CN114665192A - 包括内部涡流加热的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的各种方面的电化学装置包括电化学电池和感应线圈。该电化学电池包括集流体。该集流体包含导电材料。该感应线圈配置为产生磁场。该磁场配置为在该集流体中感生涡流，以在该集流体中产生热量。在各种方面，本公开还提供了内部加热电化学电池的方法。在各种方面，本公开还提供了控制加热电化学电池的方法。

Description

包括内部涡流加热的电化学装置
背景技术
本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
本公开涉及使用内部涡流加热的电化学装置、加热电化学装置的方法、和控制加热电化学装置的方法。
高能量密度电化学电池，如锂离子电池组，可用于多种消费产品和车辆，如电池组或混合动力电动车。随着电池组功率和使用寿命不断取得技术进步，电池组供电车辆有望成为一种运输选择。
发明内容
本部分提供本公开的概括性总结，并且并非全面公开其全部范围或其所有特征。
在各种方面，本公开提供了一种包括电化学电池和感应线圈的电化学装置。所述电化学电池包括集流体。该集流体包含导电材料。该感应线圈配置为产生磁场。该磁场配置为在该集流体中感生涡流，以在该集流体中产生热量。
在一个方面，该感应线圈限定了线圈内部区域。该电化学电池至少部分设置在该线圈内部区域内。
在一个方面，该感应线圈具有基本平面的螺旋形状。
在一个方面，该集流体是第一集流体，并且该电化学电池进一步包括第二集流体。该第二集流体基本平行于该第一集流体。该感应线圈包括与第一集流体相关的第一感应线圈和与第二集流体相关的第二感应线圈。
在一个方面，该感应线圈包括多个感应线圈。所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为独立于所述多个感应线圈中的其它感应线圈独立地接收电流。所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为在该集流体的相应区域中感生涡流。
在一个方面，所述多个感应线圈的感应线圈彼此大致共面地设置。
在一个方面，该电化学装置进一步包括至少部分包封该电化学电池的绝缘袋。
在一个方面，该感应线圈至少部分在该绝缘袋内部。
在一个方面，该电化学电池包括多个电化学电池。该绝缘袋包括多个绝缘袋。该电化学电池至少部分分别包封在该绝缘袋中。
在一个方面，该感应线圈包括单个感应线圈。
在一个方面，该感应线圈包括多个感应线圈。所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为独立于所述多个感应线圈中的其它感应线圈独立地接收电流。所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为加热该电化学装置的相应区域。
在一个方面，该电化学装置进一步包括外壳。该外壳限定了内部区域。该电化学电池与该绝缘袋至少部分设置在该外壳内部区域内。该感应线圈在外壳与绝缘袋之间。
在一个方面，该电化学装置进一步包括电磁屏蔽，其配置为减少电化学电池外部的磁场。
在一个方面，该电化学装置进一步包括加热器。该加热器包含铁磁材料。磁场配置为在该加热器中感生涡流以加热该加热器。
在一个方面，该感应线圈具有基本平面的螺旋形状。该感应线圈与该加热器协同形成集成加热器。该集成加热器包括该感应线圈、加热器和绝缘体。该加热器基本平行于该感应线圈。该绝缘体在感应线圈与加热器之间。
在一个方面，该电化学电池是固态电化学电池。该集流体包括第一集流体和第二集流体。该电化学电池进一步包括正极、负极和固态电解质。该正极与该第一集流体电连通。该负极与该第二集流体电连通。该固态电解质在该正极与该负极之间。
在一个方面，该电化学电池电连接到感应线圈。该电化学电池配置为在感应线圈中生成电流。该电化学装置不具有外部电源。
在一个方面，该电化学装置进一步包括电连接到该感应线圈的外部电源。该外部电源配置为在感应线圈中生成电流。
在各种方面，本公开提供了内部加热电化学电池的方法。该方法包括提供包括集流体的电化学电池和感应线圈。该集流体包含导电材料。该方法进一步包括向该感应线圈提供交流电以产生磁场。该磁场在该集流体中感生涡流以在该集流体中产生热量。
在各种方面，本公开提供了控制加热电化学电池的方法。该方法包括确定电化学装置的温度在所需范围之外。该电化学装置包括电化学电池和感应线圈。该电化学电池包括包含导电材料的集流体。该温度是电化学电池的温度。该方法进一步包括向该感应线圈提供交流电以产生磁场。该磁场在该集流体中感生涡流以在该集流体中产生热量。
由本文中提供的描述容易看出其它适用领域。概述中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于图示说明所选实施方案而非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。
图1是根据本公开的各种方面的电化学组装件的透视图，该电化学组装件包括外围感应线圈；
图2是图1的电化学组装件的电化学电池的截面图；
图3是根据本公开的各种方面的另一电化学组装件的透视图，该电化学组装件包括平面感应线圈；
图4是根据本公开的各种方面的单感应器系统的电路图；
图5是根据本公开的各种方面的电化学装置的透视剖视图，该电化学装置具有单个外围感应线圈；
图6是根据本公开的各种方面的多感应器系统的电路图；
图7是根据本公开的各种方面的多感应器电化学装置的透视剖视图；
图8是根据本公开的各种方面的另一多感应器电化学装置的透视剖视图；
图9是根据本公开的各种方面的局部感应器电化学组装件的透视图；
图10是根据本公开的各种方面的包括多个图9的电化学组装件的系统的电路图；
图11是图10的电化学装置的透视剖视图；
图12是根据本公开的各种方面的具有外部感应线圈的电化学装置的透视剖视图；
图13是根据本公开的各种方面的具有电磁屏蔽和外围感应线圈的电化学装置的局部示意图；
图14是根据本公开的各种方面的具有电磁屏蔽和平面感应线圈的电化学组装件的截面图；
图15是根据本公开的各种方面的具有次级加热器（secondary heater）和平面感应线圈的电化学组装件的截面图；
图16是根据本公开的各种方面的具有集成加热器的另一电化学电池的截面图；
图17是图16的集成加热器的截面图；
图18是根据本公开的各种方面的全固态电化学装置的局部示意图；
图19是包括电化学装置的系统的电路图，该系统不具有外部电源；
图20是包括电化学装置的系统的电路图，该系统包括多个二次电化学电池和附加的外部电源；和
图21是描绘根据本公开的各种方面的控制加热电化学装置的方法的流程图。
