ES3057342T3 - Battery module having improved safety, battery pack including battery module, and vehicle including battery pack - Google Patents

Battery module having improved safety, battery pack including battery module, and vehicle including battery pack

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ES3057342T3 ES18882182T ES18882182T ES3057342T3 ES 3057342 T3 ES3057342 T3 ES 3057342T3 ES 18882182 T ES18882182 T ES 18882182T ES 18882182 T ES18882182 T ES 18882182T ES 3057342 T3 ES3057342 T3 ES 3057342T3
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Song-Taek Oh
Jung-Seok Choi
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Abstract

Se proporciona un elemento de seguridad en la pieza de conexión de cables de un módulo de batería para mejorar la seguridad del módulo durante la sobrecarga. El módulo de batería, según la presente invención, incluye dos o más celdas y comprende una celda de interrupción de corriente que conecta eléctricamente una primera y una segunda celda adyacentes y libera la conexión eléctrica al romperse durante la sobrecarga. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Módulo de batería que tiene seguridad mejorada, bloque de baterías que incluye el módulo de batería, y vehículo que incluye el bloque de baterías
[0003] Campo técnico
[0004] La presente divulgación se refiere a un módulo de batería y, más particularmente, a un módulo de batería para cortar el flujo de corriente en el caso de sobrecarga. Además, la presente divulgación se refiere a un bloque de baterías que comprende el módulo de batería y a un vehículo que comprende el bloque de baterías. La presente solicitud reivindica prioridad sobre la solicitud de patente coreana n.º 10-2017-0157433 presentada en la República de Corea el 23 de noviembre de 2017 y la solicitud de patente coreana n.º 10-2018-0099235 presentada en la República de Corea el 24 de agosto de 2018.
[0005] Antecedentes de la técnica
[0006] Actualmente, las baterías secundarias disponibles comercialmente incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías secundarias de litio, y similares, y entre ellas, las baterías secundarias de litio tienen poco o ningún efecto de memoria y, por tanto, están ganando más atención que las baterías secundarias a base de níquel por sus ventajas de carga y descarga libre, una tasa de autodescarga muy baja y alta densidad de energía.
[0007] La batería secundaria de litio usa principalmente óxido a base de litio y un material de carbono para un material activo de electrodo positivo y un material activo de electrodo negativo, respectivamente. La batería secundaria de litio incluye un conjunto de electrodos en el que se ensamblan celdas unitarias, incluyendo cada celda unitaria una placa de electrodo positivo que tiene un colector de corriente de electrodo positivo recubierto con el material activo de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo que tiene un colector de corriente de electrodo negativo recubierto con el material activo de electrodo negativo y un separador interpuesto entremedias, y un material de empaquetamiento, es decir, una carcasa de batería sellada herméticamente, en la que el conjunto de electrodos se recibe junto con una disolución de electrolito.
[0008] Las baterías secundarias de litio se clasifican en baterías secundarias de tipo lata en las que el conjunto de electrodos está incorporado en una lata de metal y baterías secundarias de tipo bolsa en las que el conjunto de electrodos está incorporado en una bolsa de una hoja laminada de aluminio, según la forma de la carcasa de batería.
[0009] Más recientemente, las baterías secundarias están usándose ampliamente no sólo en dispositivos pequeños tales como productos electrónicos portátiles, sino también en dispositivos a media y gran escala tales como vehículos y sistemas de almacenamiento de energía (ESS). Para su uso en dispositivos a media y gran escala, se conectan eléctricamente muchas baterías secundarias para construir un módulo de batería o un bloque de baterías para aumentar la capacidad y la salida. En particular, las baterías secundarias de tipo bolsa se usan ampliamente en dispositivos a media y gran escala porque son fáciles de apilar y ligeras.
[0010] Una batería secundaria de tipo bolsa tiene una estructura en la que un conjunto de electrodos que tiene un conector de electrodo conectado se recibe en una carcasa de bolsa junto con una disolución de electrolito, y la carcasa de bolsa está herméticamente sellada. Una porción del conector de electrodo está expuesta fuera de la carcasa de bolsa, y el conector de electrodo expuesto está conectado eléctricamente a un dispositivo en el que está montada la batería secundaria, o se usa para conectar eléctricamente las baterías secundarias entre sí.
[0011] Las figuras 1 y 2 son esquemas que muestran, por ejemplo, dos baterías secundarias de tipo bolsa conectadas en serie en un módulo de batería convencional.
[0012] Tal como se muestra en los dibujos, la batería 10 secundaria de tipo bolsa incluye un conector 40 de electrodo extraído de una carcasa 30 de bolsa. El conector 40 de electrodo está dividido en un conector de electrodo positivo (+) y un conector de electrodo negativo (-) según la polaridad eléctrica, y está acoplado eléctricamente al conjunto 20 de electrodos recibido en la carcasa 30 de bolsa de manera hermética. Es decir, el conector de electrodo positivo está acoplado eléctricamente a la placa de electrodo positivo del conjunto 20 de electrodos, y el conector de electrodo negativo está acoplado eléctricamente a la placa de electrodo negativo del conjunto 20 de electrodos. Puede haber muchos métodos para conectar las baterías 10 secundarias de tipo bolsa en serie, y la figura 1 muestra que los conectores 40 de electrodo se doblan, y los conectores 40 de electrodo doblados se sueldan usando una barra 50 de conexión para conectar los conectores 40 de electrodo, y la figura 2 muestra que los conectores 40 de electrodo doblados se conectan por soldadura con un solapamiento entre ellos. En el método de conexión indirecta de la figura 1 o el método de conexión directa de la figura 2, cuando una parte conectada de los conectores 40 de electrodo se denomina parte conectada de conector A, una pluralidad de baterías 10 secundarias de tipo bolsa en el módulo de batería pueden conectarse entre sí a través de la parte conectada de conector A.
[0013] Mientras tanto, es necesario proteger una batería secundaria de una situación anómala tal como sobrecarga, sobredescarga, sobrecalentamiento y sobrecorriente, y es general implementar un circuito de protección de batería secundaria conjuntamente en un módulo de batería o un bloque de baterías. En particular, con el desarrollo de la tecnología para materiales activos de alta capacidad, separadores delgados y funcionamiento a alta tensión manteniendo una mayor densidad de energía y un menor coste de las baterías secundarias, la sobrecarga es problemática, y son necesarias soluciones a problemas de incendio y explosión en una situación de sobrecarga. Adicionalmente, debido a que una batería secundaria de litio usa disolventes orgánicos que son inflamables, es necesario garantizar la seguridad cuando la batería secundaria de litio se coloca en condiciones anómalas debido a una sobrecarga.
[0014] Sin embargo, la parte conectada de conector A convencional no es nada más que la trayectoria del flujo de corriente. Por ejemplo, no es relevante para la función de garantizar la seguridad de un módulo de batería que tiene esta estructura de conexión. Tal como se describió anteriormente, la parte conectada de conector A convencional no tiene ningún elemento de seguridad en el caso de sobrecarga y, por tanto, por ejemplo, cuando la función de prevención de sobrecarga del circuito de protección de batería secundaria no funciona normalmente, la seguridad es muy deficiente.
[0015] El mayor problema social en el campo de las baterías secundarias actualmente es el problema de seguridad. La explosión de módulos de batería o bloques de baterías puede provocar daños a los dispositivos electrónicos o vehículos que los emplean y conducir a amenazas de seguridad para el usuario e incendios, por lo que el problema de seguridad se reconoce como un problema importante. Cuando las baterías secundarias están sobrecargadas, aumenta el riesgo de explosión y/o incendio, y la combustión o explosión repentina provocada por la sobrecarga puede provocar una pérdida de vida humana y daños financieros. Por tanto, existe la necesidad de introducir un aparato para garantizar completamente la seguridad en el uso de baterías secundarias.
[0016] Cada uno de los documentos JP 2010171020 A, US 2014/242430 A1, WO 2014/060814 A1, JP 2013138014 A, JP 2005011540 A, KR 101389227 B1, KR 20140032833 A forma parte del estado de la técnica en relación con la presente divulgación.
[0017] Divulgación
[0018] Problema técnico
[0019] La presente divulgación se refiere a proporcionar un módulo de batería con seguridad mejorada en el que se proporciona un elemento de seguridad a una parte conectada de conector del módulo de batería en el caso de sobrecarga, y un bloque de baterías que comprende el módulo de batería y un vehículo que comprende el bloque de baterías.
[0020] Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación se entenderán mediante la siguiente descripción y serán evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Adicionalmente, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación se logran mediante los medios expuestos en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de los mismos.
[0021] Solución técnica
[0022] Un módulo de batería según la presente divulgación se define en la reivindicación 1. Un bloque de baterías según la presente divulgación se define en la reivindicación 10, y un vehículo según la presente divulgación se define en la reivindicación 11. Las realizaciones ventajosas de la presente divulgación se enumeran en las reivindicaciones dependientes.
[0023] Un módulo de batería según la presente divulgación incluye dos o más celdas de batería, y el módulo de batería incluye una celda de corte de corriente de batería que conecta eléctricamente la primera y segunda celdas de batería adyacentes, y cuando se produce sobrecarga, se rompe para desconectar la conexión eléctrica.
[0024] En la presente divulgación, cada una de la primera celda de batería, la segunda celda de batería y la celda de corte de corriente de batería es una batería secundaria de tipo bolsa que tiene una estructura en la que un conjunto de electrodos que tiene dos extremos conectados a un extremo de cada uno de los conectores de electrodo de polaridades opuestas se recibe en una carcasa de bolsa junto con una disolución de electrolito y la carcasa de bolsa está herméticamente sellada, y el otro extremo del conector de electrodo está expuesto fuera de la carcasa de bolsa. En la presente divulgación, la primera celda de batería y la celda de corte de corriente de batería pueden conectarse en serie, y la celda de corte de corriente de batería y la segunda celda de batería pueden conectarse en serie. El conector de electrodo de la primera celda de batería y el conector de electrodo de la segunda celda de batería están conectados entre sí por medio del conector de electrodo de la celda de corte de corriente de batería.
