用于防止内部短路发生和传播的电池单元设计制造技术

用于防止内部短路发生和传播的电池单元设计。描述了一种电池和相关方法。该电池可包括多个电池单元段。各个电池单元段可包括阳极段、阴极段以及一个或更多个限流器。所述一个或更多个限流器被配置为基于电池单元段内的短路的发生有条件地将电池单元段电隔离。该电池可用于储存电力和/或向负载提供电力。

【技术实现步骤摘要】
用于防止内部短路发生和传播的电池单元设计
本公开总体上涉及电池，更具体地，涉及与具有多个电池单元段的电池有关的方法和设备。
技术介绍
电池用于储存电力并为飞机、地面车辆、个人电子装置以及其它电动装置提供电力。电池可具有正端子或电极以及负端子或电极。然后，从电池汲取电力的“负载”或装置可经由导电体(例如，导线、电触点和/或电缆)连接到电路中的正端子和负端子。然后，电池可在向负载提供电力时在放电模式下操作。为了给电池充电，可将电源电连接到电路中的正端子和负端子，并且电池可在充电模式下操作以从电源“充电”或汲取并储存电力。在一些应用中，作为在车辆和电力系统中使用的电池，电池可连接到一个或更多个装置，所述一个或更多个装置可充当汽车的其余部分的负载和电源二者。在汽车正启动时，汽车的其余部分可充当负载从汽车电池汲取电力。在汽车已启动之后，汽车的交流发电机和/或再生制动系统可充当电源以给电池充电。在一些情况下，由于环境条件、电池的构造和/或设计中的故障、电池的物理损坏以及电池储存和提供电流的化学品的(逐渐)劣化，电池可能失效。这些故障可能导致没有电力被提供给电路的电开路和/或创建电池内的低电阻路径的电池内部电短路。短路可导致非预期的大量电力被提供给电路的组件，包括但不限于电路中的电池。
技术实现思路
在示例实施方式中，描述了一种电池。该电池包括一个或更多个单元。各个单元包括多个电池单元段。各个电池单元段包括：阳极段；阴极段；以及一个或更多个限流器，其被配置为基于电池单元段内的短路的发生有条件地将电池单元段电隔离。在另一示例实施方式中，描述了一种方法。使用电池来储存电力，其中所述电池包括一个或更多个单元，其中各个单元包括多个电池单元段，并且其中各个电池单元段包括：阳极段、阴极段和一个或更多个限流器。基于电池单元段内的短路的发生有条件地将特定电池单元段电隔离。在另一示例实施方式中，描述了一种方法。使用电池来向负载提供电力，其中所述电池包括一个或更多个单元，其中各个单元包括多个电池单元段，并且其中各个电池单元段包括：阳极段、阴极段和一个或更多个限流器。基于电池单元段内的短路的发生有条件地将特定电池单元段电隔离。应该理解，在此
技术实现思路
部分中以及本文献中的其它地方提供的描述旨在通过非限制性示例来示出本公开的各方面。通常，本文所讨论的特征、功能、组件和优点可在各种实施方式中独立地实现或者可在其它实施方式中被组合，其进一步的细节在以下描述和附图中公开。附图说明图1是根据示例实施方式的电池和电负载的框图。图2是传统电池单元的框图。图3是向电负载提供电流的图2的电池单元的图。图4是基于均匀离子流向电负载提供电流的图2的电池单元的图。图5是基于退化(degraded)离子流向电负载提供电流的图2的电池单元的图。图6是具有扩大的退化区域的图2的电池单元的图。图7是在扩大的退化区域中具有短通道的图2的电池单元的图。图8是当在正常放电模式下操作时向电负载提供电子流的图2的电池单元的阳极片和阴极片的图。图9是具有短通道的图2的电池单元的阳极和阴极片的图。图10是根据示例实施方式的图1的电池的电池单元的分段阳极片和负电极的图。图11是根据示例实施方式的图10的电池单元的分段阴极片和正电极的图。图12是根据示例实施方式的分段阳极片和负电极的图，其示出用于图10和图11的电池单元的失效并隔离的段的开路限流器。图13是根据示例实施方式的分段阴极片和正电极的图，其示出用于图10和图11的电池单元的失效并隔离的段的开路限流器。图14是根据示例实施方式的利用电池储存电力的方法的流程图。图15是根据示例实施方式的利用电池提供电力的方法的流程图。具体实施方式在锂离子电池单元中可能发生内部短路。这样的内部短路难以(如果不是不可能的话)从外部感测和管理并且可导致整个电池的损坏。在一些情况下，内部短路可导致电池起火以及随之而来对电池附近的环境的风险。在一些示例中，可改变电池化学组成(batterychemistry)以降低电池的电活性并因此降低内部短路的风险。这种方法的缺点在于其降低了电池能量密度，从而使电池相对更大。为了降低这些风险，描述了一种具有一个或更多个单元的电池，各个单元包括多个电池单元段。各个电池单元段被电隔离，因此这些电池单元段的使用提供了一种可防止并隔离潜在内部短路的电池，因此保持电池安全和可操作。各个电池单元段在电池和/或电池的单元内部，因此不需要内部感测。相反，各个电池单元段具有一个或更多个限流器，其可检测电池单元段内的短路并因此断开电路。因此，使用具有限流器的电池电路的电池允许电池单元段内的(潜在)短路的自动检测、定位和隔离，从而保持电池的其余段安全和可操作。更具体地，电池的电池单元段可具有阳极段、阴极段以及一个或更多个限流器，所述一个或更多个限流器被配置为基于电池单元段内的短路的发生有条件地将电池单元段电隔离。所述一个或更多个限流器中的限流器可以是或者可包括将电流限制为最大量的一个或更多个电气组件。限流器可包括电连接到阳极段的限流器和/或电连接到阴极段的限流器。电池单元段可包括将电池单元段与一个或更多个其它电池单元段电隔离的一个或更多个绝缘体和/或一个或更多个集电器。例如，电池单元段的绝缘体可被成形为绝缘体条，其厚度基于电池的其它层的厚度；例如，与阳极、阴极、隔膜(separator)和电解质(electrolyte)层的总厚度一样厚。集电器可从电池或从连接到电池的电路接收电子。例如，电池单元段可具有电连接到阳极段的阳极集电器；和/或电连接到阴极段的阴极集电器。电池单元段的集电器可电连接到电池电极。例如，阳极集电器还可电连接到电池的负电极，和/或阴极集电器还可电连接到电池的正电极。电池电极可将电池的多个段和/或单元电连接。电池单元段的限流器可将段的集电器和电池电极电连接；那么，限流器可限制从电池单元段(经由集电器)提供到电极的电流量，反之亦然。特别是，电池单元段可具有电连接到阳极片的阳极集电器以及将阳极集电器电连接到负电池电极的阳极限流器和/或电连接到阴极片的阴极集电器以及将阴极集电器电连接到正电池电极的阴极限流器。分段电池的示例包括但不限于锂离子电池。锂离子电池可在用于释放电子的一个或更多个阳极(即，阳极片和/或阳极段)中具有锂。由阳极释放的电子可在这些锂离子电池的阴极(即，阴极片和/或阴极段)处被接收。在一些情况下，电解质可用作填料并帮助离子在电池的电极之间的转移。电池单元段可与各种各样的电池化学组成(包括但不限于基于锂离子的电池化学组成)一起使用。其它电池化学组成的示例(例如，其它高能量密度电池)可针对阳极和/或阴极使用锂离子电池中所使用的材料以外的材料。使用这些其它电池化学组成的电池可使用本文所公开的用于将电池分段的相同或相似的技术来分段。几乎任何尺寸的电池均可利用电池单元段，从诸如用在个人电子产品和其它应用中的相对较小的电池，到用在载具(包括飞机、水上飞机和陆地车辆)以及其它应用中的相对较大的电池。因此，分段电池的使用可为各种各样的电池和电池应用改进电池安全性。图1是根据示例实施方式的电池100和电负载110的框图。图1的顶部示出了电池100和电负载110经由导线102和104连接。电池100可储存电力并且当电池100在放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池(100)，该电池(100)包括：一个或更多个单元(200)，各个单元(200)包括多个电池单元段(114a、114b…114m、114n)，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)包括：阳极段(132m、132n)，阴极段(140m、140n)，以及一个或更多个限流器(122m、122n、144m和144n)，所述一个或更多个限流器被配置为基于所述电池单元段内的短路的发生有条件地将所述电池单元段电隔离。

