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BRPI0819537B1 - Célula eletroquímica de armazenamento e sistema de bateria para um veículo - Google Patents

Célula eletroquímica de armazenamento e sistema de bateria para um veículo Download PDF

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Publication number
BRPI0819537B1
BRPI0819537B1 BRPI0819537-4A BRPI0819537A BRPI0819537B1 BR PI0819537 B1 BRPI0819537 B1 BR PI0819537B1 BR PI0819537 A BRPI0819537 A BR PI0819537A BR PI0819537 B1 BRPI0819537 B1 BR PI0819537B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
terminal
battery
core
connector
cover
Prior art date
Application number
BRPI0819537-4A
Other languages
English (en)
Inventor
Weixin Zheng
Liying Pan
Luxia Jiang
Original Assignee
Byd Company Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
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Priority claimed from CNU2008201164969U external-priority patent/CN201233945Y/zh
Priority claimed from CN2008101354775A external-priority patent/CN101645495B/zh
Priority claimed from CN200810135478A external-priority patent/CN101645496A/zh
Priority claimed from CN200810145734A external-priority patent/CN101651194A/zh
Application filed by Byd Company Limited filed Critical Byd Company Limited
Publication of BRPI0819537A2 publication Critical patent/BRPI0819537A2/pt
Publication of BRPI0819537B1 publication Critical patent/BRPI0819537B1/pt

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Abstract

célula eletroquímica de armazenamento e sistema de bateria para um veículo", é divulgada uma célula eletroquímica de armazenamento; a célula inclui um nücleo com uma placa catódica, uma placa anódica e uma placa separadora. o núcleo está localizado. adequadamente dentro de um cofre contendo um terminal aberto; é fornecido um encaixe de tampa de terminal para fechar o terminal aberto; um terminal na comunicação com uma placa catódica e uma placa anódica se estendo ao longo da tampa do terminal a partir da porção interior-da célula eletroquímica de armazenamento para uma porção externa dela; uma tampa de proteção que, geralmente, se adapta às porções mais exteriores do encaixe da tampa de terminal· é fornecida e inclui uma primeira tampa, metade com uma primeira estrutura de encaixe e uma segunda tampa, metade com uma segunda estrutura de encaixe para conexão com a primeira estrutura de encaixe; a primeira e a segunda metades das tampas são adaptadas para encaixar uma na outra no terminal.

Description

O presente pedido é direcionado
2/90 a sistemas e células de baterias e, mais especificamente, a sistemas e células de baterias de íons de lítio que podem ser usadas em um veículo, tal como um veículo elétrico e/ou híbrido, contendo um motor de acionamento elétrico.
. Técnica Relacionada
Baterias recarregáveis, tais como baterias de polímero de íons de lítio, possuem uma ampla faixa de aplicações. Estas incluem, por exemplo, baterias para laptop, baterias de telefone celular, bem como energia para outros dispositivos eletrônicos pessoais. Tais dispositivos requerem baterias leves com uma saída de força moderada. No entanto, baterias de polímero de íons de lítio também são capazes de fornecer energia ' a dispositivos , que necessitam substancialmente de mais saída de força do que os dispositivos eletrônicos pessoais apontados acima. Por exemplo, baterias de polímero de íons de lítio de alta potência de saída podem ser usadas para fornecer energia a equipamentos industriais, instalações de comunicações de alta potência, automóveis, etc. A utilização de sistemas de batería de polímero de íons de lítio de alta potência de saída pode ser particularmente significativa na área de propulsão de automóveis.
O público tornou-se cada vez mais sensível a questões de custo e de meio ambiente associadas à utilização de combustíveis fósseis. Uma preocupação são as emissões de veículos que queimam combustíveis fósseis e a poluição correspondente.
Alternativas a tais veículos incluem veículos elétricos que são movidos unicamente por
3/90 motores elétricos, e veículos elétricos híbridos que empregam tanto motores elétricos quanto motores de combustíveis fósseis. Essas alternativas provavelmente têm um papel cada vez mais importante como substitutas para os veículos atuais.
Embora os consumidores sejam atraídos pelos benefícios ambientais de veículos puramente elétricos ou híbridos, eles querem que os veículos que utilizam motores elétricos tenham as mesmas características gerais que seus correspondentes com combustíveis fósseis. Questões de segurança e desempenho da bateria devem ser superadas para se atingir essas metas . Para essa finalidade , preferem-se baterias de íons de lítio do que outros tipos de bateria mais convencionais . Baterias de íons de lítio são úteis para esse propósito já que possuem alta densidade energética o que reduz a quantidade de espaço necessário para a bateria no veículo. Além disso, podem ser construídas de modo a pesarem menos do que os tipos de bateria mais convencionais.
Sistemas de bateria para utilização com motores elétricos empregados em veículos puramente elétricos ou híbridos são, atualmente, deficientes em muitos aspectos. As células individuais da bateria do sistema de bateria são frequentemente pesadas, volumosas e não confiáveis. Além disso, as células das baterias atuais não são usadas nem construídas para fornecer de forma eficiente a alta potência de saída necessária para acelerar o veículo em um nível de aceleração aceitável. Ainda, as células individuais das baterias utilizam eletroquímica, construções de núcleo celular, interconexões elétricas e construções de revestimentos que são
4/90 muitas vezes não confiáveis, não seguros e, geralmente, não adequados para utilização em veículos movidos a eletricidade.
Para superar as deficiências de energia associadas às células de bateria individuais, foram realizadas tentativas de interconectar múltiplas células de bateria individuais umas com as outras de maneira que a potência de saída combinada fornecesse a energia de propulsão necessária. As interconexões entre as células de bateria individuais, mais uma vez, são frequentemente não confiáveis. Além disso, pouco foi realizado para garantir a segurança de tais sistemas de bateria muiticelulares. Curtos-circuitos e explosões não foram tratados adequadamente. Sistemas de bateria de alta potência de saída devem ser construídos para tratar de questões como desempenho, longevidade, confiabilidade e segurança se quiserem encontrar um lugar no vasto número de aplicações disponíveis para tais sistemas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES
A invenção . pode ser melhor compreendida com uma referência às ilustrações e à descrição a seguir. Os componentes nas figuras não estão necessariamente de acordo com o tamanho, ao invés disso, a ênfase é colocada sobre a ilustração dos princípios da invenção . Além disso, nas figuras, numerais parecidos aos quais foi feita referência designam partes correspondentes ao longo das diferentes visualizações, a figura 1 é uma visualização transversal através de um exemplo de lâmina de bateria multicamada que pode ser usada para formar um núcleo de bateria enrolado;
a figura 2a é uma visualização em perspectiva de um núcleo
5/90 as figuras a figura 3 a figura 4 as figuras a figura 7 a figura 8 a figura 9 a figura 10 a figura 11 as figuras a figura enrolado achatado usado em uma célula de batería; 2b - 2d mostram uma configuração alternativa de um núcleo no qual as lâminas que forma o núcleo não estão enroladas;
é uma visualização expandida da extremidade do ânodo de uma célula de batería 300 contendo o núcleo enrolado da figura 2a;
é uma visualização esquemática através de uma seção transversal da célula de batería 300;
5e 6 ilustram uma maneira de se formar as regiões da lâmina do ânodo e/ou lâmina do cátodo que estão próximas aos substratos expostos;
é uma visualização transversal de um exemplo de núcleo enrolado;
mostra uma configuração de um conector curvado frágil;
ilustra outra configuração de um conector curvado frágil;
mostra como o conector curvado da figura 8 pode ser usado para interconectar células de bateria adj acentes;
mostra outra estrutura para interconectar células de bateria adjacentes;
e 13 mostram uma estrutura de conexão que pode ser utilizada para fazer com que o núcleo de uma célula de bateria atinja uma temperatura de operação ideal;
14a mostra uma maneira de se conectar uma célula de
6/90 batería com múltiplos núcleos ao conector curvado da figura 8;
a figura
14b mostra uma maneira de se conectar uma estrutura a figura 15 de um único núcleo conector curvado da é uma vista de cima de uma figura célula de batería ao
8;
de uma gaxeta usada em cada extremidade do revestimento de as figuras as figuras de do do batería;
e 17 mostram uma maneira de se revestimento de proteção que núcleo enrolado;
vedar a envolve mostram uma configuração de um extremidade o perímetro conjunto de jato de ar que pode ser usada no conjunto de cobertura da extremidade de uma célula de batería;
as figuras e 22 mostram estruturas alternativas de alívio de e/ou substituir o conjunto de jato de ar mostrado na figura 18;
a figura 23 é um diagrama de blocos de um conjunto de baterias no qual múltiplas células de batería estão interconectadas e agrupadas dentro de um único invólucro;
as figuras de 24 a 26 ilustram uma configuração de um invólucro que pode ser usado para formar um conjunto de baterias;
a figura 27 mostra um conector que pode ser usado para interconectar mecânica e eletricamente conjuntos de baterias adjacentes;
7/90 a figura 28 a figura 29 as figuras as figuras a figura as figuras as figuras as figuras as figuras mostra como o conector da figura 2 7 pode ser usado; mostra um sistema de batería que fornece e recebe energia elétrica para/de um motor/gerador de um veículo capaz de ser movido por energia elétrica; de 30 a 34 ilustram vantagens associadas ao fornecimento de conexões para o ânodo e o cátodo de um núcleo enrolado em extremidades opostas do núcleo;
35-41 ilustram outras estruturas de interconexão de célula de bateria;
41a ilustra uma estrutura de conexão frágil contendo um grampo de divisão ativado termicamente;
a 46 ilustram estruturas de interconexão de célula de bateria nas quais os terminais das células de bateria estão interconectados por um conector ponte ;
e 48 ilustram estruturas de interconexão de célula de bateria que contêm subestruturas de proteção contra corrente excessiva auxiliadas pela gravidade;
a 51 ilustram estruturas de interconexão de célula de bateria que contêm uma estrutura de expansão térmica que separa os terminais de célula de bateria como resultado de condições de corrente excessiva;
e 53 ilustram estruturas de interconexão de células de bateria que contêm subestruturas de proteção contra corrente excessiva baseadas em uma interação química entre uma substância química liberada pela subestrutura e uma ou mais porções dos
8/90 terminais da interconexão das células de bateria;
as f iguras
54-60 ilustram estruturas de interconexão de célula de bateria que contêm subestruturas de proteção contra corrente excessiva baseadas em elétricas providas pela as f iguras presença/ausência de um condutor líquido;
de 61 a 64 ilustram diversas configurações de uma da extremidade da célula de bateria;
as figuras de 65 a 67 ilustram uma configuração adicional de uma saída de a figura mostra outra ser usado eletricamente conjuntos de baterias adjacentes; e a figura mostra como os conectores das figuras 27 e 68 podem ser usados quando os conjuntos de baterias estão configurados em uma disposição lado a lado.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES PREFERIDAS
Baterias de polímero de íons de lítio são um tipo de bateria recarregável em que um íon de lítio se move entre um ânodo e um cátodo. O íon de lítio se move do ânodo para o cátodo durante a descarga e do cátodo para o ânodo ao carregar.
A Figura 1 é uma visualização transversal por meio de um exemplo de lâmina de bateria multicamada 100 que pode ser enrolada para formar um núcleo de bateria enrolado. A lâmina de bateria 100 da Figura 1 inclui três componentes funcionais: uma lâmina de ânodo 105, a lâmina
9/90 de cátodo 110 e uma lâmina separadora 115. A lâmina de ânodo 105 pode incluir camadas de ânodo ativas 106 dispostas em lados opostos de um substrato de ânodo 107. O substrato de ânodo 107 pode ser formado a partir de uma ou mais camadas de uma folha metálica, tal como cobre. As camadas de ânodo ativas 106 podem ser formadas a partir do grafite ou outro material à base de carbono. Em um exemplo, as camadas ativas 106 da lâmina de ânodo 105 podem ser produzidas utilizando 100 gramas de grafite natural com 3 gramas de material aglutinante fluoreto de polivinilideno (PVDF) e 3 gramas de agente condutor preto acetileno para 100 gramas de NI-metil pirrolidona (NMP). Os componentes podem ser misturados em um misturador a vácuo formando uma pasta uniforme. A pasta pode ser aplicada como um revestimento de aproximadamente 12 mícrons de espessura em cada lado do substrato 107, tal como uma folha de cobre, para formar uma estrutura que contenha uma espessura de camadas combinada de aproximadamente 100-110 μτη. Ά folha metálica revestida pode então ser seca a uma temperatura de aproximadamente 90°C para formar o ânodo 115.
A lâmina de cátodo 110 pode incluir camadas de cátodo ativas 112 dispostas em lados opostos de um substrato de cátodo 114. O substrato de cátodo 114 pode ser formado a partir de uma ou mais camadas de uma folha metálica, tal como alumínio. As camadas de cátodo ativas 112 podem ser formadas a partir de materiais como óxido em camadas (ex., óxido de cobalto de lítio) , um material à base de um poliânion (ex. , fosfato de ferro de lítio) , ou um espinélio (ex. , óxido de manganês de lítio), embora materiais como TiS2 (dissulfeto de titânio) também possam ser usados.
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Em um exemplo, as camadas ativas 112 da lâmina de cátodo 110 podem ser formadas combinando pelo menos um composto de metal de lítio com pelo menos um cristal de metal misturado, caracterizado pelo fato de que o cristal de metal misturado inclui uma mistura de elementos metálicos e óxidos metálicos. O composto de lítio pode ser um composto de intercalação de metal que possui a fórmula geral LiMaNbXOc, caracterizado pelo fato de que M é um metal de transição de primeira fila tal como Fe, Mn, Ni, V, Co e Ti; N é um metal selecionado a partir do grupo Fe, Mn, Ni, V, Co, Ti, Mg, Ca, Cu, Nb, Zr e metais de terra rara; X é selecionado a partir dos elementos P, Si, S, V e Ge; e a, b e c têm valores que tornam a carga do composto de intercalação de metal neutra. Ό composto metálico pode ter a fórmula geral McNd, caracterizado pelo fato de que M é um metal selecionado a partir dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB na tabela periódica; N é selecionado a partir de O, N, H, S, S04, PO4, OH, Cl, F e C; e 0<c^4 e 0<d^6. Em outros casos, o composto metálico pode incluir um ou mais membros selecionados a partir do grupo que consiste em MgO, SrO, A12O3, SnO2, Sb2O3, Y2O3, TiO2 e V2O5. O composto metálico e o composto de lítio podem ser aquecidos ou sinterizados a aproximadamente 600-900°C em uma atmosfera de gás inerte ou de gás redutor por aproximadamente 2 horas para formar o material para a lâmina de cátodo 110.
Em outro exemplo, o composto metálico pode ser formado como um composto de cristal misturado com a fórmula geral LiaAi_yBy (XO4) b/McNd, caracterizado pelo fato de que: A é um metal de transição de primeira fila que inclui
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Fe , Μη, Ni , V, Co e Ti ; B é um metal selecionado a partir do grupo Fe, Mn, Ni, V, Co, Ti, Mg, Ca, Cu, Nb, Zr e metais de terra rara; X é selecionado a partir dos elementos P, Si, S, Ve Ge; M é um metal selecionado a partir dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB da tabela periódica; N é selecionado a partir de 0, N, H, S, S04, PO4, OH, Cl, F e C; e caracterizado pelo fato de que 0<a^l, 0^y^0.5, 0<b^l, 0<c^4 e 0<d^6. Os tamanhos das partículas podem ser menores do que aproximadamente 10 pm, de preferência, 3-5 pm.
O material de cátodo ativo pode incluir um primeiro composto cristalino e um segundo composto cristalino. O primeiro composto cristalino pode ser distribuído dentro do segundo composto cristalino para formar um composto combinado. O primeiro composto cristalino pode ser preparado aquecendo uma combinação de pelo menos uma fonte de lítio, pelo menos uma fonte de ferro e pelo menos uma fonte de fosfato enquanto o segundo composto cristalino pode ser preparado aquecendo pelo menos dois compostos metálicos. O segundo composto cristalino também pode incluir um ou mais membros selecionados a partir dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB da tabela periódica.
Durante a formação do material de cátodo ativo, muitos defeitos do cristal podem estar introduzidos dentro dos cristais intermediários ou compostos de tal modo que a formação e estados eletrônicos dos óxidos metálicos são alterados ou modificados. O composto metálico com sua estrutura cristalina misturada, portanto, pode incluir um grande número de vagas de oxigênio e átomos de oxigênio ausentes. As vagas de oxigênio podem facilitar a condução do portador, com
12/90 isso aprimorando a condutividade do cristal misturado. Para essa finalidade, o composto metálico pode conter uma rede cristalina menor do que o composto de lítio para que seja recebido ou distribuído dentro do composto de lítio. Como alternativa, o composto metálico pode ser recebido ou distribuído entre duas ou mais redes cristalinas grandes. Além disso, o composto metálico pode residir dentro dos limites entre regiões cristalinas do composto de lí tio . Por último, o composto metál ico pode ser disperso nos arredores das superfícies cristalinas exteriores do composto de lítio. Em cada caso, a migração dos íons de lítio serve como uma ponte seja dentro de uma rede cristalina ou entre duas ou mais redes cristalinas. Os íons de lítio podem ser completamente liberados para a obtenção de propriedades elétricas aprimoradas incluindo condutância, capacitância e reciclabilidade elétrica.
De preferência, o composto metálico pode ser distribuído dentro de um composto de fosfato de ferro de lítio para formar um composto combinado para uso na lâmina de cátodo 110. O composto metálico pode ser distribuído dentro do composto de fosfato de ferro de lítio para formar um cristal misturado. Em um caso, o composto de fosfato de ferro de lítio e o composto metálico podem ter razões molares de aproximadamente 1 para 0,001-0,1. O material do cátodo pode ser dopado com aditivos de carbono espalhados nos limites entre regiões cristalinas ou revestido sobre as superfícies cristalinas. O aditivo de carbono dopado pode fornecer o produto do material de cátodo final com 1-15 % de carbono por peso- O aditivo de carbono pode incluir um ou mais membros selecionados
13/90 a partir do grupo que consiste em composto de carboidrato, grafite , negro de fumo de acetileno e negro de fumo.·
O composto combinado pode incluir uma fonte de lítio, fonte de ferro, fonte de fosfato e o segundo composto cristalino contendo razões molares de composto cristalino Li: Fe: P: de aproximadamente 1: 1: 1: 0,001-0,1. Em outros casos, podem ser adotadas diversas razões molares de composto cristalino Li: Fe: P:. A fonte de lítio pode incluir um ou mais membros selecionados a partir do grupo que consiste em carbonato de lítio, hidróxido de lítio, oxalato de lítio, acetato de lítio, fluoreto de lítio, cloreto de lítio, brometo de lítio, iodeto de lítio e dihidrogênio fosfato de lítio. A fonte de ferro pode incluir um ou mais membros selecionados a partir do grupo que consiste em oxalato ferroso, acetato ferroso, cloreto ferroso, sulfeto ferroso, fosfato de ferro, óxido ferroso, óxido férrico, óxido de ferro e fosfato férrico. A fonte de fosfato pode incluir um ou mais membros selecionados a partir do grupo que consiste em amônio, fosfato de amônio, dihidrogênio fosfato de amônio, fosfato de ferro, fosfato férrico e fosfato de hidrogênio de lítio.