[0025] La primera celda de batería y la segunda celda de batería se apilan de manera alterna de modo que cada conector de electrodo tiene polaridades opuestas, y el otro extremo del conector de electrodo de la primera celda de batería y el otro extremo del conector de electrodo de la segunda celda de batería se doblan uno frente al otro a lo largo de una dirección de apilamiento, y la celda de corte de corriente de batería se coloca en paralelo a la dirección de apilamiento entre las partes dobladas de cada conector de electrodo, para conectar cada conector de electrodo. La celda de corte de corriente de batería es más pequeña o más delgada que la primera celda de batería y la segunda celda de batería de modo que la celda de corte de corriente de batería está dispuesta entre las partes dobladas de cada conector de electrodo sin afectar a la distancia entre la primera celda de batería y la segunda celda de batería.
[0026] Preferiblemente, la celda de corte de corriente de batería se rompe debido a la presión aumentada por el gas generado en la celda de batería en el caso de sobrecarga.
[0027] Con este fin, la celda de corte de corriente de batería puede incluir el conjunto de electrodos que se recibe en la carcasa de bolsa junto con la disolución de electrolito, en donde el conjunto de electrodos tiene una pila de una placa de electrodo negativo, un separador y una placa de electrodo positivo, y la carcasa de bolsa está herméticamente sellada, la placa de electrodo positivo puede incluir un colector de corriente de electrodo positivo, y una capa de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector de corriente de electrodo positivo, y la capa de material activo de electrodo positivo puede incluir un material activo de electrodo positivo, un material generador de gas, un material conductor y un aglutinante.
[0028] El material generador de gas puede ser uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de litio (Li<2>CO<3>), carbonato de calcio (CaCO<3>), óxido de litio-níquel (LNO) y oxalato de litio, o mezclas de los mismos.
[0029] El material generador de gas puede incluirse en la placa de electrodo positivo en una cantidad del 0,1 al 20 % en peso basándose en el peso total del material activo de electrodo positivo y el material generador de gas.
[0030] La capa de material activo de electrodo positivo puede ser una estructura porosa en la que el material generador de gas se une e inmoviliza por el aglutinante, y los poros están formados por huecos en el material generador de gas. El material activo de electrodo positivo y el material generador de gas pueden mezclarse entre sí.
[0031] Alternativamente, la capa de material activo de electrodo positivo puede incluir una capa de imprimación y una capa de recubrimiento de material activo, la capa de imprimación puede incluir el material generador de gas, el material conductor y el aglutinante, y la capa de recubrimiento de material activo puede incluir el material activo de electrodo positivo, el material conductor y el aglutinante.
[0032] El material generador de gas puede estar presente en una cantidad del 90 al 99,9 % en peso de sólidos en la capa de imprimación.
[0033] Puede usarse un bimetal en la primera celda de batería o la segunda celda de batería o el conector de electrodo de la celda de corte de corriente de batería, de modo que el conector de electrodo puede doblarse por un aumento de temperatura en el caso de sobrecarga, y la carcasa de bolsa de la celda de corte de corriente de batería puede quebrarse y romperse.
[0034] Adicionalmente, la presente divulgación proporciona un bloque de baterías que incluye al menos un módulo de batería según la presente divulgación, y una carcasa de bloque que empaqueta el al menos un módulo de batería. Además, la presente divulgación proporciona un vehículo que incluye al menos un bloque de baterías según la presente divulgación.
[0035] Efectos ventajosos
[0036] Según la presente divulgación, un módulo de batería incluye una celda de corte de corriente de batería entre celdas de batería adyacentes y, por tanto, cuando se produce una sobrecarga mientras está usándose el módulo de batería y la tensión de la celda de corte de corriente de batería supera el umbral, por ejemplo, una tensión particular, la celda de corte de corriente de batería se rompe para cortar el flujo de corriente. Por consiguiente, aunque el circuito de protección de batería secundaria no funcione, el flujo de corriente se corta para detener la carga, aumentando de ese modo la seguridad del módulo de batería. Tal como se describió anteriormente, el módulo de batería de la presente divulgación implementa medios para cortar automáticamente el flujo de corriente usando la celda de corte de corriente de batería en el caso de sobrecarga y, por consiguiente, además de la función de prevención de sobrecarga del circuito de protección de batería secundaria, es posible garantizar doblemente la seguridad del módulo de batería.
[0037] Según la presente divulgación, puede proporcionarse un módulo de batería que incluye una celda de corte de corriente de batería entre celdas de batería adyacentes para establecer una conexión en serie, formando una trayectoria de conexión eléctrica. Cuando se produce una sobrecarga, tal como una situación en la que se alcanza una tensión particular, se genera gas a partir de un material generador de gas incluido en una placa de electrodo positivo de la celda de corte de corriente de batería. La celda de corte de corriente de batería puede ser tan pequeña o delgada que puede disponerse entre las celdas de batería adyacentes, y es probable que se rompa por el gas generado en la misma. Como resultado, se desconecta la conexión eléctrica de las celdas de batería adyacentes y se corta el flujo de corriente, garantizando la seguridad del módulo de batería.
[0038] Según la presente divulgación, la parte conectada de conector del módulo de batería tiene un elemento de seguridad o una celda de corte de corriente de batería. El elemento de seguridad no es un conector de tipo dispositivo de interrupción de corriente (CID) de estructura simple o un fusible que se funde, y se usa una celda de corte de corriente de batería de tipo “celda de batería” para cortar de manera segura la corriente cuando se produce una situación de sobrecarga. La celda de corte de corriente de batería es ventajosa en cuanto a resistencia, en comparación con el conector o el fusible.
[0039] Según la presente divulgación, la seguridad puede aumentarse sólo añadiendo la celda de corte de corriente de batería a la parte conectada de conector sin cambiar la celda de batería del módulo de batería. No hay necesidad de cambiar la celda de batería existente, por ejemplo, instalando un fusible en el conector de electrodo. Adicionalmente, el principio de corte de corriente de la presente divulgación no está destinado a quebrar o fundir los conectores de electrodo de las celdas de batería conectadas. Sólo se rompe la celda de corte de corriente de batería para desconectar la conexión eléctrica. Una ventaja principal de no tener ningún cambio en la celda de batería del módulo de batería es la producción en masa de módulos de batería o ningún cambio en la resistencia a escala de celda. En particular, es posible responder a una situación de “sobrecarga”, no una situación de sobredescarga o sobrecorriente, cortando la corriente a una tensión particular a través del control del material generador de gas incluido en la placa de electrodo positivo de la celda de corte de corriente de batería. Por ejemplo, en el caso de que se use carbonato de litio como material generador de gas, cuando la tensión de la celda de corte de corriente de batería alcanza 4,8 V debido a la sobrecarga, el Li<2>CO<3>se descompone en gas de CO CO<2>y la presión interna aumenta rápidamente y, por tanto, la celda de corte de corriente de batería puede romperse.
[0040] Tal como se describió anteriormente, según la presente divulgación, el elemento de seguridad se proporciona a la parte conectada de conector en el caso de sobrecarga, mejorando de ese modo la seguridad del módulo de batería, un bloque de baterías que incluye el módulo de batería y un vehículo que incluye el bloque de baterías.
[0041] Breve descripción de los dibujos
[0042] Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones preferidas de la presente divulgación, y junto con la siguiente descripción detallada, sirven para proporcionar una comprensión adicional de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por tanto, la presente divulgación no se considera limitada a los dibujos.
[0043] Las figuras 1 y 2 son esquemas que muestran, por ejemplo, dos baterías secundarias de tipo bolsa conectadas en serie en un módulo de batería convencional.
[0044] La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
[0045] La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un módulo de batería según otra realización de la presente divulgación.
[0046] La figura 5 es una vista desde arriba de una batería secundaria de tipo bolsa como una celda de batería unitaria incluida en el módulo de batería de la figura 4.
[0047] La figura 6 es una vista desde arriba de una celda de corte de corriente de batería incluida en el módulo de batería de la figura 4.
[0048] La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra una realización en la que una celda de corte de corriente de batería puede conectarse entre dos celdas de batería adyacentes en el módulo de batería de la figura 4.
[0049] La figura 8 es una vista en sección transversal que ilustra una realización de una placa de electrodo positivo en un conjunto de electrodos incluido en la celda de corte de corriente de batería de la figura 6.
[0050] La figura 9 es una vista en sección transversal que ilustra otra realización de una placa de electrodo positivo en un conjunto de electrodos incluido en la celda de corte de corriente de batería de la figura 6.
[0051] La figura 10 es un diagrama esquemático que muestra una realización en la que una celda de corte de corriente de batería se conecta entre dos celdas de batería adyacentes según otra realización de la presente divulgación.
[0052] La figura 11 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de sobrecarga según el ejemplo experimental de la presente divulgación.
[0053] La figura 12 es un diagrama que ilustra un bloque de baterías según una realización de la presente divulgación. La figura 13 es un diagrama que ilustra un vehículo según una realización de la presente divulgación.
[0054] Modo para llevar a cabo la invención
[0055] A continuación en el presente documento, las realizaciones preferidas de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debe entenderse que los términos o expresiones usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a significados generales y de diccionario, y deben interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a aspectos técnicos de la presente divulgación basándose en el principio de que se permite que el inventor defina términos de manera apropiada para la mejor explicación.
[0056] Por tanto, las realizaciones descritas en el presente documento e ilustraciones mostradas en los dibujos son sólo una realización más preferida de la presente divulgación, pero no pretenden describir completamente los aspectos técnicos de la presente divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otros equivalentes y modificaciones a la misma en el momento de presentar la solicitud. En los dibujos, números de referencia iguales denotan elementos iguales.
[0057] En las realizaciones descritas a continuación, una batería secundaria se refiere a una batería secundaria de litio. En este caso, la batería secundaria de litio se refiere colectivamente a baterías secundarias en las que los iones de litio actúan como iones de trabajo durante la carga y descarga, provocando reacciones electroquímicas en la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo.
