RU2740482C1 - Horizontal composite power supply structure - Google Patents

Horizontal composite power supply structure Download PDF

Info

Publication number
RU2740482C1
RU2740482C1 RU2019125166A RU2019125166A RU2740482C1 RU 2740482 C1 RU2740482 C1 RU 2740482C1 RU 2019125166 A RU2019125166 A RU 2019125166A RU 2019125166 A RU2019125166 A RU 2019125166A RU 2740482 C1 RU2740482 C1 RU 2740482C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrochemical system
power supply
layer
elements
horizontal composite
Prior art date
Application number
RU2019125166A
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 RU2740482C1 publication Critical patent/RU2740482C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. Device comprises first and second layers of insulation, two structured conducting layers and multiple groups of elements of electrochemical system. Two structured conductive layers are arranged on the first and second insulation layers, respectively. Multiple groups of elements are located between the first and second layers of insulation and are connected in series and/or parallel through structured conducting layers. Group of elements is formed by serial connection of one or more elements. Each element includes a packing layer on the side wall, so that their electrolyte systems do not circulate. Each group of elements has no electrochemical reaction with adjacent elements, except charge transfer.
EFFECT: higher reliability and safety of the entire power supply composite structure.
19 cl, 20 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится, в целом, к конструкции электропитания и, в частности, к высоковольтной, высокоемкой и трехмерной горизонтальной составной конструкции электропитания с последовательным соединением элементов электрохимической системы и одновременно параллельным и/или последовательным соединением групп элементов электрохимической системы в конструкции электропитания.The present invention relates generally to a power supply structure and, in particular, to a high voltage, high capacity and three-dimensional horizontal composite power supply structure with series connection of electrochemical system elements and at the same time parallel and / or series connection of groups of electrochemical system elements in a power supply structure.

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 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 the power cells 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 батарее аккумуляторов согласно патентной заявке Тайваня № 106136071 последовательные и параллельные соединения 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 группа элементов электропитания достигает высокой емкости и высокого напряжения путем вертикальной укладки стопкой большого числа элементов электропитания для последовательных и/или параллельных соединений.In addition, in the composite battery pack of Taiwan Patent Application No. 106136071, serial and parallel connections can be made 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 prior art. Unfortunately, this technology achieves a high capacity and high voltage power cell stack by vertically stacking a large number of power cells 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 аккумуляторов, образованных путем вертикальной укладки стопкой массивных элементов электропитания внутри.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 batteries formed by stacking massive power cells vertically inside.

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

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания, которая применяет последовательные и/или параллельные соединения в горизонтальном направлении для электрического соединения множественных групп элементов электрохимической системы для уменьшения числа уложенных стопкой по вертикали элементов электрохимической системы и устранения проблем безопасности, обусловленных пробоем металлическими предметами.An object of the present invention is to provide a horizontal stacked power supply design that employs series and / or parallel connections in the horizontal direction to electrically connect multiple groups of electrochemical system elements to reduce the number of vertically stacked electrochemical system elements and eliminate safety problems caused by metal breakdown.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания. Первый слой изоляции и второй слой изоляции расположены соответственно сверху и снизу. Между первым и вторым слоями изоляции расположены множественные группы элементов электрохимической системы, проходящие горизонтально и соединенные последовательно и/или параллельно. Использование первого и второго слоев изоляции позволяет предотвратить возможные повреждения, обусловленные пробоями элементов электропитания внешними металлическими предметами.Another object of the present invention is to provide a horizontal stacked power supply structure. The first insulation layer and the second insulation layer are located at the top and bottom, respectively. Between the first and second layers of insulation are multiple groups of elements of the electrochemical system, running horizontally and connected in series and / or parallel. The use of the first and second layers of insulation prevents possible damage caused by breakdowns of the power supply elements by external metal objects.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания. Электрохимическая реакция между соседними элементами электрохимической системы отсутствует, за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не ограничиваются максимальным допустимым напряжением электролита и могут соединяться последовательным и/или параллельным образом. Следовательно, можно повысить плотность емкости и напряжение.Another object of the present invention is to provide a horizontal stacked power supply structure. There is no electrochemical reaction between adjacent elements of the electrochemical system, with the exception of charge transfer. Thus, the power cells are not limited to the maximum allowable electrolyte voltage 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 конструкции электропитания. Между соседними группами элементов электрохимической системы сформированы множественные каналы, действующие как пути для теплоотвода.Another object of the present invention is to provide a horizontal stacked power supply structure. Multiple channels are formed between adjacent groups of elements of the electrochemical system, acting as paths for heat removal.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение горизонтальной составной конструкции электропитания. Слои токоотвода между соседними элементами электрохимической системы совместно используются для соединения. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электрохимической системы может существенно снижаться. Характеристики модуля питания, образованного такими группами элементов электрохимической системы, почти не падают. Кроме того, благодаря снижению сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно снижается. Это позволяет упростить систему охлаждения группы элементов электрохимической системы, что облегчает управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность всей составной конструкции электропитания в целом.It is an additional object of the present invention to provide a horizontal stacked power supply structure. Down conductor layers between adjacent elements of the electrochemical system are shared for connection. The contact area is much larger than when brazing nickel plates according to the prior art. Thus, the internal resistance of a group of elements of an electrochemical system can be significantly reduced. The characteristics of the power module formed by such groups of elements of the electrochemical system almost do not fall. In addition, by reducing the resistance, the charging and discharging speeds are greatly improved and the heating problem is greatly reduced. This makes it possible to simplify the cooling system for a group of elements of the electrochemical system, which facilitates control and regulation. Thus, the reliability and safety of the entire power supply composite structure can be improved.

