled to maintain battery pack temperatures within optimal levels. Fan control should be provided to turn the fan on and off and more preferably to control the fan speed to provide effective cooling during charge, startup and idle states 70 without load. Generally, cooling is most critical during charging, but is also necessary during aggressive startup. The fan speed is controlled based on the temperature difference between the battery pack and the environment, as well as the absolute temperature, the latter either to keep the battery cool when it's already cold, or to provide additional cooling when the battery is near the upper end of its ideal temperature range . For a nickel-metal hydride battery, fans are also 75 necessary during inactive periods after charging. Intermittent cooling is necessary in these conditions to provide effective cooling and leads to grid power savings by keeping the self-discharge rate below the fan power consumption. A typical result (Fig. 1b6) shows the fan at the time of 2.4 hours after the initial cooling after charging. Generally, the normal fan control procedure (described below) works well in this scenario. Fan control, when needed, allows the use of powerful fans for efficient cooling without consuming full fan power throughout operation, thus keeping energy efficiency high. Using more powerful fans is helpful in maintaining the optimal temperature of the package, which helps to optimize the efficiency and life of the package.
Один приклад процедури управління вентилятором забезпечує це, якщо максимальна температура батареї с вища від З0"С, а температура навколишнього повітря нижче (більш прийнятне 5"7С або нижче), ніж максимальна температура батареї, вентилятори вмикаються і нагнітають холодніше повітря в канали холодоагенту. і)One example of the fan control procedure ensures that if the maximum temperature of the battery is higher than 30"C and the ambient air temperature is lower (more acceptable 5"7C or lower) than the maximum temperature of the battery, the fans turn on and pump colder air into the refrigerant channels. and)
Інший корисний алгоритм керування вентилятором використовує вентилятори з змінними швидкостями залежно від деякого критерію. Цей критерій включає 1) максимальну температуру батареї; 2) температуру навколишнього середовища; 3) поточне використання батареї (тобто заряд, чекання заряду, висока с температура, велика глибина розряду (ВГР) при пусканні в дію, припинення тощо); 4) напруга будь-якої допоміжної батареї, що живить вентилятори холодоагенту. Цей алгоритм подано в Таблиці 2. соAnother useful fan control algorithm uses variable speed fans based on some criterion. This criterion includes 1) maximum battery temperature; 2) ambient temperature; 3) current use of the battery (i.e. charge, waiting for charge, high temperature, high depth of discharge (DDH) during start-up, termination, etc.); 4) the voltage of any auxiliary battery powering the refrigerant fans. This algorithm is presented in Table 2
Таблиця 2 сTable 2 p
Якщо (Тваї тах » 25752), то і-йIf (Your tach » 25752), then i-th
РМУМ - Міпзреєа т 5"Оейна «ЇїRMUM - Mipsreea t 5"Oeina "Her
РУУМ - МІМ (РУУМ, Махзрееа) інакше РМУМ - МіпзреєейдRUUM - MIM (RUUM, Makhzreea) otherwise RMUM - Mipszreeeid
ЯКЩО РМУМ « 30, то РУМ - 0 «IF RMUM « 30, then RUM - 0 «
ЯКЩО (Маийхбваї « 13) і (РМУМ » - 30) то РМУУМ -30 шщ с В алгоритмі, наведеному в таблиці 2: ц "Траїтах" - максимальна температура модуля; "» "Татр" - температура навколишнього повітря; "Беца" - Траїтах-Тать (негативні значення приймають рівними нулю); "РУУМ" - розмір у відсотках сигналу керування модуляції ширини імпульсу вентилятора (РМУМ) (0 - вимк., 100 «г» - повній потужності); "Уаихваї" - напруга додаткової батареї вентилятора;IF (Maiykhvai « 13) and (РМУМ » - 30) then RMUUM -30 shsh s In the algorithm given in table 2: ts "Traitah" - the maximum temperature of the module; "» "Tatr" - ambient air temperature; "Betsa" - Traitach-Tat (negative values are taken as zero); "RUUM" - the size in percentage of the fan pulse width modulation control signal (РМУМ) (0 - off, 100 "g » - full power); "Waihwai" - voltage of the additional battery of the fan;
Фо "Міпзрееа!" - мінімальна швидкість вентилятора, (оо) 3096 РМ/М при зарядці, очікуванні заряду, високій температурі, великій глибині розряду (ВГР) при запуску; або 096 РМУМ у противному випадку; і "Махзрееа!" - максимальна швидкість вентилятора, со 10095 РММУ при зарядці або очікуванні заряду, або с 6595 РММУ у противному випадку.Fo "Mipzreea!" - minimum fan speed, (oo) 3096 RPM/M during charging, waiting for charging, high temperature, high depth of discharge (DDH) at start-up; or 096 RMUM otherwise; and "Mahzreea!" - the maximum speed of the fan, with 10095 RMMU when charging or waiting for a charge, or with 6595 RMMU otherwise.
Витрата і тиск охолоджувального текучого середовища повинні бути достатніми, щоб забезпечити достатню теплоємність і теплопередачу для охолодження пакета. Витрата текучого середовища повинна бути достатньою, щоб забезпечити сталий стан вилучення теплоти при максимальній очікуваній підтримуваній швидкості виділення тепла, щоб привести до прийнятного підйому температури. У типових Мі-МН пакетах батарей з іФ) теплотою 5 - 10Вт на елемент, виділеною під час перезарядження (максимальне тепловиділення), необхідна іме) витрата 28317 - 84951см/хвил повітря на елемент, щоб забезпечити адекватне охолодження просто на основі теплоємності повітря і досягнення прийнятного підйому температури. Може використовуватись радіальний тип 60 вентиляторів, щоб забезпечити найбільш ефективний повітряний потік для теплового управління. Це має місце через більш високий атмосферний тиск, що формується цими типами вентиляторів на противагу тиску, сформованому осьовими вентиляторами. Як правило, потрібне падіння тиску, принаймні, 1,27см водяного стовпа в робочій точці вентилятора, який встановлено у пакет. Щоб одержати це падіння тиску при високих значеннях витрати як правило потрібна можливість створення вентилятором статичного тиску 3,8 - 7,62см б5 водяного стовпа.The flow rate and pressure of the cooling fluid must be sufficient to provide sufficient heat capacity and heat transfer to cool the package. The flow rate of the fluid must be sufficient to provide steady state heat removal at the maximum expected sustained heat release rate to result in an acceptable temperature rise. In typical Mi-MH battery packs with iF) 5 - 10W of heat per cell released during recharging (maximum heat release), a flow rate of 28317 - 84951 cm/min of air per cell is required to provide adequate cooling simply based on the heat capacity of the air and achieving acceptable rise in temperature. Radial type 60 fans can be used to provide the most efficient airflow for thermal management. This is due to the higher atmospheric pressure generated by these types of fans as opposed to the pressure generated by axial fans. Generally, a pressure drop of at least 1.27 cm of water column is required at the operating point of the fan, which is installed in the package. To obtain this pressure drop at high flow rates, as a rule, the ability to create a static pressure of 3.8 - 7.62 cm b5 of the water column is required by the fan.
