JP6581974B2 - 全天候型バッテリー並びにその製造および使用 - Google Patents
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Description
なお、本発明には以下の態様が含まれることを付記する。
〔1〕
再充電可能バッテリーであって、
第1の温度(T 1 )から第2の温度(T 2 )の間の前記バッテリーの温度範囲全体にわたる1つのレベルの内部抵抗(R 1 )で、前記バッテリーを動作させるための少なくとも1つの負端子および少なくとも1つの正端子と、
T 1 またはT 2 のいずれかの外側での第2のレベルの内部抵抗(R 2 )で、前記バッテリーを動作させるための、少なくとも1つの高抵抗端子と、
前記バッテリーの温度がT 1 またはT 2 のいずれかの外側にあるときに、R 2 を能動化するスイッチと
を備えた前記再充電可能バッテリー。
〔2〕
前記少なくとも1つの高抵抗端子が、前記バッテリーのセル内または前記バッテリーのセル間の少なくとも1つの抵抗器シートに電気接続される、〔1〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔3〕
前記少なくとも1つの高抵抗端子が、前記バッテリーのセル内の少なくとも1つの抵抗器シートに電気接続され、または前記少なくとも1つの抵抗器シートが、一体的に、前記バッテリーの前記セルの電極の一部である、〔1〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔4〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが加熱要素として作用する、〔2〕または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔5〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、黒鉛、高配向熱分解黒鉛(HOPG)、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、アルミニウム、チタン、またはこれらの組合せで作製されている、〔2〕または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔6〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、1〜150マイクロメートルの厚さを有する、〔2〕または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔7〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、電極−セパレーター積層体またはジェリーロールの内側に挟まれ、前記少なくとも1つの抵抗器シートが、任意にポリマーまたは酸化物の薄層でコーティングされて、前記抵抗器シートを前記バッテリー内の電解質から隔離する、〔2〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔8〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、前記バッテリーセル内で均等に熱を発生させるように前記バッテリーのセル内で位置決めされる、〔2〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔9〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、前記バッテリー内で均等に熱を発生させるように前記バッテリー内のセル間に位置決めされる、〔2〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔10〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、2つのタブを有するように構成され、一方のタブが、前記バッテリー内のその他の電極タブに電気接続されて低抵抗端子を形成し、前記少なくとも1つの抵抗器シートの他方のタブが、前記少なくとも1つの高抵抗端子を形成している、〔3〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔11〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、バッテリーセルで使用される2つの金属集電器のいずれか若しくは両方、または前記2つの金属集電器の一部と同じである、〔2〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔12〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、銅またはアルミ箔で作製されている、〔2〕または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔13〕
前記少なくとも1つの抵抗器シートが、0.1から5の間の数値をアンペア・時(Ah)を単位とするバッテリーの容量で割った値に等しい、オームを単位とする抵抗を有する、〔2〕または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔14〕
前記少なくとも1つの高抵抗端子が、追加の負端子である、〔1〕、〔2〕、または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔15〕
前記少なくとも1つの高抵抗端子が、追加の正端子である、〔1〕、〔2〕、または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔16〕
前記スイッチが、R 1 で前記バッテリーを動作させるための前記端子とR 2 で前記バッテリーを動作させるための前記端子との間で切り換わるために、温度センサーによって駆動される、〔1〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔17〕
前記スイッチが、R 1 で前記バッテリーを動作させるための前記端子とR 2 で前記バッテリーを動作させるための前記端子との間を切り換えるために、熱によって自己能動化する、〔1〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔18〕
前記自己能動化するスイッチが、凍結によって膨張しかつ前記スイッチを押して開放する水をベースにしたカプセル、T 1 もしくはT 2 またはその両方で相転移および目に見えるほどの体積変化を受ける相変化材料、バイメタルスイッチ、または温度T 1 もしくはT 2 もしくはその両方でその体積が目に見えるほど膨張する固体材料の中から選択されるスイッチである、〔17〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔19〕
前記スイッチが、電気化学的継電器および温度制御器で構成されるか、または、温度センサーを備えた固体継電器、温度センサーを備えたパワーMOSFET、もしくは温度センサーを備えた高電流スイッチで構成される、〔1〕に記載の再充電可能バッテリー。
〔20〕
ニッケル−金属水素化物バッテリーである〔1〕、〔2〕、または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔21〕
リチウムイオンバッテリーである〔1〕、〔2〕、または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔22〕
パウチ、円筒状、プリズム状、または角のある形を有する〔1〕、〔2〕、または〔3〕のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
〔23〕
〔1〕に記載の再充電可能バッテリーと、R 1 での前記バッテリーの動作とR 2 での前記バッテリーの動作との間で切り換わることができる制御器とを含むバッテリーシステム。
〔24〕
T 1 およびT 2 の温度を決定するための温度センサーをさらに含む〔23〕に記載のバッテリーシステム。
〔25〕
少なくとも2つのレベルの内部抵抗を有する再充電可能バッテリーを動作させる方法であって、
第1の温度(T 1 )から第2の温度(T 2 )の間の前記バッテリーの温度範囲全体にわたる1つのレベルの内部抵抗(R 1 )で、前記バッテリーを動作させるステップと、
前記バッテリーの温度がT 1 またはT 2 のいずれかの外側にあるときに、R 2 を能動化するスイッチを能動化することによって、T 1 またはT 2 のいずれかの外側での第2のレベルの内部抵抗(R 2 )で、前記バッテリーを動作させるステップと
を具備する前記方法。
〔26〕
前記バッテリー温度がR 2 で前記バッテリーを動作させるのにT 1 よりも低くまたはT 2 よりも高い場合、前記スイッチは開放される、〔25〕に記載の方法。
〔27〕
前記バッテリー温度がR 1 で前記バッテリーを動作させるのにT 1 からT 2 の間である場合、前記スイッチは閉鎖される、〔25〕に記載の方法。
〔28〕
少なくとも2つのレベルの内部抵抗を有する、再充電可能バッテリーを動作させる方法であって、
第1の温度(T 1 )から第2の温度(T 2 )の間の前記バッテリーの温度範囲全体にわたる1つのレベルの内部抵抗(R 1 )で、前記バッテリーを動作させるステップと、
T 1 またはT 2 のいずれかの外側での第2のレベルの内部抵抗(R 2 )で、前記バッテリーを動作させるステップと
を具備し、
R 2 で前記バッテリーを動作させるステップは、前記バッテリーの内部温度を上昇させるために定電圧−定電流(CVCC)サイクルを適用するステップを含む、前記方法。
〔29〕
前記定電圧が0.2から1Vの間に設定され、電流限界が1Cから10Cの間に設定される、〔28〕に記載の方法。
112 抵抗器シート
112a 抵抗器タブ
112b 抵抗器タブ
114 アノード電極
114a アノードタブ
116 セパレーター
118 カソード電極
118a カソードタブ
120 低抵抗負端子(LoR(−))
122 高抵抗負端子(HiR(−))
124 スイッチ
126 正端子(+)
128a 外部回路
128b 外部回路
140 ケーシング
Claims (20)
- 再充電可能バッテリーであって、
第1の温度(T1)から第2の温度(T2)の間の前記バッテリーの温度範囲にわたる1つのレベルの内部抵抗(R1)で、前記バッテリーを動作させるための少なくとも1つの負端子および少なくとも1つの正端子と、
第2のレベルの内部抵抗(R2)で、前記バッテリーを動作させるための少なくとも1つの高抵抗端子であって、前記バッテリーのセル内または前記バッテリーのセル間の少なくとも1つの抵抗器シートに電気接続される前記少なくとも1つの高抵抗端子と、
前記バッテリーの温度がT1 よりも低いときに、R2を能動化するために、前記少なくとも1つの正端子または前記少なくとも1つの負端子のいずれかと、前記少なくとも1つの高抵抗端子とを電気接続しまたは接続解除するよう構成されたスイッチと
を備えた前記再充電可能バッテリー。 - R2の値がT1よりも2℃低い温度で決定されかつR1がT1で決定される場合、R2/R1の値が、2以上100以下の間の値である、請求項1に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、黒鉛、高配向熱分解黒鉛(HOPG)、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、アルミニウム、チタン、またはこれらの組合せで作製されている、請求項1または2に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、1〜150マイクロメートルの厚さを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、その表面上に、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、PVDF、PTFE、ナイロン、またはこれらのコポリマーから選択される保護コーティングを有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、前記バッテリーのセル内で均等に熱を発生させるように前記バッテリーのセル内で位置決めされる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、前記バッテリー内で均等に熱を発生させるように前記バッテリーのセル間に位置決めされる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、2つのタブを有するように構成され、一方のタブが、前記バッテリー内のその他の電極タブに電気接続されて低抵抗端子を形成し、前記少なくとも1つの抵抗器シートの他方のタブが、前記少なくとも1つの高抵抗端子を形成している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、ニッケル、銅、またはアルミで作製されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの抵抗器シートが、0.1から5の間の数値をアンペア・時(Ah)を単位とするバッテリーの容量で割った値に等しい、オームを単位とする抵抗を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの高抵抗端子が、追加の負端子である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記少なくとも1つの高抵抗端子が、追加の正端子である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記スイッチは、熱によって自己能動化し、前記バッテリーの温度がT 1 よりも低いときに、R 2 を能動化するために、前記少なくとも1つの正端子または前記少なくとも1つの負端子のいずれかと、前記少なくとも1つの高抵抗端子とを電気接続しまたは接続解除するよう構成されている、請求項1に記載の再充電可能バッテリー。
- 前記スイッチが、電気化学的継電器および温度制御器、温度センサーを備えた固体継電器、温度センサーを備えたパワーMOSFET、温度センサーを備えた高電流スイッチ、または、バイメタルスイッチで構成される、請求項1に記載の再充電可能バッテリー。
- ニッケル−金属水素化物バッテリーである請求項1〜14のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- リチウムイオンバッテリーである請求項1〜14のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリー。
- 請求項1〜16のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリーと、R1での前記バッテリーの動作とR2での前記バッテリーの動作との間で切り換わることができる制御器とを含むバッテリーシステム。
- 前記バッテリーの温度がT1 よりも低いときに、前記スイッチを能動化することによって、請求項1〜16のいずれか一項に記載の再充電可能バッテリーを動作させるステップを具備する方法。
- R2で前記バッテリーを動作させるステップをさらに具備し、
R2で前記バッテリーを動作させる前記ステップは、前記バッテリーの内部温度を上昇させるために定電圧−定電流(CVCC)サイクルを適用するステップを含む、請求項18に記載の方法。 - 前記CVCCサイクルの定電圧が0.2から1Vの間に設定され、電流限界が1Cから10Cの間に設定される、請求項19に記載の方法。
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