在附图的几个视图中，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施方案以使本公开彻底并向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组分、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，它们都不应被视为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”可以旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”是包容性的，因此规定了所述特征、要素、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可替代地理解为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。因此，对叙述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是不实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤可以包括在该实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必须要求它们以所讨论或例示的特定次序实施，除非明确确定为一定的实施次序。还要理解的是，除非另行说明，可以使用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、与另一元件或层“啮合”、“连接”或“耦合”，其可以直接在另一组件、元件或层上、与另一组件、元件或层啮合、连接或耦合，或可能存在中间元件或层。相反，当一种元件被提到直接在另一元件或层上、与另一元件或层“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“在...之间”vs“直接在...之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行指明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段区分于另一步骤、元件、组件、区域、层或区段。除非文中清楚明示，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文讨论的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了容易描述，在本文中可以使用空间或时间相对术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等描述如附图中图示说明的一种元件或特征与其它一个或多个元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在包括除附图中所示的取向外该装置或系统在使用或操作中的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包括与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在详述最后提供的实施例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如量或条件的参数）的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确（一定程度上接近该值的精确性；大致或合理地接近该值；几乎是该值）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，本文所用的“大约”至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法造成的变动。例如，“大约”可以包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%和在某些方面任选小于或等于0.1%的变动。
此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对所述范围给出的端点和子范围。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以是指以下各项、作为以下各项的一部分、或包括以下各项：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或群组）；存储由该处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或群组）；提供所述功能的其它合适的硬件组件；或上述的一部分或全部的组合，如在片上系统中。
该模块可以包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可以包括连接到局域网（LAN）、因特网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在进一步的实例中，服务器（也称为远程或云）模块可以代表客户端模块完成一些功能。
如上文所用术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以是指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖了执行来自多个模块的一部分或全部代码的单个处理器电路。术语群组处理器电路涵盖了与附加处理器电路组合执行来自一个或多个模块的一部分或全部代码的处理器电路。提及多处理器电路涵盖了离散芯片（die）上的多处理器电路、单个芯片上的多处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上的组合。术语共享存储器电路涵盖了存储来自多个模块的一部分或全部代码的单个存储器电路。术语群组存储器电路包括与附加存储器组合存储来自一个或多个模块的一部分或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。本文中所用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质（如在载波上）传播的暂时的电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器电路（如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路）、易失性存储器电路（如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁存储介质（如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光存储介质（如CD、DVD或蓝光光盘）。
本申请中描述的设备和方法可以部分或完全地由通过配置通用计算机以执行计算机程序中包含的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实现。上述功能块、流程图组件和其它元件用作软件规范，其可以由熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等等。
该计算机程序可以包括：（i）要解析的描述性文本，如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象符号），（ii）汇编代码，（iii）通过编译器由源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为实例，可以使用来自包括C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言，第5次修订）、Ada、ASP（活动服务器页面）、PHP（PHP：超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的语言的语法来编写源代码。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
本技术涉及包括一个或多个电化学电池，如可再充电锂离子电池组的装置，其可用于车辆应用。但是，本技术也可以与循环锂离子的其它电化学装置一起使用。
电化学电池的性能可以是温度依赖性的。例如，较低的温度可能导致降低的功率密度、放电过程中的容量损失和/或充电过程中的枝晶形成。但是，一些应用，如车辆应用，将电化学电池暴露于宽范围的环境温度，包括极端气候，如超低温。因此，在某些方面，可能有益的是提供具有热管理的电化学电池。
热管理的一种方法包括将加热膜固定到袋式电池的外部。该加热膜可以接合到袋式电池的单侧，而使袋式电池的另一侧容易发生热损失并在袋式电池内产生不均匀的热分布。此外，由于加热膜设置在袋式电池外部，加热膜生成的一大部分热量损失到环境中，特别是通过加热膜的外侧。最后，由于袋通常由绝缘体形成，由加热膜向袋式电池内部的热传递缓慢，因为其依赖通过绝缘袋的传导。
热管理的另一种方法包括用循环加热流体的管卷绕袋式电池。该加热流体管设置在袋式电池外部上。因此，该方法经历向环境的热损失和由加热器流体向袋式电池内部的缓慢热传递的相同缺陷。此外，该方法需要提高的能耗以泵送加热流体通过该管，导致了更低的能量密度。最后，流体加热系统就空间而言可能是低效的，特别是当电化学装置包括具有设置在其间的加热流体管的多个电化学电池时。
具有内部涡流加热的电化学装置
在各种方面，本公开提供了具有内部涡流加热系统的电化学装置。该电化学装置包括电化学电池和感应线圈。该感应线圈接收来自电化学电池或另一电源的交流电以产生交变磁场，其在电化学电池的导电组件，如集流体和/或电极中感生涡流。该涡流在导电组件中产生热量。因此，相对于该电化学电池原位产生热量。
内部加热提供多种益处。首先，原位热生成可以具有比其它加热方法更高的效率，因为其减少或防止了向环境的能量损失，由此一大部分能量保留在电化学电池内部以加热该电池。第二，电化学电池可以被快速加热，因为其不需要通过绝缘袋扩散。此外，可以控制感应线圈的运行以防止电化学电池冷却。第三，绝缘袋通过减缓与环境的对流有助于将热量保留在电化学电池内。因此，电化学电池的性能（例如能量密度）与具有外部加热器的装置相比对环境温度的依赖性较小。
可以定位和/或控制该感应线圈以提供附加的优点。例如，可以布置该感应线圈，以使基本整个磁场可用于在电池内产生涡流，因为磁感应线通常集中在线圈内部。在某些方面，该磁场的大于或等于大约90%可以在电化学电池中感生涡流。此外，该装置可以包括多个感应线圈，其可以独立控制以在该装置的不同区域中产生热量，如在电池或堆叠体中平衡热量。最后，热生成可以通过控制感应线圈的功率来调节。通过改变交流电的频率和/或感应线圈的绕数来控制感应线圈功率。
参照图1，提供了根据本公开的各种方面的电化学组装件10（“组装件”）。该组装件10包括电化学电池12和感应线圈14。该电化学电池12可以至少部分设置在电绝缘袋16内。在某些方面，该袋16包含电绝缘和导热的材料。在一个实例中，该袋16包含聚合物，如尼龙。该袋16可以将热量基本保留在电化学电池12中并减少向环境的热损失。该电化学电池12包括一对导电极耳18，其延伸穿过该袋16以接受电连接（未显示）。
该组装件10配置为经由涡流内部加热该电化学电池12。更特别地，该感应线圈14接收来自与电化学电池12（参见例如图19）、其它电化学电池、外部电源或其任意组合（参见例如图20）组合的功率变换器的交流电20。该交流电20产生交变磁场22。该交变磁场22在电化学电池12的导电组件（例如下述集流体36、38和/或电极30、32）中感生涡流24。该导电组件充当电阻器以在电化学电池12内原位散热。
参照图2，该电化学电池12通常包括第一电极30（如正极或阴极）、第二电极32（如负极或阳极）以及固态电解质。在某些方面，该电化学电池12可以包括液体和/或凝胶电解质和替代固态电解质34的隔离件（未显示）。该电化学电池12进一步包括第一或正极集流体36和第二或负极集流体38，其各自电连接到极耳18之一（图1）。
该电化学电池12可以是通过在负极32与该正极30之间可逆地传送锂离子来运行的锂离子电化学电池。该固态电解质34设置在负极与正极32、30之间。该固态电解质34适于传导锂离子。锂离子在电化学电池12的充电过程中从正极30移动至负极32，当电化学电池12放电时在相反方向上移动。
一个或多个电化学电池12可以并入锂离子电池包。该电化学电池12可以以堆叠形式电连接以提高整体输出。该堆叠体内的每个负极和正极32、30可以经由极耳18通过外部电路连接以允许电子所产生的电流在负极与正极32、30之间通过，以补偿锂离子的传输。
该集流体36、38是导电的。例如，该正极集流体36可以包含铝，且该负极集流体38可以包含铜。因此，当交流电20流经感应线圈14时，交变磁场22可以在该集流体36、38和/或电极30、32的一者或二者中感生涡流24（图1）。该集流体36、38可以为片材形式，使得它们各自具有两个显著大于次要尺寸（例如厚度）的主要尺寸（例如高度和宽度）。因此，该正极和负极集流体36、38限定了由主要尺寸限定的相应的第一和第二平面40、42。在加热过程中，当涡流24在平面40、42内时，交变磁场22（图1）限定了基本垂直于该平面40、42的方向。
感应线圈
根据本公开的各种方面的感应线圈配置为产生磁场以在电化学电池内感生电流。在某些方面，该感应线圈配置为传导频率为大约10 Hz–200 kHz（例如10–50 Hz、50–100Hz、100–250 Hz、250–500 Hz、500 Hz–1kH, 1–40 kHz、1–5 kHz、5–10 kHz、10–20 kHz、20–50 kHz、50–100 kHz、100–150 kHz或150–200 kHz）的交流电。在一个实例中，该频率为大约1–40 kHz。该感应线圈由导电材料如铜形成。该感应线圈包括多个绕组或匝。可以基于所需功率量来确定绕数，所述功率量可与电化学电池12的尺寸和/或性质相关。可以通过改变AC频率和/或绕数来调节感应线圈的加热功率。例如，通过提高AC频率或绕数可以提高加热功率。
