ES2822996T3 - Dispositivo de almacenamiento de energía y soporte de células para un dispositivo de almacenamiento de energía - Google Patents

Abstract

Dispositivo (5) de almacenamiento de energía, en el que, en al menos dos niveles (1, 2, 3) de colocación, en cada caso una pluralidad de células (4) de almacenamiento de energía están dispuestas entre un primer soporte (10, 110) de células y un segundo soporte (14) de células del nivel de colocación respectivo, en el que - al menos una de las células de almacenamiento de energía de uno de los niveles de colocación está conectada eléctricamente por medio de al menos un elemento (20) de contacto, que está dispuesto entre los soportes de células dirigidos uno hacia otro de niveles de colocación adyacentes, con una célula de almacenamiento de energía correspondiente de al menos un nivel de colocación adyacente para dar un apilamiento de células, - el dispositivo de almacenamiento de energía presenta una placa (16, 18) de cierre por encima y/o por debajo de los apilamientos de células, - los primeros soportes de células y los segundos soportes de células de los al menos dos niveles de colocación presentan en cada caso varias cavidades (26, 28) de sujeción pasantes, - un medio (32) de sujeción sometido a tracción se extiende a través de las cavidades de sujeción de estos soportes de células en cada caso, por medio del cual están unidas mediante tensión entre sí al menos las células de almacenamiento de energía del al menos un apilamiento (a, b, c) de células, - una fuerza de tracción de los medios de sujeción es aplicada a los apilamientos de células al menos indirectamente por medio de la placa de cierre superior y/o inferior en la que están fijados los medios de sujeción, caracterizado porque al menos una parte de las cavidades de sujeción están dispuestas más alejadas de un límite exterior más próximo del dispositivo de almacenamiento de energía que al menos una célula de almacenamiento de energía, en el que varias cavidades de sujeción están dispuestas según un patrón predeterminado a distancias regulares en un círculo imaginario alrededor de un alojamiento de célula entre las cavidades de célula.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de almacenamiento de energía y soporte de células para un dispositivo de almacenamiento de energía

La invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía en el que están dispuestas una pluralidad de células de almacenamiento de energía entre un primer soporte de células y un segundo soporte de células en al menos dos niveles de colocación.

Para muchas aplicaciones de dispositivos de almacenamiento de energía, como, por ejemplo, en la electromovilidad en vehículos con componentes de accionamiento eléctricos o en un funcionamiento estacionario para un “ remote energy supply” (suministro de energía remoto), se ha reconocido que es más eficiente en particular desde el punto de vista económico componer la unidad de almacenamiento de energía a partir de una pluralidad de células de almacenamiento de energía normalizadas de manera específica según su aplicación en el sentido de un “tailored assembly” (conjunto adaptado especialmente). Debido al alto número de piezas que pueden realizarse en el caso de células de almacenamiento de energía normalizadas, tales soluciones tienden a ser más económicas que la utilización de células de almacenamiento de energía adaptadas de manera específica según su aplicación.

La tensión o la capacidad de batería necesaria para una aplicación deseada puede ajustarse entonces mediante una disposición correspondiente, por ejemplo, en varios niveles de colocación, y puede ajustarse según se desee una interconexión eléctrica adecuada de las células de energía.

Por regla general, para ello se construyen módulos a partir de células individuales y los mismos se interconectan a continuación. La fijación mecánica de las células en el módulo tiene lugar en la mayoría de los casos mediante una carcasa. Los módulos a partir de varias células fijadas se fijan entonces en una carcasa adicional.

Por la solicitud de patente alemana DE 102011 119 253 se conoce un dispositivo de almacenamiento de energía con varios niveles de colocación a partir de varias células paralelas al eje, en el que se realiza la conexión mecánica y eléctrica de las células en los niveles de colocación individuales con una conexión de espiga-casquillo dispuesta en los espacios intermedios de célula.

Por el documento de patente US 2013/0122341 A1 se conoce una batería con células de batería en varios segmentos y soportes dispuestos entre los segmentos, en el que los soportes están conectados por medio de varillas de ensamblaje.

Por el documento de patente JP 2011 243426 A se conoce un paquete de baterías en el que dentro de una carcasa están dispuestos en cada caso varios bloques de baterías en varios niveles de bloques de baterías a través de los cuales se extiende un tornillo pasante.

Por el documento de patente US 2016/006006 A1 se conoce un módulo de baterías con una pluralidad de bloques de baterías, en el que los bloques de baterías están dispuestos entre elementos de cubierta eléctricamente aislantes. Los elementos de cubierta están conectados entre sí por medio de elementos de sujeción.

Por el documento DE 102013 100545 A1 se conoce una unidad de acumuladores, en particular para una embarcación, con varios acumuladores que están conectados a una célula de acumulador entre sí mediante una disposición de soporte.

Una desventaja de los dispositivos de almacenamiento de energía confeccionados a partir de células de almacenamiento de energía convencionales es que, con respecto a tales elementos de almacenamiento de energía formados de manera específica según su aplicación, sólo pueden configurarse de manera suficientemente inflexible a la deformación mediante una carcasa costosa, rígida y que sobre todo ocupa espacio constructivo, para utilizarse en campos de aplicación con limitación de espacio constructivo como, por ejemplo, en vehículos con componentes de accionamiento eléctricos.

Por tanto, un objetivo de la invención es poner a disposición un dispositivo de almacenamiento de energía inflexible a la deformación con una alta densidad de energía.