На додаток до використання вентиляторів для охолодження пакета батарей, коли він є гарячим, вентилятори можуть нагрівати пакет батареї, коли він надто холодний. Тобто, якщо температура пакета батарей нижча від його мінімальної оптимальної температури, а температура навколишнього повітря "вище, ніж у пакета батареї, вентилятори можуть вмикатись, щоб нагнітати більш тепле навколишнє повітря в пакет батареї. Тепліше повітря потім передає свою теплову енергію пакету батарей, і нагріває його, принаймні, до нижньої межі оптимального діапазону температури.In addition to using fans to cool the battery pack when it is hot, fans can heat the battery pack when it is too cold. That is, if the battery pack temperature is below its minimum optimum temperature and the ambient air temperature is "higher than the battery pack, the fans can turn on to force warmer ambient air into the battery pack. The warmer air then transfers its heat energy to the battery pack, and heats it, at least to the lower end of the optimal temperature range.
Засіб 44 транспортування одного чи кількох холодоагентів може розташовуватись у вхідному отворі 41 для холодоагенту, щоб подавати новий холодоагент у корпус 40 пакета батарей через канали 43 для течії холодоагенту, і з вихідного отвору 42 холодоагенту. Як альтернатива, один чи кілька засобів 44 /о транспортування холодоагенту може бути встановлено у вихідному отворі 42 для холодоагенту, щоб вилучити нагрітий холодоагент поза корпусом пакета батарей 40, викликаючи залучення свіжого холодоагенту в корпус 40 пакета батарей через вхідний отвір 41 для холодоагенту, і протікання через канали 43 для течії холодоагенту.Means 44 for transporting one or more refrigerants may be located in the refrigerant inlet 41 to supply new refrigerant to the battery pack housing 40 through the refrigerant flow channels 43 and from the refrigerant outlet 42. Alternatively, one or more refrigerant transport means 44 may be installed in the refrigerant outlet 42 to draw heated refrigerant outside the battery pack housing 40, causing fresh refrigerant to be drawn into the battery pack housing 40 through the refrigerant inlet 41 and flow through through channels 43 for refrigerant flow.
Холодоагент може текти паралельно самому довгому виміру каналів 43 для течії холодоагенту (тобто в напрямку довжини модулів батареї) або, як альтернатива, він може текти перпендикулярно самому довгому /5 Виміру зазначених каналів 43 для течії холодоагенту, (тобто в напрямку висоти модуля батареї). Слід зазначити, що, оскільки холодоагент відбирає тепло, що відходить, від батарей, коли він тече через охолоджувальний канал 43, холодоагент нагрівається. Тому, більш прийнятним є те, щоб текуче середовище текло перпендикулярно самому довгому виміру охолоджувального каналу 43. Це випливає з того, що, коли холодоагент нагрівається, різниця температур між батареями і холодоагентом зменшується, і отже, швидкість 2о охолодження також зменшується. Таким чином, загальне теплове 0 розсіювання знижується. Щоб мінімізувати цей ефект, шлях течії холодоагенту повинен бути більш коротким з двох, тобто проходити вздовж висоти батарей.The refrigerant may flow parallel to the longest dimension of the refrigerant flow channels 43 (i.e. in the direction of the length of the battery modules) or, alternatively, it may flow perpendicular to the longest /5 dimension of said refrigerant flow channels 43 (i.e. in the direction of the height of the battery module). It should be noted that as the refrigerant takes heat away from the batteries as it flows through the cooling channel 43, the refrigerant heats up. Therefore, it is more appropriate for the fluid to flow perpendicular to the longest dimension of the cooling channel 43. This follows from the fact that, as the refrigerant heats up, the temperature difference between the batteries and the refrigerant decreases, and therefore the cooling rate 2o also decreases. Thus, the total thermal dissipation decreases. To minimize this effect, the refrigerant flow path should be the shorter of the two, i.e. run along the height of the batteries.
У той час як повітря є найбільш прийнятним холодоагентом (тому що він легко доступний і простий для транспортування усередину і поза корпусом), можуть використовуватися інші гази і навіть рідини. Зокрема, сч об Можуть використовуватися рідкі холодоагенти, такі як фреон або етиленгліколь, також як інші комерційне доступні речовини на основі фторвуглецю і нефторвуглецю. Коли ці інші гази або рідини використовують в якості і) холодоагенту, засобом 44 транспортування холодоагенту може бути, більш прийнятне, насос. При використанні холодоагентів, відмінних від повітря, засіб транспортування холодоагенту може, більш прийнятно, містити магістраль повернення холодоагенту, приєднану до вихідного отвору 42 для холодоагенту, що здійснює со зо рециркуляцію нагрітого холодоагенту до резервуара холодоагенту (не показаний), з якого його транспортують до теплообмінника холодоагенту (не показаний), щоб відібрати від нього теплоту, і, нарешті, повторно подають до со насоса 44 холодоагенту для багатократного використання в охолодженні пакета 39 батарей. соWhile air is the most acceptable refrigerant (because it is readily available and easy to transport in and out of the enclosure), other gases and even liquids can be used. In particular, liquid refrigerants such as freon or ethylene glycol can be used, as well as other commercially available substances based on fluorocarbon and non-fluorocarbon. When these other gases or liquids are used as i) a refrigerant, the means 44 of transporting the refrigerant can be, more appropriately, a pump. When refrigerants other than air are used, the refrigerant transport means may more conveniently include a refrigerant return line connected to the refrigerant outlet 42 that partially recirculates the heated refrigerant to a refrigerant reservoir (not shown) from which it is transported to the heat exchanger refrigerant (not shown) to remove heat from it, and finally re-feed the refrigerant to the co pump 44 for repeated use in cooling the battery pack 39. co
Оптимізована ширина каналу для течії холодоагенту включає багато різноманітних чинників. Частина цих факторів включає кількість батарей, їх щільності енергії і ємності, швидкості їх заряду і розряду, напрямок, ісе) з5 Швидкість і об'ємну витрату холодоагенту, теплоємність холодоагенту тощо. Було виявлено, що незалежно від «г більшості цих чинників важливо сконструювати охолоджувальні канали 43, щоб перешкоджати або уповільнювати об'єм охолоджувального потоку текучого середовища, коли він проходить між модулями. В ідеалі, затримка в потоці переважно має місце через тертя з охолоджувальними поверхнями елемента, що призводить до зменшення потоку на 5 - 3095 об'єму потоку. Коли зазори між модулями становлять головне обмеження « потоку в системі керування охолоджувальним текучим середовищем, це викликає однорідну і приблизно рівну /7-З с об'ємну витрату охолоджувального текучого середовища в зазорах між усіма модулями, приводячи до рівномірного охолодження і зменшення впливу інших обмежень потоку (такі як вхідні отвори або вихідні отвори), ;» що могло в противному випадку давати нерівномірний потік між модулями. Крім того, однакова площа кожного елемента піддається дії охолоджувального текучого середовища з аналогічною швидкістю і температурою.The optimized width of the refrigerant flow channel includes many different factors. Some of these factors include the number of batteries, their energy density and capacity, their charge and discharge rates, direction, ise) c5 Speed and volumetric consumption of the refrigerant, heat capacity of the refrigerant, etc. It has been found that regardless of most of these factors, it is important to design the cooling channels 43 to impede or slow down the volume of cooling fluid flow as it passes between the modules. Ideally, the delay in the flow mainly occurs due to friction with the cooling surfaces of the element, which leads to a decrease in the flow by 5 - 3095 of the flow volume. When the gaps between the modules are the main flow restriction in the cooling fluid control system, this causes a uniform and approximately equal /7-Z s volume flow of the cooling fluid in the gaps between all the modules, resulting in uniform cooling and reducing the effect of other flow restrictions (such as inlets or outlets), ;" which could otherwise give an uneven flow between the modules. In addition, the same area of each element is exposed to the action of the cooling fluid with a similar speed and temperature.
