MX2013001029A - Bateria laminada. - Google Patents

Abstract

Una batería (2) bipolar se construye laminando una pluralidad de electrodos (3) bipolares, cada uno constituido por un colector (4) en forma de capa, una capa (5) de material activo de electrodo positivo dispuesta en una superficie del colector (4), y una capa (6) de material activo de electrodo negativo dispuesta en otra superficie del colector (4), por medio de una capa (7) de electrolito. Una terminal (21a, 21b) de detección de voltaje se anexa a una porción de borde periférica del colector (4). Disponiendo una terminal (21b) de detección de voltaje de un colector (4) adyacente en un lado opuesto de una segunda línea (Da2) recta, que pasa a través de un centroide (O) del colector (4) y es ortogonal a una primera línea (Da1) recta que conecta la terminal (21a) de detección de voltaje al centroide (O) del colector (4), se hace uniforme un estado de carga dentro de una unidad (15) de celda idéntica.

Description

BATERÍA LAMINADA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una disposición de las terminales de detección de voltaje anexadas a los colectores de una batería bipolar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En una batería bipolar en la cual una pluralidad de electrodos bipolares, que tienen cada uno una capa de material activo de electrodo positivo formada en una superficie de un colector y una capa de material activo de electrodo negativo formada en otra superficie del colector, se laminan por medio de una capa de electrolito. Las celdas unitarias que constituyen tal batería bipolar pueden tener una fluctuación en su desempeño tal como una resistencia interna, capacidad, etcétera, debido a los factores que surgen durante la manufactura. Las celdas unitarias se conectan en serie para el uso en la batería bipolar. Sin •embargo, cuando existe la variación en un voltaje de cada celda unitaria, el deterioro avanza desde una celda unitaria que tiene un alto voltaje, y como consecuencia, se acorta una vida de la batería bipolar entera.

Por consiguiente, para extender la vida de la batería bipolar entera, preferiblemente se mide el voltaje de cada celda unitaria, después de lo cual se ajusta el voltaje de cada celda unitaria con base en los voltajes medidos.

La JP 2005-235428A, publicada por la Oficina Japonesa de Patente en 2005, enseña que para medir el voltaje de cada celda unitaria de una batería bipolar, se debe anexar una terminal de detección de voltaje " al colector de cada celda unitaria de modo que se pueda extraer un voltaje de cada celda unitaria y se pueda medir.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En esta batería bipolar de acuerdo con el arte previo, el colector tiene una forma plana rectangular cuando se mira desde una dirección de laminación. Las terminales de detección de voltaje se anexan en posiciones correspondientes a un lado idéntico cuando se miran desde la dirección de laminación.

Cuando las terminales de detección de voltaje se disponen de esta manera, es probable que se produzca una desigualdad en una distribución del voltaje dentro de un plano idéntico de las celdas unitarias en forma de capa durante la descarga con el propósito de la regulación del voltaje utilizando la terminal de detección de voltaje. Como consecuencia, puede ocurrir una variación en un estado de carga entre diferentes sitios de una celda unitaria idéntica después de la completación de la descarga.

Por consiguiente, es un objeto de esta invención uniformizar un estado de carga dentro de un plano idéntico de una celda unitaria.

Para lograr el objeto anteriormente mencionado, una batería bipolar de acuerdo con esta invención se construye laminando una pluralidad de electrodos bipolares, que comprenden cada uno un colector en forma de capa, una capa de material activo de electrodo positivo dispuesta en una superficie del colector, y una capa de material activo de electrodo negativo dispuesta en otra superficie del colector, por medio de una capa de electrolito. El colector comprende una terminal de detección de voltaje anexada a una porción de borde periférica del colector.

Asumiendo que una línea recta que conecta un centroide de un colector y una terminal de detección de voltaje anexada al mismo es una primera línea recta, la terminal de detección de voltaje y una terminal de detección de voltaje de un colector adyacente se disponen en lados opuestos de una segunda línea recta que pasa a través del centroide y es ortogonal a la primera línea recta.

Los detalles así como otras características y ventajas de esta invención se establecen en el resto de la especificación y se muestran en los dibujos acompañantes. Se debe notar que los espesores y las formas de las capas respectivas que constituyen la batería bipolar podrían estar exagerados en los dibujos acompañantes a fin de facilitar la descripción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en sección longitudinal esquemática de una batería bipolar de acuerdo con una primera modalidad de esta invención.

La FIGURA 2 es una vista en planta de la batería bipolar vista desde arriba.

La FIGURA 3 es una vista en sección longitudinal esquemática de la batería bipolar, que ilustra un flujo de electricidad a través de la batería bipolar.

La FIGURA 4 es una vista en sección longitudinal esquemática de una batería bipolar de acuerdo con el arte previo.

La FIGURA 5 es una vista en planta de la batería bipolar de acuerdo con el arte previo vista desde arriba.

La FIGURA 6 es un diagrama de circuitos de una distribución de corriente dentro de una celda unitaria de la batería bipolar de acuerdo con el arte previo.

La FIGURA 7 es un diagrama que ilustra una relación entre una densidad de corriente y una distancia desde una terminal de detección de voltaje provista en la celda unitaria de la batería bipolar de acuerdo con el arte previo.

La FIGURA 8 es un diagrama qué ilustra una relación entre un voltaje y la distancia desde la terminal de detección de voltaje de la batería bipolar de acuerdo con el arte previo.

Las FIGURAS 9A-9D son vistas en planta de cuatro colectores que constituyen la batería bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta' invención.

La FIGURA 10 es un diagrama de circuitos de una distribución de corriente dentro de una celda unitaria de la batería bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta invención.

