Procedimiento e instalación para la aplicación de una presión sobre una batería.

Procedimiento para la aplicación de una presión sobre una batería,

que comprende al menos una o varias celdas, para la reducción de perjuicios de la función, que aparecen en virtud de diferentes estados de carga de la batería, en el que la presión se regula en función del volumen respectivo de la batería y/o del estado de carga respectivo de la batería, caracterizado porque en el caso de un incremento del volumen de la batería, se reduce la presión y en el caso de una reducción del volumen de la batería, se incrementa la presión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/059842.

Solicitante: SAMSUNG SDI CO., LTD..

Nacionalidad solicitante: República de Corea.

Dirección: 428-5, Gongse-dong, Giheung-gu, Yongin-si Gyeonggi-do REPUBLICA DE COREA.

Inventor/es: LEUTHNER, STEPHAN, FINK,HOLGER, FETZER,JOACHIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01M10/0525 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 10/00 Celdas secundarias; Su fabricación. › Baterías de tipo "rocking-chair", es decir, baterías de inserción o intercalación de litio en ambos electrodos; Baterías de ión litio.
  • H01M10/42 H01M 10/00 […] › Métodos o disposiciones para asegurar el funcionamiento o mantenimiento de las celdas secundarias o de las semi-celdas secundarias (H01M 10/60  tiene prioridad).
  • H01M10/48 H01M 10/00 […] › Acumuladores combinados con dispositivos de medida, ensayo o indicación de estado, p. ej. del nivel o de la densidad del electrolito (indicación o medida del nivel de un líquido en general G01F 23/00; medida de la densidad G01N, p. ej. G01N 9/00; medida de valores eléctricos G01R).

PDF original: ES-2531639_T3.pdf

 

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Procedimiento e instalación para la aplicación de una presión sobre una batería.
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Procedimiento e instalación para la aplicación de una presión sobre una batería.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento e instalación para la aplicación de una presión sobre una batería Estado de la técnica La presente invención se refiere a un procedimiento así como a una instalación par la aplicación de una presión sobre una batería, que comprende al menos una o varias celdas, para la reducción de perjuicios de la función, que aparecen en virtud de diferentes estados de carga de una batería.

Las baterías para el almacenamiento de energía eléctrica, en particular baterías de iones de litio, se dilatan durante la carga y se comprimen de nuevo durante la descarga. Estas modificaciones del volumen o bien de la longitud están condicionadas por los procesos de carga y descarga de iones de litio en los materiales activos de los electrodos. A través de la introducción de litio en el material de carbono se dilata el material, Este incremento del volumen se transmite a través de la envoltura de la celda de la batería en el caso de capacidad de deformación correspondiente de la celda en adelante hacia fuera y de esta manera conduce a una modificación de al menos una medida geométrica de la batería, especialmente en situaciones, en las que la batería comprende varias celdas.

En la realización de la batería con una carcasa esencialmente rígida, la dilatación del material de carbono provoca una formación de la tensión de la presión en la celda respectiva de la batería. Esto puede conducir a que en virtud de la dilatación y de la compresión de los materiales de los electrodos, las capas individuales dispuestas en la celda (capa metálica, material del cátodo, separador, material del ánodo, dado el caso lámina) están expuestas a cargas metálicas. La consecuencia de ello es la subida de la resistencia eléctrica en la batería y, por lo tanto, una capacidad de potencia reducida.

Para la prevención de la carga mecánica descrita, se conoce la aplicación de una presión de aprieta constante, como se representa en la figura 1. En la figura 1 se muestra una batería 10 con una pluralidad de celdas 11, en la que las celdas 11 están dispuestas en un paquete o bien en una pila. A través de pestañas 12 dispuestas por encima y por debajo del paquete de celdas se introducen fuerzas de presión constantes 16 en las celdas 11. De ello resultan fuerzas de reacción 17 que predominan entre las celdas. La presión de apriete constante debe impedir el desprendimiento no deseado descrito de las capas individuales en los materiales de los electrodos. Una presión de apriete constante de este tipo encuentra aplicación especialmente en celdas de baterías para vehículos híbridos. Estas celdas son accionadas la mayoría de las veces con un estado de carga (State of Charge, SOC) por término medio de 30 a 70 %, normalmente de 50 %. Las baterías de iones de litio previstas para vehículos eléctricos son accionadas con estados de carga de 0 a 100 %. También las baterías para vehículos eléctricos están constituidas de una manera similar a las de vehículos híbridos.

Puesto que en el caso de estados de carga mayores se incremente el volumen y en el caso de estados de carga pequeños se reduce el volumen, las celdas de una batería para un vehículo eléctrico están expuestas a dilataciones considerables del volumen y a contracciones considerables del volumen. Esto resulta a través de cargas progresivamente variables, a través de descargas durante la aceleración del vehículo y durante la carga durante la operación de recuperación.

A través de la compresión fija de las celdas de la batería bajo una presión constante (sin modificación de la longitud de la pila de celdas) puede suceder, sin embargo, en el caso de que se produzcan incremento grandes del volumen o reducciones grandes del volumen de los materiales activos dentro de la celda, que se comprima el separador demasiado fuertemente, con lo que se eleva de la misma manera la resistencia eléctrica interior de la celda de la batería. Además, puede suceder que el material del ánodo y eventualmente también el material del cátodo se deformen elástica o plásticamente, con lo que se produce de la misma manera un incremento de la resistencia eléctrica interior.

Otras cargas mecánicas de una batería o bien de una celda de la batería pueden aparecer, por ejemplo, a través de la elevación de la temperatura dentro de la celda y de la evaporación que resulta de ello de electrolitos contenidos, de manera que el vapor conduce a una elevación adicional de la presión dentro de la celda. Especialmente en el caso de temperaturas elevadas pueden tener lugar, además, reacciones químicas en la batería o bien en una celda, a partir de olas cuales se generan gases, que generan una subida adicional de la presión dentro de la celda de la batería.

Estas cargas son tanto más altas cuanto mayores son las oscilaciones del estado de carga en el funcionamiento de la batería.

Por lo tanto, en baterías convencionales y especialmente en baterías de iones de litio es difícil reducir, por una parte, las cargas mecánicas, que pueden conducir como consecuencia de ello a daños de capas dentro de una celda de la batería y, por otra parte, es difícil procurar que la resistencia interna en la batería o bien en una celda de la batería no se eleve en el transcurso de su duración de funcionamiento.

Se conoce a partir del documento WO 2006/11639 A1 disponer piezo-sensores para la detección de la presión interior de la batería. A través de la detección del exceso de un valor definido predeterminado de la presión interior, es posible iniciar contramedidas adecuadas. No obstante, no se publica qué contramedidas son adecuadas.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de proporcionar un procedimiento y una instalación, por medio de los cuales se impide de manera sencilla un desgaste precoz o un proceso de envejecimiento precoz de la batería y se puede garantizar un valor suficientemente pequeño de la resistencia interna.

La presente invención se soluciona por medio del procedimiento según la reivindicación 1 así como a través de la instalación según la reivindicación 6.

Las configuraciones ventajosas del procedimiento se indican en las reivindicaciones 2 a 5 y las configuraciones ventajosas de la instalación de acuerdo con la invención se indican en las reivindicaciones 6 y 7.

Para completar, de acuerdo con la invención se proporciona, además, según la reivindicación 8 un automóvil, que presenta la instalación de acuerdo con la invención.