[0058] Mientras tanto, debe interpretarse que, aunque el nombre de la batería secundaria cambie dependiendo del tipo de electrolito o separador usado en la batería secundaria de litio, el tipo de carcasa de batería usada para empaquetar la batería secundaria y la estructura interna o externa de la batería secundaria de litio, la batería secundaria de litio cubre cualquier batería secundaria que use iones de litio como iones de trabajo.
[0059] La presente divulgación también puede aplicarse a baterías secundarias distintas de las baterías secundarias de litio. Por consiguiente, debe interpretarse que la presente divulgación cubre cualquier tipo de batería secundaria a la que puedan aplicarse los aspectos técnicos de la presente divulgación, aunque los iones de trabajo no sean iones de litio.
[0060] La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
[0061] En referencia a la figura 3, el módulo 100 de batería incluye dos o más celdas 60a, 60b, 60c, ... de batería. Cada celda 60a, 60b, 60c, ... de batería puede ser una batería secundaria. Cada celda 60a, 60b, 60c, … de batería puede tener un conector 70a, 70b, 70c, … de electrodo positivo y un conector 80a, 80b, 80c, ... de electrodo negativo. El conector 70a, 70b, 70c, … de electrodo positivo y el conector 80a, 80b, 80c, … de electrodo negativo están conectados eléctricamente a través de una parte conectada de conector B, y las celdas 60a, 60b, 60c, … de batería adyacentes están conectadas entre sí. La parte conectada de conector B puede ser una conexión indirecta tal como se describe con referencia a la figura 1 o una conexión directa tal como se describe con referencia a la figura 2. En la técnica relacionada descrita con referencia a las figuras 1 y 2, la parte conectada de conector A no tiene ningún elemento de seguridad en el caso de sobrecarga. Sin embargo, en la presente divulgación, al menos una de las partes conectadas de conector B incluye una celda 90 de corte de corriente de batería. La celda 90 de corte de corriente de batería es un elemento de seguridad que corta el flujo de corriente en el caso de sobrecarga. Es necesario proteger una batería secundaria de una situación anómala tal como sobrecarga, sobredescarga, sobrecalentamiento y sobrecorriente, y la presente divulgación proporciona un módulo de batería que puede proteger una batería secundaria de la sobrecarga.
[0062] La figura 3 muestra que la celda 90 de corte de corriente de batería está incluida, por ejemplo, entre dos celdas de batería adyacentes, una primera celda 60a de batería y una segunda celda 60b de batería. La celda 90 de corte de corriente de batería conecta eléctricamente la primera celda 60a de batería y la segunda celda 60b de batería adyacentes entre sí, y en el caso de sobrecarga, se rompe para desconectar la conexión eléctrica para cortar el flujo de corriente.
[0063] La celda 90 de corte de corriente de batería también puede ser una batería secundaria. La celda 90 de corte de corriente de batería también puede tener un conector de electrodo positivo y un conector de electrodo negativo.
[0064] Cuando el conector de electrodo positivo de la celda 90 de corte de corriente de batería se conecta al conector 80a de electrodo negativo de la primera celda 60a de batería, y el conector de electrodo negativo de la celda 90 de corte de corriente de batería se conecta al conector 70b de electrodo positivo de la segunda celda 60b de batería, puede establecerse una conexión en serie tal como se muestra en la figura 3. La conexión entre cada conector puede realizarse mediante, por ejemplo, soldadura ultrasónica, soldadura por resistencia, soldadura láser y un adhesivo conductor, pero la presente divulgación no se limita a ello.
[0065] Al menos una celda 90 de corte de corriente de batería puede incluirse en un módulo 100 de batería. La celda 90 de corte de corriente de batería puede incluirse en cada parte conectada de conector B, pero muchas celdas 60a, 60b, 60c, ... de batería se conectan eléctricamente para formar el módulo 100 de batería que tiene una trayectoria de flujo de corriente y, por tanto, aunque sólo una de las partes conectadas de conector B incluya la celda 90 de corte de corriente de batería, la conexión eléctrica puede desconectarse en el caso de sobrecarga.
[0066] Preferiblemente, la celda 90 de corte de corriente de batería se rompe debido a la presión aumentada por el gas generado en la celda de batería a una tensión particular en el caso de sobrecarga. El principio es que cuando la presión interna es mayor que la resistencia de sellado de la carcasa de batería de la celda 90 de corte de corriente de batería debido a la generación de gas, la carcasa de batería se quiebra y se rompe. En otro ejemplo, la celda 90 de corte de corriente de batería usa un bimetal, y en el caso de sobrecarga, el bimetal se dobla por un aumento de temperatura, y la carcasa de batería de la celda 90 de corte de corriente de batería puede quebrarse y romperse. El primero corta la corriente a una tensión particular o más en el caso de sobrecarga, mientras que el último se usa en el caso de sobrecarga acompañada de un aumento de temperatura.
[0067] Mientras tanto, convencionalmente, se conoce la tecnología que incluye carbonato de litio en la capa de material activo de electrodo positivo para aumentar en gran medida la resistencia de la placa de electrodo positivo lo suficiente para alcanzar la tensión de extremo de sobrecarga. La presente divulgación usa un material generador de gas tal como carbonato de litio, pero debe observarse que la presente divulgación aumenta la resistencia de la placa de electrodo positivo hasta la tensión de extremo de sobrecarga, y además, aumenta la presión interna más que la resistencia de sellado de la carcasa de batería de la celda 90 de corte de corriente de batería debido a la generación de gas, de modo que la carcasa de batería se quiebra y se rompe para cortar físicamente la trayectoria de conexión eléctrica.
[0068] La técnica relacionada descrita con referencia a las figuras 1 y 2 no tiene ningún elemento de seguridad en la parte conectada de conector A en el caso de sobrecarga, pero la presente divulgación incluye la celda 90 de corte de corriente de batería como un elemento de seguridad en la parte conectada de conector B en el caso de sobrecarga. Debe observarse que el elemento de seguridad no está implementado como un conector de tipo CID de estructura simple o un fusible que se funde, y está implementado en forma de “celda de batería”. Debido a esto, es posible cortar la corriente de manera segura en el caso de sobrecarga. Debido a que la celda 90 de corte de corriente de batería se implementa en forma de “celda de batería”, es ventajoso en cuanto a resistencia en comparación con el conector o el fusible. Si el fusible se inserta en la parte conectada de conector A en la técnica relacionada mostrada en la figura 1 ó 2, la resistencia será mayor que la resistencia cuando el fusible no se inserte en la parte conectada de conector A. Además, es difícil que el fusible responda a una situación de sobrecarga. El fusible sólo funciona cuando la temperatura de la batería secundaria se eleva por la generación de calor por resistencia en el caso de que fluya una sobrecorriente y, por tanto, una situación de sobrecarga no acompañada de un aumento de temperatura será insuficiente para garantizar la seguridad. La presente divulgación incluye la celda 90 de corte de corriente de batería, y es ventajosa porque no actúa como un componente de resistencia.
[0069] Según la presente divulgación, es posible aumentar la seguridad añadiendo sólo la celda 90 de corte de corriente de batería a la parte conectada de conector B sin cambiar las celdas 60a, 60b, 60c, ... de batería que constituyen el módulo 100 de batería. No hay necesidad de cambiar la celda de batería existente, tal como instalar el fusible en el conector de electrodo. Adicionalmente, el principio de corte de corriente de la presente divulgación no quiebra ni funde los conectores de electrodo de las celdas de batería conectadas. Es decir, sin cambiar la celda de batería existente para formar una estructura mecánicamente débil o una estructura que se funde a una temperatura específica, sólo se rompe la celda 90 de corte de corriente de batería para desconectar la conexión eléctrica. Una ventaja principal de no tener ningún cambio en la celda de batería del módulo de batería es la producción en masa de módulos de batería o ningún cambio en la resistencia a escala de celda.
[0070] La presente divulgación no se limita a un tipo, número y método de conexión particular de las celdas 60a, 60b, 60c, ... de batería incluidas en el módulo 100 de batería, sino que las celdas 60a, 60b, 60c, ... de batería pueden ser, en particular, una batería secundaria de tipo bolsa. La presente divulgación no se limita a un tipo, número y método de conexión particular de la celda 90 de corte de corriente de batería, sino que la celda 90 de corte de corriente de batería también puede ser, en particular, una batería secundaria de tipo bolsa. A continuación en el presente documento, la presente divulgación se describirá en más detalle al describir una realización en la que las celdas de batería del módulo de batería y la celda de corte de corriente de batería son todas ellas baterías secundarias de tipo bolsa.
[0071] La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un módulo de batería según otra realización de la presente divulgación. La figura 5 es una vista desde arriba de una batería secundaria de tipo bolsa como una celda de batería unitaria incluida en el módulo de batería de la figura 4. La figura 6 es una vista desde arriba de una celda de corte de corriente de batería incluida en el módulo de batería de la figura 4.
[0072] La figura 4 muestra el módulo 1000 de batería que incluye, por ejemplo, una pluralidad de celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería conectadas eléctricamente en serie. Tal como se muestra en la figura 5, cada una de la pluralidad de celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería es una batería 200 secundaria de tipo bolsa y tiene la misma estructura. En referencia a la figura 5, la batería 200 secundaria de tipo bolsa incluye un conjunto 210 de electrodos y una disolución de electrolito recibidos en una carcasa 230 de bolsa que está herméticamente sellada. La carcasa 230 de bolsa que tiene el conjunto 210 de electrodos y la disolución de electrolito recibidos en la misma está herméticamente sellada, y para protegerlos del exterior, puede incluir una capa metálica, una capa de resina externa y una capa de resina interna.
[0073] Un extremo de un conector 240 de electrodo positivo y un conector 250 de electrodo negativo formados en forma de placa está acoplado cada uno a dos extremos del conjunto 210 de electrodos, y el otro extremo está expuesto cada uno fuera de la carcasa 230 de bolsa. Un extremo del conector 240 de electrodo positivo está conectado eléctricamente a la placa de electrodo positivo del conjunto 210 de electrodos, y un extremo del conector 250 de electrodo negativo está conectado eléctricamente a la placa de electrodo negativo del conjunto 210 de electrodos. El otro extremo de los conectores 240, 250 de electrodo expuesto fuera de la carcasa 230 de bolsa se usa para conectar eléctricamente muchas baterías secundarias de tipo bolsa tal como se muestra en la figura 4.
[0074] Una película 260 de conector está interpuesta entre la carcasa 230 de bolsa y los conectores 240, 250 de electrodo. La película 260 de conector se proporciona para mejorar adicionalmente la adhesión entre la carcasa 230 de bolsa y los conectores 240, 250 de electrodo. La película 260 de conector puede evitar que se produzca un cortocircuito entre los conectores 240, 250 de electrodo y la capa metálica de la carcasa 230 de bolsa, y mejorar la sellabilidad de la carcasa 230 de bolsa. En la soldadura térmica de los conectores 240, 250 de electrodo metálicos a la carcasa 230 de bolsa polimérica, la resistencia de contacto es algo grande, lo que reduce la fuerza adhesiva superficial. Sin embargo, al igual que en la realización descrita anteriormente, con la película 260 de conector, puede evitarse este fenómeno de reducción de la adhesión. Adicionalmente, la película 260 de conector está realizada de un material aislante que, deseablemente, puede cortar la corriente aplicada desde los conectores 240, 250 de electrodo a la carcasa 230 de bolsa. La película 260 de conector está formada a partir de una película que tiene propiedades aislantes y termosoldables. Por ejemplo, la película 260 de conector puede estar formada por una capa de material (una única película o una película múltiple) de al menos uno seleccionado de poliimida (PI), polipropileno, polietileno y poli(tereftalato de etileno) (PET).
[0075] El conjunto 210 de electrodos es un conjunto de celdas unitarias, teniendo cada celda unitaria una estructura en la que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo están dispuestas con un separador interpuesto entre las mismas. Las celdas unitarias pueden apilarse simplemente, pueden apilarse y plegarse, o pueden fabricarse en un conjunto de electrodos de tipo enrollado en espiral. Los métodos de fabricación de muchos tipos de conjuntos de electrodos son ampliamente conocidos y su descripción detallada se omite en el presente documento. Por ejemplo, el conjunto 210 de electrodos puede ser una pila de una placa de electrodo negativo, un separador y una placa de electrodo positivo. El conjunto 210 de electrodos puede ser de tipo monocelda que incluye placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo, o de tipo bicelda que incluye placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo/separador/placa de electrodo negativo o placa de electrodo positivo/separador/placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo. Aunque esta realización cita una batería bidireccional que tiene el conector 240 de electrodo positivo y el conector 250 de electrodo negativo extraídos en direcciones opuestas desde la carcasa 230 de bolsa, no se excluye una realización de batería unidireccional en la que tanto el conector 240 de electrodo positivo como el conector 250 de electrodo negativo se extraen en una dirección desde la carcasa 230 de bolsa.
[0076] En referencia a las figuras 4 y 5 juntas, las celdas 200a, 200b de batería están apiladas de modo que los conectores de electrodo se extienden desde dos extremos y tienen polaridades opuestas, por ejemplo, el conector 240a de electrodo positivo de la celda 200a de batería está colocado en paralelo al conector 250b de electrodo negativo de la celda 200b de batería. Es decir, muchas celdas de batería se apilan de manera alterna de modo que los conectores de electrodo colocados en paralelo tienen las polaridades opuestas. Puede haber muchos métodos de conexión de las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería en serie, y la figura 4 muestra que los otros extremos de los conectores 240a, 250b de electrodo se doblan hacia la izquierda o hacia la derecha para proporcionar superficies de contacto planas, y se conectan por soldadura con un solapamiento entre ellos. Es decir, en la figura 4, la parte conectada de conector B descrita en la figura 3 se forma doblando y conectando los conectores 240a, 250b de electrodo de celda de batería, y las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería del módulo 1000 de batería se conectan entre sí a través de la parte conectada de conector B.
[0077] En la figura 4 se incluyen un total de once celdas de batería. El conector de electrodo de cada celda de batería está doblado verticalmente, y solapa la parte doblada verticalmente del conector de electrodo de otra celda de batería vecina para formar la parte conectada de conector B. Más específicamente, los conectores de electrodo en el lado interior excepto los conectores de electrodo dispuestos más exteriormente en un lado de las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería apiladas están doblados y dispuestos con un solapamiento entre ellos, y las partes de conector de electrodo dobladas están conectadas eléctricamente entre sí. En el otro lado de las celdas 200a, 200b, 200c, … de batería apiladas, todos los conectores de electrodo se doblan y sueldan con un solapamiento entre ellos, para conectar eléctricamente las partes de conector de electrodo dobladas.
[0079] En la figura 4, las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería se apilan en la dirección vertical. Cuando se doblan los conectores de electrodo, un conector de electrodo en un lado de la celda de batería se dobla verticalmente en la dirección hacia la derecha (o hacia fuera del módulo de batería) y un conector de electrodo en el otro lado se dobla verticalmente en la dirección hacia la izquierda (o hacia dentro del módulo de batería). Por consiguiente, los conectores de electrodo de polaridades diferentes se doblan en forma de “ ” de modo que se superponen las partes conectadas de conector B que van a acoplarse. Adicionalmente, las partes conectadas de conector B están dispuestas en paralelo a lo largo de la dirección horizontal. Este procedimiento puede realizarse en un orden inverso y, por ejemplo, pueden doblarse los conectores de electrodo y, en este estado doblado, pueden apilarse las celdas de batería y puede soldarse la parte correspondiente.
[0081] Mientras tanto, aunque la figura 4 muestra el método que conecta directamente los conectores de electrodo con un solapamiento entre ellos, es posible el método de conexión indirecta que usa una barra de conexión tal como se describe con referencia a la figura 1. Por ejemplo, por supuesto, la presente divulgación puede aplicarse a un módulo de batería fabricado soldando conectores de electrodo y una barra ómnibus entre sí o soldando conectores de electrodo y un circuito externo. El módulo 1000 de batería de esta realización incluye una celda 300 de corte de corriente de batería en la parte conectada de conector B tal como se muestra en la figura 6.
[0083] En referencia a la figura 6, la celda 300 de corte de corriente de batería también se recibe en una carcasa 330 de bolsa que está herméticamente sellada, junto con un conjunto 310 de electrodos y una disolución de electrolito. La carcasa 330 de bolsa de la celda 300 de corte de corriente de batería puede recibir el conjunto 310 de electrodos y la disolución de electrolito en su interior de manera hermética, y para protegerlos del exterior, incluir una capa metálica, una capa de resina externa y una capa de resina interna.
[0085] El otro extremo de un conector 340 de electrodo positivo y un conector 350 de electrodo negativo formados en forma de placa está conectado cada uno a dos extremos del conjunto 310 de electrodos, y expuesto fuera de la carcasa 330 de bolsa. Un extremo del conector 340 de electrodo positivo está conectado eléctricamente a la placa de electrodo positivo del conjunto 310 de electrodos, y un extremo del conector 350 de electrodo negativo está conectado eléctricamente a la placa de electrodo negativo del conjunto 310 de electrodos. Una película 360 de conector está interpuesta entre la carcasa 330 de bolsa y los conectores 340, 350 de electrodo. La película 360 de conector se proporciona para mejorar adicionalmente la adhesión entre la carcasa 330 de bolsa y los conectores 340, 350 de electrodo. El otro extremo de los conectores 340, 350 de electrodo expuestos al exterior se usa para conectar eléctricamente las celdas 200a, 200b de batería tal como se muestra en la figura 7.
[0087] Además, en este caso, el conjunto 310 de electrodos es un conjunto de celdas unitarias, teniendo cada celda unitaria una estructura en la que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo están dispuestas con un separador interpuesto entre las mismas. Las celdas unitarias pueden apilarse simplemente, pueden apilarse y plegarse, o pueden fabricarse en un conjunto de electrodos de tipo enrollado en espiral. Por ejemplo, el conjunto 310 de electrodos puede ser una pila de la placa de electrodo negativo, el separador y la placa de electrodo positivo. El conjunto 310 de electrodos puede ser de tipo monocelda que incluye placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo, o de tipo bicelda que incluye placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo/separador/placa de electrodo negativo o placa de electrodo positivo/separador/placa de electrodo negativo/separador/placa de electrodo positivo. Aunque esta realización cita una batería bidireccional que tiene el conector 340 de electrodo positivo y el conector 350 de electrodo negativo extraídos en direcciones opuestas desde la carcasa 330 de bolsa, no se excluye una realización de batería unidireccional en la que tanto el conector 340 de electrodo positivo como el conector 350 de electrodo negativo se extraen en una dirección desde la carcasa 330 de bolsa.
[0089] La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra una realización en la que la celda de corte de corriente de batería puede conectarse entre dos celdas de batería adyacentes en el módulo de batería de la figura 4.
[0091] Describiendo la figura 7 junto con la figura 4, cuando dos celdas de batería adyacentes en el módulo 1000 de batería se denominan primera celda 200a de batería y segunda celda 200b de batería, la primera celda 200a de batería y la celda 300 de corte de corriente de batería se conectan en serie, y la celda 300 de corte de corriente de batería y la segunda celda 200b de batería se conectan en serie. Específicamente, el conector 350 de electrodo negativo de la celda 300 de corte de corriente de batería está conectado al conector 240a de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería, y el conector 340 de electrodo positivo de la celda 300 de corte de corriente de batería está conectado al conector 250b de electrodo negativo de la segunda celda 200b de batería. Tal como se describió anteriormente, el conector 240a de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería y el conector 250b de electrodo negativo de la segunda celda 200b de batería están conectados entre sí por medio de los conectores 340, 350 de electrodo de la celda 300 de corte de corriente de batería, por lo que la primera y segunda celdas 200a, 200b de batería están conectadas eléctricamente entre sí. La conexión puede realizarse mediante métodos usados comúnmente en la técnica, y el acoplamiento y la conexión pueden lograrse mediante, por ejemplo, soldadura ultrasónica, pero no se limita a ello.
[0092] Aunque el conector 240a de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería y el conector 250b de electrodo negativo de la segunda celda 200b de batería no están conectados directamente, no hay problema con la resistencia del módulo 1000 de batería. Adicionalmente, para mantener la distancia entre las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería en el módulo 1000 de batería mostrado en la figura 4, sólo el conector de electrodo de la parte conectada con la celda 300 de corte de corriente de batería puede ser más corto que el conector de electrodo de otra parte. En la presente divulgación, las ubicaciones de las dos celdas de batería adyacentes conectadas eléctricamente por la celda 300 de corte de corriente de batería no están particularmente limitadas. Por ejemplo, las celdas de batería en el centro del módulo 1000 de batería pueden estar conectadas eléctricamente por la celda 300 de corte de corriente de batería, o las celdas de batería dispuestas más exteriormente del módulo 1000 de batería pueden estar conectadas eléctricamente por la celda 300 de corte de corriente de batería.
[0093] Es necesario determinar el tamaño de la celda 300 de corte de corriente de batería, considerando el espacio en el que se coloca la celda 300 de corte de corriente de batería. En esta realización, el otro extremo del conector 240a de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería y el otro extremo del conector 250b de electrodo negativo de la segunda celda 200b de batería se doblan uno frente al otro a lo largo de la dirección de apilamiento de la primera y segunda celdas 200a, 200b de batería, y la celda 300 de corte de corriente de batería se coloca en paralelo a la dirección de apilamiento entre las partes dobladas de cada conector 240a, 250b de electrodo para conectar cada conector 240a, 350, 340, 250b de electrodo.
[0094] Tal como se muestra en la figura 7, la celda 300 de corte de corriente de batería es preferiblemente más pequeña o más delgada que la primera celda 200a de batería y la segunda celda 200b de batería de modo que la celda 300 de corte de corriente de batería está dispuesta entre las partes dobladas de cada conector 240a, 250b de electrodo sin afectar a la distancia entre la primera celda 200a de batería y la segunda celda 200b de batería.
[0095] Por ejemplo, es deseable diseñar la celda 300 de corte de corriente de batería para que sea más pequeña que un espacio (distancia) entre dos lugares donde los conectores de electrodo se extraen desde dos celdas de batería adyacentes. Adicionalmente, para facilitar la soldadura con el conector de electrodo de la celda de batería adyacente, la celda 300 de corte de corriente de batería es preferiblemente igual o similar al grosor del conector de electrodo de la celda de batería adyacente sin una gran diferencia. Tal como se describió anteriormente, cuando la celda 300 de corte de corriente de batería es pequeña y delgada, sólo es necesario montar la celda 300 de corte de corriente de batería en la parte conectada de conector B, y no es necesario asignar un espacio separado para montar la celda 300 de corte de corriente de batería.
[0096] En esta realización, la celda 300 de corte de corriente de batería conecta eléctricamente la primera celda 200a de batería y la segunda celda 200b de batería adyacentes entre sí, y en el caso de sobrecarga, se rompe para desconectar la conexión eléctrica. La conexión eléctrica entre la primera celda 200a de batería y la segunda celda 200b de batería se desconecta por la rotura de la celda 300 de corte de corriente de batería debido a la generación de gas en la celda 300 de corte de corriente de batería cuando el módulo 1000 de batería está sobrecargado, por ejemplo, el módulo 1000 de batería alcanza una tensión particular, por ejemplo, 5,0 V, garantizando de ese modo la seguridad en el caso de sobrecarga.
[0097] Según esta realización, la celda 300 de corte de corriente de batería puede incluirse entre las celdas 200a, 200b de batería adyacentes para establecer una conexión en serie, formando una trayectoria de conexión eléctrica. Cuando se produce una sobrecarga de modo que se alcanza una tensión particular, la celda 300 de corte de corriente de batería puede configurarse para generar gas a partir de un material generador de gas incluido en la placa de electrodo positivo. La celda 300 de corte de corriente de batería puede ser tan pequeña o delgada que puede disponerse entre las celdas 200a, 200b de batería adyacentes, y es probable que se rompa debido al gas generado en la misma. Como resultado, puede desconectarse la conexión eléctrica de las celdas 200a, 200b de batería adyacentes para cortar el flujo de corriente, garantizando de ese modo la seguridad del módulo 1000 de batería. La figura 8 es una vista en sección transversal que ilustra una realización de la placa de electrodo positivo en el conjunto de electrodos incluido en la celda de corte de corriente de batería de la figura 6.
[0098] En referencia a la figura 8, la placa 320 de electrodo positivo incluye un colector 322 de corriente de electrodo positivo y una capa 324 de material activo de electrodo positivo.
[0099] La capa 324 de material activo de electrodo positivo se forma sobre el colector 322 de corriente de electrodo positivo, e incluye un material activo de electrodo positivo, un material 325 generador de gas, un material conductor y un aglutinante. El material activo de electrodo positivo y el material 325 generador de gas pueden mezclarse entre sí. Es decir, el material 325 generador de gas puede distribuirse uniformemente en la capa 324 de material activo de electrodo positivo. Por consiguiente, al formar la placa 320 de electrodo positivo, el material 325 generador de gas se introduce en una disolución de aglutinante junto con el material activo de electrodo positivo y el material conductor y se agita para formar una suspensión de material activo de electrodo positivo mezclado con material generador de gas que luego se recubre sobre al menos una de las dos superficies del colector 322 de corriente de electrodo positivo para formar la capa 324 de material activo de electrodo positivo. Después del recubrimiento de la suspensión de material activo de electrodo positivo mezclado con material generador de gas, puede realizarse secado y prensado si es necesario.
[0100] El “material generador de gas” usado en el presente documento se refiere a un material que genera gas a una tensión particular, y los ejemplos no limitativos pueden incluir carbonato de litio (Li<2>CO<3>), carbonato de calcio (CaCO<3>), óxido de litio-níquel (LNO) y oxalato de litio. Preferiblemente, el material 325 generador de gas incluido en la capa 324 de material activo de electrodo positivo puede ser uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de litio, carbonato de calcio, óxido de litio-níquel y oxalato de litio, o mezclas de los mismos.
[0101] En particular, es posible cortar la corriente a una tensión particular a través del control del material 325 generador de gas incluido en la placa 320 de electrodo positivo de la celda 300 de corte de corriente de batería. Para el material 325 generador de gas, se seleccionan aquellos que se descomponen en gas a una tensión particular establecida en una tensión de sobrecarga según el modelo de batería. Por ejemplo, es necesario cortar la corriente para detener la carga a 4,5 V o superior que se reconoce comúnmente como una condición de sobrecarga. Por ejemplo, el carbonato de litio es adecuado como material 325 generador de gas porque se descompone a 4,8 V o superior. Por ejemplo, en el caso de que se use carbonato de litio para el material 325 generador de gas, cuando se alcanza 4,8 V debido a sobrecarga, el Li<2>CO<3>se descompone en gas de CO CO<2>y la presión interna aumenta rápidamente y, por consiguiente, la celda 300 de corte de corriente de batería puede romperse.
[0102] El material 325 generador de gas puede incluirse en la placa 320 de electrodo positivo en una cantidad del 0,1 al 20 % en peso basándose en el peso total del material activo de electrodo positivo y el material 325 generador de gas. Cuando el material 325 generador de gas se incluye en la cantidad descrita anteriormente, puede generarse gas y la celda 300 de corte de corriente de batería puede romperse en el caso de sobrecarga.
[0103] Las partículas de material 325 generador de gas, en particular partículas de carbonato de litio, pueden tener, por ejemplo, formas esféricas, ovaladas y poligonales, pero no se limitan a ello. Adicionalmente, las formas “esféricas” y “ovaladas” tal como se usan en el presente documento se refieren a una amplia gama de formas esféricas y ovaladas, incluyendo no sólo formas completa o perfectamente “esféricas” y “ovaladas”, sino también formas esféricas y ovaladas que incluyen porciones distorsionadas o formas esféricas y ovaladas de nivel comúnmente aceptable. Las partículas de carbonato de litio pueden tener un tamaño de partícula de 0,1 a 50 μm.
[0104] El material activo de electrodo positivo usado en la celda 300 de corte de corriente de batería no se limita a ningún tipo particular, y puede ser idéntico a o diferente del material activo de electrodo positivo de las celdas 200a, 200b, 200c, ... de batería usadas en el módulo 1000 de batería. Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo puede incluir compuestos en capas tales como óxido de litio-cobalto (LiCoO<2>) y óxido de litio-níquel (LiNiO<2>) o compuestos con una o más sustituciones de metales de transición; óxido de litio-manganeso de fórmulas Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(x es 0 ~ 0,33), LiMnO<3>, LiMn<2>O<3>, LiMnO<2>; óxido de litio-cobre (Li<2>CuO<2>); óxido de vanadio tal como LiV<3>O<8>, LiFe<3>O<4>, V<2>O<5>, Cu<2>V<2>O<7>; óxido de litio-níquel de tipo sitio de Ni representado por la fórmula química LiNi<1-x>M<x>O<2>(M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, x = 0,01 ~ 0,3); óxido compuesto de litio-manganeso representado por la fórmula química LiMn<2-x>M<x>O<2>(M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, x = 0,01 ~ 0,1) o Li<2>Mn<3>MO<8>(M = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); óxido compuesto de litio-manganeso de estructura de espinela tal como LiNi<x>Mn<2-x>O<4>(x = 0,01 ~ 0,6); LiMn<2>O<4>con sustitución parcial de ion de metal alcalinotérreo por Li en la fórmula química; compuestos disulfuro; y Fe<2>(MoO<4>)<3>, pero no se limita a ello.
[0105] El material conductor se añade generalmente en una cantidad del 1 al 50 % en peso basándose en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. El material conductor no se limita a ningún tipo particular siempre y cuando el material tenga conductividad mientras no provoque ningún cambio químico en la batería correspondiente, y puede incluir, por ejemplo, grafito tal como grafito natural o grafito artificial; negro de carbono tal como negro de carbono, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; fibras conductoras tales como fibras de carbono o fibras metálicas; polvo metálico tal como polvo de fluorocarbono, aluminio y níquel; fibras cortas monocristalinas conductoras tales como óxido de zinc y titanato de potasio; óxido metálico conductor tal como óxido de titanio; y materiales conductores tales como derivados de polifenileno.
[0106] El aglutinante ayuda a unir el material activo al material generador de gas y el material conductor y al colector de corriente, y generalmente se añade en una cantidad del 1 al 50 % en peso basándose en el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodo positivo. Los ejemplos del aglutinante pueden incluir poli(fluoruro de vinilideno), poli(alcohol vinílico), carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butadieno, caucho fluorado y una variedad de copolímeros.
[0107] La capa 324 de material activo de electrodo positivo puede ser una estructura porosa en la que el material 325 generador de gas está unido e inmovilizado por el aglutinante, y los poros están formados por huecos en el material 325 generador de gas. La estructura porosa que tiene los poros formados tal como se describió anteriormente aumenta el área de reacción con el electrolito, en particular, la disolución de electrolito en la batería ensamblada. Por consiguiente, puede generarse mucho más gas. Los poros que no están llenos con la disolución de electrolito pueden formar un canal de movimiento a través del cual el gas generado se difunde hacia fuera. Para que el material 325 generador de gas funcione de manera eficiente, es importante aumentar el área de reacción de la capa 324 de material activo de electrodo positivo. Es deseable tener un área de superficie amplia, aunque se forme en un área estrecha. Con este fin, pueden formarse muchos poros pequeños en la capa 324 de material activo de electrodo positivo y, por ejemplo, puede alcanzarse un resultado deseado ajustando el tamaño de las partículas de material 325 generador de gas.
[0108] La placa 320 de electrodo positivo de la celda 300 de corte de corriente de batería puede incluir además un aditivo tal como una carga en la capa 324 de material activo de electrodo positivo, si es necesario. La carga se usa opcionalmente para suprimir la dilatación de la capa 324 de material activo de electrodo positivo, y no se limita a ningún tipo particular siempre y cuando sea un material fibroso mientras no provoque ningún cambio químico en la batería correspondiente, y puede incluir, por ejemplo, polímeros a base de olefina tales como polietileno y polipropileno; y materiales fibrosos tales como fibra de vidrio y fibra de carbono.
[0109] El colector 322 de corriente de electrodo positivo tiene generalmente un grosor de 3 ~ 500 μm. El colector 322 de corriente de electrodo positivo no se limita a ningún tipo particular siempre y cuando tenga alta conductividad mientras no provoque ninguna reacción química en la batería correspondiente, y puede incluir, por ejemplo, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, o aluminio o acero inoxidable tratado con carbono, níquel, titanio y plata sobre la superficie. El colector 322 de corriente de electrodo positivo puede tener textura superficial fina para aumentar la fuerza adhesiva del material activo de electrodo positivo, y puede tener diversas formas tales como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma y un material textil no tejido. La placa de electrodo negativo incluida en el conjunto 310 de electrodos de la celda 300 de corte de corriente de batería puede fabricarse aplicando una suspensión de material activo de electrodo negativo sobre un colector de corriente de electrodo negativo, secando y prensando, y opcionalmente, puede incluir además un material conductor, un aglutinante y una carga tal como se describió anteriormente, si es necesario. El colector de corriente de electrodo negativo tiene generalmente un grosor de 3 ~ 500 μm. El colector de corriente de electrodo negativo no se limita a ningún tipo particular siempre y cuando tenga conductividad mientras no provoque ninguna reacción química en la batería correspondiente, y puede incluir, por ejemplo, cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable tratado con carbono, níquel, titanio y plata sobre la superficie, y aleaciones de aluminio-cadmio. Adicionalmente, de manera similar al colector 322 de corriente de electrodo positivo, el colector de corriente de electrodo negativo puede tener textura superficial fina para aumentar la fuerza de unión del material activo de electrodo negativo, y puede tener diversas formas tales como una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, una espuma y un material textil no tejido.
[0110] El material activo de electrodo negativo puede incluir, por ejemplo, carbono tal como carbono no grafitizable y carbono a base de grafito; óxido compuesto de metal tal como Li<x>Fe<2>O<3>(0≤x≤1), Li<x>WO<2>(0≤x≤1), Au<x>Me<1-x>Me’<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, elementos de los grupos 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8); metal de litio; aleaciones de litio; aleaciones a base de silicio; aleaciones a base de estaño; óxido metálico tal como AuO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>, y Bi<2>O<5>; polímeros conductores tales como poliacetileno; materiales a base de Li-Co-Ni; óxido de titanio; y óxido de litiotitanio.
[0111] En la celda 300 de corte de corriente de batería, el separador está interpuesto entre la placa 320 de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo, y puede incluir una película delgada aislante que tiene alta permeabilidad iónica y resistencia mecánica, pero no se limita a ello. Generalmente, el separador tiene un diámetro de poro de 0,01 ~ 10 μm, y un grosor de 5 ~ 300 μm. El separador puede incluir, por ejemplo, polímeros a base de olefina hidrófobos y resistentes a productos químicos tales como polipropileno; y hojas o materiales textiles no tejidos realizados de fibra de vidrio o polietileno. Cuando se usa un electrolito sólido tal como polímero como electrolito, el electrolito sólido puede servir como separador.
[0112] La disolución de electrolito usada en la celda 300 de corte de corriente de batería puede incluir una disolución de electrolito y una sal de litio, y la disolución de electrolito puede incluir un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico y un electrolito sólido inorgánico, pero no se limita a ello.
[0113] El disolvente orgánico no acuoso puede incluir, por ejemplo, disolventes orgánicos apróticos tales como N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxietano, tetrahidroxi-franc, 2-metiltetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoximetano, derivados de dioxolano, sulfolano, metilsulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados de carbonato de propileno, derivados de tetrahidrofurano, éter, propionato de metilo y propionato de etilo.
[0114] El electrolito sólido orgánico puede incluir, por ejemplo, derivados de polietileno, derivados de poli(óxido de etileno), derivados de poli(óxido de propileno), polímeros de éster de ácido fosfórico, lisina de poliagitación, sulfuro de poliéster, poli(alcohol vinílico), poli(fluoruro de vinilideno), y polímeros que contienen grupos de disociación iónica. El electrolito sólido inorgánico puede incluir, por ejemplo, nitruros, haluros y sulfatos de Li tales como Li<3>N, LiI, Li<5>NI<2>, Li<3>N-LiI-LiOH, LiSiO<4>, LiSiO<4>-LiI-LiOH, Li<2>SiS<3>, Li<4>SiO<4>, Li<4>SiO<4>-LiI-LiOH, y Li<3>PO<4>-Li<2>S-SiS<2>.
[0115] La sal de litio es un material que es apto para disolverse en el electrolito no acuoso, y puede incluir, por ejemplo, LiCl, LiBr, LiI, LiClO<4>, LiBF<4>, LiB<10>Cl<10>, LiPF<6>, LiCF<3>SO<3>, LiCF<3>CO<2>, LiAsF<6>, LiSbF<6>, LiAlCl<4>, CH<3>SO<3>Li, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, cloroborano de litio, ácido carboxílico alifático inferior de litio, tetrafenilborato de litio e imida.
[0116] Adicionalmente, para mejorar las características de carga/descarga y la retardancia a la llama, por ejemplo, pueden añadirse piridina, fosfito de trietilo, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, n-glima, hexafosfato de triamida, derivados de nitrobenceno, azufre, colorante de quinona-imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, dialquil éter de etilenglicol, sales de amonio, pirrol, 2-metoxietanol y tricloruro de aluminio a la disolución de electrolito. En algunos casos, puede añadirse un disolvente que contiene halógeno tal como tetracloruro de carbono y trifluoroetileno para dar incombustibilidad, puede añadirse gas de dióxido de carbono para mejorar las características de almacenamiento a alta temperatura, y pueden incluirse adicionalmente carbonato de fluoroetileno (FEC) y propenosultona (PRS).
[0117] La figura 9 es una vista en sección transversal que ilustra otra realización de la placa de electrodo positivo en el conjunto de electrodos incluido en la celda de corte de corriente de batería de la figura 6.
[0118] En referencia a la figura 9, la placa 320’ de electrodo positivo incluye un colector 322 de corriente de electrodo positivo, una capa 326 de imprimación y una capa 327 de recubrimiento de material activo.
[0119] La capa 326 de imprimación está formada sobre el colector 322 de corriente de electrodo positivo, e incluye un material 325 generador de gas, un material conductor y un aglutinante. La capa 327 de recubrimiento de material activo está formada sobre la capa 326 de imprimación, e incluye un material activo de electrodo positivo, un material conductor y un aglutinante. Es decir, en esta realización, el material 325 generador de gas no está incluido en la capa 327 de recubrimiento de material activo.
[0120] Por consiguiente, al formar la placa 320’ de electrodo positivo, el material 325 generador de gas se introduce en una disolución de aglutinante junto con el material conductor y se agita para preparar una suspensión de material generador de gas que luego se recubre sobre al menos una de las dos superficies del colector 322 de corriente de electrodo positivo para formar la capa 326 de imprimación en primer lugar, y luego se forma una suspensión de material activo de electrodo positivo que incluye el material activo de electrodo positivo, el material conductor y el aglutinante y se recubre sobre la capa 326 de imprimación para formar la capa 327 de recubrimiento de material activo.
[0121] En este caso, el material 325 generador de gas está presente deseablemente en una cantidad del 90 al 99,9 % en peso de los sólidos en la capa 326 de imprimación. Cuando la cantidad del material 325 generador de gas es menor que el límite inferior, la resistencia eléctrica puede aumentar insuficientemente, y cuando la cantidad del material 325 generador de gas es mayor que el límite superior, los enlaces entre los componentes o la conductividad eléctrica pueden ser insuficientes.
[0122] Para las cuestiones restantes, pueden usarse igualmente las descritas con referencia a la figura 8 anterior.
[0123] En esta realización, se genera gas en la capa 326 de imprimación entre el colector 322 de corriente de electrodo positivo y la capa 327 de recubrimiento de material activo. Por consiguiente, la celda 300 de corte de corriente de batería puede alcanzar la tensión de extremo de sobrecarga rápidamente, y el módulo 1000 de batería que incluye la celda 300 de corte de corriente de batería puede garantizar la seguridad.
[0124] En las realizaciones anteriores, la celda de corte de corriente de batería sigue el principio de generación de gas. En otra realización, la celda de corte de corriente de batería puede usar un bimetal que se dobla en respuesta a un aumento de temperatura. Por ejemplo, el uso del bimetal en la primera celda 200a de batería o la segunda celda 200b de batería adyacentes entre sí en el módulo 1000 de batería, tal como se muestra en la figura 4, o el conector de electrodo de la celda 300 de corte de corriente de batería permite que el conector de electrodo se doble en respuesta a un aumento de temperatura en el caso de sobrecarga, y que la carcasa 330 de bolsa de la celda 300 de corte de corriente de batería se quiebre y se rompa. La figura 10 muestra un ejemplo en el que el conector 240a’ de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería está realizado de un bimetal.
[0125] En referencia a la figura 10, el conector 240a’ de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería está realizado de un bimetal, y el extremo del conector 240a’ de electrodo positivo está unido a la celda 300 de corte de corriente de batería a través de un elemento 500 adhesivo.
[0126] El bimetal se fabrica de modo que un metal que tiene un alto coeficiente de dilatación térmica forma una parte 242 inferior del conector y se conecta al conector 350 de electrodo negativo de la celda 300 de corte de corriente de batería, y un metal que tiene un bajo coeficiente de dilatación térmica forma una parte 241 superior del conector. Los ejemplos no limitativos del metal que tiene un alto coeficiente de dilatación térmica pueden incluir aleaciones de cobre/zinc, aleaciones de níquel/molibdeno/hierro y aleaciones de níquel/manganeso/hierro, pero no se limitan a ello. Los ejemplos no limitativos del metal que tiene un bajo coeficiente de dilatación térmica pueden incluir aleaciones de níquel/hierro, pero no se limitan a ello.
[0127] El elemento 500 adhesivo no se limita a ningún tipo particular e incluye cualquier tipo usado comúnmente en la técnica, y puede ser, por ejemplo, un adhesivo o cinta de aislamiento de doble cara.
[0128] El conector 240a’ de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería realizada del bimetal se dobla en una dirección que se orienta en dirección opuesta a la celda 300 de corte de corriente de batería debido a una diferencia en el coeficiente de dilatación térmica cuando se genera calor por sobrecarga, y en este caso, la carcasa 330 de bolsa de la celda 300 de corte de corriente de batería unida al conector 240a’ de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería se rompe por el elemento 500 adhesivo, cortando de ese modo la corriente más fácilmente. Mientras tanto, aunque esta realización describe que el conector 240a’ de electrodo positivo de la primera celda 200a de batería está realizado de un bimetal, y por supuesto, el conector de electrodo de la celda 300 de corte de corriente de batería puede estar realizado de un bimetal. En este caso, debido a que no hay cambio en la celda de batería, una ventaja de producción en masa o ningún cambio en la resistencia a escala de celda será mejor que la realización anterior.
[0129] Según la configuración de la presente divulgación descrita anteriormente, debido a que la celda de corte de corriente de batería está incluida en la parte conectada de conector, la celda de corte de corriente de batería se rompe para cortar el flujo de corriente en el caso de sobrecarga. Por consiguiente, por ejemplo, aunque la función de prevención de sobrecarga del circuito de protección de batería secundaria no funcione normalmente, es posible cortar el flujo de corriente para detener la carga. Adicionalmente, debido a que la celda de corte de corriente de batería está incluida en la parte conectada de conector, no es necesario asignar un espacio separado para montar la celda de corte de corriente de batería.
[0130] El módulo de batería según la presente divulgación tiene alta seguridad y, por tanto, es adecuado para su uso en una fuente de alimentación de un dispositivo a media y gran escala que requiere estabilidad a alta temperatura, características de ciclo largo y características de alta tasa. Los ejemplos preferibles del dispositivo a media y gran escala pueden incluir herramientas eléctricas que funcionan con energía procedente de un motor eléctrico; vehículos eléctricos incluyendo vehículos eléctricos (EV), vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV); vehículos eléctricos de dos ruedas incluyendo bicicletas eléctricas y escúteres eléctricas; carritos de golf eléctricos; y ESS, pero no se limitan a ello.
[0131] Aunque la presente divulgación se describe a continuación en el presente documento en detalle describiendo los resultados de la prueba de sobrecarga según el ejemplo experimental de la presente divulgación, el alcance de la presente divulgación no está limitado por ello.
[0132] Después de reducir el tamaño de una batería disponible comercialmente a escala de laboratorio para fabricar las celdas 200a, 200b de batería y fabricar una celda 300 de corte de corriente de batería más pequeña, se conectan los conectores de electrodo para fabricar un módulo unitario experimental tal como se muestra en la figura 7, y se realiza una prueba de sobrecarga. Los métodos de fabricación de las celdas 200a, 200b de batería y la celda 300 de corte de corriente de batería se basan en un método general de fabricación de una batería secundaria de tipo bolsa. El método de fabricación de las celdas 200a, 200b de batería es tal como sigue. Se mezclan LiCoO<2>que tiene un D50 de aproximadamente 15 ~ 20 μm como material activo de electrodo positivo, Super P como material conductor y poli(fluoruro de vinilideno) como polímero aglutinante en una razón en peso de 92:4:4 y se les añade N-metilpirrolidona (NMP), para preparar una suspensión de material activo de electrodo positivo. Se aplica la suspensión de material activo de electrodo positivo preparada tal como se describió anteriormente a un colector de corriente de electrodo positivo de una lámina de aluminio, y se seca en un horno de vacío de 120 ºC para fabricar una placa de electrodo positivo.
[0133] Mientras tanto, se usa microperla de mesocarbono (MCMB) como material activo de electrodo negativo, Super P como material conductor y PVdF como aglutinante, y se mezclan en una razón de 92:2:6 (razón en peso) y se dispersan en NMP para preparar una suspensión de material activo de electrodo negativo que luego se recubre sobre un colector de corriente de electrodo negativo de una lámina de cobre y se seca para fabricar una placa de electrodo negativo.
[0134] Se fabrica un conjunto de electrodos usando un separador de polietileno entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo fabricadas tal como se describió anteriormente. Se conecta el conjunto de electrodos a un conector de electrodo y se coloca en una carcasa de bolsa, como electrolito se inyecta una disolución que contiene LiPF<6>1 M disuelto en una mezcla de carbonato de etileno (EC) y carbonato de dimetilo (DMC) en una razón en volumen de 1:1, y se sella herméticamente la carcasa de bolsa.
[0135] El método de fabricación de la celda 300 de corte de corriente de batería es similar al método anterior de fabricación de las celdas 200a, 200b de batería, excepto porque la capa de material activo de electrodo positivo incluye además un material generador de gas, y la celda 300 de corte de corriente de batería es tan pequeña y delgada como el conector de electrodo de las celdas 200a, 200b de batería. Para el material generador de gas, se usa carbonato de litio que tiene un tamaño de partícula de 5,0 μm.
[0136] Para llegar al estado conectado mostrado en la figura 7, el conector de electrodo de la celda 200a de batería y el conector de electrodo de la celda 300 de corte de corriente de batería se conectan por soldadura ultrasónica, y el otro conector de electrodo de la celda 300 de corte de corriente de batería se conecta al conector de electrodo de la celda 200b de batería para establecer una conexión en serie.
[0137] La prueba de sobrecarga se realiza en dos etapas en módulos unitarios conectados en serie. En primer lugar, se realiza carga a Cco-Tco hasta el SOC al 100 % a temperatura (25 ºC) y presión normales (primera etapa: ajuste del SOC al 100 %), y para la prueba de sobrecarga, la carga a Cco continúa a temperatura y presión normales aumentando el SOC desde el SOC al 100 % para verificar si la celda 300 de corte de corriente de batería cortará la corriente (segunda etapa: sobrecarga). La evaluación de la sobrecarga usa un dispositivo de prueba de carga/descarga. Cada conector de electrodo de las celdas 200a, 200b de batería y la celda 300 de corte de corriente de batería se conecta a canales terminales del dispositivo de prueba de carga/descarga, y se mide la tensión (tensión de celda completa) de cada celda de batería en la sobrecarga. Hay dispositivos de prueba de carga/descarga disponibles comercialmente de muchos fabricantes y, por ejemplo, puede usarse un equipo tal como HiTester de Hioki.
[0138] Los resultados se muestran en la figura 11. La figura 11 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de sobrecarga según el ejemplo experimental de la presente divulgación.
[0139] En referencia a la figura 11, a medida que la sobrecarga continúa desde el SOC al 100 %, la tensión de las celdas 200a, 200b de batería y la celda 300 de corte de corriente de batería aumenta lentamente desde aproximadamente 4,4 V. A medida que la sobrecarga continúa, la tensión de la celda 300 de corte de corriente de batería aumenta más rápido que la tensión de las celdas 200a, 200b de batería. Esto se debe a que la celda 300 de corte de corriente de batería es más pequeña y tiene menor capacidad que las celdas 200a, 200b de batería. Por ejemplo, cuando las celdas 200a, 200b de batería son una celda de 40 mAh, la celda 300 de corte de corriente de batería puede ser una celda de 10 mAh de menor capacidad, por lo que la tensión de la celda 300 de corte de corriente de batería aumenta más rápido para la misma magnitud de entrada de corriente de carga. Cuando la tensión de la celda 300 de corte de corriente de batería aumenta y luego alcanza aproximadamente 4,9 V o superior, se genera rápidamente gas en la celda 300 de corte de corriente de batería, y la tensión de la batería aumenta rápidamente. La celda 300 de corte de corriente de batería tiene una caída de tensión hasta 0 V en el punto del SOC al 130 %. La celda 300 de corte de corriente de batería no soporta la presión interna y eventualmente se rompe, y como resultado, es imposible medir la tensión de la celda 300 de corte de corriente de batería. Después del SOC al 130 %, la tensión de las celdas 200a, 200b de batería es constante y converge a la tensión de circuito abierto (OCV). Esto se debe a que la trayectoria de conexión eléctrica está bloqueada por la ruptura de la celda 300 de corte de corriente de batería, aunque la corriente de carga se suministre continuamente. Por consiguiente, a través de este experimento, pudo observarse que la celda 300 de corte de corriente de batería actúa eficazmente como elemento de seguridad en el SOC al 130 % en una situación de sobrecarga en la que la tensión de las celdas 200a, 200b de batería es de 4,8 V o superior.
[0140] La figura 12 es un diagrama que ilustra un bloque de baterías según una realización de la presente divulgación. La figura 13 es un diagrama que ilustra un vehículo según una realización de la presente divulgación.
[0141] En referencia a las figuras 12 y 13, el bloque 1200 de baterías puede incluir al menos un módulo de batería según la realización anterior, por ejemplo, el módulo 1000 de batería de la segunda realización, y una carcasa 1210 de bloque para empaquetarlo. Además del módulo 1000 de batería y la carcasa 1210 de bloque, el bloque 1200 de baterías según la presente divulgación puede incluir además diversos tipos de dispositivos para controlar la carga/descarga del módulo 1000 de batería, por ejemplo, un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor de corriente y un fusible.
[0142] El bloque 1200 de baterías puede proporcionarse en el vehículo 1300 como fuente de combustible para el vehículo 1300. Por ejemplo, el bloque 1200 de baterías puede proporcionarse en el vehículo 1300, tal como vehículos eléctricos, vehículos eléctricos híbridos, y de cualquier otra manera de uso del bloque 1200 de baterías como fuente de combustible.
[0143] Preferiblemente, el vehículo 1300 puede ser un vehículo eléctrico. El bloque 1200 de baterías puede usarse como fuente de energía eléctrica que suministra energía a un motor 1310 del vehículo eléctrico para accionar el vehículo 1300. En este caso, el bloque 1200 de baterías tiene una alta tensión nominal de 100 V o superior. Para el uso de vehículos eléctricos híbridos, se establece a 270 V.
[0144] El bloque 1200 de baterías puede cargarse o descargarse mediante un inversor 1320 según el funcionamiento del motor 1310 y/o el motor de combustión interna. El bloque 1200 de baterías puede cargarse mediante un cargador regenerativo conectado al freno. El bloque 1200 de baterías puede estar conectado eléctricamente al motor 1310 del vehículo 1300 a través del inversor 1320.
[0145] Tal como se describió anteriormente, el bloque 1200 de baterías también incluye un BMS. El BMS estima el estado de las celdas de batería en el bloque 1200 de baterías, y gestiona el bloque 1200 de baterías usando la información de estado estimada. Por ejemplo, el BMS estima y gestiona la información de estado del bloque 1200 de baterías, tal como el estado de carga (SOC), el estado de salud (SOH), la potencia de entrada/salida máxima permisible y la tensión de salida del bloque 1200 de baterías. Adicionalmente, usando la información de estado, el BMS puede controlar la carga o descarga del bloque 1200 de baterías y, además, estimar cuándo reemplazar el bloque 1200 de baterías.
[0146] Una ECU 1330 es un dispositivo de control electrónico que controla el estado del vehículo 1300. Por ejemplo, la ECU 1330 determina información de par basándose en información del acelerador, freno, velocidad, etc., y controla la salida del motor 1310 según la información de par. Adicionalmente, la ECU 1330 envía una señal de control al inversor 1320 basándose en la información de estado tal como SOC, SOH, etc., del bloque 1200 de baterías recibida por el BMS para cargar o descargar el bloque 1200 de baterías. El inversor 1320 permite que el bloque 1200 de baterías se cargue o descargue basándose en la señal de control de la ECU 1330. El motor 1310 acciona el vehículo 1300 basándose en la información de control (por ejemplo, información de par) recibida desde la ECU 1330 usando energía eléctrica del bloque 1200 de baterías.
[0147] El vehículo 1300 incluye el bloque 1200 de baterías según la presente divulgación, y el bloque 1200 de baterías incluye el módulo 1000 de batería con seguridad mejorada tal como se describió anteriormente. Por consiguiente, se mejora la estabilidad del bloque 1200 de baterías, y el bloque 1200 de baterías tiene alta estabilidad y puede usarse a largo plazo y, por tanto, el vehículo 1300 que lo incluye es seguro y fácil de accionar.
[0148] Además del vehículo 1300, el bloque 1200 de baterías puede proporcionarse en otros tipos de dispositivos, aparatos y equipos que usan baterías secundarias tales como BMS de ESS.
[0149] Tal como se describió anteriormente, el bloque 1200 de baterías según esta realización y el dispositivo, aparato y equipo que incluye el bloque 1200 de baterías tal como el vehículo 1300 incluyen el módulo 1000 de batería descrito anteriormente y, por tanto, es posible implementar el bloque 1200 de baterías que tiene todas las ventajas del módulo 1000 de batería descrito anteriormente y el dispositivo, aparato y equipo que incluye el bloque 1200 de baterías tal como el vehículo 1300.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Módulo (100; 1000) de batería que comprende dos o más celdas (60a, 60b, 60c, ...; 200a, 200b, 200c, ...) de batería, comprendiendo el módulo (100; 1000) de batería:
una celda (90; 300) de corte de corriente de batería que conecta eléctricamente la primera y segunda celdas (60a, 60b; 200a, 200b) de batería adyacentes, y cuando se produce sobrecarga, se rompe para desconectar la conexión eléctrica;
en donde cada una de la primera celda (60a; 200a) de batería, la segunda celda (60b; 200b) de batería y la celda (90; 300) de corte de corriente de batería es una batería (200) secundaria de tipo bolsa que tiene una estructura en la que un conjunto (210; 310) de electrodos que tiene dos extremos conectados a un extremo de cada uno de los conectores (70a, 80a; 70b, 80b; 70c, 80c;...; 240, 250; 340, 350) de electrodo de polaridades opuestas se recibe en una carcasa (230; 330) de bolsa junto con una disolución de electrolito y la carcasa (230; 330) de bolsa está sellada herméticamente, y el otro extremo del conector (70a, 80a; 70b, 80b; 70c, 80c;...; 240, 250; 340, 350) de electrodo está expuesto fuera de la carcasa (230; 330) de bolsa; en donde el conector (240; 240a; 240a’) de electrodo de la primera celda (60a; 200a) de batería y el conector (250; 250b) de electrodo de la segunda celda (60b; 200b) de batería están conectados entre sí por medio del conector (340, 350) de electrodo de la celda (90; 300) de corte de corriente de batería;
en donde la primera celda (60a; 200a) de batería y la segunda celda (60b; 200b) de batería se apilan de manera alterna de modo que cada conector de electrodo tiene polaridades opuestas, y el otro extremo del conector (240a, 240a’) de electrodo de la primera celda (60a; 200a) de batería y el otro extremo del conector (250b) de electrodo de la segunda celda (60b; 200b) de batería se doblan uno frente al otro a lo largo de una dirección de apilamiento, y la celda (90; 300) de corte de corriente de batería se coloca en paralelo a la dirección de apilamiento entre las partes dobladas de cada conector de electrodo, para conectar cada conector de electrodo;
y en donde la celda (90; 300) de corte de corriente de batería es más pequeña o más delgada que la primera celda (60a; 200a) de batería y la segunda celda (60b; 200b) de batería de modo que la celda (90; 300) de corte de corriente de batería está dispuesta entre las partes dobladas de cada conector de electrodo sin afectar a una distancia entre la primera celda (60a; 200a) de batería y la segunda celda (60b; 200b) de batería.
2. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 1, en donde la primera celda (60a; 200a) de batería y la celda (90; 300) de corte de corriente de batería están conectadas en serie, y la celda (90; 300) de corte de corriente de batería y la segunda celda (60b; 200b) de batería están conectadas en serie.
3. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 1, en donde la celda (90; 300) de corte de corriente de batería se rompe debido a la presión aumentada por el gas generado en la celda de batería en el caso de sobrecarga.
4. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 3, en donde la celda (90; 300) de corte de corriente de batería incluye el conjunto (310) de electrodos que se recibe en la carcasa (330) de bolsa junto con la disolución de electrolito, en donde el conjunto (310) de electrodos tiene una pila de una placa de electrodo negativo, un separador y una placa (320; 320’) de electrodo positivo, y la carcasa (330) de bolsa está sellada herméticamente,
la placa (320; 320’) de electrodo positivo incluye:
un colector (322) de corriente de electrodo positivo; y
una capa (324) de material activo de electrodo positivo formada sobre el colector (322) de corriente de electrodo positivo, y
la capa (324) de material activo de electrodo positivo incluye un material activo de electrodo positivo, un material (325) generador de gas, un material conductor y un aglutinante.
5. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 4, en donde el material (325) generador de gas es uno seleccionado del grupo que consiste en carbonato de litio (Li<2>CO<3>), carbonato de calcio (CaCO<3>), óxido de litio-níquel (LNO) y oxalato de litio, o mezclas de los mismos.
6. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 4, en donde el material (325) generador de gas se incluye en la placa (320; 320’) de electrodo positivo en una cantidad del 0,1 al 20 % en peso basándose en el peso total del material activo de electrodo positivo y el material (325) generador de gas.
7. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 4, en donde el material (325) generador de gas está unido e inmovilizado por el aglutinante, y los poros están formados por huecos en el material (325) generador de gas.
8. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 4, en donde el material activo de electrodo positivo y el material (325) generador de gas se mezclan entre sí.
9. Módulo (100; 1000) de batería según la reivindicación 4, en donde la capa (324) de material activo de electrodo positivo incluye una capa (326) de imprimación y una capa (327) de recubrimiento de material activo,
la capa (326) de imprimación incluye el material (325) generador de gas, el material conductor y el aglutinante, y
la capa (327) de recubrimiento de material activo incluye el material activo de electrodo positivo, el material conductor y el aglutinante.
10. Bloque (1200) de baterías que comprende:
al menos un módulo (100; 1000) de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9; y una carcasa (1210) de bloque que empaqueta el al menos un módulo (100; 1000) de batería.
11. Vehículo (1300) que comprende:
al menos un bloque (1200) de baterías según la reivindicación 10.
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