La FIGURA 11 es un diagrama que ilustra una relación entre un voltaje y una distancia desde una terminal de detección de voltaje de la batería bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta invención.

Las FIGURAS 12A-12D son vistas en planta de cuatro colectores que constituyen una batería bipolar de acuerdo con una segunda modalidad de esta invención.

Las FIGURAS 13A-13D son vistas en planta de cuatro colectores que constituyen una batería bipolar de acuerdo con una tercera modalidad de esta invención.

La FIGURA 14 es una vista en planta esquemática de un colector que ilustra una disposición de las terminales de detección de voltaje en la celda unitaria de la batería bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta invención.

La FIGURA 15 es un diagrama que muestra una distribución de voltaje después de la completación de la descarga en una celda unitaria, cortado a lo largo de una línea XV-XV en la FIGURA 14.

La FIGURA 16 es una vista en perspectiva esquemática de las partes principales de la batería bipolar de acuerdo con la tercera modalidad de esta invención, que ilustra una distribución de corriente dentro de una celda unitaria de la batería bipolar.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Refiriéndose a la FIGURA 1 de los dibujos, una batería 2 bipolar de acuerdo con una primera modalidad de esta invención, comprende cuatro .colectores 4 rectangulares laminados por medio de separ'adores 12.

El colector 4 se forma de un material polimérico conductivo o un material polimérico no conductivo al cual se agrega un rellenador conductivo. El colector 4 no se limita a resina y se puede formar de un metal. Una capa 5 de material activo de electrodo positivo y una capa 6 de material activo de electrodo negativo se forman respectivamente en una superficie inferior vertical y una superficie superior vertical del colector 4 cuando el colector 4 se coloca horizontalmente, como se muestra en la figura. El colector 4 y la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo formadas a cada lado del mismo constituyen juntos un electrodo 3 bipolar. Por consiguiente, la batería 2 bipolar comprende cuatro electrodos 3 bipolares.

La capa 6 de material activo de electrodo negativo se establece para tener un área superficial mayor que la capa 5 de material activo de electrodo positivo. La batería 2 bipolar sencilla se forma laminando los electrodos 3 bipolares en una dirección vertical por medio de capas 7 de electrolito y conectando eléctricamente en serie los electrodos 3 bipolares laminados .

Aquí, dos electrodos 3 bipolares adyacentes entre si en la dirección vertical en la figura se referirán para los propósitos descriptivos como un electrodo bipolar de fase superior y un electrodo bipolar de fase inferior. El electrodo bipolar de fase superior y el electrodo bipolar de fase inferior se disponen tal que la capa 6 de material activo de electrodo negativo posicionada en una superficie superior del electrodo bipolar de fase inferior y la capa 5 de material activo de electrodo positivo posicionada en una superficie inferior del electrodo bipolar de fase superior miran la una hacia la otra por medio de la capa 7 de electrolito.

Las áreas superficiales respectivas de la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo se establecen para ser menores que un área superficial en dirección horizontal del colector 4. En otras palabras, la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo no se proporcionan en una región de borde periférica del colector 4 cuando se miran desde la dirección de laminación. Un miembro 11 de sello que tiene una anchura predeterminada se intercala entre las regiones de borde periféricas de dos colectores 4 adyacentes entre si en la dirección de laminación. El miembro 11 de sello aisla la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo entre si y asegura un espacio 8 predeterminado entre la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo que se oponen una hacia la otra en la dirección vertical de la figura. El miembro 11 de sello se dispone en un lado exterior de una periferia exterior en dirección horizontal de la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo.

La capa 7 de electrolito está constituida por un electrolito 9 de forma liquida o en forma de gel cargado en el espacio 8.

El separador 12 se forma de una membrana porosa a través de la cual puede pasar el electrolito 9, y se proporciona en el espacio 8 en el cual se carga el electrolito 9. El separador 12 sirve para prevenir el contacto eléctrico entre las dos capas 5 y 6 de material activo de electrodo opuestas.

Una lengüeta 16 de alta corriente se conecta a la capa 6 de material activo de electrodo negativo en una fase más alta y una lengüeta 17 de alta corriente se conecta a la capa 5 de material activo de electrodo positivo en una fase más baja. En la batería 2 bipolar cargada, la lengüeta 16 de alta corriente funciona como una terminal positiva y la lengüeta 17 de alta corriente funciona como una terminal negativa.

Una celda 15 unitaria sencilla está constituida por la capa 7 de electrolito y la capa 5 de material activo de electrodo positivo y la capa 6 de material activo de electrodo negativo a cada lado de la capa 7 de electrolito. La batería 2 bipolar se construye conectando tres celdas 15 unitarias en serie .

Refiriéndose a la FIGURA 3, en la siguiente descripción, las tres celdas 15 unitarias se referirán, en orden verticalmente descendente, como una primera celda 15a unitaria, una segunda celda 15b unitaria, y una tercera celda 15c unitaria. La FIGURA 3 muestra la batería 2 bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta invención, idénticamente a la FIGURA 1. Un número de celdas 15 unitarias y un número de baterías 2 bipolares conectadas en serie se pueden ajustar de conformidad con un voltaje deseado.

