DE202022100065U1 - Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul und Batterievorrichtung hierfür - Google Patents

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Abstract

Ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul, umfassend:
eine Batteriezelle, die durch eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung mehrerer gestapelter Batterieeinheiten gebildet ist, wobei jede Batterieeinheit Folgendes umfasst:
eine positive Elektrodenkollektorschicht und eine negative Elektrodenkollektorschicht, die parallel zueinander angeordnet sind; und
ein elektrochemisches System, das zwischen der positiven Elektrodenkollektorschicht und der negativen Elektrodenkollektorschicht angeordnet ist und ein Elektrolytsystem umfasst, wobei die zwischen den Batterieeinheiten befindlichen Elektrolytsysteme nicht miteinander in Kontakt kommen; und
ein Metallgehäuse, das eine obere Abdeckung und eine untere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung und die untere Abdeckung voneinander elektrisch isoliert sind, die Batteriezelle durch das Metallgehäuse eingekapselt ist und sowohl die obere Abdeckung als auch die untere Abdeckung elektrisch mit den Anschlüssen entgegengesetzter Polarität der Batteriezelle verbunden sind, um jeweils einen positiven Elektrodenanschluss und einen negativen Elektrodenanschluss zu bilden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinheit und insbesondere ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul, bei dem eine Batteriezelle aus vollständig und einzeln eingekapselten Batterieeinheiten besteht und von einem Metallgehäuse eingekapselt ist.
  • Stand der Technik
  • Um eine ausreichende Kapazität und Spannung für die Anwendung auf verschiedenen Gebieten zu erreichen, sind bei vorhandenen Batterievorrichtungen in der Regel die vertikal gestapelten Batteriezellen durch eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung einzelner Batterieeinheiten in der Z-Achse gebildet, anschließend werden die vertikal gestapelten Batteriezellen durch horizontale Leiter horizontal miteinander verbunden, um eine gewünschte Batterievorrichtung zu bilden.
  • Eine solche Verbindungsstruktur früherer Patente des Erfinders wie TW107135860 und TW107135859 weist die folgenden Mängel auf:
    1. 1. Der Zusammenbau ist nicht einfach. Beispielsweise führt die Ausrichtungserkennung der Positionen mehrerer gestapelter einzelner Batteriezellen zu umständlichen und zeitaufwändigen Prozessen;
    2. 2. Wenn es ein Problem mit einer einzelnen Batteriezelle gibt, ist es schwierig, sie sofort auszutauschen, was die Wartungsschwierigkeiten stark erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu lösen und ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul und eine Batterievorrichtung hierfür bereitzustellen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul bereitzustellen, bei dem eine Batteriezelle durch Stapelung kompletter, eigenständiger Module der Batterieeinheiten gebildet ist, wobei zur Bildung einer elektrischen Verbindung die Batteriezelle in direktem Kontakt mit einem Metallgehäuse steht, um den Strompfad der Batteriezelle zu maximieren.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul bereitzustellen, mit dem eine gewünschte Batterievorrichtung durch direkte Stapelverbindung gebildet werden kann, wobei eine weitere axiale Verbindung mittels der gemusterten Leiterschichten erzielt wird, was den Zusammenbau, die Überwachung, die Wartung und Reparatur und den Austausch einfacher macht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul bereit, das eine Batteriezelle und ein Metallgehäuse umfasst, wobei die Batteriezelle durch eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung mehrerer gestapelter Batterieeinheiten gebildet ist und dabei jede Batterieeinheit ein eigenständiges und komplettes Modul ist, wobei das Metallgehäuse eine obere Abdeckung und eine untere Abdeckung, durch die die Batteriezelle eingekapselt werden kann, umfasst, wobei die äußerste positive und die äußerste negative Elektrodenkollektorschicht der Batteriezelle direkt mit der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung des Metallgehäuses verbunden sind und als positiver Elektrodenanschluss und negativer Elektrodenanschluss des gesamten knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls fungieren, wodurch der Strompfad der Batteriezelle maximiert wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Batterievorrichtung sind zur Bildung der benötigten Batterievorrichtung die knopfzellenbatterie-ähnlichen Module direkt gestapelt und direkt elektrisch mit der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung des Metallgehäuses verbunden. Die Erfindung hat somit die Vorteile eines einfachen Zusammenbaus, einer einfachen Überwachung, einer einfachen Wartung und Reparatur und eines einfachen Austauschs. Des Weiteren können die gemusterten Leiterschichten für eine weitere axiale Verbindung verwendet werden, um eine zweiachsige Verlängerung zu ermöglichen.