Модулі батареї організовані для ефективного охолодження елементів батареї, за допомогою максимізації їх швидкості охолоджувальної рідини, щоб досягти високого коефіцієнта теплопередачі між поверхнею елемента й охолоджувальним текучим середовищем. Цього досягають звуженням міжмодульного зазоруПдо величині, приThe battery modules are arranged to effectively cool the battery cells by maximizing their coolant velocity to achieve a high heat transfer coefficient between the cell surface and the cooling fluid. This is achieved by narrowing the intermodular gap to the value, at
Ме. якій охолоджувальний об'ємний потік текучого середовища починає зменшуватися, але швидкість текучогоMe. in which the cooling volume flow of the fluid begins to decrease, but the speed of the fluid
Го! середовища все ще збільшується. Більш вузький зазор також допомагає підняти коефіцієнт теплопередачі, оскільки менша відстань для теплопередачі в охолоджувальному текучому середовищі збільшує градієнт со температури від елемента до текучого середовища. с Оптимальна ширина каналу для течії холодоагенту залежить від довжини шляху потоку в напрямку потоку, також як від площі каналу для течії холодоагенту в площині, перпендикулярній потокові холодоагенту. Є більш слабка залежність оптимального проміжку на характеристики вентилятора. Для повітря ширина каналів 43 для дв течії холодоагенту дорівнює приблизно між 0,3 - 12мм, більш прийнятне між 1 - Умм і найбільш прийнятно між З - вмм. Для вертикального повітряного потоку через модуль висотою 17,78см, оптимальний досяжний середнійGo! environment is still increasing. A narrower gap also helps to raise the heat transfer coefficient because the shorter distance for heat transfer in the cooling fluid increases the temperature gradient from the element to the fluid. c The optimal width of the channel for the flow of the refrigerant depends on the length of the flow path in the direction of the flow, as well as on the area of the channel for the flow of the refrigerant in the plane perpendicular to the flow of the refrigerant. There is a weaker dependence of the optimal gap on the characteristics of the fan. For air, the width of channels 43 for two coolant flows is approximately between 0.3 - 12 mm, more acceptable between 1 - Umm and most acceptable between 3 - vmm. For vertical airflow through a module with a height of 17.78cm, the optimum achievable medium
Ф) зазор між модулями (ширина каналів 43 для течії холодоагенту) приблизно дорівнює З - 4мм (відстань по ка середній лінії завдовжки 105мм). Для горизонтального повітряного потоку, що тече поперек 4 модулів довжиною 40,64см у ряду з загальною відстанню 162,5бсм, оптимальний досяжний середній інтервал модуля (ширина бо каналів 43 для течії холодоагенту) приблизно дорівнює 7 - 8 мм (відстань по середній лінії довжиною 109мм).Ф) the gap between the modules (the width of the channels 43 for the flow of the refrigerant) is approximately equal to З - 4 mm (the distance along the middle line is 105 mm long). For a horizontal airflow flowing across 4 modules with a length of 40.64 cm in a row with a total distance of 162.5 bcm, the optimal achievable average interval of the module (the width of the 43 channels for the flow of the refrigerant) is approximately equal to 7 - 8 mm (the distance along the middle line with a length of 109 mm ).
Трохи менший міжмодульний зазор у дальньому кінці цього ряду призведе до більш високої витрати повітря і, отже, більш високого коефіцієнту теплопередачі, у такий спосіб компенсуючи більш високу температуру повітря на виході. Вторинний вхідний отвір або ряд вхідних отворів вздовж частини горизонтального шляху течії холодоагенту можуть також використовуватися в якості засобу введення додаткового холодоагенту, таким б5 чином створюючи теплопередачу між елементами батареї і холодоагентом більш однорідною вздовж усього шляху потоку.A slightly smaller inter-module gap at the far end of this row will result in a higher airflow and therefore a higher heat transfer coefficient, thus compensating for the higher outlet air temperature. A secondary inlet or series of inlets along a portion of the horizontal refrigerant flow path may also be used as a means of introducing additional refrigerant, thereby making the heat transfer between the battery cells and the refrigerant more uniform along the entire flow path.
