电容器辅助电池组电池的制作方法

1.本公开涉及用于车辆的电池组系统，且更具体地涉及用于车辆的电池组系统的电容器辅助电池组(cab)电池。


背景技术：

2.在本节中提供的信息是出于总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，在本节中对其进行描述的程度上，以及在提交时可能不另行构成现有技术的描述的方面，既不明示也不暗示地被承认是相对于本公开的现有技术。
3.本公开涉及用于车辆的电池组系统，且更具体地涉及用于车辆的电池组系统的电容器辅助电池组(cab)电池。
4.低电压汽车电池组系统，例如12v电池组系统，可用于启动包括内燃发动机(ice)的车辆和/或支持用于这些类型的车辆的车辆附件负载或其它车辆系统。低电压汽车电池组系统还可用于支持电动车辆(ev)中的车辆附件负载，所述电动车辆(ev)例如纯电动车辆(battery electric vehicles)、混合动力车辆和/或燃料电池车辆。在一些应用中，电池组系统使用锂离子电池组电池，这是由于锂离子电池组电池在温暖和寒冷的温度下均增加的脉冲功率密度以及较轻的重量。
5.在启动期间，电池组系统向启动器供应电流以起动ice。对于一种应用，一旦启动发动机，电池组系统继续为车辆的各种电气系统供电。交流发电机或再生对电池组系统再充电。在其它应用中，低电压电池组系统也可用于支持自动驾驶车辆的紧急停止操作。


技术实现要素：

6.在一个特征中，软包型电容器辅助电池组电池包括：n个负电极，其中n是大于1的整数，其中所述n个负电极中的每一个包括第一集流体、布置在所述第一集流体的相对侧上的第一颗粒电极材料、和第一极耳；p个正电极，其中：所述p个正电极中的p-m个正电极包括第二集流体、布置在所述第二集流体的相对侧上的包含磷酸铁锂(lfp)的第二颗粒电极材料、和第二极耳，所述p个正电极中的m个正电极包括第三集流体、布置在所述第三集流体的相对侧上的包含活性炭(ac)的第三颗粒电极材料、和第三极耳，并且p = n-1且m = 2；布置在所述n个负电极与所述p个正电极之间的隔离件；以及包围所述n个负电极、所述p个正电极和所述隔离件的软包外壳；其中所述p个正电极中的所述m个正电极位于离所述p个正电极的中心近似等距的位置处。
7.在进一步的特征中，n = 28，并且所述p个正电极中的所述m个正电极位于第2位置和第26位置处。
8.在进一步的特征中，所述n个负电极的第一颗粒电极材料包含石墨。
9.在进一步的特征中，所述n个负电极的第一颗粒电极材料还包含导电碳、羧甲基纤维素(cmc)和苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)。
10.在进一步的特征中，所述石墨、所述导电碳、所述羧甲基纤维素(cmc)和所述苯乙
烯丁二烯共聚物(sbr)的重量百分比为94%至96%、1.5%至2.5%、1%至2%、和1%至2% (重量%)。
11.在进一步的特征中：所述n个负电极的第一颗粒电极材料在所述第一集流体的相对侧上的厚度在31
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m (+/-5
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m)的范围内；所述第一集流体包括厚度在8
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m (+/-2
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m)范围内的铜箔；所述第一集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第一集流体具有在10.3 cm (+/-5%)范围内的高度。
12.在进一步的特征中，所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料还包含导电碳、碳纳米管和聚偏二氟乙烯。
13.在进一步的特征中，所述磷酸铁锂、所述导电碳、所述碳纳米管和所述聚偏二氟乙烯的重量百分比分别为90%至94%、4%至6%、0.1%至0.4%和2%至4% (重量%)。
14.在进一步的特征中：所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料在所述第二集流体的相对侧上的厚度在50
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m (+/-5
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m)的范围内；所述第二集流体包括厚度在12
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m (+/-2
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m)范围内的涂碳铝箔；所述第二集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第二集流体具有在10 cm (+/-5%)范围内的高度。
15.在进一步的特征中：所述p个正电极中的所述m个正电极的第三颗粒电极材料在所述第三集流体的相对侧上的厚度在100
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m (+/-30
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m)的范围内；所述第三集流体包括厚度在20
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m (+/-2
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m)范围内的蚀刻铝箔；所述第三集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第三集流体具有在10 cm (+/-5%)范围内的高度。
16.在进一步的特征中，所述隔离件包括：第一层陶瓷层；第二层聚乙烯膜；和第三层陶瓷。
17.在进一步的特征中：所述隔离件具有在13
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m (+/-1
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m)范围内的厚度；并且所述隔离件具有在10 cm (+/-5%)范围内的高度。
18.在进一步的特征中，包括电解质。