Cuando los voltajes asignados a las tres celdas 15a, 15b, 15c unitarias conectadas en serie no son iguales, no se puede obtener un voltaje de batería deseado a partir de la batería 2 bipolar como un todo. Por consiguiente, para medir los voltajes de las celdas 15a, 15b, 15c unitarias respectivas en la batería 2 bipolar, se anexan una terminal 21a de detección de voltaje, una terminal 21b de detección de voltaje, una terminal 21c de detección de voltaje, y una terminal 21d de detección de voltaje a un primer colector 4a, un segundo colector 4b, un tercer colector 4c, y un cuarto colector 4d, respectivamente. De esta manera, los voltajes respectivos de las celdas 15a, 15b, 15c unitarias se extraen hacia el exterior. Adicionalmente, se conecta cables 22a a 22d a las terminales 21a a 21d de detección de voltaje. Los cables 22a a 22d se conectan a un circuito 25 de control. Para aliviar un desequilibrio de voltaje entre las tres celdas 15a, 15b, 15c unitarias, el circuito 25 de control provoca que una celda unitaria que tiene un alto voltaje realice la descarga con base en los voltajes detectados de las celdas 15a, 15b, 15c unitarias. Se debe notar que esta descarga se realiza utilizando las terminales 21a a 21d de detección de voltaje.

Más específicamente, la medición de voltaje y la descarga se realizan en la primera celda 15a unitaria utilizando las terminales 21a y 21b de detección de voltaje. La medición de voltaje y la descarga se realizan en la segunda celda 15b unitaria utilizando las terminales 21b y 21c de detección de voltaje. La medición de voltaje y la descarga se realizan en la tercera celda 15c unitaria utilizando las terminales 21c y 21d de detección de voltaje.

Refiriéndose a las FIGURAS 9A-9D, cada colector 4a a 4d tiene una forma exterior rectangular cuando se mira desde la dirección de laminación, o en otras palabras la dirección vertical de la FIGURA 1. Por lo tanto, cada colector 4a a 4d tiene cuatro lados 31, 32, 33, 34.

Las terminales 21a, 21b, 21c, y 21d de detección de voltaje se anexan a los cuatro colectores 4a a 4d utilizando un método tal como la adhesión. Se debe notar que para detectar los voltajes de N celdas unitarias, se requieren N+l terminales de detección de voltaje.

Aquí, los cuatro colectores 4a a 4d se referirán como el primer colector 4a, el segundo colector 4b, el tercer colector 4c, y el cuarto colector 4d.

Refiriéndose a las FIGURAS 4 y 5, en una batería 2 bipolar de acuerdo con el arte previo, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se anexan en posiciones idénticas en los lados 31 respectivos cuando se miran desde la dirección de laminación. En este caso, ocurre una desigualdad en una distribución de voltaje dentro de un plano de la celda 15 unitaria durante la descarga realizada con el propósito de ajuste de voltaje, y como consecuencia, ocurre una desigualdad en un estado de carga de la celda 15 unitaria después de la completación de la descarga. El desplazamiento en una distribución de la densidad de corriente dentro del plano de la celda 15 unitaria ocurre particularmente sorprendentemente cuando se utiliza un material de resina que tiene una conductividad menor que un material metálico para los colectores 4a a 4d.

Refiriéndose a la FIGURA 6, la celda 15a unitaria, que es una celda unitaria en forma de capa, tiene una forma plana rectangular cuando se mira desde la dirección de laminación, y se puede considerar que comprende una pluralidad de, por ejemplo cinco, pequeños elementos Bl de batería conectados en paralelo dentro de un solo plano.

Aquí, los resistores Rl se conectan en serie a los cinco pequeños elementos Bl de batería. El resistor Rl significa una resistencia de corriente continua de la batería. Los resistores R2 en la parte superior y la parte inferior de la figura significan elementos de resistencia en el plano. El par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje que sirven como terminales de descarga de la primera celda 15a unitaria se posicionan ambas en uri extremo derecho de la figura. Durante la descarga de la celda 15 unitaria, las terminales 21a y 21b de detección de voltaje se conectan por medio de un resistor R4 de descarga.

En la figura, de cinco trayectorias de descarga que pasan a través de los pequeños elementos Bl de batería respectivos, una trayectoria de una corriente II de descarga que pasa a través del pequeño elemento Bl de batería posicionado más cercano al par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje tiene una longitud más corta y un valor de resistencia más pequeño. Las longitudes de las trayectorias de corriente de descarga que pasan a través de los pequeños elementos Bl de batería, y los valores de resistencia de las trayectorias, incrementan sostenidamente hacia el pequeño elemento Bl de batería posicionado más lejano del par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje. Consecuentemente, la trayectoria de una corriente 15 de descarga que pasa a través del pequeño elemento Bl de batería posicionádo más lejano del' par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje tiene la longitud más grande y el valor de resistencia más grande de las cinco trayectorias .

Refiriéndose a la FIGURA 7, en la batería 2 bipolar de acuerdo con el arte previo, una densidad de corriente dentro de un plano idéntico de la celda 15a unitaria decrece sostenidamente a medida que incrementa una distancia desde el par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 8, en la batería 2 bipolar de acuerdo con el arte previo, la distribución de voltaje de la celda 15a unitaria después de la completación de la descarga varía tal que el voltaje disminuye sostenidamente hacia el pequeño elemento Bl de batería más cercano al par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje. En otras palabras, la descarga avanza sostenidamente más rápidamente hacia el pequeño elemento Bl de batería más cercano al par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje.

Por lo tanto, en la batería 2 bipolar de acuerdo con el arte previo, la desigualdad de voltaje ocurre dentro del plano de la celda 15a unitaria durante un periodo hasta la completación de la descarga. La desigualdad en el estado de carga dentro de un plano idéntico de la celda 15 unitaria, que deberla ser uniforme, indica que una ubicación que tiene un voltaje más alto que el voltaje medido de la celda 15a unitaria puede existir en la misma celda 15a unitaria. Cuando existe tal sitio, dependiendo de la manera en que se utiliza la batería, la batería se puede sobrecargar localmente sin percatarse. Esto aplica análogamente a las celdas 15b y 15c unitarias .