Слід зазначити, що термін "відстань по середній лінії" іноді використовується як синонім ширини каналу для течії холодоагенту. Причина цього полягає в тому, що згадані значення ширини каналу для течії холодоагенту є середніми числами. Причина для цього усереднення в тому, що поверхні модулів батареї, який формують канали 43 для течії, не є однорідно плоскими та рівними, зв'язка, яка зв'язує модулі разом, і самі поверхні батарей викликають зміну фактичної ширини каналу вздовж їх довжини. Тому, іноді простіше описати ширину в термінах відстані між центрами окремих модулів, тобто ширини по середній лінії, яка змінюється для батарей різних розмірів. Тому, як правило, більш зручно описати середню ширину каналу, яка застосовується до модулів батареї незалежно від використовуваного фактичного розміру батареї. 70 Фіг.20 ї 21 зображують графіки залежності між шириною каналу для течії холодоагенту (тобто відстані по середній лінії) в залежності від об'ємної витрати холодоагенту, процентної частини від максимальної швидкості холодоагенту і процентної частини від максимальної теплопередачі для вертикального і горизонтального потоку холодоагенту, відповідно. Графіки подані для повітря в якості холодоагенту, і припускають турбулентний потік і обмеження вільного повітря 3095. Як можна бачити, існують явно оптимальні інтервали, який відрізняються /5 Залежно від напрямку течії холодоагенту. Найбільш ефективне функціонування здійснюється в діапазоні х 1090 від оптимальної теплопередачі, проте, при необхідності система може експлуатуватися поза цим діапазоном, збільшуючи об'ємну витрату холодоагенту. На кресленнях криві, позначені квадратами, являють собою об'ємну витрату холодоагенту (повітря) і відраховуються від лівої ординати, у той час як криві, позначені трикутниками і ромбами, являють собою процентну частину від максимальної теплопередачі і процентну частку від максимальної швидкості потоку холодоагенту, відповідно, та відраховуються від правої ординати.It should be noted that the term "centerline distance" is sometimes used as a synonym for the width of the refrigerant flow channel. The reason for this is that the mentioned values of the width of the channel for the flow of the refrigerant are average numbers. The reason for this averaging is that the surfaces of the battery modules forming the flow channels 43 are not uniformly flat and level, the bond that binds the modules together and the battery surfaces themselves cause the actual width of the channel to vary along their length. Therefore, it is sometimes easier to describe the width in terms of the distance between the centers of individual modules, that is, the width along the center line, which varies for batteries of different sizes. Therefore, it is generally more convenient to describe the average channel width that applies to battery modules regardless of the actual battery size used. 70 Fig. 20 and 21 show graphs of the dependence between the width of the channel for the flow of the refrigerant (ie, the distance along the middle line) depending on the volume flow rate of the refrigerant, the percentage of the maximum speed of the refrigerant and the percentage of the maximum heat transfer for vertical and horizontal flow of the refrigerant, in accordance. The graphs are given for air as the refrigerant, and assume turbulent flow and a free air restriction of 3095. As can be seen, there are clearly optimal intervals that differ /5 Depending on the direction of the refrigerant flow. The most efficient operation is carried out in the range of x 1090 from the optimal heat transfer, however, if necessary, the system can be operated outside this range, increasing the volume consumption of the refrigerant. In the drawings, the curves marked with squares represent the volume flow rate of the refrigerant (air) and are counted from the left ordinate, while the curves marked with triangles and diamonds represent the percentage of the maximum heat transfer and the percentage of the maximum flow rate of the refrigerant, respectively, and are counted from the right ordinate.
Щоб допомогти в досягненні і підтриманні необхідної відстані модулів всередині корпуса пакета і забезпечити електричну ізоляцію між модулями, кожен модуль містить прокладки 37 холодоагент-потік-канал, які утримують модулі 32 на оптимальній відстані від будь-яких інших модулів 32 і від корпуса 40 пакета батарей, щоб сформувати канали 43 для течії холодоагенту. Як розкрито вище, прокладки 37 холодоагент-потік-канал сч більш прийнятне встановлені зверху і знизу від модулів батареї 32, забезпечуючи захист кутам модулів 32, клемам 7, 8 батареї й електричним міжз'єднанням 25. Більш важливо, виводи на поверхнях прокладок 38 (8) утримують модулі на оптимальній відстані один від одного. Прокладки 37 більш прийнятне виготовляють з легкої, електрично непровідної речовини, такої як міцний полімер. Також важливо для загальної щільності енергії пакета, щоб прокладки містили якнайменше речовини, щоб виконати потрібну функцію і бути наскільки со зр Можливо легкими.To assist in achieving and maintaining the required module spacing within the pack housing and to provide electrical isolation between the modules, each module includes refrigerant-flow-channel spacers 37 that keep the modules 32 at an optimum distance from any other modules 32 and from the battery pack housing 40 , to form channels 43 for refrigerant flow. As disclosed above, the refrigerant-flow-channel gaskets 37 are preferably installed above and below the battery modules 32, providing protection to the corners of the modules 32, the battery terminals 7, 8 and the electrical interconnections 25. More importantly, the terminals on the surfaces of the gaskets 38 ( 8) keep the modules at an optimal distance from each other. Gaskets 37 are more preferably made of a light, electrically non-conductive substance, such as a strong polymer. It is also important for the overall energy density of the package that the pads contain as little material as possible to perform the desired function and be as light as possible.
Як відзначено вище, Мі-МН батареї функціонують найкраще у визначеному інтервалі температур. У той час як со система охолодження, описана вище, надає можливість системам пакета батарей, відповідно до цього со винаходу, підтримувати робочі температури нижче вищої межі оптимального температурного діапазону (і іноді функціонувати вище нижньої межі оптимальною температурного діапазону, якщо температура навколишнього ісе) повітря вища, ніж у батареї, Її вище нижньої межі оптимального температурного діапазону), існують моменти, «Е коли температура система батареї буде нижчою, ніж нижня межа оптимального інтервалу температур. Тому, є потреба так чи інакше забезпечити змінну термоіїзоляцію для деяких або усіх батарей і модулів у пакетній системі батарей.As noted above, Mi-MH batteries function best in a certain temperature range. While the cooling system described above enables the battery pack systems of the present invention to maintain operating temperatures below the upper limit of the optimum temperature range (and sometimes operate above the lower limit of the optimum temperature range if the ambient temperature is higher) , than the battery, It is above the lower limit of the optimal temperature range), there are times when the temperature of the battery system will be lower than the lower limit of the optimal temperature range. Therefore, there is a need to somehow provide variable thermal insulation for some or all batteries and modules in a battery pack system.
