ES3031034T3

ES3031034T3 - Method of setting cell pressure range for secondary battery module

Info

Publication number: ES3031034T3
Application number: ES21889377T
Authority: ES
Inventors: Jong-Soo Ha; Se-Ho Kim
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2025-07-03
Anticipated expiration: 2041-09-17
Also published as: CN115004468B; US20230078958A1; EP4084200A1; JP2023509498A; EP4084200B1; EP4084200A4; KR20220060815A; HUE071261T2; JP7459259B2; WO2022097912A1; KR102963178B1; US12401080B2; CN115004468A

Abstract

Un método para establecer un rango de fuerza de presión de celda según la presente invención comprende: un primer paso para determinar, en base a datos de rendimiento de una celda de batería secundaria, una fuerza de presión mínima para lograr el rendimiento de la celda de batería secundaria como Pcell_min, y determinar una fuerza de presión máxima para lograr el rendimiento de la celda de batería secundaria como Pcell_max; y un segundo paso para determinar una fuerza de presión mínima que puede soportar y fijar una pila de celdas como Pmodule_min, y determinar, en un final de vida (EOL) de celdas de batería secundarias, una presión máxima que puede presurizar la pila de celdas sin que se dañe una carcasa del módulo como Pmodule_max, en donde un rango de intersección de Pcell_min a Pcell_max y Pmodule_min a Pmodule_max se establece como el rango de una fuerza de presión de celda. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de establecimiento del intervalo de presión de célula para módulo de batería secundaria

Sector de la técnica

La presente divulgación se refiere a un método de fabricación de un módulo de batería secundaria y, más particularmente, a un método de establecimiento de un intervalo óptimo de presión de las células de batería secundaria para la optimización del rendimiento y la estabilidad estructural de un módulo de batería secundaria.

La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0146829, presentada el 5 de noviembre de 2020 en la República de Corea.

Antecedentes de la invención

Los tipos de baterías secundarias más utilizados actualmente incluyen baterías de iones de litio, baterías de polímero de litio, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno y baterías de níquel-zinc. Una tensión de funcionamiento de estas células de baterías secundarias unitarias es de aproximadamente 2,5 V-4,2 V. Por lo tanto, cuando se requiere una tensión de salida más alta, una pluralidad de células de baterías secundarias están conectadas en serie o una pluralidad de células de baterías secundarias están conectadas en serie y en paralelo de acuerdo con la capacidad de carga/descarga, para formar un módulo de batería.

Cuando una pluralidad de células de baterías secundarias se conectan en serie/en paralelo para formar un módulo de batería mediano/grande, para formar una pila de baterías se utiliza mucho una célula de batería secundaria de polímero de litio tipo bolsa con alta densidad energética y fácil apilamiento. Seguidamente, un método de formación de un módulo de batería almacenando y protegiendo la pila de células en un alojamiento de módulo y añadiendo componentes eléctricos para la conexión eléctrica y la medición de la tensión de las células de batería secundaria es común.

Sin embargo, en un proceso de carga y descarga repetidas de una batería secundaria tipo bolsa de polímero de litio, un electrodo puede espesarse o un electrolito interno puede descomponerse como reacción secundaria para generar gas. En este caso, se denomina "fenómeno de hinchamiento" a un fenómeno en el que la célula de batería secundaria tipo bolsa se hincha debido a la expansión de los electrodos y/o al gas generado. Como referencia, el fenómeno de hinchamiento se debe en gran medida a factores causados por la expansión de los electrodos durante la carga y la descarga.

Cuando el fenómeno de hinchamiento en la célula de batería secundaria tipo bolsa empeora, el rendimiento de la célula de batería secundaria puede deteriorarse y la forma externa del alojamiento de módulo puede modificarse, afectando de este modo negativamente a la estabilidad estructural del módulo de batería.

De acuerdo con las investigaciones realizadas hasta ahora, es conocido que cuando las células de batería secundaria apiladas se presionan fuertemente desde el inicio del ensamblaje, la expansión del espesor debida al hinchamiento es relativamente pequeña. Por consiguiente, entre las tecnologías para impedir el fenómeno de hinchamiento, se conocen una tecnología para dispersar la fuerza de expansión mediante la inserción de una almohadilla de presión entre las células de batería secundaria y una tecnología para apretar y presionar el alojamiento de módulo mediante el uso de una correa.

Sin embargo, cuando se presionan las células de batería secundaria, la cantidad de presión que debe aplicarse se establece empíricamente y no existe ningún método de establecimiento de una presión en función de los datos cualitativos/cuantitativos. Por consiguiente, para la optimización del rendimiento y la estabilidad estructural de un módulo de batería secundaria se requiere un método de sistematización de un intervalo de establecimiento de la presión de la célula.

La técnica anterior adicional se describe en los documentos JP 2013200977 A, US 2020/106058 A1 y JP 2017/147021 A.

Explicación de la invención

Problema técnico

La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación hace referencia a proporcionar un método de establecimiento de un intervalo óptimo de presión para células de batería secundaria en la fabricación de un módulo de batería secundaria.

Otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse a partir de la siguiente descripción y se harán más totalmente evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Asimismo, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación pueden materializarse mediante los medios mostrados en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de los mismos.

Solución técnica

Un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye: una primera operación que consiste en determinar una célula de batería secundaria que se aplicará al módulo de batería secundaria y en función de los datos de rendimiento de la célula de batería secundaria obtenidos cuando la célula de batería secundaria es presionada con una presión creciente, determinar una presión mínima para obtener el rendimiento de la célula de batería secundaria como Pcell_min y determinar una presión máxima para obtener el rendimiento de la célula de batería secundaria como Pcell_max; y una segunda operación que consiste en, cuando las células de batería secundaria se apilan en una dirección para formar una pila de células y la pila de células se almacena en un alojamiento de módulo, determinar, como Pmodule_min, una presión mínima a la que la pila de células está soportada y fijada y determinar, como Pmodulemax, una presión máxima a la que se presiona la pila de células sin dañar el alojamiento de módulo en el final de la vida útil (EOL, por sus siglas en inglés) de las células de batería secundaria, en donde un intervalo de intersección de Pcell_min a Pcell_max y de Pmodule_min a Pmodule_max puede establecerse como el intervalo de presión de célula.

En la primera operación, los datos de rendimiento de la célula de batería secundaria pueden incluir una tasa de degradación de la capacidad, una tasa de aumento de la resistencia y una tasa de retención del espesor de la membrana de separación de la célula de batería secundaria.

Pmodulemin puede ser una presión mínima a la que la pila de células puede ser soportada y fijada en el inicio de vida (BOL, por sus siglas en inglés) de las células de batería secundaria.

La célula de batería secundaria puede ser una célula de batería secundaria tipo bolsa.

Una tercera operación que consiste en preestablecer una dimensión de expansión admisible del alojamiento de módulo de acuerdo con el hinchamiento de las células de batería secundaria, determinar, como Pdimension_min, una presión mínima a la que una dimensión del alojamiento de módulo es manejable dentro de la dimensión de expansión admisible presionando la pila de células en BOL de las células de batería secundaria, y determinar, como Pdimension_max, se incluye además una presión mínima a la que una dimensión del alojamiento de módulo es manejable dentro de la dimensión de expansión admisible presionando la pila de células en EOL de las células de batería secundaria, en donde un valor mayor entre Pcell_min, Pmodule_min y Pdimension_min puede establecerse como la presión mínima del intervalo de presión de célula y cuando (Pdimension_max < Pcell_max) y (Pdimension_max < Pmodule_max) se satisfacen, puede establecerse un valor menor entre Pcell_min y Pmodule_min como la presión máxima del intervalo de presión de célula.

El alojamiento de módulo puede incluir: una placa inferior dispuesta bajo la pila de células; y una placa lateral izquierda y una placa lateral derecha que están dobladas en los bordes opuestos de la placa inferior, se extienden hacia arriba y tienen una inclinación angular predeterminada hacia el interior del alojamiento de módulo y la pila de células puede colocarse entre la placa lateral izquierda y la placa lateral derecha para ser presionada entre las mismas.

El alojamiento de módulo puede ajustar el intervalo de presión de célula formando diferentes tamaños de inclinaciones de la placa lateral izquierda y la placa lateral derecha.

El alojamiento de módulo puede incluir un resorte de láminas en su interior y la pila de células puede ser presionada por el resorte de láminas.

Efectos ventajosos

De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método de establecimiento del intervalo de presión de célula, que permite la presurización de las células de batería secundaria dentro de un intervalo óptimo de presión en función de los datos cuantitativos.

Otros objetos y ventajas de la presente divulgación se entenderán a partir de la siguiente descripción y se harán más totalmente evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Asimismo, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación pueden materializarse mediante los medios mostrados en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de los mismos.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un gráfico que muestra esquemáticamente una relación entre la presión y el rendimiento de una célula de batería secundaria unitaria.

La FIG. 2 es un diagrama que ilustra un intervalo de presión de célula de acuerdo con el resultado de realizar una primera operación de un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula, de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

La FIG. 3 es un diagrama que ilustra un intervalo de presión de célula de acuerdo con el resultado de realizar una primera operación y una segunda operación de un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula, de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

La FIG. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un módulo de batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

La FIG. 5 es un diagrama que muestra un método de presión de una pila de células mediante el uso de un alojamiento de módulo de la FIG. 4.

La FIG. 6 es un diagrama que muestra un ejemplo modificado de un método de presión de una pila de células de acuerdo con la FIG. 5.

La FIG. 7 es un diagrama que ilustra un intervalo de presión de célula de acuerdo con un resultado de realizar una primera operación, una segunda operación y una tercera operación de un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula, de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

La FIG. 8 es un diagrama de flujo que ilustra un método de diseño de un módulo de batería secundaria, al que se aplica un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula, de acuerdo con la presente divulgación.