Refiriéndose nuevamente a las FIGURAS 9A-9D, en la batería 2 bipolar de acuerdo con la primera modalidad de esta invención, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se anexan individualmente a las porciones de borde periféricas respectivas de los colectores 4a a 4d. El anexo se realiza mediante, por ejemplo, adhesión. Las FIGURAS 9A a 9D muestran las formas planas de los colectores 4a a 4d individualmente a fin de mostrar la disposición de las terminales 21a a 21d de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 9D, la terminal 21a de detección de voltaje del primer colector 4a y la terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4b, que son adyacentes entre sí en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4b adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda línea Da2 recta, que pasa a través de un centroide Oa del primer colector 4a y es ortogonal a una primera línea Dal recta que conecta la terminal 21a de detección de voltaje al centroide Oa del primer colector 4a.

Refiriéndose a la FIGURA 9C, la terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4b y la terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4c, que son adyacentes entre si en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4c adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda linea Db2 recta, que pasa a través de un centroide Ob del segundo colector 4b y es ortogonal a una primera línea Dbl recta que conecta la terminal 21b de detección de voltaje al centroide Ob del segundo colector 4b.

Refiriéndose a la FIGURA 9B, la terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4c y la terminal 21d de detección de voltaje del cuarto colector 4d, que son adyacentes entre sí en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21d de detección de voltaje del cuarto colector 4d adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda línea Dc2 recta, que pasa a través de un centroide Oc del tercer colector 4c y es ortogonal a una primera línea Del recta que conecta la terminal 21c de detección de voltaje al centroide Oc del tercer colector 4c.

Refiriéndose a la FIGURA 9A, de conformidad con la disposición anteriormente descrita, la terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4c adyacente se posiciona en un lado opuesto de una segunda línea Dd2 recta, que pasa a través de un centroide Od del cuarto colector 4d y es ortogonal a una primera linea Ddl recta que conecta la terminal 21d de detección de voltaje al centroide Od del cuarto colector 4d.

Para resumir lo antedicho, en relación a un cierto colector 4 y la terminal 21 de detección de voltaje conectada al mismo, la terminal 21 de detección de voltaje del colector 4 adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda línea D2 recta, que pasa a través de un centroide 0 del colector 4 y es ortogonal a una primera línea DI recta que conecta la terminal 21 de detección de voltaje al centroide 0 del colector 4. En otras palabras, las dos terminales 21 de detección de voltaje anexadas a los colectores 4 adyacentes se disponen en un intervalo angular de al menos 90 grados.

Habiendo satisfecho esta condición, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se disponen aún más preferiblemente como sigue.

La forma plana del colector 4 se divide en cuatro regiones por dos líneas rectas que pasan a través del centroide O del colector 4, y la terminal 21 de detección de voltaje se anexa a un lado posicionado en una de dos regiones no adyacentes. La terminal 21 de detección de voltaje del colector 4 que está adyacente en la dirección de laminación, entretanto, se anexa a un lado posicionado en la otra de las dos regiones no adyacentes. Las dos líneas rectas preferiblemente están constituidas por dos líneas diagonales que pasan a través de un ápice del colector 4 que tiene una forma plana rectangular.

Más específicamente, refiriéndose a la FIGURA 9D, el primer colector 4a se divide en cuatro regiones RGla, RG2af RG3a, y RG4a por el centroide Oa del primer colector 4a y dos líneas Lia y L2a rectas que sirven como líneas diagonales de un rectángulo, y la terminal 21a de detección de voltaje se dispone en una región RG3a de dos regiones RGla y RG3a no adyacentes. La terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4b adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RGla de las dos regiones RGla y RG3a no adyacentes.

Refiriéndose a la FIGURA 9C, el segundo colector 4b se divide en cuatro regiones RGlb, RG2b, RG3b, y RG4b por el centroide Ob del segundo colector- 4b y dos líneas Llb y L2b rectas que sirven como líneas diagonales de un rectángulo, y la terminal 21b de detección de voltaje se dispone en una región RGlb de dos regiones RGlb y RG3b no adyacentes. La terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4c adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RG3b de las dos regiones RGlb y RG3b no adyacentes .

Refiriéndose a la FIGURA 9B, el tercer colector 4c se divide en cuatro regiones RGlc, RG2c, RG3c, y RG4c por el centroide Oc del tercer colector 4c y dos lineas Lie y L2c rectas que sirven como lineas diagonales de un rectángulo, y la terminal 21c de detección de voltaje se dispone en una región RG3c de dos regiones RGlc y RG3c no adyacentes. La terminal 21d de detección de voltaje del cuarto colector 4d adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RGlc de las dos regiones RGlc y RG3c no adyacentes.

De acuerdo con la investigación llevada a cabo por los inventores, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje de los colectores 4a a 4d adyacentes preferiblemente se disponen en intervalos angulares entre 150 y 210 grados. Alternativamente, las dos regiones no adyacentes en que se proporcionan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje preferiblemente son regiones en las cuales un ángulo de intersección de las dos lineas Lia (Llb, Lie, Lid) y L2a (L2b, L2c, L2d) rectas que sirven como las lineas diagonales del rectángulo es un ángulo agudo.