На додаток до систем охолодження, описаних вище, інший спосіб термічного управління пакетними « системами батарей, відповідно до цього винаходу, полягає у використанні температурно-залежних режимів в с заряду. Температурно-залежні режими заряду допускають ефективну зарядку при розмаїтості умов температури навколишнього повітря. Один засіб включає зарядку батарей до температурно-залежної межі напруги, що ;» безперервно обновляється, яка утримується, доки струм не знизиться до заданого значення, після чого визначений вхідної заряд подають при постійному струмі. Інший спосіб включає серію етапів з постійним струмом, що зменшується, або постійною потужністю до межі температурно-компенсованої напруги, з ї5» подальшою подачею певного заряду, яка здійснюється при постійному струмі чи потужності. Інший спосіб включає серію етапів постійного струму, що зменшується, або постійної потужності, яка завершуєтьсяIn addition to the cooling systems described above, another method of thermal management of battery pack systems, according to the present invention, is to use temperature-dependent modes of charging. Temperature-dependent charge modes allow effective charging under a variety of ambient air temperature conditions. One means involves charging the batteries to a temperature-dependent voltage limit that ;" is continuously updated, which is maintained until the current drops to a set value, after which the specified input charge is supplied at a constant current. Another method involves a series of stages with decreasing constant current or constant power up to the limit of temperature-compensated voltage, with a subsequent application of a certain charge, which is carried out at constant current or power. Another method involves a series of steps of decreasing constant current or constant power that terminates
Ме. максимально вимірюваною швидкістю підйому температури з подальшою подачею певного заряду, яка о здійснюється при постійному струмі або потужності. Використання температурно-залежних меж напруги гарантує 5о рівномірну ємність у широкому діапазоні температур і гарантує, що завершення заряду відбувається з со мінімальним збільшенням температури. Наприклад, використання фіксованих меж заряду напруги веде до с збільшення температури на 8"С в одному корпусі, у той час як використання температурно-компенсованої зарядки веде до підйому температури на 3"С за подібних умов. Межі абсолютної температури заряду (607С) потрібні для цієї батареї, щоб уникнути серйозного перегріву, який може відбуватися у випадку одночасної ов Відмови зарядного пристрою і системи охолодження. Визначення швидкості зміни напруги від часу (ам / а) на основі пакета або модуля дозволяє негативному значенню ам / аї служити в якості ознаки закінчення заряду. ЦеMe. by the maximum measured speed of temperature rise with subsequent supply of a certain charge, which is carried out at constant current or power. The use of temperature-dependent voltage limits guarantees 5o uniform capacity over a wide temperature range and ensures that the charge is completed with a minimal increase in temperature. For example, the use of fixed voltage charge limits leads to an increase in temperature of 8"C in one case, while the use of temperature-compensated charging leads to a temperature increase of 3"C under similar conditions. Absolute charge temperature limits (607C) are required for this battery to avoid serious overheating that can occur in case of simultaneous failure of the charger and the cooling system. Determination of the rate of change of voltage over time (am / a) based on the package or module allows a negative value of am / ai to serve as a sign of the end of the charge. It
Ф) може відвернути надмірний перезаряд і поліпшити ефективність експлуатації батареї, а також служити як ка додаткове обмеження безпеки.F) can prevent excessive overcharging and improve the efficiency of battery operation, as well as serve as an additional safety limit.
Приклад режиму температурно-залежного заряду наведено у Таблиці 3. 60 Таблиця З 1) Зарядка при максимальній потужності, доки не буде досягнута межа напруги" "7. 2) Зменшують струм на 3095 і заряджають, доки не буде досягнута" "2. З межа напруги"". 3) Повторення кроку 2), доки струм « БА." 2.3 4) Повна зарядка при постійному струмі 5А, заряд протягом однієї години, якщо перезаряд в ампер-годинах 65 більший, ніж БА"год. 77. 2. З 5) Перезапуск зарядки кожні 2 години, або кожні Х годин (див. нижче для ілюстративного рівняння для Х)" 5.An example of the temperature-dependent charge mode is given in Table 3. 60 Table C 1) Charging at maximum power until the voltage limit is reached" "7. 2) Reduce the current by 3095 and charge until "2" is reached. From the voltage limit"". 3) Repeat step 2) until the current is "BA." 2.3 4) Full charge at a constant current of 5A, charge for one hour, if the overcharge in ampere-hours is 65 greater than BA"h. 77. 2. C 5) Restart charging every 2 hours, or every X hours (see below for an illustrative equation for X)" 5.
Як альтернатива - перезапуск зарядки, якщо напруга модуля батареї падає нижче 158, або як альтернатива, перезапуск зарядки, якщо напруга модуля батареї падає нижче межі напруги мінус зсув (наприклад, 0,58 на модуль) або, як альтернатива, робота батареї вхолосту на межі напруги мінус вищевказаний зсув. В усіх зазначених вище випадках максимальна температура батареї повинна бути меншою від 50"С до перезапуску зарядки. "1) Струм повинен бути обмежений 10А, якщо максимальна температура батареї більша 407с. "2) Переривання зарядки, якщо максимальна температура батареї більша 607С - лише перезапуск зарядки, якщо максимальна температура батареї падає нижче 507С. 70 "3) Обмежити загальний заряд до максимум 95А"год для початкового заряду або ЗОА"год для перезапусків. «4) поган - п . мМ ежанаприг и - 16,65 - Би акс.текмпер.б атареї геслі Кількістькодупів «5) наприклад, Х - 20(1 - Мін. прийнятний стан заряду (95))7 (60 - Макс. темп. батареї)Alternatively, restart charging if the battery module voltage drops below 158, or alternatively, restart charging if the battery module voltage drops below the minus offset voltage limit (eg 0.58 per module) or alternatively, idle battery operation at the limit voltage minus the above shift. In all of the above cases, the maximum temperature of the battery must be less than 50"C before charging is restarted. "1) The current must be limited to 10A if the maximum temperature of the battery is greater than 407C. "2) Interrupt charging if the maximum battery temperature is greater than 607C - only restart charging if the maximum battery temperature falls below 507C. 70 "3) Limit the total charge to a maximum of 95A"h for initial charge or ZOA"h for restarts. "4) Pagan - p. ММ ежанаприг и - 16.65 - Bi aks.tekmper.b atarei password Number of codes "5) for example, X - 20(1 - Min. acceptable state of charge (95))7 (60 - Max. battery temp.)
Фіг.22 і 23 ілюструють, як режим зарядки з "температурно-кюомпенсованою межею напруги" може зменшувати зростання температури під час заряду пакетних систем батарей. Ці креслення зображують графік зростання температури пакета, батареї і напругу пакета в залежності від часу під час заряду і розряду пакета. На фіг.22 (температурно-компенсована межа напруги), верхня крива являє собою напругу пакета, а нижня крива подає температуру пакета вище навколишньої. Фіг.22 вказує, що наприкінці циклу заряду, позначеного піком кривої напруги, пакет батарей зазнав лише підйом температури на 3"С вище навколишньої температури. Навпаки, фіг.23 вказує збільшення температури на 8"С від температури навколишнього середовища при використанні способу зарядки з "фіксованою межею напруги". Тут крива, показана штриховою лінією, являє собою напругу пакета, а крива, показана суцільною лінією, представляє температуру пакета. Тому, можна бачити, що більшу СМ частину згенерованої теплоти при стандартному заряді було вилучено з використанням режиму зарядки з о "температурно-компенсованою межею напруги".Figures 22 and 23 illustrate how the charging mode with "temperature-compensated voltage limit" can reduce the temperature rise during charging of battery pack systems. These plots plot the rise in temperature of the pack, the battery and the voltage of the pack versus time during the charge and discharge of the pack. In Fig.22 (temperature-compensated voltage limit), the upper curve represents the voltage of the package, and the lower curve gives the temperature of the package above the ambient. Fig. 22 indicates that at the end of the charge cycle, indicated by the peak of the voltage curve, the battery pack experienced only a temperature increase of 3"C above the ambient temperature. In contrast, Fig. 23 indicates a temperature increase of 8"C from the ambient temperature when using the charging method with "fixed voltage limit". Here, the curve shown by the dashed line represents the package voltage and the curve shown by the solid line represents the package temperature. Therefore, it can be seen that most of the SM part of the generated heat during standard charging was removed using the charging mode with o "temperature-compensated voltage limit".
