MX2013000436A - Paquete de bateria con celdas de diferente capacidad. - Google Patents

Paquete de bateria con celdas de diferente capacidad.

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Ramesh C Bhardwaj
Taisup Hwang
Richard M Mank
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Abstract

Las realizaciones divulgadas proveen un paquete de batería para uso con un aparato electrónico portátil. El paquete de batería incluye un primer juego de celdas con diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. Las celdas en el primer juego de celdas también pueden ser de diferente espesor y/o tener diferentes dimensiones. El primer juego de celdas está dispuesto en el paquete de batería para facilitar el uso eficiente de espacio en un aparato electrónico portátil. Por ejemplo, el primer juego de celdas puede estar dispuesto para que se acomoden los componentes en el aparato electrónico portátil.

Description

PAQUETE DE BATERÍA CON CELDAS DE DIFERENTE CAPACIDAD CAMPO DE LA INVENCIÓN Las presentes realizaciones están relacionadas con baterías para aparatos electrónicos portátiles. Más específicamente, las presentes realizaciones están relacionadas con paquetes de batería con celdas de diferente capacidad, grosor y/o dimensiones.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las baterías recargables se usan actualmente para proporcionar energía eléctrica a una variedad de aparatos electrónicos portátiles, incluyendo computadoras portátiles, teléfonos celulares, agendas electrónicas, reproductores digitales de música y accesorios inalámbricos de energía. El tipo de batería recargable más comúnmente utilizado es una batería de litio, que puede incluir una batería de ion de litio o una batería de polímero de litio.
Las baterías de polímero de litio con frecuencia incluyen celdas que vienen embaladas en bolsas flexibles. Normalmente, estas bolsas son livianas y de manufactura barata. Además, las bolsas pueden confeccionarse para celdas de distintas dimensiones, lo que permite que las baterías de polímero de litio se puedan usar en aparatos electrónicos portátiles con espacio limitado, como son los teléfonos celulares, las computadoras portátiles y/o las cámaras digitales. Por ejemplo, con una celda de batería de polímero de litio se puede alcanzar un embalaje eficiente en un 90 a 95%, envolviendo el rollo de jalea y el electrolito en una bolsa de papel de aluminio. Se puede entonces disponer múltiples bolsas una al lado de la otra en un aparato electrónico . portátil y estar acopladas eléctricamente en serie y/o en paralelo para formar una batería para su uso en el aparato electrónico portátil.
Sin embargo, el uso eficiente del espacio puede verse limitado dado el uso y la disposición de las celdas en las arquitecturas de paquetes de baterías que existen actualmente. Particularmente, los paquetes de baterías generalmente contienen celdas de la misma capacidad, del mismo tamaño y las mismas dimensiones. La disposición física de las celdas puede además ser un reflejo de la configuración eléctrica de las mismas. Por ejemplo, un paquete de baterías de seis celdas puede incluir seis celdas de polímero de litio del mismo tamaño y capacidad configurada dos en serie, y tres en paralelo (2s3p). En el paquete de batería, dos hileras de tres celdas dispuestas una al lado de la otra pueden estar apiladas una encima de la otra; cada hilera puede estar acoplada eléctricamente en una configuración en paralelo y ambas hileras estar acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en serie. Consecuentemente, puede que el paquete de batería requiera de espacio en un aparato electrónico portátil que es por lo menos del largo de cada celda, del doble de grosor de cada celda, y tres veces el ancho de cada celda. Aún más, puede que el paquete de baterías no pueda utilizar el espacio libre en el aparato electrónico portátil que está fuera de un espacio rectangular reservado para el paquete de baterías.
Por tanto, el uso de aparatos portátiles electrónicos puede facilitarse con mejoras relacionadas con el embalaje eficiente, la capacidad, el factor de la forma, el costo, diseño y/o la manufactura de paquetes de batería que contienen celdas de batería de polímero de litio.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Las realizaciones descritas proveen un paquete de batería para uso con un aparato electrónico portátil. El paquete de batería incluye un primer juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en paralelo. Las celdas en el primer juego de celdas también pueden ser de diferente grosor y/o diferentes dimensiones. El primer juego de celdas está dispuesto en un paquete de batería para facilitar el uso eficiente de espacio en el aparato electrónico portátil. Por ejemplo, el primer juego de celdas puede estar dispuesto de tal manera que se acomoden los componentes en el aparato electrónico portátil.
En algunas realizaciones, el paquete de batería también incluye un segundo juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El primer juego de celdas y el segundo juego de celdas pueden estar acoplados eléctricamente en una configuración de circuito en serie, si el primer juego de celdas y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad.