Publicación de la invención Para la solución del cometido se proporciona un procedimiento para la aplicación de presión sobre una batería, en el que la batería comprende al menos una o varias celdas, para conseguir reducciones de perjuicios de la función, que aparecen en virtud de diferentes estados de carga de la batería. De acuerdo con la invención, se regula la presión en función del volumen respectivo de la batería y/o del estado respectivo de carga de la batería. Es decir, que la presión se aplica sobre una celda individual o en el caso de una disposición de varias celdas en la batería se aplica sobre un paquete de celdas. En el caso de una batería con una sola celda, por lo tanto, el volumen de la batería es al mismo tiempo esencialmente el volumen de las celdas y el estado de carga de la batería es esencialmente el estado de carga de las celdas. El estado de carga designa en este caso el valor respectivo de la carga almacenada en la batería. En el caso de una carga alta, la celda o bien la batería presenta un volumen grande y en el caso de una carga reducida presenta un volumen reducido. De acuerdo con el valor respectivo de la carga y/o del volumen respectivo, se regula la presión sobre la batería. Es decir, que la magnitud de salida para la regulación de la presión es el volumen o bien una medida representativa del volumen, por ejemplo la longitud y/o el valor de la carga de la batería. A través de esta medida de la regulación variable de la presión en función del volumen y/o de la carga de la batería se puede elevar esencialmente su duración de vida cíclica.

En este caso está previsto que en el caso de un incremento del volumen de la batería se reduzca la presión y en el caso de una reducción del volumen de la batería, se incremente la presión.

De manera alternativa o adicional, está previsto que en el caso de un incremento del estado de carga de la batería, se reduzca la presión y en el caso de una reducción del estado de la carga de la batería se incremente la presión. Esto significa, por ejemplo, que en un estado de carga y con un volumen con una batería con una carga de 50 % en el caso de un incremento de la carga al 60 % y con un incremento correspondiente del volumen, se reduzca la presión, y... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la aplicación de una presión sobre una batería, que comprende al menos una o varias celdas, para la reducción de perjuicios de la función, que aparecen en virtud de diferentes estados de carga de la batería, en el que la presión se regula en función del volumen respectivo de la batería y/o del estado de carga respectivo de la batería, caracterizado porque en el caso de un incremento del volumen de la batería, se reduce la presión y en el caso de una reducción del volumen de la batería, se incrementa la presión.

2. Procedimiento para la aplicación de una presión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de un incremento del estado de carga de la batería, se reduce la presión y en el caso de una reducción del estado de carga de la batería, se incrementa la presión.

3. Procedimiento para la aplicación de una presión de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en el caso de varias celdas por cada batería, se dirige la presión desde el exterior sobre el paquete de celdas y/o se genera entre las celdas.

4. Procedimiento para la aplicación de una presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión es generada por medio de al menos un medio de generación de la presión basado en el efecto piezo-eléctrico.

5. Procedimiento para la aplicación de una presión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el medio piezo-eléctrico de generación de la presión se emplea, además, para la determinación del estado de carga de la batería.

6. Instalación para la aplicación de una presión sobre una batería, que comprende al menos una o varias celdas, para la reducción de perjuicios de la función, que aparecen en virtud de diferentes estados de carga de la batería, en el que con ella se puede aplicar o se aplica la presión en función del volumen respectivo de la batería y/o del estado de carga de la batería sobre la batería, caracterizada porque la instalación está configurada de tal forma que a través de su actuación sobre la batería, en el caso de un incremento del volumen de la batería, se reduce la presión y en el caso de una reducción del volumen de la batería, se incrementa la presión, y/o en el caso de un incremento del estado de carga, se reduce la presión y en el caso de una reducción del estado de carga, se incrementa la presión.

7. Instalación para la aplicación de una presión de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la instalación comprende al menos un medio de generación de la presión que se basa en el efecto piezoeléctrico, por medio del cual se puede generar o se genera la presión sobre la batería a través de la modificación de los medios piezo-eléctricos de generación de la presión.

8. Automóvil, en particular turismo, que comprende al menos una batería, en particular una batería de iones de litio, y una instalación que actúa sobre la batería para la aplicación de una presión de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7.


 

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