  • Ferner kann ein Wärmeableitungsmittel oder ein Flammschutzmittel zwischen Batteriezelle und Metallgehäuse gefüllt werden, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern, die Batterieleistung aufrechtzuerhalten und die Sicherheit der Batterievorrichtung zu erhöhen.
  • Zum besseren Verständnis der Aufgaben, des technischen Inhalts, der Merkmale und der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend konkrete Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine schematische Ansicht einer Batterieeinheit des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 1B zeigt eine schematische Ansicht einer Batterieeinheit eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 1C zeigt eine schematische Explosionsansicht einer Batterieeinheit des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 2A zeigt eine schematische Ansicht der Reihenschaltung des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 2B und 2C zeigen schematische Ansichten der Stirnseitenisolation des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 3 zeigt eine schematische Ansicht der Parallelschaltung des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 4 zeigt eine schematische Ansicht der Reihen-Parallel-Schaltung des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls;
    • 5A und 5B zeigen schematische Ansichten der Batterieeinheiten des erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls in Kombination mit dem leitfähigen Kontaktanschluss;
    • 6A und 6B zeigen schematische Ansichten gemäß der vorliegenden Erfindung, in der die knopfzellenbatterie-ähnlichen Module zu einer Batterievorrichtung kombiniert sind.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Um die Vorteile, den Geist und die Merkmale der vorliegenden Erfindung verständlicher zu machen, werden nachfolgend die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche. Diese Ausführungsbeispiele werden nur bereitgestellt, um die vorliegende Offenbarung tiefer und leichter verständlich zu machen.
  • Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer,“ „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.
  • Eine Bezugnahme in dieser gesamten Spezifikation auf „eine einzige Ausführungsform“ oder „eine beliebige Ausführungsform“ bedeutet, dass eine im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebene Funktion, Struktur oder Eigenschaft in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich die Ausdrücke „in einer einzigen Ausführungsform“ oder „in einer beliebigen Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen dieser Spezifikation nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform, sondern können sich auf verschiedene Ausführungsformen beziehen. Ferner können die einzelnen Funktionen, Strukturen oder Eigenschaften, wie eine Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis dieser Offenlegung entnehmen kann, in geeigneter Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein.
  • Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und „angeordnet“ weit gefasst zu verstehen sind. Beispielsweise kann es sich um eine mechanische oder eine elektrische Verbindung handeln, oder es kann sich um eine interne Verbindung zwischen zwei Komponenten handeln, die direkt oder über ein Zwischenmedium verbunden sein können. Die spezifischen Bedeutungen der obigen Begriffe in der vorliegenden Erfindung sind je nach spezifischer Situation dem Fachmann verständlich.
