多电池组件以及包含该多电池组件的容器的制作方法

本发明涉及一种多电池组件以及包含所述多电池组件的壳体或容器。本发明尤其应用于高能量密度组件领域，所述高能量密度组件包括布置在容器内或室内的多个固定式镍镉、镍氢、铅酸或锂离子电池。所述高能量密度组件也可以布置在诸如船只等大型车辆中。

背景技术：

固定式电池组件中通常包括大的通路或通道，其唯一目的是能够对固定式电池组件进行操作维护，例如更换其中一个电池中的电池单元或模块，对电池组件进行维护，补充镍镉电池的水或进行清洁。多个电池成排或成列的整齐排列在机柜内，机柜间设有通路或通道。

对于给定的包含至少两个机柜的多电池组件，其每个机柜之间有维修通道，用于这些通道的表面积与包含这些机柜的房间或容器的各个部分的总表面积之比，换句话说，与实际用于储能的表面积之比通常很大。

这些通道的宽度通常是固定的或可调节的。对于镍镉型电池，通道的宽度可能为1200毫米或更大。此外，机柜的宽度可以在例如500至930mm之间变化。根据机柜的确切尺寸和数量以及相应的通道的确切尺寸和数量，在仅偶尔使用的通道中可能会损失房间总表面积的50％以上甚至超过70％。

现有技术中典型的多电池组件的一个示例示出在图1中，示出为平面图。在该示例中，由维修通道104隔开的两个机柜105、106被布置在房间100或容器100中，该房间100或容器100通过维修门102进入。另一扇门101被设置来直接进入通道104。每个机柜105、106对应于串联和/或并联连接的一排电池或一列电池，每一列电池包括一个或多个叠置的电池层，这些电池层本身串联和/或并联连接。在此示例中，每个电池层包括七个电池。

该示例很好地说明了以下事实：损失的表面积(即不用于容纳电池的表面积)与总表面积之比，或者损失的表面积与实际用于容纳电池的表面积之比不是最佳的。相反，如果考虑用于存储能量的表面积与总表面积之间的比率，则希望该比率尽可能大，尤其因为该比率与关于电池所占体积的存储能量密度有直接关系。

技术实现要素：

除非另有说明，否则在本说明书中，术语“连接”应理解为电气连接和/或用于数据通信的连接，并且术语“被连接”应理解为电气连接和/或用于数据通信的连接。

因此，本发明的目的尤其是找到一种解决上述问题的方案。本发明着重于提供一种多电池组件，其具有关于所使用的体积的最佳能量密度，同时遵守与所述多电池组件的维护有关的规定约束。

因此，在第一方面，本发明提供了一种多电池组件，所述多电池组件包括至少三个相连接的电池列，该电池列包括两个端部电池列和至少一个中间电池列；每个电池列都连接至至少一个相邻的电池列，并且每个电池列沿第一方向延伸；每个电池列包括至少一层电池，每一层电池具有多个相连接的电池并且沿第一方向延伸。

中间电池列中的至少一个电池列是在基本上垂直于第一方向的第二方向上相对于相邻电池列可移动的电池列，并且通过其层之一中的电池之一和相邻电池列中的层之一中的电池之一、借助于连接构件来连接至相邻电池列。

所述连接构件配置成在仍允许可移动电池列相对于相邻电池列沿第二方向移动时保持可移动电池列和相邻电池列之间的连接，从而允许在没有断开连接的情况下(即在不损失可移动电池列和相邻电池列之间的连接的情况下)在可移动电池列和相邻电池列之间建立至少一个临时通道。

根据一些实施例，所述多电池组件可单独地或以任何技术上可能的组合方式来包括以下一个或多个特征：

-每个电池列至少串联和/或并联地连接到相邻的电池列，每个电池列的各个层之间串联和/或并联连接在一起，并且每个电池列的每一层中的电池之间串联和/或并联连接在一起；

-所述电池列之间，每个电池列的各个层之间以及每个电池列的每个层的各个电池之间的连接是电气连接和/或用于数据通信的连接；

-所述可移动电池列与所述相邻电池列之间的每个连接构件均具有确定的横截面积和长度，以便在可移动电池列与相邻电池列之间未建立临时通道时允许其按照最小弯曲半径弯曲，并且允许在可移动电池列和相邻电池列之间建立具有确定宽度的至少临时通道；

-所述可移动动电池列与所述相邻电池列之间的连接构件中，至少有一个是自支撑型的，从而能够将所述连接构件始终保持在可移动电池列和相邻电池列上方；

-所述组件还包括保持装置，所述保持装置用于将所述可移动电池列和所述相邻电池列之间的至少一个连接构件永久地保持在所述可移动电池列和所述相邻电池列上方；

-所述保持装置包括机械加强装置；

-所述机械加强装置包括同轴弹簧，所述连接构件插入所述同轴弹簧中。

-所述机械加强装置包括铰接结构，所述连接构件插入到所述铰接结构中或附接至所述铰接结构；

-所述保持装置包括上部结构和与所述上部结构接合的至少一个悬挂构件；

-所述悬挂构件包括回弹装置，例如弹簧，其构造成，首先，当通过连接构件连接的可移动电池列和相邻电池列之间没有建立临时通道时，并且当悬挂构件与上部结构接合时，所述回弹装置处于静止位置；或者，当通过连接构件连接的可动电池列和相邻电池列之间建立了临时通道时，并且当悬挂构件附接到所述上部结构时，所述回弹装置处于拉伸位置；

-所述保持装置包括沿所述第二方向取向的至少一个上导轨，并且所述悬挂构件附接至所述上导轨，以沿所述上导轨滑动；

-所述组件包括沿所述第二方向取向的至少两个导轨，并且每个可移动电池列可通过沿所述导轨的直线运动而相对于相邻电池列在第二方向上移动；

-所述两个端部电池列中至少有一个处于固定位置；

-所述组件包括至少两个电端子，两个所述电端子分别从两个端部电池列中的层之一中的电池之一引出；

-所述组件包括用于通信的至少一个输出端，所述输出端从电池列之一中的层之一中的电池之一引出；

-每个连接构件都是用于电气连接和/或数据通信的连接构件；

-每个电池列由一个机柜组成，该机柜内装有电池列中的电池层；

-每个机柜均配备有锁定装置，用于在其激活时禁止该机柜在第二方向上移动，并在其禁用时允许其在第二方向上移动。

根据第二方面，本发明还提供一种容器，该容器包括如上所述的组件，并且包括用于允许使用者接近该组件的至少一个入口。

确定容器的容积以使得能够在可移动电池列和相邻电池列之间建立临时通道，并且入口中的至少一个被构造成允许通过所述入口进入所述临时通道。

根据一些实施例，所述容器还单独地或以所有技术上可能的组合方式来包括以下一个或多个特征：

-所述容器包括顶壁，并且所述组件的上部结构包括所述顶壁，所述悬挂构件直接附接到所述顶壁；

所述容器包括顶壁，并且所述组件的上部结构包括所述顶壁，所述顶壁上悬挂有上导轨。

因此，本发明所述的多电池组件能够在保证可靠、简单和方便操作的同时，在给定的恒定存储容量下增加多电池组件中存储的能量密度，包括在遵守各种规定的同时进行维护。

在恒定的体积下，本发明的固定式多电池组件可以提供比现有技术的多电池组件所提供的电能更高的电能，并且持续时间更长。

在维护操作过程中，通过移动一个或其他几个电池列并创建至少一个入口通道来简化对组件中任何一个电池的接近，而无需断开电池列之间的连接。

通道的宽度可以根据应用进行调整，而与电池列的数量无关。与具有相同体积的现有技术中的多电池组件相比，本发明多电池组件的体积越大，存储空间的增益就越大。

与现有技术相比，在某些特定配置中，给定体积的组件的能量密度可以增加至少30％至40％，或者甚至增加200％以上。

本发明通过例如在轨道上的电池列的可移动性以及使用不妨碍移动的连接构件，使以上效果成为可能。

这就为在大型多电池组件上进行维护或维修的容易性与在这种大型多电池组件中增加用于存储能量的能量密度的需求之间的难题提供了解决方案。利用根据本发明的组件，可以将用于维护的必要空间准确地定位在需要的地方以及需要的时间。

此外，本发明的解决方案使得可以将出于维护目的进行干预的区域限制在容纳多电池组件的容器或房间内部，换句话说，就是维护时不受天气影响。因此，本发明能够执行介入，且即使在下雨情况下也不被弄湿，从而进行维护工作，这通常是用户和/或规定所要求的。

在参照以下附图阅读以非限制性示例给出的以下描述时，本发明的特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是现有技术的容器中的多电池组件的示意图；

图2是本发明所述的容器中的多电池组件的平面示意图；

图3是本发明所述的多电池组件的第一实施例的示意图；

图4是本发明所述的组件的第二实施例的示意图；

图5是本发明所述的组件的第三实施例的示意图；

图6和图7分别示出了本发明所述的组件中的两列之间的连接构件的两个示例的示意图；

图8是本发明所述的组件的第四实施例的示意图；

图9是本发明所述的组件的第五实施例的示意图。

具体实施方式

图2示意性地示出了本发明相对于如上述图1所示的现有技术的多电池组件的主要优点。

图2以平面图示出了例如设置在容器或房间中的本发明的多电池组件的示例。该组件包括六个电池列，它们串联和/或并联连接到一个或两个相邻的电池列。为了简化附图，仅电池列1-4带有附图标记。但是，除非另有说明，否则多个电池列1-4(或电池列1-4)表示所有六个(或更多)电池列。

每个电池列1-4包括一个放置在另一个顶部上的多个层(因此在图2的平面图中无法单独看到)，每个电池列1-4的每个层中包括多个电池，在图2的示例中，每个层中包括四个串联和/或并联连接的电池。电池列1-4的各个层之间也串联和/或并联连接。

在电池列1-4中，电池列1和电池列4是端部电池列，中间电池列布置在端部电池列之间。仅两个中间电池列2、3带有附图标记。但是，除非另有说明，否则中间电池列2、3表示所有四个中间电池列。

每个电池列1-4在第一方向上延伸，第一方向在图2、图3和图9中由附图标记(d1)表示，并且每个电池列1-4中的每个层都在相同的第一方向(d1)上延伸。

所有电池列1-4，或者至少所有中间电池列2、3是相对于相邻电池列1-4在第二方向(在图2、图3和图9中由附图标记(d2)表示)上可移动的可移动电池列1-4。第二方向(d2)基本垂直于第一方向(d1)。

如分别在图3和9的两个实施例中具体示出的，每个可移动电池列1-4通过其电池中的一个和相邻电池列的电池中的一个来串联和/或并联连接至相邻列1-4中的一个。

在这两个示例中，此时多电池组件包括四个在第一方向(d1)上延伸的电池列1-4，包括端部电池列1和4以及中间电池列2和3。每个电池列1-4包括沿第三方向堆叠的三个层36、37、38(在图2中不可见)，第三方向在图3和图9中用附图标记(d3)表示，并且第三方向(d3)基本垂直于第一方向(d1)和第二方向(d2)。每个层36、37、38在第一方向(d1)上延伸并且包括四个电池。因此，每个层36、37、38内的叠置电池形成沿第三方向(d3)延伸的四列。

为了简化图3，图3中仅第一个电池列1的电池12至23带有附图标记，并且为了简化图9，图9中没有电池用附图标记表示。

在图3和图9中可以更准确地看到相同层中各个电池之间、同一电池列的各个层之间以及各个电池列之间的串联连接和/或并联连接，图3和图9以透视图示出了本发明的多电池组件的示例。

例如：

电池列1的层36中的电池12至15串联和/或并联连接，

电池列1的层37中的电池16至19串联和/或并联连接，

电池列1的层38中的电池20至23串联和/或并联连接，

电池列1的层36至38通过电池12和19以及电池16和20串联和/或并联连接，

电池列1通过第一个电池列1的第三层38中的电池23和相邻电池列2的第三层中的电池之一(未用附图标记表示)与相邻电池列2串联和/或并联连接。

电池列之间的连接通过图3和9中的连接构件60-62和图4、图5和图8中连接构件为60-63来实现，这将在后文更详细地描述。

这些连接构件60-63中的每一个被配置成维持可移动电池列1-4与相邻电池列1-4之间的连接，同时允许可移动电池列1-4相对于相邻电池列沿第二方向(d2)移动，以允许在不断开连接的情况下，在可移动电池列1-4和相邻电池列1-4之间建立至少临时通道50。

在图3和9的示例中，连接构件60至62分别实现了电池列1和电池列2之间，电池列2和电池列3之间以及电池列3和电池列4之间的连接。

因此，通过相对于电池列1移动电池列2，在两个电池列1和2之间建立了临时通道50，而无需断开连接构件60，这允许操作员对电池列2或电池列1中的一个或其他几个电池进行维护操作。

在图4、5和8的示例中，多电池组件包括通过连接构件串联和/或并联连接的12个电池列，其中只有电池列1-4带有附图标记，并且仅连接构件60-63带有附图标记。连接构件60-63分别提供在端部电池列1与其唯一相邻的电池列之间，电池列2与电池列3之间以及端部电池列4与其唯一相邻电池列之间的连接。改变电池列3相对于电池列2的位置在两个电池列之间创建了临时通道50，从而使操作员可以对电池列3或电池列2中的一个或其他几个电池(例如，对电池列3中的电池12-17)进行维护操作。

这些连接构件60-63可以全部位于组件的同一侧，如图3-5和8的情形。在如图9所示的变型中，这些连接构件也可以交替地布置在组件的一侧和另一侧。

可移动电池列1-4与相邻电池列1-4之间的连接构件60至63——例如用于电力和/或数据通信的电缆型连接——具有预定的横截面积和长度，从而在可移动电池列1-4和相邻电池列1-4之间没有创建临时通道50时，允许它们根据自身的最小弯曲半径弯曲(如图3和图9中所示的连接构件61和62，或图4、5和8中所示的连接构件60、61和63)；并允许在可移动电池列1-4和相邻电池列1-4中的一个之间创建具有确定宽度的至少临时通道50(例如在图3和图9中所示的连接构件60，或在图4、5和8中所示的连接构件62)。

连接构件60-63的该预定的横截面积和长度尤其取决于通道50的期望宽度。

在图5所示的变型中，连接构件60至63是自支撑型的，这允许它们被永久地保持在它们所连接的相应电池列1-4的上方。这些连接构件60-63是自支撑型的并且是柔性的，并且它们的自支撑性质来自于它们固有的机械特性或来自于用于加固和/或保持它们的装置。

连接构件60的两个示例分别在图6和7中示出。

如图6所示，保持装置56可以将连接构件60永久地保持在其连接的电池列上方。在该示例中，保持装置56包括同轴弹簧类型的机械加强装置56，其中插入有连接构件60。

如图7所示，保持装置57也允许连接构件60永久地保持在它所连接的电池列上方，该保持装置57包括铰接结构类型的机械加强装置57，连接构件60插入该机械加强装置57中。或者，连接构件60也可以被附接到铰接结构57的外部。

铰接结构57具有例如通过铰链80成对连接的一系列构件81、82。

机械加强装置56、57特别地防止连接构件60在电池列1-4移动期间产生机械功，例如挤压或扭结。

在图8和9所示的两个示例中，保持装置包括上部结构70或上部结构70、71，以及悬挂在所述上部结构上的悬挂构件58、59。

更具体地，在图8的示例中，悬挂构件58、59包括回弹(recall)装置58、59，例如弹簧58、59。

该弹簧58、59被构造成使得当在通过连接构件60-63连接的可移动电池列1-4与相邻电池列1-4之间没有建立临时通道50时以及当将悬挂构件58、59附接到上部结构70时，回弹装置58、59处于其静止位置。

从而，在图8中，例如在由连接构件63连接的端部电池列4和单个相邻电池列(未用附图标记表示)之间没有建立临时通道，并且悬挂构件58附接到例如由沿第二方向(d2)延伸的电缆70或轨道70形成的上部结构70上。由于连接构件63自身的重量，回弹装置58处于其静止位置或可能处于稍微拉伸的位置，并因此将连接构件63保持在端部电池列4及其相邻电池列上方。

弹簧58、59还被构造成使得当在通过连接构件60至63连接的可移动电池列1-4与相邻电池列1-4之间有效地建立临时通道50时以及当悬挂构件58、59被附接在上部结构70上时，回弹装置58、59处于拉伸位置。

从而，在图8中，在通过连接构件62连接的电池列2和3之间形成临时通道(在图8中未用附图标记表示以避免混乱)，并且悬挂构件59被附接到例如由沿第二方向(d2)延伸的电缆70或轨道70形成的上部结构70上。然后，回弹装置59处于拉伸位置，使得当通道50被消除时(例如，通过使电池列2向电池列3移动或者电池列3向电池列2移动使通道50被消除)，回弹装置59通过恢复到其原始静止位置来将连接构件62保持在电池列2上方。

可选地，悬挂构件58、59可以通过例如滚子或中间滑动构件沿着上导轨70滑动，以辅助建立或消除临时通道50。

在如图9所示的示例中，连接构件60至62分别在两个不同的点处悬挂到上导轨70或71上。例如，连接构件62被两个悬挂构件58、59钩在上导轨71上。

如图2所示，在将本发明所述的多电池组件容纳在容器75中的情况下，上部结构70、71可以与容器的上壁接合，或构成该上壁。

为了便于电池列1-4的移动，如图3和9的示例所示，可以提供至少两个沿第二方向(d2)取向的导轨51、52以安装电池列1-4。因此，通过在这些导轨51、52上的直线运动(例如借助于被导轨51、52引导的轮进行直线运动)，每个可移动电池列1-4实际上可在第二方向(d2)上相对于其相邻电池列1-4之一进行移动。

或者，通过将电池列安装在用于使它们移动的装置(例如未引导的轮)上，可以获得电池列1-4的可移动性。

并非所有电池列1-4都是可移动的，但是至少中间电池列2、3是可移动的。就其本身而言，两个端部电池列1和4或仅其中之一可以保持固定。

如图3所示的示例中，多电池组件包括至少两个功率输出端53、54，二者分别使两个端部电池列1和4的一层中的一个电池向电源柜35供电和进行通信输出。

如图4、5和8中的示例所示，可以通过机柜1-4形成电池列1-4，在机柜1-4中容纳这些电池列的相应电池层。

可将电池列1-4(如图4、5和8中的机柜1-4)限定成与包括例如手柄55的锁定装置55相适配以便该锁定装置55在被激活时禁止电池列1-4在第二方向(d2)上的移动，并且在被禁用时允许相关的电池列1-4在第二方向(d2)上移动，从而可以在该电池列1-4及其相邻电池列之一之间创建通道。

因此，在维护期间以外，当机柜或电池列1-4确实需要被移动以在需要的地方创建临时通道50时，可以将各个机柜1-4锁定在一起或使其彼此合并为一体，以提高安全性。

一种解决方案是使用锁定装置55(其进一步包括用于锁定手柄55的锁定装置)来移动机柜1-4，例如通过使用仅由执行维护的人员知晓的密码。

或者，可以使用将机柜1-4成对地连接在一起的跨接线，将它们保持在地面上的锁，或者这些装置的组合(仅作为示例提供)。

前文描述的图2以平面图示出了本发明的多电池组件，该多电池组件容纳在没有上壁或为了简单起见未绘出上壁的容器75中。

入口72至74中的至少一个被设置来允许用户接近组件。

容器75的体积，尤其是容器75的底表面积被确定为使得能够在可移动电池列和它们的相邻电池列之一之间建立临时通道50。

入口72至74中的至少一个被配置成允许进入临时通道50。

因此，在图2的示例中，入口72提供到对电池列1的接近；入口73提供对在电池列2与其两个相邻电池列之一之间建立的临时通道的接近；而入口74提供对在电池列3与电池列4之间创建的通道50的接近，或提供对在电池列3与其其他相邻电池列之间要建立的通道的接近。在各入口72-74处设有门76-80。

下表1示出了与现有技术相比，在临时通道50的规定宽度为900mm的情况下，本发明所述的多电池组件的能量密度增益，该增益根据电池列1-4的数量和电池列1-4的宽度而变化。

表1

根据本发明可以看出，对于带有900mm宽的维修通道的930mm宽的电池列1-4，能量密度的提高为从24％到68％。而对于带有900mm宽度的维修通道的较窄(500mm宽)的电池列1-4，能量密度的提高从38％到117％。

通道宽度出于处理深电池(deepbattery)模块的实际原因，或者出于为了能够打开柜门的目的，通常大于1000mm，或者甚至经常大于或等于1200mm。

下表2中显示了在例如1200mm的规定通道宽度和两个相同宽度的电池柜中能量密度增益的计算。

表2

在非常大的多电池组件配置中，能量密度可以增加一倍以上(+147％)。

除了提高系统的能量密度之外，本发明还按照相同比例减小了用于存储电池的占地面积。对于特定的应用，这可以减少需要建造、进行空气调节以及可选地，确保安全的体积，且成本和限制相应降低。

以上描述以示例的方式给出，不用于限制本发明，特别是关于每一层的电池数量、每一个电池列中电池层的数量、电池列的数量、电池的类型或每个电池中的电池单元数量。