CN104937740A - 用于电化学装置电互连的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种电化学能量装置，其包含装置外壳及延伸通过所述装置外壳的壁的贯通连接器。所述贯通连接器可包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。

Description

用于电化学装置电互连的装置及方法
对相关美国专利申请案的交叉参考
本申请案为主张2012年11月19日申请的标题为“用于电化学装置电互连的装置及方法(Device and Method for Electrochemical Device Electrical Interconnection)”的第61/727,871号美国临时专利申请案的优先权的非临时申请案，所述美国临时专利申请案出于所有目的以全文引用方式并入本文中。
技术领域
本文中的示范性、说明性技术涉及用于使电化学能量存储单元电互连的电端子实施例及连接方法。特定来说，本发明涉及：电化学能量装置外壳，其包含与所述装置外壳整体形成的一或多个电端子元件；及电跨接线，其用于使一个外壳的电端子与不同外壳的电端子互连。
背景技术
小型可再生能量采集及发电技术(例如，太阳能电池阵列、风力涡轮机、微型斯特林引擎及固体氧化物燃料电池)正在蓬勃发展，且存在对中等大小的二次(可再充电)能量存储能力的同等强烈的需求。
发明内容
各种实施例的装置包含一种能量存储装置，其具有装置外壳及延伸通过所述装置外壳的壁的贯通连接器。所述实施例可包含贯通连接器，所述贯通连接器具有带有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。
各种实施例的装置包含包括堆叠装置外壳的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述堆叠中的每一装置外壳含有定位在所述装置外壳内侧的多个电化学存储单元。所述堆叠中的每一装置外壳还可包含延伸通过装置外壳的壁的贯通连接器，其中所述贯通连接器包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。所述堆叠中的每一装置外壳还可包含：至少一个电导体，其将所述销电连接到至少一个电化学存储单元；及跨接线组合件，其将所述堆叠中的第一装置外壳的贯通连接器电连接到所述堆叠中的第二装置外壳的贯通连接器。所述堆叠还可包含跨接线组合件，所述跨接线组合件具有导线、所述导线的第一端上的第一连接器及所述导线的第二端上的第二连接器。所述第一连接器可包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳，所述快速连接特征连接到所述第一装置外壳的贯通连接器的快速连接器特征。所述第一连接器可包含定位在所述连接器外壳中的导电销，所述导电销与第一装置外壳的贯通连接器的销电接触。第二连接器可包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳，所述快速连接特征连接到第二装置外壳的贯通连接器的快速连接器特征。所述第二连接器还可包含定位在第二连接器外壳中的导电销，所述导电销与第二装置外壳的贯通连接器的销电接触。
各种实施例的方法可包含一种用于制造电化学能量存储装置的贯通连接器的方法。所述方法可包含将销或销及连接器外壳放置在模具中，及围绕所述连接器外壳或销模制电化学能量存储装置外壳。
附图说明
并入本文中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的示范性实施例，且与上文给出的一般描述及下文给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。
图1说明示范性常规锁定电力连接器。
图2A说明用于贯通电连接器的实施例公连接器销的等距视图。
图2B说明用于贯通电连接器的另一实施例公连接器销的等距视图。
图2C说明根据本发明的另一方面的用于贯通连接器的另一实施例公连接器销的等距视图。
图2D说明根据本发明的一方面的实施例电绝缘连接器外壳的等距视图。
图2E为展示实施例电绝缘连接器外壳的图2D的剖视图。
图2F说明用于电连接器的实施例母连接器销的等距视图。
图2G说明适于与本发明的实施例一起使用的实施例跨接电缆组合件。
图3A说明包含带有第一连接器外壳的贯通连接器的实施例电化学能量装置外壳的等距视图。
图3B说明包含带有第二连接器外壳的贯通连接器的实施例电化学能量装置外壳的等距视图。
图4A为展示带有公连接器销210a、210b的实施例公贯通电连接器的图3A的剖视图。
图4B为展示带有母连接器销210c的实施例母贯通电连接器的图3A的剖视图。
图5说明展示端接于穿过电化学装置外壳的连接器销处的内部电流收集元件的实施例电化学能量装置的示意俯视图。
图6A说明带有非多边形正贯通端子及负贯通端子的实施例电化学能量装置的俯视图。
图6B说明6A的实施例电化学能量装置的侧视图。
图6C说明6A的实施例电化学能量装置的仰视图。
图6D说明6A的实施例电化学能量装置的等距视图。
图6E说明展示正贯通端子及负贯通端子两者的正面的6A的实施例电化学能量装置的正视图。
图6F说明展示示范性电化学能量存储装置外壳的能量存储单元之间的连接的图6A的剖视图。
图6G说明图6C的负贯通端子的剖视图。
图6H说明图6C的正贯通端子的放大视图。
图6I说明图6G的负贯通端子的剖视图。
图7A说明带有多边形正贯通端子及负贯通端子的实施例电化学能量装置的俯视图。
图7B说明图7A的实施例电化学能量装置的侧视图。
图7C说明图7A的实施例电化学能量装置的等距视图。
图7D说明图7A的实施例电化学能量装置的负贯通端子的剖视图。
图7E说明图7A的实施例电化学能量装置的正贯通端子的放大视图。
图8说明根据实施例的能量存储外壳的堆叠800。
图9说明来自图8的堆叠800的正贯通端子的放大视图。
图10说明图8的负贯通端子的剖视图。
具体实施方式
