ES2922529T3 - Dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene una estructura de terminal mejorada - Google Patents
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Abstract
Se describe un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene un terminal interior dispuesto en una caja metálica cilíndrica y conectado a un electrodo de una celda desnuda, en el que el terminal interior incluye un cuerpo de terminal en forma de placa que tiene una circunferencia exterior circular; al menos un orificio de impregnación de electrolito formado a través del cuerpo terminal en la dirección del espesor; un reborde ubicado en la circunferencia exterior del cuerpo del terminal y que se extiende perpendicular a un plano del cuerpo del terminal; y un espaciador formado para sobresalir en la periferia de al menos un orificio de impregnación entre los orificios de impregnación o formado sobresaliendo de una parte del plano del cuerpo terminal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene una estructura de terminal mejorada
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica y más especialmente, a un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene un terminal interior en forma de placa.
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2015-0006832 presentada el 14 de enero de 2015 en la República de Corea.
Antecedentes de la técnica
Un dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia, que se considera un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de próxima generación, incluye un ultracondensador (UC), un supercondensador (SC), un condensador de doble capa eléctrico (EDLC) y similares, que son una clase de condensador y es un dispositivo de almacenamiento de energía que tiene una propiedad intermedia entre un condensador electrolítico y una batería secundaria, que puede usarse en combinación con o en lugar de, una batería secundaria debido a su alta eficiencia y vida útil semipermanente.
El dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia se usa a veces en lugar de una batería para aplicaciones que no garantizan un fácil mantenimiento y demandan una larga vida útil. El dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia tiene características de carga/descarga rápidas y, por lo tanto, es muy adecuado no solo como fuente de potencia auxiliar para dispositivos de información de comunicación móvil tal como un teléfono móvil, un ordenador portátil y una PDA, sino también como fuente de potencia principal o auxiliar de un vehículo eléctrico, una lámpara piloto de carretera nocturna, una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) y similares, que demandan alta capacidad y se usan ampliamente para tales fines.
El dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia en general tiene una forma cilíndrica como se muestra en la figura 1 para un tamaño pequeño.
Haciendo referencia a la figura 1, un dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia incluye una celda desnuda 10 compuesta por un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador y un electrolito y recibida en una carcasa interior, una caja de metal 40 que aloja la celda desnuda 10, un terminal exterior de electrodo negativo 70 localizado en la parte superior de la caja de metal 40, un terminal interior de electrodo negativo 20 y un terminal interior de electrodo positivo 30 acoplados a las partes superior e inferior de la caja de metal 40 para conectarse a los electrodos negativo y positivo de la celda desnuda 10, respectivamente, y teniendo sustancialmente forma de placa y un terminal exterior de electrodo positivo 80 localizado en una parte inferior de la caja de metal 40.
El terminal interior de electrodo negativo 20 está aislado de la caja de metal 40 por un miembro de aislamiento 60 y simultáneamente hace contacto con un miembro de placa superior 50 y el terminal interior de electrodo positivo 30 está en contacto con la caja de metal 40.
El terminal exterior de electrodo negativo 70 se forma para sobresalir hacia arriba en el centro de un extremo superior del miembro de placa superior 50. El miembro de placa superior 50 se ajusta en la parte superior de la caja de metal 40 de tal manera que se sella su abertura. El terminal exterior de electrodo positivo 80 está conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo positivo 30 y se proporciona en el centro de un extremo inferior de la caja de metal 40. En los últimos años, el terminal interior de electrodo negativo 20 y el terminal interior de electrodo positivo 30 tienen, en general, forma de placa sustancial con el fin de expandir un espacio interior de la caja de metal 40.
La figura 2 muestra la configuración del terminal interior de electrodo negativo 20 en detalle. Esta configuración puede aplicarse igualmente al terminal interior de electrodo positivo 30.
Como se muestra en la figura 2, el terminal interior de electrodo negativo 20 incluye un cuerpo de terminal 21 con una forma plana, un orificio de impregnación de electrolito 22 formado a través del cuerpo de terminal 21 en la dirección del espesor y un reborde 23 que se extiende perpendicular al plano del cuerpo de terminal 21 en una circunferencia exterior del cuerpo de terminal 21.
Sin embargo, un terminal interior existente que tenga la estructura anterior tiene la desventaja de que no puede manejarse fácilmente durante un proceso de automatización para la inserción de componentes o similares. Dicho de otro modo, durante el proceso de automatización, una pluralidad de terminales interiores se apila hacia arriba y hacia abajo y se transfiere en un estado superpuesto, pero durante este proceso, como se muestra en la figura 3, cualquier terminal interior 20 puede acoplarse firmemente a un lado interior de otro terminal interior 20 y se une firmemente al mismo sin separarse fácilmente del mismo. En este caso, el proceso de automatización se detiene deteriorando la
eficiencia de producción y también puede dañarse la superficie del terminal interior para aumentar la resistencia interior.
Por otra parte, en un dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia, se produce una reacción secundaria en una interfaz entre un electrolito y un electrodo cuando tiene lugar una operación anormal tal como una sobrecarga, una sobredescarga y una sobretensión a temperatura ambiente, generando de este modo gas como subproducto. Si el gas se genera y se acumula en el interior, la presión interior de la caja de metal 40 aumenta continuamente y eventualmente la caja de metal 40 se deforma o se produce la explosión en el peor de los casos.
En consideración a dicha generación de gas, en la técnica existente, el dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia está diseñado para tener un espacio predeterminado entre la superficie interior de la caja de metal 40 y la celda desnuda 10 o se instala una válvula de seguridad 91 en un hueco 90 formado en el terminal exterior de electrodo negativo 70 y el miembro de placa superior 50 para descargar el gas.
