SE519958C2 - Ett bipolärt batteri och en biplåtsammansättning - Google Patents

Description

519 958 inneslutning av närvarande gaser och producerade gaser under drift. I en sluten konstruktion måste gaser som genereras under laddning kemiskt rekombineras inuti cellen för stabil drift. Tryckinneslutningskravet skapar ytterligare utmaningar i byggnadssättet för en stabil bipolär konfigurering.

Batteritillverkare har inte utvecklat bipolära batterier kommersiellt eftersom ett fungerande slutet byggnadssätt alltid har varit ett problem. Den omfattande majoriteten utvecklingsarbete hittills har varit enbart relaterad till blyteknologi. Tätningen är svår att åstadkomma på grund av den galvaniska krypningen av elektrolyten, de korrosiva för- hållandena och värmen och trycket som genereras av batteriet.

Andra tillverkare har försökt att göra läckageíria tätningar, och använder stela tillvägagångssätt som till slut fallerar på grund av termisk expansion och tryckändringar. I föreliggande beskrivning kan trycket som bildas i varje battericell släppas ut genom en säkerhetsventil om trycket överskrider en förutbestämt nivå.

Nya krav inom området för transport, kommunikationer, medicin och kraftverktyg genererar specifikationer som nuvarande batterier inte kan uppnå. Dessa inkluderar längre livscykel och behovet av snabb och effektiv återuppladdning.

NiMH-system ses som alternativet för att möta livscykel, men kostnaderna för existerande konventionell tillverkning är alltför hög.

Vid återuppladdning av ett idealt batteri skulle energin lagras med 100 % effektivitet, och återuppladdningen skulle avslutas när 100 %-tillståndet uppnåddes. I de flesta batterier kan detta avgöras genom att känna till förhållandet mellan batteritemperaturen och den önskade slutspänningen. 0 Eftersom batterier inte är 100 6 effektiva kan det krävas 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 lO 519 958 O 104 % (för nya blybatterier) för att uppnå 100 6 återupp- laddning. Blybatterier uppvisar en tämligen brant ökning i cellspänning när de närmar sig full laddning, se figur 8.

Kraftförsörjning kan sättas till en avkänningsspänning, och avslutar laddningen vid det tillfället. Alternativt kan kraftförsörjningen programmeras att lämna en begränsad ytterligare mängd av laddning, då en satt spänning uppnås.

Nickelkadmium- och Nickelmetallhydrid-celler har en annan karakteristik: när de närmar sig full laddning börjar spänningen att sjunka, se figur 9.

Laddningsspänning är alltid högre än cellens spänning med öppen strömkrets, eftersom den måste övervinna resistiva för- luster, vilka läggs till den erforderliga spänningen för att äteruppladda cellen. Den mängden av högre spänning är propor- tionell till återuppladdningshastigheten_ Nickelceller accep- terar ström vid förhöjda temperaturer vid lägre spänningar.

Problemet uppstår när man försöker àteruppladda fullt, eller äteruppladda elektroder som inte är likformigt urladdade.

De delarna av elektroderna med lägre resistans eller som är fullt laddade kommer att börja överladda innan resten av cellen är laddad. Dessa områden kommer att omvandla laddnings- energin till syre via elektrolys. Syret rekombineras därefter på den negativa elektroden som producerar en ekvivalent mängd värme och temperaturen i cellen ökar. Temperaturökningen kommer att vara större i områden som överladdas och rekom- bineras, sä ökande mängder av äteruppladdning kommer att flyta genom de varmare områdena. Emedan detta tids nog kan skada cellen, förhindrar det förmågan att avgöra att ett batteri är fulladdat baserat på dess spänning.

Det finns ett behov av ett batteri som erbjuder laddnings- och urladdningskapacitet vid hög effekt med läng livslängd vid 70957 korrigerade krav.doc; 22/11/02 519 958 överkomliga priser som är säkra att hantera under laddnings- och urladdningsprocedurer; Samanfattning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett bipolärt batteri, företrädesvis ett NiMH~batteri, som har ett tryckutjämningsorgan som tillàter tryckuppbyggnad inuti en battericell att distribueras till andra battericeller och att nämnda tryck kan övervakas.