将参考附图详细描述各种实施例。在可能的情况下，将贯穿图式使用相同参考数字来指代相同或相似部件。对特定实例及实施方案的参考是出于说明性目的，且不希望限制本揭示内容或权利要求书的范围。可在不脱离本揭示内容的范围的情况下设想出替代实施例。此外，将不详细描述或将省略本揭示内容的众所周知的元件以便不使本揭示内容的相关细节变模糊。
本发明的实施例涉及电化学能量存储装置及系统，例如下文描述的一次电池及二次电池及非对称/混合能量存储系统。虽然下文描述的二次混合含水能量存储装置为本发明的优选实施例，但本发明还可适用于任何合适的电化学能量存储系统，例如含有含水电解质及非水电解质的电池(例如，具有嵌入来自电解质的离子的阳极及阴极，包含锂离子电池等等)或电解质电容器(也称为超电容器及超级电容器)。
图1说明针对可靠性能及安全操作构造的常规电力连接器10。此类连接器可凭商标名HELIOS H4从美国沃林福德CT(Wallingford CT)的安费诺(Amphenol)公司购得。第一部分20端接第一导电绝缘线25且第二部分30端接第二导电绝缘线35。在所述实例中，所述第一部分包含公机械互锁元件40，公机械互锁元件40从所述第一部分延伸以与形成在第二部分30内侧以在操作期间接纳及保持公互锁元件40的对应机械母互锁元件介接。所述第一部分包含湿气密封元件45(例如O形环)且所述第二部分包含用于与密封元件45机械介接的表面以在组装好连接器元件时防止湿气渗透所述连接器元件。每一部分20、30容纳与对应线25、35电介接(例如，辫结(pigtail))的导电端子(未展示)。
当使用常规电力连接器来电连接多个密封电化学能量装置时，将其连接器部分(例如，连接器部分20、30)中的一者介接到密封电化学能量装置的内部元件可能是极为困难的。当将连接器部分介接到内部组件时，因为接口是不合适的(例如，并非组件之间的互补性配合)，内部组件可能无意中暴露于外部因素(例如，水、氧气、灰尘等等)，这可使电化学装置的性能降级。
一种解决方案包含在能量存储外壳内侧端接内部电连接，及使绝缘线穿过密封外壳，及将连接器部分(例如，任一连接器部分20、30)附接到延伸通过所述外壳的绝缘线的外部端。然而，此解决方案需要所述线被端接两次；一次在所述外壳内侧且一次在所述外壳外侧。虽然此解决方案确实减少了进入电能存储装置外壳的污染物，但此解决方案增加了电化学能量装置的操作成本，同时降低了电化学电池电气系统的长期可靠性，所述电化学电池电气系统可能在两个端子连接的每一者处发生故障。
示范性系统架构
使用贯通端子可避免需要在装置外壳或壳体中的第二电端子或连接器。此贯通端子可包含穿过电化学能量装置外壳的壁而端接内部导体(例如，从电化学能量装置外壳内侧的内部能量存储单元引出的导体)的导体。所述贯通端子还可与外壳外侧的外部连接器介接。
然而，贯通端子通常难以在外壳外侧进行介接，这是因为贯通端子缺少标准连接器接口。特定来说，许多贯通端子通常并非具有快速连接特征的连接器，而是使用繁琐的附接方式，例如螺纹紧固件、弹簧加载式夹具或类似者。此外，贯通端子连接通常受制于缺少整体的电绝缘元件及湿气密封元件，从而需要安装单独的绝缘元件或湿气密封元件。虽然此解决方案避免了两次导线端接，但对单独的绝缘元件及湿气密封元件的需要及缺少安全的附接装置可能在未正确安装时影响可靠性及用户安全性。
公连接器销及用于接纳公连接器销的外壳
图2A到2C说明适于在以下实施例中使用的公连接器销的三个实例。
在一实施例中，公连接器销210a包含经设计以改善与能量存储装置外壳150(在图3A中展示)的机械集成的锚定特征，例如凹入锚定特征(例如，沟槽291a)。特征291a还可为经设计以改善与能量存储装置外壳150的机械集成的任何特征，例如一或多个凹部、底切部、通道或经设计以与能量存储装置外壳150牢固配合的其它特征。这些特征可帮助所述销与能量存储装置外壳牢固配合，或可由用于在模制工艺期间形成能量存储装置外壳的模制材料围绕或以所述模制材料填充。所述沟槽可帮助支撑/稳定公连接器销210a。公连接器销210a还可包含平顶端子212a，平顶端子212a用于连接到或端接内部导体(例如，从电化学能量装置外壳内侧的内部能量存储单元引出的导体)。平顶端子212a可具有多边形形状，例如六边形形状或任何其它形状。在实施例中，公连接器销210a包含连接端214a以与下文描述的配合母连接器销220连接。
图2B说明类似于图2A的公连接器销210a的另一实施例公连接器销210b。公连接器销210b可包含非多边形顶部端子212b，例如圆顶或圆形顶。公连接器销210b还可包含沟槽291b。在实施例中，公连接器销210b包含连接端214b以与下文描述的配合母连接器销220连接。
图2C说明类似于公连接器销210a及210b的另一实施例公连接器销210c。然而，公连接器销210c可包含一或多个突出锚定特征224，例如凸起的脊部、肩形凸出物或从所述连接器销径向延伸出的其它突出部或带有能量存储装置外壳150的壁的元件。公连接器销210c可包含连接到或端接内部导体(例如，从电化学能量装置外壳内侧的内部能量存储单元引出的导体)的端子连接端212c。在实施例中，公连接器销210c包含连接端214c以与下文描述的配合母连接器销220连接。
公连接器销210a到210c中的每一者可嵌件模制在能量存储装置外壳150中或可在使能量存储装置外壳模制之后安装。
图2D说明用于公连接器销210a到210c的电绝缘连接器外壳(即，第一连接器外壳)的实施例。虽然仅展示一个第一连接器外壳，但所述第一连接器外壳取决于其容纳哪个公连接器销而标记为230a、230b及230c。举例来说，每一第一连接器外壳230a、230b、230c分别使公连接器销210a、210b、210c绝缘且分别容纳公连接器销210a、210b、210c。
每一第一连接器外壳230a、230b、230c包含绝缘屏蔽249，绝缘屏蔽249直接容纳相应公连接器销210a、210b、210c。
