PL66608Y1 - Zlacze biegunów ogniw elektrycznych - Google Patents

Description

2 PL 66 608 Υ1

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest złącze biegunów ogniw elektrycznych mające zastosowanie zwłaszcza przy wytwarzaniu i eksploatacji modułów bateryjnych przeznaczonych do zasilania samochodów z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Poszczególne ogniwa baterii elektrycznych tworzące moduł mogą być łączone elektrycznie w sposób szeregowy, równoległy lub w sposób mieszany, czyli szeregowo-równoległy, aby uzyskać pożądane napięcie, natężenie prądu lub pojemność elektryczną.

Bieguny dodatni i ujemny ogniwa wyprowadzone są blisko siebie w postaci dwóch cienkich blaszek, aluminiowej i miedzianej. Taka konstrukcja biegunów sprawia problem ze skutecznym elektrycznym połączeniem ze sobą ogniw elektrycznych w moduły baterii, ponieważ łączone materiały mają różne właściwości elektrochemiczne i na ich styku, przy obecności wilgoci tworzy się ogniwo elektryczne, co znacznie przyśpiesza korozję połączenia i pogarsza parametry elektryczno-mechaniczne. Zwiększenie się rezystancji złącza biegunów powoduje wzrost wydzielanego ciepła w miejscu połączenia, co ma dalszy wpływ na szybsze utlenianie aluminiowej części złącza. Z tego powodu w znanych rozwiązaniach, przy łączeniu biegunów ogniw z dwóch różnych metali stosuje się zwykle dodatkowe przekładki bimetalowe.

Znany jest z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP 2007 323 952 pakiet akumulatorów zawierający zestaw ogniw połączonych szeregowo przy pomocy metalowych płytek łączących bieguny dodatnie z biegunami ujemnymi sąsiednich ogniw. W celu uzyskania niezawodnego długotrwałego połączenia o niskiej oporności elektrycznej, bieguny ogniw łączy się ze sobą przy wykorzystaniu techniki zgrzewania ultradźwiękowego.

Znany jest również z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 939 956 pakiet akumulatorów, w którym dla lepszego wykorzystania przestrzeni, końcówki łączonych ze sobą elektrod są wygięte pod kątem prostym i połączone parami. W celu właściwego przylegania łączonych biegunów sąsiednich ogniw na dużej powierzchni istotnym jest, aby zachować odpowiednie położenie łączonych ze sobą końcówek elektrod. Stykające się końcówki sąsiadujących ogniw są łączone ze sobą zaciskami śrubowymi, przy czym właściwe przyleganie końcówek elektrod na znacznej powierzchni jest uzyskiwane dzięki ich dużej grubości i wiążącej się z tym odpowiedniej sztywności.

Znany jest także z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr LJS 2005/0 031 946 zestaw ogniw połączonych szeregowo, w którym bieguny sąsiednich ogniw łączone są poprzez docisk za pomocą listwy dociskowej prowadzonej w podłużnej szczelinie prowadzącej. W rozwiązaniu tym, mała powierzchnia styku biegunów nie zapewnia żądanej trwałości połączenia, zwłaszcza przy łączeniu biegunów wykonanych z różnego rodzaju metali.

Znany jest również z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US 2008/0 124 617 zestaw połączonych ogniw elektrycznych, w którym bieguny sąsiednich ogniw łączone są przez docisk pomiędzy elementami kształtującym. W rozwiązaniu tym zostały wykorzystane prostokątne podporowe elementy kształtujące i pokrywowe elementy kształtujące, również o kształcie prostokątnym, przy czym te kształtujące prostokątne elementy mają zaokrąglone naroża. Prostokątny kształt elementów dociskowych nie pozwala na uzyskanie zwiększonej skuteczności łączenia biegunów sąsiednich ogniw na całej długości styku.

Celem wzoru użytkowego jest opracowanie takiej konstrukcji złącza biegunów ogniw elektrycznych, która umożliwi właściwy docisk końcówek elektrod na dużej płaszczyźnie, a w wyniku tego również pewne i trwałe połączenie elektryczne o niskiej oporności elektrycznej, zapewniające lepsze wykorzystanie przestrzeni.

Dodatkowym celem wzoru użytkowego jest opracowanie takiej konstrukcji złącza, która umożliwi montaż ogniw w pakiety i ich eksploatację z mniejszym prawdopodobieństwem powstawania przypadkowych zwarć. Złącze biegunów ogniw elektrycznych, w którym bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych stykają się i są dociśnięte elementem zaciskowym pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że zarówno podporowy element kształtujący jak i pokrywowy element kształtujący mają łukowe powierzchnie kształtujące.

Korzystnie, podporowy element kształtujący i/lub pokrywowy element kształtujący są wykonane z tworzywa sztucznego.

Korzystnie, pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym jest zaciśnięte wyprowadzenie prądowe. 3 PL 66 608 Υ1

Korzystnym jest także, gdy pomiędzy częścią czołową ogniw elektrycznych a podporowym elementem kształtującym jest umieszczona izolująca płyta czołowa z podłużnymi otworami, przez które przechodzą bieguny ogniw elektrycznych. Dodatkowo, bieguny poszczególnych ogniw elektrycznych są połączone z płytą elektroniki.