19.在进一步的特征中，所述电解质包含1.2m六氟磷酸锂(lipf6)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二甲酯(dmc)。
20.在进一步的特征中，所述电解质还包含碳酸亚乙烯酯、二氟磷酸锂和硫酸亚乙酯(dtd)中的至少一种。
21.在一个特征中，软包型电容器辅助电池组电池包括：n个负电极，其中n等于28，其中所述n个负电极中的每一个包括具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10.1 cm (+/-5%)范围内的高度的第一集流体、布置在所述第一集流体的相对侧上的包含石墨的第一颗粒电极材料、和第一极耳；p个正电极，其中：所述p个正电极中的p-m个正电极包括具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10 cm (+/-5%)范围内的高度的第二集流体、布置在所述第二集流体的相对侧上的包含磷酸铁锂(lfp)的第二颗粒电极材料、和第二极耳；所述p个正电极中的m个正电极包括具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10 cm (+/-5%)范围内的高度的第三集流体、布置在所述第三集流体的相对侧上的包含活性炭(ac)的第三颗粒电极材料、和第三极耳；并且p等于27且m等于2；布置在所述n个负电极与所述p个正电极之间的隔离件；以及包围所述n个负电极、所述p个正电极和所述隔离件的软包外壳。
22.在进一步的特征中，所述p个正电极中的所述m个正电极位于第2位置和第26位置处。
23.在进一步的特征中：所述n个负电极的第一颗粒电极材料还包含导电碳、羧甲基纤
维素(cmc)和苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)，并且所述石墨、所述导电碳、所述羧甲基纤维素(cmc)和所述苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)的重量百分比分别为94%至96%、1.5%至2.5%、1%至2%、和1%至2% (重量%)，所述n个负电极的第一颗粒电极材料在所述第一集流体的相对侧上的厚度在31
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m (+/-5
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m)的范围内；并且所述第一集流体包括厚度在8
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m (+/-1
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m)范围内的铜箔。
24.在进一步的特征中：所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料还包含导电碳、碳纳米管和聚偏二氟乙烯，所述磷酸铁锂、所述导电碳、所述碳纳米管和所述聚偏二氟乙烯的重量百分比分别对应于90%至94%、4%至6%、0.1%至0.4%和2%至4% (重量%)，所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料在所述第二集流体的相对侧上的厚度在46
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m (+/-3
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m)的范围内；并且所述第二集流体包括厚度在12
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m (+/-1
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m)范围内的涂碳铝箔。
25.在进一步的特征中：所述p个正电极中的所述m个正电极的第三颗粒电极材料在所述第三集流体的相对侧上的厚度在100
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m (+/-5
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m)的范围内；并且所述第三集流体包括厚度在20
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m (+/-2
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m)范围内的蚀刻铝箔。
26.本公开的进一步的应用领域将从具体实施方式、权利要求和附图中变得显而易见。具体实施方式和具体实例意在仅用于说明的目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
27.本公开将从具体实施方式和附图中得以更充分地理解，其中：图1是根据本公开的软包型电容器辅助电池组(cab)电池的实例的侧视图；图2a是根据本公开的软包型cab电池的一部分的实例的局部侧视截面图；图2b是根据本公开的负电极的实例的侧视截面图；图2c是根据本公开的包含活性炭的正电容器电极的实例的侧视截面图；图2d是根据本公开的包含磷酸铁锂(lfp)的正电池组电极的实例的侧视截面图；图3是根据本公开的软包型cab电池的实例的侧视截面图；以及图4a和4b是根据本公开的软包型cab电池的实例的侧视图。
28.在附图中，可以重复使用附图标记来标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
29.本公开涉及具有改进的性能的软包型电容器辅助电池组(cab)电池。cab电池包括正电极，所述正电极包括包含lfp的正电池组电极和包含活性炭的正电容器电极。cab电池包括包含石墨的负电极。隔离件布置在正电极与负电极之间。液体电解质布置在软包型cab电池的软包型外壳中。下面阐述了另外的细节。
30.现在参考图1，软包型cab电池10包括软包型外壳14。如下面将进一步描述的，软包型cab电池10的软包型外壳14封装正电极、负电极、隔离件和电解质。正电极端子16和负电极端子18与正电极和负电极的极耳连接并穿过软包型外壳14。
31.现在参考图2a-2d，示出了软包型cab电池10的一部分。在图2a中，软包型cab电池10包括负电极20-1、...、20-(n-1)和20-n (统称为负电极20)以及正电极26-1、...、26-(p-1)和26-p (统称为正电极26) (其中n和p为大于1的整数)。软包型cab电池10包括多个布置
在负电极20与正电极26之间的隔离件24。
32.负电极20和正电极26包括集流体42和延伸超过颗粒电极材料46的极耳44。负电极20和正电极26的极耳44分别与软包型cab电池10的负电极端子18和正电极端子16连接。集流体42的第一侧和第二侧包括与其结合的颗粒电极材料46。如本文所用，正(+)和负(-)是指电池单元中的带电电极的电荷(当它正在放电时)。
33.在图2b-2d中，示出了颗粒电极材料46的实例。在图2b中，负电极20的颗粒电极材料46包含石墨。在图2c中，一些正电极26-ac的颗粒电极材料46包含活性炭(ac) (形成正电容器电极)。在图2d中，其余一些电极26-lfp的颗粒电极材料46包含磷酸铁锂(lfp) (形成正电池组电极)。
34.现在参考图3，软包型cab电池100包括负电极20-1、20-2、...、20-n，其中n = 28。在一些实例中，负电极20的颗粒电极材料46包含石墨。软包型cab电池100还包括正电极26-1、26-2、...、26-p，其中p = (n-1) = 27。正电极26中的两个的颗粒电极材料46包含活性炭(ac)。正电极26中的25个的颗粒电极材料包含磷酸铁锂(lfp)。
35.在该实例中，布置在第2位置和第26位置处的正电极26 (对应于图3中从左至右的正电极26-2和26-26)是包含活性炭的正电容器电极。如可以理解的，正电极26-2和26-26位于离软包型cab电池100的中心近似等距的位置处，如图3中可以看出的那样。虽然示出并描述了特定位置，但是包含活性碳的正电容器电极可以位于其它近似等距的位置处，例如第3位置和第25位置、第4位置和第24位置、第5位置和第23位置等。
36.正电容器电极可以位于其它近似等距的位置处，例如第2位置和第22位置、第4位置和第23位置、第5位置和第25位置等。如本文所用，近似等距是指在等距的10%以内。这种布置允许更均匀的热加热和冷却特性。如可以理解的，出于说明和清楚的目的，图3中省略了隔离件24、电解质40和其它细节。
37.在一些实例中，正电极26-lfp具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10 cm (+/-5%)范围内的高度。正电极26-lfp的颗粒电极材料46具有小于10 m2/g的表面积、1.5%+/-1%的碳涂层和d50 = 2 +3/-1
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m和d97 《 8
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m的粒度。正电极26-lfp的颗粒电极材料46包含磷酸铁锂(lfp)、super p
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(sp)导电碳、碳纳米管(cnt)和聚偏二氟乙烯(pvdf)。在一些实施例中，lfp/sp/cnt/pvdf的化学配方分别为颗粒电极材料46的90%至94%、4%至6%、0.1%至0.4%和2%至4% (重量%)。在其它实施例中，lfp/sp/cnt/pvdf的化学配方分别为颗粒电极材料的92%、4.8%、0.2%和3% (重量%)。在一些实例中，质量负载是8.7+/-2 mg/cm2，容量负载是1.1+/-0.5 mah/cm
2 (单侧)。
38.在一些实例中，正电极26-lfp具有2.0
±
0.3 g/cm3的压实密度和41
±
5%的孔隙率。正电极26-lfp具有50
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m (+/-5
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m)的涂层厚度(单侧)和112
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m (+/-10
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m)的总厚度。集流体42包括厚度为12
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m (+/-2
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m)的涂碳al箔，尽管也可以使用其它材料和厚度。
39.在一些实例中，正电极26-ac具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10 cm (+/-5%)范围内的高度。在一些实例中，正电极26-ac的颗粒电极材料包含kuraray yp50。正电极26-ac具有7
±
2 mg/cm2的质量负载和0.3
±
0.15 mah/cm2的容量负载。正电极26-ac具有100
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m (+/-30
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m)的涂层厚度(单侧)和220
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m (+/-60
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m)的电极厚度，孔隙率为85
±
10%。
40.在一些实例中，使用基于聚四氟乙烯(ptfe)的干法制造正电极26-ac。正电极26-ac的集流体包括厚度为20
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m (+/-2
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m)的蚀刻al箔，尽管也可使用其它材料和厚度。在其
它实例中，使用基于pvdf的湿法制造正电极26-ac。正电极26-ac的集流体包括厚度为20
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m (+/-5
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m)的涂碳al箔，尽管也可使用其它材料和厚度。
41.在一些实例中，负电极20具有在13.2 cm (+/-5%)范围内的宽度和在10.3 cm (+/-5%)范围内的高度。在一些实例中，负电极20的颗粒电极材料46包含表面积为2+5/-0.5 m2/g且粒度为d50 7+5/-3
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m的石墨。在一些实例中，颗粒电极材料46包含石墨、super p
®ꢀ
(sp)导电碳、羧甲基纤维素(cmc)和苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)。在一些实例中，石墨/sp/cmc/sbr的化学配方分别为颗粒电极材料46的94%至96%、1.5%至2.5%、1%至2%、和1%至2% (重量%)。在一些实例中，石墨/sp/cmc/sbr的化学配方分别为颗粒电极材料46的95%、2%、1.2%和1.8% (重量%)。在一些实例中，电极质量负载为4 mg/cm2，容量负载为1.3
±
0.5 mah/cm
2 (单侧)。
42.在一些实例中，石墨电极的压实密度为1.4
±
0.3 g/cm3，孔隙率为47.0
±
5%。负电极具有31
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m (+/-5
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m)的涂层厚度(单侧)和70
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m (+/-10
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m)的电极厚度。集流体包括厚度为8
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m (+/-2
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m)的cu箔，尽管也可以使用其它材料和厚度。
43.在一些实例中，隔离件24具有在10.7 cm (+/-5%)范围内的高度。隔离件24包括外陶瓷层和夹在其间的聚乙烯(pe)层。在一些实例中，隔离件24具有13
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m (+/-1
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m)的厚度，并且包括2
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m陶瓷层、9
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m pe膜和2
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m陶瓷层。在一些实例中，隔离件24具有12
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m (+/-1
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m)的厚度，并且包括3
ꢀµ
m陶瓷层、9
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m pe膜。在一些实例中，隔离件24具有40
±
5%的孔隙率。
44.在一些实例中，电解质40具有在碳酸亚乙酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二甲酯(dmc)(4:4:2体积比)的混合物中的式1.2m 六氟磷酸锂(lipf6)以及1～5%的碳酸亚乙烯酯(vc)、1～3%的二氟磷酸锂(lipf2o2)和1～10%的硫酸亚乙酯(dtd)的附加添加剂。在一些实例中，每个电池的电解质40的量等于6
±
2 g/ah。
45.现在参考图4a和4b，更详细地示出了软包型电池组电池的尺寸的实例。从正电极端子16的边缘开始的宽度w1在25 mm (
±
3%)的范围内。正电极端子16和负电极端子18的宽度w2在32+/-3 mm ()的范围内。正电极端子16和负电极端子18的高度h1在40+/-5 mm ()的范围内。软包型外壳14的高度h2在120 mm (+/-5%)的范围内。软包型外壳14的宽度w3在133 mm (+/-5%)的范围内。连接极耳的宽度w6在40+/-5 mm ()的范围内。正电极端子16和负电极端子18的中心之间的宽度w7在46+/-5mm ()的范围内。
46.根据本公开的cab电池在温暖和寒冷的温度下均具有优异的脉冲能力和连续功率能力，并且具有突出的高温耐久性。在一些实例中，根据本公开的6.3 ah cab电池在自动驾驶车辆的紧急停止期间以100w连续功率提供3分钟的备用操作功率。根据本公开的cab电池还提供高起动电流。
47.前述描述在本质上仅是说明性的，并且决不意在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定实例，但是本公开的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书之后，其它修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。此外，尽管上文将实施方案中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使未明确地描述该组合。换句话说，所描述的
实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保留在本公开的范围内。
48.使用各种术语描述元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间关系和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨着”、“在
……
顶部”、“之上”、“之下”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件与第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，但是也可以是在第一元件与第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。如本文所用，短语a、b和c中的至少一个应该被解释为表示使用非排他逻辑或的逻辑(a或b或c)，并且不应该被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个和c中的至少一个”。
49.在附图中，箭头的方向，如由箭头所指示的方向，通常表示与图示相关的信息(例如数据或指令)的流动。例如，当元素a和元素b交换各种信息，但是从元素a传输到元素b的信息与图示相关时，箭头可以从元素a指向元素b。这种单向箭头并不意味着没有其它信息从元素b传输到元素a。此外，对于从元素a发送到元素b的信息，元素b可以向元素a发送对该信息的请求或该信息的接收确认。

技术特征：
1.软包型电容器辅助电池组电池，包括：n个负电极，其中n是大于1的整数，其中所述n个负电极中的每一个包括第一集流体、布置在所述第一集流体的相对侧上的第一颗粒电极材料、和第一极耳；p个正电极，其中：所述p个正电极中的p-m个正电极包括第二集流体、布置在所述第二集流体的相对侧上的包含磷酸铁锂(lfp)的第二颗粒电极材料、和第二极耳，所述p个正电极中的m个正电极包括第三集流体、布置在所述第三集流体的相对侧上的包含活性炭(ac)的第三颗粒电极材料、和第三极耳，并且p = n-1且m = 2；布置在所述n个负电极与所述p个正电极之间的隔离件；以及包围所述n个负电极、所述p个正电极和所述隔离件的软包外壳；其中所述p个正电极中的所述m个正电极位于离所述p个正电极的中心近似等距的位置处。2.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中n = 28，并且其中所述p个正电极中的所述m个正电极位于第2位置和第26位置处。3.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中所述n个负电极的第一颗粒电极材料包含石墨。4.根据权利要求3所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中所述n个负电极的第一颗粒电极材料还包含导电碳、羧甲基纤维素(cmc)和苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)。5.根据权利要求4所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中所述石墨、所述导电碳、所述羧甲基纤维素(cmc)和所述苯乙烯丁二烯共聚物(sbr)的重量百分比为94%至96%、1.5%至2.5%、1%至2%、和1%至2% (重量%)。6.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中：所述n个负电极的第一颗粒电极材料在所述第一集流体的相对侧上的厚度在31
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m (+/-5
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m)的范围内；所述第一集流体包括厚度在8
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m (+/-2
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m)范围内的铜箔；所述第一集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第一集流体具有在10.3 cm (+/-5%)范围内的高度。7.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料还包含导电碳、碳纳米管和聚偏二氟乙烯。8.根据权利要求7所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中所述磷酸铁锂、所述导电碳、所述碳纳米管和所述聚偏二氟乙烯的重量百分比分别为90%至94%、4%至6%、0.1%至0.4%和2%至4% (重量%)。9.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中：所述p个正电极中的所述p-m个正电极的第二颗粒电极材料在所述第二集流体的相对侧上的厚度在50
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m (+/-5
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m)的范围内；所述第二集流体包括厚度在12
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m (+/-2
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m)范围内的涂碳铝箔；所述第二集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第二集流体具有在10 cm (+/-5%)范围内的高度。
10.根据权利要求1所述的软包型电容器辅助电池组电池，其中：所述p个正电极中的所述m个正电极的第三颗粒电极材料在所述第三集流体的相对侧上的厚度在100
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m (+/-30
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m)的范围内；所述第三集流体包括厚度在20
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m (+/-2
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m)范围内的蚀刻铝箔；所述第三集流体具有在13 cm (+/-5%)范围内的宽度；并且所述第三集流体具有在10 cm (+/-5%)范围内的高度。

技术总结
本发明公开了电容器辅助电池组电池。软包型电容器辅助电池组电池包括：N个负电极，其中N是大于1的整数，所述N个负电极中的每一个包括第一集流体、第一颗粒电极材料、和第一极耳；P个正电极，其中：所述P个正电极中的P-M个正电极包括第二集流体、第二颗粒电极材料、和第二极耳，所述P个正电极中的M个正电极包括第三集流体、布置在所述第三集流体的相对侧上的包含活性炭(AC)的第三颗粒电极材料、和第三极耳，并且P=N-1且M=2；布置在所述N个负电极与所述P个正电极之间的隔离件；以及包围所述N个负电极、所述P个正电极和所述隔离件的软包外壳；其中所述P个正电极中的所述M个正电极位于离所述P个正电极的中心近似等距的位置处。述P个正电极的中心近似等距的位置处。述P个正电极的中心近似等距的位置处。


技术研发人员：孔德文 D
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/23