每一第一连接器外壳可包含中空穴259，因此锁定特征331(在图2G中展示)可弹跳而与啮合表面263(其在图2E中展示)啮合。每一第一连接器外壳还可包含由可模制绝缘塑料制成的周边壁262。此外，每一第一连接器可包含经配置以用于接纳锁定特征的一或多个矩形孔231，一或多个矩形孔231在锁定特征穿过时使所述锁定特征偏转。
图2E为展示根据本发明的方面的实施例绝缘保护性屏蔽的图2D的剖视图。如在图2D中，图2E说明中空穴259，因此锁定特征可弹跳而与啮合表面263啮合。还展示经配置以用于接纳锁定特征的两个矩形孔231，矩形孔231在所述锁定特征穿过时使所述锁定特征偏转。所说明的第一连接器外壳230a、230b、230c还可包含配合特征264，配合特征264可接纳来自第二连接器外壳237(在图2G中说明)的O形环。当所述第二连接器外壳连接到第一连接器外壳时，配合特征264可形成实质上液密密封及气密密封以防止液体及气体渗透互锁连接器外壳。
母连接器销
图2F说明适于在各种实施例中用于保持公连接器210a、210b或210c同时维持公连接器销与母连接器销之间的良好电接触的实施例母连接器销220。在实施例中，母连接器销220包含中空内穴226，且公连接器销(例如，公连接器销210a、210b、210c)可位于母连接器销220的内穴226中/与内穴226介接。
母连接器销220还可包含连接器销内部的接触增强特征227。接触增强特征227经设计以改善公连接器销210a、210b、210c中的至少一者与母连接器销220之间的电接触。在实施例中，接触增强特征227为导电材料的薄带(例如，肋状物)，所述薄带(例如，肋状物)在公连接器销210位于母连接器销220的内穴226中时弹性变形。变形的接触增强特征227可抵着母连接销施加机械弹簧力以维持良好电接触。在替代实施例中，所述肋状物可定位在公连接器销210a、210b、210c的外表面上或定位在公连接器销210a、210b、210c的外表面及母连接器销220的内表面两者上。
跨接电缆
图2G说明适于在各种实施例中使用的跨接电缆组合件280。跨接电缆组合件280包含跨接线281(例如，绝缘线或跨接电缆)及第二连接器外壳237(其与跨接线281整体形成)。如所展示，跨接线组合件280可包含在两个端上由第二连接器外壳237端接的跨接线281。在一些实施例中，跨接线281由母连接销220(未展示)在末端端接，母连接销220可由绝缘保护性屏蔽335围绕及通过绝缘保护性屏蔽335绝缘。母连接器销220组装到第二连接器外壳237中。
在一些实施例中，第二连接器外壳237经嵌件模制以围封母连接销220及跨接线281。在一些实施例中，所述第二连接器外壳可包含展示为锁定特征331的快速连接特征，所述快速连接特征与展示为在图2G及2D中说明的第一连接器外壳230a、230b、230c的保持特征(例如，矩形孔231、中空穴259及啮合表面263)的另一快速连接特征配合或由所述另一快速连接特征保持。如先前论述，第一连接器外壳的保持特征包含矩形孔231、中空穴259及啮合表面263。第二连接器外壳的锁定特征通过矩形孔231进入第一连接器外壳，搁置在中空穴259中且与啮合表面263啮合(例如，锁定到适当位置或稳定下来)。
在一实施例中，第二连接器外壳237包含O形环332，O形环332经设计以与第一连接器外壳230a、230b、230c上的配合特征264介接以形成实质上液密密封及气密密封以防止液体及气体渗透互锁连接器外壳及使内侧的端子接触件降级。
电化学能量存储装置实施例
各种实施例包含通过将第二连接器外壳237连接到第一连接器外壳230a、230b、230c来连接到贯通连接器300a、300b(在图3A及3B中说明)的跨接线组合件280。
图3A说明包含作为电能存储装置外壳150(例如，模制聚合物外壳)的一部分的第一连接器外壳230a、230b、230c的实施例。
电能存储装置外壳具有基部(base portion)351、盖子151及中心通孔325。跨接电缆可包含具有锁定特征331、O形环332及绝缘保护性屏蔽335的第二连接器外壳237。如所说明，第一连接器外壳并入到贯通装置外壳300a中。第一连接器外壳具有连接到中空穴259的矩形孔231(未展示)，矩形孔231及中空穴259两者均经配置以用于接纳来自附接到跨接电缆281的第二连接器外壳237的锁定特征331。第二连接器外壳具有O形环332及锁定特征331。
在实施例中，所述电能存储装置包含单独盖子151或盖，其定位在基部351的顶部上。可移除盖子151以允许组装所述基部内侧的能量存储单元。在组装之后，将盖子151附接到基部351且加以密封。液体电解质可实质上填满电能存储装置外壳150且外壳150优选地包含可用于在不移除盖子的情况下添加液体电解质及或排出过量气体压力的一或多个端口或孔口。
在实施例中，基部351及盖子151为通过任何合适塑料模制工艺(例如，热成形、真空成形、吹塑模制、注射模制或类似者)形成的包括可模制结构塑料材料的模制元件。具体来说，公连接器销210a、210b、210c可在模制工艺(例如，嵌件注射模制工艺)期间或在后模制操作中插入到经模制基部351中。替代地，在不脱离本发明的情况下，图2F中展示的母连接器销220可代替公连接销210a、210b、210c嵌件模制到基部351中。
在实施例中，整个外壳基部351包含电绝缘结构塑料材料，例如聚丙烯或具有类似性质的其它可模制材料。因此，第一连接器外壳230a、230b、230c是电绝缘的。
简略地参考图4A及4B，连接器外壳230a、230b、230c(在图3A中展示)可经形成以在通孔155中实质上捕获公连接器销210a、210b、210c的端子末端212a、212b、212c，且提供围绕公销210a、210b、210c的连接端214a、214b、214c(分别在图2A到2C中展示)的实质上圆柱形中空穴235。中空穴235可由周边壁226定界，周边壁226经形成而具有足够的刚性以保护公销210a、210b、210c的连接端214a、214b、214c免受物理损坏。周边壁226可形成下孔隙235，下孔隙235经定大小以在其中接纳第二连接器外壳237的一部分。