Як описано вище, на додаток до наявності верхньої межі робочого інтервалу температур батарей, відповідно до цього винаходу, є також нижня межа. Як також описано вище, коли температура навколишнього повітря вища від температури батареї, "система охолодження" може використовуватися в якості системи нагрівання. Проте, (2,0) набагато більш ймовірним є те, що, якщо температура пакета батарей низька, то температура навколишнього со повітря буде також низькою, і, мабуть, нижчою від температури пакета батарей. Тому, повинні бути моменти під час робочого використання пакетної системи батарей, коли буде вигідно термічно ізолювати батареї від г) навколишнього середовища. Проте, потреба в термоізоляції не буде постійною і може сильно змінюватися лише «со на дуже короткий інтервал часу. Тому, необхідність у термоізоляції також буде змінною.As described above, in addition to the upper limit of the operating temperature range of the batteries according to the present invention, there is also a lower limit. As also described above, when the ambient air temperature is higher than the battery temperature, the "cooling system" can be used as a heating system. However, (2,0) it is much more likely that if the temperature of the battery pack is low, then the temperature of the surrounding air will also be low, and probably lower than the temperature of the battery pack. Therefore, there must be times during operational use of a battery pack system when it will be advantageous to thermally isolate the batteries from d) the environment. However, the need for thermal insulation will not be constant and may vary greatly only for a very short time interval. Therefore, the need for thermal insulation will also be variable.
Щоб пристосувати цю змінну потребу для термоізоляції, заявники винайшли засіб для забезпечення змінної « термоізоляції. Новий засіб змінної термоізоляції може використовуватися на окремих батареях, модулях батареї і також пакетних системах батарей.To accommodate this variable need for thermal insulation, applicants have invented a means to provide variable "thermal insulation." The new means of variable thermal insulation can be used on individual batteries, battery modules and also battery pack systems.
У найбільш загальній формі засіб забезпечує змінну термоізоляцію, принаймні, для частини перезарядної « системи батарей, яка найбільш безпосередньо піддається зазначеним навколишнім температурним умовам так, щоб підтримати температуру перезарядної системи батарей у необхідному робочому діапазоні за перемінних т с умов навколишнього середовища. ч Щоб забезпечити цю змінну термоізоляцію, винахідники об'єднали засіб температурного датчика, засіб » стисливої термоізоляції і засіб для стискання стисливого засобу термоізоляції у відповідь на температуру, визначену тепловим датчиком. Коли температурний датчик указує, що температура навколишнього середовища мала, термоізоляцію розташовують у необхідних областях для ізоляції областей батареї, модуля або пакетної ве системи батарей, що піддаються впливу. Коли температура навколишнього середовища більш висока, б температурний датчик змушує термоізоляцію частково або цілком стискатись так, що фактор ізоляції, забезпечуваний для системи батарей за допомогою стисливої ізоляції, частково або цілком вилучається. со Теплові датчики можуть бути електронними датчиками, які подають інформацію на поршневі пристрої, які о 50 поперемінне збільшують або зменшують силу стискання на стисливу піну чи волоконну ізоляцію. Як альтернатива (і більш прийнятне, виходячи з використання електричної енергії і з. точки зору механічної со надійності), датчик і пристрої стискання можуть бути об'єднані в одиночні механічні пристрої, які викликають перемінну силу стискання на термоізоляцію в якості безпосередньої реакції на навколишні теплові умови. Такий об'єднаний пристрій датчик/пристрій стискання може виготовлятись з біметалічної речовини, такої як смуги, що використовуються в термостатах. За низьких температур навколишнього повітря біметалічний пристрійIn its most general form, the means provides variable thermal insulation, at least for the part of the rechargeable battery system that is most directly exposed to the specified ambient temperature conditions so as to maintain the temperature of the rechargeable battery system in the required operating range under variable environmental conditions. h In order to provide this variable thermal insulation, the inventors combined a temperature sensing means, a compressible thermal insulation means, and a means for compressing the compressible thermal insulation means in response to the temperature detected by the thermal sensor. When the temperature sensor indicates that the ambient temperature is low, thermal insulation is placed in the necessary areas to isolate the exposed areas of the battery, module or battery pack and system. When the ambient temperature is higher, the temperature sensor causes the thermal insulation to partially or fully compress so that the insulation factor provided to the battery system by the compressible insulation is partially or fully removed. Thermal sensors can be electronic sensors that provide information to piston devices that alternately increase or decrease the compression force on compressible foam or fiber insulation by 50 degrees. As an alternative (and more acceptable, based on the use of electrical energy and from the perspective of mechanical reliability), the sensor and compression devices can be combined into a single mechanical device that causes a variable compression force on the thermal insulation as a direct response to the surrounding thermal conditions Such a combined sensor/compression device can be made of a bimetallic material such as the strips used in thermostats. At low temperatures of the surrounding air, a bimetallic device
Ге! дозволятиме термоізоляції розтягуватися на місці щоб захистити систему батареї від холодних умов навколишнього середовища, але, коли температура батареї або навколишнього середовища підвищена, де біметалічний пристрій стискає ізоляцію, щоб усунути ізолюючий ефект з системи батарей.Gee! will allow the insulation to stretch in place to protect the battery system from cold ambient conditions, but when the battery or ambient temperature is elevated, where the bimetallic device compresses the insulation to remove the insulating effect from the battery system.