Poprzez zaciśnięcie płaskich i giętkich biegunów sąsiednich ogniw pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym, bieguny ogniw zostają wyprofilowane i skutecznie dociśnięte do siebie przy wykorzystaniu mniejszej przestrzeni.

Jako element kształtujący dla potrzeb niniejszego wzoru użytkowego rozumie się każdy element posiadający przestrzennie ukształtowaną powierzchnię profilującą inną niż płaską, który płaskim biegunom ogniw nadaje wygięty, łukowy profil podczas ich łączenia przez zaciskanie.

Przedmiot wzoru użytkowego jest zilustrowany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złącze biegunów ogniw elektrycznych w widoku perspektywicznym rozstrzelonym przed zaciśnięciem, fig. 2 - złącze biegunów ogniw elektrycznych w widoku perspektywicznym rozstrzelonym przed zaciśnięciem z wyprowadzeniem prądowym usytuowanym pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym, fig. 3 - podporowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 4 - pokrywowy element kształtujący w widoku perspektywicznym, fig. 5 - izolującą płytę czołową, fig. 6 - wyprowadzenie prądowe modułu bateryjnego w widoku z góry, fig. 7 - przekrój przez moduł bateryjny w miejscu śrub zaciskających podporowe elementy kształtujące i pokrywowe elementy kształtujące, fig. 8 - przekrój przez złożony moduł bateryjny, zaś fig. 9 - widok perspektywiczny części składowych pojedynczego modułu bateryjnego.

Jak przedstawiono na fig. 1, złącze biegunów ogniw elektrycznych 1 ma podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3, pomiędzy którymi są umieszczone bieguny 4, 5 dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych 1, przy czym bieguny 4, 5 stykają się ze sobą i są zawinięte na podporowym elemencie kształtującym 2 oraz dociśnięte pokrywowym elementem kształtującym 3 za pomocą elementów zaciskowych w postaci śrub 6. Podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3 mają powierzchnie kształtujące w postaci łukowej. W celu połączenia złącza, płaskie bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych styka się ze sobą na znacznej części ich bocznych powierzchni i zaciska się z jednoczesnym ich wyginaniem pomiędzy elementami kształtującymi. Jako elementy kształtujące stosuje się podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3, a zaciskanie przeprowadza się przy wykorzystaniu śrub 6.

Bieguny 4, 5 ogniw, przed zaciśnięciem mają płaski prostokątny kształt, a po zaciśnięciu przyjmują kształt powierzchni dociskowych podporowego i pokrywowego elementu kształtującego 2, 3. Biegun 4 stykający się z podporowym elementem kształtującym 2 podczas zaciskania jest zaginany na wypukłej dociskowej powierzchni zewnętrznej tego elementu kształtującego, zaś biegun 5 stykający się z pokrywowym elementem kształtującym jest w tym samym czasie zaginany na leżącym pod nim biegunie 4. Zatem, konstrukcja złącza według wzoru użytkowego wymusza względny przesuw stykających się powierzchni biegunów 4, 5 podczas ich zaciskania połączonego z kształtowaniem przez podporowy element kształtujący 2 i pokrywowy element kształtujący 3. Przesuw względny stykających się powierzchni biegunów 4, 5 jest spowodowany tym, że powierzchnia zewnętrzna wewnętrznego bieguna 4 jest rozciągana podczas procesu zaginania, natomiast powierzchnia wewnętrzna zewnętrznego bieguna 5 jest podczas tego procesu ściskana. Takie złącze, w którym powierzchnie łączonych biegunów wcierają się w siebie wzajemnie podczas montażu, charakteryzuje się mniejszą opornością co wiąże się z większą trwałością i sprawnością połączenia elektrycznego. Efekt wzajemnego względnego przesuwania się po sobie biegunów ogniw dociskanych z jednoczesnym kształtowaniem uzyskuje się dla każdego kształtu podporowego elementu kształtującego 2 i pokrywowego elementu kształtującego 3. Taki efekt nie występuje w znanych rozwiązaniach, przy dociskaniu płaskich biegunów ogniw z wykorzystaniem płaskich podporowych i pokrywowych elementów dociskowych.

Na figurze 2 przedstawiono złącze według wzoru użytkowego, łączące dwa skrajne ogniwa elektryczne I, do którego zostało podłączone wyprowadzenie prądowe 7.

Figura 3 przedstawia przykład wykonania podporowego elementu kształtującego 2 o zewnętrznej powierzchni kształtującej w widoku perspektywicznym. Podporowy element kształtujący 2 ma otwory 8 do umieszczenia śrub 6, przy czym długość elementu kształtującego jest tak dobrana, aby w przybliżeniu odpowiadała szerokości biegunów 4, 5. W celu zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania przypadkowych zwarć elektrycznych, zarówno podczas montażu jak i eksploatacji złącza, podporowy element kształtujący 2 jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polipropylenu.

