ES2984315T3 - Módulo de batería - Google Patents

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Abstract

Un módulo de batería según una realización de la presente invención puede comprender: una celda de batería; un módulo de circuito de protección acoplado integralmente a la celda de batería y provisto integralmente de un elemento de aislamiento térmico; una unidad de gestión de batería conectada al módulo de circuito de protección; y una unidad de conexión que conecta de manera desmontable el módulo de circuito de protección y la unidad de gestión de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de la prioridad de la Solicitud de Patente Coreana n.° 2018-0140382 presentada el 15 de noviembre de 2018.
La presente invención se refiere a un módulo de batería.
Estado de la técnica
En los últimos años, con el aumento de la demanda de dispositivos electrónicos portátiles, como ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas, se ha investigado activamente sobre baterías secundarias de alto rendimiento capaces de cargarse y descargarse repetidamente.
Además, las baterías secundarias han llegado a utilizarse ampliamente en dispositivos de tamaño mediano o grande, como vehículos, robots y satélites, así como en dispositivos de pequeño tamaño, como aparatos electrónicos portátiles. En particular, a medida que se agotan los combustibles fósiles y se presta cada vez más atención a la contaminación ambiental, se investiga activamente sobre los vehículos híbridos y los vehículos eléctricos. La parte más esencial de un vehículo híbrido o de un vehículo eléctrico es un paquete de batería configurado para suministrar energía eléctrica a un motor. El paquete de batería incluye un módulo de batería que incluye una pluralidad de células de batería, en el que la pluralidad de células de batería está conectada entre sí en serie y/o en paralelo, por lo que la capacidad y la salida del módulo de batería se incrementan.
Básicamente, una célula de batería se fabrica a través de un proceso de apilamiento de una pluralidad de placas de electrodo en el estado en el que un separador está dispuesto entre las mismas y la soldadura de una pluralidad de lengüetas de electrodo a la pluralidad de placas de electrodo, respectivamente, para formar un conjunto de electrodo y luego envolver el conjunto de electrodo en una bolsa de aluminio con el fin de sellarse.
Una célula de batería contiene diversos materiales combustibles, por lo que existe el peligro de que, durante su uso, la batería se incendie o explote debido a una sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente, calentamiento o reacción colateral consecutiva de las células de batería.
Por tanto, es necesario proteger las células de batería mientras se detecta continuamente el voltaje, la corriente, la temperatura, etc. de las células de batería. Cada una de las células de batería está protegida por un elemento de seguridad, como un elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC), un módulo de circuito de protección (PCM) o un elemento de corte térmico (TCO), y el elemento de seguridad está controlado por una unidad de gestión de batería (BMU).
Para ello, cada una de las células de batería se acopla a la unidad de gestión de batería mediante soldadura (por ejemplo, soldadura por resistencia, soldadura por láser o soldadura por puntos) para conectarse eléctricamente a la misma con el fin de evitar sobrecargas, sobredescargas o sobrecorrientes de la célula de batería. Sin embargo, dado que la célula de batería está acoplada a la unidad de gestión de batería mediante soldadura, la totalidad de un módulo de batería que incluya la célula de batería debe desecharse en caso de que se produzca un defecto de soldadura entre la célula de batería y la unidad de gestión de batería. Como resultado, se produce una pérdida de piezas y aumenta el coste de fabricación del módulo de batería. Además, dado que es necesario proporcionar un módulo de protección de batería con una almohadilla de soldadura necesaria para un proceso de soldadura, existe el problema de que el tamaño del módulo de batería aumenta en correspondencia con el tamaño de la parte que ocupa la almohadilla de soldadura. Además, hay problemas en que se requiere un equipo de soldadura independiente para realizar la soldadura entre la célula de batería y la unidad de gestión de batería y en que las condiciones de soldadura deben gestionarse continuamente. Otros antecedentes de la técnica se encuentran en los documentos EP2541641A1, US2011/0039129A1, US2013/0288530A1 y US2014/141301A1.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, y es un objeto de la presente invención proporcionar un módulo de batería configurado de manera que un módulo de circuito de protección y una unidad de gestión de batería se conecten entre sí sin soldadura.
Solución técnica
Un módulo de batería según la presente invención se define en la reivindicación 1 y logra el objeto anterior. El módulo de batería de la invención incluye, en particular, una pluralidad de células de batería, una pluralidad de módulos de circuito de protección acoplados respectivamente a la pluralidad de células de batería, una unidad de gestión de batería conectada a la pluralidad de módulos de circuito de protección, y una pluralidad de unidades de conexión configuradas para conectar de forma desmontable la pluralidad de módulos de circuito de protección a la unidad de gestión de batería y para interconectar la pluralidad de módulos de circuito de protección.
Cada una de la pluralidad de unidades de conexión incluye una primera unidad de conexión configurada para conectar uno de los módulos de circuito de protección correspondiente a la unidad de gestión de batería, y una segunda unidad de conexión configurada para interconectar un par de módulos de circuito de protección, entre la pluralidad de módulos de circuito de protección, la primera unidad de conexión incluye un primer enchufe conectado a uno de los módulos de circuito de protección correspondientes y la unidad de gestión de batería a través de una primera línea de conexión, y una primera clavija proporcionada en el otro de los módulos de circuito de protección correspondientes y la unidad de gestión de batería, estando la primera clavija configurada de manera que el primer enchufe se inserta en la primera clavija, y la segunda unidad de conexión incluye un segundo enchufe conectado a uno del par de módulos de circuito de protección a través de una segunda línea de conexión, y una segunda clavija proporcionada en el otro del par de módulos de circuito de protección, estando la segunda clavija configurada de manera que el segundo enchufe se inserta en la segunda clavija.
El módulo de batería según la realización de la presente invención puede incluir además un elemento de corte térmico acoplado integralmente a cada uno de los módulos de circuito de protección.
Cada una de las células de batería puede estar conectada a uno de los módulos de circuito de protección correspondiente a través del elemento de corte térmico.
Cada una de las células de batería puede incluir un conjunto de electrodo configurado de manera que una pluralidad de placas de electrodos se apilan en el estado en el que un separador se dispone entre las placas de electrodos, y una bolsa configurada para envolver el conjunto de electrodo.
Descripción de las figuras
La figura 1 es una vista que muestra esquemáticamente un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación, aunque no forma parte de la invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un módulo de circuito de protección y una unidad de gestión de batería proporcionados en el módulo de la batería según este ejemplo de la presente divulgación, aunque no forman parte de la invención.
La figura 3 es una vista que muestra esquemáticamente un módulo de batería según un ejemplo de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, los módulos de batería según las realizaciones de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos.
Como se muestra en las figuras 1 y 2, un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación puede incluir una célula 100 de batería que tiene un par de terminales 110 de electrodo, un módulo 200 de circuito de protección conectado a la célula 100 de batería, una unidad 300 de gestión de batería conectada al módulo 200 de circuito de protección, y una unidad 400 de conexión configurada para conectar de forma desmontable el módulo 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería entre sí.
La célula 100 de batería se fabrica mediante un proceso de apilamiento de una pluralidad de placas de electrodo en el estado en el que un separador está dispuesto entre las mismas y la soldadura de una pluralidad de lengüetas de electrodo a la pluralidad de placas de electrodo, respectivamente, para formar un conjunto de electrodo y luego envolver el conjunto de electrodo en una bolsa de aluminio para sellarse.
El módulo 200 de circuito de protección está conectado eléctricamente a los terminales 110 de electrodo de la célula 100 de batería para evitar el sobrecalentamiento y la explosión de la célula 100 de batería debido a sobrecargas, sobredescargas y/o sobrecorrientes de la célula 100 de batería. El módulo 200 de circuito de protección puede ser una placa de circuito impreso. El módulo 200 de circuito de protección puede estar acoplado integralmente a la célula 100 de batería. Por ejemplo, el módulo 200 de circuito de protección puede acoplarse integralmente a la célula 100 de batería mediante soldadura por puntos.
El módulo 200 de circuito de protección puede diseñarse de forma que las posiciones de los terminales del mismo correspondan a las posiciones de los terminales 110 de electrodo de la célula 100 de batería, por lo que el módulo 200 de circuito de protección es comúnmente aplicable a una pluralidad de células 100 de batería.
La célula 100 de batería puede estar conectada al módulo 200 de circuito de protección a través de un elemento 500 de corte térmico. El módulo 200 de circuito de protección y el elemento 500 de corte térmico pueden configurarse como un solo cuerpo. El elemento 500 de corte térmico puede estar constituido por un fusible de temperatura, que puede acoplarse al módulo 200 de circuito de protección mediante soldadura. En el caso de que se detecte una temperatura predeterminada cuando la célula 100 de batería se sobrecalienta, el elemento 500 de corte térmico transmite una señal con el fin de evitar que se produzca un accidente relacionado con la seguridad debido al sobrecalentamiento de la célula 100 de batería.
La unidad 300 de gestión de batería sirve para controlar la carga y descarga de la célula 100 de batería. La unidad 300 de gestión de batería puede ser una placa de circuito impreso. La unidad 300 de gestión de batería puede estar conectada a la célula 100 de batería a través del módulo 200 de circuito de protección.
La unidad 400 de conexión sirve para conectar de forma desmontable el módulo 200 de circuito de protección a la unidad 300 de gestión de batería sin soldadura. La unidad 400 de conexión puede incluir un enchufe 411 conectado al módulo 200 de circuito de protección a través de una línea 413 de conexión y una clavija 412 proporcionada en la unidad 300 de gestión de batería, estando la clavija configurada de manera que el enchufe 411 se inserta de forma separable en la clavija.
La línea 413 de conexión puede estar constituida por un cable de conexión configurado para conectar el enchufe 411 al módulo 200 de circuito de protección.
El enchufe 411 y la clavija 412 pueden conectarse entre sí mediante un método de conexión macho-hembra. Una pluralidad de electrodos puede proporcionarse en cada uno del enchufe 411 y la clavija 412, y las pluralidades de electrodos pueden conectarse eléctricamente entre sí cuando el enchufe 411 se inserta en la clavija 412.
Como resultado de la inserción del enchufe 411 en la clavija 412, el módulo 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería pueden estar conectados eléctrica y mecánicamente entre sí.
Mientras tanto, en este ejemplo de la presente divulgación, se presenta la construcción en la que el enchufe 411 está conectado al módulo 200 de circuito de protección y la clavija 412 se proporciona en la unidad 300 de gestión de batería; sin embargo, la presente divulgación no se limita a ello. El enchufe 411 puede estar conectado a la unidad 300 de gestión de batería, y la clavija 412 puede proporcionarse en el módulo 200 de circuito de protección. En el módulo de batería según este ejemplo de la presente divulgación, el módulo 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería pueden conectarse eléctrica y mecánicamente entre sí insertando el enchufe 411 en la clavija 412. En consecuencia, el módulo 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería se conectan entre sí utilizando un método distinto de la soldadura, por lo que es posible realizar fácilmente un proceso de montaje del módulo de batería. Además, en el caso de que se produzca un defecto durante el ensamblaje del módulo de batería, el enchufe 411 conectado al módulo 200 de circuito de protección de una célula 100 de batería defectuosa puede separarse simplemente de la clavija 412 de la unidad 300 de gestión de batería, y a continuación la célula 100 de batería defectuosa puede sustituirse por una nueva, con lo que es posible evitar la pérdida de piezas, en comparación con el caso en el que se desecha todo el módulo de batería.
Además, no es necesario dotar al módulo 200 de circuito de protección de una almohadilla de soldadura necesaria para un proceso de soldadura. En consecuencia, es posible reducir el tamaño del módulo de batería en función del tamaño de la parte ocupada por la almohadilla de soldadura.
En lo sucesivo, un módulo de batería según un ejemplo de la presente invención se describirá con referencia a la figura 3. Los componentes idénticos a los descritos en el ejemplo anterior de la presente divulgación se denotan con los mismos números de referencia, y se omitirá una descripción detallada de los mismos.
Como se muestra en la figura 3, el módulo de batería según este ejemplo de la presente invención está configurado de manera que una pluralidad de células 100 de batería está conectada a una única unidad 300 de gestión de batería.
Una pluralidad de módulos 200 de circuito de protección está conectada a la pluralidad de células 100 de batería, respectivamente. Cada uno de los módulos 200 de circuito de protección está conectado a una de las células 100 de batería correspondientes para evitar el sobrecalentamiento y la explosión de la célula 100 de batería debido a la sobrecarga, sobredescarga y/o sobrecorriente de la célula 100 de batería. Cada uno de los módulos 200 de circuito de protección puede estar acoplado de forma integral a una de las células 100 de batería correspondientes. Por ejemplo, cada uno de los módulos 200 de circuito de protección puede acoplarse integralmente a una de las células 100 de batería mediante soldadura por puntos.
La unidad 300 de gestión de batería sirve para controlar la carga y descarga de cada célula 100 de batería. La unidad 300 de gestión de batería puede estar conectada a cada una de las células 100 de batería a través de uno de los módulos 200 de circuito de protección correspondientes.
El módulo de batería según este ejemplo de la presente invención puede incluir una pluralidad de unidades 400 de conexión configuradas para conectar de forma desmontable la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección a la unidad 300 de gestión de batería y para interconectar la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección. Cada una de la pluralidad de unidades 400 de conexión incluye una primera unidad 410 de conexión configurada para conectar uno de los módulos 200 de circuito de protección correspondientes a la unidad 300 de gestión de batería y una segunda unidad 420 de conexión configurada para interconectar un par de módulos 200 de circuito de protección, entre la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección.
La primera unidad 410 de conexión sirve para conectar de forma desmontable el módulo 200 de circuito de protección a la unidad 300 de gestión de batería sin soldadura. La primera unidad 410 de conexión incluye un primer enchufe 411 conectado al módulo 200 de circuito de protección a través de una primera línea 413 de conexión y una primera clavija 412 proporcionada en la unidad 300 de gestión de batería, estando la primera clavija 412 configurada de manera que el primer enchufe 411 se inserta de manera separable en la primera clavija 412. La primera línea 413 de conexión puede estar constituida por un cable de conexión configurado para conectar el primer enchufe 411 al módulo 200 de circuito de protección. Como resultado de la inserción del primer enchufe 411 en la primera clavija 412, el módulo 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería pueden estar conectados eléctrica y mecánicamente entre sí.
Mientras tanto, en este ejemplo de la presente invención, se presenta la construcción en la que el primer enchufe 411 está conectado al módulo 200 de circuito de protección y la primera clavija 412 se proporciona en la unidad 300 de gestión de batería; sin embargo, la presente invención no se limita a ello. El primer enchufe 411 puede estar conectado a la unidad 300 de gestión de batería, y la primera clavija 412 puede proporcionarse en el módulo 200 de circuito de protección.
La segunda unidad 420 de conexión sirve para conectar de forma desmontable la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección entre sí sin soldadura. La segunda unidad 420 de conexión incluye un segundo enchufe 421 conectada a uno de un par de módulos 200 de circuito de protección a través de una segunda línea 423 de conexión y una segunda clavija 422 proporcionada en el otro del par de módulos 200 de circuito de protección, estando la segunda clavija 422 configurada de manera que el segundo enchufe 421 se inserta de manera separable en la segunda clavija. La segunda línea 423 de conexión puede estar constituida por un cable de conexión configurado para conectar el segundo enchufe 421 al módulo 200 de circuito de protección. Como resultado de la inserción del segundo enchufe 421 en la segunda clavija 422, el par de módulos 200 de circuito de protección puede estar conectado eléctrica y mecánicamente entre sí.
En el módulo de batería según este ejemplo de la presente invención, cada uno de los módulos 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería pueden conectarse eléctrica y mecánicamente entre sí insertando el primer enchufe 411 en la primera clavija 412. Por consiguiente, cada uno de los módulos 200 de circuito de protección y la unidad 300 de gestión de batería se conectan entre sí utilizando un método distinto de la soldadura, por lo que es posible realizar fácilmente un proceso de montaje del módulo de batería.
Además, en el módulo de batería según este ejemplo de la presente invención, la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección puede conectarse eléctrica y mecánicamente entre sí insertando el segundo enchufe 421 en la segunda clavija 422. En consecuencia, la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección se conecta entre sí utilizando un método distinto de la soldadura, por lo que es posible realizar fácilmente un proceso de montaje del módulo de batería. Además, la pluralidad de módulos 200 de circuito de protección puede conectarse o desconectarse fácilmente entre sí insertando el segundo enchufe 421 en la segunda clavija 422 o separando el segundo enchufe 421 de la segunda clavija 422, por lo que es posible cambiar fácilmente la conexión en serie y la conexión en paralelo entre la pluralidad de células 100 de batería.
La realización preferida de la presente invención se ha descrito de forma ilustrativa. La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de los números de referencia
100: Célula de batería
200: Módulo de circuito de protección
300: Unidad de gestión de batería
400: Unidad de conexión
411, 421: Enchufes primero y segundo
412, 422: Clavijas primera y segunda
500: Elemento de corte térmico
Aplicabilidad industrial
En un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación, un módulo de circuito de protección y una unidad de gestión de batería pueden conectarse eléctrica y mecánicamente entre sí insertando un primer enchufe en una primera clavija. En consecuencia, el módulo de circuito de protección y la unidad de gestión de batería se conectan entre sí utilizando un método distinto de la soldadura, por lo que es posible realizar fácilmente un proceso de montaje del módulo de batería.
En un módulo de batería según una realización de la presente invención, una pluralidad de módulos de circuito de protección pueden conectarse eléctrica y mecánicamente entre sí insertando un segundo enchufe en una segunda clavija. En consecuencia, la pluralidad de módulos de circuito de protección puede conectarse entre sí utilizando un método distinto de la soldadura, por lo que es posible realizar fácilmente un proceso de montaje del módulo de batería. Además, la pluralidad de módulos de circuito de protección puede conectarse o desconectarse fácilmente entre sí insertando el segundo enchufe en la segunda clavija o separando el segundo enchufe de la segunda clavija, por lo que es posible cambiar fácilmente la conexión en serie y la conexión en paralelo entre una pluralidad de células de batería.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo de batería que comprende:
una pluralidad de células (100) de batería;
una pluralidad de módulos (200) de circuito de protección, en el que cada uno de la pluralidad de módulos de circuito de protección está acoplado a una correspondiente de la pluralidad de células de batería;
una unidad (300) de gestión de batería conectada a cada una de la pluralidad de células de batería a través de sus módulos de circuito de protección correspondientes; y
una pluralidad de unidades (400) de conexión, estando cada unidad de conexión configurada para conectar de forma desmontable uno de la pluralidad de módulos de circuito de protección a la unidad de gestión de batería y para interconectar la pluralidad de módulos de circuito de protección entre sí, en el que cada unidad de conexión comprende:
una primera unidad (410) de conexión configurada para conectar uno correspondiente de los módulos de circuito de protección a la unidad de gestión de batería; y
una segunda unidad (420) de conexión configurada para interconectar uno correspondiente de los módulos de circuito de protección a otro módulo de circuito de protección entre la pluralidad de módulos de circuito de protección, formando el módulo de circuito de protección y el otro módulo de circuito de protección correspondientes un par de módulos de circuito de protección, en el que la primera unidad de conexión comprende:
un primer enchufe (411) conectado al módulo correspondiente de los módulos de circuito de protección o a la unidad de gestión de batería correspondiente a través de una primera línea (413) de conexión; y
una primera clavija (412) proporcionada en el otro de los módulos de circuito de protección correspondiente y la unidad de gestión de batería correspondiente, estando el primer enchufe configurado de manera que el primer enchufe se inserta en la primera clavija, y en el que
la segunda unidad de conexión comprende:
un segundo enchufe (421) conectado a uno del par de módulos de circuito de protección a través de una segunda línea (423) de conexión; y
una segunda clavija (422) proporcionada en el otro del par de módulos de circuito de protección, estando la segunda clavija configurada de manera que el segundo enchufe se inserta en la segunda clavija.
2. El módulo de batería según la reivindicación 1, que comprende además un elemento (500) de corte térmico acoplado integralmente a cada uno de los módulos de circuito de protección.
3. El módulo de batería según la reivindicación 2, en el que cada una de las células de batería está conectada a uno correspondiente de los módulos de circuito de protección a través del elemento de corte térmico.
4. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que cada una de las células de batería comprende:
un conjunto de electrodo configurado de manera que una pluralidad de placas de electrodos está apilada en un estado en el que un separador está dispuesto entre las placas de electrodos; y
una bolsa configurada para envolver el conjunto de electrodo.
5. Un paquete de batería que comprende el módulo de baterías según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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