CN106537637B - 用于电动车辆的电池组件和电池单元 - Google Patents

用于电动车辆的电池组件和电池单元 Download PDF

Info

Publication number
CN106537637B
CN106537637B CN201580039271.0A CN201580039271A CN106537637B CN 106537637 B CN106537637 B CN 106537637B CN 201580039271 A CN201580039271 A CN 201580039271A CN 106537637 B CN106537637 B CN 106537637B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
housing
battery cell
cell
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201580039271.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106537637A (zh
Inventor
塞奇·斯达特奇克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sai QiSidateqike
Original Assignee
Sai QiSidateqike
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sai QiSidateqike filed Critical Sai QiSidateqike
Publication of CN106537637A publication Critical patent/CN106537637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106537637B publication Critical patent/CN106537637B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/80—Exchanging energy storage elements, e.g. removable batteries
    • 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • 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 of a single cell or a single battery
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/179—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • 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
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11—Electric energy storages
    • B60Y2400/112—Batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

一种电池单元包括：由电绝缘壳体材料制成的壳体，在该壳体的外表面上具有多个导电外垫片，所述导电外垫片彼此电绝缘；在壳体内用于储存和提供电能的电池单体，电池单体包括阳极和阴极；其中，至少一些外垫片与阳极或阴极电接触，每个外垫片的极性取决于其在根据外力的方向确定参照中相对于电池单元的几何中心的位置，而与电池单元在所述参照内的定向无关。一种用于电气设备的电池组件，该电池组件包括：多个这样的电池单元；用于容纳电池单元的外壳；位于外壳的第一侧的组件式阴极，该组件式阴极与电池单元的和所述第一侧接触的外垫片电接触；位于外壳的与所述第一侧相对的第二侧的组件式阳极，该组件式阳极与电池单元的和所述第二侧接触的外垫片电接触。一种用于向电气设备提供电能的方法，该方法包括以下步骤：提供多个已充电的如上所述的电池单元；用所述多个电池单元随机地填充电池组件的外壳；以及向外壳内的电池单元施加外力，以用于将电池单元的外垫片的极性全部定向成相对于所述外力处于相同的定向。

