负载被手动连接到低阻端子(2，2’)。另外，基于热电偶读数的自动切换可以被设计用于在端子(2，2’ )与端子(1，1’ )之间的切换。
[0044]从图7A可以清楚地看到，在这个锂离子电池的最优操作范围中，内阻和现有的锂离子电池单元一样低(例如，大约ΙπιΩ到6ηιΩ之间)。然而，一旦电池单元的温度降至冰点以下，电阻跳升因子5 (从6m Ω到30m Ω )，当电池单元温度升高超过50°C时，电阻跳升因子20(从1.25mΩ到25πιΩ)。当电池单元在低于冰点的环境温度放电时，高电池单元内部电阻能够实现快速的电池单元加热(热量产生速率为I2R,其中R为电池单元电阻)，这样能消除常用电池组对流加热过程的需要，常用电池组对流加热消耗大量的电池能量，从而急剧降低驱动范围。
[0045]在对比示例中，开发另一个40Ah电池，这个电池与上面描述的双电阻可充电电池采用相同的方式装配，除了在电流收集器上没有条状的焊片(11)和(15)，并且因此没有高电阻端子(1，1’)。这个对比示例的电池仅有一个内阻位，例如与可充电电池相关的典型的电阻位。具有一个单独电阻位的电池在下面的讨论中被称为传统电池。这个电池的内阻在图7B中示出。如图7B所示，传统电池的内阻几乎随温度连续变化。例如，如图7A所示，电阻位作为温度的函数没有发生突变。图7C进一步示出本公开的可充电电池的电阻与传统电池的电阻之间的差别。图7C示出对应与图7A和图7B相关联的电阻位和温度的电阻随温度的变化的变化(dR/dT)。
[0046]图8示出如上所述的双电阻电池从环境温度_20°C开始以IC放电的电压与温度曲线。可以看到，由于高内阻和因此的高速内部热量产生，电池单元的内部温度在电池操作开始的40秒内迅速上升到0°C。此后，电池切换到低内阻位，并且可以看到电池单元电压恢复到3.7-3.8V附近，而后随着以IC放电的进行逐渐下降。与从室温开始的144.9ffh相比，从-20°C的环境开始的整个放电能量计算为大约125.6Wh。在室温下，根据本示例，当双电阻电池的内阻与传统电池的内阻处于同样的低位时，传统的锂离子电池和双电阻电池实现相同的能量和功率性能。然而，从_20°C开始的双电阻电池的放电能量是从室温开始的87%。作为对比，传统电池在-20°C环境下以IC放电，产生85.9Wh的能量，仅是传统电池的59.3%。连同室温(25°C )下的参考性能曲线一起，图9示出传统电池和双电阻电池在-20°C环境下的IC放电曲线的直接对比。很明显，在低温下，双电阻电池在增强电池性能上有显著的优势。
[0047]双电阻电池技术对电动车的影响可以用特斯拉Model S车来举例说明。这种车在沿西海岸的环境温度下有估计285公里的续航里程。然而，在温度低至冰点的东海岸，这种车仅有176公里的续航里程。如果这种车安装有这个示例示出的性能的双电阻电池，则在东海岸最冷的一些地方，同样的车能够达到大约248公里。
[0048]图10示出当遭遇到内部短路(ISC)时，双电阻电池和传统锂离子电池的电压和电池单元温度响应。对于两种电池，在ISC的开始3秒内，内部温度上升到大约50°C。然而，这以后，两种电池开始非常不同地反应。传统电池在10秒之内继续剧烈的温度上升，至超过90°C，导致热失控。相反地，一旦电池单元温度超过50°C，双电阻电池能被切换进高内阻位，这样就减缓了 ISC期间电池能量释放。因此，双电阻电池的温度上升与传统锂离子电池相比长接近8倍。这个额外的时间允许双电阻电池的额外、有价值的时间来避免灾难性的热失控，特别是如果电池系统有能力激活有效的冷却。最近的波音梦幻客机787电池事故表明锂离子电池中的这样自保护能力极至关重要。
[0049]在另一个特定的示例中，如果双电阻电池在恒定的电流下遭遇过充，则内部温度会很快上升到50°C，紧接着内阻和电池单元电压会有突然地跃升。在充电期间，更高的内阻会导致升到高得多的电压，例如，如图7所示，在IC充电过程中，当电池的电阻从1.25πιΩ切换到25m Ω时，出现大约0.95V更多的电压过冲。如此显著的电压过冲能容易地被外部电路检测到，因此在电池单元内部温度达到能引起电解质和其它电池材料副反应的充分高值之前，过充能够被终止。
[0050]以上的结果说明本发明公开的多电阻可充电电池如何能给电动车和电网提供鲁棒和安全的储能系统。虽然示出的是锂离子电池的测试结果，但希望基于先进锂离子电池、镍金属氢化物电池和其它化学电池的多电阻可充电电池也有同样的优势。
[0051]在本公开中，仅示出和描述了本发明的优选实施例和它的通用示例。可以理解的是，本发明能够在各种其它的组合和环境中应用，且能够在本文所表述的发明概念的范围内改变和修改。这样，例如，那些本领域的技术人员会认识到，或能够确定，使用不超过常规的实验，可以取得大量与本文描述的特殊材料、工序和配置等效的其它材料、工序和配置。这样的等效被认为是处于本发明的范围，并且被下面的权利要求覆盖。
【主权项】
1.一种可充电电池，包括在第一温度(T1)和第二温度(T2)之间的所述电池的温度范围内的一个内阻位(R1)和在T1ST2之外的第二内阻位(R2),其中，低于T1大约2°C时的R2值至少是T1时的R:值的两倍，或高于T 2大约2°C时的R 2值至少是T 2时的R:值的两倍。2.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，低于T丄大约2°C时的1?2值至少是T:时的R1值的两倍，并且高于T 2大约2°C时的R 2值至少是T 2时的R:值的两倍。3.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，T/j、于大约5°C并且T 2大于大约45°C。4.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，低于T丄大约2°C时的1?2值至少是T:时的R1值的五倍，或高于T 2大约2°C时的R 2值至少是T 2时的R:值的五倍。5.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池包括用于以R:操作所述电池的至少两个端子和用于以R2操作所述电池的至少两个端子。6.根据权利要求5所述的可充电电池，其中，用于以R2操作所述电池的至少两个端子是在所述电池中的负极薄片和正电极的两个相对端上的两个条状焊片。7.根据权利要求5所述的可充电电池，其中，所述电池进一步包括由温度传感器驱动的开关，用于以R1操作所述电池的端子和以R2操作所述电池的端子之间切换。8.根据权利要求7所述的可充电电池，其中，所述开关是温控器或是双金属开关。9.根据权利要求8所述的可充电电池，其中，所述温度传感器是安装在所述电池内部或所述电池的电池单元的外表面上的热电偶或热敏电阻。10.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池包括添加到所述电池的电池单元的一种或多种电极粘合剂中的允许电极的电导率被温度调制的热敏材料。11.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池包括在电解质中的将所述电解质的粘度和/或离子电导率变为温度的函数的一种或多种热敏添加剂。12.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池是锂离子电池。13.根据权利要求12所述的可充电电池，其中，所述正电极活性材料包括锂钴氧化物、磷酸铁锂、锂锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、富锂层状氧化物，或它们的混合物。14.根据权利要求12所述的可充电电池，其中，所述负电极活性材料包括石墨、硅、硅合金、锂金属或金属合金。15.根据权利要求12所述的可充电电池，其中，所述电池包括处于液态、聚合物凝胶或固态的电解质。16.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池是镍金属氢化物电池。17.根据权利要求1所述的可充电电池，其中，所述电池具有袋状、圆筒状、棱柱状或角状。18.—种电池系统，包括根据权利要求1所述的可充电电池和能够以R i操作所述电池和以R2操作所述电池之间切换的控制器。19.根据权利要求19所述电池系统，进一步包括用于确定所述温度TJP T 2的温度传感器。20.一种操作可充电电池的方法，所述方法包括当所述权利要求1电池在T JP T2之间时以R1操作所述电池，并且当所述电池在T 1~2之外时以1?2操作所述电池。
【专利摘要】公开了一种可充电电池，其特征是根据各种温度范围的两个或更多个内阻位。
【IPC分类】H01M10/04, H01M10/44, H01M10/48, H01M2/26, H01M2/34
【公开号】CN105210226
【申请号】CN201480028338
【发明人】王朝阳, 赵威
【申请人】美国电化学动力公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年5月7日
【公告号】CA2911485A1, EP2997619A1, US20140342194, WO2014186195A1