  • Beim erfindungsgemäßen knopfzellenbatterie-ähnlichen Modul werden komplette und einzeln eingekapselte Batterieeinheiten 20 zusammengebaut. Daher erfolgt die Beschreibung zunächst in Bezug auf den Teil einer kompletten und einzeln eingekapselten Batterieeinheit 20. Es wird auf die 1A und 1C Bezug genommen. Beispielsweise umfasst eine erfindungsgemäße Batterieeinheit 20 eine positive Elektrodenkollektorschicht 24, eine negative Elektrodenkollektorschicht 25, ein elektrochemisches System 201 und einen Rahmenkleber 26, wobei das elektrochemische System 201 eine Trennschicht 21, zwei Aktivmaterialschichten 22, 23 und ein in die Aktivmaterialschichten 22, 23 und die Trennschicht 21 imprägniertes oder gemischtes Elektrolytsystem umfasst. Als Material für die Trennschicht 21 kann ein Polymermaterial, Keramikmaterial oder Glasfasermaterial oder ein mit Keramikpulver beschichtetes Substrat aus Polymermaterial oder ein Substrat aus Glasfasermaterial gewählt werden. Die Trennschicht weist Mikrolöcher auf, durch die Ionen passieren können. Die Mikrolöcher können in Form von Durchgangslöchern oder verwinkelten Löchern (nicht linear und durchgängig) vorliegen, oder zur Schaffung von Mikrolöchern können sogar direkt poröse Materialien verwendet werden. Wenn für das Keramikmaterial ein Isoliermaterial gewählt wird, kann es aus Materialien im Mikro- und Nanobereich wie Titandioxid (TiO2), Aluminium(I)-oxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2) usw. oder aus alkylierten Keramikpartikeln bestehen. Für das Keramikmaterial können auch oxidische Festelektrolyte wie Lithium-Lanthan-Zirkonoxid (lithium lanthanum zirconium oxide; Li7La3Zr2O12; LLZO), Lithiumaluminiumtitanphosphat (LATP) und dergleichen gewählt werden. Ferner kann das Keramikmaterial eine Mischung aus isolierendem Keramikmaterial und oxidischem Festelektrolyt sein. Die Trennschicht kann ferner einen Polymerkleber wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-HFP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Acrylsäurekleber (acrylic acid glue), Epoxidharz, Polyethylenoxid (PEO), Polyacrylnitril (PAN) und Polyimid (PI) umfassen.
  • Das elektrochemische System 201 umfasst die Aktivmaterialschichten 22, 23, eine zwischen den beiden Aktivmaterialschichten 22, 23 befindliche Trennschicht 21 und ein in die Aktivmaterialschichten 22, 23 imprägniertes/gemischtes Elektrolytsystem. Das Elektrolytsystem kann ein flüssiger, kolloidaler, fester Elektrolyt oder ein aus einer beliebigen Kombination davon gemischter Elektrolyt sein. Die Aktivmaterialschichten 22, 23 sind durch die dazwischen liegende Trennschicht 21 getrennt und können durch ihre Aktivmaterialien chemische Energie in elektrische Energie (Stromversorgung) umwandeln oder elektrische Energie in chemische Energie umwandeln und im System speichern (Laden), um gleichzeitig Ionenleitung und Ionenwanderung zu erreichen. Die erzeugten Elektronen können direkt aus der positiven Elektrodenkollektorschicht 24 und der negativen Elektrodenkollektorschicht herausgeführt werden. Die Materialien der positiven Elektrodenkollektorschicht 24 und der negativen Elektrodenkollektorschicht 25 sind üblicherweise Kupfer und Aluminium. Natürlich können die Materialien dieser auch andere Metalle wie Nickel, Zinn, Silber und Gold oder Metalllegierungen oder leitfähige Polymermaterialien sein.
  • Das Material des Rahmenklebers 26 kann Epoxidharz, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, thermoplastisches Polyimid, Silikonharz, Acrylharz, Kieselgel oder UV-härtender Kleber sein. Der Rahmenkleber ist am Umfang der positiven Elektrodenkollektorschicht 24 und der negativen Elektrodenkollektorschicht 25 angeordnet und umgibt das elektrochemische System 201 (die Aktivmaterialschichten 22, 23 und die dazwischen liegende Trennschicht 21) und dient gleichzeitig zum Kleben der positiven Elektrodenkollektorschicht 24 und der negativen Elektrodenkollektorschicht 25 und kapselt das Elektrolytsystem zwischen den beiden Elektrodenkollektorschichten 24, 25 ohne Leckage ein und steht nicht mit den Elektrolytsystemen anderer Batterieeinheiten 20 in Verbindung. Daher ist eine Batterieeinheit 20 ein eigenständiges und komplettes Stromversorgungsmodul, das durch direktes Verwenden der positiven Elektrodenkollektorschicht 24, der negativen Elektrodenkollektorschicht 25 und des Rahmenklebers 26 als Verkapselungsstruktur gebildet wird.