La razón para esto es que cuando las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se anexan en regiones donde el ángulo de intersección de las dos lineas Lia (Llb, Lie, Lid) y L2a (L2b, L2c, L2d) rectas que sirven como las lineas diagonales del rectángulo es un ángulo agudo, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje adyacentes se pueden disponer más lejos entre si que cuando las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se anexan en regiones donde el ángulo de intersección de las dos líneas Lia (Llb, Lie, Lid) y L2a (L2b, L2c, L2d) rectas es un ángulo obtuso.

A continuación, refiriéndose a la FIGURA 10, se describirá la manera en la cual una corriente de descarga fluye a través del interior de las celdas 15a a 15c unitarias en la batería 2 bipolar en que las terminales 21a a 21d de detección de voltaje tienen la disposición anteriormente mencionada .

Como se describe anteriormente en relación a la FIGURA 6, la primera celda 15a unitaria, que es una celda unitaria en forma de capa, es rectangular cuando se mira desde la dirección de laminación, y se puede considerar que comprende una pluralidad de, por ejemplo cinco, pequeños elementos Bl de batería conectados en paralelo dentro de un solo plano. Esto aplica análogamente a la segunda celda 15b unitaria y a la tercera celda 15c unitaria.

Como se muestra en la FIGURA 3, el voltaje de la primera celda 15a unitaria se detecta por las terminales 21a y 21b de detección de voltaje, anexadas respectivamente a los colectores 4a y 4b a cada lado de la primera celda 15a unitaria .

La terminal 21a de detección de voltaje y la terminal 21b de detección de voltaje se posicionan en un extremo izquierdo y un extremo derecho de la figura, respectivamente. Por consiguiente, las longitudes de las trayectorias de corriente de descarga que pasan a través de los cinco pequeños elementos Bl de batería son sustancialmente iguales. La resistencia en las cinco trayectorias de descarga entre las terminales 21a y 21b de detección de voltaje en la figura está constituida por un solo resistor Rl y seis resistores R2. En otras palabras, las cinco trayectorias de descarga tienen valores de resistencia sustancialmente iguales.

Como consecuencia, las magnitudes de las corrientes II a 15 de descarga que pasan respectivamente a través de los cinco pequeños elementos Bl de batería también son sustancialmente iguales. Por consiguiente, la descarga se realiza uniformemente dentro del plano de la primera celda 15a unitaria de los cinco pequeños elementos Bl de batería, independientemente de las posiciones de los mismos.

Refiriéndose a la FIGURA 11, debido a que la descarga se realiza uniformemente, la distribución de voltaje dentro de la primera celda 15a unitaria después de la completación de la descarga permanece constante independientemente de la distancia desde la terminal 21a de detección de voltaje. En otras palabras, no ocurre la desigualdad de voltaje tal como aquella mostrada en la FIGURA 8, que es causada por la disposición de las terminales de detección de voltaje de acuerdo con el arte previo. Por lo tanto, de acuerdo con la batería 2 bipolar, se puede esperar una uniformidad en la distribución de voltaje dentro del plano de la celda 15a (15b, 15c) unitaria.

Como se describe anteriormente, en la batería 2 bipolar, la resistencia en la trayectoria de descarga que se extiende desde una terminal 21a (21b, 21c) de detección de voltaje de la celda 15a (15b, 15c) unitaria hasta la otra terminal 21b (21c, 21d) de detección de voltaje es uniforme en todas las trayectorias. Consecuentemente, la densidad de corriente es igual en todas las ubicaciones del plano de la celda 15a (15b, 15c) unitaria, y por consiguiente el estado de carga dentro de la celda 15a (15b, 15c) unitaria se puede cambiar en paralelo en un nivel idéntico. Adicionalmente, el voltaje después de la completación de la descarga, detectado por el par de terminales 21a y 21b (21b y 21c o 21c y 21d) de detección de voltaje, es idéntico en todas partes de la celda 15a (15b, 15c) unitaria, y por consiguiente la detección de voltaje se puede realizar con un alto grado de precisión.

La batería 2 bipolar de acuerdo con esta modalidad utiliza los colectores 4a a 4d que tienen una forma plana rectangular, pero esta invención también se puede aplicar a una batería bipolar que utiliza colectores que tienen una forma poligonal diferente a una forma rectangular.

Adicionalmente, la forma plana del colector no se limita a una forma poligonal que tiene un ápice, y puede ser cualquier forma, tal como una forma circular o una forma elíptica .

Refiriéndose a las FIGURAS 12A a 12D, se describirá una segunda modalidad de esta invención, la cual se aplica a una batería 2 bipolar que tiene los' colectores 4aa, 4ba, 4ca, y 4da conformados como se describe anteriormente.

Asimismo en esta modalidad, de modo semejante a la primera modalidad, la batería 2 bipolar se construye por los cuatro colectores 4aa, 4ba, 4ca, y 4da. Sin embargo, en contraste a la primera modalidad, los colectores 4aa a 4da tienen una forma plana que no es simétrica y no comprende un ápice .

La terminal 21a de detección de voltaje, la terminal 21b de detección de voltaje, la terminal 21c de detección de voltaje, y la terminal 21d de detección de voltaje se anexan al primer colector 4aa, el segundo colector 4ba, el tercer colector 4ca, y el cuarto colector ..4da, respectivamente .

Las FIGURAS 12A-12D, de modo semejante a las FIGURAS 9A-9D, muestran una disposición de las terminales 21a a 21d de detección de voltaje en los colectores 4aa a 4da.