У той час як змінна термоізоляція може використовуватися, щоб цілком оточити всю батарею, модуль або 60 пакетну систему батарей, робити так не завжди необхідно. Змінна термоізоляція може бути саме ефективною, коли вона тільки ізолює проблемні точки системи. Наприклад, у модулях батареї і пакетних системах, відповідно до цього винаходу, які використовують ребристі кінцеві пластини, може тільки бути необхідним термічне ізолювати кінці модулів, на які найбільш безпосередньо впливають умови низьких температур навколишнього середовища. Ці умови навколишнього середовища можуть викликати великі температурні дисбаланси між 65 батареями модуля(ів) і, як наслідок, погіршувати ефективність модуля або пакетної системи. Забезпечуючи змінну ізоляцію для кінця(ів) модуля(ів), що піддається(ються) впливу, різницю температур між батареями може бути зменшено або усунуто, і загальна температура модуля(ів) може бути керованою. Нарешті, має також бути відзначено, що термоізоляція не обов'язково повинна торкатися батарей або модулів, але може розташовуватись на відстані від модулів і лишити мертву повітряну зону поблизу батареї або модуля, що діє в якості додаткової термоізоляції.While variable thermal insulation can be used to completely surround an entire battery, module, or 60-pack battery system, it is not always necessary to do so. Variable thermal insulation can be most effective when it only isolates the problem points of the system. For example, in battery modules and package systems, according to the present invention, which use ribbed end plates, it may only be necessary to thermally insulate the ends of the modules, which are most directly affected by low ambient temperature conditions. These environmental conditions can cause large temperature imbalances between the 65 batteries of the module(s) and, as a result, degrade the performance of the module or package system. By providing variable insulation for the exposed end(s) of the module(s), the temperature difference between the batteries can be reduced or eliminated and the overall temperature of the module(s) can be controlled. Finally, it should also be noted that the thermal insulation does not necessarily have to touch the batteries or modules, but can be located at a distance from the modules and leave a dead air zone near the battery or module that acts as additional thermal insulation.
Опис, поданий тут у вигляді докладних варіантів втілення, цілююом розкриває цей винахід, і наведені в ньому подробиці не повинні інтерпретуватися як обмеження справжнього обсягу вина ходу, який викладено і визначено у формулі винаходу, викладе ній нижче.The description given herein in the form of detailed embodiments is intended to disclose this invention, and the details therein should not be construed as limiting the true scope of the invention as set forth and defined in the claims set forth below.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US1997/000805 WO1998031059A1 (en) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA46888C2 true UA46888C2 (en) | 2002-06-17 |
Family
ID=22260251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA99084633A UA46888C2 (en) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | LIQUID COOLED BATTERY PACKAGE SYSTEM, HIGH POWER BATTERY MODULE, CHARGED BATTERY AND BATTERY CHARGED SYSTEM |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0956602A4 (en) |
JP (1) | JP4286909B2 (en) |
KR (5) | KR100449983B1 (en) |
AU (1) | AU737894B2 (en) |
CA (1) | CA2276569C (en) |
UA (1) | UA46888C2 (en) |
WO (1) | WO1998031059A1 (en) |
Families Citing this family (50)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4224186B2 (en) * | 1999-06-10 | 2009-02-12 | パナソニック株式会社 | Collective secondary battery |
JP4220649B2 (en) * | 1999-06-10 | 2009-02-04 | パナソニック株式会社 | Assembled battery |
JP4136223B2 (en) | 1999-09-21 | 2008-08-20 | 松下電器産業株式会社 | Secondary battery |
JP4416266B2 (en) | 1999-10-08 | 2010-02-17 | パナソニック株式会社 | Sealed prismatic battery |
JP4559567B2 (en) | 1999-10-08 | 2010-10-06 | パナソニック株式会社 | Sealed storage battery |
JP4921629B2 (en) | 2000-03-31 | 2012-04-25 | パナソニック株式会社 | Fluid-cooled battery pack system |
JP4959867B2 (en) * | 2000-04-12 | 2012-06-27 | パナソニック株式会社 | Assembled battery heat dissipation evaluation method and assembled battery cooling design method using this heat dissipation evaluation method |
JP4757369B2 (en) * | 2000-05-08 | 2011-08-24 | パナソニック株式会社 | Rectangular alkaline storage battery, unit battery and assembled battery using the same |
JP3805664B2 (en) * | 2001-11-01 | 2006-08-02 | 株式会社マキタ | Battery pack |
JP4242665B2 (en) | 2002-05-13 | 2009-03-25 | パナソニック株式会社 | Battery pack cooling device and secondary battery |
JP4362321B2 (en) | 2003-06-13 | 2009-11-11 | パナソニック株式会社 | Assembled battery |
US8557429B2 (en) | 2005-02-18 | 2013-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Battery pack having battery modules held by holding spacers |
KR100684763B1 (en) | 2005-07-29 | 2007-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery module and connector |
KR100684846B1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery module |
JP5177947B2 (en) * | 2005-08-11 | 2013-04-10 | 新日鐵住金株式会社 | Battery pack and battery case with excellent heat dissipation |
WO2007053993A1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-18 | Byd Company Limited | A heat dissipating device for a battery pack, and a battery pack using the same |
KR100749655B1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-08-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery Pack |
KR101143314B1 (en) * | 2006-10-16 | 2012-05-09 | 주식회사 엘지화학 | Battery Module of Compact Joint Structure |
JP5082568B2 (en) * | 2007-04-26 | 2012-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | Power storage device |
JP2008282582A (en) | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Battery pack |
KR100981878B1 (en) * | 2007-06-14 | 2010-09-14 | 주식회사 엘지화학 | Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux |
KR100951324B1 (en) * | 2007-06-14 | 2010-04-08 | 주식회사 엘지화학 | Middle or Large-sized Battery Pack Case Providing Improved Distribution Uniformity of Coolant Flux |
US8231996B2 (en) | 2008-02-15 | 2012-07-31 | Atieva Usa, Inc | Method of cooling a battery pack using flat heat pipes |
KR101112442B1 (en) * | 2008-10-14 | 2012-02-20 | 주식회사 엘지화학 | Battery Module Assembly of Improved Cooling Efficiency |
JP5405102B2 (en) | 2008-12-27 | 2014-02-05 | 三洋電機株式会社 | Battery system |
DE102009016868A1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-14 | Li-Tec Battery Gmbh | Galvanic cell, cell stack and heat sink |
CN102422458B (en) | 2009-05-14 | 2014-12-24 | 株式会社杰士汤浅国际 | Battery assembly |
KR101130043B1 (en) * | 2009-07-27 | 2012-03-28 | 주식회사 엘지화학 | Battery Module of Improved Cooling Efficiency |
EP2482356B1 (en) | 2009-09-24 | 2016-04-20 | LG Chem, Ltd. | Prismatic secondary battery having a safety groove |
US8846232B2 (en) | 2009-11-11 | 2014-09-30 | Atieva, Inc. | Flash cooling system for increased battery safety |