  • Um den Verkapselungseffekt des Rahmenklebers 26 zu verbessern, wenn der Rahmenkleber 26 aus Kieselgel besteht, kann der Rahmenkleber 26 dreischichtig aufgebaut sein. Es wird auf 1B Bezug genommen. Die oberen und unteren Schichten sind modifizierte Kieselgelschichten 261, 262 und die mittlere ist die Kieselgelschicht 263. Die modifizierten Kieselgelschichten 261, 262 auf zwei Seiten werden modifiziert, indem das Zusammensetzungsverhältnis des Additionssilikons und des kondensationsvernetzenden Silikons eingestellt wird oder Additive hinzugefügt werden, um sie zum Verbinden heterogener Materialien (nämlich der positiven Elektrodenkollektorschicht 24, der negativen Elektrodenkollektorschicht 25 und der dazwischen liegenden Kieselgelschicht 263) geeignet zu machen. Mit diesem Design kann die Haftung zwischen den Grenzflächen verbessert und gleichzeitig die Integrität des Gesamterscheinungsbildes und außerdem die Produktionsausbeute verbessert werden.
  • Nachdem die Batterieeinheiten 20 gestapelt wurden, kann das Metallgehäuse 30 zur Verkapselung verwendet werden. Es wird auf 2A Bezug genommen. Mehrere Batterieeinheiten 20 sind in derselben Richtung gestapelt, d. h. die positiven Elektrodenkollektorschichten 24 gleicher Polarität weisen alle nach oben, sodass die untere negative Elektrodenkollektorschicht 25 in direktem Kontakt mit der positiven Elektrodenkollektorschicht 24 der benachbarten Batterieeinheit 20 steht. Auf diese Weise kann zur Verkapselung eine in Reihe geschaltete Batteriezelle 40 durch sequenzielle elektrische Verbindung der Elektrodenkollektorschichten gebildet sein.
  • Das Metallgehäuse 30 umfasst eine obere Abdeckung 31, eine untere Abdeckung 32 und eine dazwischen liegende Isolierschicht 33. Die Batteriezelle 40 ist durch die obere Abdeckung 31 und die untere Abdeckung 32 umschlossen und durch die dazwischen liegende Isolierschicht 33 isoliert, um zu vermeiden, dass an der oberen Abdeckung 31 und der unteren Abdeckung 32 durch einen Kontakt ein Kurzschluss verursacht wird. Es sollte hier angemerkt werden, dass die Form des Metallgehäuses 30 nicht auf die in den Figuren gezeigte Form beschränkt ist. Darüber hinaus kann die Isolierschicht 33 aus Kieselgel bestehen, wodurch zusätzlich zum Isoliereffekt ein wasserblockierender Effekt erzielt werden kann. Eine erfindungsgemäße Batterieeinheit 20 ist ein komplettes und eigenständiges Modul. Mit anderen Worten, die in der Batterieeinheit 20 befindlichen Elektrolytsysteme sind vollständig als eigenständige Module verkapselt, sodass die benachbarten Elektrolytsysteme nicht miteinander in Kontakt sind und somit kein gemeinsamer Elektrolyt zwischen den Batterieeinheiten 20 vorhanden ist. Daher besteht nicht das Problem, dass es zu einer Qualitätsabnahme der Elektrolyten kommt, d. h. es besteht keine Notwendigkeit, einen gemeinsamen Elektrolyten zwischen Außenseite der Batterieeinheiten 20 und Metallgehäuse 30 zu füllen. Außerdem befinden sich in der vorliegenden Erfindung die positive Elektrodenkollektorschicht 24 und die negative Elektrodenkollektorschicht 25 an den äußersten Seiten der Batterieeinheiten 20, sodass sie zur Bildung einer elektrischen Verbindung direkt mit dem Metallgehäuse 30 (der oberen Abdeckung 31 und der unteren Abdeckung 32) in Kontakt stehen können (d. h. die obere Abdeckung 31 und die untere Abdeckung 32 sind jeweils elektrisch mit den Anschlüssen entgegengesetzter Polarität verbunden), um einen positiven Elektrodenanschluss und einen negativen Elektrodenanschluss zu bilden und somit zur Ausgabe die Elektrizität nach außen zu leiten. Auf diese Weise kann der Strompfad der Batteriezelle 40 maximiert werden, wodurch die herkömmlichen Probleme, die sich aus der Notwendigkeit zusätzlicher Verbindungen oder Zugdrähte ergeben, gelöst werden.
