BR112020022184B1

BR112020022184B1 - Aparelho e método para mitigar condições de fuga térmica em aparelho de eletrodo de fluido fundido

Info

Publication number: BR112020022184B1
Application number: BR112020022184-8A
Authority: BR
Inventors: Manoel Tenorio; Daniel R. Vissers
Original assignee: Vissers Battery Corporation
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2022-12-13
Also published as: US20190356023A1; EP3794670A4; JP2021524983A; CA3100658A1; BR112020022184A2; WO2019221860A1; KR20210011958A; US10601080B2; EP3794670A1

Abstract

APARELHO, E, MÉTODO. Um sistema de atenuação de fuga térmica resfria material de eletrodo fluido em uma bateria térmica para impedir uma fuga térmica na bateria térmica, em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, o sistema de prevenção de fuga térmica resfria pelo menos um do material de eletrodo positivo fluido e do material de eletrodo negativo fluido. Em algumas situações, o material de eletrodo de material fluido é suficientemente resfriado para colocar o material de eletrodo em um estado sólido.

Description

CAMPO

[001] Esta invenção no geral se refere a baterias de alta temperatura com eletrodos fluidos e, mais particularmente, a métodos, dispositivos e sistemas para atenuar condições de fuga térmica em baterias de alta temperatura com eletrodos fluidos fundidos.

FUNDAMENTOS

[002] Uma bateria no geral inclui um eletrodo positivo (catodo), um eletrodo negativo (anodo) e um eletrólito. Uma bateria tipicamente inclui coletores de corrente nos eletrodos que direcionam corrente elétrica para os terminais da bateria. Foram feitas tentativas de usar fluidos para eletrodos onde um ou ambos os eletrodos são mantidos em um estado fluido pelo aquecimento do material de eletrodo. Essas baterias são algumas vezes referidas como baterias térmicas ou baterias de alta temperatura e incluem, por exemplo, dispositivos algumas vezes referidos como baterias de líquido- metal e baterias de líquido-metal recarregáveis. Infelizmente, décadas de pesquisa e desenvolvimento não produziram uma bateria térmica segura e confiável usando pares eletroquímicos de alta densidade de energia gravimétrica tais como, por exemplo, sódio e enxofre ou lítio e enxofre.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[003] Deve-se entender que os desenhos são apenas para efeitos de ilustração e não definem os limites das reivindicações anexas. Além disso, os componentes nas figuras não estão necessariamente em escala. Nas figuras, números de referência iguais designam partes correspondentes nas diferentes vistas.

[004] A figura 1 é um diagrama de blocos de um exemplo de um aparelho de bateria adequado para uso com um sistema de prevenção de fuga térmica.

[005] A figura 2 é um diagrama de blocos de um exemplo do sistema de prevenção de fuga térmica para uma bateria térmica.

[006] A figura 3A é uma ilustração de uma vista lateral de um exemplo de uma bateria com uma estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento.

[007] A figura 3B é uma ilustração de uma vista seccional transversal frontal feita ao longo da linha A-A na figura 3A do exemplo da bateria com a estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento.

[008] A figura 3C é uma ilustração de uma vista lateral seccional transversal feita ao longo da linha B-B na figura 3B do exemplo da bateria com a estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento.

[009] A figura 4 é uma vista lateral da bateria com uma estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento e o sistema de aquecimento compreende uma bobina de aquecimento.

[0010] A figura 5A é uma ilustração de vista em perspectiva de um exemplo de uma estrutura tubular planar de bateria térmica planar onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento.

[0011] A figura 5B é uma ilustração de uma vista seccional transversal frontal da bateria.

[0012] A figura 6 é uma ilustração de uma vista em perspectiva da bateria com uma estrutura planar onde o elemento de transferência de calor compreende uma bobina de resfriamento e o sistema de aquecimento compreende uma bobina de aquecimento.

[0013] A figura 7 é uma ilustração de um sistema de bateria de alta temperatura incluindo um sistema de atenuação de fuga térmica para um exemplo onde uma porção de pelo menos um material de eletrodo é mantida em um reservatório de material de eletrodo.

[0014] A figura 8A é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma bateria para um exemplo onde o alojamento de bateria tem um formato toroidal.

[0015] A figura 8B é uma ilustração de uma vista seccional transversal frontal da bateria para o exemplo onde o alojamento de bateria tem um formato toroidal.

[0016] A figura 8C é uma ilustração de uma vista seccional transversal frontal da bateria para o exemplo onde o alojamento de bateria tem um formato toroidal.

[0017] A figura 9 é um fluxograma de um exemplo de um procedimento para atenuar fuga térmica em uma bateria térmica.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Baterias térmicas têm diversas vantagens em relação a outros tipos de baterias. O custo relativamente baixo, alta densidade de energia, e alta densidade de potência de baterias térmicas (baterias de alta temperatura) tornam esses tipos de baterias altamente atrativos para diversos usos. Infelizmente, os problemas de segurança com esses dispositivos restringiram a adoção difundida. Por causa de sua química altamente energética, baterias térmicas têm apresentado altos riscos de incêndio e explosão. Projetos de bateria térmica convencionais incluem duas poças de materiais fluidos (isto é, fundidos) separadas por um terceiro material. Se o terceiro material falhar e permitir que os materiais fundidos misturem e reajam, uma imensa quantidade de energia térmica é liberada em um curto período de tempo. Essas condições frequentemente levam a uma condição de incêndio ou explosão perigosa. Essa severa limitação ainda continua atualmente, embora a demanda por uma bateria térmica segura tenha existido desde o início da segunda guerra mundial. Diversas décadas de tentativas não resultaram em uma solução adequada para o problema. Por exemplo, algumas tentativas incluem o uso de um projeto de bateria de fluxo gravitacional no qual um dos materiais ativos fundidos é contido em um grande reservatório localizado fisicamente acima de uma câmara de reação menor onde as paredes da câmara de reação são um eletrólito sólido. No outro lado do eletrólito sólido fica um grande reservatório do outro material ativo fundido. No caso em que o eletrólito sólido falha e os dois materiais ativos fundidos podem misturar, a esperança é que os produtos sólidos que são formados pela reação química da mistura dos dois materiais ativos fundidos limite o fluxo dos materiais ativos do grande reservatório localizado fisicamente acima com o outro grande reservatório do outro material ativo fundido. A tentativa do projeto de bateria de fluxo gravitacional falha em virtude de os produtos de reação sólidos que se destinam a bloquear o fluxo do reservatório superior não coalescerem rapidamente o bastante na temperatura operacional da bateria térmica. Portanto, a mistura dos dois materiais ativos fundidos é apenas desacelerada por esse projeto e é insuficiente para impedir um evento de fuga térmica. Outras tentativas incluem mudar a química dos materiais ativos fundidos para uma química de haleto de metal de maneira tal que uma falha do eletrólito sólido não cause um evento de fuga térmica. Infelizmente, essa técnica se dá a um custo de diminuição da densidade de energia específica (kWh/kg) e da densidade de energia volumétrica (kWh/l) a um ponto em que a bateria térmica não é mais uma solução viável para muitas aplicações.

[0019] Pesquisa sobre baterias térmicas foi até mesmo abandonada por alguns por causa do alto perigo. Por exemplo, um importante fabricante automotivo desenvolveu uma frota de veículos elétricos que usou baterias térmicas de sódio-enxofre em 1993. Durante o teste, dois veículos entraram em combustão durante o carregamento. Em decorrência desses incêndios, o fabricante encerrou seu programa de bateria térmica de sódio-enxofre, e o Departamento de Energia dos Estados Unidos cessou seu financiamento de pesquisa de bateria térmica. Isso é a despeito das enormes vantagens que uma bateria térmica segura proporcionaria à indústria de veículos elétricos bem como outras indústrias. O peso relativamente pequeno e baixo custo de baterias térmicas claramente tornam esses dispositivos a melhor escolha para uso em veículos elétricos se o perigo de incêndio for atenuado.

[0020] De acordo com as técnicas discutidas aqui, o perigo de incêndio de uma bateria térmica é minimizado pelo resfriamento de pelo menos porções da bateria para impedir, ou pelo menos atenuar as chances de um evento de fuga térmica. Em resposta à detecção de uma situação de fuga térmica potencial, um fluido de transferência de calor de resfriamento tendo uma temperatura menor que o ponto de fusão de pelo menos um dos materiais de eletrodo é direcionado para uma ou mais áreas na bateria para resfriar ou pelo menos limitar a temperatura de pelo menos um dos materiais de eletrodo. Em um exemplo, pelo menos um dos eletrodos fluidos está resfriado abaixo do ponto de fusão do material de eletrodo fluido para congelar o eletrodo (isto é, colocar o material de eletrodo em um estado sólido).

[0021] Técnicas de gerenciamento de temperatura e resfriamento foram propostas para baterias convencionais para efeitos de otimização de seu desempenho. Entretanto, técnicas de resfriamento convencionais não abordaram dispositivos com eletrodos fluidos transicionados de fase onde o material de eletrodo é aquecido de uma fase sólida até uma líquida. Mais especificamente, técnicas de resfriamento convencionais não são implementadas para efeitos de prevenir ou cessar eventos de fuga térmica em baterias térmicas compreendendo um eletrodo fluido de mudança de fase. A despeito de décadas de pesquisa e preocupação relativa a perigos de baterias térmicas, não houve sugestão para evitar um evento de fuga térmica em uma bateria térmica de eletrodo fluido pelo resfriamento de pelo menos um dos materiais de eletrodo fluido.

[0022] A figura 1 é um diagrama de blocos de um exemplo de um aparelho de bateria 100 adequado para uso com um sistema de prevenção de fuga térmica 101. A aparelho de bateria 100 inclui uma câmara de reação 102 tendo eletrodos fluidos 104, 106 separados por um eletrólito sólido 108 no exemplo. A ilustração na figura 1 representa os princípios gerais do exemplo e não necessariamente representa formatos específicos, dimensões relativas, distâncias, ou outros detalhes estruturais dos componentes representados. Em algumas circunstâncias, as estruturas de dois ou mais blocos podem ser implementadas em um único componente ou estrutura. Além do mais, funções descritas como realizadas em um único bloco da figura 1 podem ser implementadas em estruturas separadas. O aparelho de bateria 100 da figura 1 é um exemplo de uma bateria que é adequada para uso com o sistema de prevenção de fuga térmica 101. Ambos os eletrodos são aquecidos para colocá-los em um estado fluido no exemplo da figura 1, embora, em algumas outras situações, apenas um dos eletrodos pode ser aquecido para colocá-lo no estado fluido.