Sin embargo, si el dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia está diseñado para tener un espacio entre la caja de metal 40 y la celda desnuda 10, la celda desnuda 10 puede moverse a izquierda y derecha por la vibración aplicada desde el exterior y, por lo tanto, el miembro de placa superior 50 y el terminal interior de electrodo negativo 20 pueden separarse para provocar una falla de contacto.
Además, el hueco 90 formado en el terminal exterior de electrodo negativo 70 y el miembro de placa superior 50 se usa no solo como un espacio para instalar la válvula de seguridad 91 sino también como un camino para inyectar un electrolito y una ventilación de aire para una operación de vacío. Aquí, ya que el hueco 90 debería formarse teniendo en cuenta la instalación de la válvula de seguridad 91, hay muchas limitaciones en su diseño. Es más, en los últimos años, a medida que el dispositivo de almacenamiento de alta capacitancia se vuelve más pequeño, los tamaños de la válvula de seguridad 91 y del hueco 90 son cada vez más pequeños. Por lo tanto, como el hueco 90 se miniaturiza, el electrolito puede no inyectarse fácilmente para la impregnación de electrolito y la operación de vacío lleva mucho tiempo, disminuyendo de este modo la productividad.
El documento KR 101 345 224 B1 desvela un ultracondensador que comprende: una caja tubular, un dispositivo de devanado en forma de celda de soporte, un primer terminal interior, un segundo terminal interior y un terminal exterior conectado al segundo terminal interior en el exterior de la caja, en donde los lados de los terminales interiores primero y segundo forman una superficie plana y se acoplan a la caja mediante el proceso de apriete cuando se conectan a la caja.
El documento CN 203 192894 U desvela una estructura de extracción de electrodos con un saliente de localización y un orificio de localización dispuestos en caras de extremo opuestas de una cubierta de extremo y una placa colectora, respectivamente; el saliente de localización se empareja con el orificio de localización a través de la inserción de una manera transitoria; una parte de unión está dispuesta en la localización de unión de la cubierta de extremo y la cara de extremo de la placa colectora en la periferia del saliente de localización y el orificio de localización; y una estructura de soldadura que conecta de manera fija la cubierta de extremo con la placa colectora está dispuesta en la parte de unión.
Divulgación
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica configurado de tal manera que los terminales interiores puedan retirarse fácilmente en un estado donde los terminales interiores se superponen entre sí durante un proceso de automatización o configurado de tal manera que los terminales interiores no se superpongan entre sí.
La presente divulgación también está dirigida a proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que puede mejorar la resistencia a la presión y la impregnación de electrolito mientras garantiza la resistencia a la vibración frente a fuerzas exteriores tales como la vibración ya que puede aumentarse el espacio interior y el paso de electrolito entre un terminal y una celda desnuda.
La presente divulgación también está dirigida a proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que pueda reducir el volumen y el peso simplificando la estructura de terminal y mejorar la productividad reduciendo el coste y el tiempo del proceso de fabricación.
La presente divulgación también está dirigida a proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que pueda mejorar las características de resistencia aumentando el área de contacto entre un terminal y una celda desnuda y mejorando la estabilidad del contacto.
En un aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1.
Efectos ventajosos
De acuerdo con la presente divulgación, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica produce los siguientes efectos.
En primer lugar, es posible mejorar la eficiencia de producción del producto resolviendo el problema de que los terminales interiores están firmemente acoplados entre sí en un estado superpuesto y, por lo tanto, no se separan fácilmente durante un proceso de automatización.
En segundo lugar, al manipular los terminales interiores, es posible minimizar la interferencia entre los terminales interiores, evitando de este modo daños en la superficie y reduciendo la resistencia interior y la corriente de fuga. En tercer lugar, ya que el cuerpo de terminal está reforzado por el separador para mejorar la durabilidad, es fácil diseñar el terminal interior con una altura más baja. Por consiguiente, es posible expandir el espacio interior de la caja de metal y, por lo tanto, la presión interior puede reducirse para mejorar la estabilidad y la vida útil.
En cuarto lugar, es posible aumentar el espacio interior y el paso de electrolito entre el terminal y la celda desnuda mientras se garantiza la resistencia a la vibración contra la fuerza exterior tal como la vibración, mejorando de este modo la resistencia a la presión y la impregnación de electrolito.
En quinto lugar, por medio de la simplificación de la estructura de terminal, pueden reducirse el volumen y el peso de la terminal y el coste y pueden reducirse el tiempo del proceso de fabricación, mejorando de este modo la productividad.
En sexto lugar, las características de resistencia pueden mejorarse aumentando el área de contacto entre el terminal y la celda desnuda y mejorando la estabilidad del contacto.
Descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección transversal que muestra un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica existente.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un terminal interior representado en la figura 1.
La figura 3 es una vista lateral que muestra que los terminales interiores están firmemente acoplados entre sí en la técnica existente.
La figura 4 es una vista en perspectiva que muestra el aspecto de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene un terminal interior de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La figura 5 es una vista en sección transversal de la figura 4.
La figura 6a es una vista en perspectiva que muestra un terminal interior de electrodo negativo representado en la figura 4.
La figura 6b es una vista en perspectiva que muestra una modificación de la figura 6a.
La figura 7a es una vista en perspectiva que muestra que se agrega un orificio de descarga de electrolito a la estructura de la figura 6a.
La figura 7b es una vista en perspectiva que muestra que se agrega un orificio de descarga de electrolito a la estructura de la figura 6b.
Las figuras 8a y 8b son unas vistas en sección transversal que muestran una relación de altura entre un separador y un reborde.