Realización preferente de la invención

Dado que las realizaciones de la presente divulgación se proporcionan para explicar más ampliamente la presente divulgación a los expertos en la materia, las formas y dimensiones de los componentes en los dibujos pueden estar exageradas, omitidas o ilustradas esquemáticamente para una descripción más clara. Por consiguiente, las dimensiones o proporciones de cada componente no reflejan totalmente las proporciones de las dimensiones reales.

En lo sucesivo en el presente documento, las realizaciones preferentes de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, deberá entenderse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deberían interpretarse como limitados a los significados generales y de diccionario, sino interpretarse basándose en los significados y conceptos que corresponden a los aspectos técnicos de la presente divulgación sobre la base del principio de que se permite al inventor definir términos de forma apropiada para la mejor explicación. Por lo tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible a efectos meramente ilustrativos, que no pretende limitar el alcance de la divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otras equivalencias y modificaciones a la misma sin alejarse del alcance de la divulgación.

Un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula descrito en la presente memoria descriptiva se refiere a un método de establecimiento de un intervalo óptimo de presión para células de batería secundaria cuando se presionan y almacenan las células de batería secundaria en un alojamiento de módulo en un proceso de fabricación de un módulo de batería secundaria.

Un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye una primera operación que consiste en obtener un intervalo de presión a partir de características de una célula 110 de batería secundaria unitaria y una segunda operación que consiste en obtener un intervalo de presión a partir de características de células 110 de batería secundaria y un alojamiento 300 de módulo en una operación que consiste en diseñar un módulo de batería secundaria.

En la presente realización, la célula 110 de batería secundaria se refiere a una batería secundaria tipo bolsa. La batería secundaria tipo bolsa es una batería secundaria en la que un conjunto de electrodos y un electrolito están sellados con una lámina tipo bolsa.

El conjunto de electrodos puede ser, como un conjunto formado por un electrodo y una membrana de separación, configurado en forma de una o más placas de electrodos positivos y una o más placas de electrodos negativos con la membrana de separación interpuesta entre las mismas. Cada placa de electrodo del conjunto de electrodos incluye una lengüeta de electrodo, la lengüeta del electrodo está conectada a un cable de electrodo y un extremo del cable de electrodo está expuesto al exterior de un exterior de bolsa, funcionando de ese modo como un terminal de electrodo. La carcasa de bolsa incluye una capa aislante exterior, una capa metálica y una capa adhesiva interior y almacena el conjunto de electrodos y el electrolito y su borde se fusiona térmicamente. La configuración de la célula 110 de batería secundaria tipo bolsa es obvia para los expertos en la materia a la que pertenece la presente divulgación y, por tanto, se omitirá una descripción más detallada de la misma.

Aunque la presente realización tiene como objetivo la célula 110 de batería secundaria tipo bolsa, cuando se forma un módulo de batería secundaria, como alternativa a la célula 110 de batería secundaria tipo bolsa, puede usarse una célula 110 de batería secundaria prismática plana con forma paralelepípeda rectangular.

La primera operación del método de establecimiento del intervalo de presión de célula de acuerdo con la presente divulgación incluye, como una operación para encontrar un intervalo de presión para realizar un rendimiento óptimo de la célula 110 de batería secundaria, aplicar una presión a la célula 110 de batería secundaria unitaria que se aplicará al módulo de batería secundaria y, a continuación, establecer un intervalo de presión en función de los datos que indiquen el rendimiento óptimo de la célula 110 de batería secundaria.

La FIG. 1 es un gráfico que muestra esquemáticamente una relación entre la presión y el rendimiento de la célula 110 de batería secundaria unitaria.

Cuando la célula 110 de batería secundaria unitaria se presiona con una presión creciente, se realiza la carga y la descarga, la célula 110 de batería secundaria unitaria presenta normalmente una tasa de degradación de la capacidad, una tasa de aumento de la resistencia interna y una tasa de retención del espesor de la membrana de separación, como se muestra en la FIG. 1.

En el gráfico de la FIG. 1, fi se refiere a una tasa de degradación de la capacidad, f<2>se refiere a una tasa de aumento de la resistencia y f3 se refiere a una tasa de retención del espesor de la membrana de separación.

Por ejemplo, en el gráfico de la FIG. 1, cuando se aplica una presión superior a P3 a la célula 110 de batería secundaria, pueden producirse grietas en la membrana de separación. Por lo tanto, en la primera operación, se determina que una presión máxima en el intervalo de presión de célula es un valor inferior a P3.