Для решения поставленных задач настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит первый слой изоляции, второй слой изоляции, два структурированных проводящих слоя и множество групп элементов электрохимической системы. Второй слой изоляции расположен напротив первого слоя изоляции. Два структурированных проводящих слоя расположены на поверхности соответственно первого и второго слоев изоляции и обращены друг к другу. Множество групп элементов электрохимической системы расположены между первым слоем изоляции и вторым слоем изоляции и соединены последовательно и/или параллельно через структурированные проводящие слои. Каждая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы. На периферию каждого элемента электрохимической системы нанесен слой упаковки, так что циркуляция между соседними элементами системы электролита отсутствует, за исключением переноса заряда. Таким образом, элементы электропитания не будут ограничены максимальным допустимым напряжением электролита и могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно. Каждый элемент электрохимической системы содержит изолирующий слой, два слоя активного материала и систему электролита. Два слоя активного материала расположены соответственно по обе стороны изолирующего слоя. Система электролита расположена в слоях активного материала. В элементах электрохимической системы на двух внешних сторонах каждой группы элементов электрохимической системы применяются структурированные проводящие слои в качестве слоев токоотвода.To achieve the objectives, the present invention provides a horizontal composite power supply structure that includes a first insulation layer, a second insulation layer, two structured conductive layers, and a plurality of groups of electrochemical system elements. The second insulation layer is opposite the first insulation layer. Two structured conductive layers are located on the surface of the first and second insulation layers, respectively, and face each other. A plurality of groups of elements of the electrochemical system are located between the first layer of insulation and the second layer of insulation and are connected in series and / or in parallel through structured conductive layers. Each group of elements of the electrochemical system is formed by one or more elements of the electrochemical system. A packing layer is applied to the periphery of each element of the electrochemical system, so that there is no circulation between adjacent elements of the electrolyte system, except for charge transfer. Thus, the power supply cells will not be limited by the maximum allowable electrolyte voltage and can be connected in series and / or parallel at the same time. Each element of the electrochemical system contains an insulating layer, two layers of active material and an electrolyte system. Two layers of active material are respectively disposed on either side of the insulating layer. The electrolyte system is located in the active material layers. In the elements of the electrochemical system, structured conductive layers are used as down conductor layers on the two outer sides of each group of elements of the electrochemical system.

Нижеследующее подробное описание конкретных вариантов осуществления позволяет понять задачи, технологии, признаки и эффекты, обеспечиваемые настоящим изобретением.The following detailed description of specific embodiments helps to understand the objects, technologies, features and effects provided by the present invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

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

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

фиг. 3 - схема горизонтальной составной конструкции электропитания по первому варианту осуществления согласно настоящему изобретению;fig. 3 is a schematic diagram of a horizontal composite power supply structure according to the first embodiment according to the present invention;

фиг. 4A - структурная схема элемента электрохимической системы и слоя упаковки согласно настоящему изобретению;fig. 4A is a block diagram of an electrochemical system element and a packaging layer according to the present invention;

фиг. 4B - другая структурная схема элемента электрохимической системы и слоя упаковки согласно настоящему изобретению;fig. 4B is another block diagram of an electrochemical system element and a packaging layer according to the present invention;

фиг. 5A - схема варианта осуществления по фиг. 3, в котором группа элементов электрохимической системы горизонтальной составной конструкции электропитания образована путем последовательного соединения множественных элементов электрохимической системы;fig. 5A is a diagram of the embodiment of FIG. 3, in which a group of electrochemical system elements of the horizontal composite power supply structure is formed by connecting plural elements of the electrochemical system in series;

фиг. 5B - частично увеличенная схема области A на фиг. 5A;fig. 5B is a partially enlarged diagram of area A in FIG. 5A;

фиг. 6 - схема внутреннего и параллельного соединения групп элементов электрохимической системы горизонтальной составной конструкции электропитания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 6 is a schematic diagram of the internal and parallel connection of groups of electrochemical system elements of a horizontal composite power supply structure according to an embodiment of the present invention;

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

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

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

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

фиг. 10 - схема горизонтальной составной конструкции электропитания согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 10 is a schematic diagram of a horizontal composite power supply structure according to another embodiment of the present invention;

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

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

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

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

С учетом проблемы безопасности, вызванной пробоем множественных уложенных вертикальной стопкой и последовательно соединенных элементов электрохимической системы острыми металлическими предметами, для обеспечения высокого напряжения и высокой емкости, настоящее изобретение предусматривает новую горизонтальную составную конструкции электропитания для решения проблемы пробоя.In view of the safety problem caused by sharp metal objects to breakdown of multiple stacked and series-connected electrochemical system elements to provide high voltage and high capacity, the present invention provides a new horizontal stacked power supply design to solve the breakdown problem.

Настоящее изобретение, в основном, предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит множество групп элементов электрохимической системы. Группа элементов электрохимической системы содержит один или более последовательно и/или параллельно соединенных между собой элементов электрохимической системы. Затем, после того как множественные группы элементов электрохимической системы последовательно и/или параллельно соединены между собой через структурированные проводящие слои, первый проводящий вывод и второй проводящий вывод соединяются с группами элементов электрохимической системы с образованием составной конструкции электропитания. Другими словами, внутри составной конструкции электропитания последовательное и параллельное соединения могут быть выполнены одновременно. Элементы электрохимической системы, образующие группу элементов электрохимической системы согласно настоящему изобретению, совместно не используют системы электролита друг друга. Для дальнейшего описания используются фигуры. Вышеупомянутая составная конструкция электропитания может представлять собой любой элемент питания, способный хранить энергию и подавать ее на внешние устройства, такой как, например, батареи или конденсаторы.The present invention generally provides a horizontal stacked power supply structure that contains a plurality of groups of electrochemical system elements. A group of elements of an electrochemical system contains one or more series and / or parallel connected elements of the electrochemical system. Then, after multiple groups of electrochemical system elements are connected in series and / or in parallel through structured conductive layers, the first conductive lead and second conductive lead are connected to the groups of electrochemical system elements to form a composite power supply structure. In other words, within the composite power supply structure, serial and parallel connections can be made simultaneously. The electrochemical system elements forming a group of electrochemical system elements according to the present invention do not share electrolyte systems with each other. Figures are used for further description. The above composite power supply structure may be any battery capable of storing energy and supplying it to external devices such as, for example, batteries or capacitors.