Um método de se preparar um material de cátodo de fosfato de ferro de lítio de cristal misturado inclui misturar uniformemente pelo menos um composto LiFePO4 com um composto de mistura e aquecer a mistura resultante a 600-900 °C em uma atmosfera de gás inerte ou de gás redutor por aproximadamente 2-48 horas. O composto de mistura pode incluir dois ou mais óxidos metálicos caracterizados pelo fato de que o metal pode ser selecionado a partir dos grupos IA, IIA,
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IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB da tabela periódica. O composto de mistura fornece uma estrutura cristalina misturada, caracterizada pelo fato de que um método de se preparar o composto de mistura com a estrutura cristalina misturada correspondente incluir a mistura de óxidos metálicos a partir dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB e o aquecimento da mistura a 600-1200°C por 2-48 horas.
Um método de se preparar um material de cátodo de cristal misturado inclui uma mistura uniforme de lítio, ferro e fonte de fosfatos e seu aquecimento a 600-900°C em uma atmosfera de gás inerte ou de gás redutor por pelo menos aproximadamente 2 horas . A mistura resubcanfe^poide então ser combinada com o composto metálico misturado que contém uma combinação de dois ou mais óxidos metálicos selecionados a partir dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB, IVB e VB da tabela periódica. Em uma configuração, a fonte de lítio, fonte de ferro, fonte de fosfato e o composto metálico misturado são capazes de fornecer razões molares do composto metálico misturado Li: Fe: P: de 1: 1: 1: 0,001-0,1. Em outras configurações, diferentes razões molares do composto metálico misturado Li: Fe: P: podem ser adotadas. Além disso, pelo menos uma fonte de carbono pode ser adicionada à mistura resultante, a fonte de carbono incluindo um ou mais dos seguintes , sem 1 imitação : composto de carboidrato, grafite, negro de fumo de acetileno e negro de fumo. A quantidade de fonte de carbono adicionada à mistura resultante deve ser capaz de fornecer ao produto final 1-15 % de carbono por peso.
A fonte de lítios utilizada para formar o material de cátodo pode incluir um ou mais dos seguintes
15/90 compostos, sem limitação: carbonato de lítio, hidróxido de lítio, oxalato de lítio, acetato de lítio, fluoreto de lítio, cloreto de lítio, brometo de lítio, iodeto de lítio e dihidrogênio fosfato de lítio. Fontes de ferro incluem um ou mais dos seguintes compostos, sem limitação: oxalato ferroso, acetato ferroso, cloreto ferroso, sulfeto ferroso, fosfato de ferro, óxido ferroso, óxido férrico, óxido de ferro e fosfato férrico. Ao utilizar um composto de ferro trivalente como uma fonte de ferro, o processo de fresagem de esfera pode incluir a adição de uma fonte de carbono para reduzir o ferro trivalente a um ferro bivalente. Fontes fosforosas podem incluir um ou mais dos seguintes compostos, sem limitação: amôKíõf fosfato de~ amônúoç— dihidrogênio fosfato de amônio, fosfato de ferro, fosfato férrico e fosfato de hidrogênio de lítio.
Durante a esmerilhação em uma fresa de ponta esférica, um ou mais solventes podem ser introduzidos, inclusive etanol, água desionizada e acetona. Em outras configurações, outros meios de mistura e solventes podem ser utilizados. Fora isso, a mistura pode se seca entre 40-80 °C ou mexida até secar.
Os tipos de gases inertes que podem ser utilizados incluem hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio e nitrogênio. Adicionalmente, a redução de gases que incluem monóxido de carbono e hidrogênio também pode ser incorporada. Outros gases adequados também podem ser adotados.
A lâmina de cátodo 110 pode ser formada utilizando uma pasta de cátodo que inclui um dos materiais
16/90 de cátodo ativos anteriores. A pasta de cátodo pode ser formada misturando-se um espessante, o material de cátodo ativo e um solvente. Primeiro, o espessante e o solvente são misturados para proporcionar uma solução coloidal. A solução coloidal resultante, o solvente residual e o material ativo são misturados em um misturador planetário duplo. Uma porção do solvente bem como um aglutinante são então providos ao misturador planetário para mistura adicional.
cátodo ativo e o solvente podem ser misturados no misturador planetário duplo de acordo com uma sequência de mistura especificada. Para material ativo o solvente podem ser misturados por aproximadamente
3-5 minutos a uma frequência de rotação de aproximadamente
2-20 Hz que diminui para uma frequência de rotação mais baixa de aproximadamente 0-2 Hz. Depois, a solução coloidal, o material ativo e o solvente podem ser misturados por aproximadamente 30-50 minutos a uma frequência de rotação de aproximadamente 35-60 Hz que diminui para uma frequência de rotação mais baixa de aproximadamente 35-60 Hz. Nesse momento, o misturador planetário duplo pode gerar um vácuo que dura aproximadamente 3-5 minutos para que a mistura ocorra a uma pressão de aproximadamente 0,0005 MPa a aproximadamente 0,05 MPa 0 solvente residual e os adesivos são então adicionados ao misturador planetário duplo e misturados por aproximadamente 5-10 minutos a uma frequência de rotação de aproximadamente 35-60 Hz que diminui para uma frequência de rotação mais baixa de aproximadamente 35-60 Hz . Mais uma vez, o misturador planetário
17/90 duplo pode gerar um vácuo que dura aproximadamente 3-5 minutos para que a mistura ocorra a uma pressão de aproximadamente 0,0005 MPa a aproximadamente 0,05 MPa. A mistura então ocorre em aproximadamente 20-35 minutos a uma frequência de rotação que 5 diminui de aproximadamente 10-25 Hz a aproximadamente 0 Hz.
A proporção por peso do material ativo de cátodo, o espessante, os adesivos e o solvente pode ser aproximadamente 100: (0.05-10): (0.01-10): (50-150). A proporção por peso do solvente misturado com o espessante pode 10 ser aproximadamente 60-90%. Quando misturado com a solução coloidal e o material ativo, a proporção por peso do solvente pode ser aproximadamente 0,l-30%j e pode ser aproximadamente 8-20% quando o aglutinante é adicionado.
A lâmina de cátodo 110 pode ser formada revestindo um substrato condutor tal como uma folha de alumínio com a pasta . A pasta pode ser aplicada sobre o substrato condutor utilizando uma operação de rolamento, embora outros métodos de aplicação possam ser empregados. O substrato condutor e a pasta são então secos para formar a lâmina de cátodo 20 110. A lâmina de cátodo 110 possui, de preferência, uma espessura entre 100 e 110 μπι, embora outras espessuras também possam ser utilizadas.
A lâmina separadora 115 pode ser uma membrana de polipropileno microporoso e/ou polietileno 25 eletrolítico. Tais membranas são disponibilizadas pela Celgard dos EUA em Charlotte, Carolina do Norte.
Novamente com relação à Figura 1, a lâmina de ânodo 105 inclui uma região na qual o substrato 107
18/90 da lâmina de ânodo 105 não inclui camadas de ânodo ativas 106. Ao invés disso, o substrato de cobre 107 é exposto para facilitar á conexão elétrica com a lâmina de ânodo 105. A região exposta do substrato 107 se estende substancialmente ao longo de todo o comprimento da lâmina de ânodo 105 para que a primeira borda da lâmina de ânodo 105 definà uma região condutora 107 quando a lâmina de batería 100 estiver enrolada para formar um núcleo enrolado 200 (ver Figura 2) . A região exposta do substrato 107 pode ser formada limitando-se a área para a qual as camadas de ânodo ativas 106 são aplicadas ao substrato 107. Adicionalmente, ou como alternativa, a região exposta do substrato 107 pode ser formada após a aplicação das camadas dêânodo ativas rO^e-removeirdo seletivamente as camadas de ânodo ativas 106 do substrato 107 ao longo de uma largura pré-determinada da lâmina de ânodo 105. Essa remoção pode ser realizada utilizando uma técnica de remoção mecânica e/ou técnica de remoção química.
A lâmina de cátodo 110 inclui uma região na qual o substrato 114 da lâmina de cátodo 110 não inclui camadas de cátodo ativas 112. Ao invés disso, o substrato de alumínio 112 é exposto para facilitar a conexão elétrica com a lâmina de cátodo 110. A região exposta do substrato 112 se estende substancialmente ao longo de todo o comprimento da lâmina de cátodo 110 para que uma borda da lâmina de cátodo 110 defina uma região condutora 114 quando a lâmina de batería 100 é enrolada para formar o núcleo enrolado 200 da Figura 2A. . A região exposta do substrato 114 pode ser formada limitando-se a área para a qual as camadas de cátodo ativas 112 são aplicadas ao substrato 114 . Adicionalmente, ou de forma alternativa, a região exposta do
19/90 substrato 114 pode ser formada após a aplicação das camadas de cátodo ativas 112 removendo seletivamente as camadas de cátodo ativas 112 do substrato 114 ao longo de uma largura pré-determinada da lâmina de cátodo 110. Essa remoção pode ser realizada utilizando uma técnica de remoção mecânica e/ou técnica de remoção química.
Conforme mostrado na Figura 2A, a lâmina de ânodo 105, lâmina de cátodo 110, e a lâmina separadora 115 podem ser envolvidas para formar o núcleo enrolado 200. O substrato exposto 114 forma uma estrutura coletora de corrente multicamada para o cátodo do núcleo enrolado 200 enquanto o substrato exposto 107 forma uma estrutura coletora de cõrrente multicamada para o ânodo do núcleo enrolado 200. O coletor de corrente para o cátodo e o coletor de corrente para o ânodo estão dispostos em extremidades opostas do comprimento do núcleo 200 e fornecem contatos de baixa resistência que podem carregar uma quantidade substancial de corrente. Formar o coletor de correntes em lados opostos do núcleo enrolado 200 também simplifica o processo de fabricação.
O coletor de correntes pode ser formado em uma série de diferentes maneiras. Por exemplo, o coletor de correntes pode ser formado unicamente a partir das camadas de substrato expostas. Adicionalmente, ou como alternativa, o coletor de correntes pode ser formado prendendo uma fita condutora de material ao longo de um comprimento de cada uma das lâminas de ânodo e cátodo, respectivamente, antes ou depois do enrolamento.
A camada exterior do núcleo
20/90 enrolado 200 pode ser um isolante. Em um exemplo, a lâmina separadora 115 é mais comprida do que a lâmina de ânodo 105 e a lâmina de cátodo 110 . Como tal, a lâmina de ânodo 105 e a lâmina de cátodo 110 são terminadas na operação de envolvimento antes que a extremidade da lâmina separadora 115 seja alcançada. O comprimento em excesso do separador 105 é então envolvido próximo ao núcleo 200 um determinado número de vezes (ex. , duas ou mais) para formar a camada isolante exterior 115. Essa construção simplifica a fabricação do núcleo 200 e, ainda, aumenta a homogeneidade da estrutura do núcleo.
Uma vez que o núcleo enrolado 2 00 tenha síclo formado/ as camadas expostas do substrato dê-ânodo 107 e do substrato de cátodo 114 são comprimidas para mudar sua forma de modo que a área transversal de fora de cada porção da extremidade do núcleo enrolado 2 00 seja menor do que área transversal de dentro do núcleo 200. Para essa finalidade, as camadas expostas do substrato de ânodo 107 do núcleo enrolado 200 podem ser soldadas, presas umas às outras com um prendedor mecânico, e/ou presas umas às outras utilizando um adesivo, etc . De preferência, as camadas expostas do substrato de ânodo 107 são presas umas às outras, comprimindo-as umas contra as outras, soldando-as ao longo de todo o comprimento ou porções do comprimento do substrato exposto 107 para formar uma única estrutura coletora de corrente de ânodo. As camadas do substrato de cátodo 114 podem ser formadas de uma maneira similar àquela das camadas do substrato de ânodo 107.
Uma estrutura alternativa para o núcleo 200 é mostrada nas Figuras de 2B a 2D. Nessa configuração,
21/90 múltiplas lâminas de ânodo, lâminas de cátodo e lâminas separadoras são dispostas em camadas adjacentes. No entanto, diferentemente da estrutura do núcleo descrita anteriormente, as lâminas que formam o núcleo não estão enroladas para formar uma bobina. Ao invés disso, o núcleo 2 00 é composto de uma pluralidade de lâminas planas, tais como mostradas na disposição da Figura 2B. De preferência, as lâminas finais do núcleo 200 são lâminas isolantes e, de preferência, uma ou mais lâminas separadoras 115. Uma vista de cima dessa configuração do núcleo 200 é mostrada na Figura 2C enquanto uma visualização lateral é mostrada na Figura 2D. Conforme ilustrado, as lâminas separadoras/isolantes se estendem, de preferência/, ãTem cias bordas laterais das lâminas de ânodo e cátodo empilhadas e podem ser envolvidas ao redor das bordas laterais para isolar as lâminas de ânodo e as lâminas de cátodo. Também podem ser usados métodos alternativos para vedar as lâminas de ânodo e cátodo empilhadas a fim de evitar o contato indesejado entre si e para evitar exposição ambiental. Embora os coletores de corrente 114 e 107 das Figuras de 2B a 2D sejam formados a partir das camadas de substrato do material das lâminas de ânodo e cátodo, eles podem também ser formados como fitas que são conectadas às camadas de substrato individuais empilhadas.
A Figura 3 mostra uma visualização expandida da extremidade do ânodo de uma célula de bateria 300 contendo o núcleo enrolado 200 (não mostrado, mas implícito na Figura 3) . Na Figura 3, a célula de bateria 300 includes um revestimento protetor 305 que recebe o núcleo enrolado 200. O coletor de corrente 310 mobiliza eletricamente
22/90 uma primeira extremidade 320 de uma estrutura de conexão 325 através de um conjunto de cobertura de extremidade 335. Uma segunda extremidade 320 da estrutura de conexão 325 se estende através de uma chapa de cobertura/tampa da extremidade 335 correspondente para prover um contato exterior para o ânodo da célula de batería 300.
Conforme mostrado na Figura 3 , o revestimento protetor 305 tem forma retangular e é dimensionado para que o núcleo 200 encaixe suavemente no seu interior. Embora o revestimento 305 (e, como tal, o núcleo 200) possa ter diversas dimensões, o revestimento protetor 305 pode ter uma largura L e uma altura A,' onde L é maior do que aproximaâãmentebO^mm-eA é maior do que aproximadamente 100 mm. De preferência, a razão entre a largura e a altura do revestimento 305 corresponde à seguinte equação:
0,18 < L/A < 0,5
Essa relação é também adequada para definir de forma geral as dimensões do núcleo 200, e é especialmente bem apropriada quando a célula de batería 300 é uma batería de alta potência de saída e de alta capacidade.
Quando a razão L/A for maior do que 0,5, a largura da célula de batería 300 é bem grande, e a área de superfície total do revestimento 305 pode não ser capaz de suportar a pressão gerada no seu interior, com isso fazendo com que haja falha e/ou distorção. Isso pode criar um risco de segurança. Quando a razão L/A é menor do que 0,18, a altura da célula de batería 300 é bem pouca, para que a célula de batería 300 seja bem fina. O volume disponível para o núcleo 200 dentro
23/90 do revestimento protetor 305 é bastante pequeno e não favorece a acomodação de um núcleo de alta capacidade e alta corrente.
A Figura 4 é uma visualização esquemática através de uma seção cruzada da célula de batería 300. Nesse exemplo, a estrutura de conexão 325 inclui um conector angular 405 que se estende através da chapa de cobertura/tampa da extremidade 335. Aqui, o conector angular 405 tem uma forma substancialmente em Z. O coletor de corrente 310 pode ser formado da maneira descrita acima. Para simplicidade, o coletor de corrente 310 da Figura 4 ilustra somente uma única faixa coletora de corrente de ânodo. A unidade de conexão flexível 410 conecta eletricamente o con^ectar angular405 ao coletor de corrente 310. A unidade de conexão flexível 410 pode incluir múltiplas camadas de folha metálica, como cobre, que foram temperadas e soldadas ao conector angular 405 e ao coletor de corrente 310. Uma técnica similar pode ser usada para conectar o coletor de cátodo a um conector angular correspondente de uma estrutura de conexão. Contudo, a unidade de conexão flexível entre o conector angular e o cátodo coletor de corrente pode ser formada a partir de múltiplas camadas de folha de alumínio que foram temperadas e soldadas ao conector angular e ao cátodo coletor de corrente. A utilização desse tipo de estrutura de interconexão proporciona a facilidade com a qual uma batería que utiliza um núcleo enrolado 200 pode ser fabricada . Além disso, a estrutura de interconexão pode ser usada para prover um caminho de alta corrente e baixa resistência através da batería Além disso, essa estrutura pode ser usada para dissipar calor, com isso promovendo a segurança da batería.
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As Figuras 5 e 6 mostram uma maneira de formar as regiões da lâmina de ânodo 105 e/ou lâmina de cátodo 110 as quais estão próximas aos substratos expostos 107 e/ou 114, respectivamente. Somente a região próxima ao substrato exposto 107 é descrita, embora a região correspondente próxima ao substrato exposto 114 possa ter a mesma estrutura básica.
Nas Figuras 5 e 6, a lâmina de ânodo 105 possui uma largura total 505. As camadas ativas 106 da lâmina de ânodo 105 são aplicadas ao longo de uma largura 510 da lâmina deixando uma região não revestida contendo uma largura 515. Como alternativa, a região não revestida pode ser formadv removendo uma porção do componente ativo da lâmina de ânodo 105. 0 revestimento do componente ativo é gradativamente estreitado na borda da lâmina ao longo de uma largura 520. Na região à esquerda da região 520, camadas 106 são formadas em sua espessura total. O estreitamento começa em uma região de transição de espessura de revestimento 525. Um revestimento ou gesso isolante é aplicado ao longo da região 530. A largura do gesso (revestido com revestimentos isolantes) cobre completamente a área de revestimento do estreitamento no substrato condutor e termina em uma área que expõe o substrato condutor. O gesso/revestimento deve ter isolamento contra elétrons ou/e íons, e ser capaz de manter sua integridade em altas temperaturas. Um revestimento como esse é sulfeto de polifenileno (PPS) . A utilização dessa configuração reduz a possibilidade de ocorrer um curto-circuito entre o ânodo e o cátodo. Além disso, estreitar o revestimento da maneira descrita reduz o enrugamento
25/90 que pode, caso contrário, resultar da pressão do rolo sobre.um revestimento com uma borda espessa.
A Figura 7 é uma visualização transversal de um exemplo de um núcleo enrolado 200 . Em um núcleo enrolado, espessuras e/ou forças variáveis sobre o núcleo 200 em regiões opostas A e B podem ser problemáticas. Para limitar tais problemas, a lâmina de ânodo 105 e a lâmina de cátodo 110 terminam em regiões arqueadas opostas C e D ao invés de terminarem em regiões planas opostas A e B. Conforme mostrado na Figura 7, a lâmina de ânodo 105 termina em 7 05 da região C enquanto a lâmina de cátodo 110 termina em 710 da região D. A lâmina separadora' 115 se estende além dos pontos de terminação^TÚB-é^IO-pancarf-ormara porção externa do núcleo 200. A lâmina separadora 115 termina em 715 ao longo de uma lateral arqueada do núcleo 2 00 . A direção na qual as lâminas estão enroladas para formar o núcleo 200 é designada pela seta 720. Nessa estrutura, a lâmina de cátodo 110 pode ser maior do que a lâmina de ânodo 105.
De acordo com a construção do núcleo 200 mostrado na Figura 7, as regiões A e B são substancialmente planas e não têm variações significativas de espessura. Como resultado, há uma redução nas rugas que, caso contrário, se formariam através da inchação do núcleo 200 durante a inundação do eletrólito bem como durante o carregamento e o descarregamento da célula de batería. Tais rugas ocorrem quando as forças no núcleo 200 nas regiões A e B são substancialmente não uniformes. Reduzindo o enrugamento, a expectativa de vida do núcleo pode ser aumentada. De forma similar, são tratadas questões de segurança ocultas causadas pelo carregamento ou
26/90 descarregamento não uniforme do núcleo 200 (ex., situações nas quais uma área enrugada do núcleo 200 produz dendritos de lítio que causam um curto dentro da batería resultando em uma explosão) .
Figura ilustra uma configuração de um conector curvado 800 que pode ser usado na estrutura de conexão 325 da Figura 4. O conector curvado 800 é formado a partir de um material condutor que é adequado'para estabelecer uma conexão elétrica bem como uma ligação mecânica com o material usado para formar o conector 410 da Figura 4 e, de preferência, possui uma largura que é pelo menos 25% da largura L do revestimento protetor 305 . O conector curvado 800 da Figura segundo braço 810 que se estendem em direções opostas de uma porção transversa 815. O segundo braço 810, conforme será descrito abaixo, se estende de uma porção interior para uma porção exterior da célula de bateria onde se junta à porção transversa 815. A porção transversa 815 é posicionada na parte externa à célula de bateria onde conecta eletricamente o segundo braço 810 ao primeiro braço 805. O primeiro braço 805 forma efetivamente um terminal elétrico da bateria que pode ser usado para acessar o ânodo (ou cátodo) do núcleo enrolado 200.
O conector curvado 800 pode incluir uma estrutura de enfraquecimento, como uma fenda 820, a qual faz com que o conector curvado 800 interrompa sua conexão elétrica com o núcleo 200 sob determinadas forças extraordinárias, como aquelas que ocorrem quando o veículo é envolvido em um acidente. Na Figura 8, uma única fenda 820 se estende substancialmente ao longo de uma largura do membro
27/90 transverso 820. Adicionalmente, ou de forma alternativa, a fenda 820 pode se estender ao longo do comprimento do primeiro braço 805 na parte externa à célula de bateria 300 e/ou ao longo de uma porção do segundo braço 810 na parte externa à célula de bateria 300. Também podem ser usadas múltiplas estruturas de enfraquecimento.
Dependendo das características de resistência elétrica do material que forma o conector curvado 800, a fenda 820 pode aumentar a resistência de maneira indesejada Em tais casos, a fenda 820 pode ser preenchida com um material condutor que seja mecanicamente dúctil. Uma série de materiais borracha condutora e outros materiais dúcteis condutores. A resistência da área que contém a fenda 820 é, assim, diminuída enquanto a característica global de segurança que deve ser aprimorada pela fenda, permanece.
A Figura 9 ilustra outra configuração de um conector curvado 90 0 que pode ser usado na estrutura de conexão 325 da Figura 4. O conector curvado 900 é formado a partir de um material condutor apropriado para estabelecer uma conexão elétrica bem como uma ligação mecânica com o material usado para formar o conector 410 da Figura 4. O conector curvado 900 da Figura 9 geralmente tem forma em L e inclui um braço 910 que se estende de uma porção interior para uma porção exterior da célula de bateria onde se junta à porção transversa 915. A porção transversa 915 é posicionada na parte externa à célula de bateria. A porção transversa 915 forma efetivamente um terminal elétrico da bateria que pode ser usado para acessar
28/90 o ânodo (ou cátodo) do núcleo enrolado 200.
O conector curvado 900 pode incluir uma estrutura de enfraquecimento, como a fenda 920, que faz com que o conector curvado 900 interrompa sua conexão elétrica 5 na região da estrutura de enfraquecimento . Mais especificamente, o conector curvado 900 interrompe sua conexão elétrica com o núcleo 200 quando sujeito a determinadas forças extraordinárias, tais como aquelas que ocorrem quando o veículo é envolvido em um acidente/col i são . Na Figura 9, uma única fenda 92 0 se estende 10 substancialmente ao longo da largura do membro transverso 915.
Adicionalmente, ou de forma alternativa, a fenda 820 pode se estender ao longo do comp.r.iment-o--do^braçb^9TÕ^em^uma^porção do braço 910 na parte 'externa à célula de bateria. Também podem ser usadas múltiplas estruturas de enfraquecimento.
Dependendo das características de resistência elétrica do material que forma o conector curvado 900 , a fenda 920 pode aumentar a resistência de maneira indese j ada
Em tais casos, a fenda 920 pode ser preenchida com um material condutor que seja mecanicamente dúctil. Uma série de materiais 20 adequados para essa finalidade inclui, entre outros, estanho, borracha condutora e outros materiais dúcteis condutores. A resistência da área que contém a fenda 920 é, assim, diminuída enquanto a característica global de segurança que deve ser aprimorada pela fenda, permanece..
As dimensões das fendas 820 e 920 dos conectores curvados 800 e 900 dependem do material utilizado para formar os conectores 800 e 900. Se o conector curvado for formado a partir de cobre, a profundidade da fenda correspondente
29/90 pode ser aproximadamente 50%-90% da espessura da porção transversa. A largura da fenda ao longo da porção transversa pode ser aproximadamente 100%-500% da profundidade da fenda. Se o conector curvado for formado a partir· de alumínio, a 5 profundidade da fenda correspondente pode ser aproximadamente
30%-80% da espessura da porção transversa. A largura da fenda ao longo da porção transversa pode ser aproximadamente 100%-300% da profundidade da fenda.
A Figura 10 mostra como o conector curvado da Figura 8 pode ser usado para interconectar células de batería adjacentes. Conforme mostrado, a célula de batería 3 0 0a é posicionada adj acente à célula de batería 300b para, conexão uma com a outra. A célula de batería 300a inclui uma estrutura de cobertura de extremidade 335a. A conector de cátodo curvado
800a se estende a partir de uma porção interior da célula de batería 300a onde mantém comunicação elétrica com o coletor de cátodo do núcleo enrolado correspondente (não mostrado). A porção transversa 815a do conector curvado 800a se estende em direção à célula de batería 300b adjacente. De forma similar, 20 a célula de batería 300b inclui uma estrutura de cobertura de extremidade 335b. Um conector de ânodo curvado 800b se estende a partir de uma porção interior da célula de batería 300b onde mantém comunicação elétrica com o coletor de ânodo do núcleo enrolado corresponde (não mostrado). A porção transversa 815b 25 do conector curvado 800b se estende em direção à célula de batería 300a adjacente.
As faces dos braços levantados dos conectores 800a e 800b estão unidas uma à outra na junção
30/90
1005. A junção 1005 pode ser formada soldando as faces, ligando-as uma à outra usando um adesivo tal como uma borracha condutora, interconectando-as mecanicamente usando umprendedor ou estrutura de junção similar e/ou método. Interconectando os conectores curvados 800a e 800b nas faces dos braços levantados, uma conexão de baixa resistência capaz de carregar uma corrente alta é estabelecida entre o cátodo da célula de bateria 300a e o ânodo da célula de bateria 300b. Uma estrutura similar pode ser usada na extremidade òposta de cada célula de bateria 300a e 300b para proporcionar uma a conexão de baixa resistência capaz de carregar uma corrente alta entre o ânodo da célula de bateria 300a e o cátodo da célula de bateria 300b com mais células adjacentes para com isso conectar todas as células 300 umas às outras. Dessa maneira, células adjacentes de um conjunto de baterias estão eletricamente conectadas em série. No entanto, essa arquitetura de interconexão também pode ser usada para conectar eletricamente células de bateria adjacentes paralelamente.
Ambos os conectores curvados 800a e 800b incluem fendas de enfraquecimento correspondentes 820a e 820b. Quando alguma ou ambas as células de bateria 300a e/ou 300b forem expulsas de suas respectivas posições como resultado de um impacto acidental com o veículo, o material na região das fendas 820a e/ou 820b falhará e fará com que as células de bateria 300a e 300b se desconectem eletricamente uma da outra. Dessa forma, a segurança das baterias utilizadas no veículo é aprimorada.
A Figura 11 mostra outra
31/90 estrutura para interconectar as células de batería adjacentes 300a e 300b. A interconexão é substancialmente a mesma mostrada na Figura 10. No entanto, os conectores curvados 800a e 800b estão unidos um ao outro com a utilização de um membro de fusão
1105 disposto entre as faces dos braços levantados. O membro de fusão 1105 pode ser uma composição de solda de estanho/chumbo ou material similar que derreta e/ou vaporize sob temperaturas/correntes elétricas excessivamente altas que podem ocorrer durante uma falha de célula de batería 300a, célula de 10 batería 300b, e/ou o sistema de batería que inclui células de batería 300ae 300b. Para essa finalidade, a espessura, largura, comprimento e composição do membro de fusão 1105 são selecionados para resultar em desconexão elétrica entre os conectores curvados 800a e 800b quando a corrente elétrica e/ou temperatura 15 entre eles exceder um valor crítico pré-determinado. A segurança das células de batería 300a e 300b quando existem condições de corrente e/ou temperatura excessiva é melhorada utilizando essa arquitetura de interconexão.
As Figuras 35 e 36 mostram outra estrutura para interconectar células de batería adjacentes 3 00a e 300b. Conforme mostrado, a estrutura de conexão inclui um primeiro conector curvado 800a e um segundo conector curvado 800b Cada conector curvado 800a, 800b inclui um primeiro braço 810a, 810b, a porção transversa 815a, 815b, e outro braço 805a, 805b.
Na configuração mostrada nas Figuras 35 e 36, os braços 805a e 805b são mais curtos do que os braços correspondentes dos conectores mostrados, por exemplo, nas Figuras 8, 10 e 11. Os conectores curvados 800a e 800b podem ser unidos com a utilização
32/90 de um membro de fusão 1105 disposto entre as faces dos braços 805a e 805b. O membro de fusão 1105 pode ser uma composição de solda de estanho/chumbo ou material similar que derreta e/ou vaporize sob temperaturas/correntes elétricas excessivamente altas que podem ocorrer durante uma falha da célula de bateria 300a, célula de bateria 300b, e/ou o sistema de bateria que inclui células de bateria 300a e 300b. Para essa finalidade, a éspessura, largura, comprimento e composição do membro de fusão 1105 são selecionados para resultar em desconexão elétrica entre os conectores curvados 800a e 800b quando a corrente elétrica e/ou temperatura entre eles exceder um valor crítico pré^deterTTTinadof A segurança das células de bateria 3 00a e 3 0 0b quando existem condições de corrente e/ou temperatura excessiva é melhorada utilizando essa arquitetura de interconexão.
Os conectores 800a, 800b também podem ser adaptados de maneira a se desprenderem quando a estrutura de interconexão estiver sujeita a forças excessivas que podem ocorrer durante, por exemplo, o impacto de um veículo. Para essa finalidade, cada porção transversa 815a, 815b inclui uma seção reduzida 3505a e 3505b. Conforme mostrado, as seções reduzidas 3505a e 3505a definem regiões abertas 3520 . As regiões abertas 3520 enfraquecem a estrutura de interconexão para facilitar a desconexão dos conectores 800a e 800b sob forças excessivas. Cada braço 805a e 805b pode ter uma largura que é substancialmente a mesma ou de outra forma corresponde à largura das seções reduzidas 3505a e 3505b.
A Figura 37 mostra outra estrutura para interconectar células de bateria adjacentes 3 00a
33/90 e 300b. Essa estrutura de interconexão é similar à estrutura de interconexão mostrada nas Figuras 36 e 37 . No entanto, os braços 805a e 805b se estendem em direção às células de batería 300a e 300b.
A Figura 38 mostra outra estrutura para interconectar células de batería adjacentes 300a e 300b. Nessa estrutura de interconexão, um primeiro conector curvado 3800a se estende a partir da célula de batería 300a enquanto um segundo conector curvado 3800b se estende a partir 10 da célula de batería 300b. Cada conector 3800a, 3800b inclui um primeiro braço 3805a, 3805b que se estende a partir da respectiva célula de batería 300a, 300b e’se junta a um respectivo segundo braço 3810a, 3810b. Os braços 3810a e 3810b se estendem um em direção ao outro e se sobrepõem em uma região de conexão 15 3815. Os braços 3810a e 3810b podem ser adaptados para se desconectarem um do outro sob forças excessivas, tais como aquelas que ocorrem na colisão de um veículo. Para essa finalidade, um ou ambos os braços 3810a e 3810b podem incluir uma estrutura de enfraquecimento. Na Figura 38, a estrutura de 20 enfraquecimento compreende seções reduzidas 3820a e 3820b formada nas poções de sobreposição dos braços 3810a e 3810b. As seções reduzidas 3820a e 3820b podem ser construídas como regiões arqueadas similares às estruturas de conexão mostradas nas Figuras 35-37.
A Figura 39 mostra outra estrutura para interconectar células de batería adjacentes 300a e 300b. Nessa estrutura de interconexão, um primeiro conector curvado 3900a se estende a partir da célula de batería 300a
34/90 enquanto um segundo conector curvado 3900b se estende a partir da célula de bateria 300b. Cada connector 3900a, 3900b inclui um primeiro braço 3905a, 3905b que se estende a partir da respectiva célula de bateria 300a, 300b e se junta a um respective 5 segundo braço 3910a, 3910b. Os braços 3910a e 3910b se estendem um em direção ao outro e se juntam extremidade com extremidade em uma região de conexão 3915. A região de conexão 3915 pode incluir uma região geralmente em forma de V que interconecta os braços 3810a e 3810b utilizando um material que derreta e/ou 10 vaporize sob temperaturas que ocorram quando o fluxo de corrente entre as baterias 300a e 300b se torna excessivamente grande.
material na região de conexão 3915, por exemplo, pode ser de solda de estanho ou outro material capaz de interconectar mecânica e eletricamente os braços enquanto derrete e/ou 15 vaporiza na temperatura de sobrecorrente desejada. Cada braço de conexão 3900a, 3900b pode incluir uma estrutura de enfraquecimento tal.como aquela em 920 no conector 900 mostrada na Figura 9.
As Figuras 40 e 41 ilustram outras 20 estruturas de interconexão que incluem regiões enfraquecidas mecanicamente que interrompem a conexão elétrica entre as baterias 300a e 300b em um local pré-determinado sob forças excessivas que ocorrem, por exemplo, durante um acidente/colisão de um veículo. Na Figura 40, o conector 4005a está conectado à 25 célula de bateria 300a enquanto o conector 4005b está conectado à célula de bateria 300b. Os braços transversos 4000a e 4000b terminam nas respectivas porções arqueadas 4010a e 4010b que se juntam na região de conexão 4015. As regiões arqueadas 4010a
35/90 e 4010b são suficientemente fortes para facilitar a interconexão mecânica e elétrica entre os conectores 4005a e 4005b em condições normais de operação. No entanto, o estreitamento dessas regiões de material produz uma estrutura de conexão enfraquecida na qual a conexão entre os membros transversos 4000a e 4000b é interrompida quando sujeita a forças que ocorrem durante um acidente/colisão de um veículo.
Na Figura 41, o conector 4105a está conectado à célula de bateria 300a enquanto o conector 4100b está conectado à célula de bateria 300b. Os braços transversos 4100a e 4100b se sobrepõem na região 4110 onde os conectores 4105a -e—4-1-Ofrb e/shãõ mecânica e eletricamente unidos. Cada braço transverso 4100a, 4100b inclui sua respectiva região arqueada 4115a, 4115b na qual o material que forma o braço transverso está estreito. Os braços transversos 4100a e 4100b estão alinhados para que as regiões arqueadas 4115a e 4115b fiquem sobrepostas na região de conexão 4110. A estrutura resultante é suficientemente forte para facilitar a interconexão mecânica e elétrica entre os conectores 4105a e 4105b em condições normais de operação . No entanto, o estreitamento das regiões de material nas regiões arqueadas unidas 4115a e 4115b produz uma estrutura de conexão enfraquecida na qual a conexão entre os membros transversos 4100a e 4100b é interrompida quando sujeita a forças que ocorrem durante um acidente/colisão de um veículo.
A Figura 41A é uma visualização transversal através dos terminais 4100a e 4100b tomada ao longo da linha da seção 41A-41A da Figura 41 . Na Figura 41A, no entanto, um grampo multicamada 4120 é disposto para se juntar às regiões
36/90 arqueadas 4115a e 4115b. O grampo 4120 inclui uma primeira camada 4125 e uma segunda camada 4130 contendo diferentes características de expansão térmica. Para essa finalidade, a primeira camada 4125 pode ser um material isolante e ter um coeficiente de expansão térmica maior do que a segunda camada 4130. Durante uma condição de corrente excessiva, a temperatura dos terminais 4100a e 4100b aumenta. Conforme a temperatura aumenta, a primeira camada 4125 se expande em uma razão superior à da segunda camada 4130. Uma vez que a expansão da primeira camada 4125 é restringida pela segunda camada 4130, a primeira camada 4125 é impulsionada contra as seções de material -estreitado nas regiões arqueadas 4115a e 4115b. Por fim, se a temperatura exceder um valor de limiar pré-determinado consistente com uma condição de excesso de temperatura, a primeira camada 4125 exerce força suficiente contra as regiões arqueadas 4115a e 4115b para cortar a conexão entre os terminais 4100a e 4100b.