Description

用于电动车辆的电池组件和电池单元
技术领域
本发明涉及用于电动车辆的供电系统。本发明具体地涉及使电动车辆尤其是电动汽车的充电便利和加速的电池组件和电池单元。
背景技术
电气设备，尤其是电动汽车或其他电动车辆，受其电池的长充电时间之苦。长充电时间导致当电池在充电时汽车或车辆必需固定不动，或者必需更换体积通常较大的电池或电池组件。电池的更换意味着在充电站从汽车中取出体积较大的电池并将其置于此进行充电，同时将已经充好电的电池插入到汽车中。
后者的方案使汽车之间的电池规格兼容性、用于已充电电池的大储存空间以及用于更换电池的快速更换过程成为必然。
在当前最好的方案中电池更换时间为大约2分钟，这对于驾驶员或许是能接受的。然而，在平均每天访问加油站1000次的情况下，加油站需要储存对应数量的电池，这些电池要么正在充电要么准备好插入到汽车中。在每个电池或电池组件具有1.2米×1米×0.6米的平均大小的情况下，需要的储存空间使大量的基础设施投资和加油站本身的概念的重大改变成为必然。
因此，本发明的目的包括提供一种电动汽车电池组件，该电动汽车电池组件允许在可接受的时间范围内例如在少于两分钟的时间内对汽车的电池进行再充电，与任何汽车品牌或型号兼容，要求最小的再充电基础设施，不需要从根本上改变现有加油站的组织，并且可以提供一些更多的优点作为“副产物”。
发明内容
这些目的和其他优点利用根据对应的独立权利要求的电池单元和电池组件来实现。
具体地，这些目的和其他优点利用一种电池单元实现，该电池单元包括：由电绝缘壳体材料制成的壳体，在该壳体的外表面上具有多个导电外垫片，所述导电外垫片彼此电绝缘；在壳体内用于储存和提供电能的电池单体(battery cell，电池组电池)，该电池单体包括阳极和阴极；其中，至少一些外垫片与阳极或阴极电接触，每个外垫片的极性取决于其在根据外力的方向确定的参照中相对于电池单元的几何中心的位置，而与电池单元在所述参照内的定向无关。
在实施方案中，电池单体能在壳体内自由地定向，并且被构造成能在外力的影响下定向。所述外力例如是地心引力，并且电池单体的重心与其几何中心不重合。在实施方案中，然后阳极和阴极处于电池单体的彼此相对侧的电池单体的表面上，接近穿过所述电池单体的重心和几何中心的对称轴线。当电池单体相对于所述外力处于稳定的位置时，与阳极电接触的外垫片例如在电池单元的下半部分内，而与阴极电接触的外垫片位于电池单元的上半部分内；或者与阳极电接触的外垫片在电池单元的上半部分内，而与阴极电接触的外垫片位于电池单元的下半部分内。根据前述任一项所述的电池单元1，所述电池单体7能相对于所述壳体3自由地定向，所述电池单体7在所述壳体3内的定向是根据所述外力的方向确定的。
在实施方案中，所述壳体形成球形内部空间并且在所述壳体内的电池单体能相对于所述壳体围绕任何轴线自由地转动。
在实施方案中，所述壳体还包括在其内表面上的导电内垫片，其中每个外垫片与内垫片电接触。然后，阳极和阴极例如是电池单体的表面的每个都与内垫片中的至少一些电接触的部分。
这些目的和其他优点还利用一种用于电气设备的电池组件来实现，该电池组件包括：多个这样的电池单元；用于容纳电池单元的外壳；位于外壳的第一侧的组件式阴极，该组件式阴极与电池单元的和所述第一侧接触的外垫片电接触；位于外壳的与所述第一侧相对的第二侧的组件式阳极，该组件式阳极与电池单元的和所述第二侧接触的外垫片电接触。在实施方案中，电池组件的外壳包括至少一个用于将电池单元装载到外壳中和/或用于将电池单元从外壳中移除的开口。
此外，这些目的和其他优点利用一种用于向电气设备提供电能的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供多个已充电的如上所述的电池单元；用所述多个电池单元随机地填充电池组件的外壳；以及向外壳内的电池单元施加外力，以用于将电池单元的外垫片的极性全部定向成相对于所述外力处于相同的定向。
由于电池单体在外力的作用下在电池单元的壳体内定向该电池单体本身的能力，所以电池单元的极性自动地将其本身定向为相对于所述力(例如重力或任何合适的力)处于确定的方向和定向。这允许将相对小的电池单元随机地装载到容器中，并且所有的电池单元使它们本身自动地定向，以用于形成能够向例如电气设备诸如电动车辆供电的较大电池组件。
电池单元可以例如是粒状的，并且利用与用于液体燃料的手持喷枪(pistol)相类似的手持喷枪进行装载/卸载，从而极大地减少了用于对设备的电池进行充电的时间。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方案的电池组件的外壳的示意性剖视图；
图2示出了根据本发明的一种实施方案的电池单元的再充电循环；
图3示出了根据本发明的一种实施方案的电池单元的剖视图；
图4示出了根据本发明的不同实施方案的电池单元的接触元件的细节；
图5是根据本发明的一种实施方案的电池单元的外壳体的表面的平面表示；
图6示出了本发明的电池单元之间可能的接触几何结构；
图7示出了根据本发明的一种实施方案的电池单元中的接触元件的位置；
图8是说明了当根据本发明的一种实施方案的电池单元堆叠在水平平台上时形成的电路的示例的剖视图；
图9示出了说明当根据本发明的一种实施方案的电池单元堆叠在倾斜平台上时形成的可能的电路的剖视图；
图10是根据本发明的一种实施方案的电池组件的示意性剖视图；
图11示出了由堆叠的本发明的电池单元形成的电路；
图12示出了根据本发明的电池单元在被堆叠时的电流和电压；
图13说明了在有缺陷的电池单元存在的情况下由堆叠的本发明的电池单元形成的电路；
图14示出了根据本发明的电池单元的可替代实施方案的剖视图；
图15示出了根据本发明的不同实施方案的表面结构；
图16示出了根据本发明的一种实施方案的电池单体的内部结构。
具体实施方式
参照图1的实施例，本发明的电池组件89包括多个电池单元1，这些电池单元位于外壳15内，例如位于与常规汽车中用于储存汽油的箱体类似的箱体中。每个电池单元1是单独的设备，并且例如被随机地放置在外壳15内。
如下面更详细地说明的，每个电池单元1被配置用于储存电能并且通过位于其外表面上的导电外垫片提供该电能。当外壳15被填充有电池单元1时，电池单元1在外壳15内例如随机地堆在彼此上，并且每个电池单元1的外垫片中的至少一些部分与相邻电池单元的外垫片电接触，从而形成具有用于向电气设备例如电动车辆进行供电所需的电特性的电池组件。当由本发明的电池组件89供电的电动车辆或其他设备需要被再充电时，将已放电电池单元1从外壳15中移除，然后用已充电电池单元1填充该外壳。
在图1中示出了用根据本发明的实施方案的电池单元1填充外壳15的方式。使用优选地与大多数加油站中使用的手持喷枪类似或相同的手持喷枪16来填充外壳15。手持喷枪16例如通过柔性软管连接至已充电电池单元的储存库，该储存库未在图1中表示出来。电池单元1的尺寸和形状优选地适于使它们在手持喷枪16和软管中自由地流动。当手持喷枪16被致动时，已充电电池单元通过软管从储存库中被推出和/或吸出，并且离开手持喷枪16进入外壳15中。
外壳15例如包括允许将手持喷枪16的顶端插入到外壳15内的第一开口18，该第一开口优选地在外壳的上部。例如由于手持喷枪16被至少部分地插入到第一开口18中，然后该手持喷枪被致动以用于使已充电电池单元1从其流出并进入到外壳15中，因而空的外壳15被填充有已充电电池单元1。电池单元16到外壳15中的倾泻优选地是随机的，并且由于电池单元的形状和设计，它们在外壳14内的所产生的相对布置遵循自组织方案，这在下文中进行描述。