图3B说明包含作为电能存储装置外壳150的一部分的第二连接器外壳237的实施例贯通连接器300b。电能存储装置外壳150上的第二连接器外壳包含锁定特征331、绝缘保护性屏蔽335及容纳在内侧的母连接器销220。类似地，跨接电缆281可包含具有容纳在内侧的公连接器销210a、210b、210c的第一连接器外壳230a、230b、230c。
在实施例中，贯通连接器300b包含与电化学能量存储装置外壳150的基部351整体形成的第二连接器外壳237。类似地，第一连接器外壳230a、230b、230c(例如，第二连接器外壳237的配合对)与跨接线281整体形成。换句话说，图3A的具有公连接器销210a、210b、210c的第一连接器外壳230a、230b、230c与具有母连接器销220(因为母连接器销220围封在第二连接器外壳中而未展示母连接器销220)的第二连接器外壳237是颠倒的。特定来说，电元件与连接器外壳的极性是颠倒的。因此，公连接器销210a、210b、210c端接跨接线281且由第一连接器外壳230a、230b、230c围封，而母连接器销220由第二装置外壳237围封，其中端子接触件安置在能量存储装置外壳150内侧以与内部电导体连接或端接内部电导体。
在实施例中，当连接第一连接器外壳与第二连接器外壳时，绝缘保护性屏蔽335可位于内穴235中且锁定特征331可作为卡口连接器与保持特征259啮合。在实施例中，锁定特征提供将第一连接器外壳与第二连接器外壳锁定在一起的弹簧锁或快速连接件。在实施例中，需要断开工具来使弹簧锁连接脱离。当连接第一连接器外壳与第二连接器外壳时，O形环332与配合特征232形成液密密封及气密密封以防止液体及气体渗透互锁连接器外壳。
进一步实施例包含连接器销及连接器外壳的额外布置。在一些实施例中，跨接线组合件包含在两端上与第一连接器外壳230及公连接器销210端接的跨接线281。在进一步实施例中，跨接线组合件280包含在两端上与第二连接器组合件237及母连接器销220端接的跨接线281。在进一步实施例中，跨接线组合件280包含在两端处与由第二连接器外壳237围封的公连接器销210a、210b、210c或与由第一连接器外壳230a、230b、230c围封的母销220及能量存储装置外壳150上的相对销/外壳端接的跨接线281。
在替代实施例中，跨接线组合件280在一端处包含第一连接器外壳230a、230b、230c且在另一端包含第二连接器外壳237。类似地，能量存储装置外壳150取决于所要连接而具有互补对的第一连接器外壳或第二连接器外壳。此布置/实施例可提供将各种外壳与跨接电缆组合件280连接在一起的减小的误差。举例来说，每一能量存储装置外壳150a到150g可包含具有第一连接器外壳230a、230b、230c的正贯通端子601a及具有第二连接器外壳237的负贯通端子601b。所述跨接电缆组合件可包含具有第二连接器237外壳的一端，以与具有能量存储装置150a的第一连接器外壳的正贯通端子601a连接。跨接电缆组合件的另一端可包含第一连接器外壳230a、230b、230c，第一连接器外壳230a、230b、230c与具有能量存储装置150b的第二连接器外壳237的负贯通端子601b连接。因此，跨接电缆组合件的仅一个端(例如，第一连接器外壳230a、230b、230c端)可插入到具有能量存储装置150a到150g的第二连接器外壳237的正贯通端子中，这是因为跨接电缆组合件的另一端(例如，第二连接器外壳237端)将仅与每一能量存储装置150a到150g的负贯通端子配合。换句话说，所述电缆组合件的每一端应配合在其与能量存储装置外壳的适当连接中。在实施例中，可调换所述电缆组合件的端使得任一端可包含第一连接器外壳230a、230b、230c或第二连接器外壳237。
进一步实施例包含在第一制造步骤中独立于外壳150而形成且在第二制造步骤中组装到电化学能量存储装置外壳150上的连接器外壳230a、230b、230c或237。
因此，一般来说，能量存储装置外壳150中的贯通连接器外壳可为含有公连接器销210a、210b、210c或母连接器销220的公型或母型贯通连接器外壳。无论能量存储装置外壳150的贯通连接器外壳是具有公连接器销210a、210b、210c或母连接器销220的第一连接器外壳230a、230b、230c还是具有公连接器销210a、210b、210c或母连接器销220的第二连接器外壳237，跨接线组合件都必须具有配合对。举例来说，如果第一贯通外壳包含具有公连接器销210a的第一连接器外壳230a，那么跨接线组合件将含有具有母连接器销220的互补第二连接器外壳237。如果第一贯通外壳包含具有母连接器销220的第二连接器外壳237，那么跨接线组合件包含具有其相应公连接器销210a、210b、210c的第一连接器外壳230a、230b、230c中的任一者。组合的连接器外壳230a、230b、230c、237及能量存储装置外壳150的又进一步实施例包含连接及对准使连接器外壳到能量存储装置外壳150上的组装更容易的特征。
在模制之后安装到外壳中的连接器销
图4A说明安装在电化学能量存储装置外壳150中的贯通连接器300a的实施例，其中第一连接器外壳230a或230b连接到一或多个化学能量存储单元410(在图5中展示为510)。
在一个示范性组合件中，通过将带有密封元件221(例如，O形环或垫圈)的公连接器销210a、210b插入到能量存储装置外壳150的通孔155中且接着将带有集成推入式(push connector)223的第一连接器外壳230a、230b按压到公连接器销210a、210b上来将第一连接器外壳230a、230b组装到能量存储装置外壳150上。在此组合件中，所述推入式连接器配合在连接器销210a、210b上，从而将所述销及连接器外壳紧固在适当位置。
在图4A的非限制性实施例中，第一连接器外壳230a、230b在第一制造步骤中与能量存储装置外壳150整体形成(例如，作为经模制外壳的整体部分或作为永久附接到经模制外壳的单独元件)，其中外壳150的基部351是围绕所述连接器模制的。在另一实施例中，贯通连接器包含在第二制造步骤中组装到电化学能量存储装置外壳150及第一连接器外壳230a、230b上或安装到电化学能量存储装置外壳150及第一连接器外壳230a、230b中的公连接器销210a、210b。举例来说，作为第一制造步骤，可使电化学能量存储装置外壳150与第一连接器外壳230a、230b一起模制(例如，注射模制)以形成所要的隔室及特征。作为第二制造步骤，可将公连接器销210a、210b旋拧、扣入及/或插入通过穿入能量存储装置外壳150的第一连接器外壳230a、230b中的孔。
在实施例中，电化学能量存储装置外壳150包含与第一连接器外壳230a、230b的内穴235对准的通孔155。如上文描述，公连接器销210a、210b包含用于连接到或端接电化学能量存储装置的内部导体的平坦、圆盘形端子212。在实施例中，通过将销插入通过能量存储外壳150中的通孔155(例如，在使装置外壳150模制之后)来将公连接器销210a、210b组装到贯通连接器中，其中密封元件221插入在端子212与外壳之间以形成实质上液密及气密密封。在实施例中，公连接器销210b由一或多个机械保持元件(例如，由插入到沟槽291中的平垫圈222支撑的推入式连接器223)紧固(例如，固持就位)。
在实施例中，公连接器销210a、210b包含锚定特征224、291a、291b，锚定特征224、291a、291b经设计以在模制工艺期间由模制材料围绕或以所述模制材料填充，或与单独锚定元件介接。此外，凸起或凹入特征中的任何者可用于将所插入元件定位及锚定在所要操作位置中。
嵌件模制到外壳中的连接器销
图4B说明安装到电化学能量存储装置外壳150(例如，具有基底351及盖子151的塑料或聚合物外壳)中的实施例贯通连接器300b。如所说明，公连接器销210c安装在与电化学能量存储装置外壳150整体形成的第一连接器外壳230c中。
具体来说，在图4B的非限制性实施例中，通过使公连接器销210与能量存储外壳150一起嵌件模制来将公连接器销210c安装到能量存储外壳150中。密封元件221可围绕公连接器销以形成液密密封及气密密封。密封元件221还可与公连接器销210c一起嵌件模制或可与经模制的能量存储外壳150及或公连接器销210c整体形成。替代或额外密封组件(例如，O形环或其它密封组件)可用于形成液密密封及气密密封。在一些实施例中，不使用额外密封组件，且在不添加单独密封元件221的情况下将公连接器销210c嵌件模制。在一些实施例中，公连接器销210c包含用于改善密封的特征(例如，经设计以在用于形成能量存储装置外壳的模制工艺期间以能量存储装置外壳150的聚合物材料填充的一或多个O形环沟槽或通道)。在实施例中，公连接器销210c可包含经设计以改善与能量存储装置外壳150的机械集成的锚定特征224。
在实施例中且类似于图4A，公连接器销210c包含经设计以在模制工艺期间由模制材料围绕或以所述模制材料填充或与单独锚定元件介接的锚定特征224。此外，凸起或凹入特征中的任何者可用于将所插入元件定位及锚定在所要操作位置中。
在本实施例中，第一连接器外壳230c与电化学能量存储装置外壳150整体形成(例如，连接器外壳230c及销210c与装置外壳150一起模制/包覆模制)。第一连接器外壳230c包括经形成以实质上围绕公连接器销210c的电绝缘材料，从而向公连接器销210c提供机械保护及电绝缘。第一连接器外壳230c可包含围绕公连接器销210c的中空内穴235。内穴235经设计以在第二装置外壳237与第一装置外壳230互连时与第二装置外壳237(在图3A中展示)的配合保护性屏蔽335介接。
在实施例中，将第二连接器外壳237的绝缘保护性屏蔽335(未展示)插入到第一连接器外壳230c的内穴235中。在实施例中，内穴235的内表面经塑形以在连接第一连接器外壳与第二连接器外壳时与保护性屏蔽335的外表面配合并引导所述外表面。
电连接
图5说明实施例电化学存储装置的内部电连接。在实施例中，电化学能量存储装置500包含通过隔断壁505分成四个穴520的外壳550(在图3A及3B中也展示为装置外壳150的基部351)。虽然说明四个穴，但本发明不限于此配置且可使用任何内部外壳配置。每一穴520含有一或多个能量存储单元510，能量存储单元510在一些实施例中包含穿插有分离器层及包含在穴520内的电解质的阳极层及阴极层的交替堆叠。所述单元可包括电池单元、超电容器单元或其中阳极具有超电容器特性且阴极具有电池特性的混合装置单元，如2012年11月1日申请且以全文引用方式并入本文中的标题为“大型电化学能量存储装置外壳及模块(Large Format Electrochemical Energy Storage Device Housingand Module)”的第13/666,452号美国专利申请案中描述。所述能量存储单元510还可包含与所述单元的阳极及阴极电接触的集电器(未展示)。柔性导体556使每一单元的集电器互连，且端接导体567将单元510的互连群组电连接到贯通端子501a、501b中的输出端子，贯通端子501a、501b可包括与定位在第一连接器外壳230a、230b、230c内侧的连接器销210a、210b、210c整体形成的连接器端子垫212a、212b、212c，如上文描述。
在本非限制性实例中，电化学能量存储装置500的能量存储单元510串联连接。然而，并联连接属于本发明的范围内。在一些实施例中，柔性导体566越过分离器壁505的顶部且不与包含在能量存储装置外壳351的基底351部分中的穴520内的电解质接触。在实施例中，柔性导体566、567由对由能量存储装置内的条件引起的降解具有抵抗性的导电材料制成。举例来说，柔性导体566、567可包括不锈钢条。
每一外壳150包含与多个阳极(例如，负贯通端子501b的阳极)或阴极(例如，正贯通端子501a的阴极)中的每一者电接触的集电器端接端567。集电器端接端467与延伸到与阴极层及阳极层接触且优选地安置在所述阴极层与所述阳极层之间的进一步电流收集元件的柔性导电条566电连通。导电条566使安置在四个能量存储单元区域510中的每一者中的多个能量存储单元电互连。所述能量存储单元可串联连接、并联连接或以串联与并联的组合连接。