[0023] Como discutido aqui, um material está em um estado fluido quando o material tem uma consistência suficientemente liquefeita para permitir que o material escoe de uma área para outra. Em outras palavras, a viscosidade de um material fluido é de maneira tal que o material possa ser direcionado, bombeado, ou pode de outra forma escoar de uma área para outra. Um material fluido pode, entretanto, ter alguns componentes que são pelo menos parcialmente sólidos enquanto outros estão em uma fase líquida. Em decorrência disso, um material fluido não está necessariamente todo em uma fase líquida. Como discutido aqui, um material está em um estado não fluido onde ele está suficientemente solidificado de maneira tal que ele não pode escoar. Em outras palavras, a viscosidade do material em um estado não fluido é de maneira tal que o material não pode ser direcionado, bombeado, ou senão capaz de escoar de uma área para outra. Um material não fluido, entretanto, pode ter alguns componentes que estão em uma fase líquida bem como outros que estão em uma fase sólida. Como referido aqui, um eletrólito sólido é qualquer material, mistura, composto, ou outra combinação de materiais que formam uma estrutura de eletrólito que está em uma fase sólida. Embora os exemplos incluam um eletrólito sólido, outros tipos de eletrólitos podem ser usados em algumas situações com as técnicas discutidas.

[0024] O aparelho de bateria 100 inclui pelo menos uma câmara de reação 102 tendo uma região de eletrodo negativo 110 e uma região de eletrodo positivo 112 separada da região de eletrodo negativo 110 pelo eletrólito sólido 108. A região de eletrodo negativo 110 contém um material de eletrodo negativo 114 e a região de eletrodo positivo 112 contém um material de eletrodo positivo 116. Um sistema de aquecimento 118 aquece os materiais de eletrodo positivo e negativo na câmara de reação 102 durante operação. Para os exemplos aqui, os materiais de eletrodo 114, 116 são mantidos em um estado fluido quando a bateria 100 está operando pelo aquecimento dos materiais de eletrodo 114, 116 ainda mantendo o eletrólito sólido 108 em um estado sólido. Dessa forma, a temperatura operacional da câmara de reação é abaixo do ponto de fusão do eletrólito sólido 108 para os exemplos aqui. O sistema de aquecimento 118 pode ser um sistema de aquecimento elétrico incluindo um ou mais elementos de aquecimento que facilitam o aquecimento da câmara de reação 102 para colocar os materiais de eletrodo 114, 116 em um estado fluido. Outros tipos de sistemas de aquecimento 118 pode ser usado em algumas circunstâncias. Como discutido a seguir, por exemplo, uma bobina de aquecimento que carrega um fluido de transferência de calor de aquecimento pode ser usada para aquecer o alojamento de bateria contendo a câmara de reação. O sistema de aquecimento, portanto, aquece a câmara de reação de maneira tal que o material de eletrodo negativo 114 e o material de eletrodo positivo 116 fiquem em um estado fluido enquanto o eletrólito sólido 108 é mantido em um estado sólido.

[0025] O eletrólito sólido 108 inclui pelo menos cátions do material de eletrodo negativo 114 e ânions onde o ânion é selecionado para ser relativamente grande e quimicamente estável com os materiais dentro da câmara de reação 102. Alguns exemplos de materiais de eletrodo negativo 114 incluem lítio, sódio, potássio, rubídio e césio. Alguns exemplos de ânions incluem ânions de cloro, bromo e iodo. Outros materiais podem ser usados em algumas circunstâncias, tais como beta alumina e beta’’ alumina onde os ânions são mais complexos.

[0026] O material de eletrodo negativo fluido 114 na região de eletrodo negativo 110 forma um eletrodo negativo fluido 104 da bateria 100. O material de eletrodo positivo fluido 116 na região de eletrodo positivo 112 forma um eletrodo positivo fluido 106 da bateria 100. O eletrodos fluidos 104, 106 e os materiais de eletrodo podem incluir mais que um único elemento. Por exemplo, a região de eletrodo positivo 112 pode também conter alguns produtos de reação resultantes da operação da bateria 100. Um primeiro coletor de corrente 120 é posicionado no eletrodo negativo fluido 104 e o segundo coletor de corrente 122 é posicionado no eletrodo fluido positivo 106. Com os coletores de corrente adequadamente colocados 120, 122 em cada eletrodo 104, 106, energia elétrica pode ser aproveitada da reação eletroquímica que ocorre na bateria entre o eletrodo negativo fluido 104 e o eletrodo positivo fluido 106 através do eletrólito sólido 108. Portanto, a operação da câmara de reação 102 no exemplo da figura 1 é similar à operação de baterias térmicas convencionais. Uma vantagem significante em relação a baterias térmicas convencionais, entretanto, inclui um sistema de prevenção de fuga térmica 101 que impede que a bateria entre ou continue em um evento de fuga térmica. Pelo menos um dos materiais de eletrodo fluido é resfriado a uma temperatura de prevenção de maneira tal que qualquer reação indesejada dentre quaisquer materiais na bateria ou dentre quaisquer materiais na bateria e quaisquer materiais fora da bateria é impedida até um limiar seguro. Em um exemplo, cada material de eletrodo é resfriado abaixo do ponto de fusão do material de eletrodo para congelar ambos os materiais de eletrodo. Em outras palavras, o material de eletrodo na câmara de reação é suficientemente resfriado para colocar o material de eletrodo no estado sólido. Em algumas situações, o material de eletrodo é resfriado a uma temperatura maior que a temperatura do ponto de fusão do material de eletrodo, mas abaixo de uma temperatura de prevenção onde reações indesejadas são menos prováveis. Em um exemplo onde o aparelho de bateria 100 tem um eletrodo fluido de lítio, o material de eletrodo compreendendo lítio é resfriado a temperaturas abaixo de 600°F (315,5°C). Lítio fundido a temperaturas abaixo de 600°F (315,5°C) não entra em combustão no ar onde lítio fundido a temperaturas iguais ou acima de 600°F (315,5°C) entrará em combustão no ar. Em algumas situações, portanto, resfriamento do material de eletrodo de lítio a uma temperatura abaixo de 600°F (315,5°C) pode ser suficiente para proteger o lítio contra reação com ar e suficiente para evitar, ou pelo menos minimizar, condições de fuga térmica. O material de eletrodo que é resfriado pode incluir material de eletrodo em qualquer lugar no sistema de bateria e não apenas na câmara de reação se a bateria incluir material de eletrodo fluido em outros componentes na bateria 100.

[0027] Como aqui discutido, o aparelho de bateria 100 pode ser implementado com diferentes materiais e pares eletroquímicos. Em um exemplo, o eletrodo negativo compreende lítio (Li) e o eletrodo positivo compreende enxofre (S). Um exemplo de um eletrólito sólido adequado 108 em uma implementação como essa é iodeto de lítio (LiI). Em um outro exemplo, uma bateria de sódio-enxofre (NaS) inclui um eletrodo negativo fluido compreendendo sódio (Na) e um eletrodo positivo fluido compreendendo enxofre (S). Outros materiais podem também ser usados para os eletrodos. Adicionalmente, os materiais de eletrodo podem conter misturas ou compostos que incluem múltiplos elementos em algumas circunstâncias. Por exemplo, em algumas baterias de líquido-metal, uma mistura fundida de enxofre e fósforo pode ser usada para o eletrodo positivo fluido.

[0028] A temperatura operacional, ou faixas de temperatura, da região de eletrodo negativo e região de eletrodo positivo pode ser selecionada com base em diversos fatores incluindo, por exemplo, o ponto de fusão do material de eletrodo negativo, o ponto de fusão do material de eletrodo positivo, o ponto de ebulição do material de eletrodo negativo, o ponto de ebulição do material de eletrodo positivo, o ponto eutético do material de eletrodo positivo e espécies químicas resultantes, e o ponto de fusão do eletrólito sólido. Para os exemplos discutidos aqui, o sistema de aquecimento 118 mantém a região de eletrodo negativo 110 e a região de eletrodo positivo 112 da câmara de reação 102 na mesma temperatura a fim de evitar um gradiente de temperatura através do eletrólito sólido 108. Em algumas situações, as duas regiões da câmara de reação podem ser mantidas em diferentes temperaturas.

[0029] Como discutido aqui, um evento de fuga térmica é qualquer evento onde reações indesejadas ocorrem com pelo menos um dos materiais de bateria que liberam calor suficiente para aumentar as temperaturas na bateria que nutrem reações indesejadas adicionais ou mudanças de fase indesejada dos materiais da bateria. Por exemplo, uma fuga térmica poderia fundir as estruturas da bateria que poderia levar a reações indesejadas adicionais. Em algumas situações, as reações podem ocorrer muito rapidamente e causar resultados catastróficos. Em um exemplo de um evento de fuga térmica, uma fenda em componentes de separação na bateria permite que o material de eletrodo fluido positivo misture com o material de eletrodo fluido negativo. Uma ruptura no eletrólito sólido, por exemplo, pode permitir que os dois materiais de eletrodo se misturem. A reação exotérmica entre os dois materiais libera uma imensa quantidade de calor que frequentemente leva a incêndio. Em algumas situações, um evento de fuga térmica pode resultar dos eletrodos fluidos reagindo com água ou oxigênio fora da bateria. Durante operação da bateria, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 monitora um ou mais parâmetros para determinar se medidas de prevenção de fuga térmica devem ser iniciadas. Um ou mais parâmetros podem ser parâmetros medidos e/ou calculados e podem ser parâmetros operacionais da bateria relacionados à operação da bateria, bem como parâmetros ambientais. Alguns exemplos de parâmetros operacionais da bateria que podem ser monitorados incluem temperatura, tensão, corrente, umidade, pressão, saída de potência, bem como mudanças nesses parâmetros com o tempo ou através de porções da bateria. Alguns exemplos de parâmetros ambientais incluem presença de água, temperaturas externas, desaceleração/aceleração da bateria, orientação da bateria em relação à terra, e parâmetros externos providos por outros sistemas associados à bateria, tais como sistemas de veículo de um veículo contendo a bateria. Um sistema de veículo, por exemplo, pode prover parâmetros relacionados a detecção de acidente e desaceleração rápida do veículo. Critérios são aplicados a qualquer combinação e número de parâmetros medidos e/ou qualquer número de valores calculados para determinar se ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica. Portanto, um de mais parâmetros são avaliados para determinar se ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica ou evento perigoso. Em uma situação relativamente simples, por exemplo, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 pode determinar que ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica onde uma temperatura de um eletrodo fluido excedeu um limiar. Em resposta a uma determinação de que ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 inicia um procedimento de prevenção térmica que inclui resfriar pelo menos uma porção do aparelho de bateria 100.