Сначала обратимся к фиг. 3, где показана схема горизонтальной составной конструкции электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре, горизонтальная составная конструкция 10 электропитания согласно настоящему изобретению, в основном, содержит первый слой 12 изоляции, второй слой 14 изоляции, структурированный проводящий слой 16 (16a, 16b, 16c), другой структурированный проводящий слой 18 (18a, 18b) и множество групп 20 элементов электрохимической системы. Второй слой 14 изоляции располагается напротив первого слоя 12 изоляции в горизонтальном направлении. Структурированный проводящий слой 16 располагается на первой поверхности 12s, проходящей горизонтально внутри первого слоя 12 изоляции. Структурированный проводящий слой 18 располагается на второй поверхности 14s, проходящей горизонтально внутри второго слоя 14 изоляции. Структурированный проводящий слой 16 располагается напротив 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 электрохимической системы проложены между первым и вторым слоями 12, 14 изоляции и электрически подключены к разной полярности через структурированные проводящие слои 16, 18 для образования последовательного соединения. Для удобства, в нижеследующем варианте осуществления для описания применяется батарея. Специалисту в данной области техники хорошо известно, что вариант осуществления не используется для ограничения объема настоящего изобретения.Referring first to FIG. 3, which is a schematic diagram of a horizontal composite power supply structure according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the horizontal composite power structure 10 according to the present invention mainly comprises a first insulation layer 12, a second insulation layer 14, a structured conductive layer 16 (16a, 16b, 16c), another structured conductive layer 18 (18a, 18b) and many groups of 20 elements of the electrochemical system. The second insulation layer 14 is located opposite the first insulation layer 12 in the horizontal direction. The structured conductive layer 16 is located on a first surface 12s extending horizontally within the first insulation layer 12. The structured conductive layer 18 is located on a second surface 14s extending horizontally within the second insulation layer 14. The structured conductive layer 16 is opposite the 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 groups 20 of electrochemical elements are sandwiched between the first and second layers of insulation 12, 14 and are electrically connected to different polarities through structured conductive layers 16, 18 to form a series connection. For convenience, in the following embodiment, a battery is used for description. A person skilled in the art is well aware that an embodiment is not used to limit the scope of the present invention.

Группа 20 элементов электрохимической системы, как описано выше, образована одним или более элементами 22 электрохимической системы. Например, на фиг. 3 горизонтальная составная конструкция 10 электропитания образована путем последовательного соединения четырех групп 20 элементов электрохимической системы, причем каждая из групп 20 элементов электрохимической системы образована элементом 22 электрохимической системы. Структура вышеупомянутого элемента 22 электрохимической системы показана на фиг. 4A. Каждый элемент 22 электрохимической системы включает в себя первый слой 225 активного материала, изолирующий слой 226, второй слой 227 активного материала и систему электролита, расположенную в первом слое 225 активного материала и втором слое 227 активного материала. Первый слой 225 активного материала соединен со слоем 16 токоотвода, f второй слой 227 активного материала соединен с другим слоем 18 токоотвода. Изолирующий слой 226 располагается между первым слоем 225 активного материала и вторым слоем 227 активного материала. Слой 23 упаковки располагается на периферии каждого элемента 22 электрохимической системы, так что системы электролита соседних элементов электрохимической системы не циркулируют, за исключением переноса заряда. В отсутствие электрохимической реакции, элементы электрохимической системы не ограничиваются максимальным допустимым напряжением электролита, могут одновременно соединяться последовательно и/или параллельно.The group 20 of electrochemical system elements, as described above, is formed by one or more elements 22 of the electrochemical system. For example, in FIG. 3, the horizontal composite structure 10 of the power supply is formed by connecting in series four groups 20 of electrochemical system elements, each of the groups 20 of electrochemical system elements being formed by an element 22 of the electrochemical system. The structure of the aforementioned electrochemical system element 22 is shown in FIG. 4A. Each element 22 of the electrochemical system includes a first active material layer 225, an insulating layer 226, a second active material layer 227, and an electrolyte system disposed in a first active material layer 225 and a second active material layer 227. The first active material layer 225 is connected to the collector layer 16, f the second active material layer 227 is connected to the other collector layer 18. An insulating layer 226 is disposed between the first active material layer 225 and the second active material layer 227. The packing layer 23 is located at the periphery of each element 22 of the electrochemical system, so that the electrolyte systems of adjacent cells of the electrochemical system do not circulate, except for charge transfer. In the absence of an electrochemical reaction, the elements of the electrochemical system are not limited by the maximum allowable electrolyte voltage, they can be simultaneously connected in series and / or in parallel.

Материал изолирующего слоя 226 с микроотверстиями, позволяющими ионам проходить насквозь, может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, керамических материалов и стекловолоконных материалов. Микроотверстия могут быть проникающими отверстиями, нелинейными отверстиями, или же созданы пористыми материалами. Кроме того, пористые керамические изолирующие материалы могут быть распределены внутри микроотверстия подложки. 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. Керамические изолирующие материалы могут дополнительно включать в себя полимерные адгезивы, такие как, например, поливинилиденфторид (PVDF), сополимер гексафторопропилена и поливинилиденфторида (PVDF-HFP), политетрафторэтилен (PTFE), клей на основе акриловой кислоты, эпоксидную смолу, полиэтиленоксид (PEO), полиакрилонитрил (PAN) или полиимид (PI).The material of the insulating layer 226 with micro-holes allowing ions to pass through may be selected from the group consisting of polymeric materials, ceramic materials, and glass fiber materials. Micro-holes can be penetration holes, non-linear holes, or created by porous materials. In addition, porous ceramic insulating materials can be distributed within the micro-hole of the substrate. 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. Ceramic insulating materials may further include polymeric adhesives such as, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymer of hexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride (PVDF-HFP), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylic acid adhesive, epoxy resin (PEO), polyethylene oxide polyacrylonitrile (PAN) or polyimide (PI).

Система электролита расположена в первом и втором слоях 225, 227 активного материала. Форма системы электролита может быть выбрана 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 соседние слои токоотвода.The electrolyte system is located in the first and second layers 225, 227 of the active material. The form of the 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 adjacent layers of the current collector.

Материал слоя 23 упаковки может включать в себя эпоксидную смолу, полиэтилен, полипропилен, полиуретан, термопластичный полиимид, силикон, акриловую смолу или отверждаемый ультрафиолетом клей. Слой 23 упаковки расположен на периферии элемента 22 электрохимической системы с двумя концами, приклеенными к слоям токоотвода по обе стороны элемента 22 электрохимической системы. Согласно настоящему варианту осуществления слой 23 упаковки приклеен к структурированным проводящим слоям 16, 18 для герметизации системы электролита между структурированными проводящими слоями 16, 18 и слоем 23 упаковки во избежание утечки и циркуляции с системой электролита других элементов 22 электрохимической системы. Таким образом, элемент 22 электрохимической системы является независимым и законченным модулем электропитания.The material of the packaging layer 23 may include epoxy, polyethylene, polypropylene, polyurethane, thermoplastic polyimide, silicone, acrylic resin, or ultraviolet-curable adhesive. The packing layer 23 is located on the periphery of the electrochemical system element 22 with two ends glued to the collector layers on both sides of the electrochemical system element 22. According to the present embodiment, the packaging layer 23 is adhered to the structured conductive layers 16, 18 to seal the electrolyte system between the structured conductive layers 16, 18 and the packaging layer 23 to prevent leakage and circulation with the electrolyte system of other elements 22 of the electrochemical system. Thus, the element 22 of the electrochemical system is an independent and complete power supply module.

Для того чтобы усилить герметизирующий эффект слоя 23 упаковки, слой 23 упаковки может быть выполнен с тремя слоями. Обратимся к фиг. 4B. Верхний и нижний слои 23a, 23b состоят из модифицированного силикона, а средний слой является слоем 23c силикона. Слои 23a, 23b модифицированного силикона по обе стороны модифицированы путем регулировки отношения силикона присоединения и конденсации для склеивания разнородных материалов. При использовании данной конструкции увеличивается когезия на границе раздела. В то же время, общий внешний вид является более законченным, и повышается выход продукции. Кроме того, конструкция может блокировать проникновение влаги. Внутри, слой 23c силикона, действующий как основная структура, может блокировать повреждения, вызванные 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 23, the packaging layer 23 may be provided with three layers. Referring to FIG. 4B. The upper and lower layers 23a, 23b are composed of a modified silicone, and the middle layer is a silicone layer 23c. The modified silicone layers 23a, 23b on both sides are modified by adjusting the silicone-to-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 yield is improved. In addition, the structure can block moisture penetration. Internally, the silicone layer 23c, 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 электрохимической системы горизонтальной составной конструкции электропитания используются простые символы плюс и минус для указания положительной и отрицательной электрических полярностей для иллюстрации электрических свойств, вместо детального изображения компонентов элемента 22 электрохимической системы, 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 electrochemical system elements 22 of the horizontal composite power structure to illustrate the electrical properties, instead of detailing the components of the electrochemical system element 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, единая группа 20 элементов электрохимической системы образована путем последовательного соединения множества уложенных вертикальной стопкой элементов 22 электрохимической системы с противоположными полярностями. Наружные стороны элементов 22 электрохимической системы на внешних сторонах группы 20 элементов электрохимической системы используют структурированные проводящие слои 16, 18 непосредственно в качестве слоев токоотвода. Два уложенных стопкой элемента 22 электрохимической системы используют общий слой 19 токоотвода для сбора и отведения электронов. Таким образом, вторые слои 227 активного материала и первые слои 225 активного материала соседних элементов 22 электрохимической системы электрически соединены посредством общего слоя токоотвода. Например, как показано на фигурах, первый слой 225 активного материала является положительным слоем, а второй слой 227 активного материала - отрицательным слоем. Тогда второй слой 227 активного материала самого верхнего элемента 22 электрохимической системы контактирует с общим слоем 19 токоотвода; первый слой 225 активного материала соседнего (снизу) элемента 22 электрохимической системы контактирует с общим слоем 19 токоотвода. Благодаря последовательной укладке стопкой, может быть сформирована группа 20 последовательно соединенных элементов электрохимической системы. Поскольку системы электролита каждого элемента 22 электрохимической системы не циркулируют, отсутствуют электрохимические реакции между соседними элементами 22 электрохимической системы, за исключением переноса заряда (то есть ионы не будут переноситься или проводиться). Поэтому, поскольку множественные элементы 22 электрохимической системы соединены последовательно для обеспечения высокого напряжения, система электролита внутри отдельного элемента 22 электрохимической системы не подвергается влиянию. Внутреннее напряжение по-прежнему поддерживается равным напряжению единственного элемента 22 электрохимической системы. Таким образом, оно не ограничивается максимальным напряжением (обычно - около 5 вольт) системы электролита, и группа 20 элементов электропитания с высоким напряжением может быть сформирована путем последовательной укладки стопкой множественных элементов 22 электропитания. Кроме того, слои токоотвода между соседними элементами 22 электрохимической системы совместно используются для соединения. Площадь контакта гораздо больше, чем при пайке никелевых пластин согласно уровню техники. Таким образом, внутреннее сопротивление группы элементов электрохимической системы может быть существенно снижено. Характеристики модуля питания, образованного группами элементов электрохимической системы, почти не падают. Кроме того, благодаря снижению сопротивления, скорости зарядки и разрядки значительно повышаются, а проблема нагрева значительно снижается. Это позволяет упростить систему охлаждения группы элементов электрохимической системы и облегчить управление и регулирование. Таким образом, можно повысить надежность и безопасность всей составной конструкции электропитания в целом.As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, a single electrochemical system cell group 20 is formed by connecting in series a plurality of vertically stacked electrochemical system cells 22 with opposite polarities. The outer sides of the elements 22 of the electrochemical system on the outer sides of the group 20 of the elements of the electrochemical system use structured conductive layers 16, 18 directly as the layers of the current collector. Two stacked electrochemical system cells 22 use a common collector layer 19 to collect and remove electrons. Thus, the second active material layers 227 and the first active material layers 225 of adjacent electrochemical system elements 22 are electrically connected via a common collector layer. For example, as shown in the figures, the first active material layer 225 is the positive layer and the second active material layer 227 is the negative layer. Then the second layer 227 of the active material of the uppermost element 22 of the electrochemical system is in contact with the common layer 19 of the collector; the first layer 225 of the active material of the adjacent (bottom) element 22 of the electrochemical system is in contact with the common layer 19 of the collector. By sequential stacking, a group of 20 series-connected electrochemical system elements can be formed. Since the electrolyte systems of each cell 22 of the electrochemical system do not circulate, there are no electrochemical reactions between adjacent cells 22 of the electrochemical system, except for charge transfer (ie, ions will not be carried or conducted). Therefore, since multiple electrochemical system cells 22 are connected in series to provide a high voltage, the electrolyte system inside the single electrochemical system cell 22 is not affected. The internal voltage is still maintained equal to the voltage of the single cell 22 of the electrochemical system. Thus, it is not limited to the maximum voltage (usually about 5 volts) of the electrolyte system, and the high voltage power cell group 20 can be formed by stacking multiple power cells 22 in series. In addition, the collector layers between adjacent elements 22 of the electrochemical system are shared for connection. The contact area is much larger than when brazing nickel plates according to the prior art. Thus, the internal resistance of a group of elements of an electrochemical system can be significantly reduced. The characteristics of the power module formed by the groups of elements of the electrochemical system almost do not fall. In addition, by reducing the resistance, the charging and discharging speeds are greatly improved and the heating problem is greatly reduced. This makes it possible to simplify the cooling system of a group of elements of the electrochemical system and facilitate control and regulation. Thus, the reliability and safety of the entire power supply composite structure can be improved.

В силу необходимости одновременного контактирования положительного и отрицательного электродов (слоев 225, 227 активного материала), материалы структурированных проводящих слоев 16, 18 и/или общего слоя 19 токоотвода, как описано выше, должны выдерживать высокое и низкое электрические напряжения, и реакции окисления происходить не должно. Например, такие материалы включают в себя нержавеющую сталь (SUS) или графит. Кроме того, такими материалами могут быть металлические порошки, выбранные из группы, состоящей из алюминия, меди, титана, никеля, нержавеющей стали и их сплавов. Путем напыления или каландрирования металлических порошков, смешанных с адгезивом, можно изготавливать структурированные проводящие слои 16, 18 и/или общий слой 19 токоотвода.Due to the need for simultaneous contacting of the positive and negative electrodes (layers 225, 227 of the active material), the materials of the structured conductive layers 16, 18 and / or the common layer 19 of the collector, as described above, must withstand high and low electrical voltages, and oxidation reactions do not occur. must. For example, such materials include stainless steel (SUS) or graphite. In addition, such materials can be metal powders selected from the group consisting of aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, and their alloys. By spraying or calendering metal powders mixed with an adhesive, structured conductive layers 16, 18 and / or a common collector layer 19 can be produced.

Горизонтальная составная конструкция 10 электропитания согласно настоящему изобретению дополнительно 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 со структурированным проводящим слоем 16. Конечно, они могут быть соединены с разными структурированными проводящими слоями. Например, первый проводящий вывод 24 электрически соединен со структурированным проводящим слоем 16, а второй проводящий вывод 26 электрически соединен со структурированным проводящим слоем 18, как показано на фиг. 6.The horizontal composite power supply structure 10 according to the present invention further comprises a first conductive terminal 24 and a second conductive terminal 26. In FIG. 3, the first conductive lead 24 and the second conductive lead 26 are electrically connected simultaneously to the structured conductive layer 16. Of course, they can be connected to different structured conductive layers. For example, the first conductive lead 24 is electrically connected to the structured conductive layer 16 and the second conductive lead 26 is electrically connected to the structured conductive layer 18, as shown in FIG. 6.

Кроме того, первый проводящий вывод 24 и второй проводящий вывод 26 могут быть выполнены заодно со структурированными проводящими слоями 16, 18, электрически соединенными с ними. Как показано на фиг. 7, участок структурированного проводящего слоя 16a выходит наружу первого слоя 12 изоляции и действует как первый проводящий вывод 24; участок структурированного проводящего слоя 16c выходит наружу первого слоя 12 изоляции и действует как второй проводящий вывод 26. Другими словами, в процессе структурирования (т.е. формирования рисунка) сохраняются рисунки первого проводящего вывода 24 и второго проводящего вывода 26.In addition, the first conductive terminal 24 and the second conductive terminal 26 may be integrally formed with structured conductive layers 16, 18 electrically connected thereto. As shown in FIG. 7, a portion of the structured conductive layer 16a protrudes outside the first insulation layer 12 and acts as the first conductive terminal 24; a portion of the structured conductive layer 16c extends outside the first insulation layer 12 and acts as a second conductive lead 26. In other words, the patterning process (i.e., patterning) retains the patterns of the first conductive lead 24 and the second conductive lead 26.

При формировании первого и второго проводящих выводов 24, 26 без применения интегрального способа, материалы первого и второго проводящих выводов 24, 26 могут отличаться от материалов 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.When forming the first and second conductive leads 24, 26 without using an integral method, the materials of the first and second conductive leads 24, 26 may differ from the materials of the structured conductive layers 16, 18. In addition, 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.

При строении горизонтальной составной конструкции электропитания согласно настоящему изобретению, единственное, что требуется сделать для увеличения полной емкости или полного напряжения батарейного модуля, это выполнить внешнее последовательное/параллельное соединение множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания с использованием первого и второго проводящих выводов 24, 26. Тогда полная емкость или полное напряжение батарейного модуля может увеличиться. Например, при внешнем последовательном соединении множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания может быть увеличено полное напряжение, как показано на фиг. 8A. При внешнем параллельном соединении множественных горизонтальных составных конструкций 10 электропитания может быть увеличена полная емкость, как показано на фиг. 8B.When constructing a horizontal composite power supply structure according to the present invention, the only thing that needs to be done to increase the total capacity or total voltage of the battery module is to external serial / parallel connection of multiple horizontal composite power supply structures 10 using the first and second conductive leads 24, 26. Then the full capacity or full voltage of the battery module may increase. For example, when multiple horizontal power supply structures 10 are connected in series externally, the total voltage can be increased as shown in FIG. 8A. By externally connecting multiple horizontal composite power supply structures 10 in parallel, the total capacity can be increased as shown in FIG. 8B.

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

Обратимся к фиг. 6. Эта горизонтальная составная конструкция 10 электропитания использует две группы 20 элементов электрохимической системы для формирования нового набора 28 путем параллельного соединения одинаковой полярности через первый и второй структурированные проводящие слои 16, 18. Тогда 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, хотя новый набор 28 может интегрироваться в элемент электрохимической системы, число зазоров 30 может увеличиваться, если они разделены.Referring to FIG. 6. This horizontal composite power structure 10 uses two cell groups 20 of the electrochemical system to form a new set 28 by parallel connection of the same polarity through the first and second structured conductive layers 16, 18. The 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, while the new set 28 can be integrated into the electrochemical system element, the number of gaps 30 can increase if they are separated.

Обратимся к фиг. 10. Зазоры между соединенными группами 20 элементов электрохимической системы могут действовать как каналы теплоотвода для горизонтальной составной конструкции 10 электропитания. На поверхностях первого слоя 12 изоляции и/или второго слоя 14 изоляции, обращенных к группам 20 элементов электрохимической системы, сформированы множественные позиционирующие детали 32. Позиционирующие детали 32 выступают наружу структурированных проводящих слоев 16, 18 для ограничения местоположений групп 20 элементов электрохимической системы. Например, наличие позиционирующей детали 32 может помочь фиксировать структурированные проводящие слои 16, 18 в правильном местоположении. Кроме того, для увеличения эффекта теплоотвода в зазоры можно вводить текучую среду, такую как, например, газ или жидкость.Referring to FIG. 10. The gaps between the connected electrochemical system element groups 20 can act as heat transfer channels for the horizontal composite structure 10 of the power supply. Multiple positioning pieces 32 are formed on the surfaces of the first insulation layer 12 and / or second insulation layer 14 facing the electrochemical cell groups 20. The positioning pieces 32 protrude outward of the structured conductive layers 16, 18 to delimit the locations of the electrochemical cell groups 20. For example, the presence of a positioning piece 32 can help fix the structured conductive layers 16, 18 in the correct location. In addition, a fluid such as, for example, a gas or liquid may be introduced into the gaps to increase the heat dissipation effect.

Далее будут описаны преимущества настоящего изобретения. Например, согласно составной конструкции электропитания патентной заявки Тайваня № 106136071, 24 элемента электрохимической системы вертикально и последовательно соединены для обеспечения значения напряжения 24*4,2 вольта. Благодаря применению горизонтальной составной конструкции электропитания согласно настоящему изобретению, при одинаковых значении напряжения и числе элементов электропитания, 24 единых элемента электрохимической системы могут быть соединены противоположными полярностями горизонтально через структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 9. Альтернативно, 12 пар уложенных стопкой элементов электрохимической системы могут быть соединены противоположными полярностями горизонтально через структурированные проводящие слои 16, 18, как показано на фиг. 11. Альтернативно, можно применять другое число уложенных стопкой элементов электрохимической системы. При таком строении, когда острый металлический предмет 34 пробивает горизонтальную составную конструкцию электропитания снаружи, вместо 24 уложенных вертикальной стопкой элементов электрохимической системы предметом пробивается лишь несколько стопок. Таким образом, можно эффективно избежать опасности пробивания массивных последовательно уложенных стопкой элементов электрохимической системы.The following will describe the advantages of the present invention. For example, according to the composite power structure of Taiwan Patent Application No. 106136071, 24 electrochemical system elements are vertically and in series connected to provide a voltage value of 24 * 4.2 volts. By using the horizontal composite power supply structure according to the present invention, at the same voltage and number of power supply elements, 24 single electrochemical system cells can be connected horizontally in opposite polarities through structured conductive layers 16, 18, as shown in FIG. 9. Alternatively, 12 pairs of stacked electrochemical cells may be connected in opposite polarities horizontally through structured conductive layers 16, 18, as shown in FIG. 11. Alternatively, a different number of stacked electrochemical system cells can be used. With this structure, when a sharp metal object 34 breaks through the horizontal composite structure of the power supply from the outside, instead of 24 stacked vertically stacked electrochemical system elements, the object breaks only a few stacks. Thus, it is possible to effectively avoid the danger of punching massive stacked elements of the electrochemical system.

Далее опишем последовательную и/или параллельную конфигурации множества элементов 22 электрохимической системы, когда группа 20 элементов электрохимической системы образована двумя или более элементами 22 электрохимической системы.Next, the series and / or parallel configurations of a plurality of electrochemical system elements 22 will be described when the electrochemical system element group 20 is formed by two or more electrochemical system elements 22.

Обратимся к фиг. 5A. На этой фигуре множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы электрически соединены последовательно и противоположными полярностями. Обратимся к фиг. 12, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы электрически соединены параллельно и одинаковой полярностью. Обратимся к фиг. 13, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы соединены смешанным способом сначала параллельных, а затем последовательных соединений. Обратимся к фиг. 14, где множественные элементы 22 электрохимической системы в группе 20 элементов электрохимической системы соединены смешанным способом сначала последовательных, а затем параллельных соединений. В вышеописанном смешанном способе соединения можно использовать подходящие провода 78 для соединения положительных/отрицательных контактов (слоев токоотвода) элемента 22 электрохимической системы с соответствующими структурированными проводящими слоями. Кроме того, для удобного соединения проводов 78 и слоев токоотвода элементов 22 электрохимической системы или общего слоя 19 токоотвода, в слоях токоотвода может располагаться выступающий лепесток 79, как показано на фиг. 15. Выступающий лепесток 79 может использоваться для выполнения электрического соединения.Referring to FIG. 5A. In this figure, multiple electrochemical system elements 22 in an electrochemical system element group 20 are electrically connected in series and in opposite polarities. Referring to FIG. 12, where multiple electrochemical system elements 22 in the electrochemical system element group 20 are electrically connected in parallel and of the same polarity. Referring to FIG. 13, where multiple elements 22 of the electrochemical system in the group 20 of elements of the electrochemical system are connected in a mixed manner, first in parallel and then in series. Referring to FIG. 14, where multiple elements 22 of the electrochemical system in the group 20 of elements of the electrochemical system are connected in a mixed manner, first in series and then in parallel connections. In the above-described mixed bonding method, suitable wires 78 can be used to connect the positive / negative contacts (collector layers) of the electrochemical system cell 22 to corresponding structured conductive layers. In addition, to conveniently connect the wires 78 and the collector layers of the electrochemical system elements 22 or the common collector layer 19, a protruding tab 79 can be located in the collector layers, as shown in FIG. 15. The protruding tab 79 can be used to make an electrical connection.

В итоге, настоящее изобретение предусматривает горизонтальную составную конструкцию электропитания, которая содержит множественные группы элементов электрохимической системы. Группы элементов электрохимической системы последовательно и/или параллельно соединены внутри согласно способу горизонтального расширения через структурированные проводящие слои для достижения определенных напряжения и емкости. В дополнение, внешние последовательные и/или параллельные соединения множественных горизонтальных составных конструкций электропитания могут быть выполнены через первый и второй проводящие выводы горизонтальных составных конструкций электропитания. Более того, горизонтальная составная конструкция электропитания согласно настоящему изобретению содержит первый и второй слои изоляции сверху и снизу для эффективного предотвращения возможных повреждений, вызванных пробиванием конструкции электропитания металлическими предметами.In summary, the present invention provides a horizontal stacked power supply structure that contains multiple groups of electrochemical system elements. Groups of elements of the electrochemical system are connected in series and / or in parallel internally according to the method of horizontal expansion through structured conductive layers to achieve a certain voltage and capacitance. In addition, external series and / or parallel connections of multiple horizontal composite power structures may be made through the first and second conductive leads of the horizontal composite power structures. Moreover, the horizontal stacked power supply structure according to the present invention includes first and second insulation layers at the top and bottom to effectively prevent possible damage caused by metal objects piercing the power supply structure.

Кроме того, помимо эффективного блокирования пробивания, первый и второй слои 12, 14 изоляции согласно настоящему изобретению могут действовать как слои для блокировки электрического контакта между структурированными проводящими слоями, когда множественные конструкции 10 электропитания последовательно и/или параллельно соединены снаружи.In addition, in addition to effectively blocking penetration, the first and second insulation layers 12, 14 of the present invention can act as layers for blocking electrical contact between the structured conductive layers when multiple power supply structures 10 are connected in series and / or parallel externally.

Соответственно, настоящее изобретение соответствует требованиям 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, конструкции, признакам или сущности, описанным в формуле 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 form, construction, features or spirit recited in the claims.

Claims (27)

1. Горизонтальная составная конструкция электропитания, содержащая:1. A horizontal composite power supply structure comprising: 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; два структурированных проводящих слоя, расположенных на соответствующих поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и упомянутого второго слоя изоляции; иtwo structured conductive layers located on respective surfaces of said first insulation layer and said second insulation layer; and множество групп элементов электрохимической системы, проложенных между упомянутым первым слоем изоляции и упомянутым вторым слоем изоляции, образующих внутри последовательные и/или параллельные соединения за счет соединения упомянутыми структурированными проводящими слоями, причем каждая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы, упомянутый элемент электрохимической системы включает в себя слой упаковки на боковой стенке для отделения систем электролита упомянутого множества элементов электрохимической системы друг от друга, каждая упомянутая группа элементов электрохимической системы не имеет электрохимической реакции с соседними элементами электрохимической системы, за исключением переноса заряда, и упомянутые элементы электрохимической системы на обеих внешних сторонах каждой группы элементов электрохимической системы используют упомянутые структурированные проводящие слои непосредственно в качестве слоев токоотвода.a plurality of groups of elements of an electrochemical system, sandwiched between said first layer of insulation and said second layer of insulation, forming inside series and / or parallel connections due to connection by said structured conductive layers, each group of elements of an electrochemical system being formed by one or more elements of an electrochemical system, said element of the electrochemical system includes a packing layer on the side wall for separating the electrolyte systems of said plurality of elements of the electrochemical system from each other, each said group of elements of the electrochemical system does not have an electrochemical reaction with neighboring elements of the electrochemical system, except for charge transfer, and said elements of the electrochemical system on both outer sides of each group of elements of the electrochemical system use the above-mentioned structured conductive layers directly as the layers of the current collector. 2. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой, когда упомянутая группа элементов электрохимической системы образована одним или более элементами электрохимической системы, упомянутое множество элементов электрохимической системы уложены стопкой по вертикали, и соседние элементы электрохимической системы совместно используют общий слой токоотвода.2. The horizontal composite power supply structure of claim 1, wherein when said group of electrochemical system elements is formed by one or more electrochemical system elements, said plurality of electrochemical system elements are stacked vertically and adjacent electrochemical system elements share a common collector layer. 3. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутый элемент электрохимической системы содержит:3. The horizontal composite structure of the power supply according to claim 2, in which said element of the electrochemical system comprises: первый слой активного материала, контактирующий с соседним структурированным проводящим слоем или упомянутым общим слоем токоотвода;a first layer of active material in contact with an adjacent structured conductive layer or said common collector layer; второй слой активного материала, контактирующий с другим соседним структурированным проводящим слоем или другим общим слоем токоотвода;a second layer of active material in contact with another adjacent structured conductive layer or other common collector layer; изолирующий слой, проложенный между упомянутым первым слоем активного материала и упомянутым вторым слоем активного материала; иan insulating layer 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 конструкция электропитания по п. 1, дополнительно содержащая первый проводящий вывод и второй проводящий вывод, электрически соединенные с одинаковыми или разными структурированными проводящими слоями.4. The horizontal composite power supply structure of claim 1, further comprising a first conductive lead and a second conductive lead electrically connected to the same or different structured conductive layers. 5. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод выполнены заодно с упомянутыми структурированными проводящими слоями, соединенными с ними.5. The horizontal composite power supply structure of claim 4, wherein said first conductive lead and said second conductive lead are integral with said structured conductive layers connected thereto. 6. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, причем, когда требуется множество упомянутых горизонтальных составных конструкций электропитания, упомянутое множество горизонтальных составных конструкций электропитания снаружи соединены последовательно и/или параллельно с использованием упомянутого первого проводящего вывода и упомянутого второго проводящего вывода.6. The horizontal composite power supply structure of claim 4, wherein when a plurality of said horizontal composite power supply structures are required, said plurality of horizontal composite power supply structures are externally connected in series and / or parallel using said first conductive lead and said second conductive lead. 7. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, дополнительно содержащая множество каналов теплоотвода, расположенных между соседними группами элементов электрохимической системы.7. The horizontal composite structure of the power supply according to claim 1, further comprising a plurality of heat removal channels located between adjacent groups of elements of the electrochemical system. 8. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой на поверхностях упомянутого первого слоя изоляции и/или упомянутого второго слоя изоляции образовано множество позиционирующих деталей, обращенных к упомянутой группе элементов электрохимической системы, и упомянутое множество позиционирующих деталей выступают наружу упомянутых структурированных проводящих слоев для ограничения местоположения упомянутой группы элементов электрохимической системы.8. A horizontal composite power supply structure 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 group of electrochemical system elements, and said plurality of positioning pieces protrude outwardly of said structured conductive layers to restrict the location of the said group of elements of the electrochemical system. 9. Горизонтальная составная конструкция 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.9. The horizontal composite power supply structure of 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. 10. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутое множество элементов электрохимической системы используют упомянутый первый слой активного материала и упомянутый второй слой активного материала с разными полярностями при контакте с упомянутым общим слоем токоотвода для образования последовательного соединения. 10. The horizontal composite power supply structure of claim 2, wherein said plurality of electrochemical system elements use said first active material layer and said second active material layer with different polarities in contact with said common collector layer to form a series connection. 11. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 1, в которой упомянутый слой упаковки включает в себя слой силикона и два слоя модифицированного силикона по обе стороны упомянутого слоя силикона.11. The horizontal composite power supply structure of claim 1, wherein said packaging layer includes a silicone layer and two modified silicone layers on either side of said silicone layer. 12. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 7, в которой внутрь упомянутых каналов теплоотвода вводится текучая среда.12. The horizontal composite power supply structure of claim 7, wherein a fluid is introduced into said heat sink channels. 13. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой материалы упомянутых структурированных проводящих слоев и/или упомянутого общего слоя токоотвода включают нержавеющую сталь или графит.13. The horizontal composite power supply structure of claim 2, wherein the materials of said structured conductive layers and / or said common collector layer include stainless steel or graphite. 14. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 12, в которой упомянутая текучая среда является газом или жидкостью.14. The horizontal composite power supply structure of claim 12, wherein said fluid is a gas or liquid. 15. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 4, в которой, когда упомянутый первый проводящий вывод, упомянутый второй проводящий вывод и упомянутые первые структурированные проводящие слои являются различными материалами, они соединены посредством физического или химического соединения.15. The horizontal composite power supply structure of claim 4, wherein when said first conductive terminal, said second conductive terminal, and said first structured conductive layers are different materials, they are connected by physical or chemical bonding. 16. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 15, в которой упомянутый первый проводящий вывод и упомянутый второй проводящий вывод соединяются с упомянутыми структурированными проводящими слоями посредством пайки, плавления, проводящего клея или проводящей ткани.16. The horizontal composite power supply structure of claim 15, wherein said first conductive lead and said second conductive lead are connected to said structured conductive layers by soldering, melting, conductive glue, or conductive fabric. 17. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой упомянутые структурированные проводящие слои и/или упомянутый общий слой токоотвода изготавливаются путем напыления или каландрирования металлических порошков, выбранных из группы, состоящей из алюминия, меди, титана, никеля, нержавеющей стали и их сплавов, смешанных с одним или более адгезивом.17. A horizontal composite power supply structure according to claim 2, wherein said structured conductive layers and / or said common collector layer are made by spraying or calendering metal powders selected from the group consisting of aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel and their alloys mixed with one or more adhesives. 18. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 2, в которой материалы упомянутых структурированных проводящих слоев и/или упомянутого общего слоя токоотвода выдерживают высокие и низкие электрические напряжения и не имеют реакции окисления.18. The horizontal composite power supply structure of claim 2, wherein the materials of said structured conductive layers and / or said common collector layer withstand high and low electrical voltages and do not have an oxidation reaction. 19. Горизонтальная составная конструкция электропитания по п. 3, в которой, когда упомянутая группа элементов электрохимической системы образована множеством элементов электрохимической системы, упомянутое множество элементов электрохимической системы в любой упомянутой группе элементов электрохимической системы электрически соединены параллельно и/или последовательно.19. The horizontal composite power supply structure of claim 3, wherein when said plurality of electrochemical system elements is formed by said plurality of electrochemical system elements, said plurality of electrochemical system elements in any said plurality of electrochemical system elements are electrically connected in parallel and / or in series.
RU2019125166A 2018-08-08 2019-08-08 Horizontal composite power supply structure RU2740482C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107127703 2018-08-08
TW107127703 2018-08-08
TW107135860A TWI688152B (en) 2018-08-08 2018-10-11 Horizontal compound electric energy supply structure
TW107135860 2018-10-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740482C1 true RU2740482C1 (en) 2021-01-14

Family

ID=70412747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019125166A RU2740482C1 (en) 2018-08-08 2019-08-08 Horizontal composite power supply structure

Country Status (3)

Country Link
MX (1) MX2019009506A (en)
RU (1) RU2740482C1 (en)
TW (1) TWI688152B (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040091771A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Nissan Motor Co., Ltd. Bipolar battery
CN1571084A (en) * 2004-04-23 2005-01-26 清华大学深圳研究生院 A high-energy super capacitor capable of preventing electrochemical corrosion
RU133976U1 (en) * 2013-07-17 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ё-Инжиниринг" ELECTROCHEMICAL DEVICE (OPTIONS)
JP2015097467A (en) * 2013-10-10 2015-05-21 Ｊｍエナジー株式会社 Power storage module, power storage device, and control method of power storage module

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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040091771A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Nissan Motor Co., Ltd. Bipolar battery
CN1571084A (en) * 2004-04-23 2005-01-26 清华大学深圳研究生院 A high-energy super capacitor capable of preventing electrochemical corrosion
RU133976U1 (en) * 2013-07-17 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ё-Инжиниринг" ELECTROCHEMICAL DEVICE (OPTIONS)
JP2015097467A (en) * 2013-10-10 2015-05-21 Ｊｍエナジー株式会社 Power storage module, power storage device, and control method of power storage module

Also Published As

Publication number Publication date
TWI688152B (en) 2020-03-11
TW202008634A (en) 2020-02-16
MX2019009506A (en) 2020-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102257133B1 (en) Horizontal composite electricity supply structure
EP3608995B1 (en) Horizontal composite electricity supply element group
RU2703276C1 (en) Composite accumulator cell
US8487586B2 (en) Battery pack
KR20170027579A (en) A battery module having an improved cooling structure
RU2740482C1 (en) Horizontal composite power supply structure
RU2733271C1 (en) Horizontal composite group of power supply elements
JP3232116U (en) Multi-axis electricity supply system
JP6754111B2 (en) Stacked storage battery and storage battery system using it
BR102019016485B1 (en) HORIZONTAL STRUCTURE FOR ELECTRICITY SUPPLY BY COMPOSITES
CN219626861U (en) Battery monomer, battery and electric equipment
AU2022200882B2 (en) Soft Pack Battery Module and its Electricity Supply Thereof
BR102019016452B1 (en) GROUP OF HORIZONTAL COMPOUND ELECTRICITY SUPPLY ELEMENTS
KR20220002303U (en) Metallic housing battery device with independent monitoring
CN115117497A (en) Battery module with heat dissipation box body and battery system thereof
CN114335412A (en) Battery with a battery cell