Cuando la tasa de degradación de la capacidad de una determinada célula 110 de batería secundaria es superior a un valor específico y1 o la tasa de aumento de la resistencia de la misma es superior a un valor específico y2, el rendimiento de la célula de batería secundaria puede reducirse significativamente. (y1 e y2 de la FIG. 1 pueden ser valores diferentes para cada célula 110 de batería secundaria). Por lo tanto, se encuentra un intervalo de presión en el que la tasa de degradación de la capacidad es inferior o igual a y1 y la tasa de aumento de la resistencia es inferior o igual a y2. A continuación, en la FIG. 1, P1 a P2 es el intervalo de presión, en donde P1 se determina como una presión mínima Pcell_min para la obtención del rendimiento de la célula 110 de batería secundaria y P2 se determina como una presión máxima Pcell_max para la obtención del rendimiento de la célula 110 de batería secundaria.

Como en la FIG. 2, Pcell_min y Pcell_max obtenidos en la primera operación se establecen respectivamente como valor mínimo (a continuación en el presente documento, referido Pdesign_min) en el intervalo de presión de célula y un valor máximo (a continuación en el presente documento, referido Pdesign_max) en el intervalo de presión de célula.

En la presente realización, Pcell_min está ejemplificado como 100 kPa y Pcell_max está ejemplificado como 550 kPa, que son valores arbitrariamente especificados de Pcell_min y Pcell_max por comodidad de descripción y pueden variar dependiendo de qué célula de batería secundaria se use.

Como referencia, incluso en el caso de la célula 110 de batería secundaria tipo bolsa, un método de fabricación, una configuración interna y una capacidad inicial de la misma pueden fabricarse de forma diferente. De igual manera, las células 110 de batería secundaria que tienen diferentes métodos de fabricación, configuraciones internas, capacidades iniciales y similares pueden tener diferentes tasas de degradación de la capacidad o tasas de aumento de la resistencia, incluso cuando se proporciona la misma presión.

Por lo tanto, cuando las células 110 de batería secundaria se clasifican por tipos y se someten a prueba y la presión mínima Pcell_min y la presión máxima Pcell_max de acuerdo con los resultados se disponen en una tabla de consulta, una célula 110 de batería secundaria de especificaciones concretas que se aplicará al módulo de batería secundaria puede determinarse posteriormente y de forma inmediata, un intervalo de presión en condiciones en las que la célula 110 de batería secundaria puede presentar un rendimiento óptimo puede encontrarse en la tabla de consulta y determinarse como Pcell_min y Pcell_max.

La segunda operación del método de establecimiento del intervalo de presión de célula de acuerdo con la presente divulgación puede referirse a una operación para encontrar un intervalo de presión para obtener la estabilidad estructural en el diseño del módulo de batería secundaria. Es decir, la segunda operación incluye la búsqueda de una presión mínima (a continuación en el presente documento, referido Pmodule_min) y una presión máxima (a continuación en el presente documento, referido Pmodule_max) para obtener la estabilidad estructural del módulo de batería secundario.

Pmodule_min puede establecerse en una presión mínima a la que una pila 100 de células puede soportarse y fijarse cuando la pila 100 de células se forma apilando las células 110 de batería secundaria en una dirección y la pila 100 de células se almacena en el alojamiento 300 del módulo. Asimismo, Pmodule_max puede establecerse en una presión máxima a la que puede presionarse la pila 100 de células en un intervalo de presión en el que el alojamiento 300 del módulo no se dañe en el final de la vida útil (EOL) de las células 110 de batería secundaria.

Por ejemplo, el cable de electrodo de las células 110 de batería secundaria está soldado a una barra colectora para conectar eléctricamente las células 110 de batería secundaria y cuando las células 110 de batería secundaria se mueven debido a impactos externos o vibraciones, puede reducirse la fiabilidad eléctrica. Por lo tanto, en el caso de un módulo de batería que tiene una estructura que presiona la pila 100 de células, con el fin de mantener el rendimiento y garantizar la estabilidad eléctrica de las células 110 de batería secundaria, al menos, la pila 100 de células debe ser soportada y fijada en un estado de presión por ambas paredes laterales del alojamiento 300 del módulo.

En la segunda operación, una presión mínima a la que la pila 100 de células puede soportarse y fijarse en el alojamiento 300 del módulo se establece en Pmodule_min calculando lo anterior.

Aquí, Pmodule_min puede ser un valor de presión al que la pila 100 de células puede ser soportada y fijada en el inicio de vida (BOL) de las células 110 de batería secundaria. Esto es así porque se supone que las células 110 de batería secundaria en estado no utilizado se apilan para formar la pila 100 de células y se presionan y almacenan en el alojamiento 300 del módulo. Aquí, el BOL puede significar un momento en el que se fabrica la célula 110 de batería secundaria y, a continuación, se realiza un ciclo de carga y descarga para su activación un número predeterminado de veces y no hay degradación de la capacidad.

Pmodule_max se determina calculando dos factores.

En primer lugar, cuando la pila 100 de células es presionada por el alojamiento 300 del módulo, de acuerdo con la ley de acción y reacción, la presión aplicada por el alojamiento 300 del módulo a la pila 100 de células y la presión aplicada por la pila 100 de células al alojamiento 300 del módulo son iguales. Por lo tanto, cuando la pila 100 de células se presiona por encima de una determinada presión, pueden producirse grietas en el alojamiento 300 del módulo, rompiendo de ese modo la estabilidad estructural del módulo de batería secundaria. Por lo tanto, preferentemente, Pmodule_max se establece dentro de una presión que el alojamiento 300 del módulo puede soportar, es decir, dentro de un umbral máximo de presión que puede presionar la pila 100 de células sin dañar el alojamiento 300 del módulo.

En segundo lugar, en un proceso de carga y descarga repetidas de la célula 110 de batería secundaria, el electrodo puede espesarse o un electrolito interno puede descomponerse como reacción secundaria para generar una pequeña cantidad de gas. Es decir, en la célula 110 de batería secundaria, puede producirse un fenómeno de hinchazón debido a la expansión y/o hinchamiento del electrodo causado por una pequeña cantidad de gas generado. En este punto, la presión de hinchamiento puede afectar a la rigidez estructural del alojamiento 300 del módulo. Por lo tanto, cuando se determina Pmodule_max, se calcula la presión de hinchamiento de las células 110 de batería secundaria.

El fenómeno de hinchamiento de las células 110 de batería secundaria aparece más claramente en el EOL definido como la vida útil de las células 110 de batería secundaria. (Aquí, EOL se define como hasta que la capacidad restante de la batería secundaria sea generalmente del 80 % de la capacidad inicial (Inicio de vida útil)).

En general, las células 110 de batería secundaria normalmente usadas y gestionadas pueden tener un grado de hinchamiento en EOL previsto de antemano. Por lo tanto, una presión umbral máxima que puede presionar la pila 100 de células sin dañar el alojamiento 300 del módulo en el EOL de las células 110 de batería secundaria con el hinchamiento más pronunciado se establece en Pmodule_max.

Seguidamente, comparando Pcell_min, Pcell_max, Pmodule_min y Pmodule_max, que se obtienen realizando la primera operación y la segunda operación, Pdesign_min y Pdesign_max se determinan del siguiente modo.

Pdesign_min = Máx.(Pcell_min, Pmodule_min)

Pdesign_max = Mín.(Pcell_Max, Pmodule_max)

Por lo tanto, un intervalo de presión de célula, de Pdesign_min a Pdesign_max, de acuerdo con la presente divulgación puede denominarse intervalo de intersección de Pcell_min a Pcell_max y de Pmodule_min a Pmodule_max.

Por ejemplo, como en la FIG. 3, cuando Pcell_min es 100 kPa, Pcell_max es 550 kPa, Pmodule_min es 80 kPa y Pmodule_max es 450 kPa, Pdesign_min = Máx.(100 kPa, 80 kPa) y Pdesign_max = Mín.(550 kPa, 450 kPa). Por lo tanto, el módulo de batería secundaria de la presente realización debe ensamblarse de tal manera que la pila 100 de células reciba una presión dentro de un intervalo de 100 kPa a 450 kPa durante el ensamblaje, de modo que se puedan satisfacer tanto el rendimiento como la estabilidad estructural del módulo de batería secundaria.

La FIG. 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de un módulo de batería secundaria de acuerdo con una realización de la presente divulgación y la FIG. 5 es un diagrama que muestra un método de presión de la pila 100 de células mediante el uso del alojamiento 300 del módulo.

Seguidamente, un método de presión de la pila 100 de células y una estructura de presión, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, se describen brevemente haciendo referencia a las FIGS. 4 y 5.

El módulo de batería secundaria puede incluir la pila 100 de células, un conjunto 200 de recubrimiento de la placa de interconexión (ICB, por sus siglas en inglés) y el alojamiento 300 del módulo.

La pila 100 de células es un conjunto de células 110 de batería secundaria tipo bolsa apiladas con superficies anchas orientadas entre sí como se ha descrito anteriormente.

El conjunto 200 de recubrimiento de ICB incluye una pluralidad de barras colectoras (no mostradas) para la conexión eléctrica entre las células 110 de batería secundaria, terminales de un módulo y una cubierta para impedir su exposición externa y como en la FIG. 4, pueden montarse en el alojamiento 300 del módulo y disponerse en los lados delantero y trasero de la pila 100 de células.

El alojamiento 300 del módulo es una estructura rígida que tiene un espacio interior para almacenar la pila 100 de células, proporciona soporte mecánico a la pila 100 de células y sirve para la protección de impactos externos. El alojamiento 300 del módulo está hecho preferentemente de un material metálico para garantizar su rigidez, pero puede ser de un material no metálico siempre que tenga una rigidez correspondiente a la de un metal.

Por ejemplo, el alojamiento 300 del módulo puede tener forma de tubo cuadrado e incluye un bastidor en U 310 con una placa inferior 311 que forma una superficie inferior, una placa 312 lateral izquierda que forma una superficie de pared izquierda y una placa 313 lateral derecha que forma una superficie de pared derecha y una placa superior 320 acoplada al extremo superior del bastidor en U 310.

Cuando la pila 100 de células se almacena en el bastidor en U 310, la pila 100 de células es presionada por la placa 312 lateral izquierda y la placa 313 lateral derecha y la pila 100 de células puede ser presionada en el alojamiento 300 del módulo asentando y soldando la placa superior 320 sobre el extremo superior de la placa 312 lateral izquierda y el extremo superior de la placa 313 lateral derecha.

Detalladamente, haciendo referencia a (a) de la FIG. 5, la placa 312 lateral izquierda y la placa 313 lateral derecha pueden estar configuradas para extenderse hacia arriba desde bordes opuestos de la placa inferior 311 y tener una inclinación angular predeterminada hacia el interior del alojamiento 300 del módulo.

Cuando la pila 100 de células se almacena en el bastidor en U 310, como en (b) de la FIG. 5, la placa 312 lateral izquierda y la placa 313 lateral derecha se tiran hacia fuera para asegurar un espacio y la pila 100 de células se coloca en el mismo y se asienta sobre la placa inferior 311. Seguidamente, como en (c) de la FIG. 5, la pila 100 de células se presiona colocando la placa 312 lateral izquierda y la placa 313 lateral derecha. Seguidamente, la placa superior 320 se asienta y suelda en el extremo superior del bastidor en U 310. En este caso, la fuerza de la presión que se aplicará a la pila 100 de células puede ajustarse ajustando los espesores y las inclinaciones de la placa 312 lateral izquierda y de la placa 313 lateral derecha para que sean grandes o pequeños.

La FIG. 6 es un diagrama que muestra un ejemplo modificado de un método de presión de la pila 100 de células de acuerdo con la FIG. 5.

Como otro método de presión de la pila 100 de células, puede usarse un resorte 330 de láminas. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 6, el alojamiento 300 del módulo puede incluir además una placa 340 de presión orientada hacia una célula 110 de batería secundaria más externa de la pila 100 de células y el resorte 330 de láminas. El resorte 330 de láminas puede estar dispuesto en estado comprimido entre la placa 340 de presión y una placa lateral. En este caso, la fuerza de recuperación elástica del resorte 330 de láminas puede actuar como una presión para presionar la pila 100 de células.

De manera adicional, puede haber varios métodos más para almacenar la pila 100 de células en el alojamiento 300 del módulo en estado presionado. Por ejemplo, antes de colocar la pila 100 de células en el alojamiento 300 del módulo, la pila 100 de células puede estar presionada previamente para que la pila 100 de células esté en un estado comprimido y, a continuación, la pila 100 de células puede colocarse dentro del alojamiento 300 del módulo y aplicarse presión para que la célula 110 de batería secundaria más externa de la pila 100 de células entre en contacto con una pared de superficie lateral del alojamiento 300 del módulo.

Al mismo tiempo, el método de establecimiento del intervalo de presión de célula de acuerdo con la presente divulgación puede incluir además una tercera operación que consiste en determinar el intervalo de presión de célula calculando adicionalmente una dimensión de expansión admisible del alojamiento 300 del módulo.

El módulo de batería secundaria puede fabricarse en varios tamaños según sea necesario. Por ejemplo, en el caso de los vehículos eléctricos, una pluralidad de módulos de baterías secundarias se conectan para formar un paquete de baterías secundarias y el paquete de baterías secundarias se monta en un vehículo eléctrico. Cada vehículo eléctrico tiene un espacio diferente para instalar un paquete de baterías secundarias o un módulo de batería secundaria. Por lo tanto, el paquete de baterías secundarias o el módulo de batería secundaria debe instalarse y mantenerse dentro de un espacio determinado. Para este fin, es importante gestionar las dimensiones del paquete de baterías secundarias o del módulo de batería secundaria.

Por tanto, en la tercera operación, se preestablece una dimensión de expansión admisible del alojamiento 300 del módulo en función del hinchamiento de las células 110 de batería secundaria, teniendo en cuenta las condiciones ambientales en las que se va a montar el módulo de batería secundaria. A continuación, una presión mínima a la que el alojamiento 300 del módulo puede manejarse dentro de la dimensión de expansión admisible se obtiene como Pdimension_min presionando la pila 100 de células en la que las células 110 de batería secundaria están en el estado BOL. Asimismo, una presión mínima a la que el alojamiento 300 del módulo puede manejarse dentro de la dimensión de expansión admisible se obtiene como Pdimension_max presionando la pila 100 de células en la que las células 110 de batería secundaria están en estado EOL.

Aquí, la dimensión de expansión admisible puede determinarse a petición de la empresa cliente. Por ejemplo, la empresa cliente puede determinar que la anchura del módulo de batería secundaria sea de 120 mm, pero puede limitar la anchura admisible debido a la expansión de la batería secundaria a 123 mm. En este caso, la pila 100 de células debe presionarse para que la pila 100 de células no se expanda 3 mm o más.

En BOL, el fenómeno de hinchamiento de las células 110 de batería secundaria es causado por la contracción y expansión del espesor de los electrodos durante la carga y descarga y, por tanto, la dimensión de expansión admisible puede gestionarse incluso con una presión relativamente pequeña. Reflejo de lo anterior, una presión mínima que puede limitar la dimensión de expansión admisible (por ejemplo: 3 mm) de la pila 100 de células presionando las células de batería secundaria con el alojamiento 300 del módulo en BOL se establece en Pdimension_min.

En EOL, el fenómeno de hinchamiento de las células 110 de batería secundaria se debe a la generación de gas, así como a la contracción y expansión del espesor de los electrodos durante la carga y la descarga. Por tanto, se requiere una presión relativamente mayor en EOL que en BOL para gestionar la dimensión de expansión admisible. Reflejo de lo anterior, una presión mínima que puede limitar la dimensión de expansión admisible (por ejemplo: 3 mm) de la pila 100 de células presionando las células de batería secundaria con el alojamiento 300 del módulo en EOL se establece en Pdimension_max.

Seguidamente, comparando Pdimension_min y Pdimension_max con Pcell_min, Pcell_max, Pmodule_min, y Pdimension_max, que se obtienen en la primera operación y en la segunda, en las siguientes condiciones, finalmente se establece el intervalo de presión de célula.

Pdesign_min = Máx.(Pcell_min, Pmodule_min, Pdimension_min)

Pdesign_max = Mín.(Pcell_max, Pmodule_max), [en donde, (Pdimension_max < Pcell_max) y (Pdimension_max < Pmodule_max) se cumplen]

Por ejemplo, como en la FIG. 7, cuando Pdimension_min es 50 kPa y Pdimension_max es 400 kPa, Pdesign_min puede establecerse en 100 kPa y Pdesign_max en 450 kPa.

Suponiendo que Pdimension_max se calcule como 500 kPa en la tercera operación, esta es una presión que puede dañar el alojamiento 300 del módulo y un diseño de rigidez estructural del alojamiento 300 del módulo es erróneo y, por tanto, el alojamiento 300 del módulo necesita ser rediseñado.

La FIG. 8 es un diagrama de flujo que ilustra un método de diseño de un módulo de batería secundaria, al que se aplica un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula, de acuerdo con la presente divulgación. Haciendo referencia a la FIG. 8, a continuación se resume brevemente un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

Como primera operación, se determina una célula 110 de batería secundaria que se aplicará a un módulo de batería secundaria, se analizan los datos de la célula en función de la presión para la célula 110 de batería secundaria unitaria y en función de ello, se calcula (Pcell_min, Pcell_max).

Como segunda operación, se forma una pila 100 de células usando las células 110 de batería secundaria y una presión mínima, a la que la pila 100 de células puede soportarse integralmente y fijarse en BOL y una presión máxima, a la que la pila de células 100 puede presionarse tanto como sea posible mientras se mantiene la rigidez del alojamiento 300 del módulo para que no se dañe en EOL, se encuentran y se calculan como (Pmodule_min, Pmodule_max). Seguidamente, en una tercera operación, se calcula (Pdimension_min, Pdimension_max) para gestionar una dimensión de expansión admisible del módulo de batería secundaria, que solicita una empresa cliente.

Seguidamente, cuando un valor de Pdimension_max es superior a Pcell_max o Pmodule_max, que se obtiene previamente, se rediseña la célula 110 de batería secundaria o el alojamiento 300 del módulo y se repite el proceso anterior. Cuando un valor de Pdimension_max es inferior a Pcell_max y Pmodule_max, que se obtienen previamente, puede observarse que el diseño de la célula 110 de batería secundaria y del alojamiento 300 del módulo es adecuado. En este punto, un valor que cumple las siguientes condiciones se establece como valores máximo y mínimo de un intervalo de establecimiento de presión de célula.

Pdesign_min = Máx.(Pcell_min, Pmodule_min, Pdimension_min)

Pdesign_max = Mín.(Pcell_max, Pmodule_max)

Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con el método de establecimiento del intervalo de presión de célula de acuerdo con la presente divulgación, las células 110 de batería secundaria pueden presionarse con una presión en un intervalo en el que el rendimiento, la estabilidad estructural y la dimensión de expansión admisible del módulo de batería secundaria son manejables.

Al mismo tiempo, el módulo de batería secundaria de acuerdo con la presente divulgación puede incluir la pila 100 de células, que es un conjunto de las células 110 de batería secundaria, el alojamiento 300 del módulo para presionar y almacenar la pila 100 de células y el conjunto 200 de recubrimiento de ICB. Asimismo, el módulo de batería secundaria de la presente divulgación puede configurarse de tal manera que la pila 100 de células se presiona dentro de un intervalo de presión que se establece de acuerdo con el método de establecimiento del intervalo de presión de célula.

El paquete de baterías secundarias de acuerdo con la presente divulgación puede incluir uno o más módulos de baterías secundarias. El paquete de baterías secundarias puede incluir de manera adicional, además del módulo de batería secundaria, una carcasa de paquete para almacenar el módulo de batería secundaria y diversos aparatos para controlar la carga y descarga del módulo de batería secundaria. Por ejemplo, puede incluirse además un sensor de corriente del sistema de gestión de baterías (BMS, por sus siglas en inglés) y un fusible.

El paquete de baterías secundarias de acuerdo con la presente divulgación se puede aplicar a vehículos tales como vehículos eléctricos o vehículos híbridos.

Como se ha descrito anteriormente, aunque la presente divulgación se ha descrito de acuerdo con realizaciones y dibujos limitados, la presente divulgación no está limitada a los mismos y son posibles diversas modificaciones y variaciones dentro del ámbito de las reivindicaciones que se describirán a continuación por personas normalmente versadas en la materia a la que pertenece la presente divulgación.

Al mismo tiempo, aunque se usan los términos que indican direcciones tales como arriba, abajo, izquierda y derecha descritos en la presente memoria descriptiva, resultará obvio para un experto en la materia que los términos son sólo para facilitar la descripción y pueden variar dependiendo de la posición de un objeto o de la posición de un observador.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de establecimiento de un intervalo de presión de célula para células (110) de batería secundaria en un módulo de batería secundaria, comprendiendo el método:

una primera operación que consiste en determinar una célula (110) de batería secundaria que se aplicará al módulo de batería secundaria, y en función de los datos de rendimiento de la célula (110) de batería secundaria obtenidos cuando la célula (110) de batería secundaria es presionada con una presión creciente, determinar una presión mínima para obtener el rendimiento de la célula (110) de batería secundaria como Pcell_min y determinar una presión máxima para obtener el rendimiento de la célula (110) de batería secundaria como Pcell_max;

una segunda operación que consiste en, cuando las células (110) de batería secundaria se apilan en una dirección para formar una pila (100) de células y la pila (100) de células se almacena en un alojamiento (300) de módulo, determinar, como Pmodule_min, una presión mínima a la que la pila (100) de células está soportada y fijada y determinar, como Pmodule_max, una presión máxima a la que se presiona la pila (100) de células sin dañar el alojamiento (300) de módulo en el final de la vida útil (EOL) de las células (110) de batería secundaria, en donde un intervalo de intersección de Pcell_min a Pcell_max y de Pmodule_min a Pmodule_max se establece como el intervalo de presión de célula;

aplicar una presión dentro del intervalo de presión de célula a la pila (100) de células apilada en el alojamiento (300) de módulo.

2. El método de la reivindicación 1, en donde, en la primera operación, los datos de rendimiento de la célula (110) de batería secundaria comprenden una tasa (f1) de degradación de la capacidad, una tasa (f2) de aumento de la resistencia y una tasa (f3) de retención del espesor de la célula 110) de batería secundaria.

3. El método de la reivindicación 1, en donde Pmodule_min es una presión mínima a la que la pila (100) de células es soportada y fijada en el inicio de vida (BOL) de las células (110) de batería secundaria.

4. El método de la reivindicación 1, en donde la célula (110) de batería secundaria es una célula (110) de batería secundaria tipo bolsa.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende además una tercera operación que consiste en:

preestablecer una dimensión de expansión admisible del alojamiento (300) de módulo de acuerdo con el hinchamiento de las células (110) de batería secundaria;

determinar, como Pdimension_min, una presión mínima a la que una dimensión del alojamiento (300) de módulo es manejable dentro de la dimensión de expansión admisible presionando la pila (100) de células en BOL de las células (110) de batería secundaria; y

determinar, como Pdimension_max, una presión mínima a la que una dimensión del alojamiento (300) de módulo es manejable dentro de la dimensión de expansión admisible presionando la pila (100) de células en EOL de las células (110) de batería secundaria,

en donde un valor mayor entre Pcell_min, Pmodule_min y Pdimension_min se establece como la presión mínima del intervalo de presión de célula, y

cuando (Pdimension_max < Pcell_max) y (Pdimension_max < Pmodule_max) se cumplen, un valor menor entre Pcell_min y Pmodule_min se establece como la presión máxima del intervalo de presión de célula.

6. El método de la reivindicación 1, en donde el alojamiento (300) de módulo comprende: una placa (311) inferior dispuesta bajo la pila (100) de células; y una placa (312) lateral izquierda y una placa (313) lateral derecha que están dobladas en los bordes opuestos de la placa (311) inferior, se extienden hacia arriba y tienen una inclinación angular predeterminada hacia el interior del alojamiento (300) de módulo, y

la pila (100) de células se coloca entre la placa (312) lateral izquierda y la placa (313) lateral derecha para ser presionada entre las mismas.

7. El método de la reivindicación 6, en donde el intervalo de presión de célula se ajusta ajustando tamaños de inclinaciones de la placa (312) lateral izquierda y de la placa (313) lateral derecha.

8. El método de la reivindicación 1, en donde el alojamiento (300) de módulo incluye un resorte (330) de láminas en su interior y la pila (100) de células es presionada por el resorte (330) de láminas.