ES3035641T3

ES3035641T3 - Battery module having pocket capable of capturing flares and sparks ejected during swelling

Info

Publication number: ES3035641T3
Application number: ES21831718T
Authority: ES
Inventors: Sung Goen Hong; Seung Hyun Kim; Sang Hyun Jo; Jin Kyu Shin; Seung Min Ok; Byung O Kong
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2025-09-05
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: US20230128563A1; HUE072385T2; WO2022005239A1; EP4131618A4; JP7523845B2; AU2021299624A1; JP2023524705A; EP4131618A1; PL4131618T3; EP4553979A3; EP4553979A2; CN115461921A; EP4131618B1; CN115461921B

Abstract

La presente invención se refiere a un módulo de batería que tiene un bolsillo capaz de recoger llamaradas y chispas expulsadas durante el hinchamiento y, más particularmente, a un módulo de batería que comprende: una pila de celdas en la que una pluralidad de celdas de batería están apiladas en dirección vertical; y una caja protectora para alojar la pila de celdas, en donde la caja protectora incluye una cubierta inferior colocada debajo de la pila de celdas, una cubierta superior colocada encima de la pila de celdas y un par de cubiertas laterales colocadas a los lados de la pila de celdas, en donde las cubiertas laterales tienen en el lado interior de las mismas una estructura capaz de bloquear el movimiento de llamaradas y chispas expulsadas durante el hinchamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de batería que tiene una cavidad capaz de captar llamaradas y chispas expulsadas durante el hinchamientoSector de la técnica

La presente invención se refiere a un módulo de batería que tiene una cavidad capaz de captar llamaradas y chispas expulsadas en el momento del hinchamiento, y más particularmente a un módulo de batería configurado de manera que se proporciona una cavidad entre pilas de células o entre la pila de células y una cubierta lateral con el fin de interrumpir el movimiento de llamaradas y chispas y para guiar la descarga rápida de aire hacia el exterior junto con el gas de ventilación, por lo que es posible prevenir la aparición de condiciones de conato de incendio, y por tanto es posible inhibir el conato de incendio.

Antecedentes de la invención

Las baterías secundarias, que tienen una elevada aplicabilidad a productos y propiedades eléctricas, como una alta densidad energética, se han utilizado generalmente en vehículos eléctricos (EV) o vehículos eléctricos híbridos (HEV), cada uno de los cuales se acciona usando una fuente de accionamiento eléctrico, así como en dispositivos portátiles. Dichas baterías secundarias han atraído la atención como una nueva fuente de energía capaz de aumentar el respeto al medio ambiente y la eficiencia energética, ya que no se generan subproductos como resultado del uso de la energía, además de una ventaja primaria en el sentido de que es posible reducir notablemente el uso de combustibles fósiles.

Existen baterías de iones de litio, baterías de polímeros de litio, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidruro y baterías de níquel-zinc como baterías secundarias. Una pluralidad de células de batería pueden conectarse entre sí en serie o en paralelo para constituir un módulo de batería o un paquete de baterías.

Un sistema de almacenamiento de energía (ESS), que ha atraído la atención en los últimos años, es un aparato que almacena la electricidad producida en una batería con el fin de suministrar la electricidad a los consumidores cuando la necesiten, maximizando de este modo la eficiencia de uso de la energía eléctrica.

En un sistema general de almacenamiento de energía (ESS), una pluralidad de módulos de batería constituye un único bastidor, y varias decenas a cientos de bastidores se combinan para constituir un único sistema. Además, el sistema de almacenamiento de energía se utiliza en un estado de enclavamiento con un suministro de alimentación ininterrumpido (UPS) configurado para suministrar energía eléctrica de forma estable en respuesta a una interrupción o anomalía brusca del suministro eléctrico o un sistema de energía fotovoltaica, que es un aparato de generación de energía configurado para convertir la luz solar en energía eléctrica.

Mientras tanto, aunque las baterías secundarias tienen excelentes propiedades eléctricas, los componentes que constituyen la batería, como un material activo o un electrolito, se descomponen en un estado de funcionamiento anómalo, como sobrecarga, sobredescarga, exposición a altas temperaturas o cortocircuito eléctrico, por lo que se generan calor y gas. Como resultado, se produce un fenómeno de hinchamiento, es decir, de expansión de la batería secundaria. El fenómeno de hinchamiento acelera la descomposición, lo que provoca la explosión o ignición de la batería secundaria debido a la fuga térmica.

Es decir, cuando se produce una fuga térmica en una célula de batería, se generan llamaradas, que son llamas expulsadas de una parte débilmente sellada como un fogonazo, chispa, que es una partícula que tiene calor descargada debido a la división de un electrodo interior y a la fusión de un colector de corriente de aluminio, y el gas de ventilación a alta temperatura. En particular, estas sustancias no permanecen en las posiciones en las que se generan, sino que se desplazan a un módulo adyacente, que incluye las células de la batería situadas a su alrededor, por lo que existe una elevada posibilidad de que se produzca un accidente grave.