As Figuras de 42 a 46 mostram diversas maneiras nas quais terminais 4200a e 4200b de células de batería adjacentes 300a e 300b podem ser interconectados . Em cada caso, os terminais 4200a, 4200b são interconectados utilizando-se um conector ponte eletricamente condutor 4205 . O conector ponte 4205 pode assumir uma variedade de formas incluindo, entre outras, forma em U, uma forma em U invertido, uma forma em Z, uma forma em S ou qualquer outra forma que contenha um ou mais ângulos de curvatura entre 0o e 180° . O conector ponte 4205 pode ser formado como uma estrutura metálica de camada única, estrutura multicamada ou como uma folha metálica multicamada.
37/90
Formar o conector ponte 4205 como uma folha metálica multicamada permite ao conector ponte 4205 funcionar adicionalmente como um tampão mecânico que absorve a energia de vibração entre os terminais 4200a e 4200b com isso aumentando a integridade da estrutura de conexão terminal global .
O conector ponte 4205 pode ser formado a partir de um único material metálico, múltiplas lâminas metálicas contendo diferentes coeficientes de expansão térmica, e/ou a partir de liga de memória. Exemplos de materiais que contêm diferentes coeficientes de expansão que podem ser usados em uma estrutura de múltiplas lâminas metálicas incluem uma combinação dê ~Tâminas Fe-Ni, uma combinação de lâminas Fe-Cu, e/ou a combinação metálica comum/de liga de memória. Ligas de memória que podem ser usadas no conector ponte 42 05 incluem ligas à base de Cu e/ou ligas à base de Fe . Essas incluem, entre outras, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, e/ou Fe-Mn. O metal comum pode ser, por exemplo, Cu, Al, e/ou Ni.
O conector ponte 4205 se conecta às porções faciais dos terminais 4200a e 4200b. A superfície de soldagem efetiva entre o conector ponte 4205 e o respectivo terminal pode ser aproximadamente 0,5-4 vezes a superfície transversal do terminal . A solda que contém um ponto de fusão mais baixo do que o metal do conector e o terminal pode ser disposta na junção entre cada extremidade do conector ponte 4205 e o respectivo terminal. A conexão entre cada terminal e o conector ponte 4205 pode ser formada através de soldagem de pressão a frio, soldagem ultrassônica, soldagem de solda, soldagem por contato, soldagem por fricção, soldagem de
38/90 resistência, ou similares. De preferência, a conexão é formada utilizando soldagem de solda quando o ponto de fusão da liga utilizada na solda tiver uma temperatura de fusão de aproximadamente entre 150° C e 250° C. Materiais que podem ser usados incluem Sn, Au-20%Sn, chumbo - 5%Sn, Ag-Sn e assim por diante.
A Figura 42 mostra um conector ponte 4205 que tem forma em U invertido. Nessa configuração, os terminais 4200a e 4200b podem ter as características gerais dos terminais 800a e 800b mostradas na Figura 10. O conector ponte 4205 pode incluir o primeiro e o segundo braços 4210 e 4215 que estão interconectados por um membro transverso 4220. O primeiro braço 4210 é conectado ao membro 4225 do terminal 4200a enquanto o segundo braço 4215 é conectado ao membro 4230 do terminal 42 00b. O conector ponte 42 05 pode ser formado como uma unidade metálica maleável multicamada, como a partir de folha de cobre multicamada. Quando as células de batería 300a e/ou 300b estiverem sujeitas a forças externas, o membro transverso 4220 poderá absorver as tensões geradas pelo impacto e proteger os terminais contra desgaste excessivo e danos.
O conector ponte 4205 pode ser formado a partir de liga de memória ou unidade bimetálica. Quando a temperatura da estrutura de interconexão se eleva de repente devido, por exemplo, a uma corrente excessiva ou outra condição anormal, a liga de memória ou unidade bimetálica pode se encolher na direção mostrada pelas setas 4235 para não ter mais contato com cada um dos terminais conforme a solda entre a junção ponte/terminal derrete. Como resultado, a conexão elétrica e
39/90 mecânica entre os terminais 4200a e 4200b é cortada para impedir a explosão das células de bateria e/ou outras tais consequências perigosas.
Ligas de memória que podem ser usadas para construir o conector ponte 4205 incluem ligas metálicas à base de Cu e/ou ligas metálicas à base de Fe, tais como Cu-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, ou ligas Fe-Mn-Si. Em relação à estrutura mostrada na Figura 42, presume-se que seja empregada uma liga Cu-Al-Ni. Em tais casos, o conector ponte 4205 pode ser 10 formado inicialmente de modo que o o ângulo entre cada braço 4210 e 4215 com relação ao membro transverso 4220 seja inferior a 90° .
----Enquanto nessa forma, o conector ponte 4205 pode ser sujeito a um tratamento a alta-temperatura entre aproximadamente 300-1000°C por vários minutos para transmitir um efeito de memória. O conector ponte 4205 é então conectado aos terminais 4200a e 4200b em sua posição normal de montagem. Nessa posição, o ângulo entre cada braço 4210 e 4215 é um ângulo de aproximadamente 90° com relação ao membro transverso 4220 . A liga de memória tentará recuperar sua forma original quando a 20 temperatura do conector ponte 4205 for elevada a uma temperatura proporcional a uma corrente excessiva e/ou outra condição anormal de operação da célula de bateria.
A Figura 43 mostra um conector ponte 4205 em forma de S . Nessa configuração, os terminais 4200a 25 e 4200b podem ter as características gerais dos terminais 800a e 800b mostradas na Figura 10 . O conector ponte 4205 pode incluir o primeiro e segundo braços 4305 e 4310 que se estendem em direções opostas e o braço 4305 é conectado ao membro 4225 do terminal
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4200a enquanto o segundo braço 4310 é conectado ao membro 4230 do terminal 4200b. Conforme acima, o conector ponte 4205 pode ser formado como uma folha metálica, multicamada, unidade bimetálica, e/ou liga de memória. Quando formado a partir de liga de memória, o conector ponte 4205 pode ter uma forma original que corresponde à forma necessária para desconectá-lo do contato com os terminais 4200a e 4200b em temperaturas elevadas que ocorrem durante corrente excessiva e/ou outra condição anormal de operação da célula de baterias.
A Figura 44 mostra um conector ponte 4205 em forma de U invertido. Nessa configuração, os terminais 4200a e-4200b podem ter as características gerais dos terminais 800a e 800b mostradas na Figura 10. O conector ponte 4205 pode incluir o primeiro e segundo braços 4405 e 4410 que estão interconectados por um membro transverso 4415 . O primeiro braço 4405 é conectado a uma superfície exterior do membro 4225 do terminal 4200a enquanto o segundo braço 4410 é conectado a uma superfície exterior do membro 4230 do terminal 4200b. Conforme acima, o conector ponte 42 05 pode ser formado como uma folha metálica multicamada, unidade bimetálica, e/ou liga de memória. Quando formado a partir de liga de memória, o conector ponte 4205 pode ter uma forma original que corresponde à forma necessária para desconectá-lo do contato com os terminais 4200a e 4200b em temperaturas elevadas que ocorrem durante corrente excessiva e/ou outra condição anormal de operação da célula de baterias. Na Figura 44, a forma original pode ser definida de maneira que o conector ponte 4205 se expande nas direções mostradas pelas setas 4420 em tais temperaturas elevadas.
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A Figura 45 mostra um conector ponte 4205 contendo uma estrutura multicamada. Nessa configuração, o conector ponte 4205 inclui uma primeira camada 4505 que é disposta na parte interior aos braços 4225 e 4230 e uma segunda camada 4510 na parte interior à primeira camada 4505 e com a mesma extensão dela. Cada camada 4505, 4510 tem a forma de um U invertido. A camada 4510 pode ser formada a partir de metal comum enquanto a camada 4505 pode ser formada a partir de liga de memória. A camada de metal comum 4510 e a liga de memória 4505 podem ser ligadas de maneira que mudanças na forma da liga de memória 4505 resultam em mudanças correspondentes na forma iàa-camadã^de metal comum 4510. Como tal, o conector ponte 4205 muda de forma em temperaturas elevadas que ocorrem durante corrente excessiva e/ou outra condição anormal de operação da célula de baterias . Essa mudança de forma faz com que o conector ponte 4205 desconecte os terminais 4200a e 4200b.
A Figura 46 mostra um conector ponte 4205 contendo uma estrutura multicamada. Nessa configuração, o conector ponte 4205 inclui uma primeira camada 4605 que está disposta na parte exterior aos braços 4225 e 4230 e uma segunda camada 4610 na parte exterior à primeira camada 4605 e com a mesma extensão dela. Cada camada 4505, 4510 tem forma em U invertido. As camadas 4610 e 4605 são formadas a partir de metais que contêm diferentes coeficientes de expansão térmica e podem ser mecanicamente ligados um ao outro de maneira que mudanças na forma de one camada resultarão em uma mudança correspondente na outra camada. A diferença nos coeficientes de expansão térmica faz com que o conector ponte 4205 mude de
42/90 forma em temperaturas elevadas que ocorrem durante corrente excessiva e/ou outra condição anormal de operação da célula de baterias com isso desconectando os terminais 4200a e 4200b. Para garantir ainda mais que os terminais 4225 e 4230 estejam 5 eletricamente isolados quando o conector ponte 4205 mudar de forma, uma camada isolante 4615 pode ser disposta em uma porção da extremidade de cada braço 4225 e 4230 próximo ao conector ponte 4205 .
Interconexões de célula de batería tais como aquelas mostradas na Figura 39 podem incluir estruturas de proteção contra temperatura excessiva aprimoradas por gravidade. Üin exemplo de tal estrutura é mostrado nas Figuras 47 e 48, onde a Figura 47 é uma vista de cima da estrutura e a Figura 48 é uma visualização lateral da estrutura. Essas figuras mostram a orientação dos terminais quando as células de batería estão viradas para seus lados da maneira mostrada nas Figuras 28A e 69 abaixo.
Na configuração mostrada nas
Figuras 47 e 48, o terminal 3900a está eletricamente conectado à célula de batería 300a enquanto o terminal 3900b está eletricamente conectado à célula de batería 300b. Um bloco condutor 4705 está preso às porções das extremidades de cada terminal 3900a e 3900b com a utilização de um material de ligação 4710 . O bloco condutor 4705 se estende ao longo de toda a largura
4805 dos conectores 3900a e 3900b bem como ao longo de toda a espessura 4715. O material de ligação 4710 pode ser uma solda à base de Sn, solda à base de Bi, ou solda à base de Zn, mas de preferência à base de Sn. Em um exemplo, a solda pode ter uma
43/90 espessura de aproximadamente entre 0,3 mm e 1 mm e , de preferência aproximadamente entre 0,5 mm e 0,8 mm. O ponto de fusão do material de solda pode ser aproximadamente entre 100° Celsius e 450° Celsius. Se o ponto de fusão for baixo demais, a estrutura de interconexão pode não ser estável emm condições normais de operação. Se for alto demais, o ponto de fusão pode não ser alcançado durante condições anormais de excesso de temperatura. É preferível a solda à base de Sn já que tem um ponto de fusão de aproximadamente 231,9° Celsius.
O bloco condutor 4705 pode ser formado a partir de um metal de alta densidade contendo um ponto tte~zFüsãb que e pelo menos aproximadamente 50° Celsius acima do ponto de fusão do material de ligação 4710. Dessa maneira, o bloco condutor 4705 pode ser preso com segurança aos terminais 3900a e 3900b utilizando uma técnica apropriada de solda forte. Tais técnicas podem incluir solda forte de indução, soldagem de ferro, soldagem de solda forte por resistência, ou técnica de fixação similar
Conforme mostrado na Figura 48, o bloco condutor 4705 pode ter uma forma trapezoidal na qual a porção da base 4810 está disposta na porção inferior da estrutura de conexão. O bloco condutor 4705 está sujeito à força da gravidade na direção mostrada pela seta 4815 . Quando a estrutura de conexão é sujeita a condições de temperatura excessiva tais como aquelas que ocorrem durante corrente excessiva ou outra condição anormal do sistema de batería, o material de ligação 4710 começa a derreter. Conforme o material de ligação derrete, o bloco condutor 4705 se move para baixo na direção 4815 sob a
44/90 influência da gravidade. Por fim, o bloco condutor 4705 se desconecta dos terminais 3900a e 3900b com isso cortando a interconexão elétrica e mecânica entre si.
Interconexões de célula de bateria podem também incluir estruturas de proteção contra excesso de temperatura utilizando isolantes elétricos que são dimensionados para expandir a conexão entre os terminais quando a temperatura da interconexão se tornar excessiva. As Figuras de 49 a 51 ilustram três configurações de tais interconexões. Na Figura 49, os terminais 4900a e 4900b estão unidos por um material de ligação 4710. O material de ligação 4710 pode ser uma solda à base de Sn, solda à base de Bi, ou solda à base de Z, mas de preferência à base de Sn. Em um exemplo, a solda pode ter uma espessura de aproximadamente entre 0,3 mm and 1 mm. O ponto de fusão do material de solda pode ser aproximadamente entre 100° Celsius e 450° Celsius, com uma preferência de aproximadamente 232° Celsius. Um membro de expansão 4905 está disposto na junta entre os terminais 4900a e 4900b. Conforme mostrado, o membro de expansão 4 905 pode ter uma corte transversal circular, mas outras formas transversais podem ser usadas. Além disso, o membro de expansão 4905 pode ser formado a partir de um material de isolamento elétrico contendo um grande coeficiente de expansão térmica. Além disso, o material que forma o membro de expansão 4 905 pode conter um ponto de fusão que excede substancialmente o ponto de fusão do material de ligação 4710.
Quando a estrutura de interconexão é sujeita a uma condição de excesso de temperatura,
45/90 o material de ligação 4710 começa a derreter. Adicionalmente, o membro de expansão 4905 se expande para separar os braços 4910a e 4910b. As características do material de ligação 4710, membro de expansão 4905, e o espaçamento entre os braços 4910a, 4910b são tais que a expansão do membro de expansão 4 905 separa os braços
4910a e 4910b em uma distância suficiente para superar a tensão superficial do material de ligação derretido 4710. O material de ligação 4710 flui da junta entre os terminais e efetivamente corta a conexão elétrica entre as células de batería.
A interconexão mostrada na Figura é similar à mostrada na Figura 4 9. A principal diferença entre elas e a forma dos terminais 5000a e 5000b. Mais especificamente, os terminais 5000a e 5000b incluem braços que se estendem para dentro 5005a e 5005b em oposição aos braços que se estendem para 15 fora 4910a e 4910b dos terminais 4900a e 4900b.
A estrutura de interconexão mostrada na Figura 51 é similar àquela mostrada nas Figuras 49 e 50. A principal diferença entre elas é a forma dos terminais.
Mais especificamente, a interconexão mostrada na Figura 51 20 inclui um terminal 4900a contendo um braço que se estende para fora 4910a que está eletricamente conectado a um braço que se estende para dentro 5005b de um terminal 5000b. Um membro de isolamento elétrico 5105 pode ser disposto entre uma porção da extremidade do braço 4910a do terminal 4900a e a porção transversa 25 5110 do terminal 5000. O membro de isolamento elétrico 5105 ajuda a garantir que os terminais 4900a e 5000b estejam eletricamente desconectados um do outro quando um material de ligação 4710 derreter e fluir da junta entre os braços 4910a e
46/90
5005b.
Conforme descrito acima, estruturas de interconexão podem incluir um material de ligação entre os terminais que derreta em temperaturas excessivamente 5 altas que ocorrem devido à condição de excesso de temperaturas entre as células de batería 300a e 300b. Adicionalmente, ou como alternativa, as estruturas de interconexão podem ser providas de subestruturas que liberam substâncias químicas que interagem com a junta entre os terminais de maneira que os terminais sejam 10 mecânica e eletricamente separados um do outro em tais condições de temperaturas excessivamente altas. As Figuras 52 e 53 mostram exemplos dessas subestruturas conforme aplicadas às estruturas de interconexão mostradas nas Figuras 40 e 41, respectivamente.
Na Figura 52, o conector 4005a está conectado à célula de batería 300a enquanto o conector 4005b está conectado à célula de batería 300b. Braços transversos 4000a e 4000b terminam nas respectivas porções arqueadas 4010a e 4010b que se unem na região de conexão 4015 . A região de conexão 4015 pode incluir um material de ligação tal como solda. As 20 regiões arqueadas 4010a e 4010b são suficientemente fortes para facilitar a interconexão mecânica e elétrica entre os conectores 4005a e 4005b em condições normais de operação. No entanto, o estreitamento dessas regiões de material produz uma estrutura de conexão enfraquecida na qual a conexão entre os membros 25 transversos 4000a e 4000b é cortada quando sujeita a forças que ocorrem durante um acidente/colisão de um veículo.
Uma configuração de uma subestrutura que libera substâncias químicas que interagem com
47/90 a região de conexão 4015 é mostrada de forma geral em 5205 . Nessa configuração, a subestrutura 5205 inclui um invólucro externo 5210 que contém um material quimicamente reativo 5215. O invólucro 5210 possui um corte transversal geralmente circular e é adaptado para encaixar nas regiões arqueadas 4010a e 4010b. Outras formas transversais podem ser usadas dependendo da estrutura específica dos terminais que são empregados. O material do invólucro deve atender a diversos requisitos. Por exemplo, o material do invólucro deve ser capaz de ser ligado aos materiais dos braços 4005a e 4005b. Adicionalmente, o material do invólucro deve ser não reativo em relação ao material químicamente reativo 5215. Além disso, a temperatura na qual o material do invólucro começa a derreter deve ser próxima à temperatura gerada durante uma condição de excesso de temperatura. O material do invólucro pode ser resina sintética, borracha, cerâmica ou similares. De preferência, o invólucro é formado a partir de um composto de plástico e/ou borracha contendo uma temperatura de derretimento entre 100°C e 350°C, dependendo dos requisitos de excesso de temperatura. Tais materiais podem incluir PP, PE, ABS, PPO, PPS, PTFE, e PEEK.
O material quimicamente reativo 5215 é, de preferência, um líquido na temperatura de corrente excessiva. Pode ou não ser um sólido em temperaturas de operação normais. Por exemplo, pode ser uma solução química ácida ou básica que reage com o material na região de conexão 4015. De preferência, a substância química é uma substância química básica incluindo, por exemplo, NaOH.
Em condições normais, a
48/90 temperatura dos braços 4000a e 4000b está abaixo do ponto de fusão de qualquer material na região de interconexão 4015 bem como abaixo do ponto de fusão do invólucro 5210 do elemento quimicamente reativo 5205. Conforme a temperatura aumenta devido a, por exemplo, uma condição de excesso de temperatura, o invólucro 5210 começa a derreter. Conforme o invólucro 5210 derrete, o material quimicamente reativo 5215 é liberado e se junta aos materiais dos braços 4000a e 4000b bem como a qualquer material na região de interconexão 4015. A substância química liberada reage ao material na região de interconexão 4015 , o braço 4000a, e/ou braço 4000b. A reação é destrutiva e resulta na desconexão elétrica dos braços 4000a e 4000b.