[0030] A figura 2 é um diagrama de blocos de um exemplo do sistema de prevenção de fuga térmica 101 para uma bateria térmica. Como aqui discutido, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 é adequado para uso com baterias térmicas que incluem eletrodos fluidos separados por um eletrólito sólido onde os eletrodos estão em um estado fluido durante operação da bateria e foram aquecidos para torná-los fluidos. Como aqui discutido, as baterias térmicas incluem um sistema de aquecimento 118 que aquece os materiais de eletrodo a uma temperatura suficientemente alta para colocar os materiais de eletrodo em um estado fluido. A fim de impedir ou reverter um evento de fuga térmica, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 resfria pelo menos um dos materiais de eletrodo fluido. Em algumas situações, o sistema 101 pode resfriar o material de eletrodo a uma temperatura suficientemente baixa para congelar o material de eletrodo. Em uma implementação como essa, portanto, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 resfria pelo menos um dos materiais de eletrodo abaixo do ponto de fusão do material de eletrodo para colocar o material de eletrodo no estado sólido. Embora ambos os eletrodos estejam no estado fluido durante operação nos exemplos discutidos aqui, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 pode ser usado com baterias térmicas que incluem apenas um único eletrodo líquido na temperatura operacional. Para o exemplo da figura 2, o material de eletrodo 202 inclui todo o material de eletrodo fluido na bateria e, portanto, inclui os dois eletrodos fluidos na câmara de reação e qualquer outro material de eletrodo em qualquer dentre as bombas, reservatórios e canais que possam estar na bateria. Como aqui discutido, o material de eletrodo fluido que é resfriado pode ser em qualquer lugar na bateria. Embora a figura 2 mostre o material de eletrodo como um único bloco, o material de eletrodo pode incluir múltiplos materiais (por exemplo, material de eletrodo positivo e material de eletrodo negativo) bem como porções discretas e separadas de materiais de eletrodo. Em algumas situações, entretanto, o material de eletrodo 202 que é resfriado pode incluir apenas parte do material de eletrodo total contido na bateria. Dessa forma, o bloco de eletrodo fluido mostrado na figura 2 pode representar uma única porção de material em uma única localização, múltiplas porções de material distribuídas em diferentes localizações, ou todo o material de eletrodo em uma única localização na bateria dependendo da implementação particular. Embora o sistema de aquecimento 118 esteja mostrado em um lado o bloco representando o material de eletrodo fluido 202, o sistema de aquecimento 118 pode ser posicionado em qualquer das inúmeras posições relativas para o material(is) de eletrodo fluido(s) na bateria.

[0031] Para os exemplos aqui, o sistema de prevenção de fuga térmica 101 inclui um elemento de transferência de calor 204 que é termicamente acoplado ao material de eletrodo 202 através de uma interface termicamente condutora 206. Em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é direcionado para o elemento de transferência de calor 204 para facilitar a transferência de calor do material de eletrodo fluido 202 ao fluido de transferência de calor de resfriamento 208 para resfriar o material de eletrodo 202. O elemento de transferência de calor 204 pode ter qualquer de inúmeras configurações ou estruturas. Em algumas situações, o elemento de transferência de calor 204 fica em contato com um componente termicamente condutor que é também termicamente condutor com o material de eletrodo fluido 202. O elemento de transferência de calor 204, portanto, pode ser posicionado próximo a uma parede da câmara que aloja o material de eletrodo 202, por exemplo. Em algumas situações, o elemento de transferência de calor 204 pode ser posicionado no material de eletrodo 202. O elemento de transferência de calor 204 pode incluir condutos de troca de calor embutidos no material de eletrodo 202, por exemplo. O elemento de transferência de calor 204 pode servir a outros propósitos além das funções relacionadas a transferência de calor do material de eletrodo fluido. Em um exemplo, o elemento de transferência de calor 204 é a parede do alojamento (recipiente) que contém o material de eletrodo fluido 202 onde o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é injetado em um espaço próximo à parede do recipiente em resposta ao desencadeamento de fuga térmica. Portanto, o sistema de atenuação de fuga térmica 101 direciona fluido de transferência de calor de resfriamento 208 para uma área na bateria 100 que permite que o fluido de transferência de calor de resfriamento seja termicamente condutor com pelo menos um dos materiais de eletrodo fluido.

[0032] Para os exemplos aqui, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é mantido em um reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento 210 durante operação normal da bateria. Quando o desencadeamento de fuga térmica é detectado, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é direcionado do reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento 210 para o elemento de transferência de calor 204. Para o exemplo da figura 2, um controlador 212 monitora um ou mais parâmetros para determinar se ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica. Em resposta à determinação de que o desencadeamento ocorreu, o controlador 212 faz com que um mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento 214 entregue o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 ao elemento de transferência de calor 204. Para os exemplos aqui, o controlador 212 também desliga o sistema de aquecimento 118. Em algumas situações, o controlador 212 pode também desconectar a bateria ou senão desabilitar a bateria de prover potência. Por exemplo, o controlador 212 pode abrir disjuntores ou interruptores de circuito em resposta à detecção do desencadeamento de fuga térmica. O controlador 112 é qualquer controlador, processador, circuito elétrico, circuito lógico, circuito de processamento, ou arranjo de processador que gerencia as funções descritas aqui, bem como facilita a funcionalidade geral do sistema de atenuação de fuga térmica 101. Em algumas situações, o controlador 212 também gerencia funções de outros componentes térmicos da bateria.

[0033] Um exemplo de uma técnica adequada para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento inclui o uso de uma ou mais bombas para bombear o fluido de transferência de calor de resfriamento. Em algumas situações, o fluido de transferência de calor de resfriamento é direcionado para o elemento de transferência de calor 204 usando gravidade. Por exemplo, o reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento pode ser posicionado acima do elemento de transferência de calor de maneira tal que uma válvula possa ser aberta para permitir que o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 escoe para o elemento de transferência de calor 204. Portanto, o mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento 214 inclui qualquer elemento, dispositivo ou sistema que fornece o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 ao elemento de transferência de calor para resfriar o material de eletrodo fluido 202. Em algumas situações, o controlador 212 pode ser omitido ou integrado com o mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento 214. Em um exemplo de uma situação como essa, o sistema de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento 214 inclui uma válvula termostática que abre quando um limiar temperatura é atingido para permitir que o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 escoe para o elemento de transferência de calor 204.

[0034] O controlador 212 avalia pelo menos um parâmetro 216 para determinar se ocorreu um desencadeamento de fuga térmica. O desencadeamento de fuga térmica, entretanto, pode ser baseado em qualquer número de fatores, parâmetros e critérios. Como aqui discutido, um ou mais parâmetros podem ser parâmetros medidos e/ou calculados e podem ser parâmetros operacionais da bateria 218 relacionados à operação da bateria, bem como parâmetros ambientais 220. Alguns exemplos de parâmetros operacionais da bateria 218 que podem ser monitorados incluem temperatura, tensão, corrente, umidade, pressão, saída de potência, orientação em relação à terra, bem como mudanças nesses parâmetros com o tempo ou através de porções da bateria. Parâmetros operacionais da bateria, portanto, podem incluir valores providos por um ou mais sensores 222 conectados, ou senão em proximidade, a componentes de bateria. Os sensores 222 podem incluir dispositivos tais como voltímetros, medidores de corrente, sensores de quantidade de água, sensores de umidade, sensores de pressão, termopares, giroscópios e acelerômetros.

[0035] Como aqui discutido, parâmetros ambientais 220 podem incluir temperaturas externas e níveis de umidade, desaceleração/aceleração da bateria, orientação da bateria em relação à terra, e parâmetros externos providos por outros sistemas associados à bateria tais como sistemas de veículo de um veículo contendo a bateria. Um sistema de veículo, por exemplo, pode prover parâmetros relacionados a detecção de acidente e desaceleração rápida do veículo. Critérios são aplicados a qualquer combinação e número de parâmetros medidos e/ou qualquer número de valores calculados para determinar se ocorreu um evento de desencadeamento de fuga térmica. Os critérios podem ser aplicados de maneira tal que múltiplos desencadeamentos de fuga térmica possam ser identificados a partir de um parâmetro individual ou combinação de parâmetros. Por exemplo, um primeiro desencadeamento de fuga térmica pode ser baseado apenas em uma temperatura de um material de eletrodo fluido e o segundo desencadeamento de fuga térmica pode ser baseado em uma combinação de parâmetros tais como um aumento repentino na temperatura e um parâmetro de umidade excedendo um limiar de umidade. Alguns parâmetros podem se aplicar a mais que um desencadeamento. Por exemplo, um desencadeamento pode ser satisfeito pela temperatura de um material de eletrodo excedendo um limiar máximo e um segundo desencadeamento pode ser satisfeito pela temperatura do material de eletrodo excedendo um outro limiar quando uma corrente através da bateria excede um limiar de corrente. Em um outro exemplo, um desencadeamento pode ser satisfeito pela tensão através de uma célula caindo abaixo de um limiar que indicaria uma ruptura no eletrólito sólido. Os critérios de desencadeamento, portanto, podem ser baseados em qualquer combinação e número de parâmetros incluindo parâmetros operacionais da bateria e parâmetros externos.

[0036] O fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é qualquer material que pode ser mantido em um estado fluido e pode ser entregue ao elemento de transferência de calor 204. Em algumas situações, o fluido de transferência de calor de resfriamento pode ser mantido na temperatura ambiente. Em outras situações, entretanto, o fluido de transferência de calor de resfriamento é resfriado abaixo da temperatura ambiente. Por exemplo, alguns fluidos de transferência de calor de silício podem ser resfriados a -40OC e ainda permanecer em um estado líquido, tal como fluido de transferência de calor de silício SYLTHERM™ fabricado pela The Dow® Chemical Company. Em uma situação como essa, o reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento 210 tem elementos de resfriamento que podem incluir elementos que são parte de um sistema de refrigeração que circula fluido de arrefecimento através de um evaporador e condensador. Em outras situações, termopares reversos podem prover os elementos de resfriamento. A seleção do fluido de transferência de calor de resfriamento é tipicamente baseada pelo menos em propriedades termodinâmicas e estabilidade química com outros componentes de bateria. Materiais que são reativos com qualquer dos materiais de eletrodo fluido são tipicamente alternativas menos desejáveis em virtude da possibilidade de mistura dos materiais no evento de uma fenda na bateria. Por exemplo, fluidos de resfriamento de transferência de calor contendo água podem ser evitados em baterias tendo um eletrodo incluindo lítio fluido uma vez que lítio fundido e água são altamente reativos.

[0037] Em algumas situações onde o reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento 210 é parte de, ou conectado a, um sistema de refrigeração, o fluido de transferência de calor de resfriamento pode ser retornado para o reservatório 210 após passar pelo elemento de transferência de calor 204. Um condutor de retorno de fluido de transferência de calor 224 é ilustrado com uma linha tracejada na figura 2 para indicar que um trajeto de retorno como esse é opcional. Um sistema de refrigeração que resfria o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 pode incluir um fluido de arrefecimento que é ciclado através de um compressor, evaporador e condensador de acordo com técnicas conhecidas.

[0038] O sistema de atenuação de fuga térmica 101 pode ter qualquer de inúmeras estruturas e configurações que podem depender da estrutura da bateria bem como outras considerações de projeto. Exemplos de duas configurações de bateria adequadas incluem uma estrutura tubular e uma estrutura planar. Uma estrutura tubular de uma câmara de reação de bateria tipicamente inclui cilindros concêntricos dos eletrodos fluidos separados por um eletrólito sólido cilíndrico. Uma bateria tendo uma câmara de reação com uma estrutura planar tipicamente inclui seções planares dos eletrodos fluidos separadas por um eletrólito sólido planar. Como discutido a seguir, sistemas de atenuação de fuga térmicas 101 tendo fluido de transferência de calor em bobinas de resfriamento podem ser usados tanto com estrutura planar quanto tubular das baterias.

[0039] A figura 3A, figura 3B e figura 3C são ilustrações de diferentes vistas de um exemplo de uma bateria 300 com uma estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor 204 compreende uma bobina de resfriamento 302. As ilustrações na figura 3A, figura 3B e figura 3C representam os princípios gerais do exemplo, não estão necessariamente em escala, e não representam necessariamente formatos específicos, dimensões relativas, distâncias, ou outros detalhes estruturais dos componentes representados. A bateria 300 é um exemplo da bateria 100 onde a câmara de reação 102 é uma câmara de reação tubular 304 dentro de um alojamento de bateria 306. Para efeitos de clareza, o sistema de aquecimento não está mostrado na figura 3A, figura 3B e figura 3C. O sistema de aquecimento 118 pode incluir uma bobina de aquecimento elétrico que é envolta e em contato com o alojamento de bateria 306 em algumas situações. Em um exemplo discutido a seguir com referência à figura 4, o sistema de aquecimento 118 inclui uma bobina de aquecimento posicionada próxima à bobina de resfriamento 302 onde um fluido de transferência de calor de aquecimento é escoado através da bobina de aquecimento.

[0040] A figura 3A é uma ilustração de uma vista lateral, a figura 3B é uma ilustração de uma vista frontal seccional transversal feita ao longo da linha A-A na figura 3A e a figura 3C é uma ilustração de uma vista lateral seccional transversal feita ao longo de B-B na figura 3B do exemplo. A bobina de resfriamento 302 é qualquer sistema de tubos, canos, condutos, ou outros mecanismos similares que podem conter o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 e facilita o resfriamento do material de eletrodo fluido. Para o exemplo da figura 3A, figura 3B e figura 3C, um único tubo de resfriamento é bobinado em torno do alojamento de bateria 306 da câmara de reação de bateria 304 e é termicamente condutor com o alojamento 306. Em algumas situações, múltiplas bobinas de resfriamento podem ser usadas. Para o exemplo, um alojamento externo 308 circunda a bateria 300 e a bobina de resfriamento 302 e um vácuo 310 é formado entre o alojamento externo e o alojamento de bateria 306. Para efeitos de clareza, a bobina de resfriamento 302 nas figuras é mostrada com um espaçamento entre as espiras da bobina de resfriamento 302. Em muitas situações, as espiras da bobina de resfriamento 302 são posicionadas adjacentes umas às outras eliminando o espaço entre as espiras. Outros espaçamentos podem ser usados e não necessariamente podem ser uniformes entre todas as espiras. O alojamento externo 308 é representado com uma linha pontilhada na figura 3A para indicar que a vista está mostrando o alojamento externo como transparente. O vácuo 310 provê uma camisa termicamente isolante em torno da bateria 300 que reduz a perda de calor da bateria 300 durante operação. A bobina de resfriamento 302, portanto, é posicionada no vácuo 310 entre o alojamento externo 308 e o alojamento de bateria 306 e não fica em contato físico com o alojamento externo 308. Em algumas situações, a bobina de resfriamento 302 pode tocar o alojamento externo 308. Em ainda outras situações, um ou mais alojamentos adicionais podem ser usados para formar camisas isolantes adicionais em torno da bateria 300 e/ou outros componentes associados à bateria 300. A bobina de resfriamento 302 inclui uma entrada 312 e uma saída 314 que se estende além e através do alojamento externo 308 e conecta aos outros componentes do sistema de atenuação de fuga térmica 101. Os coletores de corrente 120, 122 são cada qual conectados a uma conexão terminal 316, 318 que se estende através dos alojamentos 306, 308.

[0041] Durante operação, fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado, escoado, ou senão direcionado através da entrada 312 da bobina de resfriamento 302, através da bobina de resfriamento 302 e para fora através da saída 314. Como aqui discutido, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado na bobina de resfriamento 302 em resposta ao desencadeamento de fuga térmica. O calor da câmara de reação de bateria 304 é conduzido através do alojamento de bateria 306, através da parede da bobina de resfriamento 302, e para o fluido de transferência de calor de resfriamento 208.

[0042] Em um exemplo, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é circulado através da bobina de resfriamento em resposta ao desencadeamento até que o material de eletrodo 202 tenha sido suficientemente resfriado. Em um exemplo como esse, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado através da bobina de resfriamento 302, retornado para um mecanismo de resfriamento (não mostrado) e novamente bombeado através da entrada da bobina de resfriamento 302. O fluido de transferência de calor de resfriamento 208 pode ser resfriado à temperatura ambiente ou a uma temperatura abaixo da temperatura ambiente. Um trocador de calor exposto a uma temperatura ambiente pode ser usado para resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208.

[0043] Em um outro exemplo, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é impulsionado até a bobina de resfriamento 302 sem continuamente circular e resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208. Uma técnica como essa pode ser apropriada onde a capacidade térmica, temperatura e volume do fluido de transferência de calor de resfriamento 208 são suficientes para resfriar a câmara de reação de bateria 304 a uma temperatura segura sem ré-resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 após ele ter absorvido o calor da bateria 300. Em uma situação como essa, a bobina de resfriamento 302 próxima à bateria pode estar vazia ou pode incluir um fluido antes de o fluido de transferência de calor de resfriamento ser injetado. Onde a bobina de resfriamento 302 contém um fluido, o fluido é bombeado para fora através da saída 314 à medida que o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado na bobina de resfriamento 302 através da entrada 312. Onde a bobina de resfriamento 302 está vazia antes do desencadeamento, um vácuo pode ser formado dentro da bobina de resfriamento 302 de maneira tal que, quando o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é liberado na bobina de resfriamento 302 em resposta ao desencadeamento, o vácuo na bobina succiona o fluido de transferência de calor de resfriamento para dentro da bobina de resfriamento 302.

[0044] Como aqui discutido, a estrutura tubular tipicamente inclui seções cilíndricas concêntricas de materiais de eletrodo fluido e eletrólito sólido. Para os exemplos da figura 3A, figura 3B e figura 3C, o eletrodo negativo fluido 104 forma a porção cilíndrica mais externa da câmara de reação tubular 304. Dessa forma, o eletrodo negativo fluido 104 fica mais próximo ao alojamento de bateria 306 e o eletrodo positivo fluido 106 fica mais próximo ao centro da estrutura cilíndrica. Um arranjo como esse pode ser favorecido onde o resfriamento do material de eletrodo negativo antes do material de eletrodo positivo é preferido.

[0045] A figura 4 é uma vista lateral da bateria 300 com uma estrutura tubular onde o elemento de transferência de calor 204 compreende uma bobina de resfriamento 302 e o sistema de aquecimento 118 compreende uma bobina de aquecimento 402. A bobina de resfriamento 302 é mostrada com enchimento branco cheio e a bobina de aquecimento 402 é mostrada com um enchimento preto cheio na figura 4. A bobina de resfriamento 302 e bateria 300 opera como aqui discutido. O fluido de transferência de calor de aquecimento é escoado através da bobina de aquecimento 402 para aquecer a bateria 300 à temperatura operacional da bateria 300. A bobina de aquecimento 402 é uma bobina tubular, tubo, cano, conduto, ou outro mecanismo similar que é envolto no alojamento de bateria 306 e facilita a transferência de calor do fluido de transferência de calor de aquecimento, através da parede da bobina de aquecimento 402, através do alojamento de bateria 306 e para a câmara de reação 304. Para o exemplo da figura 4, as espiras da bobina de aquecimento 402 são posicionadas entre as espiras da bobina de resfriamento 302. Outros arranjos podem ser usados em algumas circunstâncias.

[0046] Durante operação, um aquecedor (não mostrado) aquece o fluido de transferência de calor de aquecimento 403 a uma temperatura suficientemente alta. O fluido de transferência de calor de aquecimento é então bombeado, ou senão escoado, através de uma entrada da bobina de aquecimento 404 da bobina de aquecimento e através das espiras da bobina de aquecimento 402. O fluido de transferência de calor de aquecimento 403 sai pela saída da bobina de aquecimento 406 e é redirecionado para o aquecedor. Para o exemplo da figura 4, os canais usados para transferir o fluido de transferência de calor de aquecimento para e a partir da bobina de aquecimento 402 são os mesmos da bobina de aquecimento 402. Em outras palavras, a bobina de aquecimento é estendida através do alojamento até o aquecedor. Em algumas situações, outros tipos de canais podem ser usados. Os canais ou condutos podem ser isolados para reduzir a perda de calor. Um exemplo de isolamento adequado inclui uma camisa a vácuo adicional. Transferência de calor ocorre do fluido de transferência de calor de aquecimento 403, através do material da bobina de aquecimento 402, através do alojamento de bateria 306 para os materiais da câmara de reação com o alojamento 306. Técnicas podem ser usadas para melhorar a transferência de calor através da interface entre a bobina de aquecimento 402 e a superfície do alojamento 306. Por exemplo, a bobina de aquecimento 402 pode ter uma seção transversal retangular de maneira tal que a área superficial da bobina de aquecimento 402 que fica em contato com a superfície do alojamento seja aumentada. Portanto, uma bobina de aquecimento “nivelada” como essa tem mais contato com o alojamento 306. Um outro exemplo de uma técnica para aumentar a transferência de calor através da interface inclui o uso de uma superfície corrugada no alojamento 306, bobina de aquecimento 402, ou ambos. Em ainda um outro exemplo, o interior da bobina de aquecimento pode ser configurado para ter elementos que se salientam ao interior do fluido de transferência de calor aumentando a área superficial em contato entre o fluido de transferência de calor e a bobina de aquecimento 402. Uma técnica similar pode também ser usada com a parede do o alojamento 306 para aumentar o contato da área superficial entre o alojamento e a materiais da câmara de reação.

[0047] Em algumas situações, múltiplas bobinas de aquecimento podem ser usadas para aquecer mais uniformemente a câmara de reação 102. Por exemplo, uma primeira bobina de aquecimento tendo um fluxo de fluido de transferência de calor em uma direção (por exemplo, esquerda para direita na figura 4) pode ser entrelaçada com uma segunda bobina de aquecimento tendo um fluxo de fluido de transferência de calor na direção oposta (por exemplo, direita para esquerda na figura 4).

[0048] Durante operação da bateria, portanto, a bobina de aquecimento 402 aquece a câmara de reação à temperatura operacional. O controlador 212 monitora parâmetros 216 e aplica critérios de desencadeamento para determinar se ocorreu um desencadeamento de fuga térmica. Em resposta à determinação de que ocorreu um desencadeamento, o controlador 212 desabilita ou senão faz com que a bobina de aquecimento cesse o aquecimento da câmara de reação de bateria 304 e faz com que a bobina de resfriamento 302 resfrie a câmara de reação de bateria 304. Para os exemplos aqui, a bobina de resfriamento é separada da bobina de aquecimento 402. Em algumas situações, entretanto, a mesma bobina pode ser usada para aquecer e resfriar a bateria 300. Por exemplo, fluido de transferência de calor aquecido pode ser escoado através da bobina durante operação para aquecer a bateria e, em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, o fluido de transferência de calor aquecido pode ser substituído com fluido de transferência de calor de resfriamento. Um exemplo de uma técnica adequada para gerenciar os fluidos de transferência de calor de tais sistemas inclui o uso de válvulas e as bombas para desviar o fluido de transferência de calor apropriado através da bobina.

[0049] A figura 5A é uma ilustração de vista em perspectiva de um exemplo de uma estrutura tubular planar de bateria térmica planar 500 onde o elemento de transferência de calor 204 compreende uma bobina de resfriamento 502. A figura 5B é uma ilustração de uma vista frontal seccional transversal da bateria 500. A bateria 500 é um exemplo da bateria 100 onde a câmara de reação 102 é uma câmara de reação planar 504 dentro de um alojamento de bateria 506. A estrutura planar da câmara de reação 504 tipicamente inclui um eletrodo positivo fluido planar 106 e um eletrodo negativo fluido planar 104 que são separados por um eletrólito sólido planar 108. Os componentes são contidos no alojamento de bateria vedado 506. Para efeitos de clareza, o sistema de aquecimento 118 não está mostrado na figura 5A e figura 5B. O sistema de aquecimento 118 pode incluir uma bobina de aquecimento elétrico que é envolta e em contato com o alojamento de bateria 506 em algumas situações. Em um exemplo discutido a seguir com referência à figura 6, o sistema de aquecimento inclui uma bobina de aquecimento posicionada próxima à bobina de resfriamento 502 onde um fluido de transferência de calor de aquecimento é escoado através da bobina de aquecimento.

[0050] A bobina de resfriamento 502 é qualquer sistema de tubos, canos, condutos, ou outros mecanismos similares que podem conter o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 e facilitar o resfriamento do material de eletrodo fluido. Para o exemplo da figura 5A, figura 5B, um único tubo de resfriamento é bobinado em torno do alojamento de bateria 506 da câmara de reação de bateria 504 e é termicamente condutor com o alojamento 506. Em algumas situações, múltiplas bobinas de resfriamento podem ser usadas. Para o exemplo, um alojamento externo 508 envolve a bateria 500 e a bobina de resfriamento 502 e um vácuo 510 é formado entre o alojamento externo 508 e o alojamento de bateria 506. Para efeitos de clareza, a bobina de resfriamento 502 nas figuras é mostrada com um espaçamento entre as espiras da bobina de resfriamento 502. Em muitas situações, as espiras da bobina de resfriamento 502 são posicionadas adjacentes umas às outras eliminando o espaço entre as espiras. Outro espaçamento pode ser usado e pode não necessariamente ser uniforme. O alojamento externo 508 é representado com uma linha pontilhada na figura 5A para indicar que a vista está mostrando o alojamento externo 508 como transparente. O vácuo 510 provê uma camisa termicamente isolante em torno da bateria 300 que reduz a perda de calor pela bateria 500 durante operação. A bobina de resfriamento 502, portanto, é posicionada no vácuo 510 entre o alojamento externo 508 e o alojamento de bateria 506. Em algumas situações, um ou mais alojamentos adicionais podem ser usados para formar camisas isolantes adicionais em torno da bateria 500 e/ou outros componentes associados à bateria 500. A bobina de resfriamento 502 inclui uma entrada 512 e uma saída 514 que se estende através do alojamento externo 508 e conecta aos outros componentes do sistema de atenuação de fuga térmica 101. Os coletores de corrente 120, 122 são cada qual conectados a uma conexão terminal 516, 518 que se estende através dos alojamentos 506, 508.

[0051] Para o exemplo discutido com referência à figura 5A e figura 5B, o alojamento de bateria 504 e o alojamento externo 508 têm formatos que são no geral prismas retangulares com quinas redondas. Outros formatos podem ser usados em algumas circunstâncias. Por exemplo, o alojamento externo 508 pode ser cilíndrico em algumas situações.

[0052] Durante operação, fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado, escoado, ou senão direcionado através da entrada 512 da bobina de resfriamento 502, através da bobina de resfriamento 502 e para fora através da saída 514. Como aqui discutido, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado na bobina de resfriamento 502 em resposta ao desencadeamento de fuga térmica. O calor da câmara de reação de bateria 504 é conduzido através do alojamento de bateria 506, através da parede da bobina de resfriamento 502 e para o fluido de transferência de calor de resfriamento 208.

[0053] Em um exemplo, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é circulado através da bobina de resfriamento em resposta ao desencadeamento de fuga térmica até que o material de eletrodo tenha sido suficientemente resfriado. Em um exemplo como esse, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado através da bobina de resfriamento 502, retornado para um mecanismo de resfriamento (não mostrado) e novamente bombeado através da entrada da bobina de resfriamento 502. O fluido de transferência de calor de resfriamento 208 pode ser resfriado à temperatura ambiente ou a uma temperatura abaixo da temperatura ambiente. Um trocador de calor pode ser usado para resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208.

[0054] Em um outro exemplo, o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é impulsionado até a bobina de resfriamento 502 sem continuamente circular e resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208. Uma técnica como essa pode ser apropriada onde a capacidade térmica, temperatura e volume do fluido de transferência de calor de resfriamento são suficientes para resfriar a câmara de reação de bateria 504 a uma temperatura segura sem ré-resfriar o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 após ele ter absorvido o calor da bateria 500. Em uma situação como essa, a bobina de resfriamento 502 próxima à bateria pode estar vazia ou pode incluir um fluido. Onde a bobina de resfriamento 502 contém um fluido, o fluido é bombeado para fora através da saída 514 à medida que o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é bombeado na bobina de resfriamento 502 através da entrada 512. Onde a bobina de resfriamento 502 está vazia antes do desencadeamento, um vácuo pode ser formado dentro da bobina de resfriamento 502 de maneira tal que, quando o fluido de transferência de calor de resfriamento 208 é liberado na bobina de resfriamento 502 em resposta ao desencadeamento de fuga térmica, o vácuo na bobina succiona o fluido de transferência de calor de resfriamento para dentro da bobina de resfriamento 502. Como aqui discutido com referência à figura 2, um reservatório de fluido de transferência de calor de resfriamento 210 pode ser usado para armazenar o fluido de transferência de calor de resfriamento até que seja injetado na bobina de resfriamento 502.

[0055] A estrutura planar da câmara de reação 504 tipicamente inclui dois eletrodos positivos fluidos planares e um eletrodo negativo fluido planar que são separados por um eletrólito sólido planar. Para os exemplos da figura 5A e figura 5C, o eletrodo negativo fluido 104 forma a porção superior da câmara de reação planar 504 e o eletrodo positivo fluido 106 forma a porção inferior da câmara de reação planar 504. Os dois eletrodos podem ser invertidos em algumas situações. Também, a bateria 500 pode ser rotacionada de maneira tal que ambos os eletrodos planares se estendam verticalmente em relação à terra durante operação.

[0056] A figura 6 é uma ilustração de uma vista em perspectiva da bateria 500 com uma estrutura planar onde o elemento de transferência de calor 204 compreende uma bobina de resfriamento 502 e o sistema de aquecimento 118 compreende uma bobina de aquecimento 602. A bobina de resfriamento 502 é mostrada com enchimento em branco cheio e a bobina de aquecimento 602 é mostrada com um enchimento em preto cheio na figura 6. A bobina de resfriamento 502 e bateria 500 operam como aqui discutido. O fluido de transferência de calor de aquecimento é escoado através da bobina de aquecimento 602 para aquecer a bateria 500 à temperatura operacional da bateria 500. A bobina de aquecimento 602 é bobina tubular, tubo, cano ou outro mecanismo similar que é envolto no alojamento de bateria 506 e facilita a transferência de calor do fluido de transferência de calor de aquecimento, através da parede da bobina de aquecimento 602, através do alojamento de bateria 506 e para a câmara de reação 504. Para o exemplo da figura 6, as espiras da bobina de aquecimento 602 são posicionadas entre as espiras da bobina de resfriamento 502. Outros arranjos podem ser usados em algumas circunstâncias.

[0057] Durante operação, um aquecedor (não mostrado) aquece o fluido de transferência de calor de aquecimento a uma temperatura suficientemente alta. O fluido de transferência de calor de aquecimento é então bombeado, ou senão escoado, através de uma entrada da bobina de aquecimento 604 da bobina de aquecimento e através das espiras da bobina de aquecimento 602. O fluido de transferência de calor de aquecimento sai pela saída da bobina de aquecimento 606 e é redirecionado para o aquecedor. Para o exemplo da figura 6, os canais usados para transportar o fluido de transferência de calor de aquecimento para e a partir da bobina de aquecimento 602 são os mesmos da bobina de aquecimento 602. Em outras palavras, a bobina de aquecimento é estendida através do alojamento para o aquecedor. Em algumas situações, outros tipos de canais podem ser usados. Como aqui discutido, o isolamento pode ser útil para minimizar a perda de calor e técnicas podem ser usadas para aumentar a transferência de calor em algumas situações.

[0058] Durante operação da bateria, portanto, a bobina de aquecimento 602 aquece a câmara de reação à temperatura operacional. O controlador monitora parâmetros 216 e aplica critérios de desencadeamento para determinar se ocorreu um desencadeamento de fuga térmica. Em resposta à determinação de que ocorreu um desencadeamento, o controlador 212 desabilita ou senão faz com que a bobina de aquecimento cesse o aquecimento da câmara de reação de bateria 504 e faz com que a bobina de resfriamento 502 resfrie a câmara de reação de bateria 504. Para os exemplos aqui, a bobina de resfriamento é separada da bobina de aquecimento 602. Em algumas situações, entretanto, a mesma bobina pode ser usada para aquecer e resfriar a bateria 500. Por exemplo, fluido de transferência de calor aquecido pode ser escoado através da bobina durante operação para aquecer a bateria e, em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, o fluido de transferência de calor aquecido pode ser substituído com fluido de transferência de calor de resfriamento. Um exemplo de uma técnica adequada de gerenciar os fluidos de transferência de calor de tais sistemas inclui o uso de válvulas e as bombas para desviar o fluido de transferência de calor apropriado através da bobina.

[0059] Embora as descrições com referência à figura 3A, figura 3B, figura 3C, figura 4, figura 5A, figura 5B e figura 6 sejam direcionadas para resfriamento da câmara de reação de bateria, a técnica pode ser aplicada a outras porções de baterias térmicas incluindo bombas, válvulas, encanamento, e reservatórios para gerenciar o material de eletrodo.

[0060] A figura 7 é uma ilustração de um sistema de bateria de alta temperatura 700 incluindo um sistema de atenuação de fuga térmica 101 para um exemplo onde uma porção de pelo menos um material de eletrodo é mantida em um reservatório de material de eletrodo 702. A ilustração na figura 7 representa os princípios gerais do exemplo e não necessariamente representa formatos específicos, dimensões relativas, distâncias, ou outros detalhes estruturais dos componentes representados. Em algumas circunstâncias, as estruturas de dois ou mais blocos podem ser implementadas em um único componente ou estrutura. Além do mais, funções descritas como realizadas em um único bloco da figura 7 podem ser implementadas em estruturas separadas. No geral, para o exemplo da figura 7, uma porção do material de eletrodo é mantida em um reservatório separado da câmara de reação e um mecanismo de distribuição de material de eletrodo move o material de eletrodo fluido para a câmara de reação da maneira necessária. Para o exemplo, uma porção do material de eletrodo negativo na bateria é mantida em um reservatório 702 em um estado sólido. O material de eletrodo negativo no reservatório é aquecido e direcionado para a câmara de reação 102 quando necessário. Um mecanismo de distribuição de material de eletrodo move o material de eletrodo fluido para a câmara de reação da maneira necessária. Uma técnica como essa é discutida em detalhe no Pedido de Patente Norte-Americana Número de Série 15/982.497, intitulado “DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR MOLTEN FLUID ELECTRODE APPARATUS MANAGEMENT”, Arquivo do Procurador Número VBC006, depositado em 17 de maio de 2018 e incorporado por referência em sua íntegra aqui. Para o exemplo da figura 7, a câmara de reação, mecanismo de distribuição de material de eletrodo, e o reservatório de material de eletrodo são cada qual contidos em um alojamento separado e podem ser independentemente aquecidos e resfriados. Embora os alojamentos, bobinas de resfriamento, e bobinas de aquecimento para cada um dos componentes sejam representados com diagramas similares de tamanho similar na figura 7, os alojamentos podem ser de diferentes geometrias, dimensões e configurações. As configurações, tamanhos e mecanismos podem ser usados para os sistemas de aquecimento e resfriamentos. Embora o exemplo da figura 7 discuta seletivamente o aquecimento de uma porção de um único eletrodo (isto é, o eletrodo negativo fluido), as técnicas discutidas com referência à figura 7 podem ser aplicadas para aquecer seletivamente ambos os materiais de eletrodo. Além do mais, mais que um reservatório para cada material de eletrodo fluido pode ser usado para limitar adicionalmente a quantidade total de material de eletrodo no estado fluido.

[0061] Para o exemplo da figura 7, a câmara de reação 102 é mantida em um alojamento de bateria 306 onde uma bobina de resfriamento 302 e uma bobina de aquecimento 402 são envoltas no alojamento de bateria 306 e posicionadas em um vácuo 310 entre o alojamento de bateria 306 e alojamento externo 308. A operação de uma câmara de reação como essa com um arranjo de bobina de resfriamento é discutida aqui.

[0062] Um alojamento do reservatório de eletrodo 704 forma um recipiente para conter material de eletrodo negativo separadamente dos materiais de eletrodo na câmara de reação 102. Uma bobina de resfriamento 706 e bobina de aquecimento 708 são envoltas no alojamento do reservatório de eletrodo 704 e posicionadas em um vácuo entre o alojamento do reservatório de eletrodo 704 e um alojamento externo 710.

[0063] Um sistema de fornecimento de material de eletrodo 712 inclui componentes, tais como as bombas e as válvulas, para controlar o fluxo de material de eletrodo fluido entre o reservatório de material de eletrodo 702 e a câmara de reação 102. O sistema de fornecimento de material de eletrodo 712 é contido em um alojamento do sistema de fornecimento de material de eletrodo 714. Uma bobina de resfriamento 716 e bobina de aquecimento 718 são envoltas no alojamento de fornecimento de material de eletrodo 714 e posicionadas em um vácuo entre o alojamento de fornecimento de material de eletrodo 714 e um alojamento externo 720. Portanto, a configuração e operação dos alojamentos 704, 714, alojamentos externos 710, 720, das bobinas de aquecimento 708, 718 e bobinas de resfriamento 706, 716 são de acordo com as técnicas aqui discutidas com referência à câmara de reação.

[0064] Um mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de aquecimento 722 controla o fluxo de fluido de transferência de calor entre um aquecedor 724 e as bobinas de aquecimento 402, 708, 718. O mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de aquecimento 722 pode incluir qualquer número de bombas e as válvulas onde os componentes podem ser manipulados e ajustados para direcionar fluido de transferência de calor aquecido pelo aquecedor 724 para qualquer ou todas as bobinas de aquecimento 402, 708, 718. O mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de aquecimento 722 pode também restringir o fluxo para qualquer ou todas as bobinas de aquecimento 402, 708, 718. O aquecedor 724 e o mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de aquecimento 722 são responsivos aos sinais de controle de um controlador 726.

[0065] O controlador 726 é qualquer controlador, processador, arranjo de processador, conjunto de sistema eletrônico, circuito ou outra combinação de componentes que podem controlar os componentes de bateria para realizar as funções descritas aqui e facilitar a operação geral do sistema de bateria 700. O controlador 726 pode avaliar entradas dos sensores e outro equipamento para gerenciar a operação do sistema de bateria 700 incluindo o sistema de aquecimento, o sistema de atenuação de fuga térmica 101 e o sistema de fornecimento de material de eletrodo 712.

[0066] Exceto por uma porção do sistema de atenuação de fuga térmica 101, todos os componentes do sistema de bateria 700 são contidos em um alojamento do sistema 728 no exemplo. Um exemplo de um alojamento do sistema adequado 728 inclui um tanque ou casco cilíndrico vedado tendo um interior a vácuo 730. O vácuo 730 reduz a condução de calor entre componentes e melhora o isolamento dos componentes. Embora o controlador 726 possa ser posicionado e/ou distribuído em qualquer lugar no sistema de bateria 700, um exemplo de uma localização adequada inclui o interior da parede do alojamento do sistema 728. Um arranjo como esse provê proteção do ambiente externo ainda minimizando a transferência de calor de outros componentes.

[0067] Durante operação, o sistema de aquecimento 118 mantém a câmara de reação na temperatura operacional apropriada direcionando o fluido de transferência de calor do aquecedor através da bobina de aquecimento 402. Quando uma carga é colocada na bateria 700, o controlador 726 monitora um ou mais fatores ou parâmetros e determina quando o material de eletrodo no reservatório deve ser mantido no estado fluido e preparado para ser suprido à câmara de reação 102. O material de eletrodo fluido é direcionado do reservatório 704 para a câmara de reação 102 pelo sistema de fornecimento de material de eletrodo 712 em resposta a sinais de controle do controlador 726. Durante um ciclo de carregamento da bateria, o material de eletrodo é bombeado de volta para o reservatório 704. Em um exemplo, o material de eletrodo negativo fluido é direcionado de volta para o reservatório durante o ciclo de carregamento e o material de eletrodo positivo fluido é continuamente bombeado através um laço fechado de um reservatório positivo para a região de eletrodo positivo e de volta para o reservatório. Um arranjo como esse pode ser adequado em uma bateria térmica de lítio enxofre onde os íons de lítio deslocam da região de eletrodo negativo, através do eletrólito sólido e para a região de eletrodo positivo durante descarga e na direção oposta durante carregamento. O material de eletrodo de lítio é bombeado do reservatório para a região de eletrodo negativo durante descarga para repor o lítio e é bombeado de volta para o reservatório durante o ciclo de carga. Produtos de polissulfeto de lítio (LinSm) formam na região de eletrodo positivo durante descarga, aumentando o volume do material de eletrodo positivo. A ciclagem contínua do material de eletrodo positivo fluido entre o reservatório de material positivo e a região de eletrodo positivo reduziu a concentração dos produtos de polissulfeto de lítio, que melhora o desempenho. Durante carregamento, à medida que o material de eletrodo positivo fluido é circulado através do reservatório, lítio retorna para a região de eletrodo negativo e a concentração de produtos de polissulfeto de lítio no material de eletrodo positivo diminui.

[0068] Para o exemplo da figura 7, o controlador 726 desempenha as funções do controlador 212. Como aqui discutido, um ou mais parâmetros são avaliados para determinar se ocorreu um desencadeamento de fuga térmica. Em resposta a um desencadeamento, o controlador 726 pelo menos provê sinais de controle ao mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento 732 para direcionar o fluido do transmissor de calor de resfriamento através da bobina de resfriamento 302. Para o exemplo, entretanto, o fluido de transferência de calor de resfriamento é direcionado para todas as bobinas de resfriamento 302, 706, 716 para resfriar a câmara de reação 102, o reservatório de material de eletrodo 704, e o sistema de fornecimento de material de eletrodo 712. Além do mais, o aquecedor 724 é desabilitado e o mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de aquecimento 722 é controlado para interromper o direcionamento de fluido de transferência de calor aquecido para as bobinas de aquecimento 402, 708, 718. No exemplo, todo o material de eletrodo na bateria é resfriado abaixo do ponto de fusão do material de eletrodo para congelar o material em resposta à detecção de um evento de fuga térmica. Em algumas situações, apenas parte do material de eletrodo fluido pode ser resfriada e/ou congelada.

[0069] Embora todo o sistema de atenuação de fuga térmica 101 possa ser implementado no alojamento do sistema 728, o sistema de atenuação de fuga térmica 101 inclui um sistema de resfriamento 734 tendo um condensador 736 posicionado fora do alojamento do sistema 728 no exemplo. O sistema de resfriamento 734 pode incluir um sistema de refrigeração que inclui um condensador 736 implementado fora do alojamento do sistema 728, um compressor (não mostrado), e um evaporador (não mostrado) dentro de um trocador de calor 738. O fluido de transferência de calor de resfriamento é escoado através do trocador de calor 738 onde ele é resfriado pelo evaporador. O fluido de arrefecimento é circulado através do trocador de calor onde ele absorve calor do fluido de transferência de calor de resfriamento e então através do condensador 736 de acordo com técnicas de sistema de refrigeração. Como aqui discutido, o sistema de atenuação de fuga térmica 101 pode incluir um volume adequado de fluido de transferência de calor de resfriamento para resfriar o material de eletrodo a uma temperatura segura sem ciclar continuamente o fluido de transferência de calor de resfriamento através de um trocador de calor. Em tais casos, um reservatório de fluido de arrefecimento pode ser usado para armazenar e manter o fluido de transferência de calor de resfriamento na temperatura desejada. Em outras situações, o fluido de transferência de calor de resfriamento é circulado durante o processo de resfriamento dos componentes de bateria em resposta a um desencadeamento de fuga térmica.

[0070] Em algumas circunstâncias, um trocador de calor pode ser implementado fora do alojamento do sistema 728 sem o uso de um sistema de refrigeração. Por exemplo, o fluido de transferência de calor de resfriamento pode ser bombeado através de um trocador de calor fora do alojamento do sistema 728 para resfriar o fluido de transferência de calor.

[0071] Onde fios, tubos, bobinas, condutos, ou outros dispositivos se estendem através da parede do alojamento do sistema 728, o alojamento do sistema 728 inclui vedações herméticas a gás para manter o vácuo no interior. Em algumas situações, pode ser caro minimizar o número de vedações passando múltiplos fios, bobinas, condutos, etc., através da mesma abertura e vedação. Por exemplo, porções do sistema de resfriamento 734, os conectores de bateria 740, e fios de sensor para o controlador 726 podem ser passados através de uma única abertura e vedação.

[0072] A figura 8A é uma ilustração de uma vista em perspectiva de um exemplo onde o alojamento de bateria 802 tem um formato toroidal. A figura 8B é uma ilustração de uma vista lateral seccional transversal da bateria 800 e a figura 8C é uma ilustração de uma vista frontal seccional transversal da bateria 800. As ilustrações na figura 8A, figura 8B e figura 8C representam os princípios gerais do exemplo, não estão necessariamente em escala, e não necessariamente representam formatos específicos, dimensões relativas, distâncias, ou outros detalhes estruturais dos componentes representados. Para efeitos de clareza, o sistema de aquecimento 118 e o sistema de atenuação de fuga térmica são omitidos na figura 8A, figura 8B e figura 8C. Em um exemplo, esses componentes podem ser implementados com bobinas de resfriamento e bobinas de aquecimento de acordo com as técnicas aqui discutidas.

[0073] A estrutura toroidal do alojamento de bateria 802 resulta em um centro cilíndrico vazio 804 do alojamento 802. Um formato como esse pode prover algumas características benéficas em algumas situações. Em algumas circunstâncias, por exemplo, a bateria 800 pode ter um diâmetro relativamente grande que aumenta a área superficial da interface entre o eletrólito sólido 108 e os eletrodos fluidos 104, 106. Além do mais, a estrutura relativamente maior permite o posicionamento de outros componentes de bateria no centro cilíndrico vazio 804. Por exemplo, os reservatórios 702 e mecanismos de fornecimento de material de eletrodo 712 podem ser posicionados no centro 804. Bobinas de aquecimento e bobinas de resfriamento adicionais podem também ser localizadas no centro 804. Para efeitos de clareza, interconexões entre os componentes no centro 804, bem como interconexões entre esses componentes e a câmara de reação, não são mostradas na figura 8C. Um arranjo como esse provê isolamento entre a câmara de reação 102 e outros componentes e também provê proteção estrutural dos componentes no centro oco.

[0074] O alojamento de bateria 802 é contido em um alojamento externo 308. Um vácuo 310 é mantido entre o o alojamento de bateria 802 e a parede do alojamento externo no interior do alojamento externo 308.

[0075] A figura 9 é um fluxograma de um exemplo de um procedimento para atenuar a fuga térmica em uma bateria térmica. Para o exemplo, o procedimento é realizado por um sistema de atenuação de fuga térmica 101 supradiscutido. Os métodos podem ser realizados por outros dispositivos e sistemas em algumas circunstâncias. As etapas da figura 9 podem ser realizadas em uma ordem diferente da mostrada e algumas etapas podem ser combinadas em uma única etapa. Etapas adicionais podem ser realizadas e algumas etapas podem ser omitidas. Por exemplo, a etapa 908 e a etapa 910 são realizadas simultaneamente em muitas circunstâncias.

[0076] Na etapa 902, o material de eletrodo é aquecido para colocar o material de eletrodo em um estado fluido. Para o exemplo, todo o material de eletrodo na câmara de reação da bateria é aquecido a uma temperatura dentro da temperatura operacional da bateria incluindo o material de eletrodo negativo e o material de eletrodo positivo. Onde a bateria é uma bateria térmica de lítio enxofre, o material de eletrodo é aquecido a uma temperatura na faixa de 375oC e 425oC.

[0077] Na etapa 904, parâmetros são recebidos. Como aqui discutido, os parâmetros podem compreender qualquer combinação de parâmetros operacionais da bateria e parâmetros ambientais compreendendo parâmetros de um outro sistema, tal como um sistema de veículo. Os parâmetros podem ser valores providos por sensores, parâmetros que são calculados, e parâmetros que são providos por outros sistemas. Para o exemplo, um controlador recebe os parâmetros.

[0078] Na etapa 906, é determinado se um desencadeamento de fuga térmica foi satisfeito. Para o exemplo, o controlador avalia os parâmetros e aplica critérios para determinar se um ou mais desencadeamento de fuga térmicas ocorreram. Qualquer número de parâmetros e critérios pode ser avaliado para identificar eventos de desencadeamento onde um evento de desencadeamento é qualquer evento que indica que a bateria está em uma condição de fuga térmica, está entrando em uma condição de fuga térmica, ou está acima de um limiar de probabilidade de entrar uma condição de fuga térmica. Como descrito acima, um desencadeamento de fuga térmica básico pode incluir detectar que a temperatura de um material de eletrodo excedeu um limiar. Se for determinado que pelo menos um desencadeamento foi satisfeito, o procedimento continua na etapa 908. Senão, o procedimento retorna para a etapa 902 onde o aquecimento de material de eletrodo continua e a bateria opera.

[0079] Na etapa 908, o aquecimento do material de eletrodo é interrompido. Para o exemplo, o controlador desativa o sistema de aquecimento 118. Onde o sistema de aquecimento 118 compreende uma bobina de aquecimento elétrico, a corrente elétrica através da bobina de aquecimento elétrico é desligada. Em sistemas onde um fluido de transferência de calor de aquecimento que escoa através de uma bobina de aquecimento que é usada para aquecer o material de eletrodo, o fluido de transferência de calor de aquecimento é impedido de escoar através da bobina de aquecimento.

[0080] Na etapa 910, o fluido de transferência de calor de resfriamento é direcionado para uma área próxima o material de eletrodo para resfriar o material de eletrodo. Como aqui discutido, qualquer de inúmeras técnicas pode ser usada para colocar o fluido de transferência de calor de resfriamento em proximidade com o material de eletrodo para resfriar o material de eletrodo. Em um exemplo, uma camisa a vácuo entre o alojamento de bateria e o alojamento externo é inundada com fluido de transferência de calor de resfriamento. Em um outro exemplo, fluido de transferência de calor de resfriamento é injetado ou bombeado através de uma bobina de resfriamento que é envolta no alojamento de bateria.

[0081] Deve-se entender que, dependendo do exemplo, certas ações ou eventos de qualquer dos métodos descritos aqui podem ser realizados em uma sequência diferente, podem ser adicionados, fundidos ou eliminados por completo (por exemplo, nem todas as ações ou eventos descritos são necessários para a prática do método). Além disso, em certos exemplos, ações e eventos podem ser realizados simultaneamente, em vez de sequencialmente, ou mesmo invertidos. Além do mais, embora certos aspectos dessa descrição sejam descritos como sendo realizados por um único módulo ou componente por questão de clareza, deve-se entender que as funções descritas nessa descrição podem ser realizadas em qualquer combinação adequada de componentes ou módulos associados a uma rede ou sistema de comunicação de dados sem fio.

[0082] Claramente, outras modalidades e modificações desta invenção ocorrerão facilmente aos técnicos no assunto da técnica em vista desses preceitos. A descrição apresentada é ilustrativa e não restritiva. Esta invenção deve ser limitada apenas pelas reivindicações seguintes, que incluem todas tais modalidades e modificações quando vistas em combinação com o relatório descritivo acima e desenhos anexos. O escopo da invenção deve, portanto, ser determinado não com referência à descrição apresentada, mas em vez disso deve ser determinado com referência às reivindicações anexas junto com seu escopo total de equivalentes.

Claims

1. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um material de eletrodo fluido (202) compreendendo material de eletrodo fluido negativo (114) e material de eletrodo fluido positivo (116); uma câmara de reação (102) compreendendo um eletrodo fluido negativo (104) formado de pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido negativo (114), um eletrodo fluido positivo (106) formado de pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido positivo (116), e um eletrólito sólido (108) entre o eletrodo fluido negativo (104) e o eletrodo fluido positivo (106); um sistema de aquecimento (118) configurado para manter o eletrodo fluido negativo (104) e o eletrodo fluido positivo (106) em um estado fluido; e um sistema de atenuação de fuga térmica (101) configurado para, em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, resfriar pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido (202) a uma temperatura abaixo do ponto de fusão da pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido (202) para colocar a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) em um estado sólido.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para resfriar pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido negativo (114) e pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido positivo (116).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para resfriar pelo menos a porção do material de eletrodo fluido negativo (114) a uma temperatura de congelamento de eletrodo negativo abaixo do ponto de fusão de pelo menos a porção do material de eletrodo fluido negativo (114) e para resfriar pelo menos a porção do material de eletrodo fluido positivo (116) a uma temperatura de congelamento de eletrodo positivo abaixo do ponto de fusão de pelo menos a porção do material de eletrodo fluido positivo (116).

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para direcionar um fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para uma área que permite que o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) seja termicamente condutor com pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um alojamento de bateria (306, 802) contendo a câmara de reação (102), o alojamento de bateria (306, 802) termicamente condutora com pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202), em que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para a área para ser termicamente condutora com o alojamento de bateria (306, 802).

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) compreende: um elemento de transferência de calor (204) termicamente condutor com o alojamento de bateria (306, 802); e um mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento (214) configurado para direcionar fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para o elemento de transferência de calor (204) em resposta ao desencadeamento de fuga térmica.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) adicionalmente compreende: um controlador (212) configurado para determinar que ocorreu o desencadeamento de fuga térmica com base em pelo menos um parâmetro (216).

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro operacional de bateria (218).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro operacional de bateria (218) compreende pelo menos um dentre uma temperatura, tensão, corrente, umidade, pressão, e saída de potência.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro ambiental (220).

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro ambiental (220) compreende pelo menos um dentre uma temperatura, umidade, pressão, desaceleração, aceleração, orientação da bateria em relação à terra, e valor provido por um sistema externo.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de transferência de calor (204) compreende uma bobina de resfriamento (302) termicamente condutora com o alojamento de bateria (306, 802), o mecanismo de fornecimento de transferência de calor de resfriamento (214) configurado para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) através do elemento de transferência de calor (204) em resposta ao desencadeamento de fuga térmica.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202) é dentro da câmara de reação (102).

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202) é fora da câmara de reação (102).

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202) é dentro de um reservatório de material de eletrodo (702).

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202) é dentro de um sistema de fornecimento de eletrodo fluido (712) configurado para mover material de eletrodo fluido (202) de um reservatório de material de eletrodo (702) para a câmara de reação (102).

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos a porção do material de eletrodo fluido (202) compreende todo o material de eletrodo fluido (202) dentro do aparelho.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo fluido negativo (104) compreende lítio e o material de eletrodo fluido positivo (116) compreende enxofre.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o eletrólito sólido (108) compreende iodeto de lítio.

20. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para, em resposta ao desencadeamento de fuga térmica, resfriar pelo menos uma porção do eletrodo fluido negativo (104) a uma temperatura abaixo de 315,5 oC (600 oF).

21. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo fluido negativo (104) compreende sódio e o material de eletrodo fluido positivo (116) compreende enxofre.

22. Aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um material de eletrodo fluido (202) compreendendo material de eletrodo fluido negativo (114) e material de eletrodo fluido positivo (116), o material de eletrodo fluido negativo (114) compreendendo lítio, o material de eletrodo fluido positivo (116) compreendendo enxofre; uma câmara de reação (102) composta por um eletrodo fluido negativo (104) formado de pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido negativo (114), um eletrodo fluido positivo (106) formado de pelo menos uma porção do material de eletrodo fluido positivo (116), e um eletrólito sólido (108) entre o eletrodo fluido negativo (104) e o eletrodo fluido positivo (106); um sistema de aquecimento (118) configurado para manter o eletrodo fluido negativo (104) e o eletrodo fluido positivo (106) em estado fluido; e um sistema de atenuação de fuga térmica (101) configurado para, em resposta a um desencadeamento de fuga térmica, resfriar pelo menos uma porção do material eletrodo fluido.

23. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o eletrólito sólido (108) compreende iodeto de lítio.

24. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para resfriar a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) a uma temperatura abaixo do ponto de fusão da pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) para colocar a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) em estado sólido.

25. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para resfriar a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido negativo (114) e a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido positivo (116).

26. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para resfriar pelo menos a uma porção de material de eletrodo fluido negativo (114) a uma temperatura de congelamento de eletrodo negativo abaixo do ponto de fusão da pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido negativo (114) e para resfriar pelo menos a uma porção de material de eletrodo fluido positivo (116) a uma temperatura de congelamento de eletrodo positivo abaixo do ponto de fusão da pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido positivo (116).

27. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para direcionar um fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para uma área que permite que o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) seja termicamente condutor com a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202).

28. Aparelho de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um alojamento de bateria (306, 802) contendo a câmara de reação (102), o alojamento da bateria termicamente condutor com a pelo menos uma porção de material eletrodo fluido, em que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) é configurado para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para a área para ser termicamente condutor com o alojamento de bateria (306, 802).

29. Aparelho de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) compreende: um elemento de transferência de calor (204) termicamente condutor com o alojamento da bateria; e um mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento (214) configurado para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) para o elemento de transferência de calor (204) em resposta ao desencadeamento de fuga térmico.

30. Aparelho de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) compreende ainda: um controlador (212) configurado para determinar o desencadeamento de fuga térmica ocorreu com base em pelo menos um parâmetro (216).

31. Aparelho de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro de operação da bateria (218).

32. Aparelho de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de operação (218) de pelo menos uma bateria compreende pelo menos um de uma temperatura, tensão, corrente, umidade, pressão e saída de energia.

33. Aparelho de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro de ambiente (220).

34. Aparelho de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro de ambiente (220) compreende pelo menos um de uma temperatura, umidade, pressão, desaceleração, aceleração, orientação da bateria em relação à Terra e valor fornecido por um sistema externo.

35. Aparelho de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o elemento de transferência de calor (204) compreende uma bobina de resfriamento (302, 502, 706, 716) termicamente condutora com o alojamento da bateria, o mecanismo de fornecimento de fluido de transferência de calor de resfriamento (101) configurado para direcionar o fluido de transferência de calor de resfriamento (208) através do elemento de transferência de calor (204) em resposta ao desencadeamento de fuga térmica.

36. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) está dentro da câmara de reação (102).

37. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) está fora da câmara de reação (102).

38. Aparelho de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) está dentro de um reservatório de material de eletrodo (702).

39. Aparelho de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) está dentro de um sistema de fornecimento de eletrodo fluido (712) configurado para mover material de eletrodo fluido (202) de um reservatório de material de eletrodo (702) para a câmara de reação (102).

40. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma porção de material de eletrodo fluido (202) compreende todo o material de eletrodo fluido (202) dentro do aparelho.

41. Aparelho de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o sistema de atenuação de fuga térmica (101) está configurado para, em resposta ao desencadeamento de fuga térmico, resfriar pelo menos uma parte do eletrodo fluido negativo (104) a uma temperatura abaixo de 315,5 °C (600 °F).

42. Método realizado pelo aparelho conforme definido na reivindicação 1 ou 22, caracterizado pelo fato de que compreende: aquecer um material de eletrodo (202) a uma temperatura acima de uma temperatura do ponto de fusão do material de eletrodo, o material de eletrodo (202) formando um eletrodo fluido (104, 106) dentro de uma bateria térmica quando aquecido acima do ponto de fusão do material de eletrodo; avaliar pelo menos um parâmetro (216) para determinar se um desencadeamento de fuga térmica foi satisfeito; e em resposta à determinação de que o desencadeamento de fuga térmica foi satisfeito, resfriar o material de eletrodo (202) abaixo da temperatura do ponto de fusão do material de eletrodo para colocar a pelo menos uma porção de material de eletrodo (202) em um estado sólido.

43. Método de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro operacional de bateria (218).

44. Método de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro operacional (218) de bateria compreende pelo menos um dentre uma temperatura, tensão, corrente, umidade, pressão, e saída de potência.

45. Método de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro (216) compreende pelo menos um parâmetro ambiental (220).

46. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro ambiental (220) compreende pelo menos um dentre uma temperatura, umidade, pressão, desaceleração, aceleração, orientação da bateria em relação à terra, e valor provido por um sistema externo.

47. Método de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o material de eletrodo (202) compreende lítio.