En algunas realizaciones, en el primer juego de celdas estas están apiladas, colocadas una al lado de otra o dispuestas de arriba a abajo dentro del paquete de batería.
En algunas realizaciones, una o más celdas del primer juego de celdas corresponden a una celda de polímero de litio.
En algunas realizaciones, una o más celdas del primer juego de celdas incluyen: (i) un rollo de jalea que contiene capas que están enrolladas juntas, incluyendo un cátodo con un recubrimiento activo, un separador, un ánodo con un recubrimiento activo; y (i¡) una bolsa que envuelve el rollo de jalea.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 muestra un paquete de batería de conformidad con una realización.
La FIG. 2 muestra una vista de corte transversal de un paquete de batería de conformidad con una realización.
La FIG. 3 muestra una celda de batería de conformidad con una realización.
La FIG. 4 muestra un diagrama de flujo que ilustra el proceso de proporción de una fuente de energía eléctrica de conformidad con una realización.
La FIG. 5 muestra un aparato electrónico portátil de conformidad con una realización.
Las figuras, al igual que las referencias numeradas, se refieren a los mismos elementos de las figuras.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se presenta la siguiente descripción para facilitar la manufactura y el uso de las realizaciones a cualquier persona especialista en la técnica, y se expresa en el contexto de una aplicación en particular y los requerimientos para la misma. Varias modificaciones a las realizaciones divulgadas serán fácilmente detectables para los especialistas en la técnica, y los principios generales definidos aquí pueden aplicarse a otras realizaciones y aplicaciones sin salir de la esencia y el alcance de la presente divulgación. Por ende, la presente invención no está limitada a las realizaciones mostradas aquí, sino que puede estar de conformidad con el alcance más amplio consistente con los principios y características divulgadas aquí.
Las estructuras de datos y el código divulgados en esta descripción detallada, generalmente se almacenan en un medio de almacenamiento legible por computadora, que puede ser cualquier aparato o medio que puede almacenar códigos y/o datos para su uso en el sistema de cómputo. El medio de almacenamiento legible por computadora incluye, pero no se limita a, memoria volátil, memoria no volátil, accesorios de almacenamiento magnéticos y ópticos como unidades de disco, cintas magnéticas, CD (discos compactos), DVD (discos digitales versátiles o discos digitales de vídeo), u otro medio de almacenamiento capaz de almacenar códigos y/o datos que se conocen en la actualidad o que serán desarrollados en el futuro.
Los métodos y procesos descritos en la sección de descripción detallada pueden realizarse o materializarse como código y/o datos, que pueden ser almacenados en un medio de almacenamiento legible por computadora como se describe arriba. Cuando un sistema de cómputo lee y ejecuta el código y/o los datos almacenados en un medio de almacenamiento legible por computadora, el sistema de cómputo lleva a cabo los métodos y procesos realizados como estructuras de datos y código y que están almacenados en el medio de almacenamiento legible por computadora.
Además, los métodos y procesos descritos aquí pueden estar contenidos en módulos o aparatos de hardware. Estos módulos o aparatos pueden incluir, pero no se limitan a, un chip que contiene un circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC por sus siglas en inglés), un circuito lógico programable (FPGA por sus siglas inglés), un procesador compartido o específico para ejecutar un módulo de software particular o una parte de un código en un momento específico, y/u otros circuitos de lógica programable ya conocidos o a desarrollarse en el futuro. Cuando se activan los módulos o accesorios de hardware, estos llevan a cabo los métodos y procesos que contienen.
Las realizaciones proveen un paquete de batería con celdas múltiples de diferente capacidad, grosor y/o dimensiones. Las celdas también pueden estar dispuestas para facilitar el uso eficiente de espacio en un aparato electrónico portátil. Por ejemplo, las celdas pueden estar apiladas, dispuestas una al lado de la otra y/o ubicadas de arriba a abajo para que se pueda acomodar componentes en un teléfono celular, una computadora portátil y/o una computadora tipo tableta.
Además, las celdas pueden estar acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en serie y/o en paralelo. En particular, el paquete de batería puede incluir un primer juego de celdas con diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El paquete de batería también puede incluir un segundo juego de celdas con diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El primer y segundo juegos de celdas pueden estar acoplados eléctricamente en una configuración en serie si el primer y segundo juegos de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad.
La FIG. 1 muestra un paquete de batería 100 de conformidad con una realización. El paquete de batería 100 puede proporcionar energía eléctrica a un aparato electrónico portátil como una computadora portátil, un teléfono celular, una computadora tipo tableta, un asistente personal digital (PDA por sus siglas inglés), un reproductor de medios portátil, una cámara digital y/u otro tipo de aparato electrónico alimentado por batería.
Como se muestra en la FIG. 1 , el paquete de batería 100 incluye un número de celdas 102-112. Las celdas 102-112 pueden ser celdas recargables (p.ej., secundarias) como celdas de níquel cadmio (Ni-Cd), celdas de níquel e idruro metálico (Ni- H), celdas de ion de litio y/o celdas de polímero de litio. Por ejemplo, una o más celdas 102-112 pueden corresponder a celdas de polímero de litio, cada una de las cuales incluye un rollo de jalea de capas envueltas juntas (p.ej., un cátodo con un recubrimiento activo, un separador y ánodo con un recubrimiento activo), y una bolsa flexible que envuelve el rollo de jalea. Las celdas de polímero de litio se tratan a detalle abajo, al respecto de la FIG. 3.
En una o más realizaciones, las celdas 102-112 tienen diferente capacidad, grosor y/o dimensiones. Por ejemplo, las celdas 102-104 pueden tener cada una, una capacidad de 3.2 Ah, las celdas 106-108 pueden tener cada una, una capacidad de 1.5 Ah, y las celdas 110-112 pueden tener cada una, una capacidad de 1.7 Ah. Igualmente, las celdas 102-104 pueden ser más largas, gruesas y/o anchas que las celdas 106-112, y las celdas 106-108 pueden ser más largas, más gruesas y/o más anchas que las celdas 110-112.
Las celdas 102-112 también pueden estar acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en serie o en paralelo. Particularmente, un primer juego de celdas 102, 106 y 110 de diferente capacidad puede estar acoplado eléctricamente en una configuración en paralelo, y un segundo juego de celdas 104, 108 y 112 de diferente capacidad también puede estar acoplado eléctricamente en una configuración en paralelo. Ya que el primer juego de celdas y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad general, el primer y segundo juegos de celdas pueden estar acoplados eléctricamente en una configuración en serie. En otras palabras, las celdas 102-112 pueden estar acopladas eléctricamente en una configuración de dos en serie, tres en paralelo (2s3p).
Más específicamente, la selección, la configuración eléctrica y/o la disposición de celdas 102- 12 pueden basarse en los requerimientos físicos y/o eléctricos del aparato electrónico portátil. Primero, se puede seleccionar las celdas 102-112 para uso en el paquete de batería 100 y/o acoplar eléctricamente en un paquete de batería 100 para que cumpla con los requisitos eléctricos (p.ej., voltaje, capacidad, etc.) de los componentes (p.ej., tarjetas de circuito impreso (PCB por sus siglas en inglés), procesadores, memorias, almacenamiento, pantallas, unidades de disco óptico, etc.) del aparato electrónico portátil. Por ejemplo, la celda 106 puede estar acoplada eléctricamente en un circuito paralelo a la celda 110, y la celda 108 puede estar acoplada eléctricamente en un circuito paralelo a la celda 112, para dar a las celdas acopladas eléctricamente 106 y 110 y a las celdas 108 y 112, la misma capacidad que tienen las celdas 102 y 104 (p.ej., 3.2 Ah). La celda 102, la 104, las celdas 106 y 110, y las celdas 108 y 112 pueden estar acopladas eléctricamente en un circuito en serie para incrementar el voltaje del paquete de batería 100.
En la misma línea, se puede seleccionar las celdas 102-112 para uso en un paquete de batería 100 y/o disponer en un paquete de batería 100 para facilitar el uso eficiente de espacio en un aparato electrónico portátil. Por ejemplo, se puede seleccionar las celdas 102-112 para su uso en un paquete de batería 100 y apilar, disponer una al lado de la otra y/o de arriba a abajo, en un paquete de batería 110 para que se acomoden los componentes en un teléfono celular, una computadora portátil o una computadora tipo tableta. El paquete de batería 100 puede pues, incluir un diseño asimétrico que maximiza el uso de espacio libre en el aparato electrónico portátil. A su vez, el paquete de batería 100 puede proveer mayor capacidad, embalaje más eficiente y/o mayor voltaje que los paquetes de batería que contienen celdas de la misma capacidad, el mismo grosor y/o las mismas dimensiones. Los paquetes de batería que contienen celdas de varios tamaños y/o dimensiones se tratan con mayor detalle más abajo al respecto de las FIGS. 2-3.
La FIG. 2 muestra una vista de corte transversal de un paquete de batería de conformidad con una realización. El paquete de batería incluye tres celdas 202-206 de diferente grosor y/o tamaño. Como se muestra en la FIG. 2, la celda 202 es la más delgada, la celda 204 es la de grosor mediano, y la celda 206 es la más gruesa. Además, las celdas 202-206 pueden estar dispuestas en el paquete de batería con base en un diseño asimétrico que permite que el paquete de batería llene el espacio vacío en el aparato electrónico portátil. Por ejemplo, las celdas 202-206 pueden estar dispuestas en el paquete de batería para que ocupen una región curva del espacio adentro de un teléfono celular, una computadora portátil, un reproductor de medios portátil, una cámara digital y/o una agenda electrónica.
La FIG. 3 muestra una celda de batería 300 de conformidad con una realización. La celda de batería 300 puede corresponder a una celda de polímero de litio que se usa para alimentar energía eléctrica a un aparato electrónico portátil. La celda de batería 300 incluye un rollo de jalea 302 que contiene cierto número de capas que están enrolladas juntas, incluyendo un cátodo con un recubrimiento activo, un separador y un ánodo con un recubrimiento activo. Más específicamente, el rollo de jalea 302 puede incluir una tira de material catódico (p.ej., papel de aluminio recubierto con un compuesto de litio) y una tira de material anódico (p.ej., lámina de cobre recubierta con carbón) separadas por una tira de material separador (p.ej., un electrolito de polímero conductor). Las capas catódica, anódica y separadora pueden estar enrolladas en un eje para formar una estructura enrollada a manera de espiral. Los rollos de jalea son bien conocidos en la técnica y no serán descritos posteriormente.
Durante el montaje de la celda de batería 300, el rollo de jalea 302 está encerrado en una bolsa flexible que se forma al doblar una hoja flexible a lo largo de una línea de doblez 312. Por ejemplo, la hoja flexible se puede hacer de aluminio, con una película de polímero como el polipropileno. Una vez doblada la hoja flexible, esta hoja flexible se puede sellar, por ejemplo, aplicando calor a lo largo de un sello lateral 310 y a lo largo de un sello de tipo terraza 308.
El rollo de jalea 302 también incluye un juego de lengüetas conductoras 306 acopladas al cátodo y al ánodo. Las lengüetas conductoras 306 pueden extenderse a lo largo de sellos en la bolsa (por ejemplo, formadas usando cinta adhesiva 304) para proporcionar terminales para la celda de batería 300. Las lengüetas conductoras 306 pueden pues, utilizarse para acoplar eléctricamente la celda de batería 300 con una o más celdas de batería para formar así un paquete de batería, como el paquete de batería 100 de la FIG. 1.
Por ejemplo, una celda de batería 300 puede pertenecer a un primer juego de celdas en el paquete de batería de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El paquete de batería también puede incluir un segundo juego de celdas con diferente capacidad acopladas en una configuración en paralelo. El primer juego de celdas puede estar acoplado eléctricamente al segundo juego de celdas en una configuración en serie si el primer y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad. Consecuentemente, las lengüetas conductoras 306 permiten que la celda de batería 300 se use en un paquete de batería que contiene celdas de diferente capacidad y que están acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo y/o en serie y en paralelo.
La FIG. 4 muestra un diagrama de flujo que ilustra el proceso de proporción de una fuente de energía eléctrica de conformidad con una realización. En una o más realizaciones, se puede omitir, repetir o ejecutar en diferente orden uno o varios pasos. En consecuencia, el orden específico de los pasos que se muestran en la FIG. 4 no debe considerarse como limitativo del alcance de las realizaciones.
Inicialmente, un primer juego de celdas de diferente capacidad está dispuesto en el paquete de batería para facilitar el uso del espacio en un aparato electrónico portátil (operación 402). Se puede seleccionar las celdas por cuestiones físicas (p.ej., dimensión, grosor, etc.) y/o por cuestiones eléctricas (p.ej., capacidad, voltaje, etc.), características que permiten que las celdas proporcionen energía eléctrica adecuadamente y/o que los componentes se acomoden en el aparato electrónico portátil. Las celdas pueden corresponder a celdas de polímero de litio y/u otros tipos de celdas de batería recargable. Después, el primer juego de celdas está acoplado eléctricamente en una configuración en paralelo (operación 404). La configuración en paralelo puede incrementar tanto la capacidad como la redundancia del paquete de batería.
Un segundo juego de celdas de diferente capacidad también está dispuesto en el paquete de batería (operación 406) y está acoplado eléctricamente en una configuración en paralelo (operación 408). Al igual que el primer juego de celdas, se puede seleccionar el segundo juego de celdas, acoplar eléctricamente y/o disponer en el paquete de batería para cumplir con los requisitos eléctricos y físicos de los componentes en el aparato electrónico portátil.
Finalmente, el primer juego de celdas está conectado a un segundo juego de celdas en una configuración en serie (operación 410). La conexión en serie de los dos juegos de celdas puede incrementar el voltaje del paquete de batería. Además, el primer y el segundo juego de celdas pueden estar acoplados eléctricamente en serie si el primer y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad.
El paquete de batería recargable descrito arriba, generalmente puede usarse en cualquier tipo de aparato electrónico. Por ejemplo, la FIG. 5 muestra un aparato electrónico portátil 500 que incluye un procesador 502, una memoria 504 y una pantalla 508, cuya fuente de energía eléctrica es una batería 506. El aparato electrónico portátil 500 puede ser una computadora portátil, una computadora tipo tableta, un teléfono celular, un PDA, un reproductor de medios portátil, una cámara digital y/u otro tipo de aparato electrónico cuya fuente de energía eléctrica es una batería. La batería 506 puede ser un paquete de batería que incluye una o más celdas de batería recargable. Particularmente, el paquete de batería puede incluir un primer juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El paquete de batería también puede incluir un segundo juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración en paralelo. El primer y el segundo juego de celdas pueden estar acoplados eléctricamente en una configuración en serie si el primer y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad.
Las descripciones anteriores de varias realizaciones se presentan únicamente con propósitos ilustrativos y descriptivos. No son ni exhaustivas ni limitativas a las formas divulgadas de la presente invención. En consecuencia, varias modificaciones y variaciones son evidentes para los especialistas en la técnica. Además, la intención de la divulgación expuesta arriba no es limitativa a la presente invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato electrónico portátil que comprende: un juego de componentes que reciben energía eléctrica a través de un paquete de batería; y el paquete de batería, que comprende: un primer juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en paralelo, donde el primer juego de celdas está colocado en el paquete de batería para facilitar el uso eficiente de espacio en un aparato electrónico portátil.
2. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende: un segundo juego de celdas de diferente capacidad acopladas eléctricamente en una configuración de circuito en paralelo, donde el primer juego de celdas y el segundo juego de celdas tienen sustancialmente la misma capacidad, y donde el primer juego de celdas y el segundo juego de celdas están acoplados eléctricamente en una configuración en serie.
3. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , donde el primer juego de celdas está apilado, colocadas una al lado de otra o colocadas de arriba a abajo en el paquete de batería.
4. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , donde las celdas en el primer juego de celdas tienen grosores diferentes.
5. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , donde las celdas en el primer juego de celdas tienen dimensiones diferentes.
6. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , donde una o más celdas en el primer juego de celdas corresponden a una celda de polímero de litio.
7. El aparato electrónico portátil de conformidad con la reivindicación 1 , donde una o más celdas en el primer juego de celdas comprenden: un rollo de jalea que comprende capas que están enrolladas juntas, incluyendo un cátodo con un recubrimiento activo, un separador y un ánodo con un recubrimiento activo; y una bolsa que envuelve el rollo de jalea.
8. Un método para proporcionar una fuente de energía eléctrica a un aparato electrónico portátil, que comprende: colocar un primer juego de celdas de diferente capacidad en un paquete de batería para facilitar el uso eficiente del espacio en el aparato electrónico portátil; y acoplar eléctricamente el primer juego de celdas en una configuración de circuito en paralelo.
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, que además comprende: colocar un segundo juego de celdas de diferente capacidad en el paquete de batería, donde el segundo juego de celdas tiene sustancialmente la misma capacidad que el primer juego de celdas; " acoplar eléctricamente el segundo juego de celdas en una configuración de circuito en paralelo; y acoplar eléctricamente el primer juego de celdas y el segundo juego de celdas en una configuración de circuito en serie.
10. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde el primer juego de celdas está apilado, colocadas una al lado de otra o colocadas de arriba a abajo en el paquete de batería.
11. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde el primer juego de celdas está colocado para que se acomoden los componentes en el aparato electrónico portátil.
12. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde las celdas del primer juego de celdas tienen diferentes dimensiones.
13. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde una o más celdas del primer juego de celdas comprenden: un rollo de jalea que comprende capas que están enrolladas juntas, incluyendo un cátodo con un recubrimiento activo, un separador y un ánodo con un recubrimiento activo; y una bolsa que envuelve el rollo de jalea.
14. El método de conformidad con la reivindicación 8, donde una o más celdas en el primer juego de celdas corresponden a una celda de polímero de litio.
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