WO2012033234A1 (en) * | 2010-09-06 | 2012-03-15 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | Energy repository discharge system for construction machinery |
TWI451614B (en) * | 2010-12-08 | 2014-09-01 | Changs Ascending Entpr Co Ltd | Electrode structure of lithium battery |
KR101275813B1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-06-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery pack assembly |
US9705160B2 (en) | 2012-06-18 | 2017-07-11 | Hzo, Inc. | Moisture resistant energy storage devices and associated methods |
DE102012108767B4 (en) | 2012-09-18 | 2022-04-21 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | battery module |
JP6065327B2 (en) * | 2013-11-18 | 2017-01-25 | 本田技研工業株式会社 | Power storage module |
KR101638105B1 (en) * | 2014-12-23 | 2016-07-08 | 포스코에너지 주식회사 | Module for high temperature operated secondary battery |
KR102224592B1 (en) * | 2015-03-16 | 2021-03-08 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | Battery pack of matrix structure for electromobile |
US10249916B2 (en) | 2015-04-13 | 2019-04-02 | Johnson Controls Technology Company | Connector barrel for a battery module |
USD920251S1 (en) | 2015-09-10 | 2021-05-25 | Cps Technology Holdings Llc | Battery module connector barrel |
JP6508094B2 (en) * | 2016-03-10 | 2019-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle power system |
US10543795B2 (en) | 2016-09-02 | 2020-01-28 | Cps Technology Holdings Llc | Battery module connector barrel |
USD867993S1 (en) | 2016-09-02 | 2019-11-26 | Cps Technology Holdings Llc | Battery module connector barrel |
US11784365B2 (en) * | 2017-03-01 | 2023-10-10 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery module |
FR3067170A1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-12-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | TRAVERSEE FORMING TERMINAL FOR METAL-ION ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR, INCORPORATING A GAS RELEASE VALVE, ASSOCIATED ACCUMULATOR |
CN109613055B (en) * | 2018-12-27 | 2023-12-12 | 上海工程技术大学 | Steady state measuring method and measuring device for radial heat conductivity coefficient of cylindrical battery |
JP7212564B2 (en) * | 2019-03-20 | 2023-01-25 | 株式会社Subaru | automotive battery |
CN116420085A (en) * | 2020-10-22 | 2023-07-11 | Ems铱美解决有限责任公司 | Composite battery connector system |
CN114552064B (en) * | 2022-02-28 | 2023-11-07 | 重庆邮电大学 | Cooling system for lithium ion battery pack of electric automobile |
CN115483474B (en) * | 2022-10-24 | 2023-06-30 | 深圳市柏特瑞电子有限公司 | Battery charging monitoring system |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3463672A (en) * | 1967-08-10 | 1969-08-26 | Mc Graw Edison Co | Battery construction |
US3607439A (en) * | 1969-07-02 | 1971-09-21 | Olin Mathieson | Minature battery or power cell containers |
US4020244A (en) * | 1975-02-18 | 1977-04-26 | Motorola, Inc. | Clamping structure for battery cells |
US4468440A (en) * | 1982-05-21 | 1984-08-28 | General Electric Company | Air heating and cooling system for aircraft batteries |
GB8419064D0 (en) * | 1984-07-26 | 1984-08-30 | Lucas Ind Plc | Electric storage battery |
JPH04358950A (en) * | 1991-05-31 | 1992-12-11 | Honda Motor Co Ltd | Electrically-driven vehicle and charging stand thereof |
US5510201A (en) * | 1992-04-24 | 1996-04-23 | H Power Corporation | Method of operating a fuel cell wherein hydrogen is generated by providing iron in situ |
JP3242153B2 (en) * | 1992-06-08 | 2001-12-25 | 本田技研工業株式会社 | Battery module temperature control structure |
US5258242A (en) * | 1993-02-08 | 1993-11-02 | Ovonic Battery Company, Inc. | Electrochemical cell having improved pressure vent |
US5558950A (en) * | 1993-03-05 | 1996-09-24 | Ovonic Battery Company, Inc. | Optimized cell pack for large sealed nickel-metal hydride batteries |
JPH0785847A (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Unit cell and battery system of sealed type alkaline storage battery |
US5472802A (en) * | 1993-10-25 | 1995-12-05 | Ovonic Battery Company, Inc. | Sealed hydride batteries, including a new lid-terminal seal and electrode tab collecting comb |
JP3015667B2 (en) * | 1994-05-31 | 2000-03-06 | 三洋電機株式会社 | Sealed prismatic batteries |
-
1997
- 1997-01-13 KR KR10-2004-7003613A patent/KR100449983B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-01-13 EP EP97902993A patent/EP0956602A4/en not_active Ceased
- 1997-01-13 AU AU17034/97A patent/AU737894B2/en not_active Ceased
- 1997-01-13 KR KR10-2003-7008623A patent/KR20030066764A/en active Search and Examination
- 1997-01-13 WO PCT/US1997/000805 patent/WO1998031059A1/en active IP Right Grant
- 1997-01-13 UA UA99084633A patent/UA46888C2/en unknown
- 1997-01-13 KR KR10-2003-7008622A patent/KR20030066763A/en not_active Application Discontinuation
- 1997-01-13 CA CA002276569A patent/CA2276569C/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-13 KR KR10-1999-7006292A patent/KR100422175B1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-01-13 JP JP53082398A patent/JP4286909B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-13 KR KR10-2003-7008624A patent/KR20030066765A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU737894B2 (en) | 2001-09-06 |
KR100422175B1 (en) | 2004-03-10 |
CA2276569A1 (en) | 1998-07-16 |
CA2276569C (en) | 2006-11-14 |
WO1998031059A1 (en) | 1998-07-16 |
KR20030066765A (en) | 2003-08-09 |
KR20030066763A (en) | 2003-08-09 |
EP0956602A1 (en) | 1999-11-17 |
KR20030066764A (en) | 2003-08-09 |
EP0956602A4 (en) | 2004-09-22 |
KR100449983B1 (en) | 2004-09-22 |
JP2001507856A (en) | 2001-06-12 |
JP4286909B2 (en) | 2009-07-01 |
AU1703497A (en) | 1998-08-03 |
KR20040031078A (en) | 2004-04-09 |
KR20000070071A (en) | 2000-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
UA46888C2 (en) | LIQUID COOLED BATTERY PACKAGE SYSTEM, HIGH POWER BATTERY MODULE, CHARGED BATTERY AND BATTERY CHARGED SYSTEM | |
US5879831A (en) | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs | |
US7217473B2 (en) | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules, and battery packs | |
US6372377B1 (en) | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs | |
US9160038B2 (en) | Battery assembly | |
US10632848B2 (en) | Battery module of improved safety | |
US20080193830A1 (en) | Battery assembly with temperature control device | |
US20020121396A1 (en) | Hybrid electric vehicle | |
US20080268333A1 (en) | Integral battery thermal management | |
WO2000033398A1 (en) | Storage battery | |
JP2001511594A (en) | Thermal management device and method for semiconductor energy storage device | |
RU2187865C2 (en) | Mechanical and thermal perfection of nickel-cadmium-hybrid batteries, battery modules and blocks of batteries | |
AU5443001A (en) | Mechanical and thermal improvements in battery modules | |
MXPA99006499A (en) | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries, battery modules and battery packs | |
AU5443101A (en) | Mechanical and thermal improvements in metal hydride batteries | |
AU5443401A (en) | Rechargeable battery system |