Detta syfte uppnàs genom ett bipolärt batteri sàsom definieras i den kännetecknade delen av krav 1 och en biplätsammansätt- ning såsom definieras av den kännetecknande delen av krav 5.

En fördel med föreliggande uppfinning är att det bipolära batteriet ökar driftssäkerhetsmättet jämfört med bipolära batterier enligt känd teknik.

Ytterligare syften och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att vara uppenbar för fackmän inom omrädet från den följande detaljerade beskrivningen av det visade bipolära elektrokemiska batteriet och metoderna för att tillverka biplätsammansättningar som har pressade elektroder.

Kortfattad beskrivning av ritningarna De olika utföringsformerna visade i de bilagda ritningarna är inte skalenlig eller i proportion, utan överdrivna för att peka ut olika viktiga egenskaper för tydlighetsskull.

Figur 1 visar en planvy av en första utföringsform av en biplàtsammansättning enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en tvärsnittsvy utefter A-A i figur 1. 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 lO l5 519 958 Figur 3 visar en partiell tvärsnittsvy av en biplätsammansättning med en gjuten ram.

Figur 4 visar en planvy av en andra utföringsform av en biplàtsammansättning enligt uppfinningen.

Figur 5 visar en tvärsnittsvy utefter A-A i figur 4.

Figur 6 visar en partiell tvärsnittsvy av en andra utföringsform av en biplàtsammansättning med en gjuten ram.

Figur 7 visar ett bipolärt batteri enligt föreliggande uppfinning.

Figur 8 visar en batteriladdningskaraktäristik för traditionella batterier.

Figur 9 visar en batteriladdningskaraktäristik för Nickelcell- batterier.

Figur 10 visar en batteriladdare ansluten till ett batteri enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer De största vinsterna med den bipolära batteriutformningen är enkelhet och läga resistansförluster. Antalet delar hos bat- teriet är relativt fä, vilka utgörs av endast polplattor och biplätar med lämplig sammansättning och tätande komponenter.

Batterier med en önskad spänning konstrueras genom att stapla det erforderliga antalet biplàtar. Den elektriska anslutningen mellan cellerna görs när batteriet staplas, eftersom varje bi- plàt är elektriskt ledande och ogenomtränglig för elektrolyt.

Med poler vid varje ände är strömflödet vinkelrätt till plåten, vilket säkerställer likformig ström- och spännings- 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 lO 519 958 distribution. Eftersom strömmens väg är mycket kort reduceras spänningsfallet väsentligt.

Bipolära batterier kommer även att ha väsentligt reducerad vikt, volym och tillverkningskostnad på grund av eliminering av komponenter och tillverkningens tillvägagångssätt.

Det största problemet med bipolära batterier som inte tidigare har lösts kommersiellt är att erhålla en tillförlitlig tätning mellan celler inom det bipolära batteriet. Ett annat problem är att undvika överladdning av batteriet och sålunda generera ett högt tryck inom cellen som kan göra att batteriet exploderar. En lösning till detta problem presenteras nedan.

Tätningen pà en cell är av yttersta vikt för alla typer av batterier och bipolära batterier är inget undantag. Individ- uella celler innehåller de aktiva materialen (för NiMH- batterier är Nickelhydroxid positiv respektive metallhydrid- vätelagringsförening negativ), separator och elektrolyt.

Elektrolyten krävs för jontransport mellan elektroderna. Det bästa byggsättet, optimerad för livslängd, vikt och volym, kräver rekombination av gaser.

Batterier producerar alltid gaser när de laddas. Utgasnings- hastigheten ökar när batteriet närmar sig full laddning och når maximum vid full laddning. Gaserna som produceras är syre och väte.

Batterier avsedda för effektapplikationer har tunna elek- troder. Lång livslängd med minimal vikt och volym är erfor- derliga attribut, vilka kräver en sluten konstruktion.

Syre kommer att rekombinera ganska fort, därför utformas batterier så att syre kommer att vara den första gas som genereras om cellen överladdas eller överurladdas. Detta kräver två åtgärder: 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 ~ 519 958 l) Överdimensionera det negativa materialet, i allmänhet med %, för att säkerställa att den positiva elektroden, som gasar syre, kommer att vara den första som gasar. 2) Tillhandahàll gaskanaler fràn den positiva till den negativa, där syre kommer att rekombinera. Gaskanalerna er- hàlls genom att styra mängden elektrolyt inuti elektrodens porer och genom separatorn. Alla ytor hos elektroden mäste vara täckt med ett tunt lager av elektrolyt för transport av joner, men lagret mäste vara tillräckligt tunt för att tillàta gasdiffusion genom lagret, och måste tillåta passage av gas genom hela de aktiva lagren och separatorn.

Den negativa elektroden skulle utgasa väte om den överladdas.

Eftersom väte inte rekombinerar fort, skulle tryck byggas upp inom cellen. Syrerekombinationen laddar effektivt ur det negativa med samma hastighet som det laddas upp, och sàlunda förhindras överladdning av den negativa.

Ytan hos det aktiva materialet, kombinerat med den likformiga spänningsdistributionen hos det bipolära byggsättet, förbätt- rar snabb rekombination.

Det bipolära tillvägagängssättet kommer att säkerställa att spänningsfallet över det aktiva materialet kommer att vara likformigt i alla områden, sä att hela elektroden kommer upp till full laddning vid samma tidpunkt. Detta kommer att elimi- nera det stora problemet i konventionella konstruktioner, där delar av en elektrod överladdar och utgasar emedan andra (avlägsna) områden hos elektroden ännu inte är fullt laddade.

Cellerna i vanliga batterier är slutna för att innesluta elek- trolyten för riktig prestanda hos cellerna och för att för- hindra elektrolytvägar mellan närliggande celler. Närvaron av elektrolytvägar mellan cellerna kommer att tillata elektrolyt- 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 lO l5 519 958 sammankopplade celler att urladdas med en hastighet som bestäms av vägens resistivitet (vägens längd och tvärsnitt).

Tätningar pà bipolära batterier är viktigare eftersom elektro- lytvägen är potentiellt mycket kortare. Det bör noteras att ett viktigt särdrag i denna beskrivning är användningen av en horisontell elektrolytbarriär för att väsentligen öka längden hos den potentiella vägen. En ytterligare angelägenhet är mängden värme som alstras vid drift av cellen. Beroende pä storleken av den genererade värmen mäste byggsättet kunna avvisa värmen och bibehålla en säker driftstemperatur.

Om en elektrolytväg utvecklas mellan celler kan ett litet läckage mellan celler korrigeras med fulladdning av batteriet med jämna mellanrum. Batteriet kan överladdas genom en bestämd mängd och vid en läg hastighet. Den làga hastigheten skulle tillàta fulladdade celler att rekombinera gaser utan att generera tryck och avge värmen frän rekombinationen/över- laddningen. Celler som har smà elektriska läckagevägar mellan cellerna skulle bli balanserade.

Värmeflödet i en bipolär cell kommer att ske i en radiell riktning och faktum är att polplattorna företrädesvis är nägot isolerade för att säkerställa att de har samma temperatur vid drift som resten av batteriet.