集电器端接端567端接到正贯通端子501a或负贯通端子501b的第一连接器外壳230a、230b、230c的公连接器销210a、210b、210c。在优选实施例中，集电器端接端567热附接到公连接器销或母连接器销(例如，通过熔接或焊接)。在一些实施例中，柔性导电条566越过分离器壁505的顶部且不与包含在穴520内的电解质接触。在实施例中，柔性导体566、567是由对由能量存储装置内的条件引起的降解具有抵抗性的导电材料制成。
在实施例中，端子导体567为端接于连接器销(例如，公连接器销210a、210b、210c)处的柔性导体，所述连接器销穿过外壳150以与跨接线组合件280连接。在实施例中，通过合适手段(包含将柔性连接器567熔接、焊接、机械紧固或夹持到端子垫212a、212b、212c或连接器销的类似端接表面)来将端子导体567电连接到公连接器销210a、210b、210c或电连接到母连接器销220。在优选实施例中，端接导体567热附接(例如，通过熔接或焊接)到公连接器销接触端子圆盘212a、212b、212c。在替代实施例中，端接导体567热附接到母连接器销接触端子圆盘。
在实施例中，电化学能量存储装置500具有正贯通端子501a及负贯通端子501b。一些实施例包含处于调换位置中的正端子及负端子，使得正端子501a定位在负端子501b的当前所说明位置处且反之亦然。只要电化学能量存储装置包含正贯通端子501a及负贯通端子501b两者，所述端子的准确位置就不是关键的。
参考图2A、2B及图5，第一连接器外壳230a、230b、230c用作到在外壳150内侧操作的能量存储单元510的电力输入/输出端子。负及正端接导体567在相应端子板212a、212b、212c上的端子连接处连接到对应公连接器销210a、210b、210c。在实施例中，第一连接器外壳230a、230b、230c包含负端子导体567且在端子板212a、212b、212c处连接到公销。类似地，在实施例中，第一连接器外壳230a、230b、230c可包含在端子板212a、212b、212c处连接到公连接器销210a、210b、210c的正端子导体567。通常，负端子连接器电连接到在装置外壳150内侧操作的每一能量存储单元的阳极且正端子导体电连接到在装置外壳150内侧操作的每一能量存储单元的阴极。然而，在不脱离本发明的情况下，可使极性颠倒，且/或装置外壳150内侧的能量存储单元可串联连接或并联连接。根据实施例，正贯通端子501a及负贯通端子501b的贯通电连接器元件中的每一者实质上相同且包括与外壳基部351(在图3A及3B中展示)整体形成的外部连接器外壳。第一连接器外壳230a、230b、230c可包含机械接口元件及导电电元件及绝缘电元件两者。
图6A到6I说明具有带有第一连接器外壳230b、230c的非多边形正及负贯通端子的示范性能量存储装置的各种视图。优选地，所述端子是圆的，例如圆形的。参考图6A到6F的非限制性说明，所述能量存储装置可包含正圆形贯通端子601a及负圆形贯通端子601b。所述电化学能量存储装置具有用于固持一或多个能量存储单元510(在图5中说明)的一或多个穴520。所述电化学能量存储装置可具有在壁505的顶部中的一或多个柔性连接器沟渠665。如所说明，所述电化学能量存储装置可具有用于接纳使多个能量存储装置外壳150在一堆叠中彼此叠置地连接(如图8中更详细展示)的拉杆或另一接合构件的拉杆通孔325。
图6G说明图6C的负贯通端子601b的剖视图。在非限制性实例中，负贯通端子可包含类似于图3A中说明的保持特征的第一连接器外壳230b、230c的保持特征231。所述保持特征经设计以与第二连接器外壳的锁定特征331互锁。
图6H说明图6C的正贯通端子601a的放大仰视图。如所说明，第一连接器外壳可具有一或多个(或至少两个)多边形(优选地矩形)保持插口作为每一第一连接器外壳的保持特征231。所述保持特征经设计以允许与附接到跨接电缆组合件280的第二连接器外壳的快速连接。如清楚说明，第一连接器外壳230b、230c可包含非多边形贯通端子。作为进一步实例，所述贯通端子可为圆形贯通端子。
图6I说明图6G的剖视图的负贯通端子的放大视图。第一连接器外壳230b、230c可包含公连接器销可驻留在其中的中空内穴235。
图7A到7E说明带有具有第一连接器外壳230a的多边形(例如，六边形)正及负贯通端子的不同实施例电化学能量装置的各种视图。参考图7A到7C的非限制性说明，电化学能量存储装置可包含正多边形贯通端子701a及负多边形贯通端子701b。类似于图6A到6F，电化学能量存储装置具有用于固持一或多个能量存储单元510(在图5中说明)的至少一个穴520。
图7D说明图7A的负多边形(例如，六边形)贯通端子701b的剖视图。如所展示，第一连接器外壳230a可包含具有平坦端子板212a的公连接器销210a。在实施例中，所述平坦端子板可为多边形(例如，六边形)或非多边形的(例如，圆的)。公连接器销210a可搁置在密封元件221(例如，衬垫(例如，包括未涂覆硅酮的衬垫))上。
图7E说明图7A的正多边形贯通端子701a的放大视图。如所展示，公连接器210a可具有多边形(例如，六边形)形状的平坦端子板212a。与抗旋转特征703(例如，第一连接器外壳230a、230b中的突起部)组合的所述多边形将公连接器销保持在适当位置中，以确保公连接器销可稳固地配合在能量存储装置外壳150内。在实施例中，需要至少两个抗旋转特征来阻止多边形形状的端子板旋转。在实施例中，每一多边形贯通端子可包含三个或三个以上抗旋转特征以阻止公或母连接器销在贯通端子中旋转。
图8说明根据实施例的外壳150a到150g的堆叠800，其中带有跨接线281的跨接线组合件280电连接邻近外壳。跨接线组合件的一端包含第二连接器外壳237a(在图2G中说明)，第二连接器外壳237a在第一装置外壳150a中的正端子601a处连接到第一连接器外壳830a。跨接电缆组合件的另一端包含额外第二连接器外壳237b，所述额外第二连接器外壳在第二装置外壳150b(其在堆叠中定位在第一装置外壳150a上方或下方)中的负端子601b处连接到第一连接器外壳830a。虽然在上述实施例中跨接线组合件280(出于清楚目的未展示数目)优选地在其两端处含有相同类型的连接器外壳及销，但在替代实施例中，组合件280可在其相应端处含有相反类型的外壳及/或销。在此替代实施例中，每一装置外壳150含有具有相反类型的外壳及/或销的两个贯通连接器。在此配置中，组合件280仅可在堆叠中的邻近装置外壳150之间单向连接以在堆叠连接期间避免人为组装错误。
作为非限制实例，堆叠可具有七个外壳150a到150g。每一能量存储外壳150a到150g(例如，能量存储外壳150a)可接纳来自第二连接器外壳237a的快速连接锁定特征。锁定特征331a经设计以与第一连接器外壳830a的保持特征231a互锁。跨接线281可将能量存储外壳150a的正端子601a连接到能量存储外壳150a下方的能量存储外壳150b上的负端子601b。
外壳150b的负端子的锁定特征经设计以与负端子的第一连接器外壳830b的保持特征231b互锁。在实施例中，所述负端子连接可与正端子连接相同。在实施例中，顶部能量存储外壳150a的正端子可连接到底部能量存储外壳150b的负端子。在替代实施例中，顶部能量存储外壳150a的负端子可连接到底部能量存储外壳150b的正端子。
堆叠800可分别在堆叠的底部及顶部处包含底部压板802及顶部压板810。在实施例中，压板802、压板810是相同的，这简化了组装且可节约成本。举例来说，操作者可通过保存单个替换压板来替换顶部压板或底部压板来降低其库存成本。这可消除将不同顶部板及不同底部板保存在库存中以防任一压板被损坏的需要。
压板802、810可具有自立式支脚804，其提供压板802与邻近结构(例如，2012年11月1日申请且以全文引用方式并入本文中的标题为“大型电化学能量存储装置外壳及模块(Large Format Electrochemical Energy Storage Device Housing and Module)”的第13/666,452号美国专利申请案中论述的支撑托盘及/或模块盖子)之间的空间。压板802、810还可包含经配置以接受接合构件(例如，拉杆820)的通孔。压板802、810还可包含肋状物以增加强度及辅助对准压板使得压板可在所要位置施加压力负载。可在压板802、810与外壳150之间提供一或多个弹性元件(例如，硅酮或橡胶块)。
堆叠通过经安置以在与四个能量存储单元510中的每一者的位置对应的位置处抵着顶盖852施加向下力的片弹簧805及多个压力传递元件或压板810来紧固到底部压板802。通过拧紧螺合在杆820的顶部螺纹端上的螺母815来将压力施加到片弹簧805。杆820穿过中心孔325(在图3A及3B中说明)，中心孔325完全穿过所述堆叠中的每一电化学能量存储装置外壳150，使得杆820的基端穿过装置外壳150a到150g的整个堆叠且附接到底部压板802。因此，当拧紧螺母815时，在螺母815下方产生压缩力且将所述压缩力传递到片弹簧805且将所述压缩力进一步传递到压板810。压板810通过盖852在每一能量存储单元区域510的整个区域上实质上且均匀地分布压力。
在实施例中，每一容器150a到150g的盖152及基部351(在图3A及3B中展示)经配置以通过所述盖将由压板810中的每一者施加的压力传递到下方的能量存储单元510，能量存储单元510又将所述压力传递到下方容器150中的位于所述能量存储单元510下方的下一个能量存储单元510并通过扩大的能量存储单元或堆叠800的每一能量存储单元一直传递下去。更具体来说，每一压板810压缩堆叠800的定位在压板810下方的所有能量存储单元510。由压板810施加的向下力用于直接压缩能量存储单元，这通过将阳极层及阴极层压缩成与安置在阳极元件与阴极元件之间的集电器元件接触来改善电流收集。
如图8中进一步展示，扩大的能量存储单元或堆叠800可包含用于使个别能量存储装置外壳150电互连的多个跨接电缆281。特定来说，每一跨接线281从一个能量存储装置外壳150的贯通连接器230a、230b、230c(在图8中展示为830)延伸到另一能量存储装置外壳150的贯通连接器，使得能量存储单元150的整个堆叠串联连接。
在实施例中，在主输入/输出端子850处连接到扩大能量存储单元或堆叠800的主跨接线连接到可用于给扩大能量存储单元或堆叠800充电或再充电的能量源(未展示)，或连接到电力负载(未展示)以便将存储在扩大能量存储单元或堆叠800中的能量传递到所述电力负载(例如，通过提供到所述能量源及所述电力负载的接口的系统控制器)。此外，主输入/输出端子可用于将扩大的能量存储单元或堆叠800耦合到另一扩大的能量存储单元或堆叠800以使用主端子串联或并联连接扩大的能量存储单元或堆叠800。
图9说明图8的堆叠800的正端子的放大视图。如所说明，跨接线组合件可具有带有附接到第二连接器外壳237a的柔性部分902的跨接线281。柔性部分902经配置以在将跨接线的端部(例如，第二连接器外壳237a)连接到负端子或正端子时提供柔性。也展示了柔性部分902可与第二连接器外壳237的主要部分形成一个角度(例如，钝角)以允许跨接电缆281从堆叠800的一个端子跨越到所述堆叠的另一侧上的端子。
图10说明图8的负端子601b的剖视图。如所说明，所述负端子具有带有锁定特征331b的第二连接器外壳237b。所述锁定特征与第一连接器外壳230b的保持特征231b互锁。第二连接器外壳237b可附接到跨接线281的柔性部分902b，且所述柔性部分经配置以向可附接到所述正端子(例如，正上方的能量存储装置150的正端子)的不同的第二连接器外壳230a的跨接线281的端部提供柔性。
所属领域的技术人员还将认识到，虽然上文已就优选实施例描述本发明，但本发明不限于所述优选实施例。可个别地或共同地使用上文描述的本发明的各种特征及方面。此外，虽然已在本发明在特定环境下的实施的背景中且针对特定应用(例如，电化学能量装置及针对电化学能量装置的存储)描述本发明，但所属领域的技术人员将认识到，本发明的有用性不限于所述实施背景及所述特定应用，且可在其中希望使电端子穿过密封外壳的任何数目的环境及实施方案中有益地利用本发明。因此，应鉴于如本文中揭示的本发明的全部范围及精神解释所附权利要求书。

Claims (21)

1.一种能量存储装置，其包括：
装置外壳；以及
贯通连接器，其延伸通过所述装置外壳的壁，其中所述贯通连接器包括具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。
2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：
多个电化学存储单元，其定位在所述装置外壳内侧；以及
至少一个电导体，其将所述销电连接到至少一个电化学存储单元。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述导电销为公连接器销或母连接器销中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述导电销包括多边形形状的端子。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述贯通连接器包括抗旋转特征，以使定位在所述电绝缘连接器外壳中的所述导电销稳定。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述导电销包括非多边形形状的端子。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述导电销包括圆盘形状的端子。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述快速连接特征为保持特征及锁定特征中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述快速连接特征为具有至少两个保持插口的保持特征。
10.一种电化学能量存储装置的堆叠，其包括：
堆叠装置外壳，所述堆叠中的每一装置外壳含有：
多个电化学存储单元，其定位在所述装置外壳内侧；
贯通连接器，其延伸通过所述装置外壳的壁，其中所述贯通连接器包括具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销；以及
至少一个电导体，其将所述销电连接到至少一个电化学存储单元；以及
跨接线组合件，其将所述堆叠中的第一装置外壳的所述贯通连接器电连接到所述堆叠中的第二装置外壳的贯通连接器；
其中：
所述跨接线组合件包括导线、所述导线的第一端上的第一连接器及所述导线的第二端上的第二连接器；
所述第一连接器包括：
电绝缘连接器外壳，其具有连接到所述第一装置外壳的所述贯通连接器的所述快速连接器特征的快速连接特征；以及
导电销，其定位在所述连接器外壳中，所述导电销与所述第一装置外壳的所述贯通连接器的所述销电接触；且
所述第二连接器包括：
电绝缘连接器外壳，其具有连接到所述第二装置外壳的所述贯通连接器的所述快速连接器特征的快速连接特征；以及
导电销，其定位在所述连接器外壳中，所述导电销与所述第二装置外壳的所述贯通连接器的所述销电接触。
11.根据权利要求10所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中：
所述贯通连接器的所述导电销为公连接器销或母连接器销中的至少一者；
所述跨接线组合件的所述第一及第二连接器的每一导电销包括不同于所述贯通连接器的所述连接器销的连接器销。
12.根据权利要求10所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器的所述导电销包括多边形形状的端子。
13.根据权利要求12所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器包括抗旋转特征以使所述导电销稳定。
14.根据权利要求13所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器的所述导电销包括非多边形形状的端子。
15.根据权利要求13所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器的所述导电销包括圆盘形状的端子。
16.根据权利要求10所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器的所述快速连接特征为保持特征及锁定特征中的至少一者，且其中所述跨接线组合件的所述第一及第二连接器的所述快速连接特征不同于所述贯通连接器的所述快速连接特征。
17.根据权利要求16所述的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述贯通连接器的所述快速连接特征为具有至少两个保持插口的保持特征。
18.一种用于制造用于电化学能量存储装置的贯通连接器的方法，其包括：
将销或销及连接器外壳放置在模具中；
围绕所述连接器外壳或销模制所述电化学能量存储装置外壳。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述模制所述电化学能量存储装置外壳的步骤包括围绕含有所述销的所述连接器外壳模制所述电化学能量存储装置外壳。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述模制所述电化学能量存储装置外壳的步骤包括围绕所述销嵌件模制所述电化学能量存储装置外壳及所述连接器外壳。
21.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
将电化学存储单元插入到所述电化学能量存储装置外壳中及将所述电化学存储单元连接到所述销。
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