La figura 9 es una vista en perspectiva que muestra una modificación de la figura 6a.
La figura 10 es una vista en perspectiva que muestra que los terminales interiores de electrodos negativos proporcionados de acuerdo con una realización de la presente divulgación están superpuestos verticalmente entre sí. La figura 11 es una vista en sección interior que muestra el interior de un dispositivo de almacenamiento de energía
eléctrica de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación.
Las figuras 12 y 13 son unas vistas en perspectiva delantera y trasera que muestran el terminal interior de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 14 es una vista en sección ampliada que muestra una parte A de la figura 11.
La figura 15 es una fotografía de rayos X que muestra una estructura en sección real del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 16 es una vista en sección interior que muestra el interior de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación.
Las figuras 17 a 19 son unas vistas en perspectiva despiezada delantera, trasera y lateral que muestran una estructura de terminal de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 20 es una vista en sección transversal que muestra otro ejemplo de un miembro de placa superior, empleado en el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 21 es una vista en sección ampliada que muestra una parte A de la figura 16.
Mejor modo
La figura 4 es una vista en perspectiva que muestra el aspecto de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene un terminal interior de acuerdo con una realización de la presente divulgación y la figura 5 es una vista en sección transversal de la figura 4.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 5, un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye una celda desnuda 100, una caja de metal 101 que aloja la celda desnuda 100, un terminal exterior de electrodo negativo 110a localizado en la parte superior de la caja de metal 101, un terminal interior de electrodo negativo 140 dispuesto en el interior de la caja de metal 101 y conectado a un electrodo negativo de la celda desnuda 100, un terminal exterior de electrodo positivo 150 localizado en una parte inferior de la caja de metal 101 y un terminal interior de electrodo positivo 111 dispuesto en el interior de la caja de metal 101 y conectado a un electrodo positivo de la celda desnuda 100.
La celda desnuda 100 incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador y un electrolito y proporciona una función de almacenamiento de energía electroquímica. Puede emplearse un rollo de gelatina normal como celda desnuda 100 y no se describe en detalle en el presente documento.
La caja de metal 101 tiene un cuerpo cilíndrico que tiene un espacio interior capaz de alojar la celda desnuda 100 que se procesa como un elemento enrollado y, a continuación, se contiene en una carcasa interior. Preferentemente, la caja de metal 101 puede fabricarse en forma de cilindro de aluminio.
El terminal exterior de electrodo negativo 110a se forma para sobresalir hacia arriba en el centro de un extremo superior del miembro de placa superior 110b. El miembro de placa superior 110b se ajusta en una parte superior de la caja de metal 210 para sellar la abertura. Además, el miembro de placa superior 110b tiene una superficie circunferencial exterior circular correspondiente a la superficie circunferencial interior de la caja de metal 101 y las superficies superior e inferior de la misma pueden tener diversas formas tridimensionales. Un borde del miembro de placa superior 110b es adyacente a la unidad de rizado 103 con el miembro de aislamiento 130 interpuesto entre los mismos.
Un orificio pasante 113 que se extiende en la dirección del espesor se forma en el centro del terminal exterior de electrodo negativo 110a. El orificio pasante 113 se usa no solo como un espacio para instalar una válvula de seguridad de restablecimiento automático 120 sino también como un camino para inyectar un electrolito y una ventilación de aire para una operación de vacío.
El miembro de placa superior 110b se fija a la caja de metal 101 por medio de un ribete para la caja de metal 101. Por consiguiente, una parte de ribete 102 se forma en una parte exterior de la caja de metal 101 correspondiente al miembro de placa superior 110b.
El terminal interior de electrodo negativo 140 está acoplado al miembro de placa superior 110b en su parte superior y conectado a un electrodo negativo de la celda desnuda 100 en su parte inferior.
El terminal exterior de electrodo positivo 150 se proporciona en una parte inferior de la caja de metal 101, que está integralmente conectado al lado de la caja.
El terminal interior de electrodo positivo 111 está conectado eléctricamente al terminal exterior de electrodo positivo 150 en el interior de la caja de metal 101 y también conectado al electrodo positivo de la celda desnuda 100.
La figura 6a muestra la estructura del terminal interior de electrodo negativo 140 con más detalle. Como se muestra en la figura, el terminal interior de electrodo negativo 140 incluye un cuerpo de terminal en forma de placa 141 que tiene una circunferencia exterior circular, una pluralidad de orificios de impregnación de electrolito 142 formados en el cuerpo de terminal 141, un separador 143 que sobresale de la superficie superior del cuerpo de terminal 141 y un reborde 144 formado en una circunferencia exterior del cuerpo 141. En la presente divulgación, esta estructura del terminal interior también puede aplicarse al terminal interior de electrodo positivo 111, pero en adelante en el presente documento, la estructura de la presente divulgación se describirá haciendo referencia a un ejemplo aplicado al terminal interior de electrodo negativo 140.
El orificio de impregnación de electrolito 142 se forma a través del cuerpo de terminal 141 en la dirección del espesor para proporcionar un paso para un electrolito líquido durante un proceso de inyección de electrolito. Para un movimiento uniforme del electrolito, es preferible que la mayoría de la pluralidad de orificios de impregnación de electrolito 142 se formen a intervalos regulares a lo largo de una dirección circunferencial del cuerpo de terminal 141 y uno cualquiera de los mismos se forme en el centro del cuerpo de terminal 141.
El separador 143 sobresale de un lado del cuerpo de terminal 141 para proporcionar una función de separación de tal manera que los diferentes terminales interiores 140 mantengan una distancia adecuada sin estar ajustados firmemente, cuando se superponen entre sí durante un proceso de automatización.
El separador 143 se forma rebabando una periferia del orificio de impregnación de electrolito 142 de tal manera que sobresalga una altura predeterminada desde una superficie del cuerpo de terminal 141.
Como se muestra en la figura 6a, el separador 143 puede formarse para ser perpendicular a la superficie superior del cuerpo de terminal 141 o como se muestra en la figura 6b, el separador 143 puede formarse con un ángulo predeterminado desde la superficie superior del cuerpo de terminal 141 sin ser perpendicular a la misma. Si el separador 143 se forma con un ángulo predeterminado, cuando se suministra un electrolito a la caja 100 a través del orificio pasante 113 del terminal exterior de electrodo negativo 110, un electrolito que cae al terminal interior 140 a lo largo de la superficie inferior del terminal exterior de electrodo negativo 110 puede fluir fácilmente por debajo del orificio 142 a través del separador 143 formado con un ángulo predeterminado con respecto a la superficie superior del cuerpo de terminal 141, reduciendo de este modo el tiempo de impregnación de la solución electrolítica.
Entre los orificios de impregnación 142, uno cualquiera de los orificios de impregnación 142 se forma de tal manera que su centro coincida con el centro del cuerpo de terminal 141, y los otros orificios de impregnación 142 tienen la misma distancia entre los centros de los orificios de impregnación adyacentes 142 y se forman a lo largo de una dirección circunferencial para tener la misma distancia desde el centro del cuerpo de terminal 141. También, entre los orificios de impregnación 142 localizados a lo largo de una dirección circunferencial basados en el centro del cuerpo de terminal 141, los orificios de impregnación 142 que tienen el separador 143 y los orificios de impregnación 142 que no tienen el separador 143 pueden localizarse alternativamente para proporcionar una función de separación en general equilibrada, de tal manera que los diferentes terminales interiores 140 no se engranen entre sí s.
Si el separador 143 se forma asimétricamente con respecto al centro del cuerpo de terminal 141, los terminales interiores 140 se inclinan hacia un lado cuando los terminales interiores 140 se superponen entre sí y, por lo tanto, diferentes terminales interiores 140 pueden engranarse entre sí. Con el fin de resolver este problema, los orificios de impregnación 142 que tienen el separador 143 están dispuestos preferentemente para rodear el centro del cuerpo de terminal 141 en forma triangular, es decir, dispuestos simétricamente con respecto al centro del cuerpo de terminal 141.
Como se muestra en la figura 7a, puede agregarse al menos un orificio de descarga de electrolito 143a a la periferia del separador 143. El orificio de descarga de electrolito 143a se forma para atravesar el interior del separador 143 y sirve para descargar el electrolito que permanece alrededor de la periferia del separador 143 al orificio de impregnación de electrolito 142 localizado en la región interior del separador 143. El orificio de descarga de electrolito 143a puede extenderse verticalmente desde el extremo inferior hasta el extremo superior del separador 143 y puede formarse a mecanizando el orificio pasante a lo largo del extremo inferior del separador 143.
Además, como se muestra en la figura 7b, puede agregarse al menos un orificio de descarga de electrolito 143a a la periferia del separador deformado 143. Como el orificio de descarga de electrolito 143a se forma en la periferia del separador 143, el electrolito que permanece alrededor de la periferia del separador 143 se descarga al orificio de impregnación de electrolito 142 localizado en la región interior del separador 143, permitiendo de este modo un fácil movimiento del electrolito.
Como se muestra en las figuras 8a y 8b, el reborde 144 está configurado para extenderse con respecto a un plano del cuerpo de terminal 141. La altura sobresaliente del separador 143 puede diseñarse para ser igual o menor que la altura H del reborde 144. En este caso, la altura sobresaliente del separador 143 puede ser el 80 % o más de la altura
del reborde 144. Por ejemplo, la altura del reborde 144 puede diseñarse para ser de 1,5 T y la altura sobresaliente del separador 143 puede diseñarse para ser de 1,2 T. Por otra parte, cuando la altura sobresaliente del separador 143 supera la altura del reborde 144, la altura sobresaliente del separador 143 puede diseñarse ligeramente superior al nivel del 120 %.
Si la altura sobresaliente del separador 143 está diseñada para ser inferior al 80 % de la altura H del reborde 144, uno cualquiera del terminal interior puede ajustarse en otro terminal interior y, por lo tanto, puede que no se logre el objeto técnico de la presente divulgación. Si la altura sobresaliente del separador 143 supera el 120 % de la altura del reborde 144, es posible que los terminales interiores 140 no puedan aplicarse fácilmente y aunque los terminales interiores 140 estén apilados, es muy probable que los terminales interiores 140 colapsen y, por lo tanto, no se transporten fácilmente en una línea de automatización. Por lo tanto, la altura sobresaliente del separador 143 puede diseñarse para ser del 80 % al 120 % la altura del reborde 144.
La figura 9 muestra otro ejemplo del terminal interior de electrodo negativo 140. Como se muestra en la figura, el separador 143' puede proporcionarse mediante una estructura sobresaliente en forma de varilla o de vara formada sobresaliendo parcialmente del plano del cuerpo de terminal 141 con el fin de proporcionar una función de separación de tal manera que los diferentes terminales interiores 140 no se engranen entre sí cuando se superponen entre sí durante un proceso de automatización. En la figura 9, el separador 143' se coloca solo en la dirección circunferencial alrededor del orificio 142 formado en el centro del cuerpo de terminal 141, pero el separador 143' puede formarse en cualquier localización capaz de dar una función de separación.
Aunque no se muestra en la figura, como alternativa, el separador puede proporcionarse mediante un proceso de estampación en el que se forma repetidamente una estructura convexa en el plano del cuerpo de terminal 141. En este caso, de manera similar, el patrón de estampación puede formarse simétricamente alrededor del centro del cuerpo de terminal 141 para proporcionar una función de separación equilibrada.
De acuerdo con la configuración anterior, aunque un terminal interior 140 se superpone con otro terminal interior 140 durante el proceso de automatización como se muestra en la figura 10, el separador 143 que sobresale del plano del cuerpo de terminal 141 evita que los terminales interiores 140 se engranen firmemente. Por lo tanto, los terminales interiores pueden separarse fácilmente unos de otros y puede evitarse de manera efectiva que se produzca un daño en la superficie de los terminales interiores.
En la realización y la figura descritas anteriormente, se ilustra y explica que los terminales interiores que tienen el separador 143 son el terminal interior de electrodo negativo 140, pero el terminal interior que tiene el separador 143 puede aplicarse al terminal interior de electrodo negativo 140 y/o al terminal interior de electrodo positivo 111.
La figura 11 es una vista en sección interior que muestra el interior de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación, las figuras 12 y 13 son unas vistas en perspectiva delantera y trasera que muestran el terminal interior de acuerdo con la presente divulgación y la figura 14 es una vista en sección ampliada que muestra una parte A de la figura 11.
Haciendo referencia a la figura 11, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación incluye una celda desnuda 200, unos terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240 dispuestos respectivamente para orientarse hacia los electrodos positivo y negativo de la celda desnuda 200, una caja de metal 210 que aloja la celda desnuda 200 y los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240, un miembro de placa superior 230 ajustado en una parte superior de la caja de metal 210 para sellar una abertura, y que tiene una circunferencia exterior circular, y unos terminales exteriores de electrodo negativo y positivo 231, 211 conectados eléctricamente a los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240 y formados en una parte superior del miembro de placa superior 230 y en una parte inferior de la caja de metal 210, respectivamente.
La celda desnuda 200 incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador y un electrolito para proporcionar una función de almacenamiento de energía electroquímica.
La caja de metal 210 tiene un cuerpo cilíndrico que tiene un espacio interior capaz de alojar la celda desnuda 200 que se procesa como un elemento enrollado. Preferentemente, la caja de metal 210 puede fabricarse en forma de cilindro de aluminio. Además, la caja de metal 210 incluye un terminal exterior de electrodo positivo 211 conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo positivo 240 y formado en el centro del extremo inferior del mismo para sobresalir hacia abajo. Además, la caja de metal 210 puede tener una unidad de rizado 260 doblada hacia dentro desde la parte superior para ajustar el miembro de placa superior 230. La presión interior de la caja de metal 210 puede mantenerse por la unidad de rizado 260. Aquí, el miembro de placa superior 230 puede tener un miembro de aislamiento estanco al aire 252 proporcionado en una parte donde se localiza la unidad de rizado 260.
Además, la caja de metal 210 puede formarse de tal manera que una parte de un lado de la misma localizada en correspondencia con el terminal interior de electrodo positivo 240 se forme para tener un espesor relativamente mayor que la otra parte del lado.
El miembro de placa superior 230 se ajusta en la parte superior de la caja de metal 210 para sellar la abertura y tiene una estructura en forma de placa con una circunferencia exterior circular. Además, el miembro de placa superior 230 incluye un terminal exterior de electrodo negativo 231 formado en el centro del extremo superior del mismo para sobresalir hacia arriba y conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo negativo 220. Además, el miembro de placa superior 230 puede tener un hueco usado como un camino para inyectar un electrolito y una ventilación de aire para la operación de vacío y puede instalarse en el hueco una válvula de seguridad 270 para descargar el aumento de presión en la caja de metal 210 hacia el exterior.
El terminal interior de electrodo negativo 220 y el terminal interior de electrodo positivo 240 están dispuestos orientados hacia el electrodo negativo y el electrodo positivo de la celda desnuda 200, respectivamente, en la caja de metal 210.
El terminal interior de electrodo positivo 240 está dispuesto en la superficie inferior de la caja de metal 210, está conectado eléctricamente al electrodo positivo de la celda desnuda 200 y entra en contacto con la caja de metal 210 para conectarse al terminal exterior de electrodo positivo 211 proporcionado en el centro del extremo inferior de la caja de metal 210. Además, el terminal interior de electrodo negativo 220 está dispuesto en la abertura de la caja de metal 210, está conectado eléctricamente al electrodo negativo de la celda desnuda 200 y está aislado de la caja de metal 210 por el miembro de aislamiento 251 y también entra en contacto con el miembro de placa superior 230 para conectarse al terminal exterior de electrodo negativo 231 proporcionado en el centro del extremo superior del miembro de placa superior 230. En este momento, los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240 y la celda desnuda 200 pueden acoplarse para hacer contacto superficial por medio de una soldadura láser o ultrasónica.
Los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240 pueden incluir unos cuerpos de terminal 221, 241 con forma de disco que tienen un lado orientado hacia la celda desnuda 200 y acoplado en contacto superficial con la celda desnuda 200, y unos rebordes 222, 242 que se extienden verticalmente desde los otros bordes laterales de los cuerpos de terminal 221, 241 y que tienen forma cilíndrica. Aunque no se muestra en las figuras, es preferible que se forme un separador para sobresalir en la superficie superior de los cuerpos de terminal 221, 241 de los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240 como en la realización anterior.
Además, puede formarse una pluralidad de orificios 225, 245 en el plano de los cuerpos de terminal 221, 241 de los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 220, 240, respectivamente. La pluralidad de orificios 225, 245 se usan para proporcionar un camino para suministrar un electrolito, inyectado a través del hueco del miembro de placa superior 230, a la celda desnuda 200.
Más específicamente, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación puede tener un terminal interior como se muestra en las figuras 12 a 14, en el que el terminal interior de electrodo positivo 240 se acopla y se fija transformándose junto con la caja de metal 210 mediante un proceso de ribeteado.
El terminal interior de electrodo positivo 240 incluye un cuerpo de terminal 241 con forma de disco que tiene un lado orientado hacia el electrodo positivo de la celda desnuda 200 y acoplado en contacto superficial con el mismo, y un reborde 242 que tiene forma cilíndrica y se extiende verticalmente desde el otro borde del cuerpo de terminal 241. Se forma una pluralidad de orificios 245 en el plano del cuerpo de terminal 241 para proporcionar un camino para inyectar un electrolito.
El terminal interior de electrodo positivo 240 está localizado en la superficie inferior de la caja de metal 210. La caja de metal 210 tiene una parte de ribete 212 formada ribeteando parcialmente el lado del terminal interior de electrodo positivo 240 en una localización correspondiente al reborde 242 con el fin de adherirse estrechamente junto con la deformación del reborde 242 y el terminal interior de electrodo positivo 240 está sujeto y fijado por la parte de ribete 212.
El reborde 242 del terminal interior de electrodo positivo 240 puede formarse para tener una altura H mayor que la altura de la parte de ribete 212 formada en la caja de metal 210. Además, un lado de la caja de metal 210 en una localización correspondiente al terminal interior de electrodo positivo 240 colocado en la superficie inferior tiene un espesor relativamente mayor que las otras partes del lado y en este caso, el reborde 242 puede formarse con una altura inferior a la altura del lado más grueso de la caja de metal 210. Con esta configuración, como el terminal interior de electrodo positivo 240 está sujeto y fijado a la caja de metal 210, puede proporcionarse un espacio interior 215 entre la superficie inferior de la caja de metal 210 y el reborde 242 y utilizarse como un lugar para reducir la presión dentro de la caja de metal 210.
La figura 15 es una fotografía de rayos X que muestra una estructura en sección real del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación. Haciendo referencia a la figura 15, puede encontrarse que, cuando se aplica la presente divulgación, la parte de ribete 212 de la caja de metal 210 formada por el proceso de ribeteado se adhiere firmemente y se fija firmemente al reborde 242 mientras se deforma el reborde 242 del terminal interior de electrodo positivo 240 como una forma de ranura y se forma el espacio interior 215 en el terminal interior de electrodo positivo 240.
La figura 16 es una vista en sección interior que muestra el interior de un dispositivo de almacenamiento de energía
eléctrica de acuerdo con un ejemplo de la presente divulgación, las figuras 17 a 19 son unas vistas en perspectiva despiezada delantera, trasera y lateral que muestran una estructura de terminal de acuerdo con la presente divulgación, la figura 20 es una vista en sección transversal que muestra otro ejemplo de un miembro de placa superior, empleado en el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación y la figura 21 es una vista en sección ampliada que muestra una parte A de la figura 16.
Haciendo referencia a la figura 16, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación incluye una celda desnuda 300, unos terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340 dispuestos respectivamente para orientarse hacia un electrodo negativo y un electrodo positivo de la celda desnuda 300, una caja de metal 310 que aloja la celda desnuda 300 y los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340, un miembro de placa superior 330 ajustado en la parte superior de la caja de metal 310 para sellar la abertura y que tiene una circunferencia exterior circular y unos terminales exteriores de electrodo negativo y positivo 331, 311 conectados eléctricamente a los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340 y formados en una parte superior del miembro de placa superior 330 y una parte inferior de la caja de metal 310, respectivamente.
La celda desnuda 300 incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador y un electrolito para proporcionar una función de almacenamiento de energía electroquímica.
La caja de metal 310 tiene un cuerpo cilíndrico que tiene un espacio interior para alojar la celda desnuda 300 que se procesa como un elemento enrollado. Preferentemente, la caja de metal 310 puede fabricarse en forma de cilindro de aluminio. Además, la caja de metal 310 incluye un terminal exterior de electrodo positivo 311 que está conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo positivo 340 y formado en el centro del extremo inferior del mismo para sobresalir hacia abajo. Además, la caja de metal 310 puede tener una unidad de rizado 360 doblada hacia dentro desde la parte superior para fijar el miembro de placa superior 330. La presión interior de la caja de metal 310 puede mantenerse por la unidad de rizado 360. Aquí, el miembro de placa superior 330 puede tener un miembro de aislamiento estanco al aire 352 proporcionado en una parte donde se dispone la unidad de rizado 360.
Además, la caja de metal 310 puede formarse de tal manera que una parte de su lado en una posición correspondiente al terminal interior de electrodo positivo 340 localizado en la superficie inferior tenga un espesor relativamente mayor que la otra parte del lado.
El miembro de placa superior 330 se ajusta en la parte superior de la caja de metal 310 para sellar la abertura y tiene una estructura en forma de placa con una circunferencia exterior circular. Además, el miembro de placa superior 330 incluye un terminal exterior de electrodo negativo 331 formado en el centro del extremo superior del mismo para sobresalir hacia arriba y conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo negativo 320. Además, el miembro de placa superior 330 puede tener un hueco usado como un camino para inyectar un electrolito y una ventilación de aire para la operación de vacío y puede instalarse en el hueco una válvula de seguridad 370 para descargar el aumento de presión en la caja de metal 310 hacia el exterior.
El terminal interior de electrodo negativo 320 y el terminal interior de electrodo positivo 340 están dispuestos para orientados hacia el electrodo negativo y el electrodo positivo de la celda desnuda 300, respectivamente, en la caja de metal 310.