Na Figura 53, o conector 4105a é conectado à célula de bateria 300a enquanto o conector 4100b é conectado à célula de bateria 3 00b. Os braços transversos 4100a e 4100b se sobrepõem na região 4110 onde os conectores 4105a e 4105b estão mecânica e eletricamente unidos. Cada braço transverso 4100a, 4100b inclui sua respectiva região arqueada 4115a, 4115b na qual o material que forma o braço transverso é estreitado. Os braços transversos 4100a e 4100b estão alinhados de maneira que as regiões arqueadas 4115a e 4115b se sobrepõem na região de conexão 4110. A estrutura resultante é suficientemente forte para facilitar a interconexão mecânica e elétrica entre os conectores 4105a e 4105b em condições normais de operação. No entanto, o estreitamento das regiões de material nas regiões arqueadas unidas 4115a e 4115b produz uma estrutura de conexão enfraquecida na qual a conexão entre os membros transversos 4100a e 4100b é cortada quando sujeita a forças que
49/90 ocorrem durante um acidente/colisão de um veículo.
Como na Figura 52 , a estrutura de interconexão da Figura 53 inclui uma subestrutura 52 05 que pode liberar substâncias químicas que interagem com a região de 5 conexão 4110 em condições de excesso de temperatura/corrente.
A subestrutura 5205 inclui o invólucro externo 5210 que contém o material quimicamente reativo 5215. O invólucro 5210 pode conter um corte transversal geralmente circular e ser adaptado para encaixar nas regiões arqueadas 4115a e 4115b. A operação 10 da subestrutura 5205 com relação à região 4110 é substancialmente similar à operação descrita em relação à Figura 52. ,
As estruturas de interconexão mostradas nas Figuras 52 e 53 são baseadas em um alinhamento horizontal dos braços dos terminais que conectam as baterias 300a 15 e 300b. Será reconhecido, no entanto, que uma subestrutura do tipo geralmente mostrado em 5205 pode ser usada em outras orientações de estrutura de interconexão. Em tais orientações alternativas, a subestrutura 5205 está contruída e alinhada com os terminais de maneira que o material reativo 5215 é liberado 20 para cortar a conexão elétrica entre os terminais. Além disso, a subestrutura 52 05 pode ser posicionada em um só dos terminais para cortar a conexão elétrica entre os terminais.
A proteção contra corrente excessiva pode também ser baseada na remoção de um líquido 25 condutor entre os terminais das células de bateria 300a e 300b.
Mais especificamente, o líquido condutor está presente entre os terminais das células de bateria 300a e 300b em condições normais de operação de maneira que os terminais estão eletricamente
50/90 interconectados para conduzir corrente. O líquido condutor é drenado da região entre os terminais das células de bateria 300a e 300b quando a temperatura dos terminais estiver elevada devido, por exemplo, a uma condição de excesso de temperatura ou outra falha do sistema.
A Figura 54 mostra uma configuração de uma subestrutura de proteção contra corrente excessiva baseada nesse princípio. Nessa configuração, o terminal 5400a é conectado à célula de bateria 300a e o terminal 5400b é conectado à célula de bateria 300b. Os terminais 5400a e 5400b estão mecanicamente isolados em uma região de separação 54U3D A conexão elétrica entre os terminais 5400a e 5400b é estabelecida usando a subestrutura de interconexão 5405. A subestrutura de interconexão 5405 inclui um invólucro 5410 que ali retém um condutor líquido 5415. O condutor líquido 5415 estabelece uma conexão elétrica entre os terminais 5400a e 5400b na região 5403. Metais, ligas metálicas e soluções condutoras podem ser usados como o condutor líquido 5415. De preferência, o condutor líquido 5415 é mercúrio ou uma liga de Na-K. O invólucro 5405 possui um corte transversal geralmente circular, mas outras formas transversais podem ser usadas dependendo da estrutura específica dos terminais que são empregados. O material do invólucro pode ser não reativo em relação ao condutor líquido 5415. Além disso, a temperatura na qual o material do invólucro começa a derreter deve ser próxima à temperatura gerada durante uma condição de excesso de temperatura. O material do invólucro pode ser uma resina sintética, borracha, cerâmica ou similar. De preferência, o invólucro é formado a partir de um composto
51/90 de plástico e/ou borracha contendo uma temperatura de derretimento entre 100°C e 350°C, dependendo dos requisitos de excesso de temperatura. Tais materiais podem incluir PP, PE, ABS, PPO, PPS, PTFE e PEEK.
Em condições normais, a temperatura dos braços 5400a e 5400b está abaixo do ponto de fusão do invólucro 5410, e o condutor líquido 5415 é retido na região 5403 para facilitar o fluxo de corrente entre os terminais 5400a e 5400b. Conforme a temperatura aumenta devido a, por exemplo, uma condição de excesso de temperatura, o invólucro 5410 começa a derreter. Conforme o invólucro 5410 derrete, o condutor líquido 5415 é liberado do invólucro 5410 e da região de circuitos aberta 5403. Além disso, fluxo de corrente entre as baterias 300a e 300b através dos terminais 5400a e 5400b cessa.
As Figuras de 55 a 57B mostram outra configuração de uma estrutura de interconexão na qual a proteção contra corrente excessiva é baseada na remoção de um líquido condutor entre os terminais das células de batería 300a e 300b. Nessa configuração, a subestrutura de proteção contra corrente excessiva, mostrada de forma geral em 5500, é construída para operar com terminais que se estedam horizontalmente a partir de cada célula de batería. Conforme mostrado, o terminal 5400a é conectado à célula de batería 300a e se estende horizontalmente a partir dela. O terminal 5400b é conectado à célula de bateria 300b e se estende horizontalmente a partir dela. Cada terminal 5400a e 5400b se estende a partir da respectiva bateria para dentro de uma câmara condutora 5505 da subestrutura de proteção contra corrente excessiva 5500. Uma câmara coletora 5510 é
52/90 disposta abaixo da câmara condutora 5505 . A câmara condutora 5505 e a câmara coletora 5510 são feitas de um material isolante tal como plástico, borracha, cerâmica ou similar. Durante a operação normal do sistema de bateria, a câmara condutora 5505 e a câmara coletora 5510 são vedadas de maneira a impedir o vazamento de uma câmara para a outra.
A subestrutura de proteção 5500 pode ser montada em uma série de diferentes maneiras. A Figura 56 mostra uma dessas maneiras . Na Figura 56, a subestrutura 5500 é formada a partir de duas porções 5600a e 5600b. A porção 56Õ0a é conectada ao terminal 5400a e vedada. A porção 5600b é conectada ao terminal 5400b vedada. Cada porção 5600a e 5600b inclui metade da câmara condutora 5505 e metade da câmara coletora 5510. As porções 5600a and 5600b podem ser unidas utilizando uma conexão termofusível, conexão de borracha, conexão adesiva, junta soldada, ou similares. As porções 5600a e 5600b podem ser vedadas nos terminais correspondentes 5400a e 5400b utilizando molde por injeção, termofusão, ligação adesiva, vedação por agentes de penetração ou similares. O método usado para unir as porções entre si e aos terminais deve ser suficiente para impedir o vazamento de qualquer líquido da câmara condutora 5505 ou da câmara coletora 5510.
As Figuras 57A e 57B são visualizações transversais através da subestrutura de proteção 5500 durante a operação normal do sistema de bateria. Durante a operação normal, um condutor líquido 5415 do tipo descrito acima está contido dentro da câmara condutora 5505 e estabelece uma conexão elétrica entre o terminal 5400a e o terminal 5400b. O
53/90 condutor líquido 5415 pode ser injetado na câmara condutora 5505 por meio de uma abertura 5515 disposta em uma porção superior da câmara condutora 5505. Uma vez que a câmara condutora 5505 tenha sido preenchida com a quantidade desejada do’ condutor líquido 5415, a abertura 5515 pode ser fechada com um plugue ou outro tipo de vedação.
A câmara condutora 5505 é vedada em relação à câmara coletora 5510 para impedir vazamento do condutor líquido 5415 da câmara condutora 5505 para a câmara 10 coletora 5510. A Figura 57B mostra uma maneira de vedar a câmara condutora 5505 em relação à câmara coletora 5510 . Nesse exemplo, a câmara condutora 5505 termina em uma parede inferior da câmara 5705 que separa a câmara condutora 5505 da câmara coletora 5510.
A parede inferior da câmara 5705 inclui uma abertura de fluxo 15 5715 que é normalmente vedada por um membro de separação 5720.
membro de separação 5720 pode ser feito de material plástico e/ou de borracha contendo uma temperatura de derretimento aproximadamente entre 100°C e 350°C, dependendo da temperatura desejada na qual a proteção contra corrente excessiva deve ser ativada. Materiais apropriados incluem, por exemplo, PP, PE, ABS, PPO, PPS, PTFE, e/ou PEEK.
Durante uma condição de falha da bateria/corrente excessiva, a temperatura do condutor líquido 5415 aumentará. Conforme a temperatura alcança o ponto de fusão 25 do membro de separação 5720, o membro de separação 5720 se torna ineficaz na vedação da câmara condutora 5505 em relação à câmara coletora 5510. O condutor líquido 5415 fluirá da câmara condutora 5505 para a câmara coletora 5510 através da abertura
54/90 de fluxo 5715. O fluxo pode ocorrer pela força da gravidade e/ou por uma força gerada por uma pressão elevada da câmara condutora 5505 (ex. , a força resultante da temperatura de corrente excessiva do condutor líquido 5415) . Conforme o condutor 5 líquido 5415 deixa a câmara condutora 5505, ele cria uma condição de circuito aberto entre terminais 5400a e 5400b. Para garantir que todo o condutor líquido 5415 seja drenado da câmara condutora 5505, o volume da câmara coletora 5510 deve ser pelo menos igual ou superior ao volume da câmara condutora 5505.
A subestrutura de proteção 5500 é facilmente fabricada e prontamente reparada/reciclada.
Coletando o condutor líquido 5415 na câmara coletora 5510, ele pode ser reutilizado em uma subestrutura de proteção 5500 reparada ou nova. Isso é particularmente benéfico se o condutor líquido 5415 não for ecologicamente correto. Adicionalmente, a subestrutura de proteção 5500 pode ser facilmente reparada direcionando o condutor líquido 5415 de volta para dentro da câmara condutora 5505 e substituindo o membro de vedação 5720.
As Figuras de 58 a 60 mostram ainda outra configuração de uma estrutura de interconexão na qual a proteção contra corrente excessiva é baseada na remoção de um líquido condutor entre os terminais das células de batería 300a e 300b. Nessa configuração, a subestrutura de proteção contra corrente excessiva, mostrada de forma geral em 5800, é construída para operar com terminais que se estendem verticalmente a partir da respectiva célula de batería. Conforme mostrado, o terminal 5800a é conectado à célula de batería 300a e se estende verticalmente a partir dela. O terminal 5800b é conectado à célula
55/90 de bateria 300b e se estende verticalmente a partir dela. Cada terminal 5800a e 5800b se estende a partir da respectiva bateria para dentro de uma câmara condutora 5805 da subestrutura de proteção contra corrente excessiva 5800. A câmara coletora 5810 5 é disposta abaixo da câmara condutora 5805. A câmara condutora 5805 e a câmara coletora 5810 são feitas de um material isolante tal como plástico, borracha, cerâmica ou similar. Durante a operação normal do sistema de bateria, a câmara condutora 5805 e a câmara coletora 5810 são vedadas de maneira a impedir 10 vazamento de uma câmara para a outra..
A subestrutura de proteção 5800 pode ser montada em uma série de diferentes maneiras. A Figura 59 mostra uma dessas maneiras . Na Figura 59 , a subestrutura 5800 é formada a partir de duas porções 5900a e 5900b. A porção 5900a 15 é conectada ao terminal 5900a e vedada. A porção 5900b é conectada ao terminal 5800b e vedada. Cada porção 5900a e 5900b inclui metade da câmara condutora 58 05 e metade da câmara coletora 5810. As porções 5900a e 5900b podem ser unidas utilizando-se uma conexão termofusível, conexão de borracha, conexão adesiva, 20 junta soldada, ou similares. Além disso, as porções 5900a e 5900b podem ser vedadas nos terminais correspondentes 5800a e 5800b utilizando molde por inj eção, termofusão, 1 igação adesiva, vedação por agente de penetração, ou similares. Os métodos utilizados para unir as porções uma à outra e aos terminais deve 25 ser suficiente para impedir vazamento de qualquer líquido da câmara condutora 5805 ou da câmara coletora 5810.
A Figura 60 é uma visualização transversal através da subestrutura de proteção 5800. Durante
56/90 a operação normal, um condutor líquido 5415 do tipo descrito acima está contido dentro de uma câmara condutora 5805 e estabelece uma conexão elétrica entre o terminal 5800a e o terminal 5800b.
condutor líquido 5415 pode ser injetado na câmara condutora
5805 por meio de uma abertura 5815 disposta em uma porção superior da câmara condutora 5805. Uma vez que a câmara condutora 5805 tenha sido preenchida com a quantidade desejada do condutor líquido 5415, a abertura 5815 pode ser fechada com um plugue ou outro tipo de vedação.
A câmara condutora 5805 é vedada em relação à câmara coletora 5810 para impedir vazamento do ^condutor~Etíquido 5415 da câmara condutora 5 8 05 para a câmara coletora 5810. Na Figura 60, a câmara condutora 5805 termina em uma parede inferior da câmara 6005 que separa a câmara condutora
5805 da câmara coletora 5810. A parede inferior da câmara 6005 inclui uma abertura de fluxo 6015 que é normalmente vedada por um membro de separação 6020. O membro de separação 6020 pode ser feito a partir de material plástico e/ou de borracha contendo uma temperatura de derretimento aproximadamente entre 100°C e
350°C, dependendo da temperatura desejada na qual a proteção contra corrente excessiva deve ser ativada. Materiais apropriados incluem, por exemplo, PP, PE, ABS, PPO, PPS, PTFE e/ou PEEK.
Durante uma condição de falha da batería/corrente excessiva, a temperatura do condutor líquido 5415 aumentará. Conforme a temperatura alcança o ponto de fusão do membro de separação 6020, o membro de separação 6020 se torna ineficaz na vedação da câmara condutora 5805 em relação à câmara
57/90 coletora 5810. O condutor líquido 5415 fluirá da câmara condutora 5805 para a câmara coletora 5810 através da abertura de fluxo 6015. O fluxo pode ocorrer pela força da gravidade e/ou pela força gerada por uma pressão elevada na câmara condutora 5 5805 (ex. , a força resultante da temperatura de corrente excessiva do condutor líquido 5415). Conforme o condutor líquido 5415 deixa a câmara condutora 5805, ele irá criar uma condição de circuito aberto entre os terminais 5800a e 5800b. Para garantir que todo o condutor líquido 5415 seja drenado da 10 câmara condutora 5805, o volume da câmara coletora 5810 deve ser pelo menos igual ou superior ao volume da câmara condutora 5805. As Figuras 12 e 13 mostram uma estrutura de conexão 12 00 que pode ser utilizada para fazer com que o núcleo da célula de bateria 300 atinja uma temperatura de operação ideal quando a temperatura 15 ambiente estiver abaixo de um limiar pré-determinado. A estrutura de conexão 1200 inclui um elemento de aquecimento 12 05, tal como um aquecedor de cerâmica, que é preso ao conector curvado 800. Uma camada de um material termicamente condutor 1210 é disposta entre o conector curvado 800 e o elemento de aquecimento 20 1205. O elemento de aquecimento 1205 pote ter um corte transversal em forma de L e ser dimensionado adequar-se a uma superfície do conector curvado 800 em oposição à superfície utilizada para estabelecer contato elétrico com uma célula de bateria adjacente. A camada 1210 pode ser formada a partir de 25 materiais tais como uma borracha termicamente condutora, a qual serve como um elemento de aquecimento condutor, um isolante elétrico, e/ou como um adesivo entre o elemento de aquecimento 1205 e o conector curvado 800. Adicionalmente, ou como
58/90 alternativa, o conector curvado 800 e o elemento de aquecimento 1205 podem ser presos um ao outro utilizando um prendedor mecânico que é formado a partir de um isolante elétrico, tal como PA66.
A Figura 13 mostra um sistema que pode ser usado para elevar a temperatura do núcleo da célula de bateria 300 quando as condições de temperatura indicarem que o núcleo está em um limiar de temperatura pré-determinado ou que poderá ficar abaixo dele. Conforme mostrado, o sistema inclui um sensor de temperatura 1305 que é disposto para monitorar a temperatura associada à necessidade de aquecimento do núcleo. O sensor de temperatura 1305 pode ser disposto para monitorar a temperatura ambiente do veículo, a temperatura ambiente do ambiente do sistema de bateria, a temperatura da célula de bateria 300, e/ou outra temperatura desejada. As informações de temperatura são fornecidas a um sistema de controle 1310. O sistema de controle 1310 utiliza as informações do sensor de temperatura para determinar quando a temperatura detectada pelo sensor 13 05 estiver abaixo de um limiar pré-determinado. Quando isso ocorre, o sistema de controle 1310 direciona energia elétrica para o elemento de aquecimento 1205 . A energia elétrica pode ser fornecida por um gerador conectado a um motor movido a gás do veículo e/ou por um sistema de energia de bateria. O elemento de aquecimento 1205 responde à energia elétrica gerando calor que é transferido através da camada 1210 para o conector curvado 800. O conector curvado 800, por sua vez, atua como um elemento termalmente condutor que transfere calor para o interior da célula de bateria 300 com isso elevando a temperatura do núcleo enrolado 200.
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A Figura 14A mostra uma maneira de se conectar uma estrutura de múltiplos núcleos 1450 de uma célula de bateria 300 ao conector curvado 800. Nessa configuração, a estrutura de múltiplos núcleos 1450 inclui três núcleos 5 separados que são, cada um, construídos da maneira do núcleo 200 .
Visando simplicidade, somente uma única extremidade da célula de bateria 300 é mostrada, embora a mesma estrutura básica possa ser utilizada para conectar a extremidade oposta da estrutura de múltiplos núcleos 1450 a um conector de extremidade 10 correspondente 800.
Na Figura 14A, a estrutura de muTriplos núcleos 1450 è disposta dentro do revestimento protetor retangular 305. Um conjunto de cobertura de extremidade 335 se une ao revestimento 305 e veda uma abertura 15 em sua extremidade. Uma gaxeta 1405 formada a partir de um material de isolamento elétrico é disposta dentro do revestimento 3 05 e posicionada entre a extremidade da estrutura de múltiplos núcleos 1450 e o conjunto de cobertura de extremidade 335.0 conector curvado 800 se estende para dentro do revestimento 20 de bateria 305 através do conjunto de cobertura de extremidade 335 de maneira que é projetado a partir da linha central que se estende longitudinalmente através do revestimento 305.
