Электрохимическое устройство (варианты)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двухслойных конденсаторов - суперконденсаторов. Электрохимическое устройство содержит сборный пакет единичных электрохимических элементов в ламинирующем корпусе. Каждый электрохимический элемент выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами на противоположных сторонах рулона. Концевые токоотводы смежных электрохимических элементов по первому варианту соединены гибкими проводящими перемычками, а по второму – неразъемно соединены непосредственно между собой. Каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру. Камеры образованы единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом. Повышение КПД устройства за счет снижения контактного сопротивления токопроводящих элементов батареи при простоте изготовления сборки электрохимического устройства, является техническим результатом изобретения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно, к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двухслойных конденсаторов - суперконденсаторов.
Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее сборный пакет единичных электрохимических элементов в ламинирующем корпусе, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах рулона (см. патент RU 140924, кл. H01G 11/12, опубл. 20.05.2014). Недостатками известного устройства являются сложность изготовления и высокие контактные сопротивления элементов батареи, что повышает внутреннее сопротивление электрохимического источника.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления и повышении КПД устройства.
По первому варианту изобретения поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем сборный пакет единичных электрохимических элементов в ламинирующем корпусе, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах рулона, концевые токоотводы смежных электрохимических элементов соединены гибкими проводящими перемычками, а каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру, образованную единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом. Проводящие перемычки могут быть выполнены в виде отдельных гибких проволочек или гибких полос с рельефной поверхностью или вырезами. Предпочтительно, по меньшей мере, одна проводящая перемычка снабжена электровыводом, выходящим за пределы ламинирующего корпуса и обеспечивающим возможность подключения электронных схем балансировки напряжения. В ламинирующем корпусе могут быть выполнены окна, обеспечивающие возможность электрического подключения к концевым токоотводам электрохимических элементов.
По второму варианту изобретения поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах рулона, концевые токоотводы смежных электрохимических элементов выполнены гибкими и неразъемно соединены между собой, а каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру, образованную единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом. Концевые токоотводы предпочтительно соединены посредством ультразвуковой или лазерной сварки.
На фиг. 1 представлен пакет единичных электрохимических элементов в разложенном ламинирующем корпусе по первому варианту;
на фиг. 2 - то же в корпусе, сложенном зигзагом;
на фиг. 3 - узел неразъемного соединения токоотводов по второму варианту.
Электрохимическое устройство представляет собой сборный пакет единичных электрохимических элементов 1, заключенный внутри корпусных элементов (на чертеже не показаны) - двух фланцев и набора плоских стяжек для сжатия и фиксации электрохимических элементов 1 в пакете. Каждый электрохимический элемент 1 выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами 2, аналогично прототипу.
Особенностью предлагаемой конструкции является то, что концевые токоотводы 2 нескольких или всех смежных электрохимических элементов 1 неразъемно соединены между собой: по первому варианту посредством гибких проводящих коммутационных перемычек 3, а по второму варианту - непосредственно между собой с помощью ультразвуковой или лазерной сварки. Во втором варианте сами токоотводы 2 выполнены гибкими. Такая конструкция практически полностью исключает переходные сопротивления между элементами 1, что позволяет значительно повысить мощностные характеристики батареи. При этом каждый электрохимический элемент 1 в пакете заключен в герметичную камеру, образованную единым для всех элементов ламинирующим корпусом 4 (зоны герметизации показаны на фиг. 1).
Перемычки 3 или сваренные участки проходят из одной камеры в другую, не нарушая герметичности. Перемычки 3 могут быть выполнены в виде отдельных гибких проволочек или гибких полос с рельефной поверхностью или вырезами различной формы для обеспечения лучшего сопряжения с корпусом 4. В целях компактности корпус 4 в местах прохода перемычек 3 или в местах сваренных участков сложен зигзагом и зафиксирован между фланцами корпуса с помощью стяжек.
Перемычки 3 могут полностью находиться внутри корпуса 4 или снабжаться электровыводом 5, выходящим за пределы ламинирующего корпуса 4, для подключения электронных схем балансировки напряжения на элементах устройства. Для обеспечения доступа к поверхности токоотводов 2 ламинирующий корпус 4, сохраняя герметичность камер, может иметь свободные от ламината окна 6 с одной или с двух сторон, обеспечивающие возможность электрического подключения к токоотводам 2 третьего электрода для формирования литий-ионных аккумуляторов.
Предлагаемые конструкции электрохимического устройства с общим ламинирующим корпусом за счет снижения количества составных частей и трудоемкости сборки значительно упрощают его изготовление, при этом снижая внутреннее сопротивление и тем самым увеличивая КПД.
1. Электрохимическое устройство, содержащее сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах рулона, отличающееся тем, что концевые токоотводы смежных электрохимических элементов соединены гибкими проводящими перемычками, а каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру, образованную единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом.
2. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что проводящие перемычки выполнены в виде отдельных гибких проволочек или гибких полос с рельефной поверхностью или вырезами.
3. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна проводящая перемычка снабжена электровыводом, выходящим за пределы ламинирующего корпуса и обеспечивающим возможность подключения электронных схем балансировки напряжения.
4. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в ламинирующем корпусе выполнены окна, обеспечивающие возможность электрического подключения к концевым токоотводам электрохимических элементов.
5. Электрохимическое устройство, содержащее сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах рулона, отличающееся тем, что концевые токоотводы смежных электрохимических элементов выполнены гибкими и неразъемно соединены между собой, а каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру, образованную единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом.
6. Электрохимическое устройство по п. 5, отличающееся тем, что концевые токоотводы соединены посредством ультразвуковой или лазерной сварки.
