Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio y sistema de carga y descarga de las mismas.

1. Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de electrodo positivo de manganeso

, comprendiendo el método las etapas de:

hacer que un ordenador almacene un primer umbral preajustado que es menor que un SOC que se deteriora progresivamente, esto es, un SOC en el que las prestaciones de dicha batería secundaria de ion litio se deterioran cuando la batería secundaria de ion litio se almacena, y que dicho ordenador almacene un segundo umbral preajustado que es mayor que dicho SOC que se deteriora progresivamente;

hacer que dicho ordenador controle un interruptor dispuesto entre unos cables eléctricos y dicha batería secundaria de ion litio, una fuente de suministro de energía eléctrica que suministra la energía eléctrica necesaria para cargar dicha batería secundaria de ion litio y una carga que consume la energía eléctrica descargada desde dicha batería secundaria de ion litio que está conectado a dichos cables eléctricos, de tal manera que se continúe una operación de carga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral cuando se carga dicha batería secundaria de ion litio sobre la base de un valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio, transmitiéndose el valor del SOC desde un dispositivo monitor que detecta el valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio mientras dicha batería secundaria de ion litio está siendo cargada o descargada; y

hacer que dicho ordenador controle dicho interruptor de tal manera que se continúe una operación de descarga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral cuando se descarga dicha batería secundaria de ion litio.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2011/053339.

Solicitante: NEC CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 7-1, Shiba 5-chome Minato-ku Tokyo 108-8001 JAPON.

Inventor/es: HONGO,HIROO, KUDO,KOJI, SAKUMA,HISATO, KURIBAYASHI,RYOSUKE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > H02J7/00 (Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/44 (Métodos para cargar o descargar (circuitos de carga H02J 7/00))

PDF original: ES-2526393_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio y sistema de carga y descarga de las mismas CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de polaridad positiva de manganeso y a un sistema de carga y descarga de las mismas.

TÉCNICA ANTERIOR

Puesto que las baterías secundarias de ion litio que fijan y ceden iones de litio tienen ventajas, tales como altas densidades de energía, altos voltajes de funcionamiento, etc., sobre baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd) y baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH) de las mismas capacidades, aquellas se han utilizado ampliamente para dispositivos de procesamiento de información y dispositivos de comunicación, tales como ordenadores personales y teléfonos móviles, que requieren miniaturización y ligereza.

Además, en años recientes, se han evaluado baterías secundarias de ion litio para poder utilizarlas como suministros de energía para bicicletas eléctricas, automóviles híbridos, etc., y también se están introduciendo como baterías que almacenan energía eléctrica generada por suministros de energía renovable tales como baterías solares para lograr una sociedad baja en carbono que resuelva los problemas de calentamiento global.

Para permitir el uso extenso de baterías secundarias de ion litio como almacenamiento de energía eléctrica y como suministro de energía de alta capacidad para automóviles eléctricos, es necesario reducir el coste de mantenimiento así como el coste de fabricación, prolongando así sus vidas útiles.

Aunque se piensa que la vida útil de las baterías secundarias de ion litio puede extenderse reevaluando los materiales que las constituyen y la estructura de las baterías, hay un método que puede reducir el acortamiento de sus ciclos de vida útil que es provocado por el uso inapropiado de la batería, etc. Por ejemplo, la Literatura de Patente 1 y la Literatura de Patente 2 proponen técnicas que reducen el acortamiento de los ciclos de vida de baterías secundarias de ion litio controlando la carga y descarga de estas baterías.

La Literatura de Patente 1 presenta que la carga y la descarga de una batería secundaria de ion litio son controladas de tal manera que el número de Iones litio que migran entre un material de electrodo positivo y un material activo de electrodo negativo cuando se carga o se descarga la batería secundaria de ion litio es del 95% o menos del número de iones litio que migran en la dirección inversa. Por otro lado, la Literatura de Patente 2 presenta que la carga y la descarga de una batería secundaria de Ion litio son controladas de tal manera que el voltaje de fin de descarga cuando se descarga la batería secundaria de ion litio va desde 3,2 hasta 3,1 V y de tal manera que el voltaje de límite superior cuando se carga la batería secundaria de ion litio va desde 4, hasta 4,5 V.