A vista de cima da gaxeta 1405 é mostrada na Figura 15. A gaxeta 1405 inclui três aberturas 1505, 25 1510, e 1515. Cada abertura é definida por um respectivo conjunto de elementos contornados dispostos em cada lado da abertura. A abertura 1505 é definida por elementos contornados 1520 e 1525, a abertura 1510 por elementos contornados 1525 e
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1530, e a abertura 1515 por elementos contornados 1530 e 1535. Cada elemento contornado inclui uma superfície arredondada em um lado próximo ao núcleo enrolado 200 e uma respectiva superfície plana oposta à superfície arredondada . Os elementos contornados 1525 e 153 0 estão espaçados um do outro de maneira que a abertura 1510 é maior do que as aberturas 1515 e 1520. Como resultado, a superfície plana do elemento contornado 1525 é posicionada para facilitar a proteção do núcleo 200 no caso de o conector curvado 800 ser movido em direção ao núcleo 2 0 0 sob forças extraordinárias , tais como aquelas que podem ocorrer durante a colisão de um veículo.
Novamente com relação à Figura 14A, faixas do coletor de corrente 1415 se estendem do ânodo (ou cátodo) de cada núcleo 200 da estrutura de múltiplos núcleos 1450 . Cada faixa do coletor de corrente 1415 pode ser formada a partir de uma ou mais camadas de folha metálica, tais como as camadas de folha metálica que formam as camadas do substrato do ânodo (or cátodo) de cada núcleo 200. Embora cada faixa do coletor de corrente 1415 seja mostrada como uma única camada de folha metálica, cada faixa do coletor de corrente 1415 pode também ser formada a partir de múltiplas camadas de folha metálica que são agrupadas conforme se estendem a partir do ânodo (or cátodo) de cada núcleo 200 da estrutura de múltiplos núcleos 1450. Na Figura 14A, há três faixas do coletor de corrente 1415a, 1415b, e 1415c que se estendem a partir do ânodo (or cátodo) de um respectivo núcleo 200 da estrutura de múltiplos núcleos 1450. Essas faixas do coletor de corrente se estendem através das respectivas aberturas 1505, 1510, e 1515 e para dentro de uma
61/90 cavidade 1420 da gaxeta 1405. Dentro da cavidade 1420, cada faixa do coletor de corrente 1415a, 1415b, e 1415c é elétrica e mecanicamente ligada a uma respectiva folha de conector flexível 1425a, 1425b, e 1425c. Diversos processos de conexão 5 podem ser utilizados para unir as estruturas incluindo, entre outras, soldagem ultrassônica, soldagem por resistência, soldagem a laser, e/ou outro processo de ligação.
Conforme mostrado na Figura 14A, as folhas conectoras 1425a, 1425b, e 1425c estão enroladas dentro 10 da cavidade 142 0 para se unir em um lado comum do conector curvado
800. As folhas conectoras 1425b e 1425c estão enroladas dentro de um primeiro lado da cavidade 142 0 enquanto a folha conectora 1425a está enrolada dentro de um segundo lado da cavidade 1420. 0 primeiro lado da cavidade 142 0 é maior do que o segundo lado 15 da cavidade 1420 devido à projeção do conector 800 com relação à linha central longitudinal do revestimento 305.
Consequentemente, as folhas conectoras 1425b e 1425c têm mais espaço para se enrolarem e prenderem-se ao connector 800 do que a folha conectora 1425a . Os ângulos nos quais as folhas conectoras 20 1425b e 1425c estão curvadas, portanto, são relativamente graduais. Ângulos de curvatura gradual são mais desejáveis do que ângulos de curvatura drástica e têm menos probabilidade de resultar em ruptura da folha conectora correspondente. No entanto, a folha conectora 1425a é disposta em uma porção menor 25 da cavidade 1420. Como tal, a folha conectora 1425a pode requerer um ângulo de curvatura mais drástico a fim de se enrolar e se conectar ao conector 800. Ângulos de curvatura drástica estão sujeitos a uma substancial fadiga mecânica e térmica e isso
62/90 pode resultar em ruptura da folha conectora 1425a.
A fim de tornar a configuração de curvatura da folha conectora 1425a mais confiável, um membro guia de enrolamento 1430 é ligado à folha conectora 1425a. O membro 5 guia de enrolamento 1430 inclui uma porção de ligação 1435 e uma porção arredondada 144 0. A porção de 1 igação 143 5 é presa à folha conectora 1425a na parte exterior à sua conexão com as outras folhas conectoras 1425b e 1425c. A porção arredondada 1440 tem forma e diâmetro que direciona a folha conectora 1425a para se 10 curvar em um ângulo gradual conforme se aproxima do conector curvado 800 com isso aumentando a confiabilidade da folha conectora 1425a. , Alem disso, o membro guia de enrolamento 1430 pode ser dimensionado para mover o coletor 1415a e a folha conectora 1425a em direção a parede lateral da gaxeta 1405.
Dessa maneira, o coletor 1415a e a folha conectora 1425a não experimentam tanto movemento como podería ocorrer de outra forma quando a célula de bateria 300 vibra. De forma similar, os comprimentos das folhas conectoras 1425b e 1425c podem ser selecionados de maneira que a configuração de curvatura 20 correspondente limita a vibração desses components dentro da câmara.1420. A confiabilidade e segurança da célula de bateria 300 são aumentadas com essas estruturas.
A utilização do membro guia de enrolamento 1430 pode ser estendida a conjuntos que contêm mais 25 do que três folhas conectoras bem como conjuntos que contêm menos do que três folhas conectoras. Em cada caso, o membro guia de enrolamento 1430 é, de preferência, preso a uma folha conectora que se curva no lado em que é conectada ao conector curvado 800
63/90 em oposição a uma folha conectora que se enrola abaixo e em torno do conector curvado 800 para a conexão. Além disso, membros guias de enrolamento adicionais podem ser presos com folhas conectoras 1425b e 1425c para impedir curvatura desnecessária 5 dessas folhas conectoras também.
A Figura 14B mostra uma maneira de se conectar um núcleo de uma célula de bateria 3 00 ao conector curvado 800. Nessa configuração, somente um único núcleo 200 é utilizado. Da mesma forma, somente um único coletor de 10 corrente 1415 se estende a partir the núcleo 200 para conexão elétrica com o conector curvado 800. Para reduzir o grau dos ângulos que precisam ser formados na conexâo_da—Êo-l-ha—f4~2'5^para alcançar o conector curvado, 800,- o coletor de corrente 1415 é disposto através da abertura 1515 que está mais distante do 15 conector curvado 800. Em todos os outros casos, a cobertura de extremidade 3 00 da Figura 14B é a mesma daquela mostrada na Figura 14A.
A gaxeta 1405 pode incluir abas 1410 que se unem aos rebaixos correspondentes no revestimento 20 protetor 305. As abas 1410 podem ser usadas para prender a gaxeta 1405 no revestimento 305. Adicionalmente, ou como alternativa, a gaxeta 1405 pode ser presa dentro do revestimento protetor 305 por meio de soldagem, um ou mais prendedores mecânicos , um adesivo, ou outro mecanismo de conexão.
A gaxeta 1405 auxilia na proteção do núcleo 200 de diversas maneiras diferentes. Por exemplo, a porção da gaxeta 1405 próxima ao núcleo 200 ajuda a manter o núcleo 200 no alinhamento longitudinal adequado dentro do revestimento
64/90 protetor 305. O membro contornado de projeção 1525 auxilia impedindo que o conector 800 e as conexões em sua face lateral entrem em contato com o núcleo 200 durante um acidente ou falha mecânica. O estreitamento das aberturas fornecidas pelos membros contornados 1520, 1525, 1530 e 1535 ajuda a guiar os coletores de corrente 1415a, 1415b e 1415c para dentro da câmara 1420 durante a fabricação da célula de batería 300 . Além disso, a gaxeta 1405 ajuda a entesar o revestimento protetor 305 para proporcionar um aumento da proteção ao núcleo enrolado 200.
As Figuras 16 e 17 mostram one maneira de vedar a extremidade do revestimento protetor 305 com o conjunto de cobertura de extremidade 3 2.5-__A—E-igu-ra—te-é-umã” visualização transversal através de uma séção transversa do conjunto de cobertura de extremidade 325 enquanto a Figura 17 é uma visualização transversal através de uma seção longitudinal do conjunto de cobertura de extremidade 325.
O conjunto de cobertura de extremidade 325 inclui uma chapa de cobertura/tampa de extremiade 1605, uma bainha 1610, um conector 800 e um material de vedação 1615. Para fabricar o conjunto de cobertura de extremidade 325, a chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 são soldadas uma à outra para formar uma estrutura integral. Entre outras, a operação de soldagem pode incluir soldagem a laser, soldagem de arco de argônio, e outros processos de soldagem. A chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 podem ser formadas a partir de aço inoxidável . Uma vez que a chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 tenham sido soldadas uma à outra, elas podem ser colocadas sobre o conector 800 que se estende de uma porção interior da
65/90 célula de batería para uma porção exterior. O conjunto de cobertura de extremidade 325 inclui um chapa de cobertura 1605, a bainha 1610, o conector 800, e um material de vedação 1615. Para fabricar o conjunto de cobertura de extremidade 32 5, a chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 são soldadas uma à outra para formar uma estrutura integral. Entre outras, a operação de soldagem pode incluir soldagem a laser, soldagem de arco de argônio, e outros processos de soldagem. As operações de fabricação que ocorrem após a chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 terem sido soldadas uma à outra não exigem um alto grau de calor. Consequentemente, a probabilidade de outros componentes da célula de batería sofrerem dano ÇQmo_xe&ulta-dô-da'fabrícaçao do conjunto de cobertura de extremidade '325 é reduzida.
A chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 podem ser formadas a partir de aço inoxidável . Antes de processamento adicional, as superfícies da chapa de cobertura 1605, da bainha 1610, e do connector 800 que entrarão em contato com o material de vedação 1615 podem ser friccionadas para aumentar a adesão entre essas estruturas e o material de vedação 1615.
Com relação às Figuras 16 e 17, o conector 800 inclui canais superiores 1620 dispostos em faces opostas do conector 800 e canais inferiores 1625 dispostos em faces opostas do connector 800. Os canais superiores e inferiores 1620 e 1625 se estendem substancialmente ao longo do comprimento do conector 800. Os canais 1620 são posicionados de maneira que fiquem geralmente justapostos às bordas que se estendem para dentro 1630 da bainha 1610.
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O conector 800 também inclui uma pluralidade de furos de passagem 1635 que se estendem completamente através da largura do conector. Conforme mostrado na Figura 16, os furos de passagem 1635 estão posicionados adjacentes a outro conjunto de bordas que se estendem para dentro 1640 da bainha 1610. Conforme mostrado na Figura 17, os furos de passagem 1635 podem ser dispostos em diversas posições ao longo do comprimento do conector 800 e entre os canais 1620 e 1625.
Uma vez que a chapa de cobertura 1605 e a bainha 1610 tenham sido soldadas uma à outra, o conector 800 é direcionado para a posição desejada dentro de um canal interior da bainha 1610 e o ma_teri.al--de--v-edaçãO-lUT5__e'frfj^êtadcT nas regiões -intersticiais entre o conector 800, a bainha 1610 e a chapa de cobertura 1605. O material de vedação é injetado sob alta pressão para preencher os canais 1620, 1625, os furos de passagem 1635, bem como as regiões ao redor das bordas que se estendem para dentro 1630 e 1640.
O material de vedação 1615 pode ser um plástico (ex. , PFA, PES, PPS, PP modificado, etc.), um· composto de borracha, uma resina (ex., uma resina epóxi, resina epóxi modificada de aldeído fenólico, etc.), uma borracha de aglutinação (ex., epóxi de dois componentes, borracha termof usível, etc.) . O material de vedação 1615 deve ser um isolante elétrico e ser capaz de sustentar a exposição ao eletrólito e ao ácido hidroclórico. Além disso, o material de vedação 1615 deve ser capaz de se ligar a diversos metais usados para formar o conector 800, a bainha 1610, e a chapa de cobertura 1605 (ex., cobre, alumínio, aço inoxidável e outros metais) .
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O material de vedação 1615 se estende além da porção superior da bainha 1610. Mais especificamente, o material de vedação 1615 preenche a região interior entre a bainha 1610 e o conector 800 e se enrola em torno da parte externa da bainha 1610 para formar um flange protetor 1645. O flange protetor 1645 aumenta o aprimoramento da integridade da vedação. Além disso, o flange protetor 1645 pode absorver um pouco das forças de vibração e impacto que seriam, de outra forma, transmitidas ao conector 800 .
Conforme mostrado na Figura 61, o conjunto de cobertura de extremidade 325 pode incluir outra cobertura de ρΓο±_β.ο^ο-6-ί&5—adapta às porções mais afastadas dós outros membros'do conjunto de cobertura de extremidade 325. Na configuração ilustrada, a cobertura de proteção 6105 inclui uma primeira porção 6115 que se estende ao longo de uma superfície externa e se adapta a esta superfície externa da chapa de cobertura 1605. A chapa de cobertura 1605 pode incluir um flange de chapa de cobertura 612 0 que se une a um flange correspondente 6125 da primeira porção 6115. A cobertura de proteção 6105 também inclui uma segunda porção 6110 que se estende em um ângulo de, por exemplo, aproximadamente 90° a partir da primeira porção 6115. A segunda porção 6110 se estende próxima à superfície externa e se adapta a esta superfície externa da bainha 1610 e do flange protetor 1645, e termina em uma abertura 613 0 através da qual o terminal 8 00 se projeta. De preferência, a segunda porção 6110 é vedada no terminal 800 na abertura 6130. Além disso, a segunda porção 6110 inclui um flange interior 6140 que se une ao flange protetor 1645 . A região
68/90 da segunda porção 6110 sob o flange interior 6140 pode ser dimensionada de maneira que o flange protetor 1645 aplique uma força contra a cobertura de proteção 6105 para ajudar a prender a cobertura de proteção 6105 na chapa de cobertura 1605.
A cobertura de proteção 6105 pode ser formada a partir de um isolante elétrico. Por exemplo, a cobertura de proteção 6105, pode ser formada a partir de plástico (ex. , PFA, PES, PP modificado ou similar) , borracha (ex. , EPDM, borracha estireno-butadieno, ou similares), resina (resina epoxi, resina epoxi modificada aldeído fenólica, ou similar). Tais materiais são isolantes, resistentes ao fogo e não se _deg^lâdam—Lmedia-ba-me-nrt-e-p-edo^eTé^trciTTtõ^dã^célula de batería. A formação da cobertura de proteção 6105 utilizando materiais isolantes reduz e/ou elimina curto-circuitos resultantes da distorção física -do conector 800 (ex., durante a colisão/acidente de um veículo) com relação à chapa de cobertura 1605. De forma similar, a cobertura de proteção 6105 pode se estender próxima à botda das porções da chapa de cobertura 1605 para evitar contato elétrico indesejado entre a célula de batería e outras estruturas do sistema de batería.
A cobertura de proteção 6105 pode ser formada como uma estrutura integral ou uma estrutura de partes múltiplas. As Figuras 62 e 63 ilustram estruturas de cobertura de proteção de partes múltiplas enquanto a Figura 64 ilustra uma estrutura de cobertura de proteção integral.
Na Figura 62, a cobertura de proteção 6105 a partir de duas metades da cobertura de proteção 6200a e 6200b. Cada metade 6200a e 6200b inclui uma respectiva
69/90 primeira porção 6115a, 6115b que é dimensionada para se estender ao longo de uma superfície externa e adaptar-se a essa superfície externa da chapa de cobertura 1605. Cada metade 6200a e 6200b també, inclui um respectivo flange 6125a, 6125b que se une ao flange correspondente da chapa de cobertura 6120. As porções secundárias 6110a, 6110b se estendem em um ângulo, por exemplo, de aproximadamente 90° a partir das primeiras porções 6115a, 6115b. As porções secundárias 6110a, 6110b são dimensionadas para se estender próximas a uma superfície externa e adaptar-se a essa superfície externa da bainha 1610 e do flange protetor 1645 . As aberturas 6130a, 6130b estão dispostas através de cada _me.tade—6-2-OOa.-,—ôútOOb e sãõ dimensionadas para permitir que o terminal 800 se projete por ali. As porções secundárias 6110a, 6110b incluem flanges interiores 6140a, 6140b que se unem ao flange protetor 1645. O flange protetor 1645 pode aplicar uma força contra os flanges interiores 6140a, 6140b para ajudar a prender a cobertura de proteção 6105 na chapa de cobertura 1605.
As metades da cobertura de proteção 6200a, 6200b são unidas usando estruturas de acoplamento. Na Figura 62, a metade 6200a inclui uma extensão retangular 6205a que é dimensionada para se unir à abertura retangular 6205b da metade 6200b. Aplicando a cobertura de proteção 6105 ao conjunto de cobertura de extremidade 325, as metades 6200a e 6200b podem ser direcionadas lateralmente uma em direção à outra de maneira que os flanges interiores 6140a e 6140b se unem à parte de baixo do flange protetor 1645. Simultaneamente, as estruturas de acoplamento 6205a e 6205b se direcionam uma à outra até estarem substancial ou totalmente
70/90 unidas. Dependendo das dimensões e características da cobertura de proteção 6105, um agente de ligação pode ser aplicado a uma superfície exterior de cada uma das estruturas de acoplamento 6205a e 6205b antes da montagem para aumentar a integridade geral 5 da cobertura de proteção 6105. Também podem ser usadas outras técnicas de ligação.
As estruturas de acoplamento podem tomar uma varidade de formas diferentes. Na Figura 63, a metade 6200a inclui umn extensão oval 6305a que é dimensionada 10 para se unir a uma abertura oval correspondente 6305b da metade
6200b. Outras formas de estrutura de acoplamento (ex. , -----t-riang^u-l-a-r-;—trapezoíclãl ou similar) também podem ser usadas.
Na Figura 64, a cobertura de proteção 6105 é formada como uma estrutura integrada e singular.
Quando formada dessa maneira, a cobertura de proteção material é, de preferência, altamente elástica de maneira que a cobertura de proteção pode ser aplicada ao conjunto de cobertura de extremidade 325 sobre o terminal 800.
A cobertura de proteção 6105 pode incluir indicativos visuais de sinais das características da célula de batería/terminal. Nas coberturas de proteção mostradas nas Figuras 62-64 , é fornecido um indicador visual 6215 do tipo polo para identificar o terminal correspondente como um terminal de cátodo ou terminal de ânodo. O indicator de exemplo
6215 identifica o terminal correspondente 800 como um terminal de cátodo.