当具有已放电电池组件89的电气设备例如电动车辆需要被再充电时，首先要从外壳15清空已放电电池单元1。在单个第一开口18的情况下，例如使用与用于填充外壳15的手持喷枪为同一个的手持喷枪16，例如通过真空从外壳15中抽吸出电池。为了从外壳15完全清空已放电电池单元1，手持喷枪例如适于在外壳15内跟随电池单元1的水平，并从而到达箱体的底部。
在实施方案中，外壳15包括用于使外壳15清空的第二开口40。然后该第二开口例如较靠近于外壳15的底部，以便于利用手持喷枪16从外壳15中抽吸出所有的电池单元1。在其他实施方案中，第二开口位于外壳的底部，例如位于其底板中。然后通过打开该第二开口并允许从外壳取出已放电电池单元来使外壳清空。
优选地，第一开口18和可能的第二开口40各自均包括优选密封的盖子(该盖子未在图中表示出来)，以用于当电池组件89完成时和/或在使用中时使外壳15封闭。
上文描述的用于填充和清空外壳15的方法和设备是说明性而非限制性的实施例。在本发明的框架内，其他方法和设备是可能的。然而，根据本发明，电池单元1优选地是被随机装载的，例如电池单元被倾倒到外壳15中并且以自组织方案组织它们本身，以构建具有其预期用途所需的电力特性的电池组件89。
图2示出了根据本发明的实施方案的电池单元1的循环。当例如电动车辆需要再充电时，通过合适的方法从外壳15中取出已放电电池单元。优选地在充电控制站22检查每个取出的电池单元的充电水平。在实施方案中，可以在充电控制站22处一次并行地检查若干电池单元1。如果其充电水平是可接受的即在预定阈值之上，那么电池单元1被返回至已充电电池单元1的已充电电池单元储存库24，该电池单元在该储存库处被储存用于将来使用。已放电电池单元1，即充电水平在预定阈值以下的电池单元1，被馈送到优选自动并行充电站23，在该充电站处可以优选地对若干电池单元1并行充电，以便减少总的充电时间，从而提高系统的整体效率。一旦充好电，电池单元1被馈送至已充电电池单元1的已充电电池单元储存库24。已充电电池单元储存库24优选地不断被填充有已充电电池单元1，以便始终准备好立刻填充一个或多个电池外壳。在实施方案中，每个电池单元1在其于并行充电站23中进行充电之前和/或之后被检查缺陷，例如机械和/或电缺陷，从而保证当对应的外壳被填充有已充电电池单元时本发明的电池组件是完全可使用的。一旦外壳15中的已放电电池单元1已被清空，可以立即用已充电电池单元储存库24中的已充电电池单元1填充该外壳。优选地，充电控制站22、并行充电站23、已充电电池单元储存库24均配备有电绝缘壁。
根据本发明，电池单元1在被放置于外壳15中时将它们本身自组织成形成具有所需电气特性的电池组件的自由且自组织的结构。为了使多个电池单元1组合它们的电荷并且用作具有向对应的电气设备例如电动车辆供电所需的电力特性的较大电池组件，随机堆积的电池单元1必须以自组织结构组织它们本身，在该结构中，尽管电池单元相对于彼此随机地定向，但是它们以正确的极性彼此电连接。
图3是根据本发明的一种实施方案的电池单元1的示意性剖视图。该电池单元1包括：壳体3，例如球形壳体3；和在所述壳体3内的电池单体7。电池单体7是实际电力电池的宿主，即该电池单体被配置用于储存电能并且通过其电极即阴极10和阳极11来提供电能。优选地，电池单体7可以相对于壳体3自由地采取任何定向，例如在壳体3内围绕任何轴线自由地旋转。壳体3例如形成电池单体7位于其中的球形内部空间。电池单体7的外表面和壳体3的内表面之间的空间例如填充有绝缘润滑剂6，该绝缘润滑剂促进电池单体7在壳体3内的运动例如旋转，同时防止在电池单体7的电极10和11之间的不期望的短路。
由于壳体3在根据本发明的电池的外壳中的位置是随机的，所以即使在冲击、来自电池单体7的相邻物的压力、粉尘、湿气以及磨损的情况下，该电池单体也必须使其本身在壳体3内正确地定向并且正常地运行。
在实施例中，阴极10和阳极11例如各自均为电池单体7的外表面的导电部分。在图3示出的实施例中，阴极10和阳极11各自在球形电池单体7的相对极点上形成导电材料的盖帽。然而，在本发明的框架内，电极10和11的其他构造是可能的。
电池单元1的壳体3基本上由绝缘壳体材料5制成，并且该壳体包括在其外表面上的导电外垫片82和在其内表面上的导电内垫片83。外垫片82彼此不接触，并且因此通过绝缘壳体材料5彼此电绝缘。类似地，内垫片83彼此不接触，并且因此通过绝缘壳体材料5彼此电绝缘，其中该绝缘壳体材料如图3左下部的详细视图所示。取决于电池单元1的预期用途，绝缘壳体材料5和/或导电垫片82、83的材料可以是刚性的、半刚性的或柔性的。外垫片82和内垫片83例如是由导电金属制成的，而绝缘壳体材料5为半刚性塑料，该半刚性塑料可以在压力下轻微地变形并且可以在该压力被解除时弹性地回到其初始形状。可替代地，绝缘壳体材料5为刚性塑料、玻璃或其他合成材料。然而，在本发明的框架内，任何其他合适的材料均可以用于绝缘壳体材料5和/或用于外垫片82和内垫片83。
每个外垫片82优选地与内垫片83电接触。在实施方案中，每个外垫片82确切地与一个内垫片83电接触，因此形成通过导电杆84彼此电接触的一对导电垫片82、83，其中该对垫片中的每个垫片位于壳体3的相对表面上。然而，在本发明的框架内，在外垫片和内垫片之间的电接触的其他方案是可能的。
成对的垫片82、83例如被形成为使得：每个垫片82、83被施加在壳体2的相应表面上，并且通过导电杆84连接至同一对垫片中的另一个垫片82、83，该导电杆穿过壳体3的绝缘壳体材料5从一个垫片延伸至另一个垫片。来自同一对垫片的外垫片和内垫片例如通过压力与铆接类似地装配到一起。然而，在本发明的框架内，壳体3的其他构造是可能的，如例如图14的下部所示的。在下面描述的与图14的下部相关的实施方案中，壳体例如由能从壳体3的外表面和内表面访问的导电瓦片(tile)91和电绝缘瓦片92的组件制成。每个导电瓦片或者成组的导电瓦片通过电绝缘瓦片与其他导电瓦片电绝缘。每个导电瓦片的内表面和外表面从而分别形成内导电垫片和外导电垫片。
根据本发明，电池单体7可以相对于壳体3自由地采取任何定向，例如围绕任何轴线自由地旋转。
在实施方案中并且参照图3，电池单体7的重心85与其几何中心87不重合。在地心引力的作用下，电池单体7因此趋于使其本身在壳体3中定向成使得经过重心85和几何中心87的对称轴线88被竖向地定向，其中重心85在几何中心87的下方，即重心更靠近于地面。阴极10和阳极11也优选地在位于电池单体7的外表面的相对侧上在对称轴线88上对准，使得当电池单体7在地心引力的作用下已经在壳体3内到达稳定位置时，第一电极例如阴极10定位于电池单体7的上部，而第二电极例如阳极11定位于电池单体7的下部。一旦电池单体7在壳体3内处于稳定位置，位于电池单元1的上部的内垫片83和对应的外垫片82因此与第一电极接触，例如与阴极10接触，而位于电池单元16的下部的内垫片83和对应的外垫片82与第二电极接触，例如与阳极11接触。位于穿过电池单体7的几何中心87的水平平面附近的内垫片83和对应的外垫片82优选地不与电池单体7的任何电极连接，并且因此是在电学上是未限定的。为了简单起见，垫片的这种电学极性在下文中被描述为中性的。
电池单元1的极性因此相对于地面是自定向的，其中一旦电池单元内的电池单体7与壳体3的位置无关地处于稳定位置，那么例如正电触点在其上部而负电触点在其下部。
在实施方案中，电池单体7的表面上的电极10、11在电池单体7的极点周围、位于以下虚拟回转锥体内：该虚拟回转锥体的锥顶在电池单体7的几何中心87处并且在该锥顶处具有半角α。α优选地等于或者小于45°，甚至更优选地等于或者小于30°。因此，在这些虚拟锥体以外的外垫片82不与任何电极连接，从而在穿过电池单体7的几何中心87的水平平面附近提供一系列中性触点69。如下面所说明的，该系列中性触点69允许防止在根据本发明的电池组件中两个相邻电池单体的具有相同极性的正电触点或负触点之间的不期望的电接触。
在上面的实施例和附图中，正的电极和垫片被示为在电池单元1的上部，而负的电极和垫片在下部。然而，在本发明的框架内，其他配置是可能的。具体地，本发明的电池单元可以被配置成使得一旦电池单体7稳定，则负的电极和垫片位于电池单元的上部，而正的电极和垫片位于下部。
电池单体7的重心85的位置可以以任何合适的方式来确定。在实施方案中，电池单体7内的元件例如被定位成使得大多数较重的元件位于电池单体7的相同侧，和/或在电池单体7内的特定位置添加一些具体的载荷等。在其他实施方案中，在电池单体7内例如捕获有空气，从而使电池单体7的特定侧减轻。在另外的实施方案中，在电池单体7的外侧附接较重和/或较轻的元件。例如，可以使空气被捕获在电池单体7的一个电极的一部分和壳体3的内表面之间，例如被捕获在以经过电池单体7的几何中心87和重心85的对称轴线88为中心的环形槽中。然后，该环形槽优选地大到足以容纳确定量的空气。通过在上述槽的边缘处在电极的接触表面与壳体3的内表面之间的紧密接触和/或由于填充在电池单体7和壳体3之间的剩余空间的液态绝缘润滑剂6的表面张力，空气被捕获在上述槽内。当然，以上实施方案可以彼此组合，以实现几何中心87和重心85之间的期望偏移。
在上述实施方案中，电池单体7在重力的作用下使其本身在壳体3内相对于地面进行定位。然而，可以使用其他力以优选地在不移动壳体的情况下使电池单体在壳体内定向并因此对电池单元的正触点和负触点进行定位。在这种情况下，电池单体的重心优选地与其几何中心重合，以便避免由于重力引起的定向误差。电池单体可以例如在外部磁力的影响下被定向，其中集成在电池单体中和/或附接至电池单体的磁性元件趋于使其本身定向在相对于磁力方向的一确定方向上，从而迫使与该磁性元件附接的电池单体和/或该磁性元件集成在其中的电池单体处于相同的定向。因此，例如与指南针相对于地球磁场的定向类似地实现电池单体的定向。
使用除重力以外的外力来定向电池单体——即用于定向电池单元的极性——的优点包括以下事实：可以使根据本发明的电池组件中的电池单元的定向以及因此电池组件的运行对其他外力不敏感，上述其他外力诸如为可能在运动车辆中出现的离心力。然而，这是以能量——例如用于生成磁场的电能——为代价来实现的。
根据另外的实施方案，一旦电流开始流过电池单元，就会实现电池单体的自定向。
在其他另外的实施方案中，通过在将电池单元装载到外壳中后使电池单体旋转并且使所有电池单元的所有电池单体的转动轴线保持不变来保持电池单体的定向。
根据其他实施方案，通过激光使电池单元极化，在这种情况下，壳体和电池单体应当是透明的。
在实施方案中，为了促进电池单体7在壳体3内的运动，同时仍然确保在电池单体7的电极10、11与内垫片83之间的良好电接触，电极10、11的接触表面以如图15的剖视图和平面图所示的结构化。对电极的接触表面的结构化允许例如至少一些绝缘润滑剂6在电极10、11和壳体3之间流动，从而避免在它们各自的表面之间的夹紧并且避免由于绝缘润滑剂6的表面张力作用引起的缓慢旋转，同时允许在电极的结构化接触表面的至少一些尖峰和对应的内垫片之间的电接触。
结构化接触表面例如包括若干系列平行槽，这些平行槽形成具有沟道86的纹理，每一系列平行槽沿着不同的方向，从而在电极10、11的接触表面上形成网状的槽。例如，一些绝缘润滑剂6可以因此在上述槽内流动，同时在上述槽之间的接触表面的部分形成用于在电极10、11的接触表面和对应的内垫片83之间的电接触的接触元件。这些槽优选地允许绝缘润滑剂6在壳体3和电池单元1之间的间隙上均匀分布，从而优化内部元件的滑动。
在一种实施方案中，在外壳已经被填充之后并且在电流流过电池单元件之前，电池单体在壳体内的旋转是可能的。
在实施方案中，如图15的下半部分所示，电池包括接触元件9，该接触元件的表面包括多个优选地滑动表面轮廓或光滑尖峰58或者其他合适的图案。这样的尖峰58被设计成改善在对应表面之间的电接触。同时，在滑动表面轮廓或光滑尖峰58的尖峰之间的空间允许在电池单体于其壳体内转动期间接触表面的较快润滑，并且允许在表面之间的液体的较低表面张力，从而引起较顺滑的旋转。
在实施方案中，电池单体7的外表面的至少一部分，例如电极10、11的接触表面，和/或壳体3的内表面是柔性的，从而允许一定的变形，以便例如在电池单元1的寿命期间补偿由于机械应力引起的壳体3的可能机械变形。在实施方案中，壳体3例如由两个层形成。外层例如是柔性的以吸收冲击，而内层是刚性的以确保电池单体在壳体内的转动。
图14的上部是根据本发明的一个变型实施方案的电池单元1的剖视图，其中壳体3形成球形内部空间，并且电池单体7为在各个末端处具有电极10、11的柱形形状。每个电极10、11的接触表面优选地形成半径与壳体3的内部空间的半径相对应的球体的一部分。电极10、11的接触表面例如如上所述的进行结构化。在电池单体7和壳体3的内表面之间的空间优选地填充有绝缘润滑剂6。
根据该实施方案，电池单体7可选地还包括附接至其柱形部分的一个或多个滑动弹簧90，这些滑动弹簧提供在电池单体7的柱形部分和壳体3的内表面之间的机械接触。滑动元件例如提供电池单体7在壳体3内的改善的机械稳定性，通过提供更好的滑动表面来促进电池单体7在壳体3内的自定向，以及/或者防止壳体3在外部压力下的变形。
图14的下部示出了根据本发明的电池单元1的其他实施方案，其中电池单体7包括多个突出的接触元件9，这些接触元件与壳体3的内表面机械接触，并且用作将电池单体7保持在壳体3内同时允许该电池单体相对于所述壳体3自由旋转的滑块。在实施方案中，多个接触元件9中的至少一部分与电池单体7的电极中的任一个电接触。在接触元件9之间的触点间空间42优选地填充有例如绝缘润滑剂6、空气8和/或任何其他合适的绝缘材料或真空。两个相邻接触元件9因此可以具有彼此不同的极性，即正的阴极10、负的阳极11或开放的中性触点69。图14中作为说明性但绝非限制性的实施例示出了触点布置的各种实施方案。
根据图14的下部的实施方案，电池单体7在壳体3内的期望定向例如是用捕获在电池单体7的特定部分中的一个或多个空气气泡8来实现的，所述特定部分优选地靠近电池单体的周缘，例如在触点之间的空间42之一中。如上面关于其他实施方案所说明的，在地心引力的作用下，包括空气气泡8的空间将趋于停留在电池单体7的顶部，以使得电池单体7将由于其本身的重量而与壳体3的位置和/或定向无关地停留在相对于地面的相同位置处。对电池单体7的形状和大小以及绝缘润滑剂6的化学性质进行选择，使得例如由于表面张力而将空气气泡8锁定在电池单体7的确定部分中。这种方案具有便宜且不向电池增加任何重量的优点。此外，如果电池单体7的重量相对于空气气泡8的重量是重大的，那么可以在几分之一秒内实现电池单体7的稳定。
例如在外壳15已经被填充有已充电电池单元1之后，在外壳15中的若干电池单元1之间实现接触，使得每个电池单元1的电池单体7将其本身稳定在对于所有电池单体7均相同的确定定向上。因此，所有电池单体7的给定极性的电极位于相对于对应电池单体7的——即相应电池单元1的——几何中心的相同位置。