  • Des Weiteren können die Endflächen der Batterieeinheiten 20 auch mit dem Metallgehäuse 30 (der oberen Abdeckung 31 und der unteren Abdeckung 32) in Kontakt kommen, was einen Kurzschluss verursachen würde. Es wird auf 2B Bezug genommen. Um dieses Problem zu vermeiden, kann ein Isolator 41 jeweils auf der Innenseite des Metallgehäuses 30 und auf zwei Seiten der gestapelten Batterieeinheiten 20 angeordnet sein, um einen unnötigen Kontakt zwischen den Endflächen der Batterieeinheiten 20 und der Innenseite des Metallgehäuses 30 und somit einen dadurch verursachten Kurzschluss zu vermeiden. Es wird auf 2C Bezug genommen. Da die Isolierschicht 33 isolierende Eigenschaften hat, kann die Isolierschicht 33 auch direkt nach innen verlängert sein, damit sie die Innenseite des Metallgehäuses 30 und die zwei Seiten der gestapelten Batterieeinheiten 20 bedeckt, wodurch auf eine Anordnung eines Isolators 41 verzichtet werden kann.
  • Es wird nun auf 3 Bezug genommen, die eine auf eine Parallelschaltung basierende Verkapselung zeigt. Mehrere Batterieeinheiten 20 sind in entgegengesetzten Richtungen nacheinander gestapelt. Mit anderen Worten, die positiven Elektrodenkollektorschichten 24 und die negativen Elektrodenkollektorschichten 25 gleicher Polarität stehen nacheinander in Kontakt miteinander. Anschließend sind alle positiven Elektrodenkollektorschichten 24 und alle negativen Elektrodenkollektorschichten 25 gleicher Polarität mittels Laschen oder leitfähigen Kontaktanschlüssen miteinander verbunden, um zur Erreichung einer Verkapselung eine parallel geschaltete Batteriezelle 40 zu bilden. Die anderen Verkapselungs- und elektrischen Kontaktteile sind gleich wie beim obigen Ausführungsbeispiel und werden daher hier nicht erneut beschrieben.
  • Es wird auf 4 Bezug genommen. Wenn es sich um eine Reihen-Parallel-Schaltung handelt, kann diese Reihen-Parallel-Schaltung an die tatsächlichen Nutzungsanforderungen wie Kapazität, Spannung usw. angepasst werden. Die weitere Beschreibung erfolgt nun anhand der Figur. Wie in der Figur gezeigt, werden die Batterieeinheiten 20 zuerst in einer Dreiergruppe parallelgeschaltet, wobei das Parallelschaltungsverfahren das gleiche wie das in 3 ist. Anschließend werden die drei parallelgeschalteten Gruppen in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise ist das Reihenschaltungsverfahren das gleiche wie das in 2. Auf diese Weise kann eine gemischte Art von Reihen-Parallel-Schaltung gebildet werden.
  • In ähnlicher Weise kann bei der Konfiguration mit Parallelschaltung (siehe 3) oder mit Reihen-Parallel-Schaltung (siehe 4) auch ein Isolator 34 (siehe 2B) hinzugefügt sein. Oder die Isolierschicht 33 kann hierbei nach innen verlängert sein (wie in 2C gezeigt). Dieser Teil ist gleich wie oben beschrieben und wird daher nicht erneut beschrieben. Das Metallgehäuse 30, genauer gesagt der Raum zwischen dem Metallgehäuse 30 und der Batteriezelle 40, ist mit einem Wärmeableitungsmittel oder einem Flammschutzmittel gefüllt, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern, die Batterieleistung aufrechtzuerhalten und die Sicherheit der Batterievorrichtung zu erhöhen.
  • Um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern, kann die Batteriezelle 40 ferner einen parallel geschalteten, leitfähigen Kontaktanschluss umfassen. Es wird auf die 5A und 5B Bezug genommen. Die Batteriezelle umfasst einen parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschluss 41 und einen parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschluss 42, wobei der parallel geschaltete, positive, leitfähige Kontaktanschluss 41 einen ebenen Hauptkörper 411 und mehrere ebene Verlängerungsabschnitte 412 umfasst und der parallel geschaltete, negative, leitfähige Kontaktanschluss 42 einen ebenen Hauptkörper 421 und mehrere ebene Verlängerungsabschnitte 422 umfasst. Die ebenen Verlängerungsabschnitte 412 des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses 41 sind in Kontakt mit den Oberflächen der positiven Elektrodenkollektorschichten 24. Die ebenen Verlängerungsabschnitte 422 des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses 42 sind in Kontakt mit den Oberflächen der negativen Elektrodenkollektorschichten 25.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Batterieeinheiten 20 der Batteriezelle 40 in der gleichen Richtung gestapelt. Mit anderen Worten, die positiven Elektrodenkollektorschichten 24 gleicher Polarität weisen alle nach oben und stehen zur Bildung einer elektrischen Verbindung in direktem Kontakt mit den Verlängerungsabschnitten 412 des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses 41. In ähnlicher Weise weisen alle negativen Elektrodenkollektorschichten 25 anderer Polarität nach unten und stehen zur Bildung einer elektrischen Verbindung in direktem Kontakt mit den Verlängerungsabschnitten 422 des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses 42. Das heißt, die Verlängerungsabschnitte 412 des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses 41 und die Verlängerungsabschnitte 422 des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses 42 sind versetzt angeordnet, um eine Parallelschaltung zu bilden. Daher bestehen sowohl die Verlängerungsabschnitte 412 des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses 41 als auch die Verlängerungsabschnitte 422 des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses 42 aus elektrisch leitfähigen Materialien. Um zu diesem Zeitpunkt zu vermeiden, dass die dazwischen liegenden Verlängerungsabschnitte 412 des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses 41 und die dazwischen liegenden Verlängerungsabschnitte 422 des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses 42 miteinander in Kontakt kommen und dadurch ein Kurzschluss verursacht wird, können Isolierplatten 50 zur Isolierung zwischen diesen beiden hinzugefügt werden. Durch die Methode zur Herstellung eines großflächigen Kontakts kann die durch die Batteriezelle 40 erzeugte Wärme effektiv abgeführt werden, um eine optimale Leistung der Batteriezelle 40 aufrechtzuerhalten.
  • In der praktischen Anwendung kann das durch die durch das Metallgehäuse 30 eingekapselte Batteriezelle 40 gebildete knopfzellenbatterie-ähnliche Modul 60 als eine einzelne Batterie betrachtet werden, wodurch eine ausreichende Leistung und Spannung erreicht wird. Anschließend kann zur Bildung einer Batterievorrichtung diese einzelne Batterie für eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung verwendet werden. Es wird auf 6A Bezug genommen. Das knopfzellenbatterie-ähnliche Modul 60 von 4 ist mit einer eine erste gemusterte Leiterschicht 711 aufweisenden ersten Isolierschicht 71 und einer dieser gegenüberliegenden, eine zweite gemusterte Leiterschicht 721 aufweisenden zweiten Isolierschicht 72 kombiniert, d. h. die erste gemusterte Leiterschicht 711 und die zweite gemusterte Leiterschicht 721 liegen einander gegenüber und weisen jeweils nach innen und das knopfzellenbatterie-ähnliche Modul 60 befindet sich dazwischen. Der positive Elektrodenanschluss und der negative Elektrodenanschluss auf der Außenseite des knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls 60 stehen in Kontakt mit der ersten gemusterten Leiterschicht 711 und der zweiten gemusterten Leiterschicht 721, um eine elektrische Verbindung zu bilden.