Com relação à Figura 17, o conjunto de cobertura de extremidade 325 inclui um respiradouro
71/90 de escape 1800. Um respiradouro de escape 1800 é adaptado para impedir uma ruptura catastrófica da célula de bateria 300 no caso de a pressão interior da célula de bateria 300 chegar a um nível inseguro. Se essa pressão não for aliviada, a célula de bateria 300 poderá explodir. Em cada uma das Figuras de 62 a 64, a cobertura de proteção 6105 inclui um respiradouro de descarga 6210 que está sobre o respiradouro de escape 1800 de maneira que a cobertura de proteção não impede a liberação de gases e/ou outros materiais do respiradouro de escape 1800.
• A Figura 18 mostra uma configuração de um conjunto de escape 1800 que pode ser usado no conjunto de cobertura de extremidade 32 5 . O conjunto de escape 1800 inclui uma tampa do respiradouro 1805, um pino de ruptura 1810, e uma base do respiradouro 1815. Conforme mostrado, o conjunto de escape 1800 é preso sobre um respiradouro de descarga 1820 da chapa de cobertura 1605.
A tampa do respiradouro 18 05 pode ser na forma de um cone trapezoidal cortado com uma superfície inferior exposta. Uma pluralidade de aberturas de descarga 1825 está disposta através dos lados da tampa do respiradouro 1805. A área cumulativa das aberturas de descarga 1825 deve ser maior do que a área da abertura 1820. O pino de ruptura 1810 se estende por meio de uma abertura no topo da tampa do respiradouro 1805 onde é preso utilizando, por exemplo, soldagem por pontos a laser .
A base do respiradouro 1815, conforme mostrado nas Figuras 18 e 19, inclui um anel anular 1830 e um flange 1835. A membrana deformável 1840 é anexada ao anel anular 1830 soldando-a sobre a abertura interior do anel. A
72/90 largura do anel anular 1830 possui um diâmetro que é, de preferência, menos do que aproximadamente 70% da largura de sua abertura interior. Além disso, a largura da borda 1845 do anel anular 1830 de preferência não excede 70% - 80% da largura do respiradouro de descarga 1820.
A membrana deformável 1840 é, de preferência, formada a partir do mesmo material da chapa de cobertura 1605 (ex. alumínio, aço inoxidável, etc.) e possui uma espessura aproximadamente entre 0,01 mm-0,1 mm, com uma espessura preferível entre 0,01 mm e 0,05 mm. A espessura da membrana deformável 1840, no entanto, pode ser ajustada com base —ncr-rrívet-de pressão excessiva na qual o conjunto do respiradouro 1800 is to fail. A membrana deformável 1840 pode ser soldada com solda forte para vedar devidamente a abertura do anel anular 1830 e pode ser formada a partir de folha metálica, tal como folha de alumínio, folha de cobre, etc.
Base de válvula 1815 é soldada à chapa de cobertura 1605 utilizando-se um feixe de alta energia tal como um laser ou feixe eletrônico. A tampa do respiradouro 1805 inclui uma bossa 1850 que é presa à base do respiradouro 1815. A bossa 1850 inclui uma pluralidade de aberturas 1855 que estão distribuídas próximas à sua circunferência para facilitar uma soldagem de feixe de alta energia da tampa do respiradouro 1805 à base do respiradouro 1815.
Conforme a pressão dentro célula de bateria 300 se aproxima de um nível crítico, a membrana deformável 1840 se distorce na direção do pino de ruptura 1810. Ao atingir a pressão crítica, a membrana deformável 1840 é
73/90 perfurada pelo pino de ruptura 1810 para liberar a pressão e impedir a explosão da célula de bateria 3 00. A pressure na qual a ruptura da membrana deformável 1840 ocorre pode ser ajustada ajustando a distância entre a membrana deformável 1840 e o pino de ruptura 1810. Além disso, a forma do pino de ruptura 1810 pode ser usada para causar diferentes modos de ruptura em diferentes pressões críticas. Além disso, durante a montagem da célula de bateria, quando o ar dentro célula de bateria 300 é expelido durante a fabricação, há uma distorção inversa da membrana deformável 1840 que aumenta a distância entre a membrana e o pino de ruptura 1810. Essa característica facilita a rápida -í-abr-rcHção de~baterias normais e a remoção segura de baterias anormais da linha de produção.
As Figuras 21 e 22 mostram estruturas alternativas de alívio de pressão 2100 e 2200. Cada estrutura pode ser disposta vedada em uma abertura de descarga correspondente da chapa de cobertura 325. A estrutura de alívio 2100 é formada a partir da membrana deformável 2105 contendo uma fenda de enfraquecimento 2110. De forma similar, a estrutura de alívio 2200 é formada a partir da membrana deformável 2205 contendo uma fenda de enfraquecimento 2210. As principais diferenças entre as estruturas 2100 e 2200 estão na forma dada pelas bordas de cada membrana e da forma da fenda de enfraquecimento disposta em cada membrana. As dimensões das membranas deformávels 2105 e 2205 de cada estrutura de alívio de pressão 2100 e 2200 bem como a profundidade e extensão de cada fenda de enfraquecimento 2110 e 2210 dependem da pressão específica na qual a respectiva estrutura deve falhar para
74/90 impedir a explosão da célula de bateria. Ainda outra estrutura alternativa de alívio de pressão inclui preencher o respiradouro de descarga com um material de vedação de polímero, onde a vedação de polímero é adaptada para falhar acima de uma pressão pré-determinada.
As Figuras 65-67 ilustram outra configuração de um respiradouro de escape 1800. A Figura 65 mostra o respiradouro de escape 1800 em um estado montado na chapa de cobertura 1605. Ά Figura 66 é uma visualização expandida do respiradouro de escape 1800 enquanto a Figura 67 é uma visualização transversal do respiradouro.
—---- Nessa configuração, . o respiradouro de escape 1800 inclui uma membrana 6605 que é disposta sobre um canal 6610 que, por sua vez, cerca uma abertura de descarga 1820 da chapa de cobertura 1605 . O canal 6610 inclui uma borda interior 6625 que define a abertura 1820 e uma borda exterior 6620 que define o perímetro do canal 6610. A diferença radial entre as bordas 6620 e 6625 pode ser aproximadamente 10% a 15% do raio da abertura de descarga 1820.
A membrana 6605 é dimensionada para encaixar suavemtente dentro da borda exterior 6620 do canal 6610. Uma variedade de materiais pode ser usada para formar a membrana 6605 incluindo, por exemplo, alumínio, liga de alumínio, aço, ou qualquer outro material que atenda aos requisitos de falha de material para o respiradouro 1800. Além disso, o material pode ser selecionado de maneira que seja um que possa ser facilmente soldado. A espessura do material pode ser aproximadamente entre 0,01 mm e 0,1 mm. Embora a membrana 6 60 5
75/90 ilustrada seja circular, outras formas (ex., retangular, elíptica, quadrada, ou similar) também podem ser usadas.
Uma máscara de segurança 6615 é disposta sobre a membrana 6605 . A máscara de segurança 6615 inclui um aro 6630 que se encaixa suavemente na borda exterior 6620 do canal 6610, onde é soldada à borda exterior 662 0 em uma ou mais juntas 6705. Técnicas de soldagem que podem ser usadas incluem, por exemplo, soldagem a laser e/ou soldagem por feixe de elétrons .
A porção de coroa 6635 se estende a partir do aro 6630 em uma direção afastada da membrana 6605. A porção de coroa 6635 pode ter um raio que é geralmente igual ao raio da abertura 1820. Uma pluralidade de aberturas ovais 6640 é disposta nas paredes laterais da porção de coroa 6635. A área total das aberturas ovais 6640 pode ser aproximadamente igual ou superior à área da abertura 1820 . A espessura da parede da máscara de segurança 6615 pode ser aproximadamente entre 0,1 mm - 0,5 mm.
A estrutura de respiradouro de escape precedente pode ser usada para obter diversas vantagens. Por exemplo, a montagem da estrutura é simples e econônica. Quando a membrana 6605 e a máscara de segurança 6615 são montadas sobre a abertura 1820, o conjunto pode ser facilmente preso à chapa de cobertura 1605 soldando o aro 6630 da máscara de segurança 6615 à borda exterior 6620 do canal 6610. A máscara de segurança 6615 ajuda a proteger a membrana 6605 contra forças externas com isso assegurando a integridade do respiradouro de escape 1800 como um todo. Além disso, a máscara de segurança 6615 pode ser useda para reduzir a expulsão de materiais não
76/90 gasosos da célula de bateria quando a pressão interior da célula de bateria exceder níveis seguros.
A Figura 2 3 é um diagrama de blocos de um conjunto de baterias 2300 no qual múltiplas células de bateria 300 estão interconectadas em série e agrupadas dentro de um único alojamento 2305. O número de células de bateria 300 em um único aloj amento 2 3 05 pode variar de 8 a 15 , de preferência , com 10 células de bateria por grupo. Conectores terminais 2810 estão dispostos em extremidades opostas do conjunto de baterias 2300 e são usadas para fornecer um meio de estabelecer uma conexão elétrica e mecânica entre múltiplos conjuntos de baterias 2300.
-CfãTõj amento 2305 é, de preferência, vedado hermeticamente. e à provad'água, mas inclui dutos 2310 para receber um fluxo de um fluído térmico por ali. Os dutos 2310 estão dispostos lateralmente em lados opostos do conjunto de baterias 2300 de maneira que o fluxo do fluído térmico corra próximo aos conectores 800 para aquecer ou esfriar as células de bateria 300 do conjunto de baterias 2300. Os invólucros protetores das células de bateria adjacentes podem estar próximos uns aos outros já que estão em contato direto ou dispostos imediatamente adjacentes uns aos outros em faces opostas de uma lâmina isolante.
A Figura 24 é uma visualização expandida de uma configuração de um alojamento 2305 que pode ser usado para formar o conjunto de baterias 2300 . Nessa configuração, o alojamento 2305 inclui uma pluralidade de células de bateria 300 conectadas em série. As células de bateria 300 são conectadas umas às outras da maneira mostrada na Figura 23. Um separador 2405 feito a partir de um material isolante é disposto
77/90 entre cada célula de bateria 300 para isolar eletricamente os invólucros protetores das células de bateria 300. De preferência, no entanto, os separadores 2405 não são empregados. Ao invés disso, os invólucros protetores estão de preferência 5 em contato direto uns com os outros de maneira que formam uma única unidade térmica . Assim o controle da temperatura é mantido com mais facilidade.
Células de bateria 300 são dispostas entre uma chapa inferior 2410 e uma chapa superior 2415 10 para limitar o movimento das células de bateria 300 ao longo do eixo y. Estruturas defletoras 2420 são dispostas em cada lado ----dcr-grupo de células de bateria 3 00 e orientadas para atravessar o' comprimento das células de bateria 300. As estruturas defletoras 2420 cooperam umas com as outras para limitar o 15 movimento das células de bateria 300 ao longo do eixo x. Placas laterais 2425 estão dispostas em extremidades opostas das células de bateria 3 00 e se estendem ao longo da largura do grupo de células de bateria. As placas laterais 2425 limitam o movimento das células de bateria 300 ao longo do eixo z.
Os elementos de vedação 2450 podem estar localizados entre cada estrutura defletora 2420 e • as chapas superior e inferior 2415, 2410 bem como entre cada placa lateral 2425 e as chapas superior e inferior 2415, 2410. Dessa maneira, e as chapas superior e inferior 2415, 2410 formam vedações à prova d'água com os componentes de acoplamento. Tais vedações ajudam a impedir curto-circuitos que poderíam de outra forma ocorrer quando a célula de bateria 300 falhar e permitir que líquidos escapem.
78/90
As estruturas defletoras 2420 são feitas de um material plástico isolante contendo força mecânica, resistência a degradação térmica, ductilidade a baixa temperatura desejados e resistência a substâncias químicas ambientais e da bateria no veículo. Uma configuração de uma estrutura defletora 2420 é mostrada na Figura 25. Cada estrutura defletora 2420 é composta por uma chapa defletora 2430, um enrigecedor do defletor 2435, e buracos 2440 dispostos nos cantos da estrutura defletora 2420. Os buracos 2440 são adaptados para aceitar hastes de tensão correspondentes que se estendem entre as estruturas defletoras 2420 para ali prender as células de -baterra-3“0O . A espessura total de cada estrutura defletora 242 0 · -» - ' ’ r ' pode ser aproximadamente entre 3 mm e 15mm. A espessura de cada chapa defletora 243 0 pode ser aproximadamente entre 3mm e 5mm. A espessura de cada enrigecedor do defletor 2435 pode ser aproximadamente entre 5mm e 2mm. O enrigecedor do defletor 24 3 5 distribui igualmente forças horizontais e verticais ao longo da estrutura defletora 2420 e aumenta a habilidade da estrutura defletora 2420 de proteger as células de bateria 300. Furos de passagem podem ser pré-posicionados para facilitar a utilização de prendedores mecânicos, tais como parafusos, nos quatro cantos da estrutura defletora 2420. Tal fixação mecânica é conveniente para conectar as chapas superior e inferior 2415, 2410 à estrutura defletora 2420. Há estruturas em L na estrutura defletora 2420 que estão posicionadas para serem acopladas às chapas superior e inferior 2415, 2410. A chapa superior 2415 está localizada entre uma estrutura em L superior e uma estrutura em L inferior da estrutura defletora 2420. Um buraco está localizado entre a
79/90 chapa superior 2415 e the estrutura em L superior da estrutura defletora 2420. O aperture is adapted to reburaco é adaptado para receber um pino que limita o movimento entre a chapa superior 2415 e a estrutura defletora 2420 com isso inibindo o movimento das células de bateria 300 ao longo dos eixos x e y.
As chapas superior e inferior 2415, 2410 são feitas a partir de material plástico isolante contendo as características mecânicas e químicas desejadas. Conforme mostrado na Figura 26, as chapas superior e inferior 2415, 2410 são, cada uma, compostas por uma chapa plana 2605, um enrigecedor 2610, e buracos 2615. Os buracos 2615 são ^adaptados para receber hastes de tensão correspondentes que se estendem entre as chapas superior e inferior 2415, 2410. Toda a espessura de cada uma das chapas superior e inferior 2415, 2410 pode ser aproximadamente entre 3mm e 15mm. A espessura de cada chapa plana 2605 pode ser aproximadamente entre 3mm e 5mm. A espessura de cada enrigecedor 2610 é aproximadamente entre 5mm e lOmm. O enrigecedor 2610 é adaptado para distribuir forças horizontais e verticais igualmente sobre as respectivas estruturas das chapas superior e inferior 2415, 2410. Parafusos pré-encaixados nas chapas superior e inferior 2415, 2410 são usados para conectar as chapas superior e inferior 2415, 2410 às estruturas defletoras 2420 bem como às placas laterais 2425. A bossa no lado interno da chapa superior 2410 limita o movimento das células de bateria 300 ao longo do eixo y.
As placas laterais 2410 são feitas de material plástico isolante contendo as características mecânicas e químicas desejadas. Conforme mostrado na Figura 26,
80/90 cada placa lateral 2425 possui um contorno que é compatível com as aberturas laterais formadas quando a chapa superior 2415 e a chapa inferior 2410 são conectadas umas às outras.
alojamento do conjunto de baterias 2305 é vantajoso por vários motivos. Por exemplo, o alojamento do conjunto de baterias 2305 limita o movimento das células de batería 300 ao longo de todo excesso de movimentação com isso melhorando a confiabilidade do conjunto de baterias 2300 e prolongando a vida útil da batería. O movimento das células de batería 300 pode ser limitado imediatamente ao longo dé cada eixo projetando as estruturas defletoras 2420 e as chapas superior e inferiõr^i^-S-de-maneiria-que diminua o volume ocupado pelo conjunto de baterias'2300/’ Com a formação do. alojamento 2305 a partir de um material isolante, o risco de curto-circuitos é reduzido porque as células de batería 3 00 não podem se conectar eletricamente através do alojamento 2305. Além disso, com a utilização de um material plástico para formar os componentes do alojamento 2305 o peso do conjunto de baterias 2300 é reduzido. Além disso, a probabilidade de ocorrerem curto-circuitos advindos do vazamento da célula de batería é reduzida uma vez que é fornecido um material de vedação nas juntas entre os diversos componentes do conjunto de baterias 2300 com isso impedindo vazamento de fluído do conjunto de baterias.
A Figura 27 mostra um conector 2700 que é usado para interconectar mecânica e eletricamente conjuntos de baterias adjacentes 2300. O conector 2700 inclui um primeiro braço condutor 2705 e um segundo braço condutor 2710 que são conectados por uma folha metálica multicamada em forma
81/90 de arco 2715. A folha metálica em forma de arco 2715 pode ter uma espessura aproximadamente entre 0,01 mm e 5,0 mm e pode ser formada a partir de folha de cobre para torna-la conveniente para soldagem. Como alternativa, os braços condutores 2705 e 2710 bem como a folha metálica em forma de arco 2715 podem ser formados a partir de níquel, alumínio ou outro metal. De preferência, os braços condutores 2705, 2710 e a folha metálica em forma de arco 2715 são feitos do mesmo material para aumentar a condutividade global do conector 2700. A formação da folha metálica em forma de arco 2715 pode incluir a pressão a quente de uma pluralidade de lâminas metálicas finas umas às outras enquanto f orj andõ^^ãs^m—uma—e-s-t-mt-ura em forma de arco. Cada braço condutor 2705 e 2710 inclui uma Junta* em L. 2720 próxima à folha metálica em forma de arco 2715 na qual a folha metálica em forma de arco 2715 é soldada e/ou pressionada a quente ao respectivo braço. O tamanho de cada braço condutor 2705, 2710 e folha metálica em forma de arco 2715 é determinado pelo tamanho dos terminais de eletrodos dos conjuntos de baterias que utilizam o conector 2700 bem como a capacidade de carregamento de corrente necessária entre os conjuntos de baterias. A folha metálica em forma de arco 2715 pode ser dimensionada de maneira que falhe quando sujeita a uma força de impacto que exceda uma magnitude pré-determinada para com isso desconectar o conjunto de baterias a partir de um conjunto de baterias adjacente. Além disso, a folha metálica em forma de arco 2715 pode ser dimensionada para operar como um fusível para desconectar conjuntos de baterias adjacentes quando a corrente entre os conjuntos de baterias adjacentes exceder um nível pré-determinado.
82/90
A Figura 68 mostra outro conector 2700 que pode ser usado para interconectar mecânica e eletricamente conjuntos de baterias adjacentes 2300. Nessa configuração, o conector 2700 inclui um primeiro braço condutor 6805 e um segundo braço condutor 6810 que são conectados por um membro metálico em forma de arco 6815 . O membro metálico em forma de arco 6815 pode ser formado como uma tela metálica 6825 que se estende entre braços de suporte em forma de arco 6830 opostos.
A tela metália 6825 pode ter uma espessura aproximadamente entre
0,01 mm e 5,0 mm e pode ser formada a partir de filamentos de.
um único tipo de metal ou múltiplos metais para torná-la conveniente pãrã soirdagetru Os—brac_os 6 805, 6810 podem ser formados como lâminas metálicas contendo aberturas 6820 pelas quais prendedores se estendem para fixar o conector 2700 aos respectivos conjuntos de baterias.