为了简单起见，下文将针对其中每个电池单元1的所有正触点被定位在该电池单元1的上半部分并且每个电池单元1的所有负触点被定位在该电池单元1的下半部分的情况来描述本发明。然而在本发明的范围内，在不影响本发明的本质的情况下，由电池单体7在其相应壳体3内的自定向产生的触点的其他位置是可能的。
壳体3包括通过绝缘壳体材料5彼此电绝缘的导电外垫片82，例如如图4所示。在图4中，电池单体的阴极10与位于该电池单体上方的另一个电池单体的阳极11通过它们相应的壳体3的外垫片82的接触而电接触。因此，在两个相邻电池单元的相反电极之间的连接通过这两个相邻电池单元的外垫片中的至少一些来实现，从而将对应的电池单元串联地电连接。在实施方案中，为了实现两个相邻电池单元的壳体3之间的接触，外垫片82的表面优选地是将这两个相邻外垫片82分隔开的绝缘壳体材料5的至少两倍大。在两个接触的电池单元1的外垫片82之间优选地始终存在电接触，以便在它们之间实现电流流动。
在实施方案中，由于接触元件9和壳体3的接近的相对位置，在接触元件和壳体之间的隔离液体例如油的存在不会阻碍电流在它们的相应表面之间经过。
在图5的上部示出了在壳体3的外表面上外垫片82和绝缘壳体材料5的空间布置的实施例。该图是与世界地图类似地“展开”成平面的壳体的表面的部分视图。该实施例示出了六边形的外垫片82。然而，在本发明的框架内，其他形状诸如圆形、椭圆、正方形、矩形等也是可能的。外垫片82和绝缘壳体材料5在壳体3的表面上是交替的，使得每个外垫片82被绝缘壳体材料5包围。
当具有根据图5的示例的壳体的两个相邻电池单元彼此接触时，无论这两个相邻电池单元的相对定向如何，它们各自的外垫片中的两个始终彼此接触。换言之，具有如此设计的壳体3的两个相邻电池单元将始终允许电流在它们之间流动。实现这一点的部分原因是由于在同一壳体3的两个外垫片82之间的绝缘壳体材料5的距离95显著小于外垫片82的长度。这具有使两个电池单元1的两个外垫片82直接接触的可能性显著更高的作用。另一个作用是在同一壳体的外垫片之间的距离95不允许同一壳体3的相邻外垫片82之间的电接触，以避免在同一电池单元1的外表面和/或内表面上的阴极和阳极之间的寄生电流。
在图4的下部所示的最坏情况下，两个电池单元通过两个相邻外垫片82之间的间隔区98彼此接触。在这种情况下，相接触的两个不同的电池单元1的间隔区98正好在彼此的前面并且对准。因此，外垫片82没有处于直接物理接触，并且在壳体之间的物理接触点97处不存在电流。然而，对电池单元1的直径和外垫片82的大小进行选择，使得即使在这种配置下，在两个外垫片之间的最大距离96仍然允许在对应的外垫片82之间的电流流通。如上所述，最大距离96不允许在同一壳体3的两个相邻外垫片82之间的电流流通，因此在电池单元1的表面上于该电池单元本身的阴极和阳极之间形成电流。
在使用接触元件9的实施方案中，可以采取不同的方法。图16的下部示出了根据本发明的实施方案的电池单体7的展开表面28的部分平面投影，并且示出了接触元件9在电池单体7的表面上的布置。接触元件9的布置被构造成使得在电池单体相对于壳体的任何位置，在接触元件9和壳体的内垫片83之间均存在充分的电接触。此外，接触元件9的布置被构造成使得在具有不同极性的接触元件之间的电接触是不可能的。
根据示出的示例性而绝非限制性的实施方案，电池单体的接触元件的投影具有三个内垫片83的形状或具有比内垫片大若干倍的六边形形状。在示出的实施例中，阴极10、电中性触点69元件和阳极11因此具有三个聚集的六边形形状的平面投影，每个六边形具有对应壳体的内垫片的大小。优选地，接触元件之间的间隔区具有一个这样的六边形的大小。因此，在电池单体和壳体的任何相对位置，两种图案——即在壳体3上的内垫片83的图案和接触元件9的图案——始终以如下方式对准，使得在壳体3的至少一些内垫片和电池单体7的电极之间存在电接触。中性触点69的存在有利地在壳体的外垫片中提供缓冲或过渡区。对于例如连接至电池单元的与相邻电池单元的两个导电垫片4连接的两个导电垫片4的阴极10，所述中性触点防止该阴极与所述相邻电池的相反极性的触点连接。
图6示出了当电池单元1被放置在例如根据本发明的电池外壳中时在相邻的电池单元之间的连接的不同可能性。当电池单元1被填充到外壳中时，它们的位置将是随机的，但是电池单元1的形状例如球形形状引起多种可能的布置，这些布置中的一些在图6中以从上方观看的方式示出。在例如振动和压力下，电池单元1将趋于采取具有若干接触点的稳定位置。它们将因此形成电池单元1的层，并且形成其中电池应当运行的稳定排布和/或形成不稳定排布。
在图6的上部部分地示出了第一空间排布43。在该排布中，一个电池单元1被定位在三个其他电池单元上，并且因此每个上层电池单元29具有三个在下面的下层电池单元30。因此，在该第一排布中，在上层电池单元29和下层电池单元30之间可能有三个接触点31。
在第二空间排布44中，上层电池单元29具有四个在下面的下层电池单元30。在该第二空间排布44中，在上层电池单元29和下层电池单元30之间可能有四个接触点31。
在第三空间排布45中，每个上层电池单元29被定位在仅一个下层电池单元30的顶部。
在第四空间排布93中，每个上层电池单元29被定位在仅两个下层电池单元30的顶部。
以上排布中的每一种均确定接触元件9在电池单元之间的另一种几何结构。
在上述说明性而绝非限制性的实施例中，电池单元是球形的。然而，在本发明的框架内，其他几何形式是可能的。
当用电池单元填充根据本发明的电池组件的容器时，在电池单元之间可能出现所有四种排布的相对位置。电池单元——尤其是它们的外垫片——因此被配置成在所有可能的排布下均允许合适的电接触。在图7的上部中是根据本发明的一种实施方案的电池单元的横向剖视图，示出了在相邻电池单元之间的触点的不同定向，与图6的排布相对应：用于第一排布的接触轴线32、用于第二排布的接触轴线33、用于第三排布的接触轴线34以及用于第四排布的接触轴线94。
阴极10或接触元件9因此优选地被配置成使得电接触在所有四种定向32、33、34、94下均是可能的。在实施方案中，阴极10的接触元件9因此例如：对于第一排布位于沿着竖向轴线在电池单体的最上位置处，而对于其他排布位于距离竖向轴线20-30度的范围内。阳极11的接触元件9优选地被对称布置，即，对于第一排布位于沿着竖向轴线在电池单体的最下位置处，而对于第二和第三排布位于距离竖向轴线20-30度的范围内。阴极10和阳极11因此在电池单体7的表面上形成两个虚拟的球面扇区。
在用空气气泡8实现电池单体7在壳体3内的定向的情况下，该空气气泡8例如被捕获在最上的接触元件和同一电极的其他接触元件之间。在图7的上部中示出了阴极10的具有其极性的两个优选布置。
应当注意的是，接触元件9在电池单体7上的3D布置被实施为使得那些触点在球体上被分成位于带状区段中的三组，如图7所示。阴极性的接触元件9被布置在占据球体的上部三分之一的上部正扇区12中。中间的一组触点对应于中间的中性接触带14，在该中性接触带处，接触元件不传递任何电荷并且仅在元件转动期间用于导向。负触点被布置在下部负扇区13中。在图的下部示出了俯视图。
当填充有电池单元的外壳15被水平定向时，电池单元本身处于图8所示的对应于外壳15的水平定向35的情况。为了易于引用，将三个电池单元标记为电池单元A 46、电池单元B 47以及电池单元C 48。由于内部元件的自定向，阴极10处于每个电池单元的上部中。壳体3的垫片具有上文所说明的允许两个相邻电池单元的表面上的两个外垫片82彼此接触的几何结构和位置。该接触在该图上对应于触点51。因此，电池单元B 47的阴极10与其表面的外垫片82接触，该外垫片又与电池单元A 46的外垫片82接触，电池单元A 46的外垫片又与其阳极11接触。这种接触顺序允许A对B的电流49从电池单元B 47流到电池单元A 46。以类似的形式，A对C的电流50从电池单元C 48流到电池单元A 46。