Como materiales de electrodo positivo (materiales activos de electrodo positivo) de baterías secundarias de ion litio se conocen composiciones que utilizan óxido de litio-cobalto, óxido de litio-manganeso y óxido de litio-níquel. Como materiales de electrodo negativo (materiales activos de electrodo negativo) se conocen composiciones que utilizan grafitos y coques.

El solicitante de la presente solicitud de patente descubrió que, cuando una batería secundaria de ion litio manganeso que tiene óxido de litio-manganeso que se utiliza para el material de electrodo positivo de diversos tipos de baterías secundarias de ion litio se almacena en un SOC (Estado de Carga) particular, las prestaciones de la batería se deterioran rápidamente.

En este contexto, el SOC representa la relación de la capacidad de la batería secundaria de ion litio a la cantidad de carga eléctrica. El SOC particular en el que las prestaciones de la batería se deterioran rápidamente es menor que el SOC máximo, que es el punto límite de carga, y mayor que el SOC mínimo, que es el punto límite de descarga, por ejemplo SOC = 4%. Además, almacenar en la memoria de la presente solicitud de patente denota que una batería secundaria de ion litio se mantiene en el estado de un voltaje particular del SOC.

El fenómeno en el que las prestaciones de la batería se deterioran en el SOC particular no está significativamente relacionado con un caso en el que la batería secundaria de ion litio se almacena en el estado completamente cargado, por ejemplo cuando se la utiliza para un UPS (Suministro de Energía Ininterrumpible).

Sin embargo, en una aplicación en la que una batería secundaria de ion litio se almacena en cualquier SOC entre el SOC máximo y el SOC mínimo, por ejemplo en una aplicación en la que se almacena energía eléctrica generada por el suministro de energía renovable anteriormente descrito, puede entenderse que la batería secundaria de ion litio se mantiene en el SOC particular anteriormente descrito. En tal caso, las prestaciones de la batería secundaria de ion litio se deteriorarán rápidamente.

BIBLIOGRAFÍA DE LA TÉCNICA RELACIONADA BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES

Literatura de Patente 1: Patente Japonesa abierta a Inspección pública No. 2-3751 Literatura de Patente 2: Patente Japonesa abierta a Inspección pública No. 21-37781

SUMARIO

Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método de carga y descarga para baterías secundarias de manganeso-ion litio y un sistema de carga y descarga de las mismas, que puedan reducir un acortamiento del ciclo de vida de las baterías secundarias de manganeso-ion litio cuando éstas se almacenan.

Para alcanzar el objeto anteriormente descrito, un método de carga y descarga para baterías secundarias de Ion litio según un aspecto de ejemplo de la presente invención es un método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de electrodo positivo de manganeso, comprendiendo el método los pasos de:

hacer que un ordenador almacene un primer umbral preajustado que es menor que un SOC que se deteriora progresivamente, esto es, un SOC en el que las prestaciones de dicha batería secundaria de Ion litio se deterioran cuando se almacena la batería secundaria de Ion litio, y que dicho ordenador almacene un segundo umbral preajustado que es mayor que dicho SOC que se deteriora progresivamente; hacer que dicho ordenador controle un interruptor dispuesto entre unos cables eléctricos y dicha batería secundaria de ion litio, una fuente de suministro de energía eléctrica que suministra la energía eléctrica necesaria para cargar dicha batería secundaria de ion litio, y una carga que consume la energía eléctrica descargada desde dicha batería secundaria de ion litio que está conectada a dichos cables eléctricos, de tal manera que se continúe una operación de carga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral cuando se carga dicha batería secundaria de ion litio sobre la base del valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio, transmitiéndose el valor del SOC desde un dispositivo monitor que detecta el valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio mientras dicha batería de ion litio está siendo cargada o descargada; y

hacer que dicho ordenador controle dicho interruptor de tal manera que se continúe una operación de descarga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral cuando se descarga dicha batería secundaria de ion litio.

Por otro lado, un sistema de carga y descarga según un aspecto de ejemplo de la presente invención es un sistema de carga y descarga que controla la carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de electrodo positivo de manganeso, comprendiendo el método las etapas de:

hacer que un ordenador almacene un primer umbral preajustado que es menor que un SOC que se deteriora progresivamente, esto es, un SOC en el que las prestaciones de dicha batería secundaria de ion litio se deterioran cuando la batería secundaria de ion litio se almacena, y que dicho ordenador almacene un segundo umbral preajustado que es mayor que dicho SOC que se deteriora progresivamente; hacer que dicho ordenador controle un interruptor dispuesto entre unos cables eléctricos y dicha batería secundaria de ion litio, una fuente de suministro de energía eléctrica que suministra la energía eléctrica necesaria para cargar dicha batería secundaria de ion litio y una carga que consume la energía eléctrica descargada desde dicha batería secundaria de ion litio que está conectado a dichos cables eléctricos, de tal manera que se continúe una operación de carga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral cuando se carga dicha batería secundaria de ion litio sobre la base de un valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio, transmitiéndose el valor del SOC desde un dispositivo monitor que detecta el valor del SOC de dicha batería secundaria de ion litio mientras dicha batería secundaria de ion litio está siendo cargada o descargada; y

hacer que dicho ordenador controle dicho interruptor de tal manera que se continúe una operación de descarga para dicha batería secundaria de ion litio desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral cuando se descarga dicha batería secundaria de ion litio.

2. Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio según la reivindicación 1, en el que, cuando se carga dicha pluralidad de baterías secundarias de ion litio, se realiza la primera etapa de control haciendo que dicho ordenador controle dicha pluralidad de interruptores dispuestos en correspondencia con dichas baterías secundarias de ion litio de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho primer umbral sean cargadas sucesivamente desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral, y en el que, cuando se descarga dicha pluralidad de baterías secundarias de ion litio, se realiza la segunda etapa de control haciendo que dicho ordenador controle dichos interruptores dispuestos en correspondencia con dichas baterías secundarias de ion litio de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho segundo umbral sean descargadas sucesivamente desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral.

3. Método de carga y descarga para baterías secundarias de ion litio según la reivindicación 1 o 2, en el que, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el primer umbral, las baterías secundarias de ion litio individuales se cargan sucesivamente desde el primer umbral hasta el segundo umbral, y, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, las baterías secundarias de ion litio se descargan sucesivamente desde el segundo umbral hasta el primer umbral, cuando se cargan las baterías secundarias de ion litio, éstas se cargan simultáneamente desde el SOC mínimo hasta el primer umbral, y se cargan simultáneamente desde el segundo umbral hasta el SOC máximo, y cuando se descargan dichas baterías secundarias de ion litio, éstas se descargan simultáneamente desde el SOC máximo hasta el segundo umbral, y se descargan simultáneamente desde el primer umbral hasta el SOC mínimo,

cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el primer umbral, éstas se cargan sucesivamente desde el primer umbral hasta el segundo umbral, y cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, éstas se descargan sucesivamente desde el segundo umbral hasta el primer umbral,

el primer umbral, el segundo umbral y el SOC que se deteriora progresivamente, que se ajustan para cada una de dichas baterías secundarias de ion litio, son diferentes uno de otro, y

cuando se continúa la operación de carga para la batería secundaria de ion litio en el SOC que se deteriora progresivamente, el ordenador continuará la operación de carga para la batería secundaria de ion litio con energía eléctrica que se suministra desde el sistema de distribución de energía.

4. Sistema de carga y descarga que controla la carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de electrodo positivo de manganeso, que comprende:

un dispositivo monitor adaptado para detectar SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio; interruptores adaptados para conectar o desconectar unos cables eléctricos y dichas baterías secundarias de ion litio, una fuente de suministro de energía adaptada para suministrar la energía eléctrica necesaria para cargar dichas baterías secundarias de ion litio y una carga adaptada para consumir la energía eléctrica descargada desde dichas baterías secundarias de ion litio que están conectadas a dichos cables eléctricos; y un dispositivo de procesamiento de información adaptado para almacenar un primer umbral preajustado que es inferior a un SOC que se deteriora progresivamente, esto es, un SOC en el que las prestaciones de dichas baterías secundarias de ion litio se deterioran cuando se almacenan las baterías secundarias de ion litio, y un segundo umbral preajustado que es mayor que dicho SOC que se deteriora progresivamente, y que controla dichos interruptores de tal manera que se continúe una operación de carga para dichas baterías secundarias

de ion litio desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral cuando se cargan dichas baterías secundarias de ion litio y de tal manera que se continúe una operación de descarga para dichas baterías secundarias de ion litio desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral cuando se descargan dichas baterías secundarias de ion litio sobre la base de valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio, detectándose los valores de los SOCs por dicho dispositivo monitor mientras dicha batería secundaria de ion litio se está cargando o descargando.

5. Sistema de carga y descarga según la reivindicación 4, en el que dichos interruptores están dispuestos de forma correspondiente a dichas baterías secundarias de ion litio,

en el que, cuando se carga dicha pluralidad de baterías secundarias de ion litio, dicho dispositivo de procesamiento de información está adaptado para controlar dichos interruptores de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho primer umbral se carguen sucesivamente desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral, y

en el que, cuando se descarga dicha pluralidad de baterías secundarias de ion litio, dicho dispositivo de procesamiento de información está adaptado para controlar dichos interruptores de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho segundo umbral se descarguen sucesivamente desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral.

6. Sistema de carga y descarga según la reivindicación 4 o 5,

en el que, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el primer umbral, el sistema está adaptado para cargar sucesivamente baterías secundarias de ion litio individuales desde el primer umbral hasta el segundo umbral y, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, el sistema está adaptado para descargar sucesivamente baterías secundarias de ion litio individuales desde el segundo umbral hasta el primer umbral,

cuando se cargan las baterías secundarias de ion litio, el sistema está adaptado para cargarlas simultáneamente desde el SOC mínimo hasta el primer umbral, y para cargarlas simultáneamente desde el segundo umbral hasta el SOC máximo, y, cuando se descargan dichas baterías secundarias de ion litio, el sistema está adaptado para descargarlas simultáneamente desde el SOC máximo hasta el segundo umbral, y para descargarlas simultáneamente desde el primer umbral hasta el SOC mínimo,

cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado e primer umbral, el sistema está adaptado para cargarlas sucesivamente desde el primer umbral hasta el segundo umbral, y, cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, el sistema está adaptado para descargarlas sucesivamente desde el segundo umbral hasta el primer umbral, el primer umbral, el segundo umbral y el SOC que se deteriora progresivamente, que se ajustan para cada una de dichas baterías secundarias de ion litio, son diferentes uno de otro, y

cuando se continúa la operación de carga para la batería secundaria de ion litio en el SOC que se deteriora progresivamente, el ordenador está adaptado para continuar la operación de carga para la batería secundaria de ion litio con energía eléctrica que se suministra desde el sistema de distribución de energía.

7. Dispositivo de procesamiento de información que controla la carga y descarga para baterías secundarias de ion litio que tienen un material de electrodo positivo de manganeso, que comprende:

un dispositivo de almacenamiento adaptado para almacenar un primer umbral preajustado que es menor que un SOC que se deteriora progresivamente, esto es, un SOC en el que se deterioran las prestaciones de las baterías secundarias de ion litio cuando se almacenan las baterías secundarias de ion litio, y que almacena un segundo umbral preajustado que es mayor que dicho SOC que se deteriora progresivamente; y un dispositivo de procesamiento adaptado para controlar unos interruptores dispuestos entre unos cables eléctricos y dichas baterías secundarias de ion litio, una fuente de suministro de energía eléctrica adaptada para suministrar la energía eléctrica necesaria para cargar dichas baterías secundarias de ion litio y una carga adaptada para consumir la energía eléctrica descargada desde dichas baterías secundarias de ion litio que están conectadas a dichos cables eléctricos, de tal manera que se continúe una operación de carga para dichas baterías secundarias de ion litio desde dicho primer umbral hasta dicho segundo umbral cuando se cargan dichas baterías secundarias de ion litio y de tal manera que se continúe una operación de descarga para dichas baterías secundarias de ion litio desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral cuando dichas baterías secundarias de ion litio se descargan sobre la base de valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio, transmitiéndose los valores de los SOCs desde un dispositivo monitor que detecta los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio mientras dicha batería secundaria de ion litio está siendo cargada o descargada.

8. Dispositivo de procesamiento de información según la reivindicación 7, en el que, cuando se carga dicha pluralidad de baterías secundarias de ion litio, dicho dispositivo de procesamiento de información está adaptado para controlar dichos interruptores dispuestos en correspondencia con dichas baterías secundarias de ion litio de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho primer umbral se carguen sucesivamente desde dicha primer umbral hasta dicho segundo umbral, y

en el que, cuando se descarga dicha pluralidad de baterías secundarias de Ion litio, dicho dispositivo de procesamiento de información está adaptado para controlar dicho interruptores dispuestos en correspondencia con dichas baterías secundarias de ion litio de tal manera que dichas baterías secundarias de ion litio que han alcanzado dicho segundo umbral se descarguen sucesivamente desde dicho segundo umbral hasta dicho primer umbral.

9. Dispositivo de procesamiento de información según una cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, en el que, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el primer umbral, el dispositivo de procesamiento está adaptado para cargar sucesivamente baterías secundarias de ion litio individuales desde el primer umbral hasta el segundo umbral, y, cuando los valores del SOC de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, el dispositivo de procesamiento está adaptado para descargar sucesivamente baterías secundarias de ion litio individuales desde el segundo umbral hasta el primer umbral, cuando se cargan las baterías secundarias de ion litio, el dispositivo de procesamiento está adaptado para cargarlas simultáneamente desde el SOC mínimo hasta el primer umbral, y para cargarlas simultáneamente desde el segundo umbral hasta el SOC máximo, y, cuando se descargan dichas baterías secundarias de ion litio, el dispositivo de procesamiento está adaptado para descargarlas simultáneamente desde el SOC máximo hasta el segundo umbral, y para descargarlas simultáneamente desde el primer umbral hasta el SOC mínimo,

cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el primer umbral, el dispositivo de procesamiento está adaptado para cargarlas sucesivamente desde el primer umbral hasta el segundo umbral, y, cuando los valores de los SOCs de dichas baterías secundarias de ion litio han alcanzado el segundo umbral, el dispositivo de procesamiento está adaptado para descargarlas sucesivamente desde el segundo umbral hasta el primer umbral,

el primer umbral, el segundo umbral y el SOC que se deteriora progresivamente, que se ajustan para cada una de dichas baterías secundarias de ion litio, son diferentes uno de otro, y

cuando se continúa la operación de carga para la batería secundaria de ion litio en el SOC que se deteriora progresivamente, el ordenador está adaptado para continuar la operación de carga para la batería secundaria de ion litio con energía eléctrica que se suministra desde el sistema de distribución de energía.