在电化学装置中，感应线圈可以具有多种形状，尺寸和布置。在某些方面，如下文所述，电化学装置包括一个或多个外围感应线圈、一个或多个平面感应线圈或其组合。可以部分因空间限制来选择感应线圈的类型。更具体而言，外围感应线圈可允许堆叠体内的电化学电池彼此更靠近，而平面感应线圈可在装置的外围周围留下更多的开放空间。
外围感应线圈
回到图1，该感应线圈14是外围感应线圈。该感应线圈14限定了内部区域50。该电化学电池12至少部分设置在内部区域50内。该感应线圈14沿长度52延伸并包括多个绕组54。每个绕组54围绕电化学电池12的外围形成基本矩形的形状。但是，在各种其它方面，绕组可以限定其它形状，如基本圆形以使感应线圈形成螺旋。在某些方面，该感应线圈14可以配置为在该集流体36、38的外部区域（即更靠近感应线圈14）感生更高的电流和相应更高的热量，并在该集流体36、38的中心区域（即远离感应线圈14）感生更低的电流和相应更低的热量。
平面感应线圈
参照图3，提供了根据本公开的各种方面的另一电化学组装件60。该组装件60通常包括电化学电池62、感应线圈64、绝缘袋66和一对极耳68。该电化学电池62、该绝缘袋66和该极耳68类似于图1的电化学电池12、绝缘袋16和极耳18。
每个感应线圈64限定了基本位于平面内的螺旋。也就是说，每个感应线圈64具有显著大于厚度或长度的高度和宽度。每个感应线圈64包括多个绕组70。该绕组70是基本矩形的。但是，在各种其它方面，该绕组可以限定其它形状，如基本圆形。
该感应线圈64基本平行于电化学电池62内的相应集流体。每个感应线圈64配置为在基本垂直于其平面的方向上产生磁场和产生基本平行于其平面的涡流（例如在电化学装置62的相应集流体中）。在某些方面，与外围感应线圈（例如图1的感应线圈14）相比，该感应线圈64可以配置为在该集流体的中心区域感生更高的电流和相应更高的热量，并在该集流体的外围区域感生更低的电流和相应更低的热量。
该组装件60包括两个感应线圈64，其中每个感应线圈64与该电化学电池62的相应集流体相邻设置。每个感应线圈64可以与相应集流体相关，以使由感应线圈64产生的大部分涡流在相应的集流体中。但是，单个感应线圈64可以在电化学电池62内的两个集流体和其它导电组件中感生涡流。在各种其它方面，该组装件60可以包括单个感应线圈或超过两个感应线圈。
该感应线圈64在绝缘袋66外部。该感应线圈64可以接合到绝缘袋66、接合到单独的膜和/或具有自支撑刚性结构。在各种其它方面，该感应线圈64可以设置在电化学电池62内。在一个实例中，该感应线圈64嵌在相应的集流体内。在另一实例中，每个感应线圈64在绝缘袋66与相应集流体之间。在又一实例中，感应线圈被一种或多种电绝缘体覆盖，所述电绝缘体可以渗透至电解质并设置在该集流体之间。
组合感应线圈
在各种方面，电化学装置可以包括外围感应线圈（例如图1的感应线圈14）和平面感应线圈（例如图3的感应线圈64）二者。当该装置具有高的热需要时，此类布置可以是有用的。在某些方面，该布置配置为定制加热该装置的电化学电池。例如，当电化学电池的中央部分需要热量时，可以运行平面感应线圈（即接收电流），而当电化学电池的外部区域需要热量时，可以运行外围感应线圈。
具有多个电化学电池的装置
在各种方面，本公开提供了具有多个电化学电池的电化学装置，如堆叠体。该装置可以通过单个感应线圈或多个感应线圈来加热。在某些方面，所述多个感应线圈是可以独立控制的（例如开/关状态和/或交流电的频率）。
单感应器系统
参照图4，提供了根据本公开的各种方面的系统80。该系统80包括电化学装置82（参见例如图5的电化学装置100）。该电化学装置82包括多个电化学电池84和感应线圈86。该电化学电池84串联连接。该系统80可以进一步包括用于向感应线圈86供电的外部电源90，两个功率变换器92，可用于向感应线圈86选择性供电的开关94。
该感应线圈86可以是外围感应线圈或平面感应线圈。在某些方面，该感应线圈86是配置为加热所有多个电化学电池84的单个感应线圈。开关94可以闭合以向感应线圈86供电，以内部加热该电化学电池84，在电化学电池的内部导电组件（例如集流体、电极）中感生涡流。在某些其它方面，该感应线圈86配置为仅加热电化学电池84的一部分。
参照图5，提供了根据本公开的各种方面的单感应器电化学装置100。该装置100包括多个电化学电池102和感应线圈104。在某些方面，该感应线圈104是限定了内部区域106的外围感应线圈，所述电化学电池102至少部分设置在该内部区域106中。在某些替代方面，该装置100可以包括单个平面感应线圈（参见例如图3的感应线圈64）。
该电化学电池102可以类似于图1-2的电化学电池12。每个电化学电池102包括绝缘袋108和一对极耳110。该电化学电池102与该感应线圈104设置在外壳或壳体112中，以使感应线圈104设置在绝缘袋108与外壳112之间。尽管以剖视图显示该外壳112，其可以完全包封电化学电池102和感应线圈104。开关114可以闭合以向感应线圈104供电并内部加热该电化学电池102。
多感应器系统
参照图6，提供了根据本公开的各种方面的系统120。该系统120包括电化学装置122。该电化学装置122包括串联连接的多个电化学电池124。该系统120进一步包括多个感应线圈126。该多个感应线圈126可以包括外围感应线圈、平面感应线圈、或外围感应线圈与平面感应线圈二者。
在某些方面，每个感应线圈126与相应的电化学电池124相关联。例如，该感应线圈126可以定位，以使在感应线圈126运行期间在相关电化学电池124中感生大部分涡流。因此，感应线圈126的数量可以与装置122中的电化学电池124的数量相同。在某些其它方面，该装置122包括比电化学电池124更多的感应线圈126。在某些其它方面，该装置122包括比电化学电池124更少的感应线圈126，以使每个感应线圈126可以与该多个电化学电池124的一部分相关联。
该系统120进一步包括外部电源128以向感应线圈126供电和功率变换器130。但是，该系统120也可以不具有外部电源（参见例如图19）。
在某些方面，该系统120配置用于定制加热，如逐电池加热。该系统120进一步包括多个开关132。每个开关132与相应的感应线圈126串联连接。因此，该感应线圈126可以独立地运行以选择性加热该装置122的不同区域，如特定的电化学电池124。例如，可以操作该开关132以经由相关联的感应线圈126延长加热某些电化学电池124和/或在达到所需温度时停止加热某些电化学电池124。
在一个实例中，在加热期开始时，所有开关132可以均闭合以向所有感应线圈126供电，由此加热所有电化学电池124。如果居中设置的电化学电池比外部电化学电池更快达到所需温度，那么可以打开用于居中设置的电化学电池的开关以停止加热居中设置的电化学电池，同时外部电化学电池继续接收热量。因此，多感应器或逐电池系统，如该系统120，可用于平衡整个装置122中的热量。
在某些方面，此外或替代地，系统配置为在装置的不同区域中提供不同量的功率。在一个实例中，感应线圈具有不同的绕数。更特别地，与该装置通常较冷的区域（例如电化学电池外部）相关联的感应线圈可以具有更多的绕组以在这些区域中提供更高的功率，而与该装置的通常较暖的区域（例如电化学电池内部）相关联的感应线圈可以具有较少的绕组以在这些区域中提供更低的功率。在另一实例中，感应线圈配置为在电池的不同区域中接收具有不同频率的不同AC电流。更特别地，与该装置的较冷区域相关联的感应线圈接收更高频率的AC，而与该装置的较暖区域相关联的感应线圈接收更低频率的AC。在又一实例中，系统配置为改变不同电化学电池的线圈上的电流分布。
参照图7，提供了根据本公开的各种方面的多感应器电化学装置140。该装置140包括多个电化学电池142和相应的多个感应线圈144（其可以一起各自类似于图1的电化学组装件10）。每个电化学电池142设置在相应的绝缘袋146中，包括一对极耳148，并可以类似于图1-2的电化学电池12。
该感应线圈144是外围感应线圈。该装置140进一步包括多个开关150。每个开关150串联连接到相应的感应线圈144。因此，可以操作每个开关152以向相应的感应线圈144供电，由此独立于其它开关150、感应线圈144和电化学电池142加热相应的电化学电池142。
该电化学电池142和感应线圈144设置在外壳或壳体152内。每个感应线圈144设置在相应的电化学电池142的绝缘袋146与外壳152之间。开关150可以从外壳152外部触及。
参照图8，提供了根据本公开的各种方面的另一多感应器电化学装置160。除非另行描述，电化学装置160类似于图7的电化学装置140。该电化学装置160通常包括多个电化学电池162、多个感应线圈164、多个开关166、和外壳168。
该感应线圈164是平面感应线圈。在某些方面，每个感应线圈164与相应的电化学电池162相关联。在某些其它方面，每个电化学电池162包括一对感应线圈164，其中每个感应线圈164与该电化学电池142的相应集流体相关联（参见例如图3的电化学组装件60）。
局部感应器电化学电池
在各种方面，本公开提供了配置为平衡各个电化学电池中的热量分布的电化学装置。参照图9，提供了根据本公开的各种方面的电化学组装件180。该组装件180包括电化学电池182和多个感应线圈184。该电化学电池182设置在绝缘袋186内并包括极耳188。
在某些方面，该感应线圈184是平面感应线圈。每个感应线圈184与电化学电池182的一个区域相关联并配置为加热该区域，所述区域可以小于整个电化学电池182。作为实例，电化学组装件180中感应线圈184的数量为每个电化学电池1–20个、任选2–10个、任选4–8个、或任选6个。该感应线圈184的第一部分，如感应线圈184的一半，可以彼此基本共面设置，并与电化学电池182的第一集流体相关联。该感应线圈184的第二部分，如感应线圈184的另一半，可以彼此基本共面设置，并与电化学电池182的第二集流体相关联。该感应线圈184可以直接接合到绝缘袋186或例如接合到不同的膜。
在一个实例中，该多个感应线圈184包括六个感应线圈：第一感应线圈184-1、第二感应线圈184-2、第三感应线圈184-3、第四感应线圈184-4、第五感应线圈184-5和第六感应线圈184-6。该第一、第三和第五感应线圈184-1、184-3和184-5彼此基本共面设置。该第二、第四和第六感应线圈184-2、184-4和184-6彼此基本共面设置，并基本平行于第一、第三和第五感应线圈184-1、184-3和184-5。
电化学电池182通常包括第一或上部区域190、第二或中央区域192以及第三或下部区域194。第一和第二感应线圈184-1、184-2跨越电化学电池182的第一区域190彼此相对设置。第一和第二感应线圈184-1、184-2配置为协同加热电化学电池182的第一区域190。第三和第四感应线圈184-3、184-4跨越电化学电池182的第二区域192彼此相对设置。第三和第四感应线圈184-3、184-4配置为协同加热电化学电池182的第二区域192。第五和第六感应线圈184-5、184-6跨越电化学电池182的第三区域194彼此相对设置。第五和第六感应线圈184-5、184-6配置为协同加热电化学电池182的第三区域194。
可独立地运行感应线圈184以在电化学电池182的相应区域190、192、194中感生涡流，由此加热电化学电池182的相应区域190、192、194。因此，电化学组装件180配置为用于平衡电化学电池182中的热分布。
在一个实例中，当电化学电池182的第二区域192在第一和第三区域190、194之前达到所需温度时，可以关闭第三和第四感应线圈184-3、184-4，同时第一，第二，第五和第六感应线圈184-1、184-2、184-5、184-6继续接收电流以加热电化学电池182的第一和第三区域190、194。局部加热特别可用于具有高纵横比（如大于或等于2，任选大于或等于4、任选大于或等于6、任选大于或等于8、或任选大于或等于10）的电化学电池。
参照图10–11，提供了根据本公开的各种方面的系统210（图10）。该系统210通常包括电化学装置212、外部电源214和功率变换器216。在某些其它方面，该系统210可以不具有外部电源，并且感应线圈184可以由电化学电池182供电（参见例如图19）。系统210配置为用于区域电池加热。该装置212包括设置在外壳或壳体218内的多个组装件180（图11）。
该装置212进一步包括多个第一开关220，以便以逐电池水平控制感应线圈184的运行。例如，单个第一开关220可以控制流向与单个电化学电池182相关联的所有感应线圈184的电流。多个第二开关222以逐区域水平控制感应线圈184的运行。例如，单个第二开关222可以控制流向与单个电化学电池182的单个区域相关联的所有感应线圈184的电流。
在某些方面，与电化学电池182的单个区域相关联的一对感应线圈184（例如图9的第一和第二感应线圈184-1、184-2）与单个第二开关222并联连接。但是，在某些其它方面，每个感应线圈184可以设置有单独的开关（未显示）。
感应线圈的位置
感应线圈通常可以定位以在至少一个电化学电池的至少一个区域中产生涡流。在一些实例中，感应线圈可以设置在外壳或壳体的内部区域中，但是在绝缘袋的外部。例如，图5、7和11的感应线圈104、144和184分别各自设置在绝缘袋的外部和外壳壳体的内部。
在其它方面，感应线圈可以设置在外壳或壳体的外部。参照图12，提供了根据本公开的各种方面的另一电化学装置230。该装置230包括多个电化学电池232、可以是外围感应线圈的感应线圈234、外壳或壳体236、以及开关238。该感应线圈234设置在外壳236的外部240周围。
在其它方面，感应线圈可以设置在绝缘袋的内部。在一个实例中，感应线圈在绝缘袋与电化学电池之间（例如平面感应线圈在绝缘袋与集流体之间）。在另一实例中，将平面感应线圈嵌在集流体中。在又一实例中，平面感应线圈与次级加热器集成（参见与图15-17相关的讨论）。在又一实例中，平面感应线圈设置在集流体之间。在其它实例中，将感应线圈嵌在绝缘袋本身中。
原始设计是，我们在电池内部添加了额外的加热器，并且在充分绝缘之后可以将线圈集成在这些加热器上。在此设计中需要额外的极耳。尽管集流体/袋目前看起来太薄而无法嵌入线圈，但这是一个好主意。因此，我建议我们可以在电池内部包括四种线圈：嵌在袋中、集流体中、额外的加热器中的线圈以及独立但在袋旁的线圈。
电磁屏蔽
根据本公开的各种方面的电化学装置可以进一步包括电磁屏蔽。该电磁屏蔽可以改善装置内的热量均匀性。在某些方面，电磁屏蔽被配置为减小该装置外部的磁场。因此，至少一部分屏蔽可以与该装置的外部部分相邻设置。在一个实例中，电磁屏蔽为设置在电化学电池的堆叠体的相对末端的片材形式。在另一实例中，电磁屏蔽为围绕该装置的至少一部分的盒或外壳的形式。
电磁屏蔽可以由导电材料形成。例如，该导电材料可以包括铜、氧化铝、钢或其任意组合。在某些方面，基于电磁屏蔽材料的吸收性质、透射性质、反射性质或其任意组合来选择电磁屏蔽材料。在一个实例中，屏蔽配置为吸收磁场以减少或防止磁场反射回电化学电池中。在另一实例中，屏蔽配置为将磁场反射回电化学电池中以提高电池中的涡流和热量。
参照图13，提供了根据本公开的各种方面的电化学装置250的一部分。该装置250包括多个电化学电池252和感应线圈254。该电化学电池252可以类似于图1–2的电化学电池12。该感应线圈254是外围感应线圈。
该装置250进一步包括电磁屏蔽256。该电磁屏蔽256为片材形式。电磁屏蔽256设置在装置250的相对侧上，使得电化学电池252和感应线圈254设置在它们之间。
参照图14，提供了根据本公开的各种方面的电化学组装件260。该电化学组装件260通常包括电化学电池262、感应线圈264和电磁屏蔽266。该电化学电池262可以类似于图1-2的电化学电池12。该感应线圈264是平面感应线圈。
该电磁屏蔽266为片材形式。该电磁屏蔽设置在组装件260的相对侧，以使组装件260设置在电磁屏蔽266之间。每个感应线圈264设置在电化学电池262的绝缘袋268与相应的电磁屏蔽266之间。
次级加热器
根据本公开的各种方面的电化学装置可以进一步包括附加或次级加热器。该次级加热器配置为经由由感应线圈感生的涡流来加热。在某些方面，次级加热器可以是箔或板、网、具有可渗透电解质的开孔结构的多孔平面、海绵状三维编织或非织造网络，或其任意组合的形式。
在某些方面，次级加热器可以由铁磁材料形成。作为实例，铁磁材料包括铁、镍、钴、不锈钢或其任意组合。具有一个或多个次级加热器的电化学装置与没有次级加热器的电化学装置相比具有更高的效率和功率。更特别地，因为铁磁材料在交变磁场下具有比非磁性材料更高的接收效率，与非磁性材料相比，包含铁磁材料的加热器可以产生更强大的涡流。
次级加热器可以基本平行于电化学电池的集流体来设置。电化学装置可包括单个次级加热器或多个次级加热器（例如用于整个装置的一个次级加热器、每个电化学电池一个次级加热器、每个电化学电池一对次级加热器、或每个电化学电池超过两个次级加热器）。次级加热器可以与本文中描述的其它组件（如电磁屏蔽）组合使用。
在一个实例中，次级加热器设置在绝缘袋内部，在集流体和绝缘袋的一部分之间。在另一实例中，次级加热器与感应线圈集成以形成集成加热器（图16-17）。在又一实例中，次级加热器设置在电化学电池的集流体之间。次级加热器被一个或多个隔离件保护（如在两个隔离件之间），是离子传导性的，并且可以被液体或凝胶电解质渗透。基于该装置的热分布，该次级加热器可以位于装置内，如靠近电化学电池中的冷点。在某些方面，次级加热器设置在电化学电池的质心附近或与其相交设置。
参照图15，提供了根据本公开的各种方面的电化学组装件280。该组装件280包括电化学电池282、感应线圈284和一对附加或次级加热器286。该电化学电池282可以类似于图1-2的电化学电池12。感应线圈284包括两个平面感应线圈。但是，次级加热器的使用同样适用于具有其它数量或类型（例如外围）感应线圈的电化学组装件。
该次级加热器286为箔或板的形式。该次级加热器286包括两个次级加热器；但是，该电化学组装件可以替代地具有不同数量的加热器。该加热器286设置在电化学电池282的绝缘袋288与相应的线圈284之间。
参照图16，提供了根据本公开的各种方面的另一电化学组装件300。该组装件300包括电化学电池302和一对集成加热器304。该电化学电池302与集成加热器304至少部分设置在绝缘袋306内。
参照图17, 每个集成加热器304包括加热器308、绝缘体310和感应线圈312。绝缘体310在加热器308和感应线圈312之间。加热器308、绝缘体310和感应线圈312可以彼此接合。该感应线圈312是平面感应线圈。绝缘体310可以由塑料（如尼龙）形成。当加热器304设置在绝缘袋306内时（如此处），集成加热器304进一步包括用于将电流引入线圈312而非加热器 308中的极耳。
全固态装置
参照图18，本公开提供了全固态电化学组装件320。全固态电化学电池对高温稳定并且因此能够具有更高的加热功率和更短的加热时间。但是，在某些方面，全固态电化学电池的性能可能受大的温度波动、特别是极低温度的显著影响。因此，快速加热全固态系统的能力是特别有益的。
该组装件320包括在堆叠体中的多个电化学电池322和感应线圈324。每个电化学电池322包括第一或正极326、第二或负极328、固态电解质330、第一或正极集流体332和第二或负极集流体334。每个电化学电池322设置在绝缘袋336内或设置在隔离件之间。
在一个实例中，在48伏4S4P双极型固态装置（未显示）中使用四个组装件320。因此，该装置包括总计十六个电化学电池322（四组四个串联连接的电池并联连接）和四个感应线圈324。该正极326包含磷酸锂铁（LiFePO4，“LFP”）。该负极328包含石墨。该正极集流体332包含铝。该负极集流体334包含铜。在某些方面，该固态电解质330包含氧化物，其包括石榴石（例如Li7La3Zr2O12或掺杂物质）、钠超离子导体（NASICON）（例如Li1+xAlxTi2-x(PO4)3或掺杂物质）、钙钛矿型（Li0.5La0.5TiO3或掺杂物质）和硫化物（例如硫银锗矿，和Li-P-S物质）。此外或替代地，该固态电解质可以包含一种或多种聚合物。
向感应线圈供电
根据本公开的各种方面的感应线圈可以通过其加热的一个或多个电化学电池、未被该感应线圈加热的一个或多个附加电化学电池、外部电源或其任意组合来供电。
参照图19，提供了根据本公开的各种方面的系统350。该系统350包括电化学装置352。该电化学装置352包括电化学电池354和感应线圈356。尽管感应线圈356显示为外围感应线圈，该感应线圈356也可以是平面感应线圈或外围感应线圈与平面感应线圈的组合。
该感应线圈356电连接到电化学电池354。系统350进一步包括两个功率变换器358以将来自电化学电池354的直流电转换成交流电，以被感应线圈356接收。感应线圈356仅由电化学电池354供电。因此，该系统350不具有附加电源。在某些方面，系统350可以用在电池组电动车辆（“BEV”）或混合电动车辆（“HEV”）中。在一个实例中，该电化学电池354是低压电池，并且预期系统350面临非严酷气候。在各种方面，该系统350可以被称为“唯一加热系统（solely heating system）”。
参照图20，提供了根据本公开的各种方面的系统370。该系统370包括电化学装置372。该电化学装置372包括第一电化学电池374和感应线圈376。该感应线圈376配置为使用涡流内部加热第一电化学电池374。该系统370进一步包括多个第二电化学电池378和外部电源380。
该感应线圈376配置为接收来自第二电化学电池378和/或外部电源380的电力。该系统370进一步包括两个功率变换器382以将直流电转换成交流电以被感应线圈376接收。在某些方面，该感应线圈376包括多个可独立运行的感应线圈，所述感应线圈配置为加热第一电化学电池374的不同区域（参见例如图9的电化学组装件180）。在某些方面，该第一电化学电池374包括多个电化学电池，并且感应线圈376包括配置为加热所述多个电化学电池的多个感应线圈。该第二电化学电池378和/或外部电源380可以配置为仅向所述多个感应线圈的一部分输送热量以快速升温该电化学电池的一部分或单个电化学电池的一部分。
当第一电化学电池374是低压电池、预期系统370暴露于极端温度（例如超低温度）、系统370将用于启/停任务和/或电化学电池374将受益于快速加热时，系统370可能特别有用。在各种方面，该系统370被称为“协同加热系统”。
加热电化学装置的方法
在各种方面，本公开提供了内部加热电化学电池的方法。该方法包括提供包括含有导电材料的集流体的电化学电池和感应线圈。该方法进一步包括确定电化学电池的温度在所需范围之外。该方法进一步包括向感应线圈提供交流电以产生磁场。该磁场在集流体中感生涡流以在该集流体中产生热量，由此内部加热该电化学电池。
控制加热电化学装置的方法
在各种方面，本公开提供了控制加热电化学装置的方法。更具体而言，可以控制送往电化学装置的一个或多个感应线圈的电力以提高电化学电池的温度和/或防止电化学电池冷却。控制可以是被动和/或主动的。
参照图21，提供了描绘根据本公开的各种方面的控制加热电化学装置的方法的流程图。将参照图4–5的电化学装置82来描述该方法；但是，该方法适用于本文中描述的任何电化学装置或组装件。该方法步骤可以通过控制器来进行。
在400处，控制器确定电化学电池84的温度是否在所需范围之外。该温度可以是装置82内的单个温度，各个电化学电池102的温度或电化学电池102的区域（例如正极的外围）的温度。在某些方面，控制器可以对电化学装置内的多个感应线圈和相应区域重复该步骤。
在一个实例中，确定温度是否在所需范围之外可以包括例如通过电化学装置82内的热电偶来检测实际温度。在另一实例中，确定温度是否在所需范围之外可以包括确定其它特性（例如阻抗）是否在所需范围之外。这些特性的变化可以由温度变化引起，并因此指示温度变化。在又一实例中，确定温度是否在所需范围之外可以包括根据如停车的事件的发生来预测温度在所需范围之外。该确定可以考虑其它因素，如环境温度和/或季节或日期。
如果控制器确定温度在所需范围之外，该方法在402处继续。否则，该方法在404处继续。
在402处，控制器闭合开关94（或确保开关94闭合），以向感应线圈86供电以产生磁场，在电化学电池84的导电组件中感生涡流，并内部加热该电化学电池84。该方法返回至400。
在404处，控制器确定是否需要先期加热。先期加热可以包括向感应线圈86供电以防止电化学电池84冷却，如当车辆停车时。与没有内部加热的系统相比，防止或减少电化学电池84的冷却可以使电化学电池更快地可用。在某些方面，电化学电池84可以立即可用。控制器尤其可以根据环境温度或事件的发生来确定是否需要先期加热。
如果需要先期加热，该方法前进至402。否则该方法继续至406。
在406处，控制器打开开关94（或确保开关94打开）。因此，该感应线圈86并未被供电，并且该电化学电池84并未被加热。该方法返回至400。
为了举例说明和描述提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用时可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以以许多方式改变。此类变动不应被视为背离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.电化学装置，其包括：
电化学电池，其包括集流体，所述集流体包含导电材料；和
感应线圈，其配置为产生磁场，所述磁场配置为在所述集流体中感生涡流，以在所述集流体中产生热量。
2.权利要求1所述的电化学装置，其中
所述感应线圈限定线圈内部区域，和
所述电化学电池至少部分设置在所述线圈内部区域内。
3.权利要求1所述的电化学装置，其中所述感应线圈具有基本平面的螺旋形状。
4.权利要求3所述的电化学装置，其中
所述集流体是第一集流体，并且所述电化学电池进一步包括基本平行于所述第一集流体的第二集流体，
所述感应线圈包括与所述第一集流体相关的第一感应线圈和与所述第二集流体相关的第二感应线圈。
5.权利要求3或4所述的电化学装置，其中
所述感应线圈包括多个感应线圈，
所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为独立于所述多个感应线圈中的其它感应线圈独立地接收电流，并且
所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为在所述集流体的相应区域中感生涡流。
6.权利要求5所述的电化学装置，其中所述多个感应线圈的感应线圈彼此大致共面地设置。
7.权利要求1-3之一所述的电化学装置，其进一步包括：
至少部分包封所述电化学电池的绝缘袋，其中
所述电化学电池包括多个电化学电池，并且所述绝缘袋包括多个绝缘袋，所述电化学电池至少部分分别包封在所述绝缘袋中，
所述感应线圈包括多个感应线圈，
所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为独立于所述多个感应线圈中的其它感应线圈独立地接收电流，并且
所述多个感应线圈的每个感应线圈配置为加热所述电化学装置的相应区域。
8.前述权利要求任一项所述的电化学装置，其进一步包括：
电磁屏蔽，其配置为减少所述电化学电池外部的磁场。
9.前述权利要求任一项所述的电化学装置，其进一步包括：
包含铁磁材料的加热器，其中所述磁场配置为在所述加热器中感生涡流以加热所述加热器。
10.前述权利要求任一项所述的电化学装置，其中
所述电化学电池是固态电化学电池，
所述集流体包括第一集流体和第二集流体，并且
所述电化学电池进一步包括与所述第一集流体电连通的正极、与所述第二集流体电连通的负极、和在所述正极与所述负极之间的固态电解质。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909201B2 (en) 2003-01-06 2005-06-21 General Motors Corporation Dual voltage architecture for automotive electrical systems
KR101325549B1 (ko) * 2011-12-22 2013-11-07 (주)그린파워 전류변압기 기반의 전자기장 차폐장치를 구비한 무선 전력전송 장치
JP5649594B2 (ja) * 2012-01-18 2015-01-07 三菱電機株式会社 蓄電デバイスの加熱試験装置
CN110402519A (zh) 2017-03-22 2019-11-01 通用汽车环球科技运作有限责任公司 自动加热蓄电池
US10375830B2 (en) 2017-06-02 2019-08-06 GM Global Technology Operations LLC Method of assembling power module via folding
US10826139B2 (en) 2018-06-20 2020-11-03 GM Global Technology Operations LLC Battery enclosure allowing selective airflow to and from the battery enclosure
US10777998B2 (en) 2018-08-02 2020-09-15 GM Global Technology Operations LLC Circuit for identifying the source of a power fault in a dual power source electrical system
US10998595B2 (en) 2018-11-08 2021-05-04 GM Global Technology Operations LLC Modular vehicle battery
US11152813B2 (en) 2018-11-08 2021-10-19 GM Global Technology Operations LLC Control systems and methods for battery with adjustable capacity
US11228059B2 (en) 2018-11-08 2022-01-18 GM Global Technology Operations LLC Battery with multiple sets of output terminals and adjustable capacity
US11156665B2 (en) 2018-11-08 2021-10-26 GM Global Technology Operations LLC Verifying operation of battery contactors during vehicle operation without loss of power
US11233407B2 (en) 2019-03-01 2022-01-25 GM Global Technology Operations LLC Switch control systems and methods for battery with adjustable capacity
US11235748B2 (en) 2019-03-01 2022-02-01 GM Global Technology Operations LLC Use of adjustable battery system within a vehicle with an HV battery or fuel cell system
US10800285B2 (en) 2019-03-01 2020-10-13 GM Global Technology Operations LLC System to modulate switch resistances within a battery system
US11327901B2 (en) 2019-03-01 2022-05-10 GM Global Technology Operations LLC Modular dynamically allocated capacity storage systems implemented as respective batteries each having multiple source terminals
US11577624B2 (en) 2019-06-05 2023-02-14 GM Global Technology Operations LLC Low voltage battery SOC confirmation and cell balancing
US20200388874A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 GM Global Technology Operations LLC Planar, thin-film electrochemical device and method of making the same
WO2021034423A2 (en) * 2019-07-12 2021-02-25 Ampcera Inc. Interally heatable battery, internally heatable battery system, internally heatable battery method, and electric vehicle comprising the same
CN113948804A (zh) 2020-07-16 2022-01-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于加热和冷却电池组模块的热装置
CN111987314A (zh) * 2020-08-28 2020-11-24 成都新柯力化工科技有限公司 一种磁热辅助提高磷酸铁锂低温性能的方法及锂电池电芯
CN114665192A (zh) 2020-12-23 2022-06-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 包括内部涡流加热的电化学装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837704B2 (en) 2020-12-23 2023-12-05 GM Global Technology Operations LLC Electrochemical devices including internal eddy current heating

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