SE520007C2 - Ett bipolärt batteri, en metod för tillverkning av ett bipolärt batteri och bilplåtsammansättning - Google Patents

Description

30 520 007§ffiH§§§¿=1_ 2 att använda uppladdningsbara batterier i en förseglad konfigu- ration. Emellertid använder förseglade bipolära utformningar typiskt flata elektroder och stapelcellskonstruktioner som är strukturellt dåliga för inneslutning av gaser som är närvaran- de och genereras under celldrift. I en förseglad konstruktion behöver gaser som genereras under laddning kemiskt rekombine- ras inom cellen för stabil drift. Kravet på tryckinneslutning skapar ytterligare utmaningar i utformningen av en stabil bi- polär konfiguration.

Batteritillverkare har inte utvecklat bipolära batterier kom- mersiellt eftersom en fungerande förslutningsutformning alltid har varit ett problem. Den stora majoriteten av utvecklingsar- beten fram till nu har strängt taget hänfört sig till bly- teknologier. Förslutningen är svår att åstadkomma på grund av galvaniska krypningen av elektrolyt, de korrosiva tillstånden och hettan och trycket genererat av batteriet. Andra tillver- kare har försökt att göra täta förslutningar och använt stela tillvägagångssätt som slutligen misslyckas på grund av termisk expansion och tryckändringar. I föreliggande beskrivning har läckaget separerats i två komponenter: elektrolytläckage och gasläckage. En hydrofobisk barriär används i samband med ett magert elektrolyttillstånd för att förhindra elektrolyt från att nå tryckförslutningen. Tryckförslutningen är flexibel och utformad för att röra sig med biplåtarna.

Bipolära batterier har den teoretiska fördelen att de för- bättrar batterienergilagringseffektiviteten, med reducerad vikt, volym och kostnad. Det bipolära närmandet är enkelt som koncept, med både en direkt, likformig och kort strömväg, och ett minimalt antal delar vilket möjliggör enkel sammansätt- ning. Trots dessa potentiella fördelar tillverkas det inte kommersiellt några bipolära batterier vid denna tidpunkt. En genomgång av patentansökningar visar att många patent på bly- 70956 svensk översåttningxloc; 2002-06-12 10 15 20 25 520 (N37 3 utformningar finns. Det finns endast ett fåtal för nickel ba- serade batterisystem (t ex DE 198 381 21 av Deut Automobil GmBH).

Nya krav inom området för transporter, kommunikationer, medi- cinska och kraftverktyg genererar specifikationer som nuvaran- de batterier inte kan möta. Dessa innefattar högre livscykler och behov av snabba och effektiva uppladdningar.

NiMH-system ses som den alternativa för att möta livscyklerna men kostnaderna för nuvarande konventionella tillverkningar är för höga.

Det finns därför ett behov av ett batteri som ger hög effekt- laddning och urladdningskapacitet med lång livslängd till överkomliga priser.

Samanfattning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett bipolärt batteri, företrädesvis ett bipolärt NiMH-batteri, som har en bättre försegling mellan närliggande celler, för att förebygga elektrolytläckagevägar, i batteriet och har bättre värmeledningsegenskaper jämfört med bipolära batterier enligt känd teknik.

Detta syfte åstadkoms genom ett bipolärt batteri såsom defini- eras i den kännetecknande delen i krav 1, en metod för till- verkning av ett bipolärt batteri såsom definieras av den kän- netecknande delen i krav 9 och en biplåtssammansättning såsom definieras i den kännetecknande delen i krav 15.

En fördel med föreliggande uppfinning är att det bipolära bat- teriet kommer att vara ett mindre, lättare och mindre kostsamt batteri som kommer att ha förbättrade driftsegenskaper jämfört 70956 svensk översâttningxloc; 2002-06-12 10 15 20 25 G07 4 520 * *fl-I .U »H med bipolära batterier enligt känd teknik, sàsom en förbättrad effekt.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att det bipolä- ra batteriet kan användas i bilmarknaden, eller andra liknande bärbara högeffektsapplikationer, där hög effekt och låg vikt styr valet av batteri. Ännu en ytterligare fördel är att ràmaterialet till ett NiMH- bipolärt batteri är tillgängligt, prismässigt sett överkomligt och kan återvinnas pà ett miljömässigt sätt.

Ytterligare syften och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att vara uppenbara för fackmän inom området från den bifogade detaljerade beskrivningen av de visade bipolära elek- trokemiska batterierna och metoderna för att producera biplàt- sammansättningen som har pressade elektroder.

Kortfattad beskrivning av ritningar Olika utföringsformer som visas i de bifogade ritningarna är inte skalenliga eller storleksförhàllanden men är överdrivna för att peka ut olika viktiga egenskaper för klarhets skull.

Fig 1 visar en sammansättning Fig 2 visar en Fig 3 visar en planvy av en första utföringsform av en biplàt- enligt uppfinningen. tvärsnittsvy utefter A-A i fig 1. tvärsnittsvy i perspektiv av en biplàtsamman- sättning med en gjuten tätning enligt en första utföringsform.

Fig 4 visar en sammansättning Fig 5 visar en planvy av en andra utföringsform av en biplàt- enligt uppfinningen. tvärsnittsvy utefter A-A i fig 4. 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 520 007 5 Fig 6 visar en tvärsnittsvy av en biplàtsammansättning med en gjuten tätning enligt en andra utföringsform.

Fig 7 visar en tvärsnittsvy av en biplätsammansättning med en gjuten tätning enligt en tredje utföringsform.

Fig 8a-8f illustrerar en tillverkningsprocess för ett bipolärt batteri enligt föreliggande uppfinning.

Fig 9 visar ett bipolärt batteri enligt föreliggande uppfin- ning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer De huvudsakliga fördelarna av den bipolära batteriutformningen är enkelhet och låga resistansförluster. Antalet delar hos batteriet är relativt làgt, bestående endast av ändplàtar och biplàtar, med lämpliga sammansättnings- och tätningskomponen- ter. Batterier av en önskad spänning konstrueras genom att stapla antalet erforderliga biplätar. De elektriska anslut- ningarna mellan cellerna sker när batteriet staplas, eftersom varje biplàt är elektriskt ledande och ogenomtränglig för elektrolyt.

Med polerna vid varje ände är strömflödet vinkelrätt till plattorna, vilket säkerställer jämn ström och spänningsdistri- bution. Eftersom strömvägen är mycket kort reduceras spän- ningsfallet väsentligt.

Bipolära batterier kommer också att ha en väsentligt reducerad vikt, volym och tillverkningskostnader pà grund av eliminering av komponenter och tillverkningens tillvägagångssätt.

Det största problemet med bipolära batterier är att det inte har blivit kommersiellt löst innan att erhålla en tillförlit- 70956 svensk översåttning.doc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 Û Ü 7 fjfigjf; ¿";*j:,, 6 lig tätning mellan cellerna inom det bipolära batteriet. En lösning till detta problem presenteras nedan.

Tätningen av en cell är extremt viktig för alla typer av bat- terier, och bipolära batterier är inget undantag. Individuella celler innehåller de aktiva materialen (för NiMH-batterier är nickelhydroxid det positiva respektive metallisk hydridväte- lagringsföreningar den negativa), separator och elektrolyt.

Elektrolyten erfordras för jontransport mellan elektroderna.

Den bästa utformningen, optimerad för livslängd, vikt och vo- lym, kräver rekombination av gaser.

Batterier kommer alltid att producera gaser när de laddas upp.

Utgasningshastigheten ökar när batteriet närmar sig full ladd- ning och nàr sitt maximum när den är fullt laddad. Gaser som produceras är syre och väte.

Batterier som övervägs för effektapplikationer har tunna elek- troder. Lång livslängd med minimal vikt och volym är erforder- liga utmärkande särdrag, vilket kräver en tätande konstruk- tion.

Syre kommer att rekombinera ganska fort och därför är batteri- er utformade sä att syre kommer vara den första gas som gene- reras om cellen är överladdad eller överurladdad. Detta kräver tvâ åtgärder: 1) Överbygg det negativa aktiva materialet, i allmänhet med 30%, för att säkerställa att den positiva elektroden, vilken kommer att gasa ut syre, kommer att vara den första som gasar. 2) Tillhandahàll gaspassager från den positiva till den nega- tiva, där syret kommer att rekombinera. Gaspassagerna erhålls genom att kontrollera mängden av elektrolyt inom porerna hos elektroderna och genom separatorn. Alla ytor hos elektroden måste vara täckta av ett tunt lager av elektrolyt för jon- 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 007 7 transport, men lagret mäste vara tillräckligt tunt för att tillåta gasdiffusion genom lagret och måste tillåta gaspassa- ger genom de aktiva lagren och separatorn.

Den negativa elektroden kommer att gasa ut väte om den över- laddas. Eftersom väte inte rekombinerar snabbt kommer tryck att byggas upp inom cellen. Syrerekombinationen laddar effek- tivt ur den negativa med samma hastighet som den laddas, och pà sà sätt förhindras överladdning av den negativa.

Ytarean av det aktiva materialet, kombinerat med den likformi- ga spänningsdistributionen av den bipolära utformningen, för- bättrar snabb rekombination.

Det bipolära närmandet kommer att säkerställa att spännings- fallet över det aktiva materialet kommer att vara likformigt i alla områden, sà att hela elektroden kommer att bli fullt lad- dad vid samma tidpunkt. Detta kommer att eliminera det största problemet i konventionella konstruktioner, där delar av en elektrod överladdas och gasar emedan andra (avlägsna) områden hos elektroden inte ännu är fullt laddade.

Det magra elektrolyttillstàndet som föresläs för detta batteri tillåter ett inbyggt närmande för att lösa läckageproblemet hos den elektrolytiska vägen som påträffats i andra utform- ningsnärmanden. Genom att addera hydrofobiska barriärer och kontrollera ytspänning och närliggande ytors vätningskarakte- ristik kommer bipláten eller den magra separatorn att stöta bort all elektrolyt som är närvarande vid sàdana gränser, som förhindrar formeringen av en ledande elektrisk väg genom en elektrolytväg över den hydrofobiska barriären.

Cellerna i vanliga batterier är tätade för att stänga inne elektrolyten både för riktig prestanda hos cellerna och för att förhindra elektrolytvägar mellan närliggande celler. När- 70956 svensk översättningtloc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 007 8 varon av elektrolytvägar mellan cellerna kommer att tillåta elektrolytanslutna celler att ladda ur med en hastighet som bestäms av resistiviteten hos vägen (längden av vägen och tvärsnittet av vägen). Tätningarna pà bipolära batterier är viktigare eftersom den elektrolytiska vägen är potentiellt mycket kortare. Det bör noteras att ett viktigt särdrag i den- na beskrivning är användningen av en horisontal elektrolytbar- riär för att väsentligt öka längden av den potentiella vägen.

En ytterligare sak är mängden av värme som genereras genom drift av cellen. Beroende pà storleken av den genererade vär- men måste designen kunna släppa ut värme och bibehålla en sä- ker driftstemperatur.

Om en elektrolytväg utvecklas mellan cellerna kan ett litet läckage mellan cellerna överkommas genom att periodiskt fullt ladda upp batteriet. Batteriet kan överladdas med en bestämd mängd och vid en låg hastighet. Den låga hastigheten kommer att tillåta att fullt laddade celler rekombinerar gaser utan att generera tryck och avleder värmen fràn rekombinatio- nen/överladdningen. Celler som har små mellancellselektriska läckagevägar kommer att bli balanserade.

Värmeflödet i en bipolär cell kommer att ske i en radiell riktning, och saken är den att ändplattorna företrädesvis är något isolerade, för att säkerställa att ändcellerna opererar vid samma temperatur som resten av batteriet.

Utformningen av tätningen måste ta hänsyn till den omgivande miljön hos tätningen. Tätningen mäste vara kommersiellt kapa- bel att tillhandahàlla batteriegenskaper som krävs av kunderna för den tänkta applikationen, såsom en utformning presenterad nedan.

Fig 1 är en planvy och fig 2 är en tvärsnittsvy (utefter A-A i fig 1) av en första utföringsform av en biplåtsammansättning. 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 r . . _, ,, = .. - ., , f» 1. v. , , , _ .-. 1. » v; » ,, I f s» . . , f' 1 -1 i .v . 9 Normalt kräver en biplåtsammansättning en ram för att bilda den individuella cellen inom batteriet men för tydlighets skull har ramen undantagits i fig 1 och 2.

Biplàtsammansättningen innefattar en biplàt 11, företrädesvis gjord av nickel eller nickelpläterat stål. En positiv elektrod 12 respektive en negativ elektrod 13 är fästad till varje sida av biplàten 11. Varje elektrod är anordnad att täcka endast en central del av sidan hos biplàten 11 för att lämna utrymme för att implementera tätningen och värmeavledningsorganen. En hyd- rofobisk barriär 14, vilken förhindrar formeringen av en elektrolytväg mellan cellerna, tillhandahålls på båda sidor av biplàten mellan elektroden och en elastomer 15. Elastomeren förhindrar gasläckage från cellerna tillsammans med ramen (inte visad). Elastomeren tillhandahålls mellan barriären 14 och kanten 16 på båda sidor om biplàten 11.

En serie av hål 17 genom biplàten 11 tillhandahålls även runt Omkretsen mellan elastomeren 15 och kanten 16. Hålen 17 i bi- plàten 11 beskrivs i mer detalj i anslutning till fig 3.

Elektroderna 12, 13 kan fästas till biplàten 11 på många sätt, men företrädesvis är elektroderna tillverkade direkt på biplå- ten genom att använda pressat pulver, såsom beskrivs i den svenska patentansökningen 0102544-4 med titeln ”En metod för tillverkning av en biplåtsammansättning, en biplåtsammansätt- ning och ett bipolärt batteri” av samma sökande. Genom att an- vända metoden att pressa pulvret direkt på biplàten kan tunna elektroder som har mindre aktivt material tillverkas.

Formen av biplàten är företrädesvis rektangulär för att maxi- mera den användbara ytan av biplàten och för att bättre kunna använda biplàten för värmeledningssyften. Den maximala värme- vägen kommer att begränsas till halva längden av den kortaste sidan hos rektangeln. 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 52 U 00 10 _1- Elektrolytbarriären 14 är tillverkad av ett lämpligt hydrofo- biskt material, såsom en fluoropolymer eller liknande materi- al. Det hydrofobiska materialet kan appliceras på biplàten som en flytande eller som ett fast material och därefter härdas på plats, vilket kommer att binda barriären till biplàten pà ett effektivt sätt för att förhindra elektrolytläckagevägar mellan cellerna.

Fig 3 visar en perspektivvy av en komplett biplåtsammansätt- ning 10 i tvärsnitt, inkluderande ramen 18. Ramen 18 omsluter, i denna utföringsform, elastomerringen 15 och delvis omsluter elektrolytbarriären 14 på både den negativa och positiva sidan av biplåten 11. Ramen 18 kan ha elastiska egenskaper som till- låter den att bli hoppressad när flera biplåtsammansättningar 10 staplas på varandra för att tillhandahålla bra tätnings- egenskaper hos cellen inom batteriet. Inspänningsstavar (inte visade) kan anordnas runt omkretsen av batteriet för att till- handahålla det tillämpliga trycket som behövs för att åstad- komma tätning av cellerna. Å andra sidan om ramen 18 inte är gjord av ett elastiskt mate- rial måste ett slutligt förslutningsmaterial, såsom epoxi, an- vändas för att tillhandahålla tätningen mellan ändplattorna och biplåtsammansättningarna.

Ramen 18 är försedd med styrorgan för att lättare linjera upp de staplade biplåtsammansättningarna 10. Dessa styrorgan inne- fattar en tunga 19 anordnad på en första sida av ramen, t ex den sidan som motsvarar den positiva sidan, och en motsvarande nedsänkning 20 på en andra sida, t ex den sidan som motsvarar den negativa sidan. Tungan 19 och nedsänkningen 20 är positio- nerade direkt ovanför elastomerringen på respektive sida av bipláten. Elastomeren är företrädesvis mer elastisk än materi- alet hos ramen 18. 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 G07 ll I fallet när ramen 18 inte är elastisk kommer tungan 19 och nedsänkningen 20 även att samverka för att tillhandahålla en provisorisk tätning för att förhindra att det slutliga tät- ningsmaterialet, såsom epoxi, från att tränga in i cellerna när det läggs pà.

Elastomeren och ramen 18 utgör tillsammans den yttre tätningen av batteriet.

Hålen 17 genom biplàten 11 är fyllda med samma material som utgör ramen 18 vilket företrädesvis àstadkoms genom formsprut- ning av ramen 18, men andra tekniker kan användas. Fördelen med att tillhandahålla hål 17 och fylla dem med gjutet materi- al är att den yttre tätningen, dvs. ramen 18 och den omslutna ringen av elastomer 15, enkelt kan följa ändringar i storleken hos biplàten. Storleken hos biplàten 11 kan ändras på grund av värme som utvecklas under laddning eller urladdning av elek- troderna eller förändring i omgivande temperaturer. De elas- tiska egenskaperna hos den yttre tätningen gör det möjligt att följa ändringarna utan ett brott i tätningen mellan närliggan- de celler.

Fig 4 är en planvy och fig 5 är en tvärsnittsvy (utefter A-A i fig 4) av en andra utföringsform av en biplàtsammansättning, där ramen utelämnas för tydlighets skull.

Biplàtsammansättningen innefattar en biplåt 21, företrädesvis gjord av nickel eller nickelpläterat stål. En positiv elektrod 12 respektive en negativ elektrod 13 är fästa till varje sida av biplàten 21. Varje elektrod är anordnad att täcka endast en central del av sidan hos biplàten 21 såsom beskrivs i anslut- ning till fig 1 och 2. En elektrolytbarriär 22 tillhandahålls på båda sidor av biplàten mellan elektroden och en elastomer 23, vilken är tillhandahållen mellan elektrolytbarriären 22 och kanten 16 på båda sidor av biplàten 21. 70956 svensk översâttningdoc; 2002-06-12 10 l5 20 25 30 520 007 12 I denna utföringsform finns inga hål tillhandahàllna utefter omkretsen av biplàten 21. Elastomerringen 23 är i denna utfö- ringsform bredare, och därigenom ástadkoms en till och med bättre tätning för att förhindra gasläckage på grund av de elastiska egenskaperna hos elastomeren 23, som kommer att bli mer uppenbara från beskrivningen av fig 6 och 7.

Barriären för att förhindra elektrolytläckage är gjord fràn ett lämpligt hydrofobiskt material, såsom fluoropolymer eller liknande material såsom beskrivits ovan. I denna utföringsform illustreras elektrolytbarriären 22 som en tunn film.

Fig 6 visar en tvärsnittsvy av en del av en andra utförings- form av en komplett biplåtsammansättning 30, inkluderande en ram 31. Ramen omsluter elastomerringen 23 och omsluter delvis elektrolytbarriären 14 på båda sidor av biplàten 21. Ramen 31 har också styrorgan 19, 20 såsom beskrivits ovan, med undanta- get att kilformiga ytor 32 och 33 tillhandahålls på varje sida om tungan 19. Fördelen med detta arrangemang är att tillhanda- hålla ytterligare medel för att introducera tryck på elastome- ren 23 när flera biplåtar staplas. Det högsta trycket kommer att vara riktat pà en yta direkt ovanför och under varje elas- tomerring 23.

Fig 7 visar en tvàrsnittsvy av en del av en tredje utförings- form av en komplett biplàtsammansättning 40, inkluderande en ram 41. Ramen omsluter endast elastomerringen 23 pà båda sidor av biplàten 21. Ramen 41 har även styrorgan 19, 20 såsom be- skrivits ovan, med kilformade ytor 42 och 43 tillhandahàllna pà varje sida av tungan 19. Fördelen med detta arrangemang är samma som beskrivits i anslutning till fig 6.

Det är väsentligt att ramen omsluter elastomerringen för att förhindra gasläckage från en cell till en annan. Elektrolyt- barriären, som förhindrar elektrolytläckage, kommer att funge- 70956 svensk översâttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 007 13 ra på samma sätt oavsett om ramen delvis omsluter den eller inte.

Fig Ba-8f illustrerar en tillverkningsprocess i tvärsnittssek- tionen för ett bipolärt batteri enligt uppfinningen.

En biplàt 21 tillhandahålls i fig Ba vilken har en förutbe- stämd storlek. Storleken kan variera beroende på den avsedda applikationen.

Fig 8b illustrerar utseendet efter stegen att tillhandahålla en elektrolytbarriär 22 och en elastomerring 23. Elektrolyt- barriären 22 tillhandahålls på båda sidor om biplàten i en sluten ring runt området där elektroderna år positionerade.

Elastomerringen 23, dvs. en sluten väg av elastiskt material, tillhandahålls på båda sidor av biplàten 21 mellan elektrolyt- barriären 22 och kanten 16 hos biplàten.

I fig 8c har en ram 31 anordnats runt omkretsen av biplàten, vilken omsluter elastomerringen 23 och delvis omsluter elekt- rolytbarriåren 22. I detta exempel tillhandahålls ramen 31 med kilformade ytor 32 och 33 runt en tunga 19. En nedsänkning 20 år också tillhandahållen såsom tidigare beskrivits, där ytorna 34 och 35 runt nedsänkningen 20 är väsentligen flata eller nå- got kilformade.

Då epoximontering krävs skall hopsättningen vara hoppressad med tungorna och nedsänkningarna upplinjerade. Detta pressar ihop elastomeren och tätar cellen, och avsmalningen tillåter utrymme för addering av epoxi.

En positiv elektrod 12 är anordnad på en första sida av biplà- ten 21 i fig 8d och en negativ elektrod 13 år anordnad på en andra sida av biplàten 21 i fig 8e. Elektroderna är företrä- desvis gjorda från ett pressat pulver såsom beskrivits ovan.

Resultatet av detta steg är den kompletta biplåtsammansätt- 70956 svensk översâttning.doc; 2002-06-12 10 15 20 25 520 087 14 ningen 30 som är den väsentliga delen av det bipolära NiMH- batteriet.

Fig 8f illustrerar vad som händer när tvä biplàtsammansätt- ningar staplas pà varandra. En första biplätsammansättning 30b anordnas pà en andra biplàtsammansättning 30a så att tungan l9a hos den andra biplätsammansättningen 30a införes i ned- sänkningen 20b hos den första biplätsammansättningen 30b. En separator 50 anordnas mellan den positiva elektroden l2a hos den första biplàtsammansättningen 30a och den negativa elek- troden 13b hos den andra biplàtsammansättningen 30b.

Typiskt innefattar Separatorn 50 ungefär 5% tomrum för gaspas- sager. Gaspassagerna tillhandahåller en möjlighet för gasen som skapas vid den positiva elektroden l2a, under laddning, att finna en väg till den negativa elektroden 13b där den kom- mer att rekombinera.

Separatorn kläms mellan elektroderna och hàlls pä plats genom friktion när biplätsammansättningar 30a, 30b pressas mot var-- andra. Trycket kommer att deformera ramen sà att de kilformade ytorna 32 och 33 hos den första biplätsammansättningen 30a, kommer, ätminstone delvis, att vara i kontakt med de väsentli- gen flata ytorna 34 och 35 runt nedsänkningen 20. En kraft kommer att deformera elastomerringarna 23 som är närliggande till de deformerade ytorna, och därigenom àstadkoms en effek- tiv yttre tätning, en battericell indikeras av hänvisnings- siffran 51.

Ett bipolärt batteri behöver också en positiv ändplatta och en negativ ändplatta för att färdigställa batteriet. Detta illu- streras i fig 9, vilken visar ett komplett bipolärt batteri inkluderande tre battericeller, cell 1, cell 2 och cell 3. 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 007 15 520 1.; ..- Batteriet 60 i fig 9 innefattar en positiv ändpol 61, två staplade biplàtsammansättningar 30a och 30b (såsom tidigare beskrivits i fig 8f) och en negativ ändpol 62.

Den positiva 61 och negativa 62 polen innefattar en ändplatta 63 och en positiv elektrod 12 respektive en negativ elektrod 13. Strukturen hos polerna är liknande den som biplåtsamman- sättningarna med undantaget att endast en första sida av bi- plåten bär en elektrod, en elektrolytbarriär 22 och en elasto- merring 23. En ram 64 skapas på varje pol för att tillhanda- hålla anslutning till de staplade biplåtsammansättningarna_ Polhöljet 65 tillhandahålls på den andra sidan av varje änd- platta.

Ett fodral 66 tillhandahålls runt battericellerna för att bi- behålla delarna hos batteriet i driftsposition efter det att trycket har lagts på ändplattorna för att täta varje cell or- dentligt, såsom indikeras av pilarna 67. Fodralet kan användas som en upplinjeringsguide, vilket indikerar att tungan 19 och nedsänkningar 20 inte är nödvändiga för att linjera upp änd- plattorna och biplåtsammansättningarna.

Ett alternativ till fodret är att tillhandahålla hål runt om- kretsen av ramarna från den positiva ändplattan till den nega- tiva ändplattan. Dessa hål kan användas för inspänningsstavar för att bibehålla det staplade trycket och det interna gas- trycket på ändplattorna.

Det bipolära nickelmetallhydridbatteriet verkar vara ett per- fekt batteri för nischapplikationer såsom hybridfordon, mjuka hybdridsystem, industriapplikationer och ett flertal andra ap- plikationer som kommer att vara uppenbart för en fackman inom området. Batteriet kommer att vara mindre, lättare, mer effek- tivt och har en förbättrad batterilivslängd för denna typ av applikationer jämfört med kända batterier. 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 Fastän beskrivningen endast har handlat om NiMH-bipolära bat~ terier, skall inte kraven tolkas pà ett begränsande sätt utan kan också inkludera andra typer av batterier såsom nickel- kadmiumbatterier. 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12

Claims (22)

1. 0 15 20 25 l. 520 067 17 1,- 1:.. P a t e n t k r a v Ett bipolärt batteri (60) som har åtminstone tvâ batteri- celler innefattande: ett tätat hölje, en negativ pol (62) som har en negativ elektrod (13), en positiv pol (61) vilken har en positiv elektrod (12), åtminstone en biplátsammansättning (10, 30, 40), där varje har en negativ elektrod (13) anordnad på en negativ sida av biplàten (11; 21) och en positiv elektrod (12) monterad pà en positiv sida, vilken är motstáende till nämnda negativa sida, hos biplàten (11; 21), anordnade i en sandwichstruktur mellan nämnda negativa (62) och positiva (61) poler, och en separator (50) anordnad mellan varje negativ (13) och po- sitiv (12) elektrod som utgör en battericell, där nämnda se- parator (50) inkluderar en elektrolyt, ä n n e t e c k n a t a v att nämnda negativa (13) och positiva (12) elektrod är anordnade pà ett sådant sätt att varje elektrod endast täcker en cen- tral del av sidan hos bipläten (11; 21), en inre barriär (14, 22) av ett hydrofobiskt material, före- trädesvis ett fluoropolymermaterial, är anordnat pà den ne- gativa och positiva sidan runt den negativa (13) respektive den positiva (12) elektroden nära kanten (16) av biplàten (11; 21) för att förhindra elektrolytläckage till en närlig- gande cell, en åtminstone delvis elastisk yttre tätning (15, 18; 23, 31; 23, 41) är anordnad runt kanten (16) av varje biplàt (l1; 21), och varje pol (61, 62) är försedd med en poltätning (23, 64), där nämnda yttre tätning och poltätning är del av 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 :n :in det tätade höljet, där nämnda tätning (15, 18) förhindrar närliggande biplàtar/ändplàtar fràn att röra varandra, och - kanten (16) av varje biplàt (11, 21) är positionerad nära det tätade höljet för att tillhandahålla medel att leda bort värme från varje biplàtsammansättning (10) till den omgivan- de miljön.

2. Det bipolära batteriet enligt krav 1, varvid en elasto- merring (15, 23) tillhandahåller de elastiska egenskaperna hos den yttre tätningen, där nämna elastomerring (15; 23) är mon- terad till den negativa och positiva sidan av varje biplàt (11; 21) mellan kanten (16) och den inre tätningen (14; 22).

3. Det bipolära batteriet enligt krav 2, varvid den yttre tätningen ytterligare innefattar en ram (l8; 31; 41) vilken omsluter nämnda elastomerring (15; 23) pà både den negativa och positiva sidan av varje biplàt (11; 21).

4. Det bipolära batteriet enligt krav 3, varvid åtminstone en sida av nämnda ram (31; 41) har en kilformad yta (32, 33; 42, 43) .

5. Det bipolära batteriet enligt krav 3 eller 4, varvid var- je biplàt (11) är försedd med öppningar (17) runt kanten (16), vilka fylls med material under gjutning av ramen (18).

6. Det bipolära batteriet enligt något av kraven 3-5, varvid nämnda ram (l8; 31; 41) är försedd med styrorgan (19, 20; 66), för att linjera upp varje biplàtsammansättning (10; 30; 40) med närliggande biplàtsammansättningar och/eller poler (61, 62).

7. Det bipolära batteriet enligt krav 6, varvid nämnda styr- organ innefattar en tunga (19) anordnad på ramen (l8; 31; 41) på den positiva sidan av biplàten (11; 21) och poltätningen 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 f I ... -, . . f, H H Ü . -- ,| 1 a, - . .- . -e f. n. n , 1 ~ == », a ., z _ :f x 1 f v. ß - . f 1 . . , . . 4 19 (64) på den positiva sidan av den positiva polen (61), och en motsvarande nedsänkning (20) pà ramen (18; 31; 41) pà den ne- gativa sidan av biplàten (ll; 21) och poltätningen (64) pà den negativa sidan av den negativa polen (62).

8. Det bipolära batteriet enligt nàgot av kraven 3-7, varvid nämnda ram (18; 31) delvis omsluter den inre barriären (14; 22) på både den negativa och positiva sidan av bipláten (ll; 21).

9. En metod för tillverkning av ett bipolärt batteri (60) innefattande stegen: - att skapa en negativ pol (62) som har en negativ elektrod (13), - att skapa en positiv pol (61) som har en positiv elektrod (12), - att fästa en negativ elektrod (13) till en negativ sida hos åtminstone en biplatta (ll;2l) och att fästa en positiv elektrod (12) till en positiv sida, som är motstàende till nämnda negativa sida, hos nämnda biplàt (ll; 21), och där- igenom forma ätminstone en biplàtsammansättning (lO; 30; 40), - att anordna nämnda negativa pol (62), och nämnda positiva pol (61) och nämnda åtminstone en biplàtsammansättning (lO; 30; 40) i en sandwichstruktur för att skapa ett tätat hölje, och - att anordna en separator (50), inkluderande en elektrolyt, mellan varje negativ (13) och positiv (12) elektrod som ut- gör en battericell (51), k ä n n e t e c k n a d a v att den negativa (13) och posi- tiva (12) elektroden är fäst till biplattan (ll; 21) pà ett 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 520 007 20 sàdant sätt att varje elektrod endast täcker en central del av sidan hos bipläten, där metoden ytterligare innefattar stegen: - att skapa en inre barriär (14; 22), företrädesvis en ring av fluoropolymer, vilken är anordnad pä den negativa och den positiva sidan runt den negativa (13) respektive den positi- va (12) elektroden nära kanten (16) av bipläten (l1; 21) för att förhindra en elektrolytläckageväg till en närliggande cell, - att skapa en åtminstone delvis elastisk yttre tätning (15, 18; 23, 31; 23; 41) runt kanten (16) hos varje biplàt (l1; 21) och att skapa en poltätning (23, 64) till varje pol (61, 62), där nämnda yttre tätning och poltätningar är delar av det tätande höljet, och - att positionera kanten (16) av biplàtarna (11; 21) nära till det tätade höljet för att tillhandhàlla medel att avleda värme frán varje biplàtsammansättning till den omgivande miljön.

10. Metoden enligt krav 9, varvid metoden ytterligare inne~ fattar steget att skapa en elastomerring (l5; 23) monterad pá varje sida av biplattan mellan kanten (16) och elektrolytbar- riären (14; 22), där nämnda elastomerring (l5; 23) tillhanda- häller de elastiska egenskaperna hos den yttre tätningen.

11. Metoden enligt krav 10, varvid metoden ytterligare inne- fattar stegen att gjuta en ram (18; 31; 41), som omsluter elastomerringen (l5; 23) pà både nämnda negativa och positiva sida av varje biplàt (1l; 21).

12. Metoden enligt krav 11, varvid nämnda gjutningssteg inne- fattar steget att skapa åtminstone en sida hos ramen (31; 41) med en kilformad yta (32, 33; 42, 43). 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 30 520 007 21 u. .m

13. Metoden enligt krav 11 eller 12, varvid nämnda metod yt- terligare innefattar steget att skapa öppningar (17) runt kan- ten (16) hos varje biplàt (11), vilka är fyllda med material under gjutning av ramen (18).

14. Metoden enligt något av kraven 11-13, varvid nämnda metod ytterligare innefattar stegen att tillhandahålla ett styrorgan (19, 20; 66), för att linjera upp varje biplåtsammansättning (10; 30; 40) med närliggande biplåtsammansättningar och/eller poler (61; 62).

15. En biplàtsammansättning (10; 30; 40) innefattande en bi- plåt (11; 21), en positiv elektrod (12) anordnad pà en första sida av nämnda biplàt (11; 21) och en negativ elektrod (13) anordnad till en andra sida, motstàende nämnda första sida, hos nämnda biplàt (11; 21), k ä n n e t e c k n a d a v att - nämnda positiva (12) och negativa (13) elektrod är anordnade på ett sådant sätt att varje elektrod endast täcker en cen- tral del av sidan hos biplàten (11; 21), - en inre barriär av ett hydrofobiskt material, företrädesvis ett fluoropolymermaterial, är anordnat på den negativa och den positiva sidan runt den positiva (12) respektive den ne- gativa (13) elektroden nära kanten (16) av biplàten (11; 21) för att förhindra elektrolytläckage till en närliggande cell, - en åtminstone delvis elastisk yttre tätning (15, 18; 23, 31; 23, 41) är anordnad runt kanten (16) av varje biplàt (11; 21), där nämnda yttre tätning är närliggande till den yttre omgivningen, och - kanten (16) av varje biplàt (11; 21) är anordnad nära till delen av den yttre tätningen som är närliggande till den om- givande miljön, för att tillhandahålla medel att avleda vär- 70956 svensk översättningdoc; 2002-06-12 10 15 20 25 520 007 22 me från varje biplàtsammansättning (10) till omgivande mil- jö.

16. Biplàtsammansättningen enligt krav 15, varvid en elasto- merring (l5; 23) tillhandahåller de elastiska egenskaperna hos den yttre tätningen, där nämnda elastomerring (l5; 23) är mon- terad till den negativa och den positiva sidan av varje biplàt (11; 21) mellan kanten (16) och den inre tätningen (14, 22).

17. Biplàtsammansättningen enligt krav 16, varvid den yttre tâtningen ytterligare innefattar en ram (18; 31; 41) vilken omsluter nämnda elastomerring (l5; 23) pà bàde den negativa och positiva sidan av varje biplàt (11; 21).

18. Biplàtsammansättningen enligt krav 17, varvid åtminstone en sida av nämnda ram (31; 41) har en kilformad yta (32, 33; 42, 43).

19. Biplàtsammansättningen enligt krav 17 eller 18, varvid varje biplàt (11) är tillhandahàllen med öppningar (17) runt kanten (16), vilka fylls med material under gjutning av ramen (18).

20. Biplátsammansättningen enligt nàgot av kraven 17-19, var- vid nämnda ram (18; 31; 41) är tillhandahàllen med ett styror- gan (19, 20; 66), för att linjera upp varje biplàtsammansätt- ning (10; 30; 40) med närliggande biplàtsammansättningar och/eller poler (61, 62).

21. Biplàtsammansättningen enligt krav 20, varvid nämnda styrmedel innefattar en tunga (19) anordnade pà ramen (18; 31; 41) pà den positiva sidan av biplàten (11; 21), och en motsva- rande nedsänkning (20) anordnad pá ramen (18; 31; 41) pà den negativa sidan av biplàten (11; 21). 70956 svensk översåttningdoc; 2002-06-12 520 007 æfïzzg f; 23

22. Biplàtsammansättningen enligt något av kraven 17-21, var- vid nämnda ram (l8; 31) delvis omsluter den inre barriâren (14; 22) pà både den negativa och den positiva sidan av biplà- ten (ll; 21). 70956 svensk översättníngdoc; 2002-06-12