图9示出了外壳的底板与电池单体的定向轴线不垂直的情况。例如如果其中安装有本发明的电池组件的电动车辆以相对高的速度在斜坡上行驶和/或进行急转弯，并且电池单体在地心引力和/或离心力的作用下被定向，则可能出现这种情况。
在图9的上半部分，在外壳相对于例如地面的第一可能定向36下，电池单元A 46、电池单元B 47和电池单元C 48的壳体3的相对定向以及因此在它们之间的导电垫片4的相对定向保持与图8所示的实施例相同。触点51例如保持在相同位置。然而，电池单体7改变了其相对于壳体3的定向，使得另一接触元件9现在与对应于触点51的内垫片接触。A对B的电流49和A对C的电流50因此仍然流动。
图9的下半部分示出了其中由于当发生转换时的外壳的定向38导致至少一些电流轨道开路的配置。电池单元A 46、电池单元B 47和电池单元C 48的壳体3的相对定向保持与上面所示的实施例相同。触点51也保持在相同位置。
然而，在外壳的这种定向下并且因此在所导致的电池单体7相对于其相应壳体3的定向下，电池单元B 47的阴极10不能通过触点51连接至电池单元A46的阳极11。电池单元B47的阴极10仅与中性触点69接触，因此使A对B的电流49切断。然而，A对C的电流50被保持。图9的下半部分所示的情况对应于图6所示排布中的一种排布，即对应于两个电池单元一个位于另一个的顶部的情况，这也是本发明的电池组件的一个起作用的情况。本发明的电池单元，尤其是其接触元件和导电垫片的设计方案，无论它们的定向如何均允许在电池单元之间建立电流。
在实施方案中，在箱体已经被填充有电池单元之后，电池单元使其本身定向。然后，通过适合的机制锁定电池单元的定向，例如在弱电流的作用下使电池单体7沿一个方向展开，从而一旦本发明的电池组件形成并运行，就防止电池单体在其相应壳体内转动/旋转。
图10的上半部分示意性地示出了根据本发明的电池组件的整体构造。当外壳15被填充有电池单元时，箱体的底部部分例如起组件式阳极54的作用。组件式阴极53例如位于外壳15的上部。为了使电池单元例如在电动车辆的运动期间停留在适当的位置，在本发明的框架内，各种方案均是可能的。在实施方案中，例如组件式阴极53包括将电池单元压向外壳15的底部的可膨胀部分。在其他实施方案中，组件式阴极53包括用于将电池单元推向外壳15的底部的机械元件，例如液压或气动的机械元件，从而防止电池单元移动。在另外的实施方案中，外壳15中较低的气压使其柔性壁受到挤压，以按压处于适当位置的电池单元彼此抵靠。在实施方案中，外壳15包括一个或多个隔壁，以限制电池单元在该外壳内的运动。当然，上述方案和其他装置可以组合以便当本发明的电池组件在使用中时，防止电池单元在外壳15内移动。
图10的下半部分示出了如何在根据本发明的实施方案的电池组件中管理湿气、冻结和电池冷却。电池单元的表面上的水的凝结几乎是不可避免的。然而，通过选择电池单元的合适的直径，可以实现液态水的给定表面张力，使得湿气将仅停留在湿气积聚地56。此外，在这些特定的湿气积聚地56中的湿气将有利于相邻电池单元之间的导电。
此外，优选地使一些通风空间57没有水。电池单元在运行期间趋于发热。通风空间57允许电池单元之间的空气流通，例如用风扇迫使空气流通经过外壳15，以便控制电池单元的温度。此外，在低外部温度的情况下，可以预见暖空气的流动，以便防止电池单元之间的水冻结。
图11示意性地示出了各个电池单元的电特性。由于外壳15内不同的空间排布，所以每个电池单元可以在顶部与一个、两个、三个或四个其他电池单元接触和/或在底部与相同数目的电池单元接触。每个电池单元59因此可以被模型化为具有传入触点60和传出触点61的电源。每个电池单元59例如包括正触点62、负触点63和电压源64。如果出于一些原因电池单体被阻挡在壳体内并且停留在错误的定向上，则安全二极管65将会防止电流在错误的方向上流动。
电池单元的组合的电行为通过两个基尔霍夫定律来调节。第一个定律表明在一个点的传入电流和传出电流之和等于0。第二个定律表明在每个闭合电路中的电压等于0。
电池组件89的运行情况是由各个电池单元的组合引起的。图12示出了电池单元的电力组合和所产生的电压。如果每个电池单元提供单个电压78和单个电流79，则电池单元59将会受到从之前的电池66传入的电流和电压。最大的时候，存在四个传入电流和四个传出电流：电流一70、电流二71、电流三72、电流四73、电流五74、电流六75、电流七76、电流八77。
如果所有电流都存在，那么电池单元59受到四个传入电流和四个传入电压。所产生的电压是传入电压的平均值。然后，电池单元59添加其本身的单个电压78并且将所产生的电压“分配”至后面的电池。因此由电池组件提供的电压随着每一层电池单元增加。
当一个或多个电池单元没有适当地起作用时，其例如可能是部分放电的或者完全无效。
如果一个电池单元没有起作用，则不存在到例如电池单元59的传入电流和传入电压中的一个。因此，在电池单元的入口处的电流和电压较低。电流Itot和电压Vtot较低。因为这种电压下降，处于同一层的两个电池单元可能具有不同的输出电压，例如如图13的下半部分所示的。如果一个电池单元受损，即如果电池单元80有缺陷，那么电压V1小于V2、V3、V4。因此V1和V2之间的这种差异导致寄生电流81。安全二极管65将防止电流在错误的方向流动，但是由于有缺陷的电池单元80，将会失去三个电池单元的贡献。
附图标记列表
1 电池单元
2 壳体(额外的)
3 壳体
4 导电垫片
5 绝缘壳体材料
6 绝缘润滑剂
7 电池单体
8 空气气泡
9 接触元件
10 阴极
11 阳极
12 上部正扇区
13 下部负扇区
14 中间中性接触带
15 外壳
16 手持喷枪
17 电池单元(额外的)
18 第一开口
19 经填充的箱体
20 负接触元件
21 正接触元件
22 充电控制站
23 并行充电站
24 已充电电池单元储存库
25 提供已充电电池
26 用已充电电池单元装载箱体
27 外壳体的展开表面(从内部看)
28 展开表面
29 上层电池单元
30 下层电池单元
31 接触点
32 用于第一排布的接触轴线
33 用于第二排布的接触轴线
34 用于第三排布的接触轴线
35 水平定向
36 外壳的可能定向
37 可能的电流轨道
38 当发生转换时外壳的定向
39 转换情况
40 第二开口
41 断开触点
42 触点间空间
43 第一空间排布
44 第二空间排布
45 第三空间排布
46 电池单元A
47 电池单元B
48 电池单元C
49 A对B的电流
50 A对C的电流
51 触点
52 已填充外壳的侧视图
53 组件式阴极
54 组件式阳极
55 湿气和通风的说明
56 湿气积聚
57 通风空间
58 滑动表面轮廓或光滑尖峰
59 电池
60 传入触点
61 传出触点
62 正触点
63 负触点
64 电压源
65 安全二极管
66 之前的电池
67 后面的电池
68 触点间空间
69 中性触点
70 电流一
71 电流二
72 电流三
73 电流四
74 电流五
75 电流六
76 电流七
77 电流八
78 单个电压
79 单个电流
80 有缺陷的电池单元
81 寄生电流
82 外垫片
83 内垫片
84 导电杆