En relación con lo anterior, el documento KR 2020-0011816 A divulga un paquete de baterías que incluye una pluralidad de células de batería dispuestas de manera que las superficies principales de las células de batería se enfrentan entre sí; y una pared de división interpuesta entre las células adyacentes de las células de batería, en la que la pared de división está dotada de una cavidad de aire formada de manera que es cóncava en una dirección distante de la superficie principal de cada una de las células de batería en una dirección de grosor de la pared de división.

En el documento de la técnica anterior mencionado anteriormente, la pared de división y la cavidad de aire están formadas entre células de batería adyacentes, por lo que es posible interrumpir la interferencia térmica entre las células de batería adyacentes y, por tanto, es posible interrumpir en cierta medida la fuga térmica de algunas células de batería localmente degradadas a otras células de batería adyacentes a las mismas.

Sin embargo, este documento de la técnica anterior, que se refiere a un paquete de baterías en el que células prismáticas están apiladas unas junto a otras, no es aplicable a un módulo de batería constituido por células en forma de bolsa, cada una de las cuales incluye una carcasa de célula y un conjunto de electrodo y que se configura de manera que conductores sobresalen de la carcasa hacia el exterior, sin cambios.

En los documentos US 2019/148802 A1, KR 2019 0138197 A, KR 2016 0078035 A, KR 2017 0135469 A, US 2018/2817116 A1 y KR 20170035218 A se describe técnica anterior adicional.

Explicación de la invención

Problema técnico

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar un módulo de batería capaz de interrumpir el movimiento de llamaradas y chispas generadas cuando se produce una fuga térmica en una célula de batería, evitando de este modo un conato de fuego o impidiendo la propagación del fuego a un módulo de batería adyacente.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un módulo de batería capaz de descargar rápidamente aire en una carcasa de módulo junto con el gas de ventilación expulsado cuando se produce una fuga térmica en una célula de batería, previniendo de este modo el conato de incendio.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un módulo de batería capaz de descargar calor, gas de ventilación y aire interno generados cuando se produce una fuga térmica en una célula de batería al exterior, evitando de este modo el conato de incendio.

Solución técnica

Para lograr los objetos anteriores, se proporciona un módulo de batería según la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes 2-19.

Además, la presente invención proporciona un paquete de baterías y un sistema de almacenamiento de energía según se definen en las reivindicaciones 20 y 21, respectivamente.

Efectos ventajosos

Un módulo de batería según la presente invención tiene la ventaja de que un par de placas dobladas están situadas en extremos laterales opuestos de una placa vertical de forma que se enfrentan entre sí, por lo que es posible interrumpir la descarga de llamaradas y chispas generadas en el momento de la fuga térmica hacia el exterior o interrumpir el movimiento de llamaradas y chispas hacia los conductores de electrodo, y por tanto es posible evitar un conato de incendio del módulo de batería.

Además, el módulo de batería según la presente invención tiene la ventaja de que es posible descargar rápidamente gas de ventilación expulsado en el momento de la fuga térmica al exterior, y en este momento también es posible descargar aire junto con el gas de ventilación, por lo que es posible evitar la aparición de llamas.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una primera realización preferida de la presente invención, vista en una dirección hacia un lado del módulo de batería.

La FIG. 2 es una vista en perspectiva en despiece del módulo de batería mostrado en la FIG. 1.

La FIG. 3 es una vista en perspectiva en despiece de una pila de células del módulo de batería mostrado en la FIG.

1.

La FIG. 4 es una vista en perspectiva en despiece de una unidad de retención de prensado.

La FIG. 5 es una vista en perspectiva en despiece que ilustra una estructura de acoplamiento entre una cubierta lateral y un soporte de barras colectoras.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva del módulo de batería mostrado en la FIG. 1 visto frontalmente en el estado en el que una cubierta superior del mismo está retirada.

La FIG. 7 es una vista en planta del módulo de batería mostrado en la FIG. 1 visto desde arriba en el estado en el que la cubierta superior del mismo está retirada.

La FIG. 8 es una vista en sección que muestra varias modificaciones de la cubierta lateral.

La FIG. 9 es una vista en sección que muestra otras modificaciones de la cubierta lateral.

La FIG. 10 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una segunda realización preferida de la presente invención vista en una dirección hacia un lado del módulo de batería.

La FIG. 11 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una tercera realización preferida de la presente invención vista en una dirección hacia un lado del módulo de batería.

La FIG. 12 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una cuarta realización preