RU2733271C1 - Horizontal composite group of power supply elements - Google Patents

Horizontal composite group of power supply elements Download PDF

Info

Publication number
RU2733271C1
RU2733271C1 RU2019124980A RU2019124980A RU2733271C1 RU 2733271 C1 RU2733271 C1 RU 2733271C1 RU 2019124980 A RU2019124980 A RU 2019124980A RU 2019124980 A RU2019124980 A RU 2019124980A RU 2733271 C1 RU2733271 C1 RU 2733271C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power supply
layer
group
supply elements
horizontal composite
Prior art date
Application number
RU2019124980A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Цзу-Нань ЯН
Original Assignee
Пролоджиум Текнолоджи Ко.Лтд.
Пролоджиум Холдинг Инк.
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 Пролоджиум Текнолоджи Ко.Лтд., Пролоджиум Холдинг Инк. filed Critical Пролоджиум Текнолоджи Ко.Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2733271C1 publication Critical patent/RU2733271C1/en

Links

Images

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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to a group of power supply elements. Group of power supply elements is formed by serial connection of one or more independent power supply elements without circulation of their electrolyte systems. Thus, high voltage generated by the connection has no effect on any separate power supply element and does not decompose its electrolyte systems. Therefore, in horizontal composite groups of power supply elements, serial and / or parallel connections can be created simultaneously, providing high voltage and high capacity.
EFFECT: technical result consists in improvement of reliability and safety of composite group of power supply elements as a whole.
19 cl, 20 dwg

Description

Настоящее изобретение относится, в целом, к группе элементов электропитания и, в частности, к высоковольтной, высокоемкой и трехмерной горизонтальной составной группе элементов электропитания.The present invention relates generally to a group of power supply elements, and in particular to a high voltage, high capacity, and three-dimensional horizontal composite group of power supply elements.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

В последние годы, в силу исчерпания нефтехимического топлива и преобладания осознания необходимости в защите окружающей среды, приходится переосмысливать баланс между жизненным комфортом и защитой окружающей среды для тех объектов, которые используют нефтехимическое топливо в качестве источника энергии и в массовом количестве выбрасывают парниковые газы. Автомобили, как важные транспортные средства, становятся одним из основных объектов, подлежащих проверке. Соответственно, в рамках глобальной тенденции энергосбережения и сокращения выбросов углерода во многих странах устанавливается электрификация автомобилей как важная цель сокращения выбросов диоксида углерода. К сожалению, электромобили сталкиваются со многими проблемами в практических применениях. Например, емкость элементов электропитания, таких как батареи, ограничивает длительность работы. Следовательно, для повышения емкости, а значит, и увеличения пробега нужно соединять последовательно или параллельно больше батарей.In recent years, due to the depletion of petrochemical fuels and the prevailing awareness of the need to protect the environment, it is necessary to rethink the balance between living comfort and environmental protection for those facilities that use petrochemical fuels as a source of energy and emit greenhouse gases in large quantities. Cars, as important vehicles, are becoming one of the main objects to be checked. Accordingly, as part of the global trend towards energy and carbon savings, electrification of vehicles is being established in many countries as an important goal of reducing carbon dioxide emissions. Unfortunately, electric vehicles face many challenges in practical applications. For example, the capacity of power cells such as batteries limits the duration of operation. Consequently, to increase capacity, and hence increase mileage, more batteries must be connected in series or in parallel.

Для снижения веса автомобиля с целью увеличения пробега вторичные батареи с высокой плотностью энергии и малым весом, например, литий-ионные вторичные батареи, оказываются наилучшим вариантом выбора в качестве батареи для электромобилей. Тем не менее, способ сборки множественных литий-ионных вторичных батарей с образованием безопасного и стабильного источника энергии стала неотложной задачей в отрасли.To reduce vehicle weight in order to increase mileage, secondary batteries with high energy density and low weight, such as lithium ion secondary batteries, are proving to be the best choice as batteries for electric vehicles. However, the method of assembling multiple lithium-ion secondary batteries to form a safe and stable energy source has become an urgent challenge in the industry.

Сначала обратимся к фиг. 1A и фиг. 1B, где показан общепринятый способ. После параллельного соединения множественных наборов элементов 71 батареи используют корпус 72 для герметизации и формирования аккумулятора 73. Затем проводящие выводы 74, выступающие из корпусов 72 аккумуляторов 73, соединяют последовательно снаружи для достижения достаточного электрического напряжения, обеспечивая батарейный модуль 75 для автомобилей. Согласно другому способу применяют единый корпус 72 для охвата множественных элементов 71 батареи, как показано на фиг. 2A и фиг. 2B. Другими словами, для увеличения электрического напряжения аккумулятора 76 применяется внутреннее последовательное соединение. Затем множественные аккумуляторы 76 соединяют параллельно и снаружи для достижения достаточной емкости для формирования батарейного модуля 77 для автомобилей. К сожалению, современный электролит может выдерживать лишь около 5 вольт. Кроме того, трудно сформировать замкнутую систему для электролита из-за внутренних конструктивных проблем. Как только напряжение превысит допустимый для электролита диапазон, электролит будет разлагаться, что приводит к отказу батарейного модуля 77. Что еще хуже, батарея может взорваться. Соответственно, такой продукт на рынке отсутствует.Referring first to FIG. 1A and FIG. 1B, which shows a conventional method. After connecting multiple sets of battery cells 71 in parallel, the housing 72 is used to seal and form the battery 73. Then, conductive leads 74 protruding from the bodies 72 of the batteries 73 are connected in series externally to achieve sufficient electrical voltage to provide a battery module 75 for automobiles. Another method employs a single housing 72 to enclose multiple battery cells 71 as shown in FIG. 2A and FIG. 2B. In other words, an internal series connection is used to increase the electrical voltage of the battery 76. The multiple batteries 76 are then connected in parallel and externally to achieve sufficient capacity to form a battery pack 77 for automobiles. Unfortunately, modern electrolyte can only handle about 5 volts. In addition, it is difficult to form a closed system for the electrolyte due to internal design problems. As soon as the voltage exceeds the acceptable range for the electrolyte, the electrolyte will decompose, causing the battery pack 77 to fail. Worse, the battery may explode. Accordingly, there is no such product on the market.

Согласно патентной заявке США № 2004/0091771, соседние батарейные модули совместно используют общий слой токоотвода. Используя этот способ, можно решить вышеописанную проблему разложения электролита. К сожалению, из-за последовательного соединения с общим слоем токоотвода конструкция будет менее гибкой. Можно применять только внутреннее последовательное соединение. Для образования батарейного модуля все же следует применять внешнее параллельное соединение множества аккумуляторов.According to US Patent Application No. 2004/0091771, adjacent battery modules share a common collector layer. Using this method, the above-described electrolyte decomposition problem can be solved. Unfortunately, due to the series connection with the common layer of the down conductor, the structure will be less flexible. Only internal serial connection can be used. An external parallel connection of multiple batteries must still be used to form a battery module.

Кроме того, в составной группе элементов электропитания согласно патентной заявке Тайваня № 106136071 последовательные и параллельные соединения группы элементов электропитания можно создавать прямо внутри аккумуляторов для обеспечения высоковольтных аккумуляторов высокой единичной емкости, с устранением недостатков сниженных характеристик и сниженной плотности емкости из-за внешнего соединения согласно уровню техники. К сожалению, согласно этой технологии элемент электропитания достигает высокой емкости и высокого напряжения путем вертикальной укладки большого числа элементов электропитания для последовательных и/или параллельных соединений.In addition, in the composite battery bank according to Taiwan Patent Application No. 106136071, series and parallel connections of the battery bank can be created directly inside the batteries to provide high-voltage batteries with a high unit capacity, eliminating the disadvantages of reduced performance and reduced capacity density due to external connection according to the level technology. Unfortunately, this technology achieves a high capacity and high voltage by stacking a large number of power cells vertically for series and / or parallel connections.

Тем не менее, в случае пробоя металлическими предметами, вызванное пробоем падение высокого напряжения неизбежно представляет большую опасность для полностью твердых, псевдотвердых (твердо-жидких) или жидких систем электролита. Оно особенно опасно для группы элементов электропитания, образованной путем вертикальной укладки массивных элементов электропитания внутри при последовательных соединениях.However, in the event of breakdown by metallic objects, the high voltage drop caused by the breakdown inevitably poses a great danger to completely solid, pseudo-solid (solid-liquid) or liquid electrolyte systems. It is especially dangerous for a group of power supply elements formed by stacking massive power supply elements vertically inside with series connections.

Ввиду этих недостатков настоящее изобретение предлагает новую горизонтальную составную группу элементов электропитания во избежание проблем безопасности, обусловленных пробоем элементов батареи металлическими предметами.In view of these drawbacks, the present invention proposes a new horizontal stacked battery array to avoid safety problems caused by metal bursting of the battery cells.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания, в которой применяются горизонтальные последовательные и/или параллельные соединения для электрического подсоединения множественных групп элементов электропитания с целью уменьшения числа вертикально уложенных элементов электропитания и устранения проблем безопасности, обусловленных пробоем элементов батареи металлическими предметами.An object of the present invention is to provide a horizontal stacked power bank that employs horizontal series and / or parallel connections to electrically connect multiple power cell stacks to reduce the number of vertically stacked power cells and eliminate safety concerns caused by metal breakdown of battery cells.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Сверху и снизу располагаются соответственно первый слой изоляции и второй слой изоляции. Между первым и вторым слоями изоляции располагаются множественные группы элементов электропитания, проходящие горизонтально и соединенные последовательно и/или параллельно. За счет использования первого и второго слоев изоляции можно предотвратить возможные повреждения, вызванные пробоями элементов электропитания внешними металлическими предметами.Another object of the present invention is to provide a horizontal composite group of power supply elements. Above and below are respectively the first insulation layer and the second insulation layer. Between the first and second layers of insulation are multiple groups of power supply elements running horizontally and connected in series and / or parallel. By using the first and second insulation layers, it is possible to prevent possible damage caused by the breakdown of the power supply elements by external metal objects.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Электрохимическая реакция между соседними элементами электропитания отсутствует за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не ограничиваются максимальным допустимым для электролита напряжением и могут соединяться последовательно и/или параллельно. Следовательно, можно повысить плотность емкости и напряжение.Another object of the present invention is to provide a horizontal composite group of power supply elements. There is no electrochemical reaction between adjacent power cells except for charge transfer. Thus, the power supply cells are not limited by the maximum voltage allowed for the electrolyte and can be connected in series and / or in parallel. Therefore, the capacitance density and voltage can be increased.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Между соседними группами элементов электропитания сформированы множественные каналы, действующие как пути для теплоотвода.Yet another object of the present invention is to provide a horizontal composite group of power supply elements. Multiple channels are formed between adjacent groups of power supply elements, acting as paths for heat dissipation.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной группы элементов электропитания. Слои токоотвода между соседними элементами электропитания контактируют напрямую. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электропитания может быть существенно снижено. Характеристики модуля питания, образованного такими группами элементов электропитания, почти не падают. Кроме того, из-за снижения сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно ослабевает. Это позволяет упростить систему охлаждения модуля питания, что облегчает управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность составной группы элементов электропитания в целом.It is an additional object of the present invention to provide a horizontal composite group of power supply elements. Down conductor layers between adjacent power supply elements are in direct contact. The contact area is much larger than when brazing nickel plates according to the prior art. Thus, the internal resistance of a group of power supply elements can be significantly reduced. The characteristics of the power supply module formed by such groups of power supply elements almost do not fall. In addition, due to the decrease in resistance, the charging and discharging speeds are greatly improved, and the heating problem is greatly reduced. This simplifies the cooling system of the power supply module for easier control and regulation. Thus, the reliability and safety of the composite group of power supply elements as a whole can be improved.

Для решения поставленных задач настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную группу элементов электропитания, которая содержит первый слой изоляции, второй слой изоляции, первый структурированный проводящий слой, второй структурированный проводящий слой и множество групп элементов электропитания. Второй слой изоляции расположен напротив первого слоя изоляции. Первый структурированный проводящий слой расположен на первой поверхности первого слоя изоляции. Второй структурированный проводящий слой расположен на второй поверхности второго слоя изоляции. Первый структурированный проводящий слой располагается напротив второго структурированного проводящего слоя. Множество групп элементов электропитания расположены между первым слоем изоляции и вторым слоем изоляции и соединены последовательно и/или параллельно через первый структурированный проводящий слой и второй структурированный проводящий слой. Каждый элемент электропитания содержит изолирующий слой, два слоя активного материала, два слоя токоотвода, систему электролита и слой упаковки. Два слоя активного материала расположены соответственно по обе стороны изолирующего слоя. Два слоя токоотвода расположены соответственно на внешних сторонах слоев активного материала. Система электролита расположена в слоях активного материала. Слой упаковки расположен на периферии двух слоев токоотвода для склеивания слоев токоотвода и заключения системы электролита между двумя слоями токоотвода. Другими словами, каждый элемент электропитания является независимым модулем. Система электролита не циркулирует между ними. Электрохимическая реакция между соседними элементами электропитания отсутствует, за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не ограничиваются максимальным допустимым для электролита напряжением и могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно.To solve the problems, the present invention provides a horizontal composite group of power supply elements, which contains a first insulation layer, a second insulation layer, a first structured conductive layer, a second structured conductive layer, and a plurality of groups of power supply elements. The second insulation layer is opposite the first insulation layer. The first structured conductive layer is located on the first surface of the first insulation layer. A second structured conductive layer is located on the second surface of the second insulation layer. The first structured conductive layer is opposite the second structured conductive layer. A plurality of groups of power supply elements are located between the first insulation layer and the second insulation layer and are connected in series and / or in parallel through the first structured conductive layer and the second structured conductive layer. Each power supply element contains an insulating layer, two layers of active material, two layers of a current collector, an electrolyte system and a packaging layer. Two layers of active material are respectively disposed on either side of the insulating layer. Two down conductor layers are respectively located on the outer sides of the active material layers. The electrolyte system is located in the active material layers. The packing layer is located at the periphery of the two layers of the current collector for gluing the layers of the current collector and enclosing the electrolyte system between the two layers of the current collector. In other words, each power supply is an independent module. The electrolyte system does not circulate between them. There is no electrochemical reaction between adjacent power cells, except for charge transfer. Thus, the power supply cells are not limited to the maximum voltage allowed for the electrolyte and can be simultaneously connected in series and / or in parallel.

Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов осуществления приведено для понимания задач, технологий, признаков и эффектов настоящего изобретения.The following detailed description of specific embodiments is provided to understand the objectives, technologies, features, and effects of the present invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Фиг. 1A и 1B показывают схемы аккумулятора и батарейного модуля по первому варианту осуществления согласно уровню техники;FIG. 1A and 1B show circuits of a battery and a battery pack in the first embodiment according to the prior art;

фиг. 2A и 2B - схемы аккумулятора и батарейного модуля по второму варианту осуществления согласно уровню техники;fig. 2A and 2B are schematic diagrams of a battery and a battery pack in a second embodiment according to the prior art;

фиг. 3 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 3 is a diagram of a horizontal composite group of power supply elements according to the first embodiment of the present invention;

фиг. 4A - конструктивная схема элемента электропитания согласно настоящему изобретению;fig. 4A is a structural diagram of a power supply element according to the present invention;

фиг. 4B - другая конструктивная схема элемента электропитания согласно настоящему изобретению;fig. 4B is another structural diagram of a power supply element according to the present invention;

фиг. 5A - схема варианта осуществления по фиг. 3, на которой группа элементов электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания формируется путем последовательного соединения множественных элементов электропитания;fig. 5A is a diagram of the embodiment of FIG. 3 in which the power supply group of the horizontal composite power supply group is formed by connecting the plurality of power supply elements in series;

фиг. 5B - частично увеличенный вид области A на фиг. 5A;fig. 5B is a partially enlarged view of area A in FIG. 5A;

фиг. 6 - схема внутреннего и параллельного соединения групп элементов электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 6 is a schematic diagram of the internal and parallel connection of power cell groups of a horizontal composite power cell group according to an embodiment of the present invention;

фиг. 7 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 7 is a schematic diagram of a horizontal composite group of power supply elements according to another embodiment of the present invention;

фиг. 8A - схема внешнего и последовательного соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 8A is a diagram showing the external and series connection of multiple horizontal composite power cell groups according to an embodiment of the present invention;

фиг. 8B - схема внешнего и параллельного соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 8B is a diagram of external and parallel connection of multiple horizontal composite power cell groups according to an embodiment of the present invention;

фиг. 9 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 9 is a schematic diagram of a horizontal composite group of power supply elements according to another embodiment of the present invention;

фиг. 10 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 10 is a diagram of a horizontal composite group of power elements according to another embodiment of the present invention;

фиг. 11 - схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 11 is a diagram of a horizontal composite group of power elements according to another embodiment of the present invention;

фиг. 12-14 - схемы последовательного и/или параллельного электрического соединения множественных элементов электропитания в группе элементов электропитания согласно настоящему изобретению; иfig. 12-14 are diagrams of series and / or parallel electrical connection of multiple power supply elements in a group of power supply elements according to the present invention; and

фиг. 15 - схема лепестка, сформированного на слое токоотвода элемента электрохимической системы согласно настоящему изобретению.fig. 15 is a schematic diagram of a lobe formed on a collector layer of an element of an electrochemical system according to the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

С учетом проблемы безопасности, связанной с пробоем множественных вертикально уложенных и последовательно/параллельно соединенных элементов электропитания острыми металлическими предметами, для обеспечения потребности в высоком напряжении и высокой емкости, настоящее изобретение предусматривает новую горизонтальную составную группу элементов электропитания для решения проблемы пробоя. Вышеуказанный составной блок электропитания может представлять собой любой элемент питания, способный хранить энергию и подавать ее на внешние устройства, такой как батареи или конденсаторы.In view of the safety problem associated with the breakdown of multiple vertically stacked and series / parallel connected power supply elements with sharp metal objects to meet the high voltage and high capacity demand, the present invention provides a new horizontal composite power supply group to solve the breakdown problem. The above composite power supply unit may be any battery capable of storing energy and supplying it to external devices such as batteries or capacitors.

В настоящем изобретении, в основном, раскрыта горизонтальная составная группа элементов электропитания, которая содержит множество групп элементов электропитания. Группа элементов электропитания содержит один или более вертикально уложенных последовательно и/или параллельно соединенных элементов электропитания. Затем, после того как группы элементов электропитания соединены последовательно или параллельно в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои, первый вывод и второй вывод соединяются с группами элементов электропитания с образованием составной группы элементов электропитания. Другими словами, внутри составной группы элементов электропитания могут быть одновременно выполнены последовательное и параллельное соединения. Элементы электропитания, образующие группу элементов электропитания согласно настоящему изобретению, являются независимыми и законченными модулями электропитания. Они не используют совместно системы электролита. Чертежи используются для дополнительного описания. Для удобства, в нижеследующем варианте осуществления описана литиевая батарея. Специалисту в данной области техники известно, что этот вариант осуществления не служит для ограничения объема настоящего изобретения.The present invention mainly discloses a horizontal composite power supply group that contains a plurality of power supply groups. The group of power supply elements contains one or more vertically stacked series and / or parallel connected power supply elements. Then, after the power supply groups are connected in series or parallel in the horizontal direction through the first and second structured conductive layers, the first terminal and the second lead are connected to the power supply groups to form a composite power supply group. In other words, serial and parallel connections can be made simultaneously within the composite group of power supply elements. The power supply units forming the power supply unit group according to the present invention are independent and complete power supply units. They do not share electrolyte systems. Drawings are used for additional description. For convenience, a lithium battery is described in the following embodiment. A person skilled in the art knows that this embodiment is not intended to limit the scope of the present invention.

Сначала обратимся к фиг. 3, где показана схема горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре, горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания согласно настоящему изобретению, в основном, содержит первый слой 12 изоляции, второй слой 14 изоляции, первый структурированный проводящий слой 16 (16a, 16b, 16c), второй структурированный проводящий слой 18 (18a, 18b) и множество групп 20 элементов электропитания. Второй слой 14 изоляции располагается напротив первого слоя 12 изоляции в горизонтальном направлении. Первый структурированный проводящий слой 16 располагается на первой поверхности 12s, проходящей горизонтально внутри первого слоя 12 изоляции. Второй структурированный проводящий слой 18 располагается на второй поверхности 14s, проходящей горизонтально внутри второго слоя 14 изоляции. Первый структурированный проводящий слой 16 располагается напротив второго структурированного проводящего слоя 18. Материал первого и второго структурированных проводящих слоев 16, 18 может быть выбран из группы, состоящей из металлов и любых проводящих материалов. Множество групп 20 элементов электропитания расположены бок о бок и проложены между первым и вторым слоями 12, 14 изоляции и электрически подключены к разной полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18 для образования последовательного соединения. Слова «бок о бок» означают, что множество групп 20 элементов электропитания не уложены вертикально по единственной оси Z. Вместо этого, они располагаются в горизонтальном направлении.Referring first to FIG. 3 is a schematic diagram of a horizontal composite group of power supply elements according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the horizontal composite power element group 10 according to the present invention mainly comprises a first insulation layer 12, a second insulation layer 14, a first structured conductive layer 16 (16a, 16b, 16c), a second structured conductive layer 18 (18a, 18b) and a plurality of power supply groups 20. The second insulation layer 14 is located opposite the first insulation layer 12 in the horizontal direction. The first structured conductive layer 16 is located on a first surface 12s extending horizontally within the first insulation layer 12. A second structured conductive layer 18 is located on a second surface 14s extending horizontally within the second insulation layer 14. The first structured conductive layer 16 is opposite the second structured conductive layer 18. The material of the first and second structured conductive layers 16, 18 can be selected from the group consisting of metals and any conductive materials. A plurality of power cell groups 20 are disposed side-by-side and sandwiched between the first and second insulation layers 12, 14 and are electrically connected to different polarities through the first and second structured conductive layers 16, 18 to form a series connection. Side-by-side means that the plurality of power cell groups 20 are not stacked vertically along a single Z-axis. Instead, they are stacked horizontally.

Группа 20 элементов электропитания, как описано выше, образована одним или более элементами 22 электропитания. Например, на фиг. 3 горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания образована путем последовательного соединения четырех групп 20 элементов электропитания. Любая из групп 20 элементов электропитания образована элементом 22 электропитания. Структура вышеупомянутого элемента 22 электропитания показана на фиг. 4A. Любой элемент батареи (аккумулятор) 22 включает в себя первый слой 222 токоотвода, второй слой 223 токоотвода, слой 224 упаковки, первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226 и второй слой 227 активного материала. Слой 224 упаковки проложен между первым и вторым слоями 222, 223 токоотвода. Первый слой 222 токоотвода, второй слой 223 токоотвода и слой 224 упаковки образуют герметичное пространство, изолированное от внешней влаги и кислорода. Первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226 и второй слой 227 активного материала нанесены последовательно в герметичном пространстве. Система электролита располагается в первом слое 225 активного материала и втором слое 227 активного материала. Первый слой 225 активного материала соединен с первым слоем 222 токоотвода, а второй слой 227 активного материала соединен со вторым слоем 223 токоотвода.The power supply group 20, as described above, is formed by one or more power supply items 22. For example, in FIG. 3, the horizontal composite power supply group 10 is formed by connecting in series four power supply groups 20. Any of the power supply element groups 20 is constituted by the power supply element 22. The structure of the above-mentioned power supply element 22 is shown in FIG. 4A. Any battery cell (battery) 22 includes a first collector layer 222, a second collector layer 223, a packaging layer 224, a first active material layer 225, an insulating layer 226, and a second active material layer 227. The packing layer 224 is sandwiched between the first and second collector layers 222, 223. The first collector layer 222, the second collector layer 223 and the packaging layer 224 form a sealed space isolated from external moisture and oxygen. A first active material layer 225, an insulating layer 226 and a second active material layer 227 are applied sequentially in the sealed space. The electrolyte system is located in the first active material layer 225 and the second active material layer 227. The first active material layer 225 is connected to the first collector layer 222, and the second active material layer 227 is connected to the second collector layer 223.

Материал изолирующего слоя 226 с микроотверстиями, через которые могут проходить ионы, может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, керамических материалов и стекловолоконных материалов. Микроотверстия могут быть проникающими отверстиями, нелинейными отверстиями или же образованными пористыми материалами. Кроме того, внутри микроотверстия подложки могут быть распределены пористые керамические изолирующие материалы. Эти керамические изолирующие материалы могут быть образованы такими материалами, как микрометровые или нанометровые диоксид титана (TiO2), оксид алюминия (Al2O3), диоксид кремния (SiO2) или частицы алкилированной керамики. Керамический изолирующий материал может дополнительно включать в себя полимерные адгезивы, такие как поливинилиденфторид (PVDF), сополимер поливинилиденфторида и гексафторпропилена (PVDF-HFP), политетрафторэтилен (PTFE), клей на основе акриловой кислоты, эпоксидная смола, полиэтиленоксид (PEO), полиакрилонитрил (PAN) или полиимид (PI).The material of the insulating layer 226 with micro-holes through which ions can pass can be selected from the group consisting of polymeric materials, ceramic materials, and glass fiber materials. The micro-holes can be penetration holes, non-linear holes, or formed by porous materials. In addition, porous ceramic insulating materials can be distributed within the micro-hole of the substrate. These ceramic insulating materials can be formed by materials such as micrometer or nanometer titanium dioxide (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon dioxide (SiO 2 ), or alkylated ceramic particles. The ceramic insulating material may further include polymeric adhesives such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylic acid based adhesive, epoxy resin, polyethylene acrylonite (PEO) ) or polyimide (PI).

Система электролита расположена в первом и втором слоях 225, 227 активного материала. Вид системы электролита может быть выбран из группы, состоящей из жидкого состояния, псевдотвердого состояния, состояния геля, твердого состояния или их комбинаций. Активные материалы слоев 225, 227 активного материала могут преобразовывать химическую энергию в электрическую энергию для полезного использования (подачи электричества) или электрическую энергию в химическую энергию для накопления (зарядки) и могут обеспечивать одновременно ионные проводимость и перенос. Сгенерированные электроны могут выводиться наружу через первый и второй слои 222, 223 токоотвода. В качестве материалов для первого и второго слоев 222, 223 токоотвода обычно используются медь и алюминий. Альтернативно, они могут включать в себя другие металлы, такие как никель, олово, серебро и золото, сплавы металлов или нержавеющую сталь.The electrolyte system is located in the first and second layers 225, 227 of the active material. The type of electrolyte system can be selected from the group consisting of a liquid state, a pseudo-solid state, a gel state, a solid state, or combinations thereof. The active materials of the active material layers 225, 227 can convert chemical energy to electrical energy for useful use (supplying electricity) or electrical energy to chemical energy for storage (charging) and can provide both ionic conduction and transport. The generated electrons can be discharged outside through the first and second collector layers 222, 223. Copper and aluminum are commonly used as materials for the first and second layers 222, 223. Alternatively, they can include other metals such as nickel, tin, silver and gold, metal alloys, or stainless steel.

Материал слоя 224 упаковки может включать в себя эпоксидную смолу, полиэтилен, полипропилен, полиуретан, термопластичный полиимид, силикон, акриловую смолу или отверждаемый ультрафиолетом клей. Этот материал расположен на периферии двух слоев 222, 223 токоотвода для склеивания их и герметизации системы электролита между ними во избежание утечки и циркуляции с системой электролита других элементов 22 электропитания. Таким образом, элемент 22 электропитания является независимым и законченным модулем электропитания.The material of the packaging layer 224 may include epoxy, polyethylene, polypropylene, polyurethane, thermoplastic polyimide, silicone, acrylic resin, or ultraviolet curable adhesive. This material is located at the periphery of the two collector layers 222, 223 to adhere them and seal the electrolyte system therebetween to prevent leakage and circulation of other power supply elements 22 with the electrolyte system. Thus, the power supply element 22 is an independent and complete power supply unit.

Для того чтобы усилить эффект герметизация слоя 224 упаковки, слой 224 упаковки может быть выполнен с тремя слоями. Обратимся к фиг. 4B. Верхний и нижний слои 224a, 224b состоят из модифицированного силикона, а средний слой является слоем 224c силикона. Слои 224a, 224b модифицированного силикона по обе стороны модифицированы путем регулировки отношения силикона присоединения и конденсации для склеивания разнородных материалов. При использовании данной конструкции увеличивается когезия на граница раздела. В то же время, общий внешний вид является более законченным, и повышается выход по производительности. Кроме того, такая конструкция позволяет блокировать проникновение влаги. Внутри, слой 224c силикона, действующий как основная структура, может блокировать повреждения, обусловленные полярным растворителем и пластификатором. Таким образом, герметизирующая структура в целом может быть более законченной.In order to enhance the sealing effect of the packaging layer 224, the packaging layer 224 may be provided with three layers. Referring to FIG. 4B. The top and bottom layers 224a, 224b are composed of a modified silicone and the middle layer is a silicone layer 224c. Modified silicone layers 224a, 224b on both sides are modified by adjusting the silicone attachment and condensation ratio to bond dissimilar materials. This design increases the cohesion at the interface. At the same time, the overall appearance is more complete and the productivity yield is improved. In addition, this design allows moisture penetration to be blocked. Internally, the silicone layer 224c, acting as the base structure, can block damage caused by the polar solvent and plasticizer. Thus, the overall sealing structure can be more complete.

Кроме того, для облегчения описания и идентификации, для иллюстрации на фигурах элементов 22 электропитания горизонтальной составной группы элементов электропитания используются простые символы плюс и минус для указания положительной и отрицательной электрических полярностей, вместо детального изображения компонентов элемента 22 электропитания, как показано на фиг. 4A и фиг. 4B. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что означают положительная и отрицательная полярности. Поэтому детали не будут описаны повторно.In addition, for ease of description and identification, simple plus and minus symbols are used to illustrate the power supply elements 22 of the horizontal stacked power supply unit 22 to indicate positive and negative electrical polarities, instead of detailing the components of the power supply unit 22 as shown in FIG. 4A and FIG. 4B. The person skilled in the art should understand what positive and negative polarities mean. Therefore, the details will not be described again.

Как показано на фиг. 5A и фиг.5B, группа 20 элементов электропитания образована путем последовательного соединения множества элементов 22 электропитания. На внешних сторонах элемента 22 электропитания находятся первый и второй слои 222, 223 токоотвода. Следовательно, первый и второй слои 222, 223 токоотвода соседних элементов 22 электропитания могут быть соединены между собой за счет непосредственного контакта с образованием последовательного электрического соединения. Например, как показано на фигурах, первый слой 222 токоотвода заряжен положительно, а второй слой 223 токоотвода заряжен отрицательно. Второй слой 223 токоотвода элемента 22 электропитания наверху может контактировать с первым слоем 222 токоотвода соседнего (нижнего) элемента 22 электропитания. Второй слой 223 токоотвода отрицательного вывода последнего элемента 22 электропитания может контактировать с первым слоем 222 токоотвода положительного вывода соседнего элемента 22 электропитания. Благодаря последовательной укладке, может быть сформирована последовательно соединенная группа 20 элементов электропитания. Поскольку каждый элемент 22 электропитания является независимым модулем электропитания, их системы электролита не циркулируют. Таким образом, отсутствуют электрохимические реакции между первым и вторым слоями 222, 223 токоотвода соседних элементов 22 электропитания, за исключением переноса заряда (то есть ионы не будут переноситься и проводиться). Таким образом, поскольку множественные элементы 22 электропитания соединены последовательно для обеспечения высокого напряжения, система электролита отдельного элемента 22 электропитания не подвергается влиянию. Внутреннее напряжение по-прежнему поддерживается равным напряжению отдельного элемента 22 электропитания. Таким образом, оно не будет ограничиваться максимальным напряжением (обычно, около 5 вольт) системы электролита, группа 20 элементов электропитания с высоким напряжением может быть сформирована путем последовательной укладки множественных элементов 22 электропитания.As shown in FIG. 5A and 5B, a power supply group 20 is formed by connecting a plurality of power supply items 22 in series. On the outer sides of the power supply element 22 there are first and second collector layers 222, 223. Therefore, the first and second collector layers 222, 223 of adjacent power supply elements 22 can be connected to each other by direct contact to form a series electrical connection. For example, as shown in the figures, the first collector layer 222 is positively charged and the second collector layer 223 is negatively charged. The second collector layer 223 of the power supply element 22 at the top may contact the first collector layer 222 of the adjacent (lower) power supply element 22. The second negative lead layer 223 of the last power supply element 22 may contact the first positive lead collector layer 222 of the adjacent power supply element 22. By stacking in series, a series-connected power cell group 20 can be formed. Since each power supply element 22 is an independent power supply unit, their electrolyte systems are not circulated. Thus, there are no electrochemical reactions between the first and second collector layers 222, 223 of adjacent power supply elements 22, except for charge transfer (i.e., ions will not be carried and conducted). Thus, since the multiple power supply cells 22 are connected in series to provide a high voltage, the electrolyte system of the individual power supply unit 22 is not affected. The internal voltage is still maintained equal to the voltage of the individual power supply element 22. Thus, it will not be limited by the maximum voltage (usually about 5 volts) of the electrolyte system, the high voltage power cell group 20 can be formed by stacking multiple power cells 22 in series.

Верхний поверхностный электрод (первый слой 222 токоотвода) самого верхнего элемента 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания контактирует непосредственно с первым структурированным проводящим слоем 16 с образованием электрического соединения. Нижний поверхностный электрод (второй слой 223 токоотвода) самого нижнего элемента 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания контактирует со вторым структурированным проводящим слоем 18 с образованием электрического соединения. Вышеописанный метод прямого контакта может быть физическим контактом или химическим контактом. В частности, прямой контакт может быть сформирован путем пайки с припоем или без него или способом плавления. Альтернативно, можно применять проводящий серебряный клей или проводящую ткань.The upper surface electrode (first collector layer 222) of the uppermost power supply member 22 in power supply group 20 contacts directly the first structured conductive layer 16 to form an electrical connection. The lower surface electrode (second collector layer 223) of the lowermost power supply member 22 in power supply group 20 contacts the second structured conductive layer 18 to form an electrical connection. The direct contact method described above can be physical contact or chemical contact. In particular, direct contact can be formed by soldering with or without solder or by melting. Alternatively, a conductive silver adhesive or conductive fabric can be used.

Горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания согласно настоящему изобретению дополнительный содержит первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26. На фиг. 3 первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 электрически соединены одновременно с первым структурированным проводящим слоем 16, или альтернативно, одновременно со вторым структурированным проводящим слоем 18. Конечно, они могут быть соединены с разными металлическими слоями. Например, первый проводящий вывод 24 электрически соединен с первым структурированным проводящим слоем 16, тогда как второй проводящий вывод 26 электрически соединен со вторым структурированным проводящим слоем 18, как показано на фиг. 6.The horizontal composite power element group 10 according to the present invention further comprises a first conductive terminal 24 and a second conductive terminal 26. FIG. 3, the first conductive lead 24 and the second conductive lead 26 are electrically connected simultaneously to the first structured conductive layer 16, or alternatively simultaneously to the second structured conductive layer 18. Of course, they can be connected to different metal layers. For example, the first conductive lead 24 is electrically connected to the first structured conductive layer 16, while the second conductive lead 26 is electrically connected to the second structured conductive layer 18, as shown in FIG. 6.

Кроме того, первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 могут быть выполнены заодно с первым структурированным проводящим слоем 16 или вторым структурированным проводящим слоем 26, электрически соединенными с ними. Другими словами, в процессе структурирования (т.е. формирования рисунка) сохраняются рисунки первого проводящего вывода 24 и второго проводящего вывода 26. Когда первый и второй проводящие выводы 24, 26 формируют, не используя интегральный способ, материалы первого и второго проводящих выводов 24, 26 могут отличаться от материалов первого и/или второго структурированных проводящих слоев 16, 18. Кроме того, прямой контакт может быть образован путем пайки с припоем или без него, или способом плавления. Альтернативно, можно применять проводящий серебряный клей или проводящую ткань.In addition, the first conductive terminal 24 and the second conductive terminal 26 may be formed integrally with the first structured conductive layer 16 or the second structured conductive layer 26 electrically connected thereto. In other words, in the patterning process (i.e., patterning), the patterns of the first conductive lead 24 and the second conductive lead 26 are retained. When the first and second conductive leads 24, 26 are formed without using an integral method, the materials of the first and second conductive leads 24, 26 may differ from the materials of the first and / or second structured conductive layers 16, 18. In addition, direct contact may be formed by soldering with or without solder or by melting. Alternatively, a conductive silver adhesive or conductive fabric can be used.

Обратимся к фиг. 7. На этой фигуре один участок первого структурированного проводящего слоя 16a выходит наружу из первого слоя 12 изоляции и действует как первый проводящий вывод 24; другой участок первого структурированного проводящего слоя 16c выходит наружу из первого слоя 12 изоляции и действует как второй проводящий вывод 26. Кроме того, на этой фигуре множественные группы элементов 22 электропитания (на фигуре группа элементов электропитания образована единственным элементом 22 электропитания) все соединены с противоположной полярностью через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, что делает множественные группы элементов 22 электропитания последовательно соединенными.Referring to FIG. 7. In this figure, one portion of the first structured conductive layer 16a extends outwardly from the first insulation layer 12 and acts as the first conductive terminal 24; another portion of the first structured conductive layer 16c extends outwardly from the first insulation layer 12 and acts as a second conductive terminal 26. In addition, in this figure, multiple power supply groups 22 (in the figure, the power supply group is formed by a single power supply unit 22) are all connected with opposite polarity through the first and second structured conductive layers 16, 18, making the multiple groups of power supply elements 22 in series.

При архитектуре горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно настоящему изобретению, для увеличения полной емкости или полного напряжения батарейного модуля требуется осуществлять только внешнее последовательное/параллельное соединение множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания с использованием первого и второго проводящих выводов 24, 26. Тогда полная емкость или полное напряжение батарейного модуля может увеличиваться. Например, благодаря внешнему последовательному соединению множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания, полное напряжение может увеличиваться, как показано на фиг. 8A. Благодаря внешнему параллельному соединению множественных горизонтальных составных групп 10 элементов электропитания, полная емкость может увеличиваться, как показано на фиг. 8B.With the horizontal stacked power cell architecture of the present invention, to increase the full capacity or total voltage of the battery module, only external serial / parallel connection of multiple horizontal stacked power cell stacks 10 is required using the first and second conductive leads 24, 26. Then the full capacity or the total voltage of the battery module may increase. For example, due to the external series connection of multiple horizontal composite power cell groups 10, the total voltage can be increased as shown in FIG. 8A. Due to the external parallel connection of multiple horizontal composite power cell groups 10, the total capacity can be increased as shown in FIG. 8B.

Для увеличения напряжения единой горизонтальной составной группы элементов электропитания нужно просто добавить группу элементов электропитания. Например, как показано на фиг. 9, по сравнению с фиг. 3, две группы 20 элементов электропитания добавлены и последовательно соединены через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18.To increase the voltage of a single horizontal composite group of power supply elements, you just need to add a group of power supply elements. For example, as shown in FIG. 9 compared to FIG. 3, two power cell groups 20 are added and connected in series through the first and second structured conductive layers 16, 18.

Обратимся к фиг. 6. Эта горизонтальная составная группа 10 элементов электропитания использует две группы 20 элементов электропитания с образованием нового набора 28 путем параллельного соединения одинаковой полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18. Затем этот новый набор 28 используется в качестве элемента. При соединении противоположных полярностей через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18 образуется последовательное соединение. Кроме того, группа 20 элементов электропитания, показанная на фиг. 6, может быть образована путем последовательного соединения множественных элементов электропитания для подачи более высокого напряжения. Помимо этого, хотя новый набор 28 может интегрироваться в элемент электропитания, может увеличиваться число зазоров 30, если они разделены.Referring to FIG. 6. This horizontal composite power cell group 10 uses two power cell groups 20 to form a new set 28 by parallel connection of the same polarity through the first and second structured conductive layers 16, 18. This new set 28 is then used as a cell. When connecting opposite polarities through the first and second structured conductive layers 16, 18, a series connection is formed. In addition, the power cell group 20 shown in FIG. 6 can be formed by daisy chaining multiple power supply elements to supply higher voltage. In addition, although the new set 28 can be integrated into the power supply element, the number of gaps 30 can increase if they are separated.

Обратимся к фиг. 10. Зазоры между соединенными группами 20 элементов электропитания могут действовать как каналы теплоотвода для горизонтальной составной группы 10 элементов электропитания. На поверхностях первого слоя 12 изоляции и/или второго слоя 14 изоляции, обращенных к группам 20 элементов электропитания, выполнены множественные позиционирующие детали 32. Эти позиционирующие детали 32 выходят наружу первого или второго структурированных проводящих слоев 16, 18 для ограничения местоположений групп 20 элементов электропитания. Например, поскольку элемент 22 электропитания включают в себя слой токоотвода, наличие позиционирующей детали 32 позволяет помочь зафиксировать группу 20 элементов электропитания, образованную одним или более элементами 22 электропитания в правильном местоположении. Кроме того, для увеличения эффекта теплоотвода в зазоры можно вводить текучую среду, такую как газ или жидкость.Referring to FIG. 10. The gaps between the connected power cell groups 20 can act as heat conduits for the horizontal composite power cell group 10. Multiple positioning pieces 32 are formed on the surfaces of the first insulation layer 12 and / or second insulation layer 14 facing the power cell groups 20. These positioning pieces 32 extend outside of the first or second structured conductive layers 16, 18 to delimit the locations of the power cell groups 20. For example, since the power supply element 22 includes a collector layer, the presence of the positioning piece 32 helps to fix the power supply group 20 formed by one or more of the power supply elements 22 in the correct location. In addition, a fluid such as a gas or liquid may be introduced into the gaps to increase the heat sink effect.

Далее будут описаны преимущества настоящего изобретения. Например, согласно составной группе элементов электропитания по патентной заявке Тайваня № 106136071, 24 элемента электропитания вертикально и последовательно соединены для обеспечения значения напряжения 24*4,2 вольта. Благодаря применению горизонтальной составной группы элементов электропитания согласно настоящему изобретению, при одинаковых значении напряжения и числе элементов электропитания, 24 отдельных элемента электропитания могут быть соединены противоположными полярностями в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, в состоянии горизонтального расширения, показанном на фиг. 9. Альтернативно, 12 пар последовательно уложенных элементов электропитания могут быть соединены противоположными полярностями в горизонтальном направлении через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 11. Альтернативно, можно применять другое число уложенных элементов электропитания. При этой архитектуре, когда острый металлический предмет 34 пробивает горизонтальную составную группу элементов электропитания снаружи, вместо 24 вертикально уложенных элементов электропитания пробивается лишь несколько пакетов слоев. Таким образом, можно эффективно избежать опасности пробивки массивных последовательно уложенных элементов электропитания.The following will describe the advantages of the present invention. For example, according to the composite group of power supply cells of Taiwan Patent Application No. 106136071, 24 power supply cells are vertically and series connected to provide a voltage value of 24 * 4.2 volts. Through the use of the horizontal composite group of power supply elements according to the present invention, at the same voltage and number of power supply elements, 24 individual power supply elements can be connected in opposite polarities in the horizontal direction through the first and second structured conductive layers 16, 18, in the horizontal expansion state shown in fig. 9. Alternatively, 12 pairs of stacked power cells may be connected in opposite polarities in the horizontal direction through the first and second structured conductive layers 16, 18, as shown in FIG. 11. Alternatively, a different number of stacked power supply elements can be used. With this architecture, when a sharp metal object 34 punches the horizontal composite power supply from the outside, instead of 24 vertically stacked power supplies, only a few layer packages are punched. Thus, the danger of punching massive power supply elements in series can be effectively avoided.

Более того, помимо эффективного блокирования пробивки, первый и второй слои 12, 14 изоляции согласно настоящему изобретению могут действовать как слои для блокирования электрического контакта между первым и вторым структурированными проводящими слоями, когда множественные аккумуляторы 10 последовательно и/или параллельно соединяются снаружи.Moreover, in addition to effectively blocking puncture, the first and second insulation layers 12, 14 of the present invention can act as layers for blocking electrical contact between the first and second structured conductive layers when multiple batteries 10 are connected in series and / or parallel externally.

Далее описаны последовательная и/или параллельная конфигурации множества элементов 22 электропитания, когда группа 20 элементов электропитания образована двумя или более элементами 22 электропитания.Next, series and / or parallel configurations of a plurality of power supply elements 22 are described when the power supply element group 20 is formed by two or more power supply elements 22.

Обратимся к фиг. 5A. На этой фигуре множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания электрически соединены последовательно и противоположными полярностями. Обратимся к фиг. 12, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания электрически соединены параллельно и одинаковой полярностью. Обратимся к фиг. 13, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания соединены смешанным способом сначала параллельными, а затем последовательными соединениями. Обратимся к фиг. 14, где множественные элементы 22 электропитания в группе 20 элементов электропитания соединены смешанным способом сначала последовательными, а затем параллельными соединениями. В описанном выше смешанном способе соединения положительные/отрицательные выводы (слои токоотвода) элемента 22 электропитания соединяют с соответствующими структурированными проводящими слоями подходящими проводами. Помимо этого, для удобного соединения проводов и слоев токоотвода элементов 22 электропитания, в слоях токоотвода может располагаться лепесток 79, как показано на фиг. 15.Referring to FIG. 5A. In this figure, multiple power supply elements 22 in power supply element group 20 are electrically connected in series and opposite polarities. Referring to FIG. 12 where multiple power supply elements 22 in power supply group 20 are electrically connected in parallel and of the same polarity. Referring to FIG. 13, where multiple power cells 22 in power cell group 20 are connected in a mixed manner, first in parallel and then in series. Referring to FIG. 14, where multiple power cells 22 in power cell group 20 are connected in a mixed manner, first in series and then in parallel. In the above-described mixed connection method, the positive / negative leads (collector layers) of the power supply element 22 are connected to corresponding structured conductive layers by suitable wires. In addition, in order to conveniently connect the wires and collector layers of the power supply elements 22, a petal 79 can be located in the collector layers, as shown in FIG. fifteen.

В итоге, настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную группу элементов электропитания, которая содержит множественные группы элементов электропитания, размещенные бок о бок. Группы элементов электропитания последовательно и/или параллельно соединены внутри по способу горизонтального расширения через первый и второй структурированные проводящие слои для достижения определенных напряжения и емкости. Помимо этого, внешние последовательные и/или параллельные соединения множественных горизонтальных составных групп элементов электропитания могут быть выполнены через первый и второй проводящие выводы горизонтальных составных групп элементов электропитания. Кроме того, горизонтальная составная группа элементов электропитания согласно настоящему изобретению содержит первый и второй слои изоляции сверху и снизу, действующие как слой для блокирования электрического контакта первого и второго структурированных проводящих слоев между аккумуляторами, а также эффективного предотвращения возможных повреждений, обусловленных пробиванием металлическими предметами.In summary, the present invention provides a horizontal composite power bank that contains multiple power supply groups arranged side-by-side. The groups of power supply elements are connected in series and / or parallel internally in a horizontal expansion manner through the first and second structured conductive layers to achieve a certain voltage and capacitance. In addition, external series and / or parallel connections of multiple horizontal composite power supply groups may be made through the first and second conductive leads of the horizontal composite power supply groups. In addition, the horizontal composite group of power cells according to the present invention includes first and second layers of insulation at the top and bottom, acting as a layer for blocking electrical contact of the first and second structured conductive layers between batteries, as well as effectively preventing possible damage caused by penetration by metal objects.

Соответственно, настоящее изобретение соответствует требования закона по причине его новизны, неочевидности и полезности. Однако выше приведено описание только вариантов осуществления настоящего изобретения, не используемых для ограничения объема и диапазона настоящего изобретения. В нижеследующую формулу изобретения включены те эквивалентные изменения или модификации, которые сделаны по форме, структуре, признакам или сущности, описанным в формуле изобретения настоящего изобретения.Accordingly, the present invention complies with the requirements of the law due to its novelty, non-obviousness and usefulness. However, the above description is only of the embodiments of the present invention, not used to limit the scope and range of the present invention. In the following claims are included those equivalent changes or modifications made in the form, structure, features or spirit recited in the claims of the present invention.

Claims (31)

1. Горизонтальная составная группа элементов электропитания, содержащая:1. A horizontal composite group of power supply elements, containing: первый слой изоляции;the first layer of insulation; второй слой изоляции, расположенный напротив упомянутого первого слоя изоляции;a second insulation layer opposite said first insulation layer; первый структурированный проводящий слой, расположенный на первой поверхности упомянутого первого слоя изоляции;a first structured conductive layer located on a first surface of said first insulation layer; второй структурированный проводящий слой, расположенный на второй поверхности упомянутого второго слоя изоляции и напротив упомянутого первого структурированного проводящего слоя; иa second structured conductive layer located on a second surface of said second insulation layer and opposite said first structured conductive layer; and множество групп элементов электропитания, размещенных бок о бок и проложенных между упомянутым первым слоем изоляции и упомянутым вторым слоем изоляции, электрически соединенных через упомянутый первый структурированный проводящий слой и упомянутый второй структурированный проводящий слой и образующих внутри последовательные и/или параллельные соединения.a plurality of groups of power supply elements disposed side-by-side and sandwiched between said first insulation layer and said second insulation layer, electrically connected through said first structured conductive layer and said second structured conductive layer and forming serial and / or parallel connections therein. 2. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой упомянутая группа элементов электропитания образована одним или более элементами электропитания; каждый упомянутый элемент электропитания является независимым и законченным модулем; системы электролита упомянутых элементов электропитания не циркулируют между ними; и между соседними элементами электропитания не происходит никаких химических реакций за исключением переноса заряда.2. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 1, wherein said group of power supply elements is formed by one or more power supply elements; each mentioned power supply element is an independent and complete module; electrolyte systems of said power supply elements do not circulate between them; and no chemical reactions occur between adjacent power supply elements except for charge transfer. 3. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 2, в которой упомянутый элемент электропитания содержит:3. A horizontal composite group of power supply elements according to claim 2, in which said power supply element comprises: первый слой токоотвода;the first layer of the down conductor; второй слой токоотвода;the second layer of the down conductor; слой упаковки, расположенный между упомянутым первым слоем токоотвода и упомянутым вторым слоем токоотвода для образования герметичного пространства;a packing layer located between said first collector layer and said second collector layer to form a sealed space; первый слой активного материала, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и электрически соединенный с упомянутым первым слоем токоотвода;a first active material layer disposed in said sealed space and electrically connected to said first collector layer; второй слой активного материала, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и электрически соединенный с упомянутым вторым слоем токоотвода;a second layer of active material located in said sealed space and electrically connected to said second layer of collector; изолирующий слой, расположенный в упомянутом герметичном пространстве и проложенный между упомянутым первым слоем активного материала и упомянутым вторым слоем активного материала; иan insulating layer located in said sealed space and sandwiched between said first active material layer and said second active material layer; and упомянутую систему электролита, расположенную в упомянутом первом слое активного материала и упомянутом втором слое активного материала.said electrolyte system disposed in said first active material layer and said second active material layer. 4. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой упомянутые первые слои токоотвода или упомянутые вторые слои токоотвода упомянутых двух элементов электропитания на внешних сторонах упомянутой группы элементов электропитания контактируют непосредственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем с образованием электрических соединений.4. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 3, in which said first collector layers or said second collector layers of said two power supply elements on the outer sides of said group of power supply elements contact directly with said first structured conductive layer or said second structured conductive layer to form electrical connections. 5. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, дополнительно содержащая первый проводящий вывод и второй проводящий вывод, электрически соединенные с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или вторым структурированным проводящим слоем или с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и упомянутым вторым структурированным проводящим слоем соответственно.5. The horizontal composite power supply group of claim 1, further comprising a first conductive lead and a second conductive lead electrically connected to said first structured conductive layer or second structured conductive layer or to said first structured conductive layer and said second structured conductive layer, respectively. 6. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод выполнены заодно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем, электрически соединенным с ними, или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и вторым структурированным проводящим слоем, электрически соединенными с ними.6. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 5, wherein said first conductive terminal and said second conductive terminal are integrally formed with said first structured conducting layer or said second structured conducting layer electrically connected thereto, or respectively with said first structured conducting a layer and a second structured conductive layer electrically connected thereto. 7. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой, когда сформировано множество упомянутых горизонтальных составных групп элементов электропитания, горизонтальные составные группы элементов электропитания упомянутого множества последовательно и/или параллельно соединены снаружи с использованием упомянутого первого проводящего вывода и упомянутого второго проводящего вывода.7. The horizontal composite power supply group of claim 5, wherein when a plurality of said horizontal composite power supply groups are formed, the horizontal composite power supply groups of said plurality are connected in series and / or parallel externally using said first conductive lead and said second conductive lead ... 8. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, дополнительно содержащая множество каналов теплоотвода, расположенных между соседними группами элементов электропитания.8. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 1, further comprising a plurality of heat removal channels located between adjacent groups of power supply elements. 9. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой на поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и/или упомянутого второго слоя изоляции образовано множество позиционирующих деталей, обращенных к упомянутому элементу электропитания, и упомянутое множество позиционирующих деталей выступают наружу упомянутого первого структурированного проводящего слоя или упомянутого второго структурированного проводящего слоя для ограничения местоположения упомянутой группы элементов электропитания.9. A horizontal composite group of power supply elements according to claim 1, wherein a plurality of positioning pieces are formed on the surfaces of said first insulation layer and / or said second insulation layer facing said power supply element, and said plurality of positioning pieces protrude outwardly of said first structured conductive layer or said second structured conductive layer for limiting the location of said group of power elements. 10. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 1, в которой упомянутая система электролита выбрана из группы, состоящей из состояния геля, жидкого состояния, псевдотвердого состояния, твердого состояния или их комбинаций.10. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 1, wherein said electrolyte system is selected from the group consisting of a gel state, a liquid state, a pseudo-solid state, a solid state, or combinations thereof. 11. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 2, в которой упомянутый первый слой токоотвода или упомянутый второй слой токоотвода каждого упомянутого элемента электропитания в упомянутой группе элементов электропитания непосредственно контактирует с упомянутым вторым слоем токоотвода или упомянутым первым слоем токоотвода соседнего элемента электропитания с образованием электрического соединения.11. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 2, wherein said first collector layer or said second collector layer of each said power supply element in said group of power supply elements directly contacts said second collector layer or said first collector layer of an adjacent power supply element to form an electrical connections. 12. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 11, в которой упомянутое множество элементов электропитания образуют последовательное соединение через контактирующие между собой упомянутый первый слой токоотвода и упомянутый второй слой токоотвода с разными полярностями.12. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 11, wherein said plurality of power supply elements form a series connection through contacting said first collector layer and said second collector layer with different polarities. 13. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой упомянутый слой упаковки упомянутого элемента электропитания включает в себя слой силикона и два слоя модифицированного силикона по обе стороны упомянутого слоя силикона.13. The horizontal composite power cell group of claim 3, wherein said packaging layer of said power cell includes a silicone layer and two modified silicone layers on either side of said silicone layer. 14. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 8, в которой в упомянутые каналы теплоотвода вводится текучая среда.14. A horizontal composite group of power supply elements according to claim 8, wherein fluid is introduced into said heat removal channels. 15. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 14, в которой упомянутая текучая среда является газом или жидкостью.15. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 14, wherein said fluid is a gas or liquid. 16. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или вторым структурированным проводящим слоем посредством физического или химического соединения или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством упомянутого физического или химического соединения.16. The horizontal composite group of power elements according to claim 5, wherein said first conductive lead and said second conductive lead are connected to said first structured conductive layer or second structured conductive layer by means of a physical or chemical connection, or respectively to said first structured conductive layer and said a second structured conductive layer by means of said physical or chemical connection. 17. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 5, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани или соответственно с упомянутым первым структурированным проводящим слоем и вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.17. The horizontal composite group of power supply elements according to claim 5, wherein said first conductive terminal and said second conductive terminal are connected to said first structured conductive layer or said second structured conductive layer by soldering, melting, conductive adhesive or conductive fabric, or respectively to said a first structured conductive layer; and a second structured conductive layer by soldering, melting, conductive adhesive, or conductive fabric. 18. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 4, в которой упомянутые первые слои токоотвода или упомянутые вторые слои токоотвода упомянутых двух элементов электропитания на внешних сторонах упомянутой группы элементов электропитания соединены с упомянутым первым структурированным проводящим слоем или упомянутым вторым структурированным проводящим слоем посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.18. A horizontal composite group of power supply elements according to claim 4, wherein said first collector layers or said second collector layers of said two electrical supply elements on the outer sides of said group of power supply elements are connected to said first structured conductive layer or said second structured conductive layer by soldering, melting, conductive glue or conductive fabric. 19. Горизонтальная составная группа элементов электропитания по п. 3, в которой, когда упомянутый элемент электропитания образован множеством элементов электропитания, упомянутое множество элементов электропитания в любой упомянутой группе элементов электропитания электрически соединены параллельно и/или последовательно.19. The horizontal composite power supply unit of claim 3, wherein when said power supply unit is constituted by a plurality of power supply units, said plurality of power supply units in any of said power supply unit group are electrically connected in parallel and / or in series.
RU2019124980A 2018-08-08 2019-08-07 Horizontal composite group of power supply elements RU2733271C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107127704 2018-08-08
TW107127704 2018-08-08
TW107135859 2018-10-11
TW107135859A TWI688145B (en) 2018-08-08 2018-10-11 Horizontal compound electric power supply unit group

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733271C1 true RU2733271C1 (en) 2020-10-01

Family

ID=70413102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124980A RU2733271C1 (en) 2018-08-08 2019-08-07 Horizontal composite group of power supply elements

Country Status (3)

Country Link
MX (1) MX2019009422A (en)
RU (1) RU2733271C1 (en)
TW (1) TWI688145B (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7670699B2 (en) * 2002-05-09 2010-03-02 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fuel cell
EA016661B1 (en) * 2006-12-21 2012-06-29 Ян Петрус Хуман Electrical storage device
DE102011089086A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Electrical energy storage module and method for manufacturing an electrical energy storage module
RU2501126C2 (en) * 2009-05-28 2013-12-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Negative electrode for lithium-ion secondary battery and battery with use of such electrode
US20170352922A1 (en) * 2012-10-16 2017-12-07 Sakti3, Inc. Embedded solid-state battery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5017843B2 (en) * 2005-10-26 2012-09-05 日産自動車株式会社 Battery module and battery pack
TWI472831B (en) * 2011-12-16 2015-02-11 Prologium Technology Co Ltd Side package structure of electric modules
US9296310B2 (en) * 2014-03-18 2016-03-29 Ford Global Technologies, Llc Traction battery thermal management system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7670699B2 (en) * 2002-05-09 2010-03-02 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fuel cell
EA016661B1 (en) * 2006-12-21 2012-06-29 Ян Петрус Хуман Electrical storage device
RU2501126C2 (en) * 2009-05-28 2013-12-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Negative electrode for lithium-ion secondary battery and battery with use of such electrode
DE102011089086A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Electrical energy storage module and method for manufacturing an electrical energy storage module
US20170352922A1 (en) * 2012-10-16 2017-12-07 Sakti3, Inc. Embedded solid-state battery

Also Published As

Publication number Publication date
TW202008632A (en) 2020-02-16
MX2019009422A (en) 2020-02-10
TWI688145B (en) 2020-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11557803B2 (en) Horizontal composite electricity supply structure
EP3608995B1 (en) Horizontal composite electricity supply element group
RU2703276C1 (en) Composite accumulator cell
KR20170027579A (en) A battery module having an improved cooling structure
RU2733271C1 (en) Horizontal composite group of power supply elements
JP3232116U (en) Multi-axis electricity supply system
RU2740482C1 (en) Horizontal composite power supply structure
AU2022200882B2 (en) Soft Pack Battery Module and its Electricity Supply Thereof
BR102019016485B1 (en) HORIZONTAL STRUCTURE FOR ELECTRICITY SUPPLY BY COMPOSITES
BR102019016452B1 (en) GROUP OF HORIZONTAL COMPOUND ELECTRICITY SUPPLY ELEMENTS