Claims (14)

1.一种电池单元(1)，包括：
-电绝缘壳体材料(5)的壳体(3)，在所述壳体(3)的外表面上具有多个导电外垫片(82)，所述导电外垫片(82)彼此电绝缘；
-在所述壳体(3)内的用于储存和提供电能的电池单体(7)，所述电池单体(7)包括阳极(11)和阴极(10)；
其中，所述多个外垫片(82)中的至少一些外垫片(82)与所述阳极(11)或所述阴极(10)电接触，
其特征在于，所述至少一些外垫片(82)中的每个外垫片(82)的极性取决于其在根据外力的方向确定的参照中相对于所述电池单元(1)的几何中心的位置，而与所述电池单元(1)在所述参照内的定向无关，其中，所述外力被施加于所述电池单元(1)。
2.根据前一项权利要求所述的电池单元(1)，其中，所述电池单体(7)能在所述壳体(3)内自由地定向，所述电池单体(7)被构造成能在所述外力的影响下定向。
3.根据前一项权利要求所述的电池单元(1)，其中，所述外力是地心引力。
4.根据前一项权利要求所述的电池单元(1)，其中，所述电池单体(7)的重心(85)与所述电池单体(7)的几何中心(87)不重合。
5.根据前一项权利要求所述的电池单元(1)，其中，所述阳极(11)和所述阴极(10)位于处于所述电池单体(7)的彼此相对侧的所述电池单体(7)的表面上，接近穿过所述重心(85)并穿过所述几何中心(87)的对称轴线(88)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电池单元(1)，其中，当所述电池单体(7)相对于所述外力处于稳定的位置时，与所述阳极(11)电接触的所述外垫片(82)处于所述电池单元(1)的下半部分内，而与所述阴极(10)电接触的所述外垫片(82)位于所述电池单元(1)的上半部分内。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的电池单元(1)，其中，当所述电池单体(7)相对于所述外力处于稳定的位置时，与所述阴极(10)电接触的所述外垫片(82)全部位于所述电池单元(1)的上半部分内，而与所述阳极(11)电接触的所述外垫片(82)全部位于所述电池单元(1)的下半部分内。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的电池单元(1)，所述电池单体(7)能相对于所述壳体(3)自由地定向，所述电池单体(7)在所述壳体(3)内的定向是根据所述外力的方向确定的。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的电池单元(1)，所述壳体(3)形成球形内部空间，并且在所述壳体(3)内的所述电池单体(7)能相对于所述壳体(3)围绕任何轴线自由地转动。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的电池单元(1)，所述壳体(3)还包括在所述壳体(3)的内表面上的导电内垫片(83)，其中，每个外垫片(82)与内垫片(83)电接触。
11.根据前一项权利要求所述的电池单元(1)，其中，所述阳极(11)和所述阴极(10)是所述电池单体(7)的所述表面的每个都与所述内垫片(83)中的至少一些电接触的部分。
12.一种用于电气设备的电池组件(89)，所述电池组件包括：
-多个根据前述权利要求中的任一项所述的电池单元(1)；
-用于容纳所述电池单元(1)的外壳(15)；
-位于所述外壳(15)的第一侧的组件式阴极(53)，所述组件式阴极(53)与所述多个电池单元(1)中的和所述第一侧接触的电池单元(1)的外垫片(82)电接触；
-位于所述外壳(15)的与所述第一侧相对的第二侧的组件式阳极(54)，所述组件式阳极(54)与所述多个电池单元(1)中的和所述第二侧接触的电池单元(1)的外垫片(82)电接触。
13.根据前一项权利要求所述的电池组件(89)，其中，所述外壳(15)包括至少一个用于将所述电池单元(1)装载到所述外壳(15)中和/或用于将所述电池单元(1)从所述外壳(15)中移除的开口。
14.一种用于向电气设备提供电能的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供多个已充电的根据权利要求1至11中任一项所述的电池单元(1)；
-用所述多个电池单元(1)随机地填充根据权利要求12或13中任一项所述的电池组件(89)的外壳(15)；
-向所述外壳(15)内的所述电池单元(1)施加外力，以用于将所述电池单元(1)的所述外垫片(82)的极性全部定向成相对于所述外力处于相同的定向。
CN201580039271.0A 2014-06-08 2015-06-03 用于电动车辆的电池组件和电池单元 Expired - Fee Related CN106537637B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14001987 2014-06-08
EP14001987.8A EP2953180A1 (en) 2014-06-08 2014-06-08 Battery assembly and battery unit for electric vehicles
PCT/IB2015/000835 WO2015189671A1 (en) 2014-06-08 2015-06-03 Battery assembly and battery unit for electric vehicles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106537637A CN106537637A (zh) 2017-03-22
CN106537637B true CN106537637B (zh) 2019-12-13