  • Zusätzlich kann, nachdem eine Reihenschaltung in der Z-Achse (in der vertikalen Richtung) gebildet wurde, eine erweiterte Reihenschaltung in der X-Achse (in der horizontalen Richtung) gebildet werden. Das heißt, die Stapelung kann in mehr als zwei verschiedenen, senkrecht zueinanderstehenden Achsen erfolgen, wie in 6B gezeigt. Mit anderen Worten fungiert beim knopfzellenbatterie-ähnlichen Modul 60 mindestens ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul 60 als eine vertikale Gruppe, um mehrere vertikale Gruppen zu bilden. Diese vertikalen Gruppen sind in einer sich seitlich erstreckenden Form zwischen der ersten Isolierschicht 71 und der zweiten Isolierschicht 72 angeordnet. Wie oben erwähnt, ist die Form des knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls 60 in der Erfindung nicht auf die Form des knopfzellenbatterie-ähnlichen Moduls 60 von 4 beschränkt. Das knopfzellenbatterie-ähnliche Modul 60 kann wie in den 2 und 3 konfiguriert sein oder kann irgendeine durch beliebige Reihenschaltung und Parallelschaltung gebildete Form aufweisen. In ähnlicher Weise ist die Form der durch die Stapelverbindung der knopfzellenbatterie-ähnlichen Module 60 gebildeten Batterievorrichtung nicht auf die Formen von den 6A und 6B beschränkt. Die Stapelverbindung kann beliebig vorgenommen und in jeder Richtung erweitert werden. Bezüglich der Erweiterung in dreidimensionaler Richtung wird auf die Patente TW107135860 , TW107135859 , TW109203275 usw. eines Erfinders verwiesen.
  • Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul bereit, bei dem eine Batteriezelle durch eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung der eigenständigen und kompletten Module der Batterieeinheiten gebildet ist, um mittels eines Metallgehäuses eine Verkapselung zu bewirken. Zur Bildung einer elektrischen Verbindung steht die Batteriezelle über ihre äußersten Elektrodenkollektorschichten direkt in Kontakt mit der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung des Metallgehäuses. Somit fungiert die Batteriezelle direkt als Gesamtelektrode (positiver Elektrodenanschluss und negativer Elektrodenanschluss) des Batteriemoduls. Daher kann das Ziel der Maximierung des Strompfads erreicht werden. Ferner können bei der durch das erfindungsgemäße knopfzellenbatterie-ähnliche Modul gebildeten Batterievorrichtung die knopfzellenbatterie-ähnlichen Module in der vertikalen Richtung gestapelt werden, anschließend können die Module durch die die einzelnen vertikal gestapelten Batteriemodule überbrückenden gemusterten Leiterschichten elektrisch miteinander verbunden werden. Ein einzelnes Batteriemodul wird auf Ertrag getestet, sodass beim Zusammenbau der Batterievorrichtung die bei der Aufbringung von Detektionspunkten auftretenden Schwierigkeiten stark reduziert werden können und die Zeit, die für den Vorgang des Zusammenbaus erforderlich ist, ebenfalls reduziert werden kann. Wenn ferner ein Problem mit einem einzelnen Batteriemodul auftritt, lässt es sich einfach, schnell und bequem austauschen.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 20
    Batterieeinheit
    201
    elektrochemisches System
    21
    Trennschicht
    22, 23
    Aktivmaterialschicht
    24
    positive Elektrodenkollektorschicht
    25
    negative Elektrodenkollektorschicht
    26
    Rahmenkleber
    261
    modifizierte Kieselgelschicht
    262
    modifizierte Kieselgelschicht
    263
    Kieselgelschicht
    30
    Metallgehäuse
    31
    obere Abdeckung
    32
    untere Abdeckung
    33
    Isolierschicht
    34
    Isolator
    40
    Batteriezelle
    41
    parallel geschalteter, positiver, leitfähiger Kontaktanschluss
    411
    Hauptkörper
    412
    Verlängerungsabschnitt
    42
    parallel geschalteter, negativer, leitfähiger Kontaktanschluss
    421
    Hauptkörper
    422
    Verlängerungsabschnitt
    50
    Isolierplatte
    60
    knopfzellenbatterie-ähnliches Modul
    71
    erste Isolierschicht
    711
    erste gemusterte Metallschicht
    72
    zweite Isolierschicht
    721
    zweite gemusterte Metallschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • TW 107135860 [0003, 0028]
    • TW 107135859 [0003, 0028]
    • TW 109203275 [0028]

Claims (11)

  1. Ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul, umfassend: eine Batteriezelle, die durch eine Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Reihen-Parallel-Schaltung mehrerer gestapelter Batterieeinheiten gebildet ist, wobei jede Batterieeinheit Folgendes umfasst: eine positive Elektrodenkollektorschicht und eine negative Elektrodenkollektorschicht, die parallel zueinander angeordnet sind; und ein elektrochemisches System, das zwischen der positiven Elektrodenkollektorschicht und der negativen Elektrodenkollektorschicht angeordnet ist und ein Elektrolytsystem umfasst, wobei die zwischen den Batterieeinheiten befindlichen Elektrolytsysteme nicht miteinander in Kontakt kommen; und ein Metallgehäuse, das eine obere Abdeckung und eine untere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung und die untere Abdeckung voneinander elektrisch isoliert sind, die Batteriezelle durch das Metallgehäuse eingekapselt ist und sowohl die obere Abdeckung als auch die untere Abdeckung elektrisch mit den Anschlüssen entgegengesetzter Polarität der Batteriezelle verbunden sind, um jeweils einen positiven Elektrodenanschluss und einen negativen Elektrodenanschluss zu bilden.