Det är sällan nödvändigt att ett batteri är fullt laddat för att åstadkomma dess användbara funktion. Batterier är rutin- mässigt överdimensionerade och överbyggda. Om en process kräver 50 AH (Amperetimmar) är behovet vanligtvist àtminstone dimensionerat 10 % högre. Eftersom batterier förlorar kapacitet över dess livstid, ökas kapaciteten hos ett nytt batteri med den förväntade förlusten, vilket resulterar i möjligtvist ett 70 AH-behov för ett nytt batteri enligt detta exempel. Tillverkaren kommer troligtvis att ha ett konstruk- 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 519 958 tionsmål på 75 AH i medeltal för att tillåta variationer i tillverkningsprocessen. Mycket av denna överbyggnad är för att kompensera försämringen i livslängdskapaciteten som orsakas genom överladdning. Närmandet när det gäller överladdning är det ”traditionella närmandet”, vilket beror på dumma laddare som opererar vid en bestämd spänning, och som använder över- skottsenergi till att överladda batteriet för att säkerställa att batteriet är fullt laddat. Denna ansökan föreslår ett annat närmande som resulterar i ett korrekt laddat bipolärt batteri.

Figur 1 är en planvy och figur 2 är en tvärsnittsvy (utefter A-A i figur 1) av en utföringsform av en biplåtsammansättning.

Normalt kräver en biplätsammansättning en ram för att bilda de individuella cellerna inom batteriet, men för tydlighets skull är ramen utelämnad från figur 1 och 2.

Biplåtsammansättningen innefattar en biplàt 11, företrädesvis gjord av Nickel eller Nickelbelagd stål. En positiv elektrod 12 och en negativ elektrod 13 är förbundna till varje respek- tive sida av biplàten 11. Varje elektrod är anordnad att en- dast täcka en central del av biplåtens 11 sida för att lämna utrymme för att implementera tätningen och värme avledande medel. En elektrolytbarriär 14, vilken förhindrar elektrolyt- läckage, tillhandahålls på båda sidorna av biplåten mellan elektroden och en elastomer 15. Syftet med elastomeren 15 är att bilda en tätning mellan det inre och det yttre av batteriet. Elastomeren tillhandahålls mellan barriären 14 och kanten 16 på båda sidorna av biplåten 11.

Ett hål 21 genom biplåten tillhandahålls mellan ringen av elastomer 15 och elektrolytbarriären 14. Funktionen av detta hål 21 kommer att bli mer uppenbar i samband med beskrivningen av figur 3. En andra elektrolytbarriär 22 tillhandahålls kring 70957 korrigerade kravndoc; 22/11/02 lO i 519 958 hålet 21 på båda sidorna av biplàten 11 för att eliminera en elektrolytläckageväg mellan närliggande celler.

En serie av hål 17 genom biplàten 11 tillhandahålls även kring perimetern mellan elastomeren 15 och kanten 16. Hålen 17 i biplàten 11 beskrivs i mer detalj i anslutning till figur 3.

Elektroderna 12, 13 kan vara anslutna till biplàten ll på många olika sätt, men företrädesvis är elektroderna tillverk- ade direkt pä biplàten genom att använda pressat pulver, såsom beskrivs i den svenska patentansökan 0102544-4 med titeln ”En metod för tillverkning av en biplàtsammansättning, en biplàt- sammansättning och ett bipolärt batteri", av samma sökande.

Genom att använda metoden att pressa pulvret direkt på biplàten kan tunna elektroder som har mindre aktivt material tillverkas.

Formen hos biplàten är företrädesvis rektangulär för att maximera den användbara ytan hos biplàten och för att bättre använda biplàten till värmeavledningssyften. Den maximala värmevägen kommer att vara begränsad till halva längden av den kortaste sidan av rektangeln. I denna utföringsform är ett hörn avklippt för att tillhandahålla utrymmet för hålet 21.

Elektrolytbarriärerna 14 och 22 är tillverkade av ett lämpligt hydrofobiskt material, sàsom en fluorpolymer eller liknande material. Det hydrofobiska materialet kan vara applicerat till biplàten som ett flytande eller fast material och därefter härdat pä plats, vilket kommer att förbinda barriären till bi- plàten pà ett effektivt sätt för att förhindra elektrolyt- läckage mellan cellerna.