El terminal interior de electrodo positivo 340 está dispuesto en la superficie inferior de la caja de metal 310, está conectado eléctricamente al electrodo positivo de la celda desnuda 300 y entra en contacto con la caja de metal 310 para conectarse al terminal exterior de electrodo positivo 311 proporcionado en el centro del extremo inferior de la caja de metal 310. Además, el terminal interior de electrodo negativo 320 está dispuesto en la abertura de la caja de metal 310, está conectado eléctricamente al electrodo negativo de la celda desnuda 300 y está aislado de la caja de metal 310 por el miembro de aislamiento 351 y también entra en contacto con el miembro de placa superior 330 para conectarse al terminal exterior de electrodo negativo 331 proporcionado en el centro del extremo superior del miembro de placa superior 330. En este momento, los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340 y la celda desnuda 300 pueden acoplarse para hacer contacto superficial por medio de una soldadura láser o ultrasónica.
Los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340 pueden incluir cuerpos de terminal 321, 341 con forma de disco que tienen un lado orientado hacia la celda desnuda 300 y acoplado en contacto superficial con la celda desnuda 300, y unos rebordes 322, 342 que se extienden verticalmente desde los otros bordes laterales de los cuerpos de terminal 321, 341 y que tienen forma cilíndrica. Aunque no se muestra en las figuras, es preferible que se forme un separador para sobresalir en las superficies superiores de los cuerpos de terminal 321, 341 de los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340 como en la realización anterior.
Además, puede formarse una pluralidad de orificios 325, 345 en el plano de los cuerpos de terminal 321, 341 de los terminales interiores de electrodo negativo y positivo 320, 340. La pluralidad de orificios 325, 345 se usan para proporcionar un camino para suministrar un electrolito, inyectado a través del hueco del miembro de placa superior 330, a la celda desnuda 300.
Más específicamente, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la presente divulgación
puede tener una estructura de terminal como se muestra en las figuras 17 a 19, en donde el terminal interior de electrodo negativo 320 y el miembro de placa superior 330 que tiene el terminal exterior de electrodo negativo 331 conectado eléctricamente al terminal interior de electrodo negativo 320 están formados integralmente.
El terminal interior de electrodo negativo 320 incluye un cuerpo de terminal 321 con forma de disco que tiene un lado orientado hacia el electrodo negativo de la celda desnuda 300 y acoplado en contacto superficial con el mismo y un reborde 322 que tiene forma cilíndrica y que se extiende verticalmente desde el otro borde del cuerpo de terminal 321. Se forma una pluralidad de orificios 325 en el plano del cuerpo de terminal 321 para proporcionar un camino para inyectar un electrolito.
El miembro de placa superior 330 incluye un saliente de acoplamiento 332 formado en un lado inferior del mismo concéntricamente con la circunferencia exterior circular y que sobresale para abrir el interior del miembro de placa superior 330, y el miembro de placa superior 330 se inserta en el reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320 para formar un espacio interior 335 entre el miembro de placa superior 330 y el terminal interior de electrodo negativo 320.
Por otra parte, como se muestra en la figura 20, el miembro de placa superior 330 puede incluir una válvula de seguridad 370 instalada en el mismo y puede formarse un hueco 136 usado como un camino para inyectar un electrolito. En este momento, puede formarse además una unidad de prevención de fugas de electrolito 137 que tiene un gradiente para sobresalir hacia abajo alrededor del hueco 136 en la superficie inferior del miembro de placa superior 330. Cuando se abre la válvula de seguridad 370 debido a que la presión interior aumenta en un estado donde el miembro de placa superior 330 se dirige hacia abajo, la unidad de prevención de fugas de electrolito 137 evita la liberación del gas interior así como la fuga del electrolito al exterior.
El saliente de acoplamiento 332 del miembro de placa superior 330 se forma para hundirse desde la circunferencia exterior circular correspondiente al espesor T del reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320 de tal manera que el saliente de acoplamiento 332 se inserta en el terminal interior de electrodo negativo 320 y el reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320 puede tener una altura inferior a la altura del saliente de acoplamiento 332 del miembro de placa superior 330. Además, el saliente de acoplamiento 332 del miembro de placa superior 330 puede acoplarse por medio de una soldadura láser en un estado de inserción en el reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320.
Preferentemente, como se muestra en la figura 21, el saliente de acoplamiento 332 del miembro de placa superior 330 puede tener una ranura de ribete 334 formada a lo largo de la superficie circunferencial exterior del mismo y una parte de acoplamiento 333 puede formarse en un extremo inferior de la ranura de ribete 334 para acoplarse con el reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320. En este caso, el reborde 322 se forma con una altura correspondiente a la altura de la parte de acoplamiento 333, de tal manera que una parte de ribete 315, formada ribeteando la caja de metal 310, se forma con el fin de adherirse estrechamente solo a la ranura de ribete 334. Como el miembro de placa superior 330 y el terminal interior 120 están acoplados integralmente entre sí, puede proporcionarse un espacio interior 335 entre el miembro de placa superior 330 y el terminal interior 120 y utilizarse como un espacio capaz de reducir la presión dentro de la caja de metal 310.
Por otra parte, aunque no se muestra en las figuras, la ranura de ribete 334 puede formarse en el saliente de acoplamiento 332 del miembro de placa superior 330 como un todo y el reborde 322 del terminal interior de electrodo negativo 320 puede formarse con una altura suficiente para cubrir la ranura de ribete 334, de tal manera que la parte de ribete 315, formada ribeteando la caja de metal 310, se adhiera estrechamente a la ranura de ribete 334 junto con la deformación del reborde 322.
