ES2710285T3 - Batería de modulación óhmica - Google Patents

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Abstract

Una batería recargable de modulación óhmica que comprende: al menos un terminal negativo y al menos un terminal positivo para operar la batería en un nivel de resistencia interna (R1) en un intervalo de temperatura de la batería entre una primera temperatura (T1) y una segunda temperatura (T2); al menos un terminal de alta resistencia conectado eléctricamente al menos a una hoja de resistencia dentro de una celda de la batería o entre celdas de la batería para operar la batería en un segundo nivel de resistencia interna (R2), ya sea por debajo de T1 o por encima de T2; y un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la batería está por debajo de T1 o por encima de T2; en la que el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de T1 es un factor entre e incluyendo de 2 a 500 el valor de R1 en T1, o el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es un factor entre y incluyendo de 2 a 500 el valor de R1 en T2.

Description

DESCRIPCION
Baterfa de modulacion ohmica
CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere generalmente a baterfas recargables, y mas particularmente, a una baterfa recargable disenada para tener mas de un nivel de resistencia interna. El nivel de resistencia interna cambia sustancialmente con la temperatura. Dichas baterfas pueden tener un rendimiento y una seguridad mejorados e incluir baterfas de iones de litio para electronica, vehfculos y almacenamiento de energfa de la red.
ANTECEDENTES
Las baterfas recargables de alta densidad de energfa para electronica, transporte y almacenamiento de energfa de la red suelen tener un bajo rendimiento a bajas temperaturas y problemas de seguridad a altas temperaturas. A bajas temperaturas, especialmente a temperaturas bajo cero, las baterfas recargables, especialmente las baterfas de iones de litio, muestran un rendimiento de potencia muy bajo y poca energfa debido a la lenta cinetica electroqufmica y los procesos de transporte que tienen lugar en la celda de la baterfa. A altas temperaturas, las baterfas de iones de litio tienen una fuerte tendencia a experimentar fugas termicas, lo que conlleva importantes riesgos. Existe la necesidad de baterfas recargables con un rendimiento mejorado a bajas temperaturas y/o una seguridad mejorada a altas temperaturas.
Los documentos relevantes de la tecnica anterior relacionados con mejoras de seguridad en baterfas recargables que utilizan elementos PTC o NTC son: US 2010/173179 A1, JP 2010 205710 A, US 2006/275653 A1 y JP 2012 069280 A.
RESUMEN DE LA DIVULGACION
Una ventaja de la presente divulgacion es una baterfa recargable de modulacion ohmica, tal como una baterfa de ion litio disenada para tener dos o mas niveles de resistencia interna que pueden cambiar sustancialmente con la temperatura de la baterfa, como se define en la reivindicacion 1. El mecanismo de modulacion ohmica se puede implementar mediante configuraciones activas o pasivas. Ventajosamente, dichas baterfas pueden funcionar a un nivel de resistencia interno sobre un intervalo de temperatura y en otros niveles de resistencia interna a otras temperaturas o intervalos. La diferencia entre diversos niveles de resistencia interna puede ser un factor de dos a cincuenta o mas. En formas de realizacion de la presente divulgacion, la diferencia entre diversos niveles de resistencia interna es un factor entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, entre e incluyendo de 2 a 100, o entre e incluyendo de 2 a 50. El cambio entre diferentes niveles de resistencia puede mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterfas recargables. Por ejemplo, cuando la temperatura de la baterfa aumenta por encima de un intervalo de funcionamiento normal, por ejemplo, de aproximadamente 45°C a 55°C o mas, la resistencia ohmica interna de la baterfa puede aumentar considerablemente, de modo que es posible mantener la maxima corriente de carga/descarga posible a niveles bajos, lo que a su vez reduce sustancialmente la generacion de calor interno. La combinacion de una corriente maxima posible mucho mas baja y una tasa de generacion de calor interna mucho mas baja promueve la seguridad de la baterfa a altas temperaturas.
Estas y otras ventajas se satisfacen, al menos en parte, por una baterfa recargable que comprende un nivel de resistencia interna (R1) sobre un intervalo de temperatura de la baterfa entre una primera temperatura (T1) y una segunda temperatura (T2), y un segundo nivel de resistencia interna (R2) fuera de T1 o T2 , en donde el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de T1 es al menos el doble del valor de R1 a T1, o el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima T2 es al menos el doble del valor de R1 en T2. La baterfa recargable puede tener niveles de resistencia adicionales, por ejemplo, un tercer nivel de resistencia (R3) asociado con una tercera temperatura (T3) o sobre un tercer intervalo de temperatura (T3 , T4), etc. Ventajosamente, el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de T1 es al menos de dos a cincuenta veces el valor de R1 a T1, y el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es al menos de dos a cincuenta veces el valor de R1 a T2. Las formas de realizacion de la presente divulgacion incluyen en las que el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 100, o de 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por debajo de T1 y R1 se determina en T1. Las formas de realizacion adicionales o alternativas incluyen en las que el valor de R2/R1 esta entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta entre e incluyendo de 2 a 100, o d e 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por encima de T2 y R1 se determina a T2. La modulacion ohmica de la baterfa es ventajosamente reversible, es decir, la resistencia interna puede cambiar de nuevo de R2 a Ri entre Ti y T2.
En ciertos aspectos de la presente divulgacion, una baterfa recargable incluye terminales para operar la baterfa en Ri, por ejemplo, un terminal positivo y otro negativo para operar la baterfa en Ri, al menos un terminal de alta resistencia para operar la baterfa en R2 ; y un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la baterfa esta fuera de Ti o Ti. El terminal de alta resistencia se puede conectar electricamente al menos a una hoja de resistencia dentro de una celda de la baterfa o entre las celdas de la baterfa. Las formas de realizacion de tal baterfa incluyen en las que la al menos una hoja de resistencia esta configurada para tener dos pestanas, con una pestana conectada electricamente a otras pestanas de electrodo en la baterfa para formar un terminal de baja resistencia, y formando la otra pestana de la al menos una hoja de resistencia el al menos un terminal de alta resistencia o en donde la al menos una hoja de resistencia es la misma que uno o ambos de los dos colectores de corriente de metal utilizados en una celda de baterfa, o una porcion de los dos colectores de corriente de metal.
Por ejemplo, la baterfa recargable puede incluir una o mas hojas de resistencia incrustadas dentro de pilas o condensadores es espiral de hojas de electrodos-separador de una baterfa convencional y tres terminales para operar la baterfa. Los terminales permiten el funcionamiento de la baterfa en un nivel de baja resistencia Ri o en un nivel de alta resistencia R2. Los tres terminales pueden incluir uno de los terminales positivos y dos negativos o dos terminales positivos y uno negativo. Se prefiere la configuracion anterior. Los dos terminales de la misma polaridad se pueden conectar adicionalmente mediante un interruptor que se auto-activa termicamente o se acciona mediante un controlador de temperatura de tal manera que la baterfa cambia entre los terminales para operar la baterfa en Ri y los terminales para operar la baterfa en R2, cuando la temperatura de la baterfa supera un valor crftico.
Otra forma de realizacion de la divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene una o mas hojas de resistencia interpuestas entre las pestanas de una celda de baterfa, o subgrupos de pestanas de una baterfa, o pestanas de multiples celdas de baterfa. Esta construccion tiene la ventaja de que el calentamiento de Joule generado en las resistencias se afsla de los materiales activos y los electrolitos de las celdas de la baterfa.
Otra forma de realizacion de la divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene uno o mas electrodos que contienen uno o mas materiales de coeficiente de temperatura positivo (PTC). El material PTC se puede incluir con el agente conductor mezclado con suspensiones de electrodos, o un revestimiento delgado en la superficie de los materiales de electrodo activos, o un revestimiento interfacial interpuesto entre los materiales de electrodo activo y la lamina colectora de corriente, o un revestimiento sobre pestanas antes de conectarse entre sf. Los materiales PTC de la presente divulgacion presentan aumentos de resistencia de ordenes de magnitud por encima de ciertas temperaturas, por ejemplo, por encima de aproximadamente 80°C, lo que mejora aun mas la seguridad de la baterfa. El comportamiento no lineal de los materiales PTC provoca ventajosamente un aumento sustancial de la resistencia interna por encima de ciertas temperaturas, que puede revertirse tras disminuir la temperatura de la baterfa.
Otra forma de realizacion de la divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene uno o mas electrodos que contienen uno o mas polfmeros expansibles termicamente como un aglutinante para hacer electrodos, o un aglutinante para hacer una cola conductora para la interfaz entre los materiales activos y la lamina colectora de corriente, o un relleno de poros para electrodos porosos. Estos polfmeros se expanden drasticamente al calentarse, creando de este modo un gran aumento en la resistencia electrica cuando se usan como aglutinantes o un gran aumento en la resistencia ionica cuando se usan como rellenos de poros (debido a la restriccion del volumen de los poros y al aumento de la tortuosidad de los poros para el transporte de iones). Ambos resultados producen un aumento drastico en la resistencia de la baterfa a medida que la temperatura de la baterfa es suficientemente alta. Otro aspecto de la presente divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene un perfil multinivel de resistencia de la baterfa con cambios escalonados a mas de un umbral de temperatura. Tal perfil puede proporcionar multiples capas de defensa.
Las ventajas adicionales de la presente invencion se haran facilmente evidentes para los expertos en esta tecnica a partir de la siguiente descripcion detallada, en la que solo se muestra y se describe la forma de realizacion preferida de la invencion, simplemente a modo de ilustracion del mejor modo contemplado para realizar la invencion. Como se comprendera, la invencion apta para otras formas de realizacion diferentes, y sus diversos detalles pueden modificarse en diversos aspectos obvios, todos sin apartarse de la invencion. Por consiguiente, los dibujos y la descripcion deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Se hace referenda a los dibujos adjuntos, en los que los elementos que tienen las mismas designaciones de numeros de referencia representan elementos similares desde el principio hasta el fin y en los que:
La Figura 1 muestra una caracterfstica de resistencia de una baterfa recargable (OMB) de modulacion ohmica de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion donde la resistencia de la baterfa se modula para tener un fuerte aumento de la resistencia interna a una temperatura umbral T2 para minimizar el potencial de fuga termica y para promover la seguridad de la baterfa.
La Figura 2 es una ilustracion esquematica de un mecanismo paso a paso de una OMB con un salto de 10 veces en la resistencia de la baterfa a la temperatura umbral T2 de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
Las Figuras 3A-3C muestran graficos que ilustran la relacion de la resistencia interna en funcion de la temperatura de una baterfa recargable de modulacion ohmica de acuerdo con formas de realizacion de la presente divulgacion. La Figura 3A ilustra la relacion de resistencia interna frente a la temperatura de una OMB como un perfil de banera, y la Figura 3B ilustra la relacion de resistencia interna frente a la temperatura de una OMB como una funcion escalonada. La Figura 3C es un grafico que muestra el porcentaje de cambio en la resistencia interna sobre el cambio de temperatura
para los niveles de resistencia y las temperaturas asociadas con la OMB de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
La Figura 4 muestra la relacion de resistencia interna frente a temperatura de una OMB de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion donde la resistencia de la baterfa aumenta a otro nivel R3 en torno a una tercera temperatura T3.
La Figura 5 es un esquema que muestra la construccion de una OMB que tiene varias hojas/laminas de resistencia integradas dentro de una pila de conjuntos de electrodo-separador, un terminal negativo de alta resistencia HiR(-) y un terminal negativo de baja resistencia LoR(-), un terminal positivo (+), y un interruptor activado termicamente que conecta los terminales HiR(-) y LoR(-), de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
La Figura 6 ilustra otra OMB compuesta por una hoja de resistencia integrada en el medio de una pila de conjunto de electrodo-separador de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
Las Figuras 7A-7F muestran seis disenos de hojas de resistencias con dos pestanas de acuerdo con las formas de realizacion de la presente divulgacion. Una pestana esta conectada electricamente o soldada a todas las pestanas de las hojas de electrodos negativos para formar el terminal LoR(-), y la otra esta conectada al terminal HiR(-). La Figura 7A ilustra dos pestanas ubicadas en el mismo lado de la hoja separadas por un pequeno corte en el centro para controlar la trayectoria de resistencia entre las dos pestanas; la Figura 7B ilustra dos pestanas que estan ubicadas en el lado opuesto; la Figura 7C ilustra dos pestanas ubicadas en el mismo lado hacia los bordes exteriores; la Figura 7D ilustra dos pestanas en el lado opuesto hacia los bordes exteriores; la Figura 7E ilustra una hoja de resistencia con patron; la Figura 7F ilustra una hoja de resistencia con revestimiento selectivo.
La Figura 8 ilustra una hoja de resistencia interpuesta entre pestanas de dos electrodos de una celda de baterfa de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
La Figura 9 muestra la construccion de un modulo de baterfa de doble celda con una hoja/lamina de resistencia entre las dos celdas, es decir, fuera de cada alojamiento de celda sin contacto directo con el electrolito de la baterfa de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
La Figura 10 ilustra un par de condensadores en espiral que intercalan una hoja/lamina de resistencia antes de la insercion en una carcasa rfgida o de empaquetarse en una celda de bolsa, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion.
La Figura 11 es un diagrama esquematico que ilustra un condensador en espiral desplegado contenido en una celda de bolsa en la que la hoja de electrodo positivo tiene varias pestanas estrechamente separadas soldadas entre sf para formar el terminal positivo (+), y la hoja de electrodo negativo tiene algunas pestanas estrechamente separadas soldadas entre sf para formar un terminal de baja resistencia LoR(-), asf como una pestana alejada que forma el terminal de alta resistencia HiR(-), de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion. El terminal LoR(-) esta conectado con el terminal HiR(-) mediante un interruptor activado termicamente.
La Figura 12 ilustra un diseno diferente de un condensador en espiral desplegado con hojas de electrodos positivo y negativo que presentan varias pestanas estrechamente separadas y una pestana alejada, respectivamente, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion. Este diseno tiene cuatro terminales fuera de la carcasa de la celda, es decir, dos positivos, LoR(+) y HiR(+), y dos negativos, LoR(-) y HiR(-). Los dos interruptores en ambos lados proporcionan mas de dos niveles de resistencia interna de acuerdo con la temperatura de la baterfa y los algoritmos de conmutacion.
Las Figuras 13, 14 y 15 ilustran conjuntos de electrodos de condensador en espiral planos que tienen una o mas hojas de resistencia de acuerdo con la forma de realizacion de la presente divulgacion.
Las Figuras 16A-16B comparan las respuestas de la corriente electrica y la temperatura de la celda en experimented de cortocircuito externos de una OMB construida de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion con una baterfa de ion litio convencional (LiB). La Figura 16A compara las respuestas de corriente de cortocircuito de la OMB con la LiB convencional. La Figura 16B compara las respuestas de temperatura de la baterfa de la OMB con la LiB convencional.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA DIVULGACION
La presente divulgacion se refiere a una baterfa recargable que puede modular su resistencia interna de acuerdo con la temperatura. Como se usa en el presente documento, los terminos modulacion ohmica de una baterfa recargable o una baterfa recargable de modulacion ohmica (OMB) se refieren a una baterfa recargable disenada para tener mas de un nivel de resistencia interna que puede cambiar sustancialmente con la temperatura de la baterfa.
Preferiblemente, la baterfa recargable puede comprender un nivel de resistencia interna (R1) sobre un intervalo de temperatura de la baterfa entre una primera temperatura (T1) y una segunda temperatura (T2) y un segundo nivel de resistencia interna (R2) fuera de T1 o T2. Preferiblemente, el valor de R2 cambia bruscamente, tal como en una funcion escalonada, o cambia drasticamente, tal como en un cambio continuo pero rapido en la resistencia, por debajo de aproximadamente T1 y/o por encima de aproximadamente T2. Por ejemplo, el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de T1 es al menos el doble del valor de R1 en T1, o el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es al menos el doble del valor de R1 en T2. Ventajosamente, el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de T1 es al menos de dos a cincuenta veces el valor de R1 a T1, y el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es al menos de dos a cincuenta veces el valor de R1 a T2. Las formas de realizacion de la presente divulgacion incluyen en las que el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 10o, o de 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por debajo de T1 y R1 se determina en T1. Las formas de realizacion adicionales o alternativas incluyen en las que el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 100, o de 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por encima de T2 y R1 se determina en T2. La modulacion ohmica de la baterfa es ventajosamente reversible, es decir, la resistencia interna puede cambiar de nuevo de R2 a R1 entre T1 y T2. En una forma de realizacion, en una baterfa recargable de modulacion ohmica, la tasa de cambio en la resistencia interna sobre el cambio de temperatura
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es superior al 10% por grado de temperatura Celsius, por ejemplo, mas del 20%, 30%), 40% o 50% por grado de temperatura Celsius, pero menos del 200,000% por grado de temperatura Celsius, por ejemplo, menos del 100,000%, 50,000% por grado de temperatura Celsius. En un aspecto de la presente divulgacion, la tasa del cambio en la resistencia interna sobre el cambio en la temperatura
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esta entre aproximadamente el 50% pero menor del 5,000% por grado de temperatura Celsius. Las baterfas de ion litio convencionales no cambian la resistencia interna en mas de un pequeno porcentaje por cada grado de Celsius y no pueden cambiar sustancialmente a otro nivel de resistencia interna que no sea un cortocircuito o el apagado del separador, lo que da como resultado una tasa de cambio de resistencia interna probable mucho mas alto del 500,000%. La resistencia interna de la baterfa R se puede medir utilizando metodos estandar de CC o CA a temperaturas discretas, y despues la derivada dR/dT se puede calcular a partir de una curva R frente a T.
Como se usa en el presente documento, los terminos baterfa recargable o baterfa se usan para representar cualquier dispositivo de almacenamiento de energfa electroqufmica recargable que contiene una o mas celdas electroqufmicas. Los elementos basicos de una celda de baterfa incluyen un electrodo de anodo revestido en un colector de corriente, un separador, un electrodo de catodo revestido en otro colector de corriente y un electrolito. La configuracion de la baterfa de la presente divulgacion se puede aplicar a una diversidad de baterfas tales como, pero sin limitacion, baterfas de ion litio, polfmero de litio, acido de plomo, hidruro de nfquel-metal, nfquel-manganesocobalto, litio-azufre, litio-aire y todas las baterfas de estado solido. Dichas baterfas son utiles para aplicaciones de transporte, aeroespaciales, militares y de almacenamiento de energfa estacionario.
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una baterfa recargable puede tener al menos dos niveles de resistencia interna que dependen de la temperatura de la baterfa. Como se usa en el presente documento, la temperatura de la baterfa puede ser la temperatura interna o la temperatura de la superficie externa de la baterfa. La baterfa recargable de la presente forma de realizacion puede configurarse para funcionar a un nivel de resistencia mas alto cuando la temperatura interna de la baterfa esta por debajo de una temperatura optima, por ejemplo, debajo de Ti, calentando de este modo la baterfa y mejorando el rendimiento de la baterfa. Por ejemplo, cuando la temperatura interna de la baterfa esta por debajo de un intervalo normal, por ejemplo, temperaturas operativas por debajo de lo normal, tal como por debajo de aproximadamente 5°C o en entornos gelidos (temperaturas inferiores a aproximadamente 0°C, por ejemplo, menos de aproximadamente -10 o -20°C), la resistencia interna de la baterfa es varias veces mayor que cuando la baterfa funciona en el intervalo de temperatura normal (por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 40 Qcm2 a aproximadamente 200 Qcm2). Como resultado, hay mucho calentamiento interno intensificado (ya que la generacion de calor de la baterfa es proporcional a su resistencia interna), lo que lleva a un rapido aumento de la temperatura interna de la baterfa. Esto, a su vez, mejora rapidamente la potencia y la produccion de energfa de la baterfa mientras funciona en entornos gelidos.
La baterfa recargable de la presente divulgacion tambien se puede configurar para cambiar a una resistencia interna alta una vez que la temperatura interna de la baterfa exceda el extremo alto del intervalo operativo normal, por ejemplo, por encima de T2. Las temperaturas que exceden el intervalo operativo normal dependen de varios factores, incluido el tipo de baterfa. Dichas altas temperaturas finales incluyen, por ejemplo, por encima de aproximadamente 45°C, tal como, por ejemplo, por encima de aproximadamente 50°C, 60°C, 70°C y tan alto como aproximadamente 130°C. Dichas temperaturas internas superiores pueden producirse durante el abuso o un evento defectuoso. La alta resistencia interna provoca un exceso de tension de la celda mucho mayor en el caso de sobrecarga de la celda, lo que facilita enormemente la deteccion temprana y el apagado de los sistemas de carga externos antes de que la celda entre en una condicion de fuga termica. En un caso de cortocircuito, por ejemplo, la resistencia interna superior liberara la energfa de la baterfa a una velocidad mas lenta y controlada, lo que reducira la velocidad del aumento de la temperatura de la celda y protegera a la celda de la fuga termica. Esta caracterfstica de alta resistencia interna en el extremo superior del intervalo de temperatura normal puede facilitar la seguridad inherente de la baterfa.
Una ventaja de la baterfa de modulacion ohmica de la presente divulgacion es que la resistencia interna de la baterfa puede saltar bruscamente cuando la temperatura de la baterfa alcanza un punto umbral T2 , como se muestra en la Figura 1. El salto de resistencia suprime rapidamente la corriente de descarga/carga y luego reduce significativamente la generacion de calor interno. Esto se puede ilustrar como se muestra en la Figura 2. Como se muestra en la figura, con un salto de 10 veces en la resistencia de la baterfa a la temperatura umbral T2 (Figura 2a) se produce una cafda significativa de la corriente (Figura 2b) y la generacion de calor (Figura 2c) que a su vez disminuye la velocidad de aumento de la temperatura (Figura 2d). El aumento de la resistencia de la baterfa en T2 reduce la velocidad de aumento de la temperatura de la baterfa, minimizando o evitando de este modo la fuga termica y promoviendo la seguridad de la baterfa en cualquier situacion de abuso. T2 se establece preferiblemente a una temperatura que tiene un valor dentro de un intervalo entre aproximadamente 45°C y aproximadamente 130°C, por ejemplo, dentro de un intervalo entre aproximadamente 60°C y aproximadamente 100°C.