Figur 3 visar en partiell tvärsnittsvy av en komplett biplàt- sammansättning, inkluderande en ram 18. Ramen 18 omsluter, i denna utföringsform, ringen av elastomer 15 pà både den 70957 korricerade kravndoc; 22/11/02 “J lO 1519 958 ll negativa och positiva sidan av biplåten 11. Ramen 18 kan ha elastiska egenskaper som tillåter den att pressas ihop när flera biplåtsammansättningar 10 staplas ovanpå varandra för att tillhandahålla bra tätningsegenskaper hos cellerna inom batteriet.

Dragstänger (inte visade) kan vara anordnade kring perimetern av batteriet för att tillhandahålla lämpligt tryck som behövs för att åstadkomma tätning av cellerna. Å andra sidan, om ramen 18 inte år tillverkad av ett elastiskt material måste ett slutgiltigt tätningsmaterial, såsom epoxy, användas för att tillhandahålla tätning mellan polplattorna och biplåtsammansättningarna.

Ramen 18 är försedd med styrorgan för att göra det enklare att stapla biplåtsammansättningar. Dessa styrorgan innefattar en tunga 19 anordnad på en första sida av ramen, t ex. sidan som motsvarar den positiva sidan, och en fördjupning 20 på en an- dra sida, t.ex. den sida som motsvarar negativa sidan. Tungan 19 och fördjupningen 20 är placerade direkt ovanför ringen av elastomer 15 på respektive sida av biplåten. Elastomeren är företrädesvis mer flexibel än materialet hos ramen 18.

I fallet när ramen 18 inte är elastisk kommer tungan 19 och fördjupningen 20 att samverka att tillhandahålla en tillfällig tätning för att förhindra att det slutgiltiga tätningsmateri- alet, såsom epoxy, att komma in i cellen när det appliceras.

Hålen 17 genom biplåten 11 fylls med samma material som bildar ramen 18, vilket företrädesvis utförs med hjälp av formsprut- ning av ramen 18, men andra tekniker kan naturligtvis använ- das. Fördelen med att tillhandahålla hålen 17 och fylla dem med gjutmaterial är att den yttre tätningen, dvs. ramen 18 och den omslutande ringen av elastomer 15, enkelt kan följa alla 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 lO l5 519 958 12 ändringar i biplåtens storlek. Storleken hos biplåten ll kan ändras på grund av värme som utvecklas under uppladdning eller urladdning av elektroderna. De elastiska egenskaperna hos den yttre tätningen gör det möjligt att följa ändringar utan ett genombrott i tätningen mellan närliggande celler.

Företrädesvis sträcker sig inte ramen 18 över hålet 21 i bi- plåten 11. Det hydrofobiska materialet 22 är placerat kring hålet pà båda sidorna av hålet 21 i biplàten. Syftet med det hydrofobiska materialet är att förhindra bildandet av en elek- trolytläckageväg genom hålet 21 mellan närliggande celler i batteriet. När flera biplåtsammansättningar staplas på varan- dra, såsom beskrivs i anslutning till figur 7, kommer ett gemensamt gasutrymme att bildas vilket kommer att eliminera tryckskillnader mellan celler i ett bipolärt batteri.

Ringen av elastomer 15 behöver inte implementeras på biplàt- sammansättningen. Sammanbindningen genom hålet 21 kommer att utjämna trycket hos närliggande celler i batteriet, och där- igenom utjämna trycket inuti batteriet.

Figur 4 är en planvy och figur 5 är en tvärsnittsvy (utefter A-A i figur 4) av en andra utföringsform av en biplåtsamman- sättning, där ramen är utelämnad för tydlighets skull.

Biplàtsammansättningen innefattar en biplàt 24, företrädesvis gjord av Nickel eller Nickelbelagd stål. En positiv elektrod 12 och en negativ elektrod 13 är förbundna till varje respek- tive sida av biplåten 24. Varje elektrod är anordnad att en- dast täcka en central del av biplàtens 24 sida såsom beskriv- its i anslutning till figur 1 och 2. En elektrolytbarriär 14, vilken förhindrar elektrolytläckage, tillhandahålls på båda sidorna av biplåten mellan elektroden och kanten 16 hos biplàten 24. 70957 korrigerade kravfldoc; 22/11/02 l0 519 958 13 Ett hål 21 genom biplåten tillhandahålls mellan kanten 16 och elektrolytbarriären 14. Funktionen av detta hål 21 är beskriv- en i samband med figur 3. En andra elektrolytbarriär 22 till- handahålls kring hålet 21 på båda sidorna av biplåten 11 för att eliminera en elektrolytläckageväg mellan närliggande celler. En ytterligare tredje elektrolytbarriär 23 är även tillhandahållen på den inre väggytan av hålet 21.

I denna utföringsform finns inga hål tillhandahållna kring perimetern av biplåten 24. Ringen av elastomer som är närvar- ande i den första utföringsformen (se figur 1-3) är även ute- lämnad.

Storleken på biplåten 24 kan reduceras jämfört med biplåten 11 i den första utföringsformen, men storleken av elektroderna är den samma med ett hörn avklippt för att tillhandahålla utrymme för hålet 21.

Elektrolytbarriären 14, 22 och 23 är tillverkade av ett lämp- ligt material, såsom fluorpolymer eller liknande material så- som beskrivits ovan. Tillägget av den tredje barriären 23 kommer att ytterligare minska möjligheten att en elektrolytväg bildas mellan närliggande celler i batteriet.

Figur 6 visar en partiell tvärsnittsvy av en komplett biplåt- sammansättning, inkluderande ramen 18. Ramen 18 omsluter, i denna utföringsform, endast kanten hos biplåten 24 och en del av varje sida av biplåten. Ramen 18 kan ha samma egenskaper såsom beskrivits i anslutning till figur 3.

Ramen 18 år försedd med styrorgan för att göra det enklare att upplinjera staplade biplåtsammansättningar. Dessa styrorgan innefattar en tunga 19 anordnad på en första sida av ramen, , t.ex. sidan som motsvarar den positiva sidan, och en fördjup- 70957 korrigerade krawdoc; 22/11/02 lO l5 519 958 14 ning 20 pà en andra sida, t.ex. den sida som motsvarar nega- tiva sidan.

Ramen 18 sträcker sig företrädesvis inte över hàlet 21 i bi- plåten 24. Det hydrofobiska materialet är placerat kring hàlet 21 pà båda sidorna, dvs. den andra barriären 22, och pà den inre väggytan av hàlet 21, dvs. den tredje barriären 23. Syf- tet med det hydrofobiska materialet är att förhindra bildandet av en elektrolytläckageväg genom hålet 21 mellan närliggande celler i batteriet. Tillägget av den tredje barriären kommer att ytterligare reducera möjligheten att etablera en elektro- lytläckageväg, såsom tidigare nämnts.

Fastän endast ett häl 21 genom bipläten 11 och 24 har beskriv- its, är det uppenbart att ett flertal häl kan tillhandahållas genom biplàten.

Figur 7 visar ett bipolärt batteri 60 i tvärsnitt som har sju celler. Batteriet innefattar en positiv pol 61 och en negativ pol 62, där varje har en positiv respektive negativ elektrod.

Sex biplätsammansättningar är staplade ovanpå varandra i en sandwichstruktur mellan de två polerna 61, 62. En separator 50 är anordnad mellan varje närliggande positiv 12 och negativ 13 elektrod som bildar en cell, där separatorn innefattar en elektrolyt och en förutbestämd procentuell andel av gaskanal- 0 er, ungefär 5 6 är ett typiskt värde för gaskanaler.

Sá som kan ses tydligt fràn figuren delar alla celler ett gemensamt gasutrymme via hàlen 21, endast ett fätal av dessa är numrerade, som tillhandahålls mellan närliggande celler. Om en elektrod i en cell börjar gasa innan de andra kommer detta tryck att fördelas utöver hela det gemensamma utrymmet.

Om trycket inuti det gemensamma gasutrymmet överskrider ett förutbestämt värde kommer en säkerhetsventil 70 att ansluta 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 519 958 det gemensamma gasutrymmet med omgivande miljö. Säkerhets- ventilen 70 är anordnad genom en av polerna, i detta exempel den negativa polen 62, och innefattar en genomföring 71 som har en hydrofobisk barriär 72 kring öppningen inuti det gemen- samma gasutrymmet.

Dessutom är även en trycksensor 73 monterad genom en av pol- erna, i detta exempel den positiva polen 61, för att mäta det verkliga trycket inuti battericellerna. En hylsa 66 är anord- nad kring polerna 61, 62 och de staplade biplàtsammansättning- arna för att bibehålla ett lämpligt tryck pà strukturen för att àstadkomma ett tätt hölje.

Säkerhetsventiler och trycksensorer är direkt tillgängliga för en fackman inom området och beskrivs inte i mer detalj.

Figur 8 visar en graf av en typisk laddningskurva för en enkel blybattericell. En första kurva 81 (kontinuerlig linje) indi- kerar laddningskaraktäristik för en vältempererad battericell och en andra kurva 82 (streckad linje) indikerar en varm bat- tericell. När battericellen är nästan fulladdad (100 %) ökar spänningen ganska fort, vilket är lätt att detektera när man skall bestämma om ett batteri är fulladdat och batteriladdaren skall stängas av.

Figur 9 visar en graf av en enkel NiMH-battericell. En första kurva 91 (kontinuerlig linje) indikerar laddningskaraktäris- tiken för en vältempererad battericell och en andra kurva 92 (streckad linje) indikerar en varm battericell. När NiMH- (eller NiCd-) cellen närmar sig full laddning börjar spänning- en att minska, vilket innebär att spänning inte kan användas för att styra batteriladdaren för att undvika överladdning.

För att undvika överladdning kan trycket inuti batteriet an- vändas istället för att avgöra när batteriet närmar sig full 70957 korrigerade krav.doc; 22/11/02 lO 519 958 16 laddning. Uppladdningseffektiviteten är som högst mellan 10 och 85 % laddning. Under 10 %, ändringar i konduktivitet och begränsad tillgänglighet till mitten av det aktiva materialet; över 85 %, det finns områden som är fullt laddade, troligtvis varma, som kommer att gasa. Spänningen ökar under äteruppladd- ning och för varje elektrokemiskt par finns det en spänning där elektroderna kommer att börja gasa. Ju högre spänningen är över denna punkt, desto snabbare gasning. Ett användbart närm- ande är att bibehålla batteriet i ett användbart laddnings- tillstànd, t.ex. i området 30-80%.

Detta kommer att säkerställa att batteriet är kapabelt att acceptera àteruppladdning effektivt, speciellt om återupp- laddningen genereras fràn ett fordon som bromsar. Batteriet skadas inte pà grund av överhettning av det aktiva materialet.

Det gemensamma gasutrymmet kommer att eliminera alla tryck- skillnader mellan cellerna i batteriet, vilket i sin tur kommer att reducera bildandet av elektrolytläckagevägar mellan närliggande celler.

Figur 10 visar en batteriladdare ansluten till ett bipolärt NiMH-batteri som har en säkerhetsventil 70 och en trycksensor 73, säsom batteriet beskrivet i anslutning till figur 7.

Batteriladdaren 100 är ansluten till ett kraftaggregat. Tryck- sensorn 73 är ansluten till en styrport pà batteriladdaren 100. Laddningskablar 101, 102 är anslutna till den positiva 61 respektive den negativa 62 polen hos batteriet 60.

Batteriladdaren har även en tryckstyrningssättning (inte visad), vilken används för att bestämma vid vilket tryck laddningen skall upphöra. 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02

Claims (7)

10 15 20 25 30 f 519 958 17 Krav

1. Ett bipolärt batteri (60) som har åtminstone två battericeller innefattande: - ett slutet hölje, - en negativ pol (62) som har en negativ elektrod (13), - en positiv pol (61) som har en positiv elektrod (12), ~ åtminstone en biplàtsammansättning, där varje har en negativ elektrod (13) anordnad pà en negativ sida av en biplåt (l1; 24) och en positiv elektrod (12) anordnad på en positiv sida, vilken är motstående till nämnda negativa sida, av en biplåt (11; 24), anordnad i en sandwichstruktur mellan nämnda negativa (62) och positiva (61) poler, och - en separator (50) anordnad mellan varje negativ (13) och positiv (12) elektrod som bildar en battericell, nämnda separator (50) inkluderar en elektrolyt, kännetecknat av att - nämnda negativa (13) och positiva (12) elektrod är anordnade på ett sådant sätt att varje elektrod endast täcker en central del av sidan av biplåten (1l;24), - en inre barriär (14) av hydrofobiskt material, företrädesvis ett fluorpolymermaterial, är anordnad på den negativa och den positiva sidan runt den negativa (13) respektive den positiva (12) elektroden nära kanten av biplåten (11;24), - en ram (18) är anordnad runt kanten av varje biplàtsammansättning och varje pol för att tillhandahålla nämnda slutna hölje, - åtminstone ett hål (21) anordnat genom varje biplåt (11; 24) mellan barriären (14) och kanten (16), vilket sammankopplar varje cell med närliggande cell(er) för att 70957 korrigerade krav.doc; 22/11/03 10 15 20 25 30 519 958 18 bilda ett gemensamt gasutrymme för samtliga celler i batteriet, och - en trycksensor (73) är ansluten till en av polerna (61) för att övervaka trycket inuti det gemensamma gasutrymmet.

2. Det bipolära batteriet enligt krav 1, varvid en hydrofobisk beläggning (22) är anordnad kring varje hål (21) pà båda sidorna av varje biplàt (ll; 21).

3. Det bipolära batteriet enligt krav 1 eller 2, varvid den inre väggytan av varje häl (21) är försedd med en hydrofobisk beläggning (23).

4. Det bipolära batteriet enligt nägot av kraven 1-3, varvid en av polerna (62) är försedd med en säkerhetsventil (70) för att tillåta det gemensamma gasutrymmet att ansluta sig till den omgivande miljön om trycket i det gemensamma gasutrymmet överskrider ett förutbestämt värde.

5. En biplàtsammansättning innefattande en biplàt (ll; 24), en positiv elektrod (12) anordnad pà en första sida av nämnda biplàt (11; 24), och en negativ elektrod (13) anordnad pà en andra sida, motstàende till nämnda första sida, av nämnda biplàt (ll; 24), kännetecknad av att ~ nämnda positiva (12) och negativa (13) elektrod är anordnade på ett sàdant sätt att varje elektrod endast täcker en central del av sidan hos biplàïen (ll; 24), - en inre barriär av hydrofobiskt material, företrädesvis ett fluorpolymermaterial, är anordnad på den negativa och den positiva sidan runt den negativa (13É respektive den positiva (12) elektroden nära kanten av biplàten (11;24), - en ram (18) är anordnad runt kanten av varje biplàtsammansättning, och 70957 korrigerade kramdoc; 22/11/02 519 958 19 - àtminstone ett hàl (21) genom varje biplàt (ll; 24) är anordnat mellan barriären (14) och kanten (16).

6. Biplátsammansättningen enligt krav 5, varvid en hydrofobisk beläggning (22) är anordnad kring hålet (21) pà båda sidorna av biplàten.

7. Biplàtsammansättningen enligt krav 5 eller 6, varvid den inre väggytan av varje hàl (21) är försedd med en hydrofobisk beläggning (23). 70957 korrigerade kramdoc; 22/ll/02