專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于調(diào)節(jié)電化學(xué)電池的充電的方法和裝置的制作方法
交叉引用的相關(guān)申請(qǐng)本發(fā)明享有2002年10月25日申請(qǐng)的臨時(shí)USSN 60/421,624專(zhuān)利的優(yōu)先權(quán)，正如在其全文所闡述，通過(guò)參考方式引用與此。
有關(guān)美國(guó)聯(lián)邦政府創(chuàng)議的研究或開(kāi)發(fā)的聲明發(fā)明背景本發(fā)明主要涉及鎳可充電電池，例如，鎳金屬氫化物(NiMH)電池(鎳氫電池)；具體涉及適用于自動(dòng)換向終止電池充電工藝的方法和裝置。本發(fā)明也可以應(yīng)用于鎳鎘(NiCd)電池。
為了更加方便和攜帶，許多先進(jìn)的電子設(shè)備和消費(fèi)產(chǎn)品都可以從標(biāo)準(zhǔn)尺寸和電性能的電池獲取電流進(jìn)行工作。為了方便和經(jīng)濟(jì)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種不同類(lèi)型的可充電電池，例如，鎳金屬氫化物電池以及其它等等。
與鎳鎘和鋰離子技術(shù)相比較，金屬氫化物電池技術(shù)以合理的成本提供了優(yōu)良的高速性能。此外，金屬氫化物電池具有比NiCd電池高出大約50％的容積能量密度且大約等于鋰離子電池。金屬氫化物可再充電電池的內(nèi)部化學(xué)影響著對(duì)這類(lèi)電池充電的能力。影響對(duì)鎳可充電電池充電能力的問(wèn)題的產(chǎn)生就是這類(lèi)電池內(nèi)部化學(xué)的結(jié)果。當(dāng)鎳可充電電池接近于充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)，在正電極上所產(chǎn)生的氧，如下所示
氧氣通過(guò)氣體滲透分離器擴(kuò)散到負(fù)電極，在負(fù)電極處復(fù)合成為鎘氫氧化物或水，如下所示
當(dāng)對(duì)這類(lèi)電池進(jìn)行再充電時(shí)，很重要的是要確保該電池何時(shí)已成為充滿(mǎn)。例如，如果該電池已成為過(guò)充且持續(xù)一段延長(zhǎng)的時(shí)間周期，則在電池內(nèi)的壓力累積就會(huì)引起電池失效以及電解液泄漏，從而進(jìn)一步對(duì)充電器形成潛在的損壞。
金屬氫化物可充電電池一般都是通過(guò)對(duì)電池施加一個(gè)恒定電流(恒流)而不是一個(gè)恒定電壓(恒壓)進(jìn)行再充電的。在這種方案中，電池電壓逐漸上升，直至電池接近于充滿(mǎn)，于是電池電壓達(dá)到峰值。隨著電池進(jìn)入過(guò)充狀態(tài)，所釋放的熱量會(huì)引起電池溫度顯著增加，依次會(huì)引起電池電壓的下降。在過(guò)充的時(shí)間周期中，電池的壓力會(huì)顯著增加，因?yàn)樗a(chǎn)生的氧氣在數(shù)量上大于電池所能復(fù)合的數(shù)量。不幸的是，眾所周知，壓力的變化速率比電壓或溫度的變化速率在幅值上快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。于是，在不增加內(nèi)部壓力集積、斷裂和電解液泄漏的條件下，常規(guī)的恒流充電終止方法難以支持非?？斓某潆娝俾?。正是這一原因，金屬氫化物電池可以具有安全泄放口。
一種減小在充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)的壓力集積的常用方法是提供比正電極大40-50％剩余容量的負(fù)電極，氣體滲透分離器以及提供可容納氣體有效擴(kuò)散的有限電解液。這就避免了在負(fù)電極處產(chǎn)生氫氣同時(shí)允許氧與負(fù)電極材料相復(fù)合。當(dāng)電池達(dá)到充滿(mǎn)時(shí)，氧氣會(huì)在正電極處繼續(xù)產(chǎn)生，但是在負(fù)電極處沒(méi)有產(chǎn)生氫氣。如果產(chǎn)生了氫氣，電池就會(huì)受到過(guò)分壓力的影響而斷裂。因此，氧復(fù)合反應(yīng)控制著電池的壓力，正如

圖1所示。氧氣隨之會(huì)穿過(guò)分離器而與負(fù)電極材料反應(yīng)。該結(jié)構(gòu)的不利方面包括由于過(guò)充以及氧化和熱量引起的負(fù)電極劣化所引起的電池容量的減小以及相應(yīng)的電池循環(huán)壽命縮短。
很重要的是，當(dāng)達(dá)到充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)要停止對(duì)一個(gè)或多個(gè)電池的充電，以避免由于內(nèi)部壓力增加所引起的可能電池?cái)嗔鸦蛐孤?。常?guī)金屬氫化物可充電電池不能自己發(fā)出適當(dāng)充電終止點(diǎn)的信號(hào)。取而代之，必須依賴(lài)有關(guān)充電設(shè)備中昂貴和復(fù)雜檢測(cè)電路，以確定充電應(yīng)該何時(shí)結(jié)束。充電終止一般是由檢測(cè)電路基于(1)峰值電池電壓，(2)峰值電池溫度(TCO)，(3)充電時(shí)間周期，(4)-dV，和(5)dT/dt來(lái)確定的。各種適用于終止恒流充電的已知方法都存在著缺點(diǎn)。例如，基于時(shí)間的終止方法不可靠，除了以非常低的充電率，因?yàn)殡姵乜梢栽诮K止之前變?yōu)檫^(guò)充。
基于峰值電壓的充電終止在充電周期結(jié)束時(shí)是不可靠的，因?yàn)樵诮K止之前已經(jīng)存在著過(guò)電壓的條件?；陔妷合陆?-dV)的終止一定是與氧的復(fù)合有關(guān)并且伴隨著不利溫度的上升。實(shí)際上，這就意味著電壓檢測(cè)必須精確和快速。除非環(huán)境溫度是穩(wěn)定的，否則就難以精確定測(cè)量電壓中的變化。此外，當(dāng)變化率小于0.3C，電壓降測(cè)量就顯得太小而難以精確檢測(cè)。按定義，在一小時(shí)恒定充電中1C充電率引出的電流。基本上等于(即，在80％內(nèi))電化學(xué)電池或者電池的額定放電容量。僅僅是基于峰值溫度的終止也容易受到環(huán)境溫度變化的影響。
基于溫度隨時(shí)間變化率(dT/dt)的終止比檢測(cè)絕對(duì)溫度變化顯得稍微可靠些，因?yàn)樗偈墉h(huán)境溫度變化的影響并且因?yàn)樗粚?duì)循環(huán)壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，但是它仍舊是基于熱量的，這對(duì)電池的性能和循環(huán)壽命是不利的。這是因?yàn)闇囟仍黾虞^快，事實(shí)上，在電壓的下降之前。因此，與上述其它方法相比較，就有可能少些破裂和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。這就使得該方法成為當(dāng)今最常用的充電終止方法。
還想到過(guò)基于壓力的機(jī)理，該機(jī)理適用于當(dāng)壓力超過(guò)預(yù)定水平時(shí)在電極和電池端之間的連接斷裂。例如，美國(guó)專(zhuān)利No.5,026,615披露了設(shè)置在端帽組件中的壓力敏感開(kāi)關(guān)，其中端帽組件包括導(dǎo)電彈簧件、非導(dǎo)電支承部件和可移動(dòng)的導(dǎo)電件。導(dǎo)電彈簧件在一端與觸點(diǎn)形成電連接而在另一端與可移動(dòng)的導(dǎo)電件形成電連接?？梢苿?dòng)的導(dǎo)電件依次與電極形成電連接。隨著內(nèi)部電池壓力的升高，可移動(dòng)導(dǎo)電件就會(huì)對(duì)彈簧件施加力，使得彈簧件在非導(dǎo)電支承件上旋轉(zhuǎn)并且與觸點(diǎn)斷開(kāi)。因此，這一專(zhuān)利需要第一和第二接觸片，其中，一個(gè)接觸片可相對(duì)于其它接觸片可移動(dòng)且圍繞著支承點(diǎn)可旋轉(zhuǎn)，以便于相對(duì)于其它接觸片旋轉(zhuǎn)。這一結(jié)構(gòu)需要比所需部件更多的基本部件，還需要采用緊配公差所構(gòu)成的組件，從而就增加產(chǎn)品的復(fù)雜性和成本。
這些技術(shù)的其它實(shí)例包括美國(guó)專(zhuān)利No.5,747,187，5,405,715,5,741,606，5,609,972，6,018,286，6,078,244和6,069,551，正如其全文所闡述，通過(guò)參考方式引用與此。某些這類(lèi)機(jī)理可以防止電池的壓力引入的破裂，但是這樣做就會(huì)永久禁用該電池。在其它情況下，可換向的開(kāi)關(guān)器件可防止電池破裂，但不檢測(cè)早期充電終止?fàn)顟B(tài)以避免熱積聚和確保有益電池性能和循環(huán)壽命。
另一方面，采用恒壓充電方式，在充電開(kāi)始時(shí)充電電流是高的，此時(shí)電池能夠接受較高的電流，并隨后隨著電池接近于充滿(mǎn)而下降至較低的水平。當(dāng)恒壓充電時(shí)，上述適用于結(jié)束恒流充電過(guò)程的信號(hào)就不再有效，因?yàn)殡S著電池接近于充滿(mǎn)狀態(tài)，電池電壓是恒定的并且電池溫度是校準(zhǔn)的。類(lèi)似于恒流充電的討論，當(dāng)充電率大于0.3C時(shí)，充電時(shí)間就不能用于恒壓充電，因?yàn)閴毫κЭ貢?huì)損壞電池和充電器。正是這些缺陷，就難以辨別出有效的終止信號(hào)方式，并因此適用于金屬氫化物電池的恒壓充電方法一直被普遍認(rèn)為是難以實(shí)現(xiàn)的。
采用交流充電方式，可以規(guī)定的頻率和頻率組合來(lái)調(diào)制充電電流，以產(chǎn)生凈的正電荷，使得電池變成為充電狀態(tài)。與恒流或恒壓充電相比較，交流電流充電可以在較少壓力積聚和溫度增加較小的條件下提供快速充電。然而，當(dāng)使用交流電流充電時(shí)，上述適用于結(jié)束恒流充電過(guò)程的信號(hào)就不再有效，因?yàn)殡S著電池接近于充滿(mǎn)狀態(tài)，在響應(yīng)所施加的交流電流的電壓之上就難以檢測(cè)到電池電壓中的變化。其結(jié)果是，就難以辨別出有效的終止信號(hào)方式，并因此適用于金屬氫化物電池的交流電流充電方法一直被普遍認(rèn)為是難以實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)該意識(shí)到的是，在所有現(xiàn)有披露中都使用了交流電流充電，這意味著變化的電流會(huì)產(chǎn)生凈的正電荷，例如，調(diào)制的交流電流。例如，交流電流可以是半波整流或全波整流產(chǎn)生一系列電流脈沖，或者交流電流可以采用所需的DC電壓來(lái)偏置。
在公開(kāi)的澳大利亞專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?99926971 A1中披露一種采用在植入體中快速充電鎳金屬氫化物電池的方法，通過(guò)把來(lái)自外部功率傳輸部分的電功率經(jīng)皮傳輸?shù)街踩塍w中功率接受部分。該專(zhuān)利申請(qǐng)認(rèn)為希望當(dāng)內(nèi)部電池電阻較低時(shí)進(jìn)行初始快速大電流充電階段，隨后進(jìn)行第二較低電流、恒定電池電壓充電階段，以確保電池只采用與電化學(xué)狀態(tài)所允許的一樣多的能量來(lái)充電，而不會(huì)使電池產(chǎn)生多于的氣體或發(fā)熱?？梢耘懦龑?duì)電池的不利影響，同時(shí)可以保持高的充電率。在所披露的方法中，兩個(gè)充電階段中的第一階段包括允許相對(duì)較高的恒定充電電流流過(guò)功率接受部分同時(shí)電池電壓上升直至它達(dá)到預(yù)定限制的充電電壓的步驟。在第二充電階段中，充電電流低于在第一階段結(jié)束時(shí)的電流水平且保持電池電壓至少接近于預(yù)定的恒定電壓數(shù)值。在澳大利亞的專(zhuān)利申請(qǐng)中，當(dāng)相關(guān)的微電子控制器確定超時(shí)的充電電流的變化率沒(méi)有達(dá)到所預(yù)定的斜率時(shí)第二充電階段就結(jié)束。這種討厭的兩步驟恒流/恒壓的方法是本領(lǐng)域中典型的現(xiàn)有技術(shù)的方法。
總之，隨著金屬氫化物可充電電池達(dá)到它的充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)，就會(huì)從正電極析出氧，從而就會(huì)增加內(nèi)部電池的壓力并且驅(qū)動(dòng)發(fā)熱的氧復(fù)合反應(yīng)。在非常高的恒流充電率時(shí)，通常是小于一小時(shí)，充電電流在充電結(jié)束時(shí)仍舊非常高。這就會(huì)導(dǎo)致電池嚴(yán)重發(fā)熱并縮短循環(huán)壽命。當(dāng)電池溫度高時(shí)，現(xiàn)有的終止恒流充電方法并不一定非常可靠。此外，電池發(fā)熱是有害的，并且希望能夠在電池內(nèi)部的損壞壓力開(kāi)始上升階段中明顯電池發(fā)熱之前就終止充電。
因此，就需要一種適用于為電池更精確確定充電終止點(diǎn)的方法以及裝置，此電池在恒壓、恒流和交流電流/電壓充電條件下的完全可再充電希望提供一種可換向的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，它可以響應(yīng)用于確定充電終止點(diǎn)的仿真結(jié)果，且與當(dāng)今的有效技術(shù)相比，其復(fù)雜性更小和破壞性更小。
還希望提供比當(dāng)今所取得的技術(shù)更經(jīng)濟(jì)和更可靠的充電終止檢測(cè)裝置，且與常規(guī)的可再充電電池相兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種軸向地延長(zhǎng)的可再充電電化學(xué)電池，它包括一個(gè)限定具有開(kāi)端的內(nèi)部腔體的外罐，設(shè)置在內(nèi)部腔體內(nèi)的正電極和負(fù)電極，以及用于封閉開(kāi)端的端帽。該電池具有一個(gè)端帽組件，端帽組件包括一個(gè)由熱偏差溫度在264PSI大于100C以及延伸強(qiáng)度大于75Mpa的材料所制成的柔性部件。該柔性部件可以響應(yīng)內(nèi)部電池的壓力從罐向內(nèi)部快速延伸并且從第一位置向第二位置伸展。端帽組件還包括一個(gè)與端帽電連接的第一導(dǎo)電元件。端帽組件還包括一個(gè)與正電極電連接以及與第一導(dǎo)電元件可移動(dòng)電連接的第二導(dǎo)電元件。第二導(dǎo)電元件與柔性部件機(jī)械連接。當(dāng)柔性部件響應(yīng)超出預(yù)定閾值的內(nèi)部壓力移向第二位置時(shí)，第一和第二導(dǎo)電元件就斷開(kāi)電連接。
從下列描述中本發(fā)明的上述和其它方面將變得顯而易見(jiàn)。在描述中，參考了作為其一部分的附圖，在描述中通過(guò)說(shuō)明并不是限制的方法來(lái)示出本發(fā)明的較佳實(shí)施例。這類(lèi)實(shí)施例并不一定表示了本發(fā)明的所有方面，然而，解釋本發(fā)明的范圍就必須參考本文的權(quán)利要求。
附圖的簡(jiǎn)要描述圖1是說(shuō)明控制電池壓力的氧復(fù)合反應(yīng)的示意圖；圖2A是包含根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)和壓力泄放口的端帽組件以低壓力位置顯示的剖面圖；圖2B是圖2A所示端帽組件處于高壓力位置的剖面圖；圖3是包含根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)和壓力泄放口的端帽組件以低壓力位置顯示的等比例的剖面圖；圖4是圖3所示端帽組件的剖面放大示意圖；圖5顯示了圖3所示的端帽組件的各元件的分解示意圖；圖6A是合并根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的并入一開(kāi)關(guān)的電池的正端的剖面放大示意圖；圖6B是類(lèi)似于圖6A所示的，但根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的示意圖；圖7是合并根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的并入一開(kāi)關(guān)的電池的正端的剖面放大示意圖；圖8是鎳金屬氫化物電池在交流電和恒電流充電期間的容量(Ah)與ΔP(psig(磅/平方英寸))的圖形；圖9是是鎳金屬氫化物電池在交流電和恒壓充電期間的容量(Ah)與ΔP(psig(磅/平方英寸))的圖形；圖10是根據(jù)較佳實(shí)施例所構(gòu)成的多個(gè)電池的內(nèi)部壓力(psig)與時(shí)間(分)的圖形；圖11是在使用恒流充電方式進(jìn)行充電以及隨后放電過(guò)程中電池壓力、溫度和電壓與時(shí)間(分)的圖形；圖12是在使用恒流充電方式進(jìn)行充電以及隨后放電過(guò)程中各種循環(huán)的內(nèi)部壓力(psic)與時(shí)間(分)的圖形；圖13是圖12所示電池在充電過(guò)程中的壓力上升的圖形；圖14是圖12所示電池在充電過(guò)程中的壓力下降的圖形；圖15是電池在恒流充電下在不同循環(huán)時(shí)的壓力與溫度的圖形；圖16是多個(gè)電池在恒流充電下在不同循環(huán)時(shí)的壓力與時(shí)間的圖形；圖17是多個(gè)電池在恒壓充電下的壓力、溫度和電流與時(shí)間的圖形；圖18是在恒流充電與恒壓充電過(guò)程中內(nèi)部壓力與所施加的充電容量的圖形和比較；圖19是在恒流充電與恒壓充電條件下進(jìn)行充電過(guò)程中兩個(gè)電池的電流包絡(luò)的圖形說(shuō)明和比較；圖20是在分別恒流充電與恒壓充電條件下兩個(gè)電池充電的電池溫度與容量的圖形說(shuō)明和比較；圖21是圖20所示的兩個(gè)電池充電的電壓分布與時(shí)間的圖形說(shuō)明和比較；圖22是在變化恒壓充電下的溫度和容量與時(shí)間的圖形說(shuō)明和比較；圖23是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所構(gòu)成的包含壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)和壓力泄放口的端帽組件以低壓力位置顯示的剖面圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明另一替代實(shí)施例所構(gòu)成的包含壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)和壓力泄放口的端帽組件以低壓力位置顯示的剖面圖；
圖25是根據(jù)本發(fā)明另一替代實(shí)施例所構(gòu)成的包含壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)和壓力泄放口的端帽組件以低壓力位置顯示的剖面圖；圖26A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)成的電池包的示意圖；圖26B是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所構(gòu)成的電池包的示意圖；圖26C是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例所構(gòu)成的電池包的示意圖；圖27是適用于具有匹配和失配電池的電池包的充電和放電容量的圖形；圖28A是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例適用于可充電電池中所使用的聚合體破裂時(shí)的拉長(zhǎng)90與彈性強(qiáng)度的圖形；圖28B是說(shuō)明適用于在根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的可充電電池中所使用的聚合體熱偏差溫度與彈性強(qiáng)度的圖形；圖29是根據(jù)本發(fā)明另一替代實(shí)施例適用于具有減小有效容積的可充電NiMH電池的充電容量與充電時(shí)間的圖形；圖30是根據(jù)參考圖29所討論實(shí)施例所構(gòu)成的NiMH尺寸AA電池與具有相同容積的超容量電池特性比較的圖形；圖31A-B說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所構(gòu)成的電池組件；圖32A-B說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的電池組件；以及，圖33A-C說(shuō)明了具有減小電極容量所生產(chǎn)的電池電極的各個(gè)實(shí)施例。
較佳實(shí)施例的具體描述現(xiàn)在，參考圖2A，軸向延伸的電池包括具有封閉端(未顯示)和開(kāi)端13的罐12，設(shè)置相對(duì)于開(kāi)端的且從其軸向向下。端帽組件10包括正的端帽18，固定在負(fù)的罐12的開(kāi)端，以對(duì)電池提供封閉。特別是，端帽組件10和罐12的開(kāi)端在尺寸和形狀上是相適應(yīng)的，通過(guò)在圓柱形可充電金屬氫化物電池組裝過(guò)程中采用卷邊負(fù)的罐12的方式使得端帽組件10可以密封包容在開(kāi)端中。罐的封閉端是常規(guī)的且沒(méi)有顯示。
正(即，鎳氫氧化物)電極14是采用可移動(dòng)的方式電連接正的端帽18，這將在以下的描述中變得更加顯而易見(jiàn)。電池進(jìn)一步包括負(fù)電極21(即，氫化物電極)，它與罐12電連接，并且堿性電解液(即，鉀氫氧化物)可以單獨(dú)使用或者與其它堿性金屬氫氧化物組合使用。電極設(shè)置在內(nèi)部腔室15中，并且由分離器16隔開(kāi)。包括罐12和本發(fā)明的端帽組件10的該電池在內(nèi)部還進(jìn)一步包括常規(guī)的正的14和負(fù)的21盤(pán)狀電極，盡管這些電極的相對(duì)尺寸是可以調(diào)節(jié)以滿(mǎn)足電池的物理和電性能指標(biāo)。
正的端帽18具有一個(gè)觸點(diǎn)20，該觸點(diǎn)20的尺寸和形狀為具有根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)11的電池提供一正端。壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)11包括柔性的非導(dǎo)電單向穩(wěn)定的金屬扣眼22，在尺寸和形狀上適用于牢固地固定在開(kāi)端13中。金屬扣眼包括徑向向外的密封25，內(nèi)部插孔27，以及基本上徑向延伸的并且將密封與插孔相連接的臂29。應(yīng)該意識(shí)到的是，該臂29是徑向通過(guò)整個(gè)電池的，因此，術(shù)語(yǔ)“臂”和“圓盤(pán)”在整個(gè)披露中可以交換使用。金屬扣眼22還包括軸向延伸通過(guò)插孔27中心設(shè)置的開(kāi)口19，其中密封著導(dǎo)電的紗筒狀的連接體24，該連接體24具有一對(duì)各自向外徑向延伸的法蘭23。在金屬扣眼22的外表面和端帽18內(nèi)表面之間的空間定義了在端帽組件10內(nèi)部腔體17。
連接體24牢固地固定在金屬扣眼22的開(kāi)口19中，使得導(dǎo)電的連接體可以與金屬扣眼一齊移動(dòng)。根據(jù)所說(shuō)明的實(shí)施例，第一環(huán)形導(dǎo)電接觸片26是一個(gè)金屬墊片，環(huán)繞著連接體24的插孔并且具有一個(gè)與上層法蘭23電接觸的上表面。第二環(huán)形導(dǎo)電接觸片28(這也是一個(gè)金屬墊片)也環(huán)繞著金屬扣眼并且軸向定位在第一接觸片26的上游和附近。第一和第二接觸片26和28在圖2中都是圓環(huán)平面，但是它們也可以采用其它形狀，正如例如圖3-5所示。接觸片28具有上表面29，它與端帽電接觸，并且是采用可移動(dòng)的機(jī)械的(且因此也是電的)與第一接觸片26的底表面接觸，將從以下的描述中變得更加顯而易見(jiàn)。
金屬扣眼22可以采用任何足夠柔性、非導(dǎo)電的、不會(huì)與電池化學(xué)產(chǎn)生不利影響的惰性材料形成。所使用的材料包括，但并不限制于，聚丙烯、聚烯烴和尼龍，還包括填充玻璃的尼龍和其它填充玻璃的聚合體，以下將進(jìn)行更加詳細(xì)的討論。
金屬扣眼22的外部密封25包括一個(gè)向上和徑向向內(nèi)延伸的邊緣唇38，其形狀和尺寸可形成與罐的開(kāi)端緊密密封，以便于提供在電池的內(nèi)部和外部之間的屏障。邊緣唇38也部分定義了在外部密封25中的腔體，在該外部密封中設(shè)置了端帽18的外端和第二接觸片28。邊緣唇38存在著一個(gè)徑向向外凸起的表面，以允許在電池組裝的過(guò)程中將罐12卷邊在金屬扣眼22上。當(dāng)罐12的軸向下游端在組裝過(guò)程中卷邊在金屬扣眼22上，則在金屬扣眼22、第二接觸片28和端帽18之間提供了緊密的密封，以便于電池的內(nèi)部與外部環(huán)境絕緣。在端帽組件10和罐12之間也可以采用諸如瀝青或柏油之類(lèi)的可選密封膏，以便于增強(qiáng)密封。
柔性導(dǎo)電的帶30將導(dǎo)電連接體24與電池內(nèi)部的正電極14電連接。導(dǎo)電連接體24可以金屬圈或者鉚釘，通過(guò)在其一端上的卷邊固定在中心開(kāi)口19上，以提供固定金屬扣眼22的插孔27和第一接觸片26的法蘭。導(dǎo)電連接體24與第一接觸片26處于電接觸和物理接觸，從而有助于將導(dǎo)電連接體24固定到位。
圖2A說(shuō)明了處于低壓力狀態(tài)中的端帽組件，使得金屬扣眼22處于穩(wěn)定位置。在該低壓力狀態(tài)中，正電極14通過(guò)導(dǎo)電帶30、連接體24、第一接觸片26以及第二接觸片28與正端帽18電連接。因此，電池可以通過(guò)引入的再充電電流或電壓對(duì)電池進(jìn)行充電。其優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)電池內(nèi)部的壓力積聚超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，金屬扣眼22沿著箭頭A所指的方向軸向向下游放松(回送)，以便于將壓力響應(yīng)從圖2A所示的第一位置偏置到圖2B所示的第二位置。應(yīng)該意識(shí)到的是，預(yù)定的閾值可以取決于可以希望采用的充電類(lèi)型(例如，恒流、恒壓，等等)，并且可以由金屬扣眼所選擇的材料、臂29的厚度和柔性所確定。
參考圖2B，當(dāng)電池內(nèi)的內(nèi)壓力超過(guò)預(yù)定的閾值足以使金屬扣眼22彎曲時(shí)，插孔27就軸向向下游移動(dòng)，從而也使第一接觸片相對(duì)于第二接觸片28軸向向下游移動(dòng)，并且去除在兩者之間的電接觸。其結(jié)果是，在觸點(diǎn)20上的電連接就不能轉(zhuǎn)移至電池內(nèi)的電極14，并且可以避免進(jìn)一步的充電，直至過(guò)壓狀態(tài)下降。
可選擇的是，在觸點(diǎn)20所定義的內(nèi)部腔體中還提供了絕緣過(guò)壓塞32。過(guò)壓塞32也可以根據(jù)需要用作為接觸壓力的預(yù)負(fù)載，并且當(dāng)內(nèi)部電池壓力高時(shí)可以限制導(dǎo)電連接體24在觸點(diǎn)20方向上的移動(dòng)。塞的墊片34也可以選擇性地設(shè)置在第二接觸片28和端帽18之間，以當(dāng)金屬扣眼22松弛時(shí)限制第二接觸片的移動(dòng)，從而進(jìn)一步確保在高壓狀態(tài)下的兩個(gè)接觸片之間的電連接分離。
應(yīng)該意識(shí)到的是，在一個(gè)電池組中可以安裝多個(gè)電池，并且將它們?cè)跇?gòu)成對(duì)電池提供恒壓或恒流充電的充電器中串聯(lián)連接。只要至少有一個(gè)電池包括根據(jù)本發(fā)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)(假定在各個(gè)電池中壓力是同樣積聚的)，則一旦在電池中的壓力激勵(lì)開(kāi)關(guān)去除在端帽18和電極14之間的電通訊，充電就會(huì)終止。另外，各個(gè)電池都包括開(kāi)關(guān)，使得一旦有一個(gè)電池達(dá)到最大允許內(nèi)部壓力時(shí)所有電池的充電都將終止。另外，電池可以并聯(lián)方式連接充電電源，在這種情況下，各個(gè)電池都將包括一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)。
圖2A-2B也說(shuō)明了一可選的安全系統(tǒng)，用于在過(guò)壓情況下從電池排泄多余的壓力(氣體)。特別是，導(dǎo)電連接體24可以定義中心設(shè)置的壓力釋放通道36且該通道通過(guò)其軸向延伸。因此，電極上所產(chǎn)生的氣體能夠從電池內(nèi)部軸向流向下游且通過(guò)通道36流到端帽內(nèi)部17。端帽18限定一個(gè)或多個(gè)出口35且可以是貫通其中的，使得氣體能夠從端帽組件10流到外部環(huán)境。該出口可以采用密封(未顯示)來(lái)固定以避免所不希望的泄流，所采用的密封具有在預(yù)先選擇的壓力水平上的延伸強(qiáng)度，以便于從電池釋放氣體。該密封可以是可逆的，也可以是不可逆的。
因此，出口35可以始終對(duì)環(huán)境開(kāi)放，在這種情況下，該電池內(nèi)部的可逆氣密性密封是通過(guò)阻塞壓力釋放通道36來(lái)維持的。特別是，過(guò)壓塞32也可以具有作為過(guò)壓釋放控制的功能，只要它是采用適用于密封壓力釋放通道36和出口35的諸如橡膠之類(lèi)可變形的塑性材料制成的(如果不是對(duì)環(huán)境開(kāi)放的)。除了所顯示的變形材料之外，適用于可靠阻塞壓力釋放通道的其它結(jié)構(gòu)包括，而不限制于，插頭或者彈簧。當(dāng)內(nèi)部電池和壓力上升足夠高的水平時(shí)，該阻塞就會(huì)從通道36和從出口35脫離，以限定從電池內(nèi)部到外部環(huán)境的壓力釋放通路。排泄系統(tǒng)釋放電池內(nèi)部壓力的壓力取決于電池所要維持多大的內(nèi)部壓力；過(guò)壓塞32的塑性材料的選擇是根據(jù)希望排泄的壓力，但是要仍確保處于低壓力。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于金屬氫化物可充電電池，安全排泄系統(tǒng)響應(yīng)在激勵(lì)開(kāi)關(guān)所需的壓力和不卷邊電池所需壓力之間的電池內(nèi)部壓力，例如，根據(jù)電池的大小可以是大于400psig和小于2000psig。例如，尺寸為AAA的電池可以在1400和2000psig之間的壓力下構(gòu)成排泄，而尺寸為AA、C和子C的電池可以在400和1200psig之間的壓力下構(gòu)成排泄。
通過(guò)通道36和出口35的壓力釋放路徑的開(kāi)放和關(guān)閉是可逆的，但是也可以是不可逆的，這是采用在形狀或者尺寸或者位置上不可重復(fù)使用的材料所制成的塞子，該塞子可以在第一壓力上升之后有效地塞住壓力釋放的路徑。應(yīng)該意識(shí)到的是，在可逆的和不可逆的排泄系統(tǒng)中都可以采用本文所沒(méi)有披露的其它塞子，以下將作更加詳細(xì)的討論。
參見(jiàn)圖3，說(shuō)明了一例具有不可逆排泄的端帽組件的實(shí)例，在該實(shí)例中，類(lèi)似于圖2A和2B所圖示的類(lèi)似元件將采用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)，圖5圖示說(shuō)明了在組裝入罐12之前的這些元件。
根據(jù)該實(shí)施例，第一接觸片26不是平坦的，而是包括一個(gè)平坦的中間部分和四個(gè)臂，各個(gè)臂都具有一個(gè)末端部分和一個(gè)連接著末端的過(guò)渡部分，該過(guò)渡部分相互間不是共面的。中間部分是與導(dǎo)電連接體24和第二接觸片28電接觸的。第二接觸片28電連接端帽18。接觸片26的各個(gè)末端部分通過(guò)一電絕緣體40與端帽18電絕緣，該電絕緣體設(shè)置在兩者之間并且對(duì)準(zhǔn)接觸片26的末端部分。
當(dāng)在電池內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部壓力時(shí)，金屬扣眼22就松弛，從而去除接觸片26與墊片28的電通訊。在終端端帽18和電極之間的電連接也隨之去除，絕緣體40限制了接觸片26所允許的軸向移動(dòng)，并且進(jìn)一步防止在接觸片26的末端和端帽18之間的電通訊。第一接觸片26隨后與金屬扣眼22協(xié)調(diào)一致響應(yīng)在內(nèi)部電池壓力的變化，并且當(dāng)內(nèi)部壓力下降時(shí)還可以適用于開(kāi)關(guān)急速返回至低壓力的位置。
圖3-5所示的排泄系統(tǒng)也可以構(gòu)成少許不同于圖2所示的排泄系統(tǒng)，其中，壓力釋放通道可以采用粘結(jié)或摩擦性嚙合的截頭圓錐體插頭42來(lái)插拔的，它適用于在高的內(nèi)部電池壓力時(shí)從通道中不可逆的拔出，例如，在AA、C和子C電池尺寸的內(nèi)部電池壓力為400和1200之間以及在AAA電池尺寸的內(nèi)部電池壓力為400和2000之間的壓力時(shí)。參見(jiàn)圖4，絕緣體40可以從終端的端帽18徑向延伸至插頭42。
在工作過(guò)程中，當(dāng)在接觸片26和28之間的連接斷開(kāi)時(shí)，電流的流動(dòng)就下降為零。這一零電流流動(dòng)可以采用常規(guī)的充電器電路(未顯示)來(lái)檢測(cè)并且可以理解成是電池已經(jīng)充電充滿(mǎn)的信息。隨后，充電器電路也可以指示充電情況結(jié)束的信號(hào)。這些電路都可以認(rèn)為是常規(guī)的。更重要的是，只需要檢測(cè)僅僅全部的電流流動(dòng)的下降，而不需要一般像在常規(guī)的金屬氫化物可充電系統(tǒng)中那樣檢測(cè)壓力、電壓、溫度或者電流流動(dòng)速率中的細(xì)微變化。
在壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)從低壓力位置偏置到高壓力位置(即，“偏置壓力”)的內(nèi)部電池壓力是可以根據(jù)電池的尺寸和形狀、充電速率和諸如環(huán)境溫度之類(lèi)的其它充電條件而變化的。例如，當(dāng)電池的負(fù)電極具有比電池的正電極高得多的容量時(shí)，在低的過(guò)充速率下的電池內(nèi)部壓力就可以穩(wěn)定在諸如30-50psig之類(lèi)相對(duì)較低的水平上。同樣，當(dāng)電池接近于充滿(mǎn)狀態(tài)或達(dá)到過(guò)充狀態(tài)時(shí)，充電速率越高，電池內(nèi)部壓力就越高。于是，對(duì)于負(fù)電極具有更高容量的電池設(shè)置開(kāi)關(guān)時(shí)和/或當(dāng)電池以非常低的速率充電時(shí)，壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的偏置壓力就應(yīng)該是足夠低的，以確保當(dāng)電池達(dá)到充滿(mǎn)或過(guò)充狀態(tài)時(shí)可以停止充電。相反，當(dāng)開(kāi)關(guān)用于具有相似的負(fù)電極和正電極容量時(shí)，或者當(dāng)電池是以高速率充電時(shí)，偏置壓力就可以設(shè)置在任何水平上，只要它能夠滿(mǎn)足電池的安全問(wèn)題，因?yàn)殡姵貎?nèi)部壓力能夠達(dá)到偏置壓力是沒(méi)有任何問(wèn)題的。
然而，較佳的是，壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)應(yīng)該具有接近于在電池達(dá)到充滿(mǎn)的狀態(tài)時(shí)地內(nèi)部壓力的開(kāi)關(guān)壓力，以避免過(guò)熱之類(lèi)的問(wèn)題。業(yè)內(nèi)的熟練技術(shù)人士都知道怎樣來(lái)確定在充滿(mǎn)或過(guò)充點(diǎn)上的電池內(nèi)部壓力。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于快速鎳金屬氫化物可充電電池，壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以具有在大約50psig和500psig之間的偏置壓力。較佳的是，開(kāi)關(guān)壓力小于排泄的壓力，例如，在100和400psig之間。特別是，較佳的是，對(duì)于尺寸為AA、C和子C的電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)壓力為150和300psig之間，而對(duì)于尺寸為AAA的電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)壓力為250和400psig之間。
參見(jiàn)圖6A，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所構(gòu)成的可逆壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)100可以設(shè)置在鎳可充電電池104的開(kāi)端的正的端帽102中。電池104通常是與帽分離的，并且它與電池電極電連接。根據(jù)本發(fā)明所制成的電池可以包括在它內(nèi)部盤(pán)繞的正的106和負(fù)的108電極，其中，負(fù)電極(例如，氫化物電極)是與具有開(kāi)端和閉端的110電連接，而正電極(例如，鎳氫氧化物電極)是與正的端帽102電連接的，該正的端帽102固定在負(fù)的罐110的開(kāi)端中。電池包含電解液，一般是氫氧化鉀。
電池104的開(kāi)端包括根據(jù)較佳實(shí)施例所構(gòu)成的端帽組件112，并且設(shè)置在罐110的開(kāi)端中。在制造過(guò)程中，負(fù)的罐110的開(kāi)端可以成形為密封容納在開(kāi)端中的端帽組件。電池罐的閉端沒(méi)有顯示，但這可以是常規(guī)的。端帽組件112包括正的端帽102和根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)100。
壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)100包括能夠提供柔性和主彈簧兩種的金屬扣眼114，并且具有通過(guò)其軸向延伸的中心設(shè)置的導(dǎo)電連接體116，或“鉚釘”或“插腳”。金屬扣眼114可以采用任何材料來(lái)制成，只要該材料不與電池的化學(xué)物產(chǎn)生負(fù)面影響而且還具有足夠的柔性能夠響應(yīng)偏置本發(fā)明開(kāi)關(guān)的壓力增加而移動(dòng)，正如以上所討論的。金屬扣眼114還包括一個(gè)向外和向上延伸的唇115，它的形狀和尺寸形成了與罐110的開(kāi)端的緊密密封，以便于將電池的內(nèi)部與外部相隔離。該唇創(chuàng)建了一個(gè)徑向的面向內(nèi)部的空間117，該空間被端帽組件的部件所占據(jù)，正如以下所詳細(xì)討論的。在所圖示說(shuō)明的實(shí)施例中，該唇115具有一個(gè)凸起的外表面，以容納罐110凹的內(nèi)表面，這就允許在電池組裝過(guò)程中罐可以卷邊到位。在端帽組件112和罐110之間也可以采用另一種諸如瀝青或柏油的可選密封材料，來(lái)進(jìn)一步密封開(kāi)端。
朝著電池內(nèi)部的，導(dǎo)電帶118將中心導(dǎo)電插針116電連接至正電極106。朝著電池外部，中心插針116也與接觸環(huán)120電接觸，該接觸環(huán)也是用于將中心插頭固定到位的。接觸環(huán)120是一個(gè)環(huán)繞著中心插針116的墊片，且沿著接觸平面122設(shè)置在由正的端帽102和柔性金屬扣眼114所限定的內(nèi)部腔體126內(nèi)。于是，接觸環(huán)120是與中心插針116恒定電通訊的。固定在空間117中的是環(huán)形導(dǎo)電接觸平面122，并且正的端帽102具有觸點(diǎn)124，其尺寸和形狀為電池104提供標(biāo)準(zhǔn)的正端。于是，當(dāng)電池104處于低的壓力狀態(tài)，如圖6A所示，則接觸平面122就與上述正的端帽102和接觸環(huán)120電連接。因此，觸點(diǎn)124通過(guò)端帽102、接觸平面122、接觸環(huán)120、中心導(dǎo)體116和導(dǎo)電帶118與電極106電通訊。
在工作中，金屬扣眼114響應(yīng)高的內(nèi)部電池壓力向外松弛。當(dāng)內(nèi)部電池壓力明顯增加使得金屬扣眼114松弛時(shí)，中心插針116就會(huì)頂向過(guò)壓塞128，從而軸向偏置接觸平面120脫離接觸平面122(未顯示)。在接觸環(huán)120和接觸平面122之間的電連接終止，從而終止在觸點(diǎn)124和電極106之間的電通訊。于是，可以防止進(jìn)一步的充電。有利的是，開(kāi)關(guān)100是可逆的，這樣，一旦過(guò)壓的狀態(tài)下降，在接觸環(huán)120和接觸平面之間的連接就可以重新建立。同樣，在端帽組件112空間中在正的端帽觸點(diǎn)124上還提供一個(gè)非導(dǎo)電的過(guò)壓塞128，它也可以用于根據(jù)需要預(yù)先裝載接觸壓力。
正如以上所討論的，一旦在電池104內(nèi)存在著過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，在接觸片120和122之間的電連接就會(huì)斷開(kāi)，在電池104內(nèi)的電流流動(dòng)就會(huì)下降至零。這零電流流動(dòng)可以采用常規(guī)的充電器電路(未顯示)來(lái)檢測(cè)并且可以理解成是電池已經(jīng)充電充滿(mǎn)的信息。隨后，充電器電路也可以指示充電終止的信號(hào)。這些電路都可以認(rèn)為是常規(guī)的。正如以上所討論的，在電池內(nèi)氣體流出壓力上升發(fā)生在縮短電池周期壽命的損壞溫度的上升之前。
金屬扣眼114還包括一個(gè)金屬扣眼臂，該臂具有一個(gè)向下彎曲的部分121，并將其設(shè)計(jì)成當(dāng)內(nèi)部電池壓力達(dá)到大于以上所述松弛金屬扣眼向外所需壓力的排泄壓力時(shí)就失效。一旦該部分121失效時(shí)，受壓電池的內(nèi)容就會(huì)通過(guò)沿著穿過(guò)正的端帽102延伸的孔徑123排出電池。
參見(jiàn)圖7，圖示說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可逆壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)150。特別是，電池154包括具有開(kāi)端的負(fù)的罐152，且開(kāi)端的形狀便于在制造過(guò)程中能夠?qū)⒍嗣苯M件172包容和密封在開(kāi)端中。電池罐的其余部分都是常規(guī)的。該端帽組件172包括具有觸點(diǎn)157的正的端帽156，觸點(diǎn)的尺寸和形狀向電池提供一個(gè)正的接端。
圖7所圖示說(shuō)明的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)150包括一個(gè)柔性的金屬扣眼158，其尺寸和形狀都適合于在開(kāi)端固定且具有一個(gè)通過(guò)其的中心開(kāi)孔119。導(dǎo)電的連接體160可以固定在中心開(kāi)孔上使得導(dǎo)電連接體可以柔性金屬扣眼158一齊移動(dòng)。第一導(dǎo)電接觸片162環(huán)繞著連接體160且兩者間恒定電通訊。第二導(dǎo)電接觸片164從金屬扣眼158的徑向外壁徑向地向內(nèi)延伸，使得至少它的上表面部分可以軸向?qū)?zhǔn)并用接觸片162的下表面斷開(kāi)接觸。
金屬扣眼158包括扣眼臂，正如以上所討論的類(lèi)型，具有一個(gè)向下彎曲的部分159，它能夠在大于打開(kāi)開(kāi)關(guān)所需壓力的預(yù)定壓力時(shí)失效，而在小于所需壓力時(shí)對(duì)電池154就去卷邊。塞166軸向設(shè)置在接觸片162的下游，并且限制金屬扣眼158的軸向位移。塞166是一個(gè)周邊向外彎曲的環(huán)面，且包括一對(duì)接觸端帽156的定位片。塞166的其余外圍部分使得具有壓力的電池內(nèi)容在金屬扣眼臂158的向下彎曲部分失效時(shí)能夠流入通道176。絕緣層168設(shè)置在接觸片162和塞166之間。因此，塞166不會(huì)形成電路部分。
金屬扣眼158可以任何足夠柔性、非導(dǎo)電的惰性材料來(lái)構(gòu)成，正如以上所討論的，只要不對(duì)電池化學(xué)產(chǎn)生不利影響即可。根據(jù)開(kāi)關(guān)元件的結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)150可以響應(yīng)壓力、溫度或者兩者，這將在以下的討論中變得更加清晰可見(jiàn)。
端帽156和柔性的金屬扣眼158限定端帽組件172中的腔體，在該腔體中設(shè)置有第一和第二接觸片162和164，以及塞166。當(dāng)?shù)谝缓偷诙佑|片162和164是圓環(huán)形墊片時(shí)，正如圖7所示，它們就可以提供其它形狀和尺寸，正如以上所討論的。第二接觸片164包括三個(gè)凸出的部分174，且最接近于向第一接觸片162軸向延伸的徑向內(nèi)部邊緣以及相互間徑向分離120度。當(dāng)內(nèi)部壓力小于預(yù)定閾值且該預(yù)定閾值在很大部分上是取決于金屬扣眼158的柔性時(shí)，凸出部分174就接觸著第一接觸片162的下表面，從而構(gòu)成電路并允許電池進(jìn)行充電。
向著電池的內(nèi)部，可以采用以上所討論的方法，由導(dǎo)電帶(未顯示)將中心導(dǎo)電引腳160與正電極電連接。金屬扣眼158的中心可以進(jìn)一步用于將中心引腳160保持在它的適當(dāng)位置上。在金屬扣眼158的邊緣唇中所保持的是環(huán)形導(dǎo)電接觸片164和正的端帽156。接觸平面164與上述兩個(gè)正的端帽和接觸環(huán)162電連接，盡管在存在著高溫或壓力的條件時(shí)后者的連接是斷開(kāi)的。
正如以上所討論的，端帽組件172還可以包括一個(gè)從電池內(nèi)部泄放壓力的系統(tǒng)。當(dāng)組件包括泄放系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)電的連接體160就可以限定一個(gè)貫穿其的氣體壓力釋放通道，適用于其它從柔性的金屬扣眼158的第一側(cè)的電池內(nèi)部流向第二側(cè)的端帽組件172，類(lèi)似于圖3和圖4所進(jìn)行的討論。電池端帽156也定義了一個(gè)或多個(gè)貫穿其中的出口176，適用于氣體從端帽組件172流向外部環(huán)境。泄放系統(tǒng)可以是可逆的，也可以是不可逆的。如果沒(méi)有采用所討論的泄放系統(tǒng)，也可以提供其它類(lèi)似的泄放部件。
在工作中，金屬扣眼158，可以響應(yīng)高的內(nèi)部電池壓力，軸向地向著正的端帽156下游松弛(可逆性)并且抵御塞166的彈簧力。于是，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)150可以從閉合的位置(正如圖7所圖示說(shuō)明的)偏置到開(kāi)放位置(未顯示)，在該位置上，中心引腳160與金屬扣眼158軸向地一齊向下游移動(dòng)。因此，第一電接觸片162就變成偏離第二接觸片164的位置并且擺脫凸出部分174。于是，接觸環(huán)162和接觸平面164之間的電接觸就斷開(kāi)，從而防止進(jìn)一步的充電，直至過(guò)壓的狀態(tài)下降以及金屬扣眼返回之圖所示的位置，并重新建立在接觸片162和164之間的電接觸。
圖7所示的塞166還可以由溫度響應(yīng)材料所制成，該材料可以在達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)變化形狀。采用這種方法，塞可以改變成在一定的內(nèi)部電池溫度時(shí)具有可逆的偏斜或變形，從而減小或去除在中心引腳上的預(yù)定負(fù)荷以及減小斷開(kāi)在接觸環(huán)和接觸平面之間的電接觸所需要的壓力。這樣，要防止?jié)撛诘奈：π詼囟壬仙?，即使在電池?nèi)部不存在著任何過(guò)壓條件下。在工作中，當(dāng)電池達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，塞166就可以可逆地偏斜或變形并且使得導(dǎo)電連接體162離開(kāi)接觸平面164，從而斷開(kāi)在接觸環(huán)和接觸平面之間的電接觸。另外，塞166可以連接至導(dǎo)電連接體或者中心引腳160和端帽156。
當(dāng)使用溫度響應(yīng)材料時(shí)，塞較佳的是采用具有不同溫度膨脹系數(shù)的兩層金屬或者合金或者其它材料所構(gòu)成的雙層金屬材料制成。其中一層可以具有較高的熱膨脹而另一層可以具有較低熱膨脹。這樣，雙層金屬材料就可以響應(yīng)溫度而偏斜或變形其方法可通過(guò)選擇各層中所使用的金屬材料或者合金來(lái)限定。另外，形狀記憶材料也可以用于制成溫度響應(yīng)塞166，例如，鎳鈦合金。
溫度響應(yīng)塞166另外還可以作為壓力響應(yīng)塞工作。形狀記憶材料包括鎳鈦合金，銅鋅鋁合金或銅鋁鎳合金。這些材料可以預(yù)先制成如圖所示的凹面盤(pán)型166，起到彈簧的作用并且施加保持導(dǎo)電接觸片162和接觸板164在一起以保持電連續(xù)性的預(yù)定量的力。這些材料具有加熱至預(yù)定溫度時(shí)變形和變平的能力或者當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)也能夠變平的能力。研究表明適用于與鎳金屬氫化物或者鎳鎘電池一起工作的這些材料的最理想溫度范圍是在70攝氏度和100攝氏度之間。
還應(yīng)該意識(shí)到的是，根據(jù)上述任意實(shí)施例所圖示說(shuō)明的塞也可以是響應(yīng)溫度和/或壓力所構(gòu)成的。
正如以上所討論的，充電器可以得出結(jié)論，即基于在電池內(nèi)的零電流流動(dòng)終止充電，或者才能供電時(shí)間已經(jīng)達(dá)到預(yù)定數(shù)值終止充電。充電器可以在壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)持續(xù)開(kāi)路和閉合的情況下進(jìn)行間隙充電或者持續(xù)充電。因此，充電可以持續(xù)直至計(jì)時(shí)器達(dá)到預(yù)先設(shè)置數(shù)值的終止點(diǎn)。這一充電模式在充電速率大于30分鐘時(shí)特別有利，在這種情況下，當(dāng)電池接近于充滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)壓力明顯增加，并且由壓力開(kāi)關(guān)機(jī)制所提供的電流通斷將持續(xù)將充電充至達(dá)最大充電狀態(tài)。如果電池是在非?？斓某潆娝俾?充電是在30分鐘內(nèi)或者小于30分鐘結(jié)束)下以恒壓、恒流或者交流電流方式進(jìn)行充電的，則電池就只可以充電至大約70％至90％，正如所了解的那樣，在充電過(guò)程中內(nèi)部電池的壓力升高在電池充滿(mǎn)之前。本發(fā)明者已經(jīng)確信當(dāng)獲得非?？斓某潆娝俾?充電在30分鐘內(nèi)或者小于30分鐘結(jié)束)時(shí)恒壓充電更加優(yōu)于恒流或交流電流充電，因?yàn)椴捎煤銐撼潆婋娏鞒掷m(xù)下降至充電結(jié)束的，正是如此，與恒流充電相比較壓力和溫度不會(huì)快速升高。例如，在開(kāi)關(guān)開(kāi)路之前，采用恒壓充電可以獲得達(dá)到85％至90％的充電，相比之下，交流充電只可達(dá)到80％至85％的充電，以及恒流充電只可達(dá)到65％至70％的充電。在某些情況下，使用根據(jù)本發(fā)明所提出的開(kāi)關(guān)來(lái)完成的快速充電都會(huì)對(duì)電池的部分充電彌補(bǔ)不利的影響。
在其它情況下，希望能夠有一個(gè)犧牲時(shí)間來(lái)確保電池成為完全充滿(mǎn)。在這種情況下，一旦充電器檢測(cè)到零電流時(shí)，就等待直至電池內(nèi)部壓力下降，并隨后測(cè)量電池的OCV(壓力釋放的泄放特別有利于這類(lèi)電池和來(lái)減小電池的減壓時(shí)間)。基于OCV，充電器就可以確定電池是否充已充滿(mǎn)。
例如，眾所周知，充滿(mǎn)電的金屬氫化物電池將具有1.42V的OCV。因此，如果正在充電的電池的OCV已經(jīng)超過(guò)了1.42-1.48V的預(yù)定閾值，則充電器就會(huì)確定該電池已充滿(mǎn)了。否則，充電器就會(huì)得出結(jié)論，電池還沒(méi)有充滿(mǎn)。因此，一旦在電池內(nèi)的壓力消失使之重新構(gòu)建在接觸片之間的電接觸，則充電器就會(huì)重新讓電池進(jìn)行交流或者恒流充電，直至在電池內(nèi)的內(nèi)部壓力斷開(kāi)電連接。這種重復(fù)的處理過(guò)程可以持續(xù)，直至電池達(dá)到預(yù)定的OCV或者重復(fù)預(yù)定的數(shù)值，在這時(shí)，充電器會(huì)向用戶(hù)提供適當(dāng)?shù)男畔?，例如，通過(guò)點(diǎn)亮指示燈。另外，用戶(hù)也可以選擇充電終止(例如，達(dá)到80％的容量)，在這時(shí)，充電器可以計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的OCV并且當(dāng)電池已經(jīng)達(dá)到用戶(hù)所選擇的充電終止閾值時(shí)終止充電。
當(dāng)使用恒流充電或者交流充電時(shí)，當(dāng)在電池充滿(mǎn)電之前所明顯建立的壓力是已知時(shí)，這一處理更為理想。如果是將恒壓充電施加于電池，就希望電池能夠在第一次重復(fù)之后就能夠基本充滿(mǎn)，從而允許充電器檢測(cè)零電流并指示電池已經(jīng)充滿(mǎn)。當(dāng)以上所討論的零電流流動(dòng)的方法也用于和恒流充電和交流充電的方法相結(jié)合時(shí)，則第一重復(fù)結(jié)束時(shí)電池可能并沒(méi)有充滿(mǎn)。
根據(jù)本發(fā)明所圖示說(shuō)明和討論的可逆開(kāi)關(guān)的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是充電終止的檢測(cè)與氧復(fù)合無(wú)關(guān)。因此，這就不再需要提供多余的負(fù)電極容量。在正電極的氧和在負(fù)電極的氫都會(huì)發(fā)展。這兩種氣體對(duì)壓力都起作用。在這種情況下，負(fù)電極容量可以制成等于正電極容量，以便于電池容量的凈增加。當(dāng)停止充電電流時(shí)，氧與氫的復(fù)合就形成水。
另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有使用氣體滲透分離器，這就消除了對(duì)在分離器中具有開(kāi)孔流動(dòng)通道以便于氣體在負(fù)電極復(fù)合的需要，這有利于分離器干燥和所限定的電池周期壽命，采用本發(fā)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)，在通道中可以充滿(mǎn)另加的電解液。因此，能夠延長(zhǎng)周期壽命和增加放電效率。
另一優(yōu)點(diǎn)是不使用復(fù)雜的分析電路來(lái)檢測(cè)充電結(jié)束條件，從而減小了相關(guān)充電器設(shè)備的成本。
另一優(yōu)點(diǎn)是充電可以比現(xiàn)有電池更快的速率進(jìn)行。例如，根據(jù)本發(fā)明的可充電金屬氫化物電池可以在45分鐘內(nèi)或者小于45分鐘內(nèi)進(jìn)行充電，較佳的是在30分鐘內(nèi)或者小于30分鐘內(nèi)進(jìn)行充電，更佳的是在20分鐘內(nèi)或者小于20分鐘內(nèi)進(jìn)行充電，對(duì)于NiMH 1.3Ah AA電池，甚至于是在10至15分鐘，而常規(guī)的電池需要大約1小時(shí)或者更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行充電(1.2C)。充電速率可以加速，因?yàn)楸景l(fā)明消除了在充電結(jié)束時(shí)的過(guò)壓和高溫有關(guān)的問(wèn)題。在這一方面，可以小于1小時(shí)的速率來(lái)獲得快速充電。
另一優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的電池可以具有比傳統(tǒng)的可充電金屬氫化物電池更高的容量。這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明所構(gòu)成的電池可以具有負(fù)電極材料與正電極材料更大的平衡比例。與現(xiàn)有的電池技術(shù)不同，在現(xiàn)有技術(shù)中，負(fù)電極具有比正電極大于40-50％的多余容量，而本發(fā)明的電池根據(jù)較佳實(shí)施例可以具有負(fù)電極材料與正電極材料的重量比例在任何情況下都為0.9∶1-1.5∶1之間的比例。
另一優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)氣體不可滲透的分離器，該分離器可以制成得比現(xiàn)有技術(shù)更薄和更密，以便于為電池中的電解液留下更多的空間。從而延長(zhǎng)周期壽命和增加放電效率。
特別是，在正電極的氧和在負(fù)電極的氫會(huì)在充電過(guò)程中發(fā)展，這兩種氣體對(duì)壓力都起作用。在這種情況下，負(fù)電極的容量可以制成等于正電極的容量，以便于電池容量的凈增加。當(dāng)停止充電電流時(shí)，氧與氫的復(fù)合就形成水。因?yàn)?，在該?shí)施例中，分離器可以是氣體不滲透的，所以消除了在現(xiàn)有技術(shù)中為避免分離器完全飽和而限制電解液的注入。
此外，盡管現(xiàn)有技術(shù)的可充電金屬氫化物電池的正電極一般都包括AB5類(lèi)合金，但是也有可能采用較高容量的AB2合金，由于考慮到過(guò)壓關(guān)系，這類(lèi)合金在這種電池中傳統(tǒng)意義上被認(rèn)為是不受青睞的。
本發(fā)明還包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)包含本發(fā)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的電池進(jìn)行充電的方法。該方法所包括的步驟有將單個(gè)電池或多個(gè)電池與功率電源相連接，例如，專(zhuān)用的充電器，對(duì)電池進(jìn)行充電，直至電池內(nèi)部的壓力達(dá)到預(yù)定的水平，因此開(kāi)關(guān)就偏置于高壓力位置且充電電路中斷。當(dāng)充電電路中斷時(shí)，就可以人工或自動(dòng)觀察到充電電流下降至零。適用于電池充電的充電器可以包括檢測(cè)零充電電流的電路或者設(shè)置在用于終止充電的預(yù)定數(shù)值上的計(jì)時(shí)器，以及用于顯示充電已經(jīng)終止的指示器。另外，正如以上所討論的，充電器可以進(jìn)行多次的充電重復(fù)，以便于對(duì)電池提供充滿(mǎn)的充電。
當(dāng)任何一類(lèi)方法用于結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的可逆開(kāi)關(guān)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，恒定電壓的充電方法是較佳的，由于允許電流可以隨著充電的進(jìn)程尋求它自己的下降水平而與電池所承受的過(guò)充或過(guò)壓狀態(tài)無(wú)關(guān)。采用恒定施加電壓的充電方法，隨著在充電過(guò)程中電池電壓的上升，電流就自動(dòng)趨向于充電的結(jié)束而減小。因此，當(dāng)電池的充電接受能力高時(shí)，在充電的開(kāi)始時(shí)充電的電流是高的，而當(dāng)電池的充電接受能力減小時(shí)就逐漸減小至趨于充電結(jié)束的較低充電電流。不需要任何昂貴的和復(fù)雜的充電控制。通過(guò)電池內(nèi)部的電阻和電池的自身充電狀態(tài)就可以調(diào)節(jié)流入電池的電流。當(dāng)電池達(dá)到充電充滿(mǎn)時(shí)，所增加的內(nèi)部壓力會(huì)激勵(lì)壓力開(kāi)關(guān)終止充電。因此，當(dāng)充電器指示充電已經(jīng)終止時(shí)，電池將已經(jīng)充滿(mǎn)或接近于充滿(mǎn)的狀態(tài)。
有利的是，并聯(lián)的數(shù)條電池可以采用相同電壓源來(lái)充電。串聯(lián)的多個(gè)電池也可以根據(jù)本發(fā)明通過(guò)接受等于電池開(kāi)路電壓加上由電池內(nèi)部阻抗和電路預(yù)置電阻所引起的過(guò)壓的充電電壓一起進(jìn)行充電。有利的是，采用恒定電壓進(jìn)行充電，可以獲得比恒定電流充電更快的充電速率，這是由于當(dāng)電池可以接受較高電流時(shí)在充電開(kāi)始的初始階段增加充電電流的能力。
然而，應(yīng)該意識(shí)到的是，本發(fā)明可以等效地應(yīng)用于恒定電流和交流電流的充電。正如以上所討論的，眾所周知，當(dāng)電池充電基本完成時(shí)，駐留在金屬氫化物電池內(nèi)部的壓力會(huì)快速上升。正如以上所提出的，壓力隨著電池內(nèi)部出氣而上升，就會(huì)產(chǎn)生在縮短電池周期壽命的不利溫度上升之前。于是，就希望當(dāng)壓力開(kāi)始上升時(shí)和在進(jìn)入到破壞性過(guò)壓條件之前終止充電。
實(shí)例為了對(duì)鎳金屬氫化物電池的充電在15分鐘或者小于15分鐘之內(nèi)，對(duì)于具有30-40毫歐內(nèi)阻的AA電池來(lái)說(shuō)，較佳的是恒定充電電壓是大約1.6V至1.65V，其中電池的內(nèi)阻是由10安培電流以6秒鐘間隔在電池OCV電池電壓之間的電壓差所確定的。對(duì)于具有較低內(nèi)阻的電池(例如，C尺寸電池，所具有的內(nèi)阻為10-20毫歐)來(lái)說(shuō)，所施加的充電電壓可以低于1.6V但高于1.5V。本發(fā)明者已經(jīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定當(dāng)環(huán)境溫度處于凍點(diǎn)以上時(shí)恒壓充電方法是較佳的，而在環(huán)境溫度處于凍點(diǎn)以下時(shí)恒流充電方法是較佳的。
商用的且在端帽組件中包含壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的AA和AAA鎳金屬氫化物電池可以在15分鐘至30分鐘內(nèi)充電充滿(mǎn)，并且當(dāng)壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)偏置于高壓力條件時(shí)就終止充電。即使是在延長(zhǎng)的周期中，壓力信號(hào)也是一致的和重復(fù)產(chǎn)生的。當(dāng)環(huán)境溫度處于凍點(diǎn)以上時(shí)，所顯示的恒壓充電方法較為適用，而當(dāng)環(huán)境溫度處于凍點(diǎn)以下時(shí)，則恒流充電方法更為有效。AA NiMH消費(fèi)類(lèi)電池的壓力上升和下降的斜率在整個(gè)周期過(guò)程中保持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)使用恒定電壓的電流逐漸減小效應(yīng)使得電池成為充電充滿(mǎn)時(shí)形成較低的壓力上升。在相同的充電周期中電流的下降也會(huì)產(chǎn)生較低的溫度上升。也證實(shí)了充電是電壓越高充電越快，盡管在這種條件下已注意到較高的電池溫度。
正如以上所討論的，眾所周知，在金屬氫化物電池內(nèi)部的壓力在電池充電基本完成時(shí)會(huì)快速上升。特別是，電池內(nèi)部出氣后引起壓力的上升，出現(xiàn)在使得縮短電池周期壽命的損壞溫度上升之前。于是，就希望采用減小破壞過(guò)壓或過(guò)熱條件可能性的方法來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電。
根據(jù)本發(fā)明可以采用恒流充電方法或恒壓充電方法或組合方法，例如，在恒壓之后跟隨著恒流。交流充電方法可以是較佳的，因?yàn)槌潆婋娏魇强梢哉{(diào)制的，從而減小了過(guò)充、過(guò)壓或過(guò)熱的機(jī)會(huì)。不需要任何昂貴的和復(fù)雜的充電控制電路。
交流電流或者電壓波形的屬性典型的是但并不限制于正弦波。全波或半波整流都可以應(yīng)用于交流電流或電壓波形。
圖8圖示說(shuō)明了對(duì)1600mAh鎳金屬氫化物電池進(jìn)行充電的電池壓力和溫度，使用來(lái)自60Hz市電且經(jīng)過(guò)全波整流產(chǎn)生120Hz交流電流頻率的交流電流。與恒定的、或者直接的電流充電相比較，在充電結(jié)束時(shí)的電池壓力和溫度的變化較小。
圖9顯示了使用圖8所示的交流電流對(duì)1600mAh鎳金屬氫化物電池進(jìn)行充電的電池壓力和溫度。與恒定的、或者直接的電壓充電相比較，在充電結(jié)束時(shí)的電池壓力和溫度的變化較小。
本文所圖示說(shuō)明的實(shí)例都是采用來(lái)自商用60Hz市電的全波整流電流。本披露所包含的其它實(shí)施例包括了全波整流交流電壓或半波整流交流正弦波交流電流或電壓。其它實(shí)施例是包括任意波形的交流電流或電壓，包括方波、三角波(或鋸齒波)，或任何任意波形或者波形的組合，其它實(shí)施例是任意頻率或頻率組合，或者任意波形或者波形組合的整流和未整流的交流電流或者電壓的組合。有利的是，這些充電方法中的任何一種都可以應(yīng)用于具有以上所討論的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的電池。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖10，圖示說(shuō)明了采用恒壓為1.65V正在進(jìn)行充電的四節(jié)1600mAh鎳金屬氫化物電池的電池內(nèi)部壓力與時(shí)間。當(dāng)電池在12分鐘內(nèi)達(dá)到充電充滿(mǎn)時(shí)，內(nèi)部壓力上升至300psig。在電池放電之后壓力返回至初始狀態(tài)。這就驗(yàn)證了鎳金屬氫化物電池的內(nèi)部壓力可以預(yù)測(cè)的方式上升和下降，從而可用作為可靠的信號(hào)來(lái)終止高速率的充電。于是，當(dāng)壓力用作為充電終止信號(hào)時(shí)，就可以對(duì)電池組進(jìn)行可靠的充電和放電。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖11，圖示說(shuō)明了在1A放電至1V之后以3A恒流充電條件下所測(cè)量的1300mAh NiMH電池的典型充電和放電特性。測(cè)量了壓力、溫度和電壓，并繪出了與時(shí)間的圖形。該圖示說(shuō)明了對(duì)于充電終止來(lái)說(shuō)壓力是比溫度和電壓強(qiáng)得多的信號(hào)。壓力的上升速率要比溫度和電壓快得多，因此，壓力比溫度和電壓更適合于作為充電終止信號(hào)。
現(xiàn)在，參考圖12-21，與圖15所示的電壓相比較，在循環(huán)周期的過(guò)程中，壓力上升和下降的斜率保持相對(duì)恒定。這進(jìn)一步表示了壓力作為電池充電終止點(diǎn)指示的可靠性。
參見(jiàn)圖16，三節(jié)1600mAh鎳金屬氫化物電池經(jīng)受3.7A恒流充電和放電且持續(xù)150個(gè)循環(huán)周期。分別顯示了周期1和周期150的電池內(nèi)部壓力，并繪出與時(shí)間的圖形。這進(jìn)一步說(shuō)明了壓力信號(hào)是可隨著周期壽命和不同的電池尺寸和容量重復(fù)產(chǎn)生的。
參見(jiàn)圖17，兩個(gè)甚至更小550mAh鎳金屬氫化物電池串聯(lián)連接并采用每節(jié)電池1.65V的恒壓充電源進(jìn)行充電。測(cè)量了內(nèi)部壓力、溫度和安培，并繪出了與時(shí)間的圖形。
圖18圖示說(shuō)明了對(duì)第一節(jié)電池以6A恒流進(jìn)行充電，以及對(duì)第二節(jié)電池以1.6V恒壓進(jìn)行充電的內(nèi)部電池壓力與容量的函數(shù)。圖19圖示說(shuō)明了第一節(jié)和第二節(jié)電池的電池電流與容量的函數(shù)。圖20圖示說(shuō)明了第一節(jié)和第二節(jié)電池的內(nèi)部電池溫度與容量的函數(shù)。圖21圖示說(shuō)明了第一節(jié)和第二節(jié)電池的電池電壓與容量的函數(shù)。正如圖示所說(shuō)明的，恒壓優(yōu)于恒流的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是隨著電池電壓上升接近于所施加電壓時(shí)充電電流趨向于充電結(jié)束而逐漸減小。逐漸減小的效應(yīng)引起在充電結(jié)束時(shí)較低壓力的上升和較低溫度的上升，從而允許電池變得可以充電充得更足。電流下降在相同的充電周期中也會(huì)產(chǎn)生凈的較低溫度的上升。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖22，圖示說(shuō)明了兩節(jié)電池在兩個(gè)不同電壓條件下充電的電池溫度和充電輸入容量與時(shí)間的函數(shù)?？梢杂^察到，對(duì)于具有相同內(nèi)阻的電池來(lái)說(shuō)，較高的充電電壓會(huì)產(chǎn)生較高的充電電流。因此，電壓越高，則充電就越快，但是電池在越高的充電電壓下也會(huì)越熱。該圖進(jìn)一步圖示說(shuō)明了在越高的充電電壓下打開(kāi)進(jìn)時(shí)，電池可以越快達(dá)到較高的充電狀態(tài)。這也顯示了當(dāng)壓力激勵(lì)開(kāi)關(guān)在較高的充電電壓電池的情況下，電池的溫度根據(jù)開(kāi)關(guān)的通斷條件而下降。電池可以在這種狀態(tài)繼續(xù)接受充電，但是在由壓力開(kāi)關(guān)所提供的間歇電流下的的條件的較低溫度。對(duì)于采用壓力開(kāi)關(guān)作為調(diào)節(jié)充電條件結(jié)束的部件來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
正如以上所討論的，較佳的是，根據(jù)本發(fā)明的一例實(shí)施例提供了在快速充電過(guò)程中采用小于或等于大約1.6-1.65V的恒壓充電，盡管本發(fā)明試圖在1.2V和2V之間的任何恒壓充電都可以本發(fā)明的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
例如，本發(fā)明認(rèn)為，在某些情況下，希望起初將電壓充電控制在大于1.65V的電平上，其中，1.65V用作為例子，應(yīng)該意識(shí)到的是，該電平可以是在1.2V和2V之間的任何電壓電平，包括這些電平可以在1.2V和2V以0.05V遞增的范圍內(nèi)。應(yīng)該意識(shí)到的是，這些基準(zhǔn)都是大約的，并且包括偏離基準(zhǔn)的±0.05V的電壓。根據(jù)本實(shí)施例，恒定電壓逐漸減小作為一個(gè)或多個(gè)可測(cè)變量的函數(shù)，如充電持續(xù)時(shí)間，充電電流、電池溫度、電池電阻或者電池電壓。有利的是，表明電池的初始充電可以較大，隨著電池接近于打開(kāi)壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的充電終止點(diǎn)，電池可以接受等于或者小于1.65V的充電。
例如，一例實(shí)施例想象對(duì)電池的初始充電是1.75V(這僅僅只是作為實(shí)例)，并且充電電壓響應(yīng)電池溫度的上升而下降預(yù)定數(shù)量。電壓的下降可以是連續(xù)的，但時(shí)間不是獨(dú)立的，于是就產(chǎn)生具有負(fù)的斜率電壓曲線(xiàn)的可變電壓。曲線(xiàn)是，恒定的或是線(xiàn)性的，取決于電池溫度變化的速率。另外，可以預(yù)定的時(shí)間周期之后下降發(fā)生，從而產(chǎn)生多個(gè)階梯狀恒定電壓，其中后續(xù)階梯是比早先階梯更小的充電電壓。根據(jù)較佳實(shí)施例，電池溫度每上升攝氏一度，則電壓下降在.5％和5％之間(較佳的是在2％和4％之間)，其中溫度的上升可使用設(shè)置在電池附近的熱敏電阻來(lái)獲得。一旦所施加的充電電壓等于預(yù)定偏置電壓時(shí)，例如，等于1.65V，則充電電壓就維持恒定，直至測(cè)量到過(guò)多的溫度(例如，大約50攝氏度)，或者時(shí)間的預(yù)定長(zhǎng)度結(jié)束(例如，小于15分鐘)，這可以理解成壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)也可以調(diào)節(jié)電池的充電。
因此，電池在充電的周期中就變成充滿(mǎn)的狀態(tài)。應(yīng)該理解的是，在1.65V作為上述實(shí)例中的基準(zhǔn)的同時(shí)，該基準(zhǔn)可以是在1.2V和2V之間的任意電壓電平，包括在1.2V和2V之間的范圍內(nèi)以0.05V增量下降的這些電平。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖23，根據(jù)本發(fā)明另一替代實(shí)施例所構(gòu)成的軸向延伸電池包括罐312，該罐具有閉端(未顯示)和開(kāi)端313，相對(duì)于開(kāi)端且軸向向下設(shè)置。端帽組件310包括正的端帽318，它固定在負(fù)的罐312的開(kāi)端，以便于封閉電池。特別是端帽組件310和罐312的開(kāi)端在尺寸和形狀上是相互適合的，使得在圓柱形可充電金屬氫化物電池組裝過(guò)程中通過(guò)卷邊負(fù)的罐312將端帽組件310密封包容在開(kāi)端中。罐的閉端是常規(guī)的，并因此而沒(méi)有顯示。
正(例如，鎳氫氧化物)電極314與正的端帽318是處于可除去的電連接，從以下的討論中將變得更加顯而易見(jiàn)。電池可進(jìn)一步包括負(fù)電極321(例如，氫化物電極)，它與罐312形成電連接和堿性電解液(例如，鉀氫氧化物)，它可以單獨(dú)的電解液或者是與其它堿金屬氫氧化物組合的電解液。電極可以設(shè)置在內(nèi)腔341中，并且由分離器316分離。包括罐312和本發(fā)明的端帽組件310的電池還包括在其內(nèi)部的常規(guī)正的314和負(fù)的321盤(pán)狀電極，盡管這些電極的相對(duì)尺寸可以調(diào)整使之滿(mǎn)足電池的物理和電性能指標(biāo)。
正的端帽318具有一個(gè)觸點(diǎn)320，其尺寸和形狀為具有根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)311的電池提供正端。壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)311包括一個(gè)金屬扣眼322形式的柔性非導(dǎo)電單穩(wěn)態(tài)部件，其尺寸和形狀適于牢固地固定在開(kāi)端313中。金屬扣眼322包括徑向向外的密封325，內(nèi)部插孔327，以及基本上徑向延伸的并且將密封與插孔相連接的臂329。金屬扣眼322還包括軸向延伸通過(guò)插孔327中心設(shè)置的開(kāi)口315，其中安置金屬圈324的方式密封著導(dǎo)電連接體；該金屬圈具有一對(duì)相對(duì)地向外徑向延伸的法蘭323。在金屬扣眼322的外表面和端帽318內(nèi)表面之間的空間限定端帽組件310內(nèi)部的腔體317。臂329徑向延伸通過(guò)電池，因此與那些臂是徑向和軸向地向負(fù)端延伸的電池相比較，減小了空腔317的腔體。因此，增加適用于電池310的有效電池部件可用的內(nèi)部容積相對(duì)地增加電池的容量。根據(jù)該實(shí)施例，在觸點(diǎn)320的上表面和金屬扣眼322的下表面之間的距離大約是3.8mm，從而保持了適用于電極的剩余電池高度。
連接體324牢固地固定在金屬扣眼322的開(kāi)口中，使得導(dǎo)電的連接體324可以與金屬扣眼一齊移動(dòng)。根據(jù)所說(shuō)明的實(shí)施例，第一環(huán)形導(dǎo)電接觸片326是一個(gè)金屬墊片，環(huán)繞著連接體324的插孔并且具有一個(gè)與上層法蘭323電接觸的上表面。第二環(huán)形導(dǎo)電接觸片328(這也是一個(gè)金屬墊片)也環(huán)繞著金屬扣眼并且軸向上游定位，在第一接觸片326附近。第一和第二接觸片326和328在圖23中都是圓環(huán)平面，但是它們也可以采用其它形狀，正如以上所討論的。在金屬扣眼臂329的上表面和接觸片328的下表面之間設(shè)置彈簧件334，使得接觸片328可以向外偏置以至于接觸片328的下表面電連接著端帽318，并且是采用可除去的機(jī)械的(且因此也是電的)與第一接觸片326的底表面接觸，將從以下的描述中變得更加顯而易見(jiàn)。彈簧件334較佳的是非導(dǎo)電性。
正如以上所討論的，金屬扣眼322可以采用任何足夠柔性、非導(dǎo)電的、不會(huì)與電池化學(xué)產(chǎn)生不利影響的惰性材料。
金屬扣眼322的外部密封325包括一個(gè)向上和徑向向內(nèi)延伸的邊緣唇338，其形狀和尺寸可形成與罐的開(kāi)端緊密密封，以便于提供在電池的內(nèi)部和外部之間的屏障。邊緣唇338也部分限定外部密封325中的腔體，在該腔體中設(shè)置了端帽318的外端和第二接觸片328。邊緣唇338存在著一個(gè)徑向向外凸起的表面，以允許在電池組裝過(guò)程中將罐312卷邊在金屬扣眼322上。當(dāng)罐312的軸向下游端在組裝過(guò)程中卷邊在金屬扣眼322上時(shí)，則在金屬扣眼322、第二接觸片328和端帽318之間提供了緊密的密封，以便于電池的內(nèi)部與外部環(huán)境絕緣。在端帽組件310和罐312之間也可以采用諸如瀝青或柏油之類(lèi)的可選密封膏，以便于增強(qiáng)密封。
柔性導(dǎo)電帶330將導(dǎo)電連接體324與電池內(nèi)部的正電極314電連接。導(dǎo)電連接體324可以金屬圈或者鉚釘，通過(guò)在其一端上的卷邊固定在中心開(kāi)口19上，以提供固定金屬扣眼322的插孔327和第一接觸片326的法蘭323。導(dǎo)電連接體324與第一接觸片326電接觸和物理接觸，從而有助于將導(dǎo)電連接體324固定到位。
圖23說(shuō)明了處于低壓力狀態(tài)中的端帽組件，這時(shí)金屬扣眼322處于穩(wěn)定位置。在該低壓力狀態(tài)中，正電極314通過(guò)導(dǎo)電帶330、連接體324、第一接觸片326以及第二接觸片328與正端帽318電連接。因此，電池可以通過(guò)引入的再充電電流或電壓對(duì)電池進(jìn)行充電。其優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)電池內(nèi)部的壓力積聚超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，金屬扣眼322沿著箭頭B所指的方向軸向向下游放松(回送)，以便于將壓力響應(yīng)從圖23所示的第一閉合位置偏置到第二開(kāi)放位置。應(yīng)該意識(shí)到的是，預(yù)定的閾值可以取決于可以希望采用的充電類(lèi)型(例如，恒流、恒壓，等等)，并且可以由金屬扣眼所選擇的材料、以及臂329的厚度和柔性所確定。
當(dāng)電池內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定的閾值足以使金屬扣眼322彎曲時(shí)，插孔327就軸向向下游移動(dòng)，從而也使第一接觸片326相對(duì)于第二接觸片328軸向向下游移動(dòng)，并且去除在兩者之間的電接觸。其結(jié)果是，在觸點(diǎn)320上的電連接就不能移動(dòng)至電池內(nèi)的電極314，并且可以避免進(jìn)一步的充電，直至過(guò)壓狀態(tài)下降。
圖23還說(shuō)明了一可選的安全系統(tǒng)，用于在過(guò)壓條件下從電池排泄多余的壓力(氣體)。特別是，導(dǎo)電連接體324可以定義中心設(shè)置的壓力釋放通道343且該通道通過(guò)其軸向延伸。插頭345，較佳的是由橡膠或其它合適的應(yīng)允的材料所制成，設(shè)置在該通道343，并且提供防止受壓的氣體從該通道343流出的密封。因此，隨著在電極上所產(chǎn)生氣體，壓力就在電池內(nèi)部341中積聚。一旦壓力達(dá)到預(yù)定的最大閾值，插頭就會(huì)沿著箭頭B所示的方向軸向向下游偏置并且進(jìn)入到端帽內(nèi)部317。當(dāng)插頭345不再密封通道343時(shí)，圖23所示的泄放機(jī)制是不可逆的。端帽318規(guī)定了一個(gè)或多個(gè)出口355且可以是貫通其中的，使得氣體能夠從端帽組件10流到外部環(huán)境。該出口355可以采用密封(未顯示)來(lái)固定以避免所不希望的泄流，所采用的密封具有在預(yù)先選擇的壓力水平上的延伸強(qiáng)度，以便于從電池釋放氣體。該密封可以是可逆的，也可以是不可逆的。因此，正如所圖示說(shuō)明的，出口355可以始終對(duì)環(huán)境開(kāi)放，在這種情況下，該電池內(nèi)部的氣密性密封是通過(guò)在工作過(guò)程中阻塞壓力釋放通道343來(lái)維持的。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖24，圖示所說(shuō)明的電池310具有圖23所圖示說(shuō)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)311，但是具有不同的泄放結(jié)構(gòu)。特別是，插頭345包括軸向延伸通過(guò)通道343的頸部353，并且規(guī)定義一個(gè)內(nèi)部軸向延伸的通道359。橫向臂357設(shè)置在插頭345的軸向外端，并且提供對(duì)通道的密封，以避免在正常工作過(guò)程中氣體泄流到腔室317中。然而，如果內(nèi)部電池壓力達(dá)到預(yù)定的閾值，臂357就會(huì)斷開(kāi)，從而使得受壓的氣體通過(guò)通道359和出口355流出電池。因?yàn)楸?57在工作過(guò)程中斷開(kāi)，所以泄放裝置是不可逆的。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖25，所圖示說(shuō)明的電池310具有圖23和圖24所圖示說(shuō)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)311，但是具有不同的泄放結(jié)構(gòu)。特別是，插頭345包括一個(gè)密封部件360，它設(shè)置在通道343中并且避免受壓的氣體流入腔室317中。密封部件360通過(guò)軸向延伸的臂362連接著毗鄰觸點(diǎn)320內(nèi)表面的基板364。因此，當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定閾值使得金屬扣眼322移動(dòng)，斷開(kāi)在部件326和328之間的電接觸時(shí)，正如以上所討論的，密封部分360就相對(duì)于金屬扣眼322和金屬圈324軸向向上游移動(dòng)。一旦密封件360與金屬圈324的下表面分開(kāi)時(shí)，受壓的氣體就會(huì)通過(guò)通道343流動(dòng)并經(jīng)過(guò)出口355流出電池。如果泄放插頭基板364僅僅只是毗鄰觸點(diǎn)320，但并沒(méi)有連接著觸點(diǎn)320，則插頭就會(huì)在泄放過(guò)程中壓扁在電池內(nèi)，從而呈現(xiàn)出該插頭不能夠再次使用。然而，基板364也可以粘結(jié)在觸點(diǎn)320的內(nèi)表面上，在這種情況下，插頭345的結(jié)構(gòu)完整性可以在泄放過(guò)程中得到維持，從而呈現(xiàn)出該插頭345可逆的。
本發(fā)明認(rèn)識(shí)到在對(duì)第二類(lèi)尺寸AA和AAA電池進(jìn)行快速充電時(shí)，一般都需要高電壓(通常對(duì)于AAA、AA、C和C電池是在1.2和2V之間的范圍內(nèi))和電流(通常對(duì)于尺寸為AAA和AA的電池是在4和15安培的范圍內(nèi))。
其結(jié)果是對(duì)電池的充電速率根據(jù)電池的尺寸在2C和50C之間的任意位置上。例如，使用本發(fā)明，2000mAh AA電池可以3-5C的速率進(jìn)行充電，較佳的是4C，而800mAh AAA電池可以5-7C的速率進(jìn)行充電，較佳的是6C。應(yīng)該意識(shí)到的是，尺寸為C和D且包括根據(jù)本文所討論的任意實(shí)施例所構(gòu)成的壓力開(kāi)關(guān)的電池都可以使用比AA和AAA電池相應(yīng)地較高的充電電流進(jìn)行充電，以產(chǎn)生可比較的C速率。例如，3500mAh C電池可以使用在10和30A之間的電流以3-5C之間的速率進(jìn)行充電，且較佳的是4C。
快速充電會(huì)在電池內(nèi)部產(chǎn)生熱量，從而在充電過(guò)程中增加電池溫度。所形成的多余的溫度會(huì)損壞常規(guī)的電池部件。因此，開(kāi)發(fā)能夠快速充電的較大的電池都受到電池所能夠承受溫度的限制。許多常規(guī)高功率的應(yīng)用都得益于較大的可充電電池，例如，子C尺寸的電池可以在諸如電動(dòng)工具等等中使用。
數(shù)種電池系統(tǒng)當(dāng)今正在電動(dòng)車(chē)輛中競(jìng)爭(zhēng)稱(chēng)雄包括鉛酸，鎳鎘，鋰離子，鋅空氣和鎳金屬氫化物。為了為駕駛行業(yè)所接受，希能對(duì)電池的充電時(shí)間減少至最小，或許不比現(xiàn)有有車(chē)輛的加注汽油的時(shí)間多。這是十分重要的挑戰(zhàn)，過(guò)去歷史上曾限制接受電動(dòng)車(chē)輛的電池系統(tǒng)。
正如以上所討論的，電化學(xué)，特別是，包括限制過(guò)壓的壓力開(kāi)關(guān)的NiMH，可以采用恒壓的方式充電。充電的壓力開(kāi)關(guān)和恒壓方式的組合允許電池以高的速率進(jìn)行充電。這就減小了充電所需的時(shí)間，這是各種應(yīng)用和設(shè)備中的一大優(yōu)點(diǎn)。
例如，包括電池內(nèi)充電控制機(jī)制(即，本文所討論的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān))的大電池可以作為電動(dòng)車(chē)輛或者混合電動(dòng)車(chē)輛的電池使用。在沒(méi)有限制本發(fā)明范圍的條件下，由具有電池內(nèi)充電控制的電池所組成的電池組的尺寸范圍在長(zhǎng)度、高度和寬度上大于5cm，這些都是商用開(kāi)發(fā)的典型值。盡管如此，仍舊希望增加電池對(duì)升高溫度且與其大小無(wú)關(guān)的容差。
本發(fā)明的一例實(shí)施例認(rèn)為電池部件材料的明智選擇可減小或消除快速充電的不良效應(yīng)。具備高溫工作的材料使得電池可以較高的速率進(jìn)行充電。此外，希望設(shè)計(jì)適用于電池的電流傳輸部件以最小化內(nèi)部電池電阻抗，因?yàn)樵诟咚俾食潆娺^(guò)程中由電池所產(chǎn)生的熱量隨著電池電阻的增加而增加。因此，就希望提供適用于快速充電的低電阻和熱穩(wěn)定的材料。例如，在以上所討論的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)中，就希望所披露在快速充電過(guò)程中暴露或升高溫度的金屬扣眼、插頭、絕緣體、壓力塞以及任何其它非導(dǎo)電件都是有熱穩(wěn)定的材料所組成。否則，這些部件在工作中就會(huì)失效。已經(jīng)確定聚合體材料的某些特性允許電池具有高溫工作的功能。在較佳實(shí)施例中，具有“干式模壓”拉伸強(qiáng)度大于75MPa、斷裂時(shí)的百分比延長(zhǎng)小于或等于50％以及在263psi的熱偏差溫度大于或等于100攝氏度的聚合體可以提供在快速充電過(guò)程中所經(jīng)歷的提高溫度等等的顯著功能。
例如，圖28A繪出了在斷裂時(shí)百分比延長(zhǎng)與拉伸強(qiáng)度的函數(shù)，而圖28B繪出了熱偏差溫度與拉伸強(qiáng)度的函數(shù)。圖28A和28B都圖示說(shuō)明了玻璃填充的聚酰胺，例如，玻璃填充的尼龍6，6、玻璃填充的尼龍6，12以及玻璃填充的聚酞酰亞胺；和芳族聚酰胺，例如，沒(méi)有玻璃填充的聚酞酰亞胺，以及拉伸強(qiáng)度大于75Mpa和斷裂時(shí)的延長(zhǎng)小于50％的其它聚合體，能滿(mǎn)足以上特性并且都是適用于快速充電時(shí)暴露于升高溫度的非導(dǎo)電電池部件的較佳聚合體材料。在聚酰胺中的玻璃含量可以按質(zhì)量計(jì)1％至50％的范圍內(nèi)，并且較佳的是按質(zhì)量計(jì)5％和12％之間。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有在264PSI時(shí)熱偏差溫度大于120C或者較佳的是大于200C的聚合體適用于以上所討論的電池部件。在某些情況下，還希望電池的分離器具備熱穩(wěn)定性，例如，使用聚丙烯，或者，混合的，或者表面改良的，或者改良的聚丙烯，或者其它類(lèi)似熱穩(wěn)定性材料。
正如以上所討論的，希望將電池電阻減小來(lái)限制在充電過(guò)程中的溫度增加。已經(jīng)確定高導(dǎo)電性不含鐵的合金材料可以用于第二類(lèi)電化學(xué)電池的電流傳輸金屬部件，以降低電池電阻。例如，可以使用諸如鈹銅之類(lèi)的銅合金，以及其它具有高熱和電傳導(dǎo)性的金屬，除了鍍鎳的鋼觸點(diǎn)之外，還包括但并不限制于，鍍銀的電觸點(diǎn)或者鍍金的或者鎳的觸點(diǎn)。應(yīng)該意識(shí)到的是，電池包括暴露于電解液中的電流傳輸部件，例如，圖2A和2B所示的導(dǎo)電帶30和鉚釘24，圖6A所示的導(dǎo)電引腳116和導(dǎo)電帶118，以及圖7所示的連接體160。希望這些部件，除了具有高的導(dǎo)電性之外，還具有耐腐蝕性溶液的化學(xué)性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鎳或鎳合金由于它們所具有的高的熱和電傳導(dǎo)性以及低成本的特性可以產(chǎn)生所需要的結(jié)果。
減小電流傳輸部件或者與電流傳輸部件直接接觸的其它部件的電阻可以通過(guò)提供較厚的電極帶來(lái)獲得，從而減小便于電流流動(dòng)的部件電阻以及還能增加熱的傳遞。例如，參見(jiàn)圖6B，尺寸為子C、F、C或D(基本上包括直徑大于15mm的任何電池)都可以得益于較厚的電極帶118，其厚度在5/1000和20/1000英寸之間，如圖所示。還應(yīng)該意識(shí)到的是，118還可以從各個(gè)電極108和觸點(diǎn)鉚釘116向上延伸。此外，導(dǎo)電盤(pán)125可以將各個(gè)電極106的底部與外部罐110相連接，以便于增加電流集合體的導(dǎo)電性，正如在現(xiàn)有技術(shù)中所通常實(shí)現(xiàn)的。在電池中的高充電速率的適應(yīng)性調(diào)整以及同時(shí)減小在充電電池內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量可以進(jìn)一步降低內(nèi)部電池的壓力。減小壓力和熱量可增加在開(kāi)關(guān)打開(kāi)之前的電池充電的時(shí)間長(zhǎng)度同時(shí)減小由于擴(kuò)展地暴露于高溫所產(chǎn)生的電池電化學(xué)容量的任何化學(xué)衰退。
應(yīng)該意識(shí)到的是，本發(fā)明可等效應(yīng)用于所有NiMH電池，包括較大尺寸的電池(例如，尺寸為AAA、AA和子C)以及較小格式(例如，NiMH)電池，例如，鈕扣電池、硬幣電池和較小的圓柱形電池，例如，N和AAAA尺寸的電池，以及棱鏡型電池。希望小尺寸電池包括所有具有小于3cm3體積的電池。業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人士將會(huì)意識(shí)到，以上根據(jù)本發(fā)明所討論的實(shí)施例可以較大尺寸的NiMH電池和較小尺寸的NiMH電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，根據(jù)本文所討論的任意實(shí)施例的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以安裝在小規(guī)格和大規(guī)格的NiMH電池中。這就增加了電池的有用性，特別是在無(wú)線(xiàn)設(shè)備中的應(yīng)用，例如，非常需要進(jìn)行快速充電(電平在1.2和2V之間以及電流水平在4和15A之間)的GSM手機(jī)、PDA、助聽(tīng)器以及頭戴式耳機(jī)，作為小規(guī)格的電池可以使用結(jié)合任何上述壓力開(kāi)關(guān)的快速充電方法在幾分鐘內(nèi)進(jìn)行充電。
本發(fā)明還認(rèn)為通過(guò)首先仔細(xì)匹配(蓄)電池組各個(gè)電池容量的方法可以最大化常規(guī)電池組的安全性以及性能，以便于至少避免在電池組中至少一旦電池的過(guò)充或過(guò)放。業(yè)內(nèi)熟練的技術(shù)人士都認(rèn)為在電池組中的電池的過(guò)分放電會(huì)引起正和負(fù)電極的翻轉(zhuǎn)，并且分別變成為負(fù)和正的電極。因此，本發(fā)明的一例實(shí)施例集中于多個(gè)第二類(lèi)電池(包括NiMH電池)，至少有一個(gè)包括壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的電池，可防止在電池組串中的個(gè)別電池的過(guò)充和過(guò)放，從而進(jìn)一步消除仔細(xì)匹配電池的需要以及使得電池組可以只在大約數(shù)分鐘內(nèi)充電充滿(mǎn)。電池組在本文中被廣泛定義成多個(gè)電連接起來(lái)的電池以產(chǎn)生大于單個(gè)電池輸出的電壓和/或電流。該電池組可以構(gòu)成提供標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電池組(例如，當(dāng)多個(gè)AA或AAA尺寸的電池連接成尺寸C或D的電池組)，或者該電池組可以構(gòu)成提供大于標(biāo)準(zhǔn)尺寸電池組輸出的電流和/或電壓，例如，通?？捎糜诓僮魇謾C(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、諸如鉆孔和旋螺絲的電動(dòng)工具、個(gè)人數(shù)字助理或者便攜式計(jì)算機(jī)的電池組。
應(yīng)該意識(shí)到的是，可以將多個(gè)電池安裝在一個(gè)電池組中并且在構(gòu)成對(duì)電池提供恒壓或恒流充電的充電器中串聯(lián)連接。特別是，現(xiàn)在，參見(jiàn)圖26A-26C，這類(lèi)電池組370的各種實(shí)例包括了多個(gè)以一個(gè)或多個(gè)條狀排列的電池，其中各個(gè)電池可以包含根據(jù)任何上述實(shí)施例的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)，取決于電池和條狀之間的連接類(lèi)型。應(yīng)該意識(shí)到的是，電池組可以提供適用于電動(dòng)車(chē)輛或者混合電動(dòng)車(chē)輛電池組以及其它等等類(lèi)型的大電池組，或者另外可以包括多個(gè)較小的電池(例如，尺寸AA或AAA)以組合方式提供尺寸為C或D電池。
圖26A圖示說(shuō)明了具有電池372的條371的電池組370，它可與充電器電路374串聯(lián)連接，使得通過(guò)在任一電池中的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的開(kāi)路終止充電來(lái)終止串聯(lián)連接中的各個(gè)電池的充電。該實(shí)施例試圖將壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以安裝在串聯(lián)的所有電池中。因此，當(dāng)具有最低充電容量的電池終止充電時(shí)，電流就停止通過(guò)條371中所有電池。當(dāng)初始充電終止之后電池仍保持著充電時(shí)，則充得最滿(mǎn)的電池中的開(kāi)關(guān)將以占空比來(lái)重復(fù)閉合和導(dǎo)通，從而允許充電間隙流過(guò)在組中所有電池。于是，具有較大充電容量的失配電池將會(huì)接受到間隙地充電(即，恒流或恒壓的充電)。失配電池的充電容量會(huì)以比充滿(mǎn)電(或者幾乎充滿(mǎn)電)的電池更快的速率減小，從而使得失配電池的放電容量恢復(fù)到相對(duì)于充滿(mǎn)的電池。本發(fā)明有利的是克服了在給定電池組中仔細(xì)匹配電池的需求。
根據(jù)另一實(shí)施例，條371可以包括一個(gè)具有相對(duì)較低充電容量的電池。因?yàn)槟莻€(gè)在條371中的電池的充電容量在正常工作期間降低至少于其它電池電平(當(dāng)所有的電池都暴露在相同的充電電流下并且也以相同的速率進(jìn)行放電)，所以?xún)H僅只要這個(gè)電池含有壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)。將該開(kāi)關(guān)安裝在具有最低充電容量的電池中，就能夠確保沒(méi)有一個(gè)電池會(huì)在工作中變成過(guò)充，只要充電器A)能夠檢測(cè)到由于電池開(kāi)關(guān)的開(kāi)路所引起的開(kāi)路條件，和B)終止充電，以便于防止1)這些不包括壓力開(kāi)關(guān)的電池的過(guò)充，和2)將不具有壓力開(kāi)關(guān)的這些電池充電至大于具有壓力開(kāi)關(guān)的這些電池的電平。另外，在條371中的多個(gè)(但不是所有)電池都可以包括壓力開(kāi)關(guān)。該實(shí)施例認(rèn)為通過(guò)提供電池條可以保存成本和資源，其中，不是每一個(gè)電池都需要壓力開(kāi)關(guān)。
現(xiàn)在，參見(jiàn)圖26B，電池組370包括電池372的條371，電池372以并聯(lián)方式連接著充電器電路374，以增加電池組的放電電流。因?yàn)殡姵?72是以并聯(lián)方式連接的，所以一個(gè)電池在充電器電路中的斷開(kāi)不會(huì)中斷對(duì)所有電池的充電，而是會(huì)增加對(duì)沒(méi)有斷開(kāi)電池的有效充電電流。只要需要，壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以安裝在各個(gè)電池中，以防止電池過(guò)充。
正如圖31A所圖示說(shuō)明的，圖26B所圖示說(shuō)明的電池組370可以通過(guò)提供多個(gè)電池372(在第一實(shí)施例中是4個(gè))來(lái)制成。電池372的正端376和負(fù)端378是對(duì)準(zhǔn)的。所提供的導(dǎo)電盤(pán)380具有多個(gè)孔徑382且貫穿其中，以構(gòu)成接受正端376。提供一對(duì)導(dǎo)電的圓形盤(pán)384并與電池372的正端和負(fù)端相連接(較佳的是焊接的)。隨后，電池可以封裝在電池組封裝外殼中，使得電池372的正端和負(fù)端電連接著外殼的各端，這樣就可以構(gòu)成D或C尺寸的電池。外殼也可以另外構(gòu)成，以便于提供任何受益于包含多個(gè)AAA或AA尺寸電池的其它電池。
圖26C試圖說(shuō)明電池組370可以進(jìn)一步包括電池372以串聯(lián)方式連接的多個(gè)條371和373，其中各個(gè)條371是以并聯(lián)方式連接的。在該實(shí)施例中，在該條371中的任何指定個(gè)別電池372中所設(shè)置的壓力開(kāi)關(guān)都會(huì)停止在該條中的所有電池的充電。然而，因?yàn)闂l371和373是并聯(lián)連接的，在其余條373中的電池372會(huì)繼續(xù)充電，直至在條373中一個(gè)電池的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)被激勵(lì)為此。還應(yīng)該意識(shí)到的是，可以任意數(shù)量的條相連接，這取決于電池組370所需要的放電容量。于是，應(yīng)該意識(shí)到的是，壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以安裝在各個(gè)條中的一個(gè)電池內(nèi)，正如以上所討論的，或者也可以安裝在一個(gè)或者多個(gè)條中的各個(gè)電池內(nèi)。
圖26C所圖示說(shuō)明的電池組370的制造可以圖32A-B來(lái)圖示說(shuō)明。特別是，電池372中所提供的第一條371與正端376相對(duì)準(zhǔn)。第二條373具有負(fù)端378且與第一條371的正端相對(duì)準(zhǔn)。提供了一對(duì)導(dǎo)電帶388。一條導(dǎo)電帶388連接著第一條371的正端376，而另一條導(dǎo)電帶連接著第二條373的負(fù)端378。于是，導(dǎo)電帶388以并聯(lián)的方式連接著各個(gè)條中的電池。條371和373通過(guò)導(dǎo)電盤(pán)384串聯(lián)連接，該導(dǎo)電盤(pán)384連接著(較佳的是焊接)導(dǎo)電帶388另一側(cè)的電池372的端點(diǎn)。絕緣件390貼在盤(pán)384上，以防止盤(pán)與任何外部部件的電連接。而該盤(pán)390包括4個(gè)開(kāi)孔392，各個(gè)開(kāi)孔可與4個(gè)電池的正端相匹配(以便于包容電池的端點(diǎn)376)，盡管根據(jù)本實(shí)施例對(duì)應(yīng)于條373的端點(diǎn)376需要在盤(pán)390中形成一對(duì)開(kāi)孔392即可。于是，只需要通過(guò)帶388就可以提供與電池372的電連接。因此，電池372就可以插入在所需尺寸的電池組外殼中。
在指定條中的失配電池在僅僅幾個(gè)充電一放電周期之后恢復(fù)它們?nèi)萘康哪芰θQ于電池在第一個(gè)電池開(kāi)關(guān)開(kāi)始交替開(kāi)路和閉合之后電池處于在充電器中的時(shí)間長(zhǎng)度。例如，參見(jiàn)圖27，兩個(gè)匹配的電池在周期1-8中串聯(lián)連接，電池組的充電和放電容量保持相對(duì)恒定。在周期9中，一對(duì)失配的電池(其中一個(gè)僅僅只具有25％的充電容量)串聯(lián)連接。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，其中一節(jié)電池會(huì)具有比另一節(jié)電池更大的充電容量。然而，在充電周期中，如果當(dāng)較低充電容量的電池開(kāi)關(guān)開(kāi)始重復(fù)時(shí)電池仍保持在充電器中持續(xù)一段時(shí)間，則由于當(dāng)重復(fù)電池的開(kāi)關(guān)閉合時(shí)在重復(fù)電池中所存在的復(fù)合反應(yīng)使得較高充電容量的電池將會(huì)變成以相對(duì)于重復(fù)電池更高的速率進(jìn)行充電(見(jiàn)圖1)，從而允許電流流過(guò)所有連接著的電池。因?yàn)榇嫦碌倪€沒(méi)有充滿(mǎn)的電池不再經(jīng)受復(fù)合反應(yīng)，所以它們?nèi)詫⒗^續(xù)充電，即使重復(fù)的電池經(jīng)受復(fù)合反應(yīng)。這一趨勢(shì)將持續(xù)數(shù)個(gè)周期(根據(jù)所圖示說(shuō)明的實(shí)施例共計(jì)5個(gè)周期)，直至兩個(gè)電池的容量成為等效。當(dāng)然，周期的數(shù)目取決于在第一個(gè)電池開(kāi)始重復(fù)之后施加于電池的充電的時(shí)間長(zhǎng)度。
眾所周知，以并聯(lián)方式所連接的電池的放電容量在放電過(guò)程中隨著具有較高放電容量的電池所產(chǎn)生較高的電流輸出而達(dá)到平衡。本發(fā)明的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)也能夠使得多個(gè)以串聯(lián)方式連接的失配電池可以在一段時(shí)間周期之后成為匹配電池。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，認(rèn)為用戶(hù)愿意縮短充電時(shí)間，即使這在使用過(guò)程中會(huì)引起稍微減小的電池容量。在工業(yè)界趨向于持續(xù)努力增加電池容量的同時(shí)，本實(shí)施例認(rèn)為，希望能夠減小可充電電池的容量，例如，通過(guò)制造較短長(zhǎng)度的電極，或者較薄的厚度，或者具有惰性的填充材料(本文定義為對(duì)電池部件或化學(xué)液不產(chǎn)生反應(yīng))，從而減小有效電池部件的容體，正如參見(jiàn)圖33A-C所討論的?？梢灶A(yù)期的是，包括了陽(yáng)極和陰極的有效電池部件只占20和40％之間就可以減小對(duì)電池充電所需的時(shí)間，并且還可以進(jìn)一步增加電池的效率，正如現(xiàn)將所討論的。
例如，參見(jiàn)圖33A，惰性材料層127插入在電極106中，使得電極材料設(shè)置在層127的兩側(cè)。這就增加了電極106的整體厚度，減小了電極108的厚度。另外，惰性材料層127可以插入在兩個(gè)電極1006和108中，正如圖33B所圖示說(shuō)明的。還有，惰性材料127可摻合在任一電極(圖33C所示的電極106)中，而惰性層127可以插入在另一電極108中。另外，另一電極的厚度也可以減小。還有，惰性材料可以與兩個(gè)電極106和108相混合。還有，減小電極厚度、插入惰性層以及惰性材料與單個(gè)或兩個(gè)電極相混合的組合都會(huì)減小有效材料。以上參見(jiàn)圖33A-C所討論的實(shí)施例在降低有效材料容積的同時(shí)保持了軸向的長(zhǎng)度(并因此保持了接觸表面面積)。因?yàn)殡姵氐男适怯捎行щ姵夭牧系膯挝蝗莘e的表面接觸面積的比率所確定的，圖33A-C所圖示說(shuō)明的實(shí)施例，以及它們的等效實(shí)施例，都增加了電池的效率。
另外，可以減小電極的長(zhǎng)度。而這會(huì)降低表面接觸面積(這里沒(méi)有增加電池的效率)，因此減小電極的長(zhǎng)度會(huì)引起減小對(duì)電池充電所需的時(shí)間長(zhǎng)度。
特別是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在對(duì)具有根據(jù)本文所討論的任一實(shí)施例所構(gòu)成的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的電池以恒定電壓進(jìn)行快速充電(正如以上所討論的)時(shí)，減小在可充電電池中的有效容積(例如，為了獲得尺寸AA電池的700-1600mAh的放電容量，和尺寸AAA電池的200-650mAh的放電容量)會(huì)將充電時(shí)間減小至只有幾分鐘。
這樣的充電時(shí)間呈現(xiàn)出了NiMH可充電電池與超級(jí)電容器的快速充電時(shí)間的更多競(jìng)爭(zhēng)性，同時(shí)保持了電池所固有的優(yōu)點(diǎn)。例如，圖29圖示說(shuō)明了充電容量與充電時(shí)間的函數(shù)。具有根據(jù)以上所討論的任一實(shí)施例的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)的尺寸AA的NiMH電池所能夠接受的充電容量是僅僅只在5分鐘之后就充至800mAh，并且僅僅只在7分鐘充電后就可充電至1Ah。NiMH電池的另一益處是它的相對(duì)平坦的放電電壓，而超級(jí)電容器呈現(xiàn)出陡峭斜率的放電電壓曲線(xiàn)。
圖30圖示說(shuō)明了NiMH AA電池的另一優(yōu)點(diǎn)。由于超級(jí)電容器沒(méi)有提供商用的AA尺寸，圖30闡述了在NiMH AA電池和多個(gè)相似容積的超級(jí)電容器之間的比較(本文為了簡(jiǎn)化和便利的目的將NiMH電池和超級(jí)電容器通稱(chēng)之“電池”)。特別是，圖示說(shuō)明了電池的充電容量，以及所測(cè)量到的各個(gè)超級(jí)電容器的額定容量按法拉第計(jì)。對(duì)所有的電池的標(biāo)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)(E)是以V來(lái)測(cè)量，而放電時(shí)間是以分鐘來(lái)測(cè)量。所得到的各個(gè)電池的充電容量是以安培-小時(shí)(Ah)來(lái)測(cè)量的，而測(cè)得的釋放能量是以瓦特-小時(shí)(Wh)來(lái)測(cè)量的。最終，電池是基于能量密度來(lái)進(jìn)行比較的，以單位立升的Wh來(lái)測(cè)量，而各個(gè)電池的內(nèi)阻是以毫歐(mΩ)來(lái)測(cè)量的?？梢杂^察到，NiMH電池組的能量密度比超級(jí)電容器的能量密度大若干個(gè)數(shù)量級(jí)，而內(nèi)阻類(lèi)似于超級(jí)電容器，從而使得NiMH電池組可具有更高的放電速率。
上述描述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，且對(duì)業(yè)內(nèi)熟練技術(shù)人士來(lái)說(shuō)，可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下進(jìn)行許多改進(jìn)。為了提醒廣大公眾各種實(shí)施例都可以在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，特制定了下列權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種可再充電的電化學(xué)電池，它定義了一個(gè)正的和一個(gè)負(fù)的端點(diǎn)，其特征在于，所述電池包括(a)外罐，它定義了內(nèi)部腔體，并在內(nèi)部腔體內(nèi)設(shè)置了正電極和負(fù)電極；以及，(b)開(kāi)關(guān)組件，它包括i.柔性部件，它是由熱偏差溫度在264PSI大于100C以及延伸強(qiáng)度大于75Mpa的材料所制成的，其中，所述柔性部件可以響應(yīng)內(nèi)部電池的壓力從第一位置向第二位置伸展；ii.第一導(dǎo)電元件，它與正極端電連通；iii.第二導(dǎo)電元件，它與正電極電連通，以及與第一導(dǎo)電元件可移動(dòng)電連通，其中，所述第二導(dǎo)電元件與柔性部件機(jī)械連通；以及，其中，當(dāng)柔性部件響應(yīng)超出預(yù)定閾值的內(nèi)部壓力移向第二位置時(shí)，第一和第二導(dǎo)電元件就斷開(kāi)電連通。
2.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件當(dāng)內(nèi)部壓力下降至低于預(yù)定閾值時(shí)就從第二位置返回至第一位置。
3.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件的材料是選自一組包括玻璃填充聚酰胺和芳族聚酰胺的材料。
4.如權(quán)利要求3所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述玻璃填充聚酰胺是選自一組包括玻璃填充尼龍6，6，玻璃填充尼龍6，12和玻璃填充聚酞酰亞胺的材料。
5.如權(quán)利要求4所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述玻璃填充聚酰胺含有在1％和50％之間的玻璃，按時(shí)量計(jì)。
6.如權(quán)利要求5所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述玻璃填充聚酰胺含有在5％和12％之間玻璃，按量計(jì)。
7.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件材料具有大于75Mpa的拉伸強(qiáng)度，以及在斷裂時(shí)小于50％的拉長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件材料在264PSI時(shí)具有大于120C的熱偏差溫度。
9.如權(quán)利要求3所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述芳族聚酰胺包括聚鄰苯二甲酰胺。
10.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，進(jìn)一步包括分離器，它設(shè)置在正的和負(fù)的電極之間，其中所述分離器包括聚丙烯。
11.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述正的和負(fù)的電極中的一個(gè)包括惰性材料。
12.如權(quán)利要求11所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述惰性材料包括一層插入在至少一個(gè)正的和負(fù)的電極中的材料。
13.如權(quán)利要求11所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述惰性材料包括摻合在至少一個(gè)正的和負(fù)的電極中的材料。
14.如權(quán)利要求11所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述正的和負(fù)的電極材料的累積容積可減小在20％和40％之間。
15.如權(quán)利要求11所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述電化學(xué)電池是尺寸為AA的電池，其所具有放電容量在700和1500mAh之間。
16.如權(quán)利要求11所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述電化學(xué)電池是尺寸為AAA的電池，其所具有放電容量在200和700mAh之間。
17.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池是鎳金屬氫化物電池。
18.如權(quán)利要求17所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池是小規(guī)格的電池。
19.如權(quán)利要求17所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述電池是大規(guī)格的電池。
20.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述內(nèi)部腔體限定開(kāi)端，所述電池還包括用于封閉所述開(kāi)端的端帽。
21.如權(quán)利要求20所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件將內(nèi)部腔體劃分成電池內(nèi)部和端帽內(nèi)部，并且其中，通道軸向延伸通過(guò)所述柔性部件，使得內(nèi)部腔體與電池內(nèi)部相連接。
22.如權(quán)利要求21所述電化學(xué)電池，其特征在于，還包括延伸通過(guò)通道的導(dǎo)電鉚釘和將鉚釘與正電極電性能連接的導(dǎo)電帶，其中，所述鉚釘與所述第二導(dǎo)電元件電通訊，
23.如權(quán)利要求22所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述鉚釘和所述導(dǎo)電帶中至少一個(gè)包括非鐵的合金材料。
24.如權(quán)利要求23所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述非鐵合金材料選自一組包括鈹銅、鍍銀電接觸片、鍍金接觸片以及鍍鎳接觸片的材料。
25.如權(quán)利要求24所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述接觸片包括鋼。
26.如權(quán)利要求21所述電化學(xué)電池，其特征在于，還進(jìn)一步包括延伸通過(guò)端帽的出口。
27.如權(quán)利要求26所述電化學(xué)電池，其特征在于，還進(jìn)一步包括泄放部件，它在柔性部件處于第一位置時(shí)阻塞所述通道。
28.如權(quán)利要求27所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述泄放部件響應(yīng)預(yù)定的內(nèi)部壓力閾值從所述通道移去。
29.如權(quán)利要求28所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述預(yù)定的內(nèi)部壓力閾值基本等于將所述柔性部件偏置在第二位置上的內(nèi)部壓力閾值。
30.如權(quán)利要求28所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述預(yù)定的內(nèi)部壓力閾值大于將所述柔性部件偏置在第二位置上的內(nèi)部壓力閾值。
31.如權(quán)利要求28所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述泄放部件包括設(shè)置在所述通道中且可以響應(yīng)內(nèi)部壓力從所述通道去除的插頭。
32.如權(quán)利要求31所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述內(nèi)部壓力將所述插頭偏置在所述端帽內(nèi)部。
33.如權(quán)利要求31所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述插頭附在所述端帽中，并且其中，所述當(dāng)所述柔性部件處于第二位置時(shí)所述通道去除所述插頭。
34.如權(quán)利要求28所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述泄放部件還進(jìn)一步包括橫向臂，用于阻塞液體在所述電池內(nèi)部和所述端帽內(nèi)部之間流動(dòng)，其中所述橫向臂可響應(yīng)所述內(nèi)部電池壓力而斷裂。
35.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件還進(jìn)一步包括頸部向下的臂，且當(dāng)所述內(nèi)部電池壓力達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)就失效。
36.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件是基本側(cè)向延伸的。
37.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件是從所述罐徑向向內(nèi)延伸的。
38.如權(quán)利要求1所述電化學(xué)電池，其特征在于，所述柔性部件是相對(duì)于所述罐對(duì)稱(chēng)定位的。
39.一種電池組，其特征在于，包括多個(gè)電化學(xué)電池，它限定正的和負(fù)的端點(diǎn)，至少一個(gè)電池包括(a)外罐，它限定內(nèi)部腔體，并在內(nèi)部腔體內(nèi)設(shè)置了正電極和負(fù)電極；以及，(b)開(kāi)關(guān)組件，它包括i.柔性部件，可以響應(yīng)內(nèi)部電池的壓力從第一位置向第二位置伸展；ii.第一導(dǎo)電元件，它與正端電連通；iii.第二導(dǎo)電元件，它與正電極電連通，以及與第一導(dǎo)電元件可除去的電連通，其中，所述第二導(dǎo)電元件與柔性部件機(jī)械連通；以及，其中，當(dāng)柔性部件響應(yīng)超出預(yù)定閾值的內(nèi)部壓力移向第二位置時(shí)，第一和第二導(dǎo)電元件就斷開(kāi)電連通。
40.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述電化學(xué)電池是以串聯(lián)方式連接的。
41.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述電化學(xué)電池是以并聯(lián)方式連接的。
42.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，還進(jìn)一步包括至少兩條以串聯(lián)方式連接的電池，其中各條是以并聯(lián)方式連接的。
43.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述電化學(xué)電池可構(gòu)成提供尺寸為C和D電化學(xué)電池中的一種。
44.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述包括柔性部件的電池具有比其余電池更低的充電容量。
45如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所有的電化學(xué)電池進(jìn)一步包括元件(a)和(b)。
46.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述柔性部件具有大于75Mpa的拉伸強(qiáng)度，以及在斷裂時(shí)小于50％的拉長(zhǎng)。
47.如權(quán)利要求39所述電池組，其特征在于，所述柔性部件在264PSI時(shí)具有大于100C的熱偏差溫度和大于75Mpa的拉伸強(qiáng)度。
48.如權(quán)利要求47所述電池組，其特征在于，所述柔性部件材料在264PSI時(shí)具有大于120C的熱偏差溫度。
49.一種適用于對(duì)權(quán)利要求39所述電池組進(jìn)行充電的方法，其特征在于，所述電池組包括以串聯(lián)方式電連接的電池，其中電池之一個(gè)與相對(duì)于串聯(lián)連接的其它較大充電容量的電池是失配的，所述步驟包括1)對(duì)串聯(lián)電池進(jìn)行充電，直至其中一個(gè)電池的柔性部件開(kāi)路；2)去除對(duì)串聯(lián)電池的充電，直至所述柔性部件返回至第一位置；和，3)重新對(duì)串聯(lián)電池進(jìn)行充電。
50.如權(quán)利要求49所述方法，其特征在于，所述步驟(3)還進(jìn)一步包括平衡失配電池與其它電池的充電容量。
51.如權(quán)利要求49所述方法，其特征在于，還進(jìn)一步包括預(yù)先確定在步驟(1)中將開(kāi)路的電池，以及提供具有所述柔性部件的電池。
52.一種適用于對(duì)權(quán)利要求39所述電池組進(jìn)行充電的方法，其特征在于，所述電池組包括以并聯(lián)方式電連接的電池，其中電池之一個(gè)與相對(duì)于其它充電容量較大的電池是失配的，所述步驟包括1)通過(guò)電池進(jìn)行充電，直至其中一個(gè)電池的柔性部件開(kāi)路；2)所述柔性部件在閉合和開(kāi)路位置之間重復(fù)；和，3)對(duì)在步驟(2)中對(duì)具有較高充電容量的電池進(jìn)行充電。
53.一種適用于對(duì)電化學(xué)電池進(jìn)行充電的方法，該類(lèi)電化學(xué)電池包括(a)外罐，它以開(kāi)端限定內(nèi)部腔體，并在內(nèi)部腔體內(nèi)設(shè)置了正電極和負(fù)電極，以及封閉所述開(kāi)端的端帽；以及，(b)端帽組件，它包括i.柔性部件，它從所述罐徑向向內(nèi)延伸，并可以響應(yīng)內(nèi)部電池的壓力從第一位置向第二位置伸展；ii.第一導(dǎo)電元件，它與端帽電連通；iii.第二導(dǎo)電元件，它與正電極電連通，以及與第一導(dǎo)電元件可除去的電連通，其中，所述第二導(dǎo)電元件與柔性部件機(jī)械連通；所述步驟包括(A)提供包括在1.2V和2V之間的電壓電平和在4和15A之間的電流電平中的至少一項(xiàng)電平進(jìn)行充電；以及，(B)當(dāng)內(nèi)部電池壓力超出預(yù)定閾值時(shí)，所述柔性部件就向第二位置伸展，以去除第一和第二導(dǎo)電元件之間的電連通。
54.如權(quán)利要求53所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括提供在1.2V和1.65V之間的電壓。
55.如權(quán)利要求54所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括提供在1.6V和1.65V之間的電壓。
56.如權(quán)利要求54所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括提供在1.2V和1.6V之間的電壓。
57.如權(quán)利要求53所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括提供在1.2V和2.0V之間的預(yù)定電平的充電電壓，以及根據(jù)預(yù)定的電池特性降低充電的電壓。
58.如權(quán)利要求57所述方法，其特征在于，所述預(yù)定特性是電池的溫度。
59.如權(quán)利要求58所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括提供與時(shí)間無(wú)關(guān)的可變電壓。
60.如權(quán)利要求58所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括在預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度終止后提供逐漸降低的恒定電壓的步驟。
61.如權(quán)利要求57所述方法，其特征在于，所述步驟(A)還進(jìn)一步包括防止所施加的電壓下降至低于預(yù)定電平。
62.如權(quán)利要求57所述方法，其特征在于，所述預(yù)定電平基本等于1.65V。
63.如權(quán)利要求57所述方法，其特征在于，還進(jìn)一步包括在預(yù)定時(shí)間周期終止時(shí)的終止步驟(A)。
全文摘要
提供一種可再充電的電化學(xué)電池，該電池具有用于確定充電終止點(diǎn)的壓力響應(yīng)裝置。特別是，可逆的壓力響應(yīng)開(kāi)關(guān)可以設(shè)置在可充電金屬氫化物電池的開(kāi)端端帽中?？赡鎵毫憫?yīng)開(kāi)關(guān)也可以包含用于釋放電池內(nèi)部壓力的泄放系統(tǒng)。因此，可再充電電池可以與充電源組合使用，其中充電源能夠提供恒定電壓、恒定電流、交流電流或者在最小閾值和最大閾值之間變化的電壓。開(kāi)關(guān)的元件較佳的是有便于預(yù)測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的材料來(lái)制成。
文檔編號(hào)H01M2/08GK1720626SQ200380105150
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者W·C·布肖恩, P·奇斯曼, G·戴維森, T·考夫曼, R·曼克, M·魯特, A·羅西奇, V·H·武 申請(qǐng)人:瑞約伐克股份有限公司