Os braços condutores 6805 e
6810 bem como o membro metálico em forma de arco 6815 podem ser formados a partir de cobre, níquel, alumínio ou outro metal. De preferência, os braços condutores 6805, 6810 e o membro metálico em forma de arco 6815 são feitos do mesmo material para aumentar a condutividade global do conector 2700 . O tamanho de cada braço condutor 6805, 6810 e membro metálico em forma de arco 6815 é determinado pelo tamanho dos terminais de eletrodos dos conjuntos de baterias que usam o conector 2700 bem como a capacidade de carregamento de corrente necessária entre os conjuntos de baterias. O membro metálico em forma de arco 6815 pode ser dimensionada de maneira que falhe quando sujeita a uma força de impacto que exceda uma magnitude pré-determinada para com isso desconectar o conjunto de baterias a partir de um
83/90 conjunto de baterias adjacente. Além disso, o membro metálico em forma de arco 6815 pode ser adaptado para operar como um fusível para desconectar conjuntos de baterias adjacentes quando a corrente entre os conjuntos de baterias adjacentes exceder um nível pré-determinado. Ainda, o conector 2700 pode ser formado
de maneira que seja elástico o bastante para suavizar
mecanicamente qualquer movimento entre conjuntos de baterias
adj acentes.
A Figura 28 mostra como os
conectores 2700 são usados para’ intercõnectar múltiplos conjuntos de baterias 2805a e 2805b que são organizados em uma conf iguraçãcr~cãbeça—com—e-a-be-ça-.—No entanto, os conj untos de baterias 2805a e 2805b também podem ser organizados -lado a lado conforme mostrado na Figura 69 e e ainda utilizarem os conectores 2700. Conforme mostrado, os conjuntos de baterias 2805a e 2805b têm, cada um, um par dos terminais do conjunto de baterias disposto ao longo de um único lado do conjunto, um terminal em cada extremidade da lateral. Os terminais do conjunto de bateria podem ser adaptados para se romper quando sujeitos a forças extraordinárias que ocorrem durante um acidente com um veículo ou similar. Um conector 2700 é usado em cada extremidade do conjunto de baterias para estabelecer uma conexão mecânica e elétrica entre os terminais do conjunto de bateria. Para simplicidade, somente os terminais 2810a e 2810b são mostrados e discutidos, embora a mesma configuração seja usada entre cada terminal de um conjunto de baterias que é adjacente a um terminal de outro conjunto de baterias. O conector 2700 entre os conjuntos de bateria 2805a e 2805b fornece um tampão mecânico
84/90 que absorve forças de impacto quando há um deslocamento relativo entre os conjuntos de baterias 2805a e 2805b. Além disso, o conector 2700 pode ser adaptado para cortar a conexão entre conjuntos de baterias adjacentes quando sujeitos a forças extraordinárias que ocorrem durante um acidente com um veículo ou similares.
O conector 2700 é preso aos conjuntos de baterias 2800a e 2800b conectando os braços condutores 2710 a uma placa de conexão 2830a do terminal 2810a e os braços condutores 2705 a uma placa de conexão 2830b do' terminal adjacente 2810b. Cada um dos braços condutores 2705 e 2710 inclu í uma rêndcr2~7-2-5-ada7g-t-ada-p.ara_receber fio de so 1 d a g e m (ver Figura 27) . Além disso, cada braço 2705, -2710 inclui, uma pluralidade de buracos 2730 adaptados para receber prendedores mecânicos . Para conectar os terminais adj acentes dos conj untos de baterias 2805a e 2805b, é colocado um fio de soldagem em cada fenda 2725. Cada braço 2705, 2710 é então soldado (ex. , usando solda forte, soldagem a laser, soldagem ultrassônica, etc.) ao terminal correspondente. De preferência, cada braço é fixado ao terminal correspondente usando solda forte. A solda forte permite a fácil manutenção da interconexão entre os conjuntos de baterias e, ainda, simplifica a substituição de um conjunto de baterias no sistema de bateria uma vez que a liga metálica que forma a interconexão pode ser facilmente reaquecida para separar o conjunto de baterias de outros conjuntos de baterias em um sistema de bateria. Adicionalmente, os prendedores mecânicos 2840, tais como parafusos ou similares, são inseridos nos buracos 2715 para encaixarem nos buracos correspondentes do
85/90 respectivo terminal e estabelecer uma conexão mais confiável entre os braços condutores e o terminal correspondente. Soldar e fixar o conector 2700 aos terminais correspondentes dos conjuntos de baterias adjacentes estabelece, dessa forma, um caminho de alta capacidade de corrente e baixa resistência entre os conjuntos de baterias adjacentes. Embora os conjuntos de baterias adjacentes possam ser conectados de maneira que fiquem eletricamente paralelos, a disposição preferida é tê-los conectados serialmente.
A Figura 29 mostra um sistema de bateria 2900 que fornece energia elétrica para e recebe energia elétrica a partir do motor/gerador de.um veículo capaz de ser movido à energia elétrica. O Sistema de bateria 2900 inclui múltiplos conjuntos de baterias 2805. O número de conjuntos de baterias pode ser aproximadamente cinco, e de preferência, dez. Cada conjunto de bateria 2805 inclui uma pluralidade de células 300, de preferência em uma faixa entre 8 e 15 conjuntos, e, de preferência, dez conjuntos. As células 300 de cada conjunto de bateria 2805 estão eletricamente conectadas em série. Além disso, os múltiplos conjuntos de baterias 2805 estão eletricamente conectados em série.
Cada conjunto de bateria 2805 é disposto em um respectivo alojamento do conjunto de baterias 2305 . O veículo é equipado comum compartimento que contém os múltiplos conjuntos de baterias e seus alojamentos. O compartimento facilita a conexão elétrica com o motor/gerador. O alojamento do conjunto de baterias 2305 para cada conjunto de baterias 2805 é substancialmente vedado em relação ao ambiente (ex. , ã prova
86/90 d'água) exceto que as aberturas são providas através de cada conjunto de baterias 2805 em uma região próxima aos seus respectivos terminais. As aberturas dos alojamentos de conjuntos de bateria adjacentes 2305 são interconectadas por dutos para facilitar a circulação de um fluido de resfriamento, tal como ar, ao longo do sistema de bateria 2900.
O compartimento que contém o sistema de bateria 2 900 pode ter forma e tamanho que se adaptem parcialmente sob o assento traseiro do passageiro do veículo e parcialmente em um compartimento de bagagem do veículo. Como alternativa, o compartimento pode ter forma e tamanho que se adaptem sob o~piso' db~ veículo.- —- - ........... .....~
Na Figura 29, um fluído térmico, como ar, é impulsionado através do sistema de bateria 2900 por uma bomba 2905. A bomba 2905 impulsiona o fluído térmico através do sistema 2900 nas direções designadas pelas setas de fluxo 2910 . Conforme ilustrado pelas setas de fluxo, a bomba 2905 direciona o fluído térmico por meio de uma unidade de processamento térmico 2915 antes de ser fornecido a uma entrada 2927 de um duto central 2930 para distribuição às outras porções do sistema 2900. A unidade de processamento térmico 2915 pode incluir um condensador 2920 para resfriar o fluído térmico e um aquecedor 2925 para aquecer o fluído térmico. O condensador 2920 é ativado quando a temperatura do sistema de bateria 2 900 excede um limiar pré-determinado. De forma semelhante, o aquecedor 2 92 5 é ativado quando a temperatura do sistema de bateria 2900 estiver abaixo de um limiar pré-determinado.
Conforme o fluído térmico circula
87/90 pelo duto central 2930, ele aquece ou esfria as porções terminais de cada conjunto de bateria 2805 próxima ao duto central 2930.
Ao alcançar uma porção de extremidade 2940 do duto, o fluído térmico é direcionado para os dutos exteriores 2910, 2940 do sistema de bateria 2900. Isso permite ao fluído térmico aquecer ou resfriar as porções terminais de cada conjunto de baterias 2805 próximas aos dutos exteriores do sistema de bateria 2900.
As células de bateria 300 dentro sistema de bateria 2900 operam assim em um ambiente controlado no qual a temperatura é mantida 10 em um nível ideal. Um pouco do fluído térmico pode ser canal i zado a partir dos dutos do sistema de bateria 2900 para o compartimento do passageiro *do veículo; ' Dessa maneira-,«-o.,calor, gerado^ pelo sistema de bateria 2900 é usado parâ aquecer'o compartimento interior do passageiro do veículo. A quantidade de fluído 15 térmico canalizado a partir dos dutos dó sistema de bateria 2900 pode ser controlada por um indivíduo dentro do compartimento do passageiro para regular a temperatura do compartimento.
As Figuras de 30 a 34 ilustram ‘vantagens associadas ao fornecimento de conexões ao ânodo e ao 20 cátodo de um núcleo enrolado nas extremidades opostas do núcleo.
Para comparação, a Figura 30 mostra uma bateria 3000 contendo um núcleo 3005, um conector de ânodo 3010 , e um conector de cátodo 3115. O conector de ânodo 3010 e o conector de cátodo 3015 estão posicionados no mesmo lado do núcleo 3005. A distribuição de 25 corrente no núcleo 3005 durante a operação é indicada pelo sombreamento. Conforme mostrado, há uma densidade de corrente substancial próxima aos conectores 3010 e 3015. Áreas de alta densidade de corrente estão associadas a temperaturas elevadas
88/90 de acordo com a lei de Ohm. Consequentemente, as áreas próximas aos conectores 3010 e 3015 ficam quentes durante a operação e degradam o desempenho da bateria. A longevidade da bateria 3 000 é também afetada.
A Figura 31 mostra uma bateria 310 0 contendo um núcleo enrolado 310 5, um conector de ânodo 3110, e um conector de cátodo 3115. O conector de ânodo 3110 e o conector de cátodo 3115 estão dispostos em lados opostos do núcleo enrolado 3105. O núcleo 3105 possui um comprimento 3120 e uma largura 3125. O conector de ânodo 3110 possui uma largura 3130 enquanto o conector de cátodo 3115 possui uma largura 3135. Embora as larguras 31'3'0 e 3135 sejam mostradas-como..menores do_ que a largura 1025 , essas larguras podem ser estendidas de maneira que sejam substancialmente proporcionais à largura 3125 do núcleo 3105.
As dimensões mostradas na Figura podem tomar diversas proporções. Por exemplo, a razão de comprimento 3120 com relação à largura 3125 pode ser aproximadamente entre 1,5 para 45, de preferência, aproximadamente entre 2,5 e 3,5. A razão da largura 313 0 com relação à largura 3135 pode ser aproximadamente entre 0,8 e 1,2, de preferência, entre 0,9 el. A razão da largura 3130 (bem como da largura 3135) com relação à largura 3125 pode ser aproximadamente entre 0,3 e 0,6, de preferência entre 0.4 e 0.5.
A Figura 32 ilustra uma situação na qual a largura 3130 e a largura 3135 são aproximadamente a mesma. Nessa situação, o campo elétrico 3200 forma um ângulo θ com relação a uma borda do núcleo 3105. O valor do ângulo θ
89/90 é determinado por tan'1 ( (W-a)/L) , onde W é a largura 3125, a é a largura 3130, e L é o comprimento 3120. Quando o ângulo Θ for aproximadamente entre 0o e 20° a densidade da corrente pode ser otimizada. Isso ocorre quando 0< (W-a)/L<0.37.
A Figura 33 ilustra a densidade da corrente no núcleo 3105 durante a operação . Conforme mostrado, a densidade da corrente não está concentrada em um lado do núcleo 3105 mas, ao invés disso, está distribuída em lados opostos próximos ao conector de ânodo 3110 e ao conector de cátodo 3115. A densidade da corrente próxima ao meio do núcleo 3105 é reduzida em comparação à Figura 30. Consequentemente, a porção central do núcleo 3105 não ésta suj eita--a elevações-signif i.cat ivas _de temperatura. Além disso, as variações de temperatura não estão concentradas em um único lado do núcleo 3105.
A Figura 34 é uma tabela que compara o desempenho de uma bateria construída de acordo com a Figura 30 (designada bateria A) versus uma bateria construída de acordo com a Figura 31 (designada bateria B) . As colunas da Figura 34 correspondem aos valores a seguir:
A coluna 34 05 corresponde ao número de ciclos de descarga/recarga para cada bateria;
- A coluna 3410 corresponde à capacidade da bateria após o número de ciclos mostrado na coluna 3405;
- A coluna 3415 corresponde à razão da capacidade atual da bateria para a capacidade original da bateria após o número de ciclos mostrado na coluna 3405;
- A coluna 3420 corresponde à temperatura máxima próxima ao conector de ânodo que ocorre durante a operação da bateria após
90/90 ter sido sujeita ao número de ciclos mostrado na coluna 3405;
- A coluna 3425 corresponde à temperatura máxima próxima ao conector de cátodo que ocorre durante a operação da batería após ter sido sujeita ao número de ciclos mostrado na coluna 3405; e
- A coluna 3430 corresponde à temperatura máxima próxima ao centro do núcleo que ocorre durante a operação da batería após ter sido sujeita ao número de ciclos mostrado na coluna 3405.
Conforme mostrado, há diferenças significativas entre os parâmetros de desempenho da batería A e da batería B. As diferenças de desempenho se tornam cada vez mais evidentes conforme a batería passa por mais - ciclos de carga/recarga. Consequentemente, o desempenho.da,batería B é melhor do que o da batería A com o passar do tempo e a batería B tem maior longevidade.
Embora diversas configurações da invenção tenham sido descritas, ficará aparente àqueles de habilidade comum na técnica que muito mais configurações e implementações são possíveis dentro do objetivo da invenção. Assim sendo, a invenção não deve ser restrita com excessão em face das reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims (4)

REIVINDICAÇÕES
1. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, prevendo um núcleo (200) tendo uma placa catódica (110), uma placa anódica (105) e uma placa separadora (115); um cofre (305) com um terminal aberto, o cofre sendo dimensionado para acomodar o núcleo (200) ao longo de um eixo longitudinal do cofre; um encaixe de tampa de terminal adaptado para fechar o terminal aberto; um terminal de núcleo em comunicação elétrica com a placa catódica (110) e a placa anódica (105), onde o terminal se estende através da tampa do terminal a partir de uma porção interior da célula (300) eletroquímica de armazenamento para uma porção externa dela; uma tampa de proteção (6105) configurada para se adaptar às partes mais externas do encaixe da tampa do terminal, caracterizado por a tampa de proteção (6105) incluir ainda: uma primeira tampa (6200a), metade incluindo uma abertura (6130a) para o terminal e uma primeira estrutura de encaixe (6205a); uma segunda tampa (6200b), metade incluindo uma abertura (6130b) para o terminal e uma segunda estrutura de encaixe (6205b) para conexão com a primeira estrutura de encaixe (6205a); e onde a primeira estrutura de encaixe (6205a) é configurada para se encaixar mecanicamente à segunda estrutura de encaixe (6205b) em um plano perpendicular ao eixo longitudinal do cofre, de modo que o terminal de núcleo seja retido por fricção à abertura formada pela segunda e a segunda metades das tampas.
2/5 caracterizada por a primeira estrutura de encaixe ter um membro retangular estendendo-se da primeira metade da tampa (6200a) e a segunda estrutura de encaixe (6205b) tenha uma abertura retangular dentro da segunda metade da tampa (6200b) posicionada para receber o membro retangular.
2. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 1,
Petição 870190019913, de 27/02/2019, pág. 11/17
3/5 por compressão com o encaixe da tampa do terminal.
7. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 6, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ser formada a partir de um isolador elétrico.
8. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 7, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ser formada a partir de um plástico selecionado do grupo que consiste de PFA, PES, e PP modificado.
9. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 7, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ser formada a partir de uma borracha selecionada do grupo que consiste de EPDM e estireno-butadieno.
10. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 7, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ser formada a partir de um residente selecionado do grupo que consiste de resina epóxi e resina epóxi modificada por aldeído fenólico.
11. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizada por a tampa de proteção (6105) se estender sobre as porções limítrofes de uma placa de cobertura do encaixe da tampa do terminal para evitar contato elétrico indesejado da célula (300) com outras estruturas do sistema de bateria.
12. SISTEMA DE BATERIA PARA UM
Petição 870190019913, de 27/02/2019, pág. 13/17
3. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizada por a primeira estrutura de encaixe ter um membro oval estendendo-se da primeira metade da tampa (6200a) e a segunda estrutura de encaixe (6205b) tenha uma abertura oval dentro da segunda metade da tampa (6200b) posicionada para receber o membro retangular.
4. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ter: uma primeira porção que se estenda e se adapte com uma superfície externa de uma placa de cobertura do encaixe da tampa do terminal; e uma segunda porção que se estenda e se adapte com uma superfície externa de uma bainha e o flange protetor do encaixe da tampa do terminal.
5. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 4, caracterizada por a segunda porção ter, ainda, uma abertura através da qual o terminal se projete.
6. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE ARMAZENAMENTO, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizada por a tampa de proteção (6105) ser formada a partir de um material compressível e ser adaptada para prender-se
Petição 870190019913, de 27/02/2019, pág. 12/17
4/5
VEÍCULO, caracterizado por ter: diversas baterias interconectadas umas com as outras a fim de fornecer energia elétrica e receber energia elétrica do veículo, onde cada bateria compreenda diversas células interconectadas eletricamente dispostas em uma relação lado-a-lado, cada uma das várias células eletricamente interconectadas tendo: um núcleo (200) compreendendo uma placa catódica (110), uma placa anódica (105) e uma placa separadora (115), um cofre (305) com um terminal aberto, o cofre sendo dimensionado para acomodar o núcleo (200), um encaixe de tampa de terminal adaptado para fechar o terminal aberto, um terminal de núcleo em comunicação elétrica com a placa catódica (110) e a placa anódica (105), onde o terminal se estenda através da tampa do terminal a partir de uma porção interior da célula (300) para uma porção externa dela; uma tampa de proteção (6105) configurada para se conformar às partes mais externas do encaixe da tampa do terminal, caracterizada por a tampa de proteção (6105) prever ainda: uma primeira tampa (6200a), metade incluindo uma abertura (6130a) para o terminal e uma primeira estrutura de encaixe(6205a); uma segunda tampa (6200b), metade incluindo uma abertura (6130b) para o terminal e uma segunda estrutura de encaixe (6205b) para conexão com a primeira estrutura de encaixe (6205a); e onde a primeira estrutura de encaixe (6205a) é configurada para se encaixar mecanicamente à segunda estrutura de encaixe (6205b) em um plano perpendicular ao eixo longitudinal do cofre, de modo que o terminal do núcleo seja retido por fricção na abertura formada pela primeira e a segunda metades das tampas.
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