Family

ID=50979483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580039271.0A Expired - Fee Related CN106537637B (zh) 2014-06-08 2015-06-03 用于电动车辆的电池组件和电池单元

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10297873B2 (zh)
EP (2) EP2953180A1 (zh)
CN (1) CN106537637B (zh)
WO (1) WO2015189671A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210086637A1 (en) * 2019-09-25 2021-03-25 Enevate Corporation Method And System For Collocated Gasoline Pumps And Charging Stations For Ultra-High Speed Charging

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2050042A (en) * 1979-05-21 1980-12-31 Saft United Kingdom Ltd Miniature electric cells and method of manufacture
DE102010018698A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Jens Goldenstein Energieversorgungssystem für mobil betriebene Technik
CN102263214A (zh) * 2010-05-31 2011-11-30 索尼公司 电池单元、导电端子和电池组
CN103311475B (zh) * 2012-03-16 2015-06-10 本田技研工业株式会社 电池单元

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2518196B (en) * 2013-09-13 2015-08-05 Tanktwo Oy Batteries and battery systems for storing electrical energy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2050042A (en) * 1979-05-21 1980-12-31 Saft United Kingdom Ltd Miniature electric cells and method of manufacture
DE102010018698A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Jens Goldenstein Energieversorgungssystem für mobil betriebene Technik
CN102263214A (zh) * 2010-05-31 2011-11-30 索尼公司 电池单元、导电端子和电池组
CN103311475B (zh) * 2012-03-16 2015-06-10 本田技研工业株式会社 电池单元

Also Published As

Publication number Publication date
US10297873B2 (en) 2019-05-21
EP3152790B1 (en) 2018-05-16
CN106537637A (zh) 2017-03-22
EP3152790A1 (en) 2017-04-12
WO2015189671A1 (en) 2015-12-17
EP2953180A1 (en) 2015-12-09
US20170117593A1 (en) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9321433B2 (en) Method for quickly supplying electric energy to electric vehicle and power supply device thereof
KR101084224B1 (ko) 배터리 팩
KR101084972B1 (ko) 냉매 유량의 분배 균일성이 향상된 중대형 전지팩 케이스
JP5373999B2 (ja) ハイブリッド蓄電池、これを用いた走行車輌及び電力貯蔵設備、走行車輌を用いたスマートグリッド走行車輌システム、並びに電力貯蔵設備を用いた電力供給ネットワークシステム
US20070111089A1 (en) Electrochemical cell for hybrid electric vehicle applications
CN104842964A (zh) 电动车辆的电池更换设备
JP2021530088A (ja) 携帯用モジュール式エネルギー貯蔵
CN108701790A (zh) 电池系统及具备电池系统的电动车辆
KR20120062232A (ko) 전해액 충전용 이차전지
JP2015500928A (ja) 電気自動車を載置し再充電するための設備
CA2604457C (en) Lead-free battery and vehicle system using lead-free battery
CN106537637B (zh) 用于电动车辆的电池组件和电池单元
CN107230755A (zh) 一种耐冲击的电池包
KR20060102667A (ko) 이차 전지 모듈
CN210052775U (zh) 一种扫地车用双层电池包总成
CN210116486U (zh) 充换电站
CN204659697U (zh) 电动车辆的电池更换设备
CN108099680B (zh) 电动车锂电池系统及电动车
CN204067462U (zh) 便携式高性能锂离子电池成组模块箱
KR101898011B1 (ko) 밀폐형 배터리 모듈
KR102607099B1 (ko) 전기차 배터리팩 모듈 재활용을 위한 표준화 시스템
CN205304313U (zh) 均充器
US20160372771A1 (en) Flow-able battery with charging and discharging system
CN214589120U (zh) 一种内置锁止限位结构的电池壳
CN220326020U (zh) 一种电动汽车充电站的控制柜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191213

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee