用于电化学装置电互连的装置及方法
【专利说明】用于电化学装置电互连的装置及方法
[0001]对相关美国专利申请案的交叉参考
[0002]本申请案为主张2012年11月19日申请的标题为“用于电化学装置电互连的装置及方法(Device and Method for Electrochemical Device ElectricalInterconnect1n) ”的第61/727，871号美国临时专利申请案的优先权的非临时申请案，所述美国临时专利申请案出于所有目的以全文引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本文中的示范性、说明性技术涉及用于使电化学能量存储单元电互连的电端子实施例及连接方法。特定来说，本发明涉及:电化学能量装置外壳，其包含与所述装置外壳整体形成的一或多个电端子元件；及电跨接线，其用于使一个外壳的电端子与不同外壳的电端子互连。
【背景技术】
[0004]小型可再生能量采集及发电技术(例如，太阳能电池阵列、风力涡轮机、微型斯特林引擎及固体氧化物燃料电池)正在蓬勃发展，且存在对中等大小的二次(可再充电)能量存储能力的同等强烈的需求。
【发明内容】
[0005]各种实施例的装置包含一种能量存储装置，其具有装置外壳及延伸通过所述装置外壳的壁的贯通连接器。所述实施例可包含贯通连接器，所述贯通连接器具有带有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。
[0006]各种实施例的装置包含包括堆叠装置外壳的电化学能量存储装置的堆叠，其中所述堆叠中的每一装置外壳含有定位在所述装置外壳内侧的多个电化学存储单元。所述堆叠中的每一装置外壳还可包含延伸通过装置外壳的壁的贯通连接器，其中所述贯通连接器包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳及定位在所述连接器外壳中的导电销。所述堆叠中的每一装置外壳还可包含:至少一个电导体，其将所述销电连接到至少一个电化学存储单元；及跨接线组合件，其将所述堆叠中的第一装置外壳的贯通连接器电连接到所述堆叠中的第二装置外壳的贯通连接器。所述堆叠还可包含跨接线组合件，所述跨接线组合件具有导线、所述导线的第一端上的第一连接器及所述导线的第二端上的第二连接器。所述第一连接器可包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳，所述快速连接特征连接到所述第一装置外壳的贯通连接器的快速连接器特征。所述第一连接器可包含定位在所述连接器外壳中的导电销，所述导电销与第一装置外壳的贯通连接器的销电接触。第二连接器可包含具有快速连接特征的电绝缘连接器外壳，所述快速连接特征连接到第二装置外壳的贯通连接器的快速连接器特征。所述第二连接器还可包含定位在第二连接器外壳中的导电销，所述导电销与第二装置外壳的贯通连接器的销电接触。
[0007]各种实施例的方法可包含一种用于制造电化学能量存储装置的贯通连接器的方法。所述方法可包含将销或销及连接器外壳放置在模具中，及围绕所述连接器外壳或销模制电化学能量存储装置外壳。
【附图说明】
[0008]并入本文中且构成本说明书的一部分的【附图说明】本发明的示范性实施例，且与上文给出的一般描述及下文给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。
[0009]图1说明示范性常规锁定电力连接器。
[0010]图2A说明用于贯通电连接器的实施例公连接器销的等距视图。
[0011]图2B说明用于贯通电连接器的另一实施例公连接器销的等距视图。
[0012]图2C说明根据本发明的另一方面的用于贯通连接器的另一实施例公连接器销的等距视图。
[0013]图2D说明根据本发明的一方面的实施例电绝缘连接器外壳的等距视图。
[0014]图2E为展示实施例电绝缘连接器外壳的图2D的剖视图。
[0015]图2F说明用于电连接器的实施例母连接器销的等距视图。
[0016]图2G说明适于与本发明的实施例一起使用的实施例跨接电缆组合件。
[0017]图3A说明包含带有第一连接器外壳的贯通连接器的实施例电化学能量装置外壳的等距视图。
[0018]图3B说明包含带有第二连接器外壳的贯通连接器的实施例电化学能量装置外壳的等距视图。
[0019]图4A为展示带有公连接器销210a、210b的实施例公贯通电连接器的图3A的剖视图。
[0020]图4B为展示带有母连接器销210c的实施例母贯通电连接器的图3A的剖视图。
[0021]图5说明展示端接于穿过电化学装置外壳的连接器销处的内部电流收集元件的实施例电化学能量装置的示意俯视图。
[0022]图6A说明带有非多边形正贯通端子及负贯通端子的实施例电化学能量装置的俯视图。
[0023]图6B说明6A的实施例电化学能量装置的侧视图。
[0024]图6C说明6A的实施例电化学能量装置的仰视图。
[0025]图6D说明6A的实施例电化学能量装置的等距视图。
[0026]图6E说明展示正贯通端子及负贯通端子两者的正面的6A的实施例电化学能量装置的正视图。
[0027]图6F说明展示示范性电化学能量存储装置外壳的能量存储单元之间的连接的图6A的剖视图。
[0028]图6G说明图6C的负贯通端子的剖视图。
[0029]图6H说明图6C的正贯通端子的放大视图。
[0030]图61说明图6G的负贯通端子的剖视图。
[0031]图7A说明带有多边形正贯通端子及负贯通端子的实施例电化学能量装置的俯视图。
[0032]图7B说明图7A的实施例电化学能量装置的侧视图。
[0033]图7C说明图7A的实施例电化学能量装置的等距视图。
[0034]图7D说明图7A的实施例电化学能量装置的负贯通端子的剖视图。
[0035]图7E说明图7A的实施例电化学能量装置的正贯通端子的放大视图。
[0036]图8说明根据实施例的能量存储外壳的堆叠800。
[0037]图9说明来自图8的堆叠800的正贯通端子的放大视图。
[0038]图10说明图8的负贯通端子的剖视图。
【具体实施方式】
[0039]将参考附图详细描述各种实施例。在可能的情况下，将贯穿图式使用相同参考数字来指代相同或相似部件。对特定实例及实施方案的参考是出于说明性目的，且不希望限制本揭示内容或权利要求书的范围。可在不脱离本揭示内容的范围的情况下设想出替代实施例。此外，将不详细描述或将省略本揭示内容的众所周知的元件以便不使本揭示内容的相关细节变模糊。
[0040]本发明的实施例涉及电化学能量存储装置及系统，例如下文描述的一次电池及二次电池及非对称/混合能量存储系统。虽然下文描述的二次混合含水能量存储装置为本发明的优选实施例，但本发明还可适用于任何合适的电化学能量存储系统，例如含有含水电解质及非水电解质的电池(例如，具有嵌入来自电解质的离子的阳极及阴极，包含锂离子电池等等)或电解质电容器(也称为超电容器及超级电容器)。
[0041]图1说明针对可靠性能及安全操作构造的常规电力连接器10。此类连接器可凭商标名HEL1S H4从美国沃林福德CT (Wallingford CT)的安费诺(Amphenol)公司购得。第一部分20端接第一导电绝缘线25且第二部分30端接第二导电绝缘线35。在所述实例中，所述第一部分包含公机械互锁元件40，公机械互锁元件40从所述第一部分延伸以与形成在第二部分30内侧以在操作期间接纳及保持公互锁元件40的对应机械母互锁元件介接。所述第一部分包含湿气密封元件45 (例如O形环)且所述第二部分包含用于与密封元件45机械介接的表面以在组装好连接器元件时防止湿气渗透所述连接器元件。每一部分20、30容纳与对应线25、35电介接(例如，辫结(pigtail))的导电端子(未展示)。
[0042]当使用常规电力连接器来电连接多个密封电化学能量装置时，将其连接器部分(例如，连接器部分20、30)中的一者介接到密封电化学能量装置的内部元件可能是极为困难的。当将连接器部分介接到内部组件时，因为接口是不合适的(例如，并非组件之间的互补性配合)，内部组件可能无意中暴露于外部因素(例如，水、氧气、灰尘等等)，这可使电化学装置的性能降级。
[0043]一种解决方案包含在能量存储外壳内侧端接内部电连接，及使绝缘线穿过密封外壳，及将连接器部分(例如，任一连接器部分20、30)附接到延伸通过所述外壳的绝缘线的外部端。然而，此解决方案需要所述线被端接两次；一次在所述外壳内侧且一次在所述外壳外侧。虽然此解决方案确实减少了进入电能存储装置外壳的污染物，但此解决方案增加了电化学能量装置的操作成本，同时降低了电化学电池电气系统的长期可靠性，所述电化学电池电气系统可能在两个端子连接的每一者处发生故障。
[0044]示范性系统架构
[0045]使用贯通端子可避免需要在装置外壳或壳体中的第二电端子或连接器。此贯通端子可包含穿过电化学能量装置外壳的壁而端接内部导体(例如，从电化学能量装置外壳内侧的内部能量存储单元引出的导体)的导体。所述贯通端子还可与外壳外侧的外部连接器介接。
[0046]然而，贯通端子通常难以在外壳外侧进行介接，这是因为贯通端子缺少标准连接器接口。特定来说，许多贯通端子通常并非具有快速连接特征的连接器，而是使用繁琐的附接方式，例如螺纹紧固件、弹簧加载式夹具或类似者。此外，贯通端子连接通常受制于缺少整体的电绝缘元件及湿气密封元件，从而需要安装单独的绝缘元件或湿气密封元件。虽然此解决方案避免了两次导线端接，但对单独的绝缘元件及湿气密封元件的需要及缺少安全的附接装置可能在未正确安装时影响可靠性及用户安全性。
[0047]公连接器销及用于接纳公连接器销的外壳
[0048]图2A到2C说明适于在以下实施例中使用的公连接器销的三个实例。
[0049]在一实施例中，公连接器销210a包含经设计以改善与能量存