Claims (1)

1. 4 PL 66 608 Υ1 Figura 4 przedstawia widok perspektywiczny pokrywowego elementu kształtującego 3 o wewnętrznej powierzchni kształtującej. Pokrywowy element kształtujący 3 ma otwory 9, przez które przechodzą śruby 6. Długość pokrywowego elementu kształtującego 3 odpowiada długości współpracującego z nim podporowego elementu kształtującego 2. Pokrywowy element kształtujący 3 jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polipropylenu, z podobnych względów jak podporowy element kształtujący 2. Dalsze niebezpieczeństwo powstawania zwarć podczas eksploatacji złącza według wzoru użytkowego ogranicza izolująca płyta czołowa 10 przedstawiona na fig. 5. Izolująca płyta czołowa 10 wykonana z tworzywa sztucznego ma otwory 11 przeznaczone do umieszczenia zaciskających śrub 6 oraz podłużne otwory 12 umieszczone w dwóch kolumnach, przez które przechodzą bieguny 4, 5 ogniw elektrycznych 1. Podłużne otwory 12 są oddalone od siebie w każdej kolumnie o równą odległość, przez co zapewniony jest równy odstęp pomiędzy poszczególnymi złączami biegunów 4, 5 ogniw elektrycznych 1 modułu bateryjnego. W celu połączenia sąsiednich modułów bateryjnych w zestaw modułów, pierwsze złącze według wzoru, przeznaczone do połączenia z biegunem dodatnim ogniwa położonego najwyżej w module bateryjnym oraz ostatnie złącze przeznaczone do połączenia z biegunem ujemnym ogniwa położonego najniżej w module bateryjnym, są dodatkowo wyposażone w wyprowadzenia prądowe 7. Kształt wyprowadzenia prądowego jest zilustrowany na fig. 6. Figura 7 przedstawia część modułu bateryjnego 13 z wieloma złączami według wzoru. Bieguny 4, 5 ogniw elektrycznych 1 przechodzą przez izolującą płytę 10 i są zawinięte na podporowych elementach kształtujących 2 oraz dociśnięte pokrywowymi elementami kształtującymi 3. W zilustrowanym przykładzie wykonania funkcję elementu zaciskowego pełnią śruby 6. Ponadto, moduł bateryjny 13 ma płytę elektroniki 14, zbierającą napięcie wszystkich ogniw elektrycznych 1, połączoną z systemem nadzoru baterii. Cały zmontowany pojedynczy moduł bateryjny 13 został przedstawiony na fig. 8. Moduł ten ma obudowę 15, w której jest umieszczony stos składający się z dziewięciu ogniw elektrycznych 1 połączonych ze sobą szeregowo za pomocą złącz według wzoru. Widok perspektywiczny części składowych pojedynczego modułu bateryjnego 13 przed dokonaniem ich montażu został zilustrowany na fig. 9. Figura ta przedstawia dziewięć ogniw elektrycznych 1 częściowo wysuniętych z obudowy 15. W celu połączenia ogniw elektrycznych 1 modułu bateryjnego 13, izolującą płytę czołową 10 nakłada się na proste bieguny 4, 5, tak, aby przechodziły przez podłużne otwory 12, a następnie zawija się odpowiednie bieguny 4, 5 parami na podporowych elementach kształtujących 2 i dociska pokrywowymi elementami kształtującymi 3 za pomocą śrub 6 oraz montuje się płytę elektroniki 14 zbierającą napięcie ze wszystkich ogniw elektrycznych 1 i łączy się ją z systemem nadzoru baterii. Ponadto, skrajne złącza biegunów ogniw, górne lewe i dolne prawe, wyposaża się dodatkowo w wyprowadzenia prądowe 7. Zastrzeżenia ochronne 1. Złącze biegunów ogniw elektrycznych, w którym bieguny dwóch sąsiednich ogniw elektrycznych stykają się i są dociśnięte elementem zaciskowym, przy czym bieguny te są zaciśnięte pomiędzy podporowym elementem kształtującym i pokrywowym elementem kształtującym, znamienne tym, że podporowy element kształtujący (2) i pokrywowy element kształtujący (3) mają łukowe powierzchnie kształtujące. 2. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że podporowy element kształtujący (2) jest wykonany z tworzywa sztucznego. 3. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że pokrywowy element kształtujący (3) jest wykonany z tworzywa sztucznego. 4. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy podporowym elementem kształtującym (2) i pokrywowym elementem kształtującym (3) jest zaciśnięte wyprowadzenie prądowe (7). 5. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy częścią czołową ogniw elektrycznych (1) a podporowym elementem kształtującym (2) jest umieszczona izolująca płyta czołowa (10) z podłużnymi otworami, przez które przechodzą bieguny ogniw elektrycznych (1). 6. Złącze według zastrz. 1, znamienne tym, że bieguny poszczególnych ogniw elektrycznych (1) są dodatkowo połączone z płytą elektroniki (14).