Aplicabilidad Industrial
Cuando la presente divulgación se aplica a un proceso de automatización para producir un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, es posible aumentar la eficiencia de producción y realizar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica con características de estabilidad y resistencia mejoradas.
Claims (11)
1. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tiene un terminal interior (140) dispuesto en una caja de metal cilíndrica (101) y está conectado a un electrodo de una celda desnuda (100), comprendiendo el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica:
un miembro de placa superior (110b) ajustado en una parte superior de la caja de metal (101), teniendo el miembro de placa superior (110b) una circunferencia exterior circular,
en donde el terminal interior (140) está acoplado a una parte inferior del miembro de placa superior (110b), en donde el terminal interior (140) incluye:
un cuerpo de terminal en forma de placa (141) que tiene una circunferencia exterior circular;
al menos un orificio de impregnación de electrolito (142) formado a través del cuerpo de terminal (141) en la dirección del espesor;
un reborde (144) localizado en la circunferencia exterior del cuerpo de terminal (141) y que se extiende perpendicular a un plano del cuerpo de terminal (141); y
un separador (143) formado para sobresalir en la periferia de al menos un orificio de impregnación (142) entre los orificios de impregnación (142) o formado haciendo sobresalir una parte del plano del cuerpo de terminal (141), caracterizado por que
el cuerpo de terminal (141) se proporciona orientado hacia la celda desnuda (100) y se acopla a la misma para hacer contacto superficial,
en donde una parte de un lado de la caja de metal (101) correspondiente al terminal interior (140) se forma para tener un espesor mayor que la otra parte del lado,
en donde el reborde (144) se forma para tener una altura más baja en comparación con la altura del lado grueso de la caja de metal (101), y
en donde se forma una parte de ribete (102) en la caja de metal (101) ribeteando una parte (102) de un lado del terminal interior (140) en una parte correspondiente al reborde (144) de tal manera que la parte de ribete (102) se adhiere estrechamente al reborde (144) cuando el reborde (144) se deforma y el terminal interior (140) se fija y se ajusta por medio de la parte de ribete (102).
2. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde entre los orificios de impregnación (142), se forma uno cualquiera de los orificios de impregnación (142) de tal manera que su centro coincide con el centro del cuerpo de terminal (141), y los otros orificios de impregnación (142) se forman para tener la misma distancia entre los centros de los orificios de impregnación adyacentes (142) y se forman a lo largo de una dirección circunferencial para tener la misma distancia desde el centro del cuerpo de terminal (141), y
en donde entre los orificios de impregnación (142) formados a lo largo de una dirección circunferencial basados en el centro del cuerpo de terminal (141), los orificios de impregnación (142) que tienen el separador (143) y los orificios de impregnación (142) que no tienen el separador (143) están localizados alternativamente.
3. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 2,
en donde los orificios de impregnación (142) que tienen el separador (143) están dispuestos en forma triangular basados en el centro del cuerpo de terminal (141).
4. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde la altura sobresaliente del separador (143) es del 80 al 120 % de la altura del reborde (144).
5. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde el separador (143) se forma para ser perpendicular al plano del cuerpo de terminal interior (141) o para tener un ángulo predeterminado con respecto al mismo.
6. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde el reborde (144) del terminal interior (140) se forma para tener una altura mayor en comparación con la altura de una parte de ribete formada en la caja de metal (101).
7. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1,
en donde el miembro de placa superior (110b) incluye un saliente de acoplamiento (332), formado concéntricamente en un lado inferior del mismo con la circunferencia exterior circular y que sobresale para abrir el interior del mismo, y el miembro de placa superior (110b) se inserta en el reborde (144) del terminal interior (140) para proporcionar un espacio interior entre el miembro de placa superior (110b) y el terminal interior (140),
en donde se forma un hueco en el centro del miembro de placa superior (110b) para inyectar un electrolito y en donde se forma una unidad de prevención de fugas de electrolito que tiene un gradiente para sobresalir hacia abajo alrededor del hueco en la superficie inferior del miembro de placa superior (110b).
8. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 7,
en donde el reborde (144) del terminal interior (140) se forma para tener una altura menor en comparación con la altura del saliente de acoplamiento (332) del miembro de placa superior (110b) y
en donde el saliente de acoplamiento (332) del miembro de placa superior (110b) está hundido hacia dentro desde la
circunferencia exterior circular correspondiente al espesor del reborde (144) del terminal interior (140).
9. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 8,
en donde el reborde (144) del terminal interior (140) se acopla al saliente de acoplamiento (332) del miembro de placa superior (110b) por medio de una soldadura láser.
10. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 8,
en donde el saliente de acoplamiento (332) del miembro de placa superior (110b) tiene una ranura de ribete (334), formada a lo largo de una superficie circunferencial exterior del mismo, y una parte de acoplamiento (333), formada en un extremo inferior del mismo y acoplada al reborde (144) del terminal interior (140), y
en donde el reborde (144) del terminal interior (140) se forma para tener una altura correspondiente a la parte de acoplamiento (333) y una parte de ribete (315) se forma en la caja de metal (101) de tal manera que la parte de ribete (315) se adhiere estrechamente solo a la ranura de ribete (334).
11. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 8,
en donde el saliente de acoplamiento (332) del miembro de placa superior (110b) tiene una ranura de ribete (334) formada a lo largo de una superficie circunferencial exterior del mismo y
en donde el reborde (144) del terminal interior (140) se forma con una altura suficiente para cubrir la ranura de ribete (334), y una parte de ribete (315) se forma en la caja de metal (101) de tal manera que la parte de ribete (315) se adhiere estrechamente a la ranura de ribete (334) cuando se deforma el reborde (144) del terminal interior (140).
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