Refiriéndose a la FIGURA 12D, las terminales 21a y 21b de detección de voltaje del primer colector 4aa y el segundo colector 4ba, que son adyacentes entre sí en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4ba adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda línea Da2 recta, que pasa a través 'del centroide Oa del primer colector 4aa y es ortogonal a una primera linea Dal recta que conecta la terminal 21a de detección de voltaje al centroide Oa del primer colector 4aa.

Refiriéndose a la FIGURA 12C, las terminales 21b y 21c de detección de voltaje del segundo colector 4ba y el tercer colector 4ca, que son adyacentes entre si en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4ca adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda linea Db2 recta, que pasa a través del centroide Ob del segundo colector 4ba y es ortogonal a una primera linea Dbl recta que conecta la terminal 21b de detección de voltaje al centroide Ob del segundo colector 4ba.

Refiriéndose a la FIGURA 12B, las terminales 21c y 21d de detección de voltaje del tercer colector 4ca y el cuarto colector 4da, que son adyacentes entre si en la dirección de laminación, se disponen como sigue. La terminal 21d de detección de voltaje del cuarto colector 4da adyacente se dispone en un lado opuesto de una segunda línea Dc2 recta, que pasa a través del centroide Oc del tercer colector 4ca y es ortogonal a una primera línea Del recta que conecta la terminal 21c de detección de voltaje al centroide Oc del tercer colector 4ca.

Refiriéndose a la FIGURA 12A, de conformidad con la disposición anteriormente descrita, la terminal 21c de detección de voltaje del tercer colector 4ca adyacente se posiciona en un lado opuesto de una segunda linea Dd2 recta, que pasa a través del centroide Od del cuarto colector 4da y es ortogonal a una primera linea Ddl recta que conecta la terminal 21d de detección de voltaje al centroide Od del cuarto colector 4da.

Asimismo en esta modalidad, las terminales 21 de detección de voltaje anexadas respectivamente a dos colectores 4 adyacentes se disponen en un intervalo angular de al menos 90 grados.

Habiendo satisfecho esta condición, las terminales 21a a 21d de detección de voltaje se disponen aún más preferiblemente como sigue.

La forma plana del colector 4 se divide en cuatro regiones por dos lineas rectas que pasan a través del centroide O del colector 4, y la terminal 21 de detección de voltaje se dispone en un lado posicionado en una de dos regiones no adyacentes.

Más específicamente, refiriéndose a la FIGURA 12D, el primer colector 4aa se divide en las cuatro regiones RGla, RG2a, RG3a, y RG4a por las dos líneas Lia y L2a rectas que pasan a través del centroide Oa del primer colector 4aa, y la terminal 21a de detección de voltaje se dispone en una región RG3a de las dos regiones RGla y RG3a no adyacentes. La terminal 21b de detección de voltaje del segundo colector 4ba adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RGla de las dos regiones RGla y RG3a no adyacentes .

Refiriéndose a la FIGURA 12C, el segundo colector 4ba se divide en las cuatro regiones RGlb, RG2b, RG3b, y RG4b por las dos lineas Llb y L2b rectas que pasan a través del centroide Ob del segundo colector 4ba, y la terminal 21b de detección de voltaje se dispone en una región RGlb de las dos regiones RGlb y RG3b no adyacentes. La terminal -21c de detección de voltaje del tercer colector 4ca adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RG3b de las dos regiones RGlb y RG3b no adyacentes.

Refiriéndose a la FIGURA 12B, el tercer colector 4ca se divide en las cuatro regiones RGlc, RG2c, RG3c, y RG4c por el centroide Oc del tercer colector 4ca y las dos lineas Lie y L2c rectas que pasan a través del centroide 0c del tercer colector 4ca, y la terminal 21c de detección de voltaje se dispone en una región RG3c de las dos regiones RGlc y RG3c no adyacentes. La terminal 21d de detección de voltaje del cuarto colector 4da adyacente se dispone en una posición correspondiente en la otra región RGlc de las dos regiones RGlc y RG3c no adyacentes.

La terminal 21a de detección de voltaje preferiblemente se anexa en una región donde el ángulo de intersección entre las dos lineas Lia y L2a rectas del primer colector 4a es un ángulo agudo. Esto aplica análogamente a la terminal 21b de detección de voltaje. Aun más preferiblemente, las terminales 21 de detección de voltaje de dos colectores 4 adyacentes se disponen en un intervalo angular entre 150 y 210 grados.

De acuerdo con esta modalidad, como se describe anteriormente, esta invención también se puede aplicar a los colectores 4aa a 4da que tienen una forma plana que no es simétrica y no comprende un ápice, y al hacerlo, se puede eliminar un desequilibrio en el estado de carga dentro de un plano idéntico de la celda unitaria.

Refiriéndose a las FIGURAS 13A-13D, se describirá una tercera modalidad de esta invención.

Asimismo en esta modalidad, de modo semejante a la primera modalidad, la batería 2 bipolar está constituida por los cuatro colectores 4a, 4b, 4c, y 4d. Las FIGURAS 13A-13D muestran una disposición de las terminales 21a a 21d de detección de voltaje en los colectores 4a a 4d, de modo semejante a las FIGURAS 9A-9D. Los colectores 4a a 4d tienen una forma plana rectangular similar a aquella de la primera modalidad.

En la batería 2 bipolar de acuerdo con esta modalidad, los conductores 41 a 44 que tienen una alta conductividad eléctrica y una anchura predeterminada se adhieren anticipadamente a los lados de los colectores 4a a 4d a los cuales se anexan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje .

Refiriéndose a la FIGURA 13D, un primer conductor 41 en forma de película delgada se adhiere anticipadamente sobre una longitud completa de un lado 33a del primer colector 4a al cual se anexa la terminal 21a de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 13C, un segundo conductor 42 en forma de película delgada se adhiere anticipadamente sobre una longitud completa de un lado 31b del segundo colector 4b al cual se anexa la terminal 21b de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 13B, un tercer conductor 43 en forma de película delgada se adhiere anticipadamente sobre una longitud completa de un lado 33c del tercer colector 4c al cual se anexa la terminal 21c de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 13A, un cuarto conductor 44 en forma de película delgada se adhiere anticipadamente sobre una longitud completa de un lado 31d' del cuarto colector 4d al cual se anexa la terminal 21d de detección de voltaje. Las terminales 21a a 21d de detección de voltaje, respectivas, se anexan a los conductores 41 a 44 utilizando un método tal como la adhesión.

Refiriéndose a la FIGURA 14, se describirá una razón para adherir los conductores 41 a 44 a los lados 33a, 31b, 33c, 31d respectivos a los cuales se anexan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje.

La FIGURA 14 es una vista en planta esquemática de la primera celda 15a unitaria de la batería 2 bipolar de acuerdo con la primera modalidad. En la batería 2 bipolar de acuerdo con la primera modalidad, como se muestra en las FIGURAS 9C-9D, la terminal 21a de detección de voltaje se anexa a una porción inferior del lado 33a del primer colector 4a. Adicionalmente, la terminal 21b de detección de voltaje se anexa a una porción sustancialmente central del lado 31b del segundo colector 4b.

En la FIGURA 14, la "posición de la terminal del electrodo positivo" corresponde a una posición de anexo de la terminal 21a de detección de voltaje, mientras que "la posición de la terminal del electrodo negativo" corresponde a una posición de anexo de la terminal 21b de detección de voltaje.

Durante la descarga de la primera celda 15a unitaria, una línea de voltaje constante es paralela a una línea recta que conecta el par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje. Después de la completación de la descarga, la distribución de voltaje dentro de la primera celda 15a unitaria tomada a lo largo de una línea ortogonal a la línea de voltaje constante, o en otras palabras una línea XV-XV en la FIGURA 14, por ejemplo, es como se muestra en la FIGURA 15.

Refiriéndose a la FIGURA 15, el voltaje está en un mínimo en una posición B predeterminada, e incrementa sostenidamente lejos de la posición B en ambos lados de la misma. Por lo tanto, aparece sorprendentemente una tendencia hacia una distribución de voltaje que tiene un valor mínimo en la posición B predeterminada en un colector que tiene una alta resistencia eléctrica, tal como un colector de resina.

La posición B predeterminada mostrada en la FIGURA 15 es una posición donde la línea XV-XV de la FIGURA 14 interseca la línea recta que conecta el par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje. La razón por la que el voltaje después de la completación de la descarga alcanza un mínimo en esta posición es que en una batería bipolar que incluye colectores que tienen una alta resistencia eléctrica, tales como los colectores de resina, la descarga se realiza más vigorosamente en una línea recta que conecta el par de terminales 21a y 21b de detección de voltaje por una distancia más corta.

Sin embargo, no es deseable una distribución de voltaje en la cual el voltaje alcanza un mínimo en la posición B predeterminada . Por consiguiente, en la batería 2 bipolar de acuerdo con la tercera modalidad de esta invención, como se muestra en las FIGURAS 13A-13D,¦ los conductores 41 a 44 se adhieren a los lados 33a, 31b, 33c, 31d respectivos a los cuales se anexan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje .

Como consecuencia, en la primera celda 15a unitaria, por ejemplo, el primer conductor 41 entero dispuesto en el lado 33a al cual se anexa el primer colector 4a funciona como una terminal de detección de voltaje. Adicionalmente, el segundo conductor 42 entero dispuesto en el lado 31b del segundo colector 4b funciona como una terminal de detección de voltaje.

Refiriéndose a la FIGURA 16, en la primera celda 15a unitaria, una corriente de descarga fluye desde el primer conductor 41 hacia el segundo, conductor 42. En otras palabras, un par de electrodos positivo-negativo se forman por los conductores 41 y 42 como una linea en vez de un punto. Como consecuencia, la corriente de descarga fluye paralelamente a una dirección a lo largo de los colectores 4a y 4b, o en otras palabras paralelamente a los lados 32a, 32b y los lados 34a, 34b que se extienden en una dirección de izquierda a derecha de la FIGURA 1 y la FIGURA 3, y fluye uniformemente. Por lo tanto, se elimina el valor mínimo de la distribución de voltaje dentro de la primera celda 15a unitaria. Esto aplica análogamente a la segunda celda 15b unitaria y a la tercera celda 15c unitaria.

Para resumir lo antedicho, cuando se utiliza un colector hecho de resina o similar, que tiene una resistencia eléctrica mucho más alta que un colector metálico, la distribución de voltaje a lo largo de una orientación ortogonal a una línea recta que conecta el par de terminales de detección de voltaje de la celda unitaria toma un valor mínimo en la línea recta que conecta el par de terminales de detección de voltaje. Como consecuencia, la distribución de' voltaje dentro del plano de la celda unitaria no es uniforme. En la batería 2 bipolar de acuerdo con esta modalidad, los conductores 41 a 44 se adhieren a los lados 33a, 31b, 33c, y 31d en los cuales se proporcionan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje. Los conductores 41 a 44 hacen equipotente la distribución de voltaje en la dirección ortogonal a la línea recta que conecta el par de terminales 21a y 21b (21b y 21c, 21c y 21d) de detección de voltaje. Por consiguiente, incluso cuando la batería 2 bipolar se construye utilizando los colectores 4a a 4d hechos de resina o similar, que tienen una resistencia eléctrica mucho más alta que los colectores metálicos, se pueden hacer uniformes las densidades de corriente respectivas dentro de las celdas 15a a 15c unitarias.