Este objetivo se alcanza según la invención mediante un dispositivo de almacenamiento de energía en el que, en particular en varios apilamientos de células, en al menos dos niveles de colocación en cada caso una pluralidad de células de almacenamiento de energía están dispuestas entre al menos un primer soporte de células y al menos un segundo soporte de células del nivel de colocación respectivo, en el que al menos una de las células de almacenamiento de energía de uno de los niveles de colocación está conectada eléctricamente por medio de al menos un elemento de contacto, que está dispuesto entre los soportes de células dirigidos uno hacia otro de los niveles de colocación adyacentes, con una célula de almacenamiento de energía correspondiente de al menos un nivel de colocación adyacente para dar un apilamiento de células. Preferiblemente, varias, en particular la totalidad de las células de almacenamiento de energía de uno de los niveles de colocación están conectadas eléctricamente con en cada caso una célula de almacenamiento de energía correspondiente del nivel de colocación adyacente, de modo que se configuran varios apilamientos de células. El dispositivo de almacenamiento de energía presenta por encima y/o por debajo de los apilamientos de células una placa de cierre, en particular no conductora eléctricamente, que está configurada, por ejemplo, con una placa de compuesto de fibras preferiblemente rígida o inflexible macroscópicamente. No obstante, la placa de cierre también puede presentar un material eléctricamente conductor y estar aislada eléctricamente con respecto a las células de batería. En un modo constructivo adicional la placa de cierre también puede estar integrada en el último soporte de células.

Según la invención, los soportes de células, en particular el primero y el segundo, de los al menos dos niveles de colocación presentan en cada caso al menos una, en particular dos o más, cavidades de sujeción pasantes de las cuales al menos una parte, en particular una, dos, algunas o todas, están dispuestas más alejadas de un límite exterior más próximo del dispositivo de almacenamiento de energía que al menos una célula de almacenamiento de energía. A través de estas cavidades de sujeción se extiende en cada caso un medio de sujeción sometido a tracción, por medio del cual están unidas mediante tensión entre sí al menos las células de almacenamiento de energía del al menos un apilamiento de células, en particular todos los correspondientes pares de células o/o apilamientos de células de ambos niveles de colocación, en el que una fuerza de tracción de los medios de sujeción es aplicada a los apilamientos de células al menos indirectamente por medio de la placa de cierre superior y/o inferior en la que están fijados los medios de sujeción.

Preferiblemente, en cada caso una cavidad de sujeción de un primer soporte de células y un segundo soporte de células, tanto de un primer nivel de colocación como de un segundo nivel de colocación adyacente, configuran conjuntamente un paso de sujeción a través del cual se extiende el medio de sujeción.

La invención se basa en la idea básica de aplicar una fuerza de compresión a células de almacenamiento de energía dispuestas unas encima de otras de niveles de colocación adyacentes del dispositivo de almacenamiento de energía por medio del medio de sujeción sometido a tracción, fuerza que garantiza la conexión eléctrica del polo enfrentado de estas células de almacenamiento de energía, en particular mediante un elemento de contacto. Mediante la fijación de los medios de sujeción en las placas de cierre y la disposición simultánea de varios medios de sujeción alejados del borde de los niveles de colocación, las fuerzas de tracción de los medios de sujeción pueden distribuirse uniformemente sobre la superficie de las placas de cierre, lo que posibilita una solicitación de fuerza de compresión uniforme de los distintos apilamientos de células.

Por consiguiente, se suprime la necesidad de montar “ módulos” clásicos en los que un pequeño número de células de almacenamiento de energía se contraen en una envoltura de plástico y con frecuencia además las células de almacenamiento de energía individuales están engarzadas, soldadas o soldadas con soldadura blanda entre sí. De este modo, un dispositivo de almacenamiento de energía en el sentido de la invención puede estar construido a partir de uno o varios apilamientos de células, y presentar una densidad de energía esencialmente más alta que dispositivos de almacenamiento de energía con módulos confeccionados previamente, en particular porque se omiten las carcasas de los módulos individuales.

Una ventaja adicional de un dispositivo de almacenamiento de energía en el sentido de la invención es que el mismo puede incluirse en el flujo de fuerza de su entorno de montaje, pudiendo transmitirse las fuerzas correspondientes no sólo mediante una carcasa exterior del dispositivo de almacenamiento de energía, sino más bien mediante los apilamientos de células unidos mediante tensión. Puesto que las células de almacenamiento de energía están dispuestas en cada caso entre dos soportes de células en su nivel de colocación (es decir, están alojadas en los soportes de células) y adicionalmente unidas mediante tensión para dar un apilamiento de células, pueden transmitirse hasta cierto punto fuerzas y/o momentos desde el entorno de montaje a través del dispositivo de almacenamiento de energía. Las fuerzas de compresión transmisibles están limitadas en particular por la fuerza de compresión que puede absorber una célula individual. Si están montadas células del tipo 18650, como está previsto, por ejemplo, la fuerza de compresión transmisible según las mediciones de orientación es de aproximadamente 1 kN por célula.

Así, por ejemplo, en caso de usar el dispositivo de almacenamiento de energía como acumulador de bicicleta, el mismo puede montarse en un tubo de sillín de la bicicleta y absorber fuerzas en el mismo, mediante lo cual el cuadro puede dimensionarse más pequeño. En el caso de automóviles híbridos y/o eléctricos también está prevista una integración correspondiente del dispositivo de almacenamiento de energía en portadores que conducen energía.

En distintas realizaciones, también puede estar predefinida una célula de almacenamiento de energía con más de dos niveles de colocación y/o más de un primer soporte de células y/o un segundo soporte de células en al menos de uno de los niveles de colocación.

Para garantizar una aplicación lo más sencilla posible de la fuerza de compresión a los apilamientos de células y/o para facilitar el ensamblaje del medio de sujeción, según una realización el paso de sujeción está configurado a lo largo de un eje longitudinal común en cada caso de una de las cavidades de sujeción del primer soporte de células y del segundo soporte de células, en particular a través de todos los niveles de colocación del apilamiento de células. En esta realización pueden usarse de manera sencilla tirantes de tracción rectos como medio de sujeción. Alternativamente, puede estar previsto configurar las cavidades de sujeción y el paso de sujeción adaptados entre sí con una curvatura, lo que es ventajoso en entornos de montaje correspondientes, por ejemplo, un cuadro de bicicleta. En un caso de este tipo se usará entonces preferiblemente un cable de tracción como medio de sujeción.

Para optimizar la incorporación del dispositivo de almacenamiento de energía a un flujo de fuerza del entorno de montaje, el paso de sujeción está configurado a través de los al menos dos niveles de colocación, en particular a través de todos los niveles de colocación de apilamiento de células.

Para que el medio de sujeción sometido a tracción, en particular varios medios de sujeción sometidos a tracción, pueda transmitir una fuerza de compresión al/a los apilamiento(s) de células, el medio de sujeción y los apilamientos de células deben estar conectados entre sí para la transmisión de fuerza. Para garantizar esto, el dispositivo de almacenamiento de energía presenta, en un soporte de células exterior de un primer nivel de colocación y/o de un último nivel de colocación, en particular de un apilamiento de células o de todos los apilamientos de células, en cada caso una placa de cierre en la que está fijado y/o desplazado el medio de sujeción. La placa de cierre presiona entonces mediante la fuerza de tracción del medio de sujeción indirecta o directamente sobre la célula de almacenamiento de energía adyacente o el soporte de células exterior asociado del nivel de colocación más exterior.

Aunque según esta realización está prevista una placa de cierre, debe ser posible un contacto eléctrico sencillo de las células de almacenamiento de energía desde fuera del dispositivo de almacenamiento de energía. Para ello la placa de cierre presenta preferiblemente al menos una cavidad para el al menos un medio de sujeción y/o al menos una cavidad para un elemento conductor que está conectado eléctricamente con un elemento de contacto del soporte de células exterior de un nivel de colocación más exterior.

Según una realización, en particular con un número comparativamente grande de células de almacenamiento de energía por nivel de colocación, están previstos varios pasos de sujeción, en particular a través de varios o la totalidad de niveles de colocación, para garantizar para todos los apilamientos de células y/o células de almacenamiento de energía una fuerza de compresión fiable para la conexión eléctrica.

Para garantizar la aplicación de una fuerza de compresión suficiente para apilamientos de células que están dispuestos en el interior de un nivel de colocación, según una realización discurre al menos un paso de sujeción entre al menos dos apilamiento de células, en particular de tal manera que este paso de sujeción, y las cavidades de sujeción que lo configuran, en al menos de uno de los niveles de colocación está dispuesto más alejado de un límite exterior del dispositivo de almacenamiento de energía que al menos una célula de almacenamiento de energía de este nivel de colocación. En una realización de este tipo pueden discurrir, por ejemplo, una pluralidad de pasos de sujeción con, en cada caso, un medio de sujeción a distancias esencialmente iguales a través de una superficie de colocación de un nivel de colocación, con lo que puede ejercerse una fuerza de compresión esencialmente igual sobre todos los apilamientos de células de este nivel de colocación.

En particular para posibilitar una conexión en paralelo eléctrica de varios apilamientos de células, según una realización los elementos de contacto de varios apilamientos de células entre dos niveles de colocación adyacentes están conectados entre sí eléctricamente para dar un grupo de elementos de contacto. Preferiblemente, a este respecto por medio del grupo de elementos de contacto se configura un grupo de apilamientos de células conectado en paralelo.

Para posibilitar una conexión en paralelo eléctrica de varias células, según una realización los elementos de contacto de varias células en un nivel de colocación también pueden estar conectados entre sí eléctricamente para dar un grupo de elementos de contacto.

Así, mediante el número de los niveles de colocación de un apilamiento de células puede ajustarse, por ejemplo, una tensión nominal deseada del dispositivo de almacenamiento de energía, mientras que mediante un número de células o apilamientos de células interconectados por medio de un grupo de elementos de contacto puede ajustarse una capacidad nominal deseada del dispositivo de almacenamiento de energía.

Según una realización, al menos una lengüeta de contacto está dispuesta en un elemento de contacto y/o en un grupo de elementos de contacto para la conexión con un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor y/u otro elemento de contacto. Cuando una lengüeta de contacto de este tipo está dispuesta en el borde de un elemento de contacto o de un grupo de elementos de contacto, esto puede facilitar el empleo de un BMS, de un sensor o de otro elemento de contacto.

En una realización, puede estar dispuesto un sensor de temperatura en al menos un paso de sujeción en vez de o adicionalmente a un medio de sujeción, en particular para medir la temperatura en el interior del dispositivo de almacenamiento de energía.

Para poder tener en cuenta los diferentes requisitos, como la fuerza de compresión que va a aplicarse entre las células de almacenamiento de energía, la geometría del entorno de montaje y/o las condiciones de borde de ensamblaje, en una realización el medio de sujeción presenta un tirante de tracción y/o un cable de tracción.

Un tirante de tracción en el sentido de un radio de rueda de bicicleta sencillo puede estar configurado, por ejemplo, a partir de un material metálico y/o a partir de un material de plástico, dado el caso reforzado. Un cable de tracción puede estar configurado, por ejemplo, a partir de un acero para resortes o un plástico con propiedad elástica y, dado el caso, presentar fibras de refuerzo.

Para posibilitar una fabricación económica también con un gran número de piezas, según una realización un primer soporte de células de un nivel de colocación y un segundo soporte de células dirigido hacia este primer soporte de células de un nivel de colocación adyacente están conectados entre sí de manera solidaria para dar un soporte de células de doble lado, en el que entre ambos lados del soporte de células de doble lado está dispuesto el al menos un elemento de contacto.

Para que puedan unirse mediante tensión entre sí los apilamientos de células en el sentido de la invención (es decir, para que pueda ejercerse fuerza de compresión por medio del medio de sujeción sobre las células de almacenamiento de energía individuales del apilamiento de células), puede ser necesario determinar la posición de las células de almacenamiento de energía en su nivel de colocación y/o alinear la posición de células de almacenamiento de energía correspondientes de diferentes niveles de colocación entre sí, en particular en el sentido de una alineación coaxial. Para ello, según una realización los soportes de células de un nivel de colocación presentan para cada célula de almacenamiento de energía asociada a los mismos un alojamiento de célula en un lado de alojamiento de célula, en el que el lado de alojamiento de célula de un primer soporte de células está dirigido hacia el de un segundo soporte de células, en particular de tal manera que una célula de almacenamiento de energía puede alojarse en sus dos extremos opuestos.

En particular para la disposición de un elemento de contacto, los soportes de células en una realización presentan un lado de contacto dirigido en sentido opuesto a un lado de alojamiento de célula, presentando los lados de contacto de soportes de células dispuestos adyacentes entre sí de niveles de colocación adyacentes en cada caso una superficie de conexión dirigida hacia el otro lado de contacto. La superficie de conexión también está prevista en particular para transmitir la fuerza de compresión aplicada entre células de almacenamiento de energía adyacentes de un apilamiento de células al elemento de contacto y con ello fijarlo, por ejemplo, en un nivel paralelo a un nivel de colocación. Preferiblemente, está dispuesto concretamente al menos un elemento de contacto entre las superficies de conexión dirigidas una hacia otra.

Para posicionar entre sí de manera fiable los soportes de células adyacentes de dos niveles de colocación adyacentes, según una realización están alineados entre sí un primer soporte de células y un segundo soporte de células adyacente por medio de un saliente de conexión en uno de este primer soporte de células o este segundo soporte de células, extendiéndose el saliente de conexión desde la superficie de conexión de este soporte de células y estando alojado al menos parcialmente en la al menos una cavidad de sujeción del soporte de células adyacente. Mediante la alineación de los soportes de células de diferentes niveles de colocación entre sí puede garantizarse una alineación coaxial del un apilamiento de células o de los varios apilamientos de células en cuanto al eje longitudinal de las células de almacenamiento de energía del apilamiento de células.

Cuando según una realización el saliente de conexión está realizado con una cavidad pasante, en particular como parte de una cavidad de sujeción, el saliente de conexión también puede servir como guía y/o como paso para un medio de sujeción.

Para poder garantizar un posicionamiento fiable de todos los soportes de células del dispositivo de almacenamiento de energía, según una realización en cada primer soporte de células y/o en cada segundo soporte de células está dispuesto al menos un saliente de conexión, preferiblemente con una cavidad pasante. En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía puede ser deseable poder producir los primeros y los segundos soportes de células a partir de un modelo, por ejemplo, por medio de un procedimiento de moldeo por inyección. Para ello en esta realización los salientes de conexión en los primeros y/o segundos soportes de células están asociados en cada caso a una cavidad de sujeción del soporte de células adyacente que no presenta ningún saliente de conexión.

Para facilitar un aislamiento eléctrico, la al menos una cavidad de sujeción está dispuesta separada de las cavidades de célula y/o el elemento de contacto. Esto posibilita, por ejemplo, el uso de un material conductor de corriente para el medio de sujeción, porque un contacto entre el medio de sujeción y las cavidades de célula y/o el elemento de contacto está descartado a priori.

Según una realización, varias cavidades de sujeción están dispuestas según un patrón predeterminado entre las cavidades de célula, en particular a distancias regulares, preferiblemente en dirección perimetral, en un círculo imaginario alrededor de un alojamiento de célula. Una configuración de este tipo posibilita el uso de menos elementos de alojamiento de célula de “base” o un único elemento de alojamiento de célula de “base” para geometrías totalmente diferentes de un dispositivo de almacenamiento de energía, y así ahorra costes para el proyecto y la fabricación del elemento de alojamiento de célula.

Para posibilitar una configuración sencilla del elemento de contacto, el mismo presenta una chapa metálica conductora, en particular con un principio activo de hierro, latón, cobre y/o aluminio.

Según una realización, el elemento de contacto está formado de tal manera que puede posicionarse sobre y/o alrededor de al menos un saliente de conexión. De este modo puede garantizarse una alineación exacta del elemento de contacto en un soporte de células. Por ejemplo, el elemento de contacto puede presentar al menos una cavidad con la que el mismo puede encajarse en el saliente de conexión.

Para facilitar la configuración de los apilamientos de células, en una realización las células de almacenamiento de energía correspondientes están dispuestas al menos de manera esencialmente coaxial con respecto a un eje longitudinal de las células de almacenamiento de energía que discurre en perpendicular a los niveles de colocación.

Para posibilitar un dispositivo de almacenamiento de energía que ahorre el máximo espacio constructivo posible, en particular con una densidad de energía lo más alta posible, los ejes longitudinales de los pasos de sujeción y de las células de almacenamiento de energía están dispuestos esencialmente en paralelo entre sí. Igualmente, para la optimización del espacio constructivo, según una realización las células de almacenamiento de energía están dispuestas en su nivel de colocación una junto a otra de manera hexagonal o en forma de matriz.

Para poder recurrir a células de almacenamiento de energía convencionales ampliamente utilizadas y, con ello, económicas, las células de almacenamiento de energía presentan una forma al menos esencialmente cilíndrica. Preferiblemente, en un dispositivo de almacenamiento de energía sólo se monta un tipo de células de almacenamiento de energía, en particular del tipo 18650. No obstante, también pueden usarse en el sentido de la invención otros tipos habituales, en particular de forma cilíndrica, de células de almacenamiento de energía.

Según una realización preferida, se propone un soporte de células para varias células de almacenamiento de energía para su uso en un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención.

El soporte de células presenta en esta realización un lado de contacto con una superficie de conexión y un lado de alojamiento de célula, dirigido en sentido opuesto al lado de contacto, en el que están dispuestos varios alojamientos de célula.

En esta realización, en el soporte de células se extienden, partiendo de la superficie de conexión, al menos un saliente de conexión hacia fuera del lado de alojamiento de célula y al menos una cavidad de conexión hacia dentro del lado de alojamiento de célula.

El al menos un saliente de conexión y la al menos una cavidad de conexión presentan en cada caso una cavidad de sujeción pasante que en esta realización se extiende entre el lado de contacto y el lado de alojamiento de célula por el soporte de células, en particular a través del mismo.

Esta configuración posibilita en particular con una disposición adecuada de la cavidad de conexión y del saliente de conexión entre sí una fijación sencilla de dos soportes de células en sus lados de contacto. Además, un dispositivo de almacenamiento de energía puede configurarse con sólo un tipo de soporte de células, lo que proporciona un ahorro de costes considerable. A partir de las reivindicaciones dependientes se obtienen configuraciones ventajosas de la invención; se deducen realizaciones a modo de ejemplo a partir de las siguientes descripciones en relación con las figuras. Las figuras muestran en detalle:

la figura 1, en una vista en corte, una sección de un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención con células de almacenamiento de energía en tres niveles de colocación y con dos medios de sujeción pasantes;

la figura 2, en una vista en perspectiva desde arriba, un soporte de células de un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención;

la figura 3, el soporte de células de la figura 2 en una vista en perspectiva desde abajo;

la figura 4, un elemento de contacto para su uso en un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención;

la figura 5, en una vista en perspectiva, una disposición a modo de ejemplo de células de almacenamiento de energía en un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención;

la figura 6, en una vista en perspectiva, un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención con un único elemento de contacto, dispuesto entre dos niveles de colocación;

la figura 7, en una vista en perspectiva, un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención con un elemento de contacto doble entre dos niveles de colocación;

la figura 8, en una vista en perspectiva parcialmente en corte, un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención con una placa de cierre; y

la figura 9 en una vista en perspectiva, un lado superior de un dispositivo de almacenamiento de energía según una realización de la invención con una placa de cierre.

En la figura 1 se representa un dispositivo 5 de almacenamiento de energía con tres niveles 1,2, 3 de colocación, en los que están dispuestas en cada caso una pluralidad de células 4.1 a - c, 4.2 a - c y 4.3 a - c de almacenamiento de energía en una distribución a modo de matriz. En la figura 1 están dispuestas en la dirección x (véanse las indicaciones de coordenadas) en cada uno de los niveles 1, 2 y 3 de colocación en cada caso tres células 4 de almacenamiento de energía. También en la dirección y están dispuestas en cada caso una pluralidad de células de almacenamiento de energía no representadas, de modo que junto con la extensión en la dirección z a través de tres niveles de colocación se obtiene una forma constructiva esencialmente paralelepipédica del dispositivo 5 de almacenamiento de energía.

Las células 4 de almacenamiento de energía de cada nivel 1, 2 y 3 de colocación están alojadas en su extremo superior con el contacto 6 de batería sobresaliente en cada caso en un alojamiento 8 de célula de un primer soporte 10 de células. El otro extremo axial de cada una de las células 4 de almacenamiento de energía está alojado en cada caso en un alojamiento 12 de célula de un segundo soporte 14 de células.

Los alojamientos 8 de célula del primer soporte 10 de células de cada nivel 1, 2 y 3 de colocación así como los alojamientos 12 de célula del segundo soporte 14 de células de cada nivel 1, 2 y 3 de colocación están configurados de tal manera que células de almacenamiento de energía correspondientes entre sí (en este caso, por ejemplo, 4.1 a, 4.2 a y 4.3 a, igualmente con b o c) están dispuestas de manera coaxial una con respecto a otra en relación con un eje longitudinal medio L.

En la representación de la figura 1, el dispositivo de almacenamiento de energía está cerrado por encima del primer nivel 1 de colocación por medio de una placa 16 de cierre superior; por debajo del nivel 3 de colocación, mediante una placa 18 de cierre inferior. Ambas placas 16 y 18 de cierre están configuradas de manera eléctricamente aislante y presentan en este ejemplo de realización un compuesto de fibras. Las placas de cierre presentan un grosor suficiente específico según material para seguir siendo esencialmente rígidas y/o inflexibles al menos según un planteamiento macroscópico también con una solicitación de fuerza típica mediante un medio de sujeción. En un ejemplo de realización no representado, las placas 16 y 18 de cierre presentan un material de trabajo conductor y están aisladas eléctricamente de las células. En una realización ventajosa, las placas de cierre y los últimos elementos de contacto pueden estar configurados de manera solidaria como un componente.

Entre la placa 16 de cierre superior y las células 4.1 de almacenamiento de energía del primer nivel 1 de colocación así como entre los niveles 1 y 2 de colocación, los niveles 2 y 3 de colocación y entre el nivel 3 de colocación y la placa 18 de cierre inferior está introducido en cada caso un elemento 20 de contacto, estando configurados los elementos 20.2 y 20.3 de contacto para conectar entre sí eléctricamente las células 4.x de almacenamiento de energía de niveles de colocación adyacentes entre sí. Los elementos 20.1 y 20.4 de contacto están diseñados para conectar las células de almacenamiento de energía de uno de los niveles 1 y 3 de colocación exteriores por medio de un elemento 22.1 o 22.4 conductor con un empalme eléctrico fuera del dispositivo 5 de almacenamiento de energía.

Los elementos 20 de contacto presentan en la zona del eje longitudinal medio L de los apilamientos a, b y c de células (o en paralelo al mismo) en cada caso en el punto de conexión entre dos células de almacenamiento de energía de distintos niveles de colocación un engrosamiento 24 o una depresión (no representada en este caso) que respaldan la conexión eléctrica.

En la dirección x entre los apilamientos a y b o b y c de células, cada uno de los primeros soportes 10.1, 10.2 y 10.3 de células configurados de manera solidaria, así como cada uno de los segundos soportes 14.1, 14.2 y 14.3 de células configurados de manera solidaria presenta una cavidad 26 o 28 de sujeción que se representa en el detalle A para reconocerla mejor. Todas las cavidades 26, 28 de sujeción entre el primer apilamiento a de células y el segundo apilamiento b de células están dispuestas de manera coaxial en un eje paralelo al eje L. Esto es válido de manera análoga también para las cavidades 26 y 28 de sujeción de los diferentes niveles 1 - 3 de colocación entre el segundo apilamiento b de células y el tercer apilamiento c de células. También están previstas cavidades correspondientemente de manera coaxial en las placas 16 y 18 de cierre.

Por consiguiente, en la representación de la figura 1 dos pasos 30.1 y 30.2 de sujeción configurados en cada caso mediante cavidades de sujeción coaxiales se extienden a lo largo de la dirección z a través de todo el dispositivo 5 de almacenamiento de energía, en particular también a través de las cavidades de sujeción correspondientes de los soportes 10.1 a 10.3 y 14.1 a 14.3 de células.

A través de cada uno de los pasos 30.1 y 30.2 de sujeción está guiado un medio 32.1 o 32.2 de sujeción, configurado como tirante de metal, que presenta una rosca exterior en ambos extremos. Por medio de tuercas 34 y contratuercas 36, que se enroscan en cada lado z del dispositivo 5 de almacenamiento de energía en la rosca exterior respectiva del medio de sujeción, los medios 32 de sujeción unen mediante tensión entre sí el dispositivo 5 de almacenamiento de energía y con ello en particular los apilamientos a, b y c de células.

A este respecto, en la medida en que los medios 32 de sujeción se someten a tensión por tracción, el dispositivo 5 de almacenamiento de energía ya ensamblado se encuentra sometido a una tensión de compresión correspondiente, que se transmite en particular desde las tuercas 34 hasta las placas 16 y 18 de cierre, y desde estas a través de los elementos 20 de contacto metálicos hasta los contactos 6 de batería y los contactos de batería opuestos de uno de cada apilamiento de células. A este respecto las fuerzas de tracción producidas en las placas 16 y 18 de cierre mediante los medios 32 de sujeción se aplican uniformemente como fuerzas de compresión a los distintos apilamientos de células.

Con ello se garantiza por un lado el contacto eléctrico entre las células de almacenamiento de energía de los niveles de colocación individuales de cada apilamiento de células por medio de los elementos 20 de contacto porque puede aplicarse una fuerza de compresión suficiente. Además, no obstante, la tensión común de los apilamientos de células a través de los diferentes niveles de colocación del dispositivo 5 de almacenamiento de energía proporciona una estabilidad mecánica aumentada del dispositivo de almacenamiento de energía frente a fuerzas de flexión, momentos de flexión, fuerzas de cizalladura, momentos de cizalladura y/o momentos de torsión aplicados al dispositivo de almacenamiento de energía desde fuera.

A este respecto los soportes 14.1 y 10.2 así como 14.2 y 10.3 de células están posicionados en cuanto a una fijación en las direcciones x e y por medio de salientes 38 de conexión del primer soporte 10.1 o 10.3 de células implicado en una cavidad 28 de sujeción, dado el caso ensanchada y/o elástica, del segundo soporte 14.1 o 14.2 de células implicado.

Los salientes 38 de conexión sirven adicionalmente para una fijación aproximada de los elementos 20 de contacto, que presentan cavidades 40 en forma de círculo con las que se introducen durante el ensamblaje alrededor de los salientes 38 de conexión.

En el dispositivo 5 de almacenamiento de energía según la figura 1 se representa a modo de ejemplo una conexión muy sencilla, en la que (en la representación) las tres células de almacenamiento de energía de cada nivel de colocación están conectadas eléctricamente en paralelo para dar un grupo de células que se conectan en paralelo por medio de los elementos 20 de contacto asociados. Los otros niveles de colocación, que están conectados en paralelo de manera análoga, se conectan en serie de modo que se configura un grupo de elementos de contacto que proporciona al dispositivo 5 de almacenamiento de energía la capacidad aumentada de la conexión en paralelo de tres células y la tensión aumentada de la conexión en serie de tres niveles de colocación.

De manera convencional en este ejemplo de realización se usan células cilíndricas del tipo 18650. En el elemento 20.3 de contacto se indica a la derecha a modo de ejemplo una lengüeta 42 de contacto, que en el sentido de la invención también puede estar prevista en cada elemento de contacto o en algunos elementos de contacto y puede servir para un empalme no representado en este caso de un sistema de gestión de batería y/o de un sensor de temperatura, corriente y/o similares.

En la figura 2 se representa un soporte 110 de células para varias células de almacenamiento de energía para su uso en un dispositivo de almacenamiento de energía. El soporte 110 de células presenta un lado 44 de alojamiento de célula en el que están dispuestos varios alojamientos 108 de célula. Los alojamientos 108 de célula tienen una sección transversal esencialmente en forma de círculo para el alojamiento en cada caso de una célula de almacenamiento de energía en forma de cilindro que no se representa en este caso. Para una fijación mejorada en el alojamiento 108 de célula pueden estar previstas pequeñas protuberancias 46 en cada alojamiento de células.

Los alojamientos 108 de células individuales están dispuestos en un patrón hexagonal, de modo que en el caso de un alojamiento de células interior están dispuestos en cada caso seis alojamientos de células adicionales equidistantes con respecto a una línea de círculo imaginaria alrededor del punto central del alojamiento 108 de células central. En los puntos 48 de intersección de los nervios 50 que permanecen entre los alojamientos de células está configurada en cada caso una cavidad 52 de conexión (véase la figura 3), estando configurada cada una de las cavidades de conexión como parte de una cavidad 126 de sujeción pasante, que se extiende a través de los soportes 110 de células entre el lado 44 de alojamiento de célula y un lado 45 de contacto que resulta evidente a partir de la figura 3.

A partir de la figura 3 resulta evidente que el lado 45 de contacto presenta una superficie 54 de conexión, partiendo de la cual se extienden salientes 56 de conexión hacia fuera del lado 44 de alojamiento de célula y cavidades 52 de conexión hacia dentro del lado 44 de alojamiento de célula.

Además, los salientes 56 de conexión están configurados de tal manera que en su interior son huecos, de manera que representan una parte de la cavidad 126 de sujeción.

Las cavidades 52 de conexión están ensanchadas y/o son elásticas de tal manera que pueden alojar un saliente 56 de conexión de un segundo soporte 110 de células, también configurado según esta realización de la invención. Por consiguiente, mediante la configuración alterna de salientes 56 de conexión y cavidades 52 de conexión en la realización mostrada en la figura 2 y 3 puede equiparse un dispositivo de almacenamiento de energía con soportes 120 de células primero y segundo configurados de manera idéntica, lo que puede proporcionar costes de producción considerablemente más favorables y una logística de ensamblaje más sencilla.

En la figura 4 se representa un elemento 20 de contacto a modo de ejemplo según una realización de la invención. Resulta evidente que están previstas pequeñas cavidades 40 para el posicionamiento del elemento 20 de contacto realizado con una chapa metálica en los soportes de células. Igualmente, están previstos engrosamientos 24 para garantizar un contacto eléctrico entre las células de almacenamiento de energía correspondientes de niveles de colocación adyacentes entre los que se introduce el elemento 20 de contacto. Los engrosamientos 24 del elemento 20 de contacto están configurados en este caso mediante una deformación de la chapa metálica desde su plano principal hacia fuera. En el elemento 20 de contacto están previstos además elementos 22 conductores y una lengüeta 42 de contacto.

La representación esquemática simplificada de una disposición hexagonal de células 4 de almacenamiento de energía cilíndricas en tres niveles 1, 2 y 3 de colocación según la figura 5 debe representar en particular la disposición de las células 4 de almacenamiento de energía de un dispositivo de almacenamiento de energía asociado, por ejemplo con soportes 110 de células según las figuras 2 y 3 y/o con uno o varios elementos 20 de contacto según la figura 4 por cada transición entre los niveles 1 y 2 o 2 y 3 de colocación adyacentes.

En la figura 6 se muestra un dispositivo 5 de almacenamiento de energía en una sección representada parcialmente en corte, en el que resulta evidente que en cada nivel 1 y al menos 2 de colocación están montadas una pluralidad de células 4 de almacenamiento de energía en una disposición hexagonal. Entre el segundo soporte 14 de células del primer nivel 1 de colocación y el primer soporte 10 de células del nivel 2 de colocación, al igual que para el contacto superior de las células 4 de almacenamiento de energía del nivel 1 de colocación, está dispuesto un elemento 20 de contacto individual que debe garantizar la conexión entre los niveles de colocación o entre el nivel 1 de colocación más superior y un empalme eléctrico.

A diferencia de esto, en el dispositivo 5 de almacenamiento de energía según la figura 7 entre los niveles 1 y 2 de colocación, así como para la conexión eléctrica superior del nivel 1 de colocación, está montado un doble elemento 201 y 202 de contacto, lo que simplifica la fabricación de los elementos 201 y 202 de contacto individuales. Los engrosamientos 24 deben producirse tan sólo en una dirección en la chapa de base.

En la figura 8 se representa un dispositivo 5 de almacenamiento de energía con una placa 16 de cierre parcialmente en corte. Resulta evidente a partir de la misma cómo se sujetan los medios 32 de sujeción por encima de la placa 16 de cierre con cabecillas 34, 36 de radio, aplicándose simultáneamente una tensión por tracción mediante el enroscamiento. Resulta igualmente evidente que la placa 16 de cierre también presenta cavidades 58 para el alojamiento de un saliente 56 de conexión, lo que sirve, entre otras cosas, para el posicionamiento de la placa de cierre.

A partir de la figura 8 también resulta evidente que en un dispositivo 5 de almacenamiento de energía las células 4 de almacenamiento de energía de un nivel 1 de colocación pueden ponerse en contacto con elementos 203 y 204 de contacto independientes, que están separados uno de otro en el punto designado con el número de referencia 60 y, por consiguiente, no están conectados eléctricamente. De este modo pueden realizarse conexiones más complejas en el dispositivo de almacenamiento de energía, en las que tiene lugar por ejemplo una formación de tensión en primer lugar en la una dirección a través de varios niveles de colocación y después en la otra dirección del dispositivo de almacenamiento de energía a través de varios niveles de colocación, presuponiendo la correspondiente interconexión.

En la figura 9 se representa una vista desde arriba de una placa 16 de cierre con una pluralidad de medios 32 de sujeción.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i. Dispositivo (5) de almacenamiento de energía, en el que, en al menos dos niveles (1, 2, 3) de colocación, en cada caso una pluralidad de células (4) de almacenamiento de energía están dispuestas entre un primer soporte (10, 110) de células y un segundo soporte (14) de células del nivel de colocación respectivo, en el que

   - al menos una de las células de almacenamiento de energía de uno de los niveles de colocación está conectada eléctricamente por medio de al menos un elemento (20) de contacto, que está dispuesto entre los soportes de células dirigidos uno hacia otro de niveles de colocación adyacentes, con una célula de almacenamiento de energía correspondiente de al menos un nivel de colocación adyacente para dar un apilamiento de células,

   - el dispositivo de almacenamiento de energía presenta una placa (16, 18) de cierre por encima y/o por debajo de los apilamientos de células,

   - los primeros soportes de células y los segundos soportes de células de los al menos dos niveles de colocación presentan en cada caso varias cavidades (26, 28) de sujeción pasantes,

   - un medio (32) de sujeción sometido a tracción se extiende a través de las cavidades de sujeción de estos soportes de células en cada caso, por medio del cual están unidas mediante tensión entre sí al menos las células de almacenamiento de energía del al menos un apilamiento (a, b, c) de células,

   - una fuerza de tracción de los medios de sujeción es aplicada a los apilamientos de células al menos indirectamente por medio de la placa de cierre superior y/o inferior en la que están fijados los medios de sujeción,

   caracterizado porque

   al menos una parte de las cavidades de sujeción están dispuestas más alejadas de un límite exterior más próximo del dispositivo de almacenamiento de energía que al menos una célula de almacenamiento de energía, en el que varias cavidades de sujeción están dispuestas según un patrón predeterminado a distancias regulares en un círculo imaginario alrededor de un alojamiento de célula entre las cavidades de célula.
2. 2. Dispositivo de almacenamiento de energía según la reivindicación 1, en el que está configurado un paso de sujeción a lo largo de un eje longitudinal común de en cada caso una de las cavidades de sujeción de estos soportes de células.
3. 3. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que está configurado un paso de sujeción a través de todos los niveles de colocación.
4. 4. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, que, en un soporte de células exterior de un primer nivel de colocación y/o de un último nivel de colocación, presenta en cada caso una placa (16, 18) de cierre en la que está fijado y/o desviado el medio de sujeción.
5. 5. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en un elemento de contacto y/o en un grupo de elementos de contacto está dispuesta al menos una lengüeta (42) de contacto para la conexión con un BMS, un sensor y/u otro elemento de contacto.
6. 6. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio de sujeción presenta un tirante de tracción y/o un cable de tracción.
7. 7. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un primer soporte de células de un nivel de colocación y un segundo soporte de células dirigido hacia este primer soporte de células de un nivel de colocación adyacente están conectados entre sí de manera solidaria para dar un soporte de células de doble lado, en el que el al menos un elemento de contacto está dispuesto entre ambos lados del soporte de células de doble lado.
8. 8. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los soportes de células de un nivel de colocación presentan un alojamiento (8, 12) de célula en un lado de alojamiento de célula para cada célula de almacenamiento de energía asociada a los mismos, y en el que el lado de alojamiento de célula de un primer soporte de células está dirigido hacia el de un segundo soporte de células.
9. 9. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un primer soporte de células y un segundo soporte de células adyacente están alineados entre sí por medio de un saliente de conexión en uno de los soportes de células que se extiende desde la superficie de conexión del un soporte de células y que está alojado al menos parcialmente en la al menos una cavidad de sujeción del soporte de células adyacente.
10. 10. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la al menos una cavidad de sujeción está dispuesta separada de las cavidades de célula y/o del elemento de contacto.
11. 11. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de contacto está formado de tal manera que puede posicionarse sobre y/o alrededor de al menos un saliente de conexión.
12. 12. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las células de almacenamiento de energía correspondientes están dispuestas al menos de manera esencialmente coaxial con respecto a un eje longitudinal de las células de almacenamiento de energía que discurre en perpendicular a los niveles de colocación.
13. 13. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los ejes longitudinales de los pasos de sujeción y de las células de almacenamiento de energía son esencialmente paralelos.