La baterfa de modulacion ohmica no se limita a tener un salto de resistencia en la temperatura umbral T2 para una seguridad a alta temperatura, tambien puede tener un aumento de resistencia que tiene lugar a una temperatura baja T1 en o aproximadamente temperaturas bajo cero para generar calor interno y proporcionar una produccion de alta potencia cuando se opera a temperaturas ambientales gelidas. Es preferible que una sola baterfa recargable este configurada para tener una alta resistencia interna tanto a baja como alta temperatura, por ejemplo, R2 cambia tanto por debajo de T1 como por encima de T2. TAl baterfa recargable puede tener tanto alta potencia a bajas temperaturas como alta seguridad a altas temperaturas.
Un ejemplo de una relacion de resistencia ideal con respecto a la temperatura de una baterfa recargable de este tipo que tiene dos niveles de resistencia se ilustra esquematicamente en las Figuras 3A y 3B. La Figura 3A ilustra la relacion de resistencia interna frente a la temperatura de una OMB como un perfil de banera, y la Figura 3B ilustra la relacion de resistencia interna frente a la temperatura de una OMB como una funcion escalonada. En estas figuras, la resistencia interna de la baterfa se modula a un nivel alto por debajo de una baja temperatura T1 para calentar rapidamente la baterfa y, por lo tanto, proporcionar una produccion de alta potencia a temperaturas de funcionamiento inferiores, y la resistencia interna de la baterfa se modula a un nivel alto por encima de una temperatura alta T2 para proporcionar una seguridad significativamente mejorada a altas temperaturas.
Como se muestra en las figuras, durante un intervalo de temperatura operativa normal, por ejemplo, Ti <T<T2 , donde Ti es aproximadamente 0°C y T2 es aproximadamente 50°C, por ejemplo, la batena presenta una resistencia interna baja (Ri) similar a la resistencia interna experimentada en una batena recargable convencional, por ejemplo, tal como una batena de ion litio. Sin embargo, fuera de este intervalo de temperatura operativa, la resistencia interna de la batena salta a un nivel superior (R2) donde R2 es preferiblemente al menos de 2 a 5 veces Ri, por ejemplo, al menos 10, 20 o como mucho 50 veces el valor de Ri, cuando el valor de R2 se determina dentro de aproximadamente 2°C de Ti y/o T2. Las formas de realizacion de la presente divulgacion incluyen en las que el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 100, o de 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por debajo de T1 y R1 se determina en T3. Las formas de realizacion adicionales o alternativas incluyen en las que el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 500, por ejemplo, el valor de R2/R1 esta comprendido entre e incluyendo de 2 a 100, o de 2 a 50, cuando el valor de R2 se determina a aproximadamente 2°C por encima de T2 y R1 se determina en T2.
La Figura 3C es un grafico que muestra el porcentaje de cambio en la resistencia interna sobre el cambio de temperatura
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para los niveles de resistencia y las temperaturas asociadas con la OMB de acuerdo con una forma de realizacion de la presente divulgacion. En esta figura, el porcentaje de cambio en la resistencia interna sobre el cambio de temperatura
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es superior al 10% y al 70% por °C. La resistencia de la batena R se mide mediante metodos estandar de CC o CA a diversas temperaturas discretas. Posteriormente, dR/dT se calcula tomando la derivada de la relacion R frente a T. En otro aspecto de la presente divulgacion, la OMB puede incluir un tercer nivel de resistencia interna (R3) cuando la batena alcanza una tercera temperatura (T3). Preferiblemente, el valor de R3 cambia bruscamente o drasticamente por encima de T3 , por ejemplo, el valor de R3 a aproximadamente 2°C por encima de T3 es al menos dos veces, por ejemplo, al menos 5, 10, 20 veces o mas, el valor de R2 en T3. En un aspecto de la presente divulgacion, T3 es una temperatura que tiene un valor dentro de un intervalo entre aproximadamente 80°C y aproximadamente 130°C. La Figura 4 ilustra una batena recargable que tiene tres niveles de resistencia. Como se muestra en la figura, la batena recargable tiene tres niveles de resistencia interna que funcionan a diferentes temperaturas. Una vez que la temperatura de la batena pasa a un punto de umbral mas alto T3 , la batena funciona a un tercer nivel de resistencia R3. Una batena de este tipo proporciona un mecanismo de doble defensa para la batena y mejora la seguridad de la batena a temperaturas elevadas.
Ventajosamente, la batena recargable de la presente divulgacion puede configurarse facilmente con componentes de batena recargable convencionales con una modificacion minima en ciertas formas de realizacion. En terminos generales, una batena convencional, tal como una batena de iones de litio, incluye hojas de uno o mas electrodos de anodo, separadores y electrodos de catodo apilados o enrollados en un condensador en espiral que se empaqueta en una funda de bolsa o carcasa ngida. Despues, la bolsa o carcasa se llena con un electrolito. Los materiales activos de catodo pueden incluir oxido de litio-cobalto, fosfato de litio-hierro, oxido de litio-manganeso, oxidos de litio-mquel-cobalto-manganeso, oxidos en capas ricas en litio, o sus mezclas. Los materiales activos de anodo pueden incluir grafito, silicio, aleaciones de silicio, metal litio, aleaciones de litio tales como titanato de litio, sus mezclas, etc.
Por ejemplo, una batena de iones de litio convencional incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador, un colector de corriente de electrodo positivo, un colector de corriente de electrodo negativo, un electrolito y una tapa o recipiente de batena. El electrodo positivo revestido en una lamina colectora de corriente (por ejemplo, lamina de Al) y el electrodo negativo revestido en otra lamina colectora de corriente (por ejemplo, lamina de Cu) se apilan o enrollan con un separador interpuesto entre los mismos, y una solucion de electrolito en la que se encuentra un electrolito disuelto en un solvente se impregna en el separador y los dos electrodos porosos.
Tanto los electrodos positivos como los negativos incluyen materiales activos, aglutinantes y agentes conductores descritos anteriormente, si es necesario. Los aglutinantes comunes incluyen PVDF (fluoruro de polivinilideno) y caucho de estireno-butadieno (SBR) y sal sodica de carboximetilcelulosa (CMC). Los agentes conductores suelen estar basados en carbono y mezclados con los materiales activos para aumentar la conductividad del electrodo. Las sales de litio tales como LiPF6, LiBF4, etc. pueden usarse individualmente o en combinacion como electrolito. Se pueden usar carbonato encadenado, carbonato anular, ester anular, compuestos de nitrilo y similares como el disolvente usado para disolver las sales de litio. Los ejemplos especfficos de los mismos incluyen carbonato de etileno (EC), carbonato de etilmetilo (EMC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de propileno (PC), carbonato de dietilo, dimetoxietano, etc. Ademas, un electrolito de polfmero-gel o un electrolito solido pueden utilizarse como el electrolito.
Una baterfa recargable de la presente divulgacion puede incluir los componentes convencionales de una baterfa recargable e incluir adicionalmente uno o mas componentes para modular la resistencia interna de la baterfa. De manera ventajosa, las baterfas recargables de la presente divulgacion no requieren dispositivos de refuerzo de tension para cambiar la resistencia interna de la baterfa con la temperatura. Por ejemplo, las baterfas recargables de la presente divulgacion no incluyen un transformador o un convertidor de CC/CC para alimentar una resistencia con el fin de cambiar la resistencia interna de la baterfa con la temperatura como una forma de realizacion.
Por ejemplo, una baterfa recargable de modulacion ohmica de la presente divulgacion puede incluir al menos un terminal negativo y al menos un terminal positivo para operar la baterfa en Ri, por ejemplo, a un nivel de resistencia interna baja (LoR), entre Ti y T2 , y al menos un terminal de alta resistencia para operar la baterfa en R2 , por ejemplo, a un alto nivel de resistencia interna (HiR), cuando la temperatura de la baterfa esta fuera de Ti o T2. El terminal de alta resistencia puede ser un terminal negativo adicional (es decir, un HiR(-)) o un terminal positivo adicional (es decir, un HiR(+)).
Una baterfa recargable de este tipo puede incluir un interruptor que cambia los niveles de resistencia de la baterfa. Por ejemplo, el interruptor puede activar los terminales de baja resistencia de la baterfa, por ejemplo, LoR (-) y/o LoR (+), para operar la baterfa cuando la temperatura de la baterfa esta entre Ti y T2, y puede activar uno o mas terminales de alta resistencia, por ejemplo, HiR(-) y/o HiR(+), cuando la temperatura de la baterfa esta fuera de Ti o T2.
El interruptor de la presente divulgacion puede incluir aquellos activados por dispositivos termicamente sensibles tales como una capsula lfquida de glicol-agua que se expande al congelarse y empuja el interruptor para abrirlo, un material de cambio de fase que experimenta una transicion de fase y un cambio de volumen apreciable en Ti o T2 , o ambos, o un interruptor bimetalico, o un material solido cuyo volumen se expande de forma apreciable a la temperatura Ti o T2 , o ambas, por ejemplo.
El interruptor de la presente divulgacion puede estar compuesto por un rele electromecanico y un controlador de temperatura, o un rele de estado solido con un sensor de temperatura, un MOSFET de potencia con un sensor de temperatura, o un interruptor de alta corriente con un sensor de temperatura. Como alternativa, el interruptor que conecta los terminales LoR(-) y HiR(-) se puede realizar mediante un controlador que tiene un circuito electrico y un sensor de temperatura de celda en un sistema de administracion de baterfa.
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, la baterfa recargable incluye al menos una hoja de resistencia que esta conectada electricamente al terminal de alta resistencia. La al menos una hoja de resistencia se puede ubicar dentro de una celda de baterfa (expuesta al electrolito), o fuera y entre dos celdas de la baterfa, o una combinacion de algunas hojas de resistencia dentro de las celdas y algunas hojas de resistencia fuera y entre las celdas. Ademas, la hoja de resistencia configurada con una celda de la baterfa puede ser parte integral del colector de corriente de un electrodo de la celda de la baterfa.
Como se usa en el presente documento, una hoja de resistencia es un material que tiene una conductividad electrica similar o inferior en relacion con una lamina colectora de corriente no modificada de un electrodo de baterfa, pero provoca un aumento significativo en la resistencia electrica interna de la baterfa cuando se activa durante el funcionamiento de la baterfa. La hoja de resistencia tiene preferiblemente una resistencia en unidades de ohmios igual al valor numerico de entre 0,i y 5 dividido por la capacidad de la baterfa en amperios-hora (Ah), por ejemplo, entre aproximadamente 0,5 a 2 dividido por la capacidad de la baterfa en Ah. Por ejemplo, la hoja de resistencia para una baterfa de 20 Ah esta preferiblemente entre aproximadamente 0,005 Ohm (0,i dividido por 20) a aproximadamente 0,25 Ohm (5 dividido por 20), por ejemplo, entre aproximadamente 0,025 Ohm (0,5 dividido por 20) hasta aproximadamente 0,i Ohm (2 dividido por 20).
Las hojas de resistencia de la presente divulgacion pueden ser cualquier material suficientemente conductor que sea estable cuando se expone a electrolitos de baterfa y dentro de la ventana de tension electroqufmica de una baterfa recargable cuando la hoja de resistencia se expone a un entorno de este tipo. Dichas hojas de resistencia pueden estar hechas de, por ejemplo, grafito, grafito pirolftico altamente ordenado (HOPG), acero inoxidable, nfquel, cromo, nicromo, cobre, aluminio, titanio o combinaciones de los mismos si se usan fuera de las celdas de la baterfa y entre dos celdas adyacentes en un modulo, las hojas de resistencia no necesitan ser anticorrosivas y, por lo tanto, hay materiales adicionales disponibles para su uso como hojas de resistencia de la presente divulgacion. En ciertas formas de realizacion, la hoja de resistencia de la presente divulgacion es preferiblemente plana con una gran area de superficie, de modo que puede tener un buen contacto con los componentes adyacentes de la baterfa. Las hojas de resistencia de la presente divulgacion pueden tener un espesor entre aproximadamente 1 micrometro y aproximadamente 150 micrometros con un intervalo preferido de aproximadamente 5 a aproximadamente 60 micrometros. Las laminas de resistencia que tienen una gran resistencia electrica, una alta conductividad termica y una pequena capacidad de calor son utiles para ciertas formas de realizacion de la presente divulgacion.
La resistencia de la hoja de resistencia puede ajustarse por el patron de la hoja, es decir, eliminando material de la hoja de resistencia. El patron permite que una hoja de resistencia tenga un espesor suficiente para la resistencia mecanica y la soldabilidad, pero una resistencia reducida. Los patrones con esquinas redondeadas tienen la ventaja de reducir la acumulacion de temperatura en la esquina de un patron. Se pueden fabricar hojas de resistencia con patron mediante fotograbado, mecanizado de descarga electrica, corte por chorro de agua, corte por laser, estampado, etc.
En algunas formas de realizacion, una porcion sustancial de la superficie de una hoja de resistencia puede recubrirse para evitar reacciones qufmicas no deseadas o conexion electrica con un electrolito. Por ejemplo, las hojas de resistencia pueden recubrirse selectivamente, con parte de su superficie no recubierta para la conexion electrica a otras pestanas o terminales y con el resto de la superficie recubierta y, por lo tanto, aislada electrica y qufmicamente. Se puede aplicar un revestimiento protector para cubrir completamente toda la superficie de las hojas de resistencia al principio, y luego se puede quitar selectivamente el revestimiento en cierta area para permitir la conexion electrica necesaria con otras pestanas o terminales. El revestimiento protector debe ser termicamente conductor, electricamente aislante y qufmicamente estable dentro de una celda de baterfa. Puede estar hecho de polfmeros, oxidos metalicos y otros. Los ejemplos de materiales polimericos para el revestimiento protector incluyen: polietileno, polipropileno, polipropileno clorado, poliester, poliimida, PVDF, PTFE, nylon o copolfmeros de ellos. Los ejemplos de materiales de oxido metalico para el revestimiento protector incluyen oxidos de Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn y combinaciones de los mismos. Se prefiere que el revestimiento protector tenga una constante dielectrica alta. En algunas formas de realizacion, se puede usar adhesivo entre las hojas de resistencia y el revestimiento protector. El espesor del revestimiento protector puede estar entre 10 nm y 100 um, preferiblemente de 10 nm a 50 um. El revestimiento debe ser lo suficientemente delgado para permitir una buena transferencia de calor, pero impermeable para proteger la hoja de resistencia del contacto con el electrolito dentro de una celda de baterfa. El revestimiento protector se puede aplicar sobre hojas de resistencia mediante metodos tales como encintado, laminado, revestimiento por inmersion, revestimiento por rotacion, revestimiento por pulverizacion, deposicion qufmica de vapor, deposicion de capa atomica, colada de solucion, electrodeposicion, monocapa autoensamblada, estereolitograffa, oxidacion de la superficie, y otros.
En ciertas configuraciones de la presente divulgacion, la baterfa recargable incluye una o mas pestanas o terminales de alta resistencia y una o mas pestanas o terminales de baja resistencia. Los terminales de alta resistencia conectan electricamente una o mas hojas de resistencia y las pestanas o terminales de baja resistencia estan configurados para operar la baterfa en un modo de baja resistencia interna.
Las Figuras 5 y 6 ilustran formas de realizacion adicionales de la presente divulgacion. Como se muestra en la Figura 5, la baterfa recargable 110 tiene varias hojas de resistencia 112 integradas dentro de una pila de conjuntos de electrodo-separador. Los conjuntos de electrodo-separador incluyen electrodos de anodo 114 que tienen pestanas de anodo 114a, separadores 116 y electrodos de catodo 118 que tienen pestanas de catodo 118a. La baterfa 110 incluye ademas un terminal negativo de baja resistencia LoR(-) 120 y un terminal negativo de alta resistencia HiR(-) 122, un interruptor 124 y un terminal positivo (+) 126.
En esta forma de realizacion, cada hoja de resistencia tiene dos pestanas (112a, 112b), que se pueden unir mediante soldadura. La pestana de resistencia 112a y las pestanas de anodo 114a de los electrodos de anodo 114 estan conectadas electricamente al terminal negativo de baja resistencia LoR(-) 120 para formar un circuito de baja resistencia electrica. La pestana de resistencia 112b esta conectada electricamente al terminal negativo de alta resistencia HiR(-) 122 para formar un circuito de alto nivel de resistencia electrica que se activa mediante el interruptor 124. Las pestanas de catodo 118a de los electrodos de catodo 118 estan conectadas electricamente entre si y al terminal positivo 126. En este ejemplo en particular, el interruptor 124 es un interruptor activado termicamente que puede conectar o desconectar electricamente un terminal LoR(-) 120 y un terminal HiR(-) 122. El conjunto de anodo-separador-catodo-hoja de resistencia puede colocarse en un envase apropiado, por ejemplo, en una carcasa de una celda de bolsa y rellenarse con electrolito. En esta forma de realizacion, el conjunto de anodo-separador-catodo-hoja de resistencia esta contenido en la carcasa 140. Los terminales negativo y positivo pueden conectarse electricamente a un circuito externo 128a y 128b.
En resumen, la baterfa recargable ilustrada en la Figura 5 cuenta con tres terminales en el exterior de la carcasa 140, dos terminales negativos, LoR(-) y HiR(-), y un terminal positivo (+). Los dos terminales negativos, LoR(-) y HiR(-), se conectan adicionalmente mediante un interruptor sensible a la temperatura que se encuentra inmediatamente fuera de la baterfa. Durante el funcionamiento, cuando la temperatura de la baterfa esta dentro de un intervalo operativo normal, definido como entre una primera temperatura T1 y una segunda temperatura T2, el interruptor esta CERRADO y la corriente de la baterfa pasa por alto las hojas de resistencia ya que la corriente prefiere fluir a traves del circuito de baja resistencia. En este caso, la baterfa funciona entre los terminales (+) y LoR(-), mostrando una baja resistencia interna. Cuando la temperatura de la baterfa esta fuera del intervalo normal de T1 y T2 , el interruptor esta ABIERTO, dejando los terminales (+) y HiR(-) operativos. Esto obliga a la corriente de la baterfa a fluir a traves de las hojas de resistencia y, por lo tanto, presenta una alta resistencia interna. Por ejemplo, cuando la temperatura de la baterfa esta por encima de un intervalo normal, tal como por encima de aproximadamente 45°C, la resistencia interna de la baterfa aumenta varias veces debido a la presencia de hojas de resistencia en la trayectoria de flujo actual.
La Figura 6 muestra otra configuracion de una baterfa recargable que tiene al menos una hoja de resistencia insertada entre una pila de los conjuntos de electrodo-separador para aumentar la resistencia interna de la baterfa. En esta forma de realizacion, la baterfa recargable 210 incluye una hoja de resistencia 212 colocada entre dos conjuntos de electrodo-separador 213a y 213b. La hoja de resistencia se coloca preferiblemente en el centro de la pila de electrodos y se puede intercalar por los separadores 217 que pueden ser iguales o diferentes a los separadores 216. Cada conjunto de electrodo-separador incluye electrodos de anodo 214, separadores 216 y electrodos de catodo 218. La baterfa 210 incluye ademas un terminal negativo de baja resistencia LoR(-) 220, un terminal negativo de alta resistencia HiR(-) 222, un interruptor 224 y un terminal positivo (+) 226.
En esta forma de realizacion, la hoja de resistencia 212 tiene dos pestanas (212a, 212b), que se pueden unir por soldadura. La pestana de resistencia 212a y las pestanas de anodo 214a de los electrodos de anodo 214 estan conectadas electricamente al terminal negativo de baja resistencia LoR(-) 220 para formar un circuito de baja resistencia electrica. La pestana de resistencia 212b esta conectada electricamente al terminal negativo de alta resistencia HiR(-) 222 para formar un circuito de alto nivel de resistencia electrica que se activa mediante el interruptor 224. Las pestanas de catodo 218a de los electrodos de catodo 218 estan conectadas electricamente entre sf y al terminal positivo 226. En este ejemplo en particular, el interruptor 224 es un interruptor activado termicamente que puede conectar o desconectar electricamente un terminal LoR(-) 220 y un terminal HiR(-) 222. El conjunto de anodo-separador-catodo-hoja de resistencia puede colocarse en un envase apropiado, por ejemplo, en una carcasa de una celda de bolsa y rellenarse con electrolito. En esta forma de realizacion, el conjunto de anodo-separador-catodo-hoja de resistencia esta contenido en la carcasa 240. Los terminales negativo y positivo pueden conectarse electricamente a un circuito externo 228a y 228b. La baterfa recargable 210 de la Figura 6 se puede operar de la misma manera que se ha descrito para la Figura 5.
La Figura 7 ilustra diferentes configuraciones de hojas de resistencias que pueden usarse en las baterfas recargables de la presente divulgacion, incluidas las configuraciones mostradas en las Figuras 5 y 6. Cada hoja de resistencia, 310, 320, 330, 340, 350, 360 tiene dos pestanas, que se pueden unir mediante soldadura. Las pestanas en las diversas hojas de resistencia se pueden colocar en varias configuraciones, como se muestra en la Figura 7. Estas configuraciones incluyen: (a) 2 pestanas en el mismo lado (311, 312), separadas por el corte 314; (b) 2 pestanas en el lado opuesto de la hoja de resistencia y ubicadas aproximadamente en el centro del borde (321, 322); (c) y (e) 2 pestanas en el mismo lado, pero en los bordes exteriores de la hoja de resistencia (331, 332) y separadas por un corte 334; y (d) y (f) 2 pestanas en el lado opuesto de la hoja de resistencia, pero en los bordes exteriores (341, 342).
En algunas formas de realizacion, la resistencia de la hoja de resistencia se puede ajustar a traves de un patron. Dicho patron permite una hoja de resistencia mas gruesa que si la resistencia de la hoja se ajustara haciendola mas delgada, lo que puede afectar adversamente a la resistencia mecanica o la soldabilidad de la hoja de resistencia con otras pestanas. Cuando se aplica un patron, se prefieren las esquinas redondas sobre las esquinas rectas para minimizar los puntos calientes. Las hojas de resistencia con patron se pueden fabricar por fotograbado, mecanizado de descarga electrica, corte por chorro de agua, corte por laser, estampado, etc. La Figura 7E ilustra una hoja de resistencia con patron que puede usarse en las baterfas recargables de la presente divulgacion. La Figura 7E muestra 2 pestanas en el mismo lado, pero en los bordes exteriores de la hoja de resistencia (331, 332) y tambien el material retirado del interior de la hoja (es decir, el patron general 352) con esquinas redondeadas (354). En otras formas de realizacion o en combinacion con otras formas de realizacion, la hoja de resistencia se puede recubrir con una capa delgada de polfmero u oxido que sea termicamente conductora, electricamente aislante y qufmicamente estable dentro de una celda de baterfa. La Figura 7F ilustra una hoja de resistencia que tiene un revestimiento en ambos lados principales de la hoja. En esta forma de realizacion particular, el revestimiento es un laminado (362) que rodea completamente la hoja de resistencia (364) pero expone las pestanas (341, 342).
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 se pueden usar en las configuraciones de las Figuras 5 o 6. Por ejemplo, para cualquier hoja de resistencia en la Figura 7, las pestanas etiquetadas como Pestana 1 se pueden conectar (por ejemplo, soldarse) con todas las pestanas de las hojas de electrodo de anodo en la baterfa. Juntas, forman el terminal de baja resistencia LoR(-) en la Figura 5 o la Figura 6. Las Pestanas 2 como se muestra en la Figura 7, se pueden soldar juntas para formar el terminal de alta resistencia HiR(-) en cualquiera de las Figura 5 o Figura 6.
Otra forma de realizacion de la presente divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene una o mas hojas de resistencia interpuestas entre las pestanas de una celda de baterfa, o subgrupos de pestanas de una baterfa, o pestanas de multiples celdas de baterfa. El diseno en esta forma de realizacion se puede utilizar con cualquier baterfa recargable convencional. La Figura 8 ilustra una forma de realizacion de una baterfa recargable que tiene una hoja de resistencia interpuesta entre las pestanas de los electrodos en una celda de baterfa. Esta figura muestra la hoja de resistencia 812 interpuesta entre las pestanas 814a y 816a de dos electrodos, 814 y 816. La pestana de la hoja de resistencia 812a esta conectada electricamente a las pestanas 814a y 816a de los electrodos 814 y 816, por ejemplo, electrodos de anodo de una celda y a un terminal de resistencia negativa LoR(-) (no mostrado) para formar un circuito de baja resistencia electrica. La pestana 812b de la hoja de resistencia 812 esta conectada electricamente al terminal negativo de alta resistencia HiR(-) (no mostrado) para formar un circuito de alto nivel de resistencia electrica. La baterfa recargable en esta forma de realizacion tambien incluirfa un interruptor que puede conectar o desconectar electricamente el terminal LoR(-) y el terminal HiR(-), y la baterfa, con esta configuracion, puede operarse de la misma manera que se describe en la Figura 5.
Mientras que la configuracion de la baterfa en la Figura 8 se ilustra con una hoja de resistencia interpuesta entre dos electrodos, se pueden interponer hojas de resistencia adicionales entre los electrodos adicionales para formar un nivel interno de alta resistencia de la baterfa. El uso de una o mas hojas de resistencia interpuestas entre las pestanas de una celda de baterfa tiene el beneficio de que el calentamiento de Joule generado tras activarse la hoja de resistencia se afsla de los materiales activos del electrodo y el electrolito de las celdas de baterfa, lo que mejora aun mas la seguridad de la baterfa. En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas de una hoja de resistencia mostrada en la Figura 8 se puede usar en las configuraciones de las Figuras 5 o 6.
En otras formas de realizacion de la presente divulgacion, una baterfa recargable puede configurarse colocando una o mas hojas de resistencia fuera de una celda de baterfa. Por ejemplo, con un modulo de baterfa que incluye multiples celdas, una o mas hojas de resistencia pueden intercalarse entre dos celdas adyacentes dentro del modulo de la baterfa. La Figura 9 ilustra una forma de realizacion de este tipo.
Como se muestra en la Figura 9, el modulo de baterfa 410 incluye una hoja de resistencia 412 colocada entre dos celdas 413a y 413b. La hoja de resistencia esta colocada preferiblemente entre las celdas del modulo de baterfa, tal como interpuesta firmemente entre dos celdas. Cada celda incluye electrodos de anodo 414, separadores 416 y electrodos de catodo. El modulo de baterfa 410 incluye ademas un terminal negativo de baja resistencia LoR(-) 420 que esta conectado electricamente a cada celda del modulo y un terminal negativo de alta resistencia HiR(-) 422, que esta conectado electricamente a la hoja de resistencia. El modulo de baterfa tambien incluye el interruptor 424 y los terminales positivos (+) 426a y 426b. Los terminales negativo y positivo pueden conectarse electricamente a un circuito externo 428a y 428b. El modulo de baterfa recargable 410 de la Figura 9 se puede operar de la misma manera que se ha descrito para la Figura 5.
Mientras que el modulo de baterfa 410 en la Figura 9 se ilustra como un modulo de doble celda con una hoja de resistencia entre las dos celdas, los modulos de baterfa de la presente divulgacion pueden tener mas de dos celdas y/o mas de una hoja de resistencia posicionada en el medio de los modulos de celda. Por ejemplo, el modulo de baterfa puede tener 4, 5 o 6 celdas con una o mas hojas de resistencia colocadas entre las celdas y alrededor de otras posiciones cerca de las celdas.
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 y/o la Figura 8 se pueden usar en las configuraciones de la Figura 9. Por ejemplo, para cualquier hoja de resistencia en la Figura 7, las pestanas etiquetadas como Pestana 1 se pueden conectar a los terminales negativos de las celdas, formando un terminal de baja resistencia para el modulo de baterfa, LoR(-). La Pestana 2 de cualquiera de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 se puede soldar para formar el terminal de alta resistencia del modulo de baterfa, HiR(-). La activacion y el funcionamiento de dicho modulo de baterfa es el mismo que para una sola celda descrita anteriormente.
En otra forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas laminas de resistencia se pueden intercalar entre dos condensadores en espiral de un conjunto de electrodo-separador de una baterfa recargable. La Figura 10 ilustra una forma de realizacion de este tipo. Como se muestra en la Figura 10, la hoja de resistencia 512 esta intercalada entre dos condensadores en espiral (513a, 513b). El diseno en esta forma de realizacion se puede usar con cualquier baterfa recargable convencional que contenga conjuntos de electrodos de condensador en espiral. Como se muestra adicionalmente en la Figura 10, la hoja de resistencia electrica 512 tiene dos pestanas (512a, 512b), que se pueden unir mediante soldadura. La pestana de resistencia 512a esta conectada electricamente a las pestanas de anodo 514a de los electrodos de anodo del condensador en espiral (no mostrado por conveniencia ilustrativa) y a un terminal negativo de baja resistencia LoR(-) (no mostrado) para formar un circuito de baja resistencia electrica. La pestana de resistencia 512b esta conectada electricamente al terminal negativo de alta resistencia HiR(-) (no mostrado) para formar un circuito de alto nivel de resistencia electrica. Las pestanas de catodo 518a de los electrodos de catodo del condensador en espiral estan conectadas electricamente entre sf y a un terminal positivo (no mostrado por conveniencia ilustrativa). La baterfa recargable en esta forma de realizacion tambien incluirfa un interruptor fuera de la baterfa que puede conectar o desconectar electricamente el terminal LoR(-) y el terminal HiR(-). La baterfa recargable 510 de la Figura 10 se puede operar de la misma manera que se ha descrito para la Figura 5.
Mientras que la configuracion de la baterfa en la Figura 10 se ilustra como dos condensadores en espiral con una hoja de resistencia entre los mismos, las baterfas recargables de la presente divulgacion pueden tener mas de dos condensadores en espiral y/o mas de una hoja de resistencia posicionada en el medio del condensador en espiral. Ademas, la una o mas hojas de resistencia se pueden recubrir con una capa delgada de un polfmero u oxido para aislarlas de un electrolito dentro de la baterfa. Por ejemplo, la baterfa puede tener tres o mas condensadores en espiral con una o mas hojas de resistencia colocadas entre un par de condensadores en espiral y/o alrededor de otras posiciones cerca de cada uno o algunos de los condensadores en espiral.
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 y/o la Figura 8 se pueden usar en las configuraciones de la Figura 10. Por ejemplo, para cualquier hoja de resistencia en la Figura 7, las pestanas etiquetadas como Pestana 1 se pueden conectar a los terminales negativos de las celdas, formando un terminal de baja resistencia para la baterfa, LoR(-). La Pestana 2 de cualquiera de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 se puede soldar para formar el terminal de alta resistencia de la baterfa, HiR(-). La activacion y el funcionamiento de tal baterfa son los mismos que se describen para la baterfa de la Figura 5.
En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una baterfa recargable puede construirse sin usar una hoja de resistencia separada para producir el alto nivel de resistencia electrica interna de la baterfa. Por ejemplo, un circuito de alta resistencia electrica puede configurarse para ser parte integral del colector de corriente de un electrodo de la celda de la baterfa. En una forma de realizacion de la presente divulgacion, una baterfa recargable incluye al menos un terminal negativo y al menos un terminal positivo para operar la baterfa en R1 sobre T1 y T2; al menos un terminal de alta resistencia (por ejemplo, un terminal negativo o positivo adicional) para operar la baterfa en R2 fuera de T1 o T2; y un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la baterfa esta fuera de T1 o T2, en donde el al menos un terminal de alta resistencia esta conectado electricamente al menos a una hoja de resistencia dentro de una celda de la baterfa, y en donde la al menos una hoja de resistencia forma parte integral del colector de corriente de un electrodo de la celda de la baterfa. La Figura 11 ilustra una forma de realizacion de este tipo.
La Figura 11 muestra un conjunto que incluye un electrodo de anodo 614, un separador 616 y un electrodo de catodo 618. Este conjunto es aplicable a una amplia diversidad de configuraciones de baterfa recargable, tal como un diseno de condensador en espiral en la carcasa de la celda. En esta forma de realizacion, el electrodo de catodo (positivo) 618 incluye varias pestanas estrechamente separadas 618a conectadas electricamente (por ejemplo, soldadas entre si) para formar el Terminal (+) 626. Por otra parte, el electrodo de anodo (negativo) 614 incluye algunas pestanas estrechamente separadas (614a) conectadas electricamente entre si para formar el terminal LoR(-) 620 y la pestana 614b que se encuentra a una distancia de la pestana mas cercana 614a. La Pestana 614b puede conectarse electricamente a un terminal de alta resistencia electrica. En este ejemplo, la Pestana 614b forma el terminal de alta resistencia electrica HiR(-).
En este diseno, la porcion de la lamina de electrodo negativo, es decir, la lamina de Cu, entre la pestana 614b (la pestana alejada) y la mas cercana de la pestana estrechamente separada (pestana 614a), actua como una gran resistencia para ser operativa cuando la temperatura de la baterfa esta por debajo del intervalo normal, es decir, por debajo de T1. En otras palabras, el material entre las pestanas 614a y 614b (designado como 630) actua como la hoja de resistencia para este diseno de baterfa. En el exterior de la carcasa de la celda, los terminales LoR(-) y HiR(-) se pueden conectar y desconectar electricamente a traves del interruptor 624, por ejemplo, un interruptor sensible a la temperatura. La activacion y el funcionamiento de una baterfa con la configuracion ilustrada en la Figura 11 se pueden realizar de la misma manera que se describe para la baterfa en la Figura 5.
La resistencia electrica de 630 dependera, entre otras cosas, de la distancia entre la pestana 614b y la pestana mas cercana 614a, del material utilizado para formar el colector de corriente, por ejemplo, la composicion de la lamina, y cualquier material en la lamina entre las dos pestanas y el nivel de resistencia deseado del terminal de alta resistencia. Los electrodos de una baterfa recargable se forman tfpicamente al recubrir uno o mas materiales electroqufmicamente activos, con o sin un aglutinante y/o diluyente conductor, sobre un colector de corriente. Dichos materiales tambien pueden afectar a la resistencia electrica de 630.
La Figura 12 ilustra otra forma de realizacion de una baterfa recargable de la presente divulgacion que incluye una hoja de resistencia que es parte integrante del colector de corriente de un electrodo de la celda de la baterfa. En esta forma de realizacion, se muestra un conjunto que incluye el electrodo de anodo 714, el separador 716 y el electrodo de catodo 718. Como se expli
aplicable a una amplia diversidad de configuraciones de baterfa recargable. En este ejemplo, tanto los electrodos de catodo como los de anodo tienen una serie de pestanas estrechamente separadas conectadas electricamente para formar los Terminales LoR(+) y LoR(-), asf como pestanas alejadas para formar HiR(+) y HiR(-). En particular, el electrodo de catodo (positivo) 718 incluye varias pestanas estrechamente separadas 718a conectadas electricamente para formar el Terminal (+) 726 y la pestana 718b que se encuentran a una distancia de la pestana mas cercana 718a para formar el terminal de alta resistencia electrica HiR(+). El electrodo de anodo (negativo) 714 incluye algunas pestanas estrechamente separadas (714a) conectadas electricamente para formar el terminal LoR(-) 720 y la pestana 714b que esta a una distancia de la pestana mas cercana 714a para formar el terminal de alta resistencia electrica HiR(-)
En este diseno, las porciones de la lamina del electrodo negativo (es decir, Cu) y la lamina del electrodo positivo (es decir, Al) entre el grupo de pestanas estrechamente separadas y la pestana alejada actuan como una gran resistencia para funcionar cuando la temperatura de la baterfa esta por debajo del intervalo normal, es decir, por debajo de T1. En otras palabras, el material entre las pestanas 714a y 714b (designado como 730a) y el material entre las pestanas 718a y 718b (designado como 730b) actua como hojas de resistencia para este diseno de baterfa.
En el exterior de la carcasa de celda 740, se pueden usar dos interruptores independientes (724a, 724b) para conectar el terminal LoR(+) con HiR(+) y LoR(-) con HiR(-), respectivamente. Los dos interruptores pueden funcionar simultaneamente, o independientemente entre sf, o de acuerdo con un algoritmo en funcion de la temperatura de la baterfa. De otro modo, la activacion y el funcionamiento de una baterfa con la configuracion ilustrada en la Figura 12 se pueden realizar de la misma manera que se describe para la baterfa en la Figura 5.
Son posibles muchos mas disenos de pestanas para la configuracion del condensador en espiral de una baterfa recargable siempre que un grupo de pestanas proporcione una resistencia baja y el otro grupo de pestanas proporcione una resistencia alta.
En otra forma de realizacion de la presente divulgacion, se pueden incluir una o mas hojas de resistencia con un conjunto de electrodo en espiral de una baterfa recargable. Las Figuras 13, 14 y 15 ilustran formas de realizacion de un conjunto de electrodo de condensador en espiral que tiene una o mas hojas de resistencia. Como se muestra en la Figura 13, la hoja de resistencia 812 se incluye dentro del centro del conjunto de condensador en espiral. En esta forma de realizacion, la resistencia no entra en contacto directamente con ningun electrodo y no deberfa afectar negativamente a la capacidad de la celda. La hoja de resistencia se puede insertar despues de ensamblar el condensador en espiral o mientras se ensambla el condensador en espiral. La hoja de resistencia tambien puede actuar ventajosamente como soporte estructural para el conjunto de condensador en espiral. El diseno en esta forma de realizacion se puede usar con cualquier baterfa recargable convencional que contenga conjuntos de electrodos de condensador en espiral. Como se muestra en la Figura 13, el conjunto de condensador en espiral 813 incluye ademas un electrodo de anodo 814 en el colector de corriente 815, por ejemplo, una lamina de cobre, un primer separador 816a, un electrodo de catodo 818 en el colector de corriente 819, por ejemplo, una lamina de aluminio, y un segundo separador 816b. Ademas de tener una hoja de resistencia en mas o menos el centro del conjunto de condensador en espiral, se puede incluir una hoja de resistencia en la capa externa del condensador en espiral. El condensador en espiral puede ser de forma plana, como se muestra en la Figura 13, o cilfndrica.
La Figura 14 ilustra otra forma de realizacion de un conjunto de electrodo de condensador en espiral que tiene una hoja de resistencia. En esta forma de realizacion, una serie de laminas de resistencia se envuelven alrededor de una serie de conjuntos de condensador en espiral. Como se muestra en la Figura 14, las hojas de resistencia 912a y 912b se envuelven alrededor de los conjuntos de condensador en espiral 913a y 913b. La Figura 14 muestra dos conjuntos de condensador en espiral, teniendo cada uno una hoja de resistencia en la circunferencia exterior de los mismos. Esta configuracion puede extenderse a conjuntos de condensador en espiral adicionales, algunos o todos los cuales tienen una hoja de resistencia en su circunferencia exterior para formar un conjunto de condensador en espiral que tiene una serie de laminas de resistencia enrolladas alrededor de una serie de conjuntos de condensador en espiral. Tal conjunto se puede fabricar enrollando un conjunto de condensador en espiral y luego envolviendo la hoja de resistencia en la circunferencia exterior del mismo, seguido de enrollar conjuntos de condensador en espiral adicionales con o sin laminas de resistencia en los mismos.
Cada uno de los conjuntos de condensador en espiral incluye un electrodo de anodo, un electrodo de catodo y un separador. Por ejemplo, los conjuntos de condensador en espiral 913a y 913b incluyen un electrodo de anodo 914 en el colector de corriente 915, por ejemplo, una lamina de cobre, un primer separador 916a, un electrodo de catodo 918 en el colector de corriente 919, por ejemplo, una lamina de aluminio. Se puede incluir un segundo separador despues del colector actual 919, que no se muestra en la figura. Ademas de tener laminas de resistencia enrolladas alrededor de la capa externa del condensador en espiral, se puede incluir una hoja de resistencia en mas o menos el centro del conjunto de condensador en espiral interno.
La Figura 15 ilustra otra forma de realizacion de un conjunto de electrodo de condensador en espiral que tiene una hoja de resistencia. En esta forma de realizacion, el recipiente que soporta el conjunto o los conjuntos de condensador en espiral puede actuar como la hoja de resistencia, aunque no tenga la forma de una hoja. Como se muestra en la Figura 15, la hoja de resistencia 1012 rodea dos conjuntos de condensador en espiral 1013a y 1013b. La hoja de resistencia 1012 tiene una superficie interior 1012a en contacto con una porcion sustancial de la capa externa de los conjuntos de condensador en espiral. La hoja de resistencia puede ser un recipiente que soporta los conjuntos, por ejemplo, un bote de acero. En esta forma de realizacion, la hoja de resistencia 1012 esta conformada para tener dos compartimientos para soportar los dos conjuntos de condensador en espiral, pero esta forma de realizacion no esta limitada a tal forma siempre que una superficie interior de la hoja de resistencia 1012 haga contacto con una porcion sustancial de al menos uno de los conjuntos de condensador en espiral, la hoja de resistencia puede funcionar como se describe en la presente divulgacion. Ademas, la configuracion de la Figura 15 puede extenderse a conjuntos de condensador en espiral adicionales, algunos o todos los cuales estan colocados en uno o mas compartimentos o entran en contacto con la hoja de resistencia.
Cada uno de los conjuntos de condensador en espiral incluye un electrodo de anodo, un primer separador, un electrodo de catodo y un segundo separador. Por ejemplo, los conjuntos de condensador en espiral 1013a y 1013b incluyen un electrodo de anodo 1014 en el colector de corriente 1015, por ejemplo, una lamina de cobre, un primer separador 1016a, un electrodo de catodo 1018 en el colector de corriente 1019, por ejemplo, una lamina de aluminio. Se puede incluir un segundo separador despues del colector actual 919, que no se muestra en la figura. Ademas de la hoja de resistencia 1012, una hoja de resistencia puede incluirse en mas o menos el centro de uno o todos los conjuntos de condensador en espiral en esta forma de realizacion.
Mientras que las configuraciones de baterfa en las Figuras 13, 14 y 15 se ilustran como condensadores en espiral que tienen una forma asimetrica, los condensadores en espiral y las hojas de resistencia pueden ser simetricos, tales como conjuntos de condensador en espiral cilfndricos con hojas de resistencia cilfndricas correspondientes.
Ademas de los elementos ilustrados en las Figuras 13, 14 y 15, se incluyen elementos adicionales para formar baterfas de trabajo con las configuraciones de las Figuras 13, 14 y 15, que no se mostraron por conveniencia ilustrativa. Estos elementos incluyen, por ejemplo, un terminal de alta resistencia conectado electricamente a la hoja de resistencia como parte de un circuito de nivel de alta resistencia electrica; un terminal de baja resistencia que esta conectado electricamente a la hoja de resistencia y a uno de los electrodos, por ejemplo, los electrodos de anodo o de catodo, para formar un circuito de baja resistencia electrica; un interruptor que puede conectar o desconectar electricamente los terminales de baja resistencia y alta resistencia. La baterfa recargable 810, 910 y 1010 de las Figuras 13, 14 y 15, respectivamente, puede operarse de la misma manera que se describe para la Figura 5, por ejemplo.
En otra forma de realizacion de la presente divulgacion, una o mas de las hojas de resistencia mostradas en las Figuras 7 u 8 se pueden utilizar en las configuraciones de las Figuras 13, 14 y 15. Por ejemplo, para cualquier hoja de resistencia en la Figura 7, las pestanas etiquetadas como Pestana 1 se pueden conectar a los terminales negativos de las celdas, formando un terminal de baja resistencia para la baterfa, LoR(-). La Pestana 2 de cualquiera de las hojas de resistencia mostradas en la Figura 7 se puede soldar para formar el terminal de alta resistencia de la baterfa, HiR(-). La activacion y el funcionamiento de tal baterfa son los mismos que se describen para la baterfa de la Figura 5.
Todos los disenos de baterfas descritos anteriormente son aplicables a baterfas recargables tales como ion Li, hidruro de nfquel-metal, plomo-acido, etc. Ventajosamente, la baterfa recargable de la presente divulgacion puede implementarse para todas las qufmicas de la baterfa, tales como baterfas recargables de ion litio, hidruro de nfquelmetal o de litio avanzadas, tales como baterfas de litio-azufre, litio-polfmero, litio-aire o todas las baterfas de estado solido, y para todos los factores de forma, ya sean bolsas, cilfndricas, prismaticas o angulares. Los disenos de celda y los componentes descritos anteriormente para las Figuras 5-15 se pueden utilizar para fabricar una baterfa recargable de modulacion ohmica con una baja resistencia interna (R1) para un conjunto de terminales y una alta resistencia interna (R2) para un segundo conjunto de terminales. La estructura de la celda puede acomodar disenos de electrodos en espiral y electrodos apilados, entre otros.
En el presente documento tambien se describen configuraciones adicionales para implementar una baterfa recargable de modulacion ohmica. Estas configuraciones adicionales se pueden usar solas o en combinacion con las configuraciones descritas anteriormente. Por ejemplo, una baterfa recargable de modulacion ohmica puede incluir por separado o adicionalmente uno o mas materiales de coeficiente de temperatura positivo (PTC) para cambiar la resistencia interna de la baterfa a una temperatura umbral. Los materiales PTC se caracterizan por un fuerte aumento de la resistencia electrica cuando se supera una cierta temperatura, tfpicamente en el intervalo de aproximadamente 80-130°C. Como tal, son adecuados para su uso en una baterfa recargable de modulacion ohmica. Existen PTC de polfmero, tal como compuestos de epoxi-carbono, los PTC de ceramica, tal como ceramica policristalina dopada que contiene titanato de bario, etc., entre otros materiales PTC que son adecuados para su uso en una OMB.
En otra forma de realizacion de la presente divulgacion, una OMB esta configurada con un electrodo, un electrodo de catodo o anodo, incluyendo uno o mas materiales PTC. De manera ventajosa, el uno o mas materiales PTC se pueden incluir en el electrodo como un agente conductor mezclado con la suspension de electrodo cuando se fabrica el electrodo, o un revestimiento delgado en la superficie de uno o mas materiales activos del electrodo, o un revestimiento interfacial interpuesto entre los materiales activos y la lamina colectora de corriente de un electrodo. El material PTC tambien se puede incluir como un revestimiento en las pestanas del electrodo revistiendo las pestanas antes de ensamblar el electrodo, incluyendo de este modo una capa del PTC en las pestanas del electrodo.
Por ejemplo, un electrodo para una OMB se puede fabricar mezclando uno o mas materiales PTC tales como compuestos de epoxi-carbono, con una suspension para fabricar un electrodo de catodo, que incluye ademas un aglutinante de PVdF y un disolvente de NMP. Un electrodo de anodo que incluye uno o mas materiales PTC, tal como compuestos de epoxi-carbono o ceramica policristalina dopada que contiene titanato de bario, tambien puede fabricarse mezclando el material PTC con un aglutinante de SBR/CMC. Despues del secado, el agente conductor de PTC proporciona una gran conductividad del electrodo en el intervalo operativo normal de las temperaturas, pero aumenta la resistencia en varios ordenes de magnitud cuando la temperatura de la baterfa supera T2. El uno o mas materiales PTC se incluyen preferiblemente en el electrodo en un intervalo de aproximadamente el 0,5-5% en peso con respecto a toda la suspension de electrodo.
Otro aspecto de la presente divulgacion es usar materiales PTC como un revestimiento delgado en la superficie de partfculas de material activo o un revestimiento interfacial interpuesto entre los materiales activos y la lamina colectora de corriente. La cantidad de material PTC en una configuracion de este tipo es preferiblemente del 0,5-5% en peso.
Otro aspecto mas de la presente divulgacion es el uso de materiales PTC como un revestimiento delgado en todas las pestanas o en algunas pestanas antes de que se presionen juntas. Cuando ocurre un cortocircuito interno, hay una gran corriente que fluye a traves de las pestanas, lo que genera un calor intenso y eleva la temperature de la pestana por encima de T2. Como se muestra en la Figura 1, el nivel de resistencia interna de una baterfa de este tipo salta bruscamente a una segunda resistencia interna mas alta. A partir de entonces, la resistencia interfacial entre las pestanas aumenta considerablemente debido a la caracterfstica del material PTC que frena eficazmente la corriente que fluye a traves de las pestanas y, por lo tanto, minimiza el efecto termico.
En otra forma de realizacion de la presente divulgacion, una OMB esta configurada con un electrodo, un electrodo de catodo o anodo, incluyendo uno o mas polfmeros expandibles termicamente. Dichos polfmeros termicamente expandibles incluyen poli(etileno). Estos polfmeros se expanden drasticamente al calentarse, creando de este modo un gran aumento en la resistencia cuando se usan como aglutinantes o un gran aumento en la resistencia ionica cuando se usan como rellenos de poros (debido a la restriccion del volumen de los poros y al aumento de la tortuosidad de los poros para el transporte de iones). Ambos resultados producen un aumento drastico en la resistencia de la baterfa a medida que la temperatura de la baterfa es suficientemente alta. Como tal, estos polfmeros termicamente expandibles son adecuados para su uso en la OMB de la presente divulgacion. La presente forma de realizacion esta destinada a apagar los electrodos en contraposicion al apagado del separador convencional a traves de la fusion del polfmero. Es mucho mas eficaz apagar los electrodos donde hay fuentes de energfa e incluso un apagado parcial de los electrodos es util para mejorar la seguridad de la baterfa, ya que se reduce la energfa total liberable durante condiciones de abuso. En contraste, el apagado parcial de los separadores en una gran area de superficie no funciona lo suficiente porque la corriente ionica puede pasar por alto los puntos de apagado y continuar permitiendo que la baterfa libere energfa en condiciones de abuso.
Un aspecto de la descripcion es usar polfmeros termicamente expandibles como un aglutinante en la fabricacion de electrodos o un aglutinante para hacer una cola conductora para revestir la interfaz entre los materiales activos y la lamina colectora de corriente.
Aun otro aspecto de la presente divulgacion es usar polfmeros termicamente expandibles como relleno de poros para electrodos porosos. Tras calentarse a la temperatura T2 , el polfmero se expandira sustancialmente, lo que restringira drasticamente la trayectoria de conduccion ionica y aumentara la resistencia ohmica de la OMB.
Otro aspecto de la presente divulgacion incluye una baterfa recargable que tiene un perfil multinivel de resistencia de la baterfa con cambios escalonados a mas de un umbral de temperatura. Tal perfil puede proporcionar multiples capas de defensa. Tal perfil se puede crear utilizando una combinacion de todas las configuraciones descritas anteriormente.
Por ejemplo, una baterfa recargable puede configurarse para incluir una o mas hojas de resistencia con un interruptor de alta corriente establecido en T2 para efectuar un aumento gradual de una resistencia baja Ri a una resistencia alta R2. La incorporacion adicional de un material PTC en la baterfa puede desencadenar el segundo salto de resistencia de R2 a una mayor resistencia R3 a una temperatura de umbral mas alta T3. El nivel de resistencia adicional por encima de T3 proporciona un mecanismo de doble defensa para la baterfa y mejora su seguridad a temperaturas elevadas.
Otra forma de realizacion de OMB que tiene un perfil como se muestra en la Figura 4, es que una hoja de resistencia interna efectue el salto de resistencia AR12 = R2-R1, pero use una hoja de resistencia externa para efectuar el salto de resistencia AR23 = R3-R2. Ademas, la hoja de resistencia externa esta aislada termicamente de la celda de baterfa de manera que el calor generado dentro de la hoja de resistencia externa no se transfiere a la celda de baterfa. Esto mejora aun mas la seguridad de la baterfa. Ademas, se pueden usar dos interruptores controlados independientemente: uno para activar el salto de resistencia AR12 y el otro para activar el salto de resistencia AR23. Otra forma de realizacion de la presente divulgacion es un sistema de baterfa en el que se implementan estrategias de control basadas en el principio de la modulacion ohmica con la temperatura para mejorar la seguridad de la baterfa. Una estrategia de control es que, una vez que se detecte electricamente una resistencia de baterfa inusualmente alta, el sistema electrico se apagara por completo y el sistema de enfriamiento se activara para frenar un aumento adicional de la temperatura. En un aspecto de la presente descripcion, una baterfa recargable funciona con R1 cuando la temperatura de la baterfa esta entre T1 y T2, y en R2 fuera de T1 o T2 activando un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la baterfa esta fuera de T1 o T2.
EJEMPLO
El siguiente ejemplo pretende ilustrar adicionalmente ciertas formas de realizacion preferidas de la invencion y no es de naturaleza limitante. Los expertos en la materia reconoceran, o podran determinar, utilizando tan solo la experimentacion de rutina, numerosos equivalentes a las sustancias y procedimientos especfficos que se describen en el presente documento.
De acuerdo con la construccion descrita en la Figura 5, se desarrollo una baterfa de produccion piloto de 26 Ah, en forma de una celda de bolsa y hecha de catodo de litio-nfquel-manganeso-cobalto (NMC) y anodo de grafito. La hoja de resistencia es una lamina de acero inoxidable de 25 cm de largo, 6 cm de ancho y 100 um de espesor. Su resistencia es de aproximadamente 0,05 ohmios y su peso es de ~13 gramos, lo que representa aproximadamente el 2,3% del peso total de la baterfa. El cambio entre los terminales LoR(-) y HiR(-) se realiza mediante un rele electromecanico accionado por un controlador de temperatura, que se configura en ABIERTO a ~45°C. Se realiza un cortocircuito externo de la OMB completamente cargada por una resistencia de 8 mQ, y se registran la corriente y la temperatura de la baterfa. Un estudio comparativo tambien analizo una celda de referencia sin las caracterfsticas de la OMB pero que por lo demas permanecen identicas.
Los resultados de la prueba de la OMB (etiquetada como OMB en la Figura 16) y la baterfa de referencia (etiquetada como LiB conv. en la Figura 13) en cortocircuito externo de 8 mQ se muestran en la Figura 16A y la Figura 16B. En el caso de una OMB, se ve claramente que la corriente de cortocircuito cayo abruptamente de ~370 A a ~60 A cuando la resistencia de la baterfa cambia al valor mas alto R2 a ~45°C. Esto es casi una reduccion de 6,2 veces en la corriente de cortocircuito, por lo que ofrece caracterfsticas de seguridad mucho mejores. La Figura 16B compara las respuestas de temperatura de la baterfa de la OMB y la baterfa de referencia. De nuevo, se ve que la temperatura de la baterfa de la OMB permanece mas baja que la de la LiB conv. despues del salto de resistencia a 45°C. La OMB es, por lo tanto, menos propensa a la fuga termica.
Si bien los resultados del cortocircuito externo mencionados anteriormente se muestran para una baterfa de ion Li, las baterfas de modulacion ohmica se basan en baterfas avanzadas de ion Li, hidruro de nfquel-metal (Ni-MH), plomo-acido (Pb-acido) y se espera que otras qufmicas de baterfa tengan las mismas ventajas.
En la presente divulgacion solo se muestran y describen la forma de realizacion preferida de la presente invencion y ejemplos de su versatilidad. Debe entenderse que la presente invencion es capaz de usarse en diversas combinaciones y entornos diferentes y es apta para cambios o modificaciones dentro del alcance del concepto inventivo de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, por ejemplo, los expertos en la tecnica reconoceran, o podran determinar, utilizando tan solo la experimentacion rutinaria, numerosos equivalentes a las sustancias, procedimientos y disposiciones especfficos que se describen en el presente documento.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una baterfa recargable de modulacion ohmica que comprende: al menos un terminal negativo y al menos un terminal positivo para operar la baterfa en un nivel de resistencia interna (R1) en un intervalo de temperatura de la baterfa entre una primera temperatura (Ti) y una segunda temperatura (T2); al menos un terminal de alta resistencia conectado electricamente al menos a una hoja de resistencia dentro de una celda de la baterfa o entre celdas de la baterfa para operar la baterfa en un segundo nivel de resistencia interna (R2), ya sea por debajo de Ti o por encima de T2 ; y un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la baterfa esta por debajo de Ti o por encima de T2 ; en la que el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de Ti es un factor entre e incluyendo de 2 a 500 el valor de Ri en Ti, o el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es un factor entre y incluyendo de 2 a 500 el valor de Ri en T2.
2. La baterfa recargable de acuerdo con la reivindicacion i, en la que T2 es una temperatura que tiene un valor dentro de un intervalo entre aproximadamente 45°C y aproximadamente i30°C.
3. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-2, en la que el al menos un terminal de alta resistencia para operar la baterfa en R2 es un terminal negativo adicional.
4. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-3, en la que el interruptor esta compuesto por un rele electromecanico y un controlador de temperatura, un rele de estado solido con un sensor de temperatura, un MOSFET de potencia con un sensor de temperatura, un interruptor de alta corriente con un sensor de temperatura, o un interruptor bimetalico.
5. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-4, en la que al menos una hoja de resistencia esta hecha de grafito, grafito pirolftico altamente ordenado (HOPG), acero inoxidable, nfquel, cromo, nicromo, cobre, aluminio, titanio, o combinaciones de los mismos.
6. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i a 5, en la que al menos una hoja de resistencia tiene una resistencia en unidades de ohmios igual al valor numerico de entre 0,i a 5 dividido por la capacidad de la baterfa en amperios-hora (Ah).
7. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-6, en la que la al menos una hoja de resistencia esta intercalada en el interior de una pila de electrodo-separador o un condensador en espiral.
8. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-6, en la que la al menos una hoja de resistencia esta interpuesta entre las pestanas de una celda de baterfa, o subgrupos de pestanas de baterfa, o pestanas de multiples celdas de baterfa.
9. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-6, en la que la al menos una hoja de resistencia esta situada entre las celdas dentro de un modulo de baterfa.
10. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i-6, en la que al menos una hoja de resistencia esta dentro de la celda de la baterfa.
11. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i- i0 , en la que la al menos una hoja de resistencia esta configurada para tener dos pestanas, con una pestana conectada electricamente a otras pestanas de electrodo en la baterfa para formar un terminal de baja resistencia, y formando la otra pestana de la al menos una hoja de resistencia el al menos un terminal de alta resistencia.
12. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i - i i , en la que al menos una hoja de resistencia esta hecha de laminas de cobre o aluminio.
13. La baterfa recargable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i- i2 , en la que la baterfa es una baterfa de ion litio.
14. Un sistema de baterfa que comprende la baterfa de modulacion ohmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones i- i3 y un controlador que puede cambiar entre el funcionamiento de la baterfa en Ri y el funcionamiento de la baterfa en R2.
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15. Un metodo para operar una baterfa recargable, comprendiendo el metodo operar una baterfa que comprende un nivel de resistencia interna (Ri) sobre el intervalo de temperatura de la baterfa entre una primera temperatura (Ti) y una segunda temperatura (T2), y operar la baterfa en un segundo nivel de resistencia interna (R2) ya sea por debajo de Ti o por encima de T2 mediante la activacion de un interruptor que activa R2 cuando la temperatura de la baterfa esta por debajo de Ti o por encima de T2 , en el que el valor de R2 a aproximadamente 2°C por debajo de Ti es un factor entre e incluyendo de 2 a 500 el valor de Ri en Ti, o el valor de R2 a aproximadamente 2°C por encima de T2 es un factor entre e incluyendo de 2 a 500 el valor de Ri en T2.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9882197B2 (en) * 2013-10-11 2018-01-30 Ec Power, Llc All climate battery and manufacturing and using the same
US11112463B2 (en) * 2014-04-11 2021-09-07 Cps Technology Holdings Llc Integrated battery sensor for multiple battery modules
KR102213020B1 (ko) * 2014-07-28 2021-02-08 이씨 파워, 엘엘씨 저온에서 배터리를 고속으로 충전하는 시스템 및 방법
US10020545B2 (en) * 2014-11-25 2018-07-10 American Lithium Energy Corporation Rechargeable battery with resistive layer for enhanced safety
US10396341B2 (en) 2014-11-25 2019-08-27 American Lithium Energy Corporation Rechargeable battery with internal current limiter and interrupter
JP6851307B2 (ja) 2014-11-25 2021-03-31 アメリカン・リシアム・エナジー・コーポレイションＡｍｅｒｉｃａｎ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 内部電流リミッタと内部電流インターラプタを備えた充電式電池
ES2811276T3 (es) 2014-12-01 2021-03-11 Ec Power Llc Batería de litio toda en estado sólido
DE102014018638A1 (de) * 2014-12-13 2016-06-16 Audi Ag Elektrische Energiespeicherzelle, elektrischer Energiespeicher und Kraftfahrzeug
CN107949944B (zh) 2015-01-21 2021-04-13 美国电化学动力公司 自加热燃料电池系统
WO2017062521A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-13 Sila Nanotechnologies Inc. Protection of battery electrodes against side reactions
DE102016208064A1 (de) * 2016-05-11 2017-11-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Beheizbare Batterie
DE102016214337A1 (de) * 2016-08-03 2018-02-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Festkörperbatterie
FR3056021B1 (fr) * 2016-09-09 2018-08-24 Thales Protection d'un dispositif d'accumulation d'energie electrique
KR102519885B1 (ko) * 2016-12-19 2023-04-10 에스케이온 주식회사 배터리 안전 장치
US10505232B2 (en) 2016-12-30 2019-12-10 Microsoft Licensing Technology, LLC Stacked, rolled-electrode battery cell with y-axis bending
US10818906B2 (en) 2017-05-01 2020-10-27 American Lithium Energy Corporation Negative thermal expansion current interrupter
WO2019023683A1 (en) 2017-07-28 2019-01-31 American Lithium Energy Corporation ANTI-CORROSION COATING FOR BATTERY CURRENT COLLECTOR
EP3782222A4 (en) 2018-04-16 2021-05-26 EC Power LLC HEATING ASSISTED BATTERY CHARGING SYSTEMS AND METHODS
DE102018206383A1 (de) 2018-04-25 2019-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Lithiumionenbatterie, Lithiumionenbatterie und Kraftfahrzeug
DE102018210417A1 (de) * 2018-06-26 2020-01-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezelle mit integriertem heizelement
AU2019355576A1 (en) * 2018-10-05 2021-05-13 Cadenza Innovation, Inc. System and method for electrolyte filling and electrical connection of lithium ion batteries
CN109244598B (zh) * 2018-10-30 2021-06-01 江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司 一种具有快速加热功能的复合正极极片、及采用其的电芯和电池
CN111175656B (zh) * 2018-11-13 2021-05-07 清华大学 电池析锂检测方法与电池死锂检测参数的计算方法
CN111900292A (zh) 2019-05-07 2020-11-06 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池包和车辆
US11444339B2 (en) 2019-07-23 2022-09-13 Global Graphene Group, Inc. Battery fast-charging system and method of operating same
US11502341B2 (en) 2019-07-24 2022-11-15 Global Graphene Group, Inc. Battery fast-charging and cooling system and method of operating same
US11749847B2 (en) 2021-02-23 2023-09-05 Beam Global Fast charging batteries at low temperatures with battery pack preheating
FR3145019A1 (fr) 2023-01-16 2024-07-19 Safran Nacelles Module de deviation de jet pour un inverseur de poussee d’une turbomachine d’aeronef

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5849431A (en) 1995-09-27 1998-12-15 Sony Corporation High capacity secondary battery of jelly roll type
JPH0992335A (ja) 1995-09-27 1997-04-04 Sony Corp 円筒形二次電池
WO1999067836A1 (fr) * 1998-06-25 1999-12-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cellule et procede de production
US6072301A (en) 1998-10-20 2000-06-06 Chrysler Corporation Efficient resonant self-heating battery electric circuit
JP2001319636A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2002125326A (ja) 2000-10-12 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd バッテリの充電制御方法
WO2002054524A1 (fr) * 2000-12-28 2002-07-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Accumulateur electrolytique non aqueux
JP2002369402A (ja) 2001-06-04 2002-12-20 Toyota Motor Corp 充電制御装置
KR100786941B1 (ko) 2005-05-10 2007-12-17 주식회사 엘지화학 이차전지 보호회로 및 이를 구비한 이차전지
DE102007029744A1 (de) 2007-06-27 2009-01-08 Robert Bosch Gmbh Anordnung mit wenigstens einer Batterie
JP5314872B2 (ja) 2007-10-01 2013-10-16 株式会社オハラ 発熱機構を備える二次電池
JP5169715B2 (ja) 2007-10-17 2013-03-27 株式会社デンソー 車両用蓄電手段の加熱装置
JP5359390B2 (ja) 2009-03-06 2013-12-04 トヨタ自動車株式会社 電池温度調節装置
US8334675B2 (en) 2010-07-28 2012-12-18 Honda Motor Co., Ltd. Method of charging battery based on calcualtion of an ion concentration of a solid active material and battery charging control system
CN202042572U (zh) 2010-07-30 2011-11-16 比亚迪股份有限公司 一种电池的加热电路
JP5617473B2 (ja) 2010-09-21 2014-11-05 株式会社デンソー 電池加熱装置
JP2012069496A (ja) 2010-09-27 2012-04-05 Denso Corp 電池加熱装置
JP5708070B2 (ja) 2011-03-11 2015-04-30 日産自動車株式会社 バッテリ温度制御装置
DE102012210146A1 (de) 2012-06-15 2013-12-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Heizen einer Batterie, Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie
US9882197B2 (en) 2013-10-11 2018-01-30 Ec Power, Llc All climate battery and manufacturing and using the same

Also Published As

Publication number Publication date
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EP3055898B1 (en) 2018-12-12
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US20150104681A1 (en) 2015-04-16
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KR20160068806A (ko) 2016-06-15
WO2015102709A3 (en) 2015-08-20
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CN105765777B (zh) 2019-05-21
HUE042190T2 (hu) 2019-06-28
US20170098869A1 (en) 2017-04-06
JP2016538684A (ja) 2016-12-08
WO2015102709A2 (en) 2015-07-09
US9692087B2 (en) 2017-06-27

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