【技术特征摘要】
2017.03.20 US 15/464,2191.一种电池(100)，该电池(100)包括：一个或更多个单元(200)，各个单元(200)包括多个电池单元段(114a、114b…114m、114n)，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)包括：阳极段(132m、132n)，阴极段(140m、140n)，以及一个或更多个限流器(122m、122n、144m和144n)，所述一个或更多个限流器被配置为基于所述电池单元段内的短路的发生有条件地将所述电池单元段电隔离。2.根据权利要求1所述的电池(100)，其中，所述一个或更多个限流器(122m、122n、144m和144n)包括下列项中的至少一个：电连接到所述阳极段(132m、132n)的限流器(122m、122n)；以及电连接到所述阴极段(140m、140n)的限流器(144m、144n)。3.根据权利要求1或2所述的电池(100)，其中，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)还包括：一个或更多个绝缘片(126、210)，所述一个或更多个绝缘片将该电池单元段与所述多个电池单元段(114a、114b…114m、114n)中的一个或更多个其它电池单元段电隔离。4.根据权利要求1或2所述的电池(100)，其中，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)还包括一个或更多个集电器(130m、130n、142m、142n)。5.根据权利要求4所述的电池(100)，其中，所述一个或更多个集电器(130m、130n、142m、142n)包括下列项中的至少一个：电连接到所述阳极段(132m、132n)的阳极集电器(130m、130n)；以及电连接到所述阴极段(140m、140n)的阴极集电器(142m、142n)。6.根据权利要求4所述的电池(100)，其中，所述一个或更多个集电器(130m、130n、142m、142n)中的特定集电器电连接到电极(120、150)，并且其中，所述特定集电器利用所述一个或更多个限流器(122m、122n、144m和144n)中的特定限流器电连接到所述电极。7.根据权利要求4所述的电池(100)，其中，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)还包括：所述一个或更多个集电器(130m、130n、142m、142n)中的、电连接到所述一个或更多个限流器(122m、122n、144m和144n)中的限流器的集电器。8.根据权利要求7所述的电池(100)，其中，各个电池单元段(114a、114b…114m、114n)还包括：电连接到所述阳极段(132m、132n)的阳极集电器(130m、130n)；电连接到所述阳极集电器的阳极限流器(122m、122n)；电连接到所述阴极段(140m、140n)的阴极集电器(142m、142n)；以及电连接到所述阴极集电器的阴极限流器(144m、144n)。9.根据权利要求1或2所述的电池(100)，其中，所述多个电池单元段(114a、11...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生义，J·A·特雷拉，K·J·卡里米，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US