  2. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem das Elektrolytsystem ein flüssiger, kolloidaler, fester Elektrolyt oder ein aus einer beliebigen Kombination davon gemischter Elektrolyt ist.
  3. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 2, bei dem bei den benachbarten elektrochemischen Systemen nur ein Ladungstransfer stattfindet, es aber zu keiner elektrochemischen Reaktion kommt.
  4. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem das elektrochemische System Folgendes umfasst: zwei Aktivmaterialschichten, die separat angeordnet sind und in Kontakt mit den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten stehen; eine Trennschicht, die zwischen den beiden Aktivmaterialschichten angeordnet ist; und einen Rahmenkleber, der zwischen den beiden ebenen Elektrodenkollektorschichten und um das elektrochemische System herum angeordnet ist.
  5. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem zur Bildung einer Reihenschaltung die Batterieeinheiten mittels der Elektrodenkollektorschichten unterschiedlicher Polarität in direktem Kontakt miteinander stehen.
  6. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem zur Bildung einer Parallelschaltung die Batterieeinheiten mittels der Elektrodenkollektorschichten gleicher Polarität in direktem Kontakt miteinander stehen.
  7. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem die Batterieeinheiten jeweils durch einen parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschluss und einen parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschluss elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der parallel geschaltete, positive, leitfähige Kontaktanschluss und der parallel geschaltete, negative, leitfähige Kontaktanschluss jeweils einen ebenen Hauptkörper und mehrere sich vom ebenen Hauptkörper erstreckende, ebene Verlängerungsabschnitte umfassen, wobei die ebenen Verlängerungsabschnitte des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses in Kontakt mit den positiven Elektrodenkollektorschichten der Batteriezelle stehen, die ebenen Verlängerungsabschnitte des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses in Kontakt mit den negativen Elektrodenkollektorschichten der Batteriezelle stehen und der ebene Hauptkörper des parallel geschalteten, positiven, leitfähigen Kontaktanschlusses und der ebene Hauptkörper des parallel geschalteten, negativen, leitfähigen Kontaktanschlusses jeweils elektrisch mit der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung verbunden sind.
  8. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem das Metallgehäuse mit einem Wärmeableitungsmittel oder einem Flammschutzmittel gefüllt ist.
  9. Knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach Anspruch 1, bei dem das Metallgehäuse ferner eine zum elektrischen Isolieren der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung dienende Isolierschicht umfasst.
  10. Eine Batterievorrichtung, umfassend ein knopfzellenbatterie-ähnliches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die knopfzellenbatterie-ähnlichen Module auf mindestens einer vertikalen Achse gestapelt und auf dieser mindestens einzigen vertikalen Achse durch die obere Abdeckung und die untere Abdeckung direkt elektrisch miteinander verbunden sind.
  11. Batterievorrichtung nach Anspruch 10, wobei diese, wenn die knopfzellenbatterie-ähnlichen Module auf mehr als zwei verschiedenen vertikalen Achsen gestapelt sind, ferner mindestens eine gemusterte Leiterschicht umfasst, durch die die in einer vertikalen Achse gestapelten knopfzellenbatterie-ähnlichen Module über eine andere Achse überbrückend elektrisch miteinander verbunden sind.
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