El contenido de Tokugan 2010-172270, con una fecha de presentación de 30 de Julio de 2010 en Japón, se incorpora por este medio por referencia.

Aunque la invención se ha descrito anteriormente con referencia a ciertas modalidades, la invención no se limita a las modalidades anteriormente descritas. Modificaciones y variaciones de las modalidades anteriormente descritas se les ocurrirán a aquellos expertos en el arte, dentro del alcance de las reivindicaciones.

Por ejemplo, en la tercera modalidad, los conductores 41 a 44 no necesariamente tienen que estar dispuestos sobre la longitud completa de los lados 33a, 31b, 33c, y 31d a los cuales se anexan las terminales 21a a 21d de detección de voltaje, y se pueden adherir a sólo una parte de los lados 33a, 31b, 33c, y 31d estando centrados sobre las terminales 21a a 21d de detección de voltaje.

CAMPO INDUSTRIAL DE APLICACIÓN Como se describe anteriormente, con la batería bipolar de acuerdo con esta invención, se uniformiza una distribución de voltaje dentro de una celda unitaria en forma de capa durante la descarga con el propósito de ajuste de voltaje. Por lo tanto, se puede esperar un efecto favorable en términos de extender la vida de una batería bipolar instalada como, por ejemplo, un suministro de energía en un vehículo eléctrico.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Una batería (2) bipolar en que una pluralidad de electrodos (3) bipolares, que comprenden cada uno un colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) en forma de capa, una capa (5) de material activo de electrodo positivo dispuesta en una superficie del colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) , y una capa (6) de material activo de electrodo negativo dispuesta en otra superficie del colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) , se laminan por medio de una capa (7) de electrolito, y una terminal (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje se anexa a una porción de borde periférica del colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) , caracterizada en que, asumiendo que una línea recta que conecta un centroide de un colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) y una terminal (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje anexada al mismo es una primera línea (Dal, Dbl, Del, Ddl) recta y una línea recta que pasa a través del centroide y es ortogonal a la primera línea recta es una segunda línea recta, la terminal (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje y una terminal (21, 21b. 21c, 21d, 21a) de detección de voltaje anexada a un colector (4, 4b, 4c, 4d, 4a, 4ba, 4ca, 4da, 4aa) adyacente se disponen en lados opuestos de la segunda línea (Da2, Db2, Dc2, Dd2) recta.

2. La batería (2) bipolar según se define en la Reivindicación 1, caracterizada en que, asumiendo que una forma plana del colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) se divide en cuatro regiones (RGla, RG2a, RG3a, RG4a, RGlb, RG2b, RG3b, RG4b, RGlc, RG2c, RG3c, RG4c, RGld, RG2d, RG3d, RG4d) por dos lineas (Lia, Llb, Lie, Lid, L2a, L2b, L2c, L2d) rectas que intersecan en el centroide (Oa, Ob, Oc, Od) , las terminales (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje de los colectores (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) adyacentes se disponen respectivamente en una y otra de dos regiones no adyacentes.

3. La batería bipolar según se define en la Reivindicación 2, caracterizada en que las dos regiones no adyacentes son regiones (RGla, RG3a, RGlb, RG3b, RGlc, RG3c, RGld, RG3d) en las cuales un ángulo de intersección de las dos líneas (Lia, Llb, Lie, Lid, L2a, L2b, L2c, L2d) rectas es un ángulo agudo.

4. La batería bipolar según se define en la Reivindicación 2 o en la Reivindicación 3, caracterizada en que la forma plana del colector (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) es rectangular, y la primera y la segunda líneas (Lia, Llb, Lie, Lid, L2a, L2b, L2c, L2d) rectas son líneas diagonales de un rectángulo.1

5. La batería (2) bipolar según se define en cualquiera de la Reivindicación 1 a la Reivindicación 4, caracterizada en que las terminales (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje de colectores (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4aa, 4ba, 4ca, 4da) adyacentes se disponen en un intervalo angular entre 150 grados y 210 grados.

6. La batería (2) bipolar según se define en cualquiera de la Reivindicación 1 a la Reivindicación 5, caracterizada en que comprende una pluralidad de celdas (15, 15a, 15b, 15c) unitarias cada una de las cuales comprende la capa de electrolito, la capa (5) de material activo de electrodo positivo y la capa (6) de material activo de electrodo negativo posicionadas a cada lado de la capa (7) de electrolito, y la terminal (21, 21a, 21b, 21c, 21d) de detección de voltaje que dobla como una terminal de ajuste de capacidad. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Una batería (2) bipolar se construye laminando una pluralidad de electrodos (3) bipolares, cada uno constituido por un colector (4) en forma de capa, una capa (5) de material activo de electrodo positivo dispuesta en una superficie del colector (4), y una capa (6) de material activo de electrodo negativo dispuesta en otra superficie del colector (4), por medio de una capa (7) de electrolito. Una terminal (21a, 21b) de detección de voltaje se anexa a una porción de borde periférica del colector (4). Disponiendo una terminal (21b) de detección de voltaje de un colector (4) adyacente en un lado opuesto de una segunda línea (Da2) recta, que pasa a través de un centroide (O) del colector (4) y es ortogonal a una primera línea (Dal) recta que conecta la terminal (21a) de detección de voltaje al centroide (O) del colector (4), se hace uniforme un estado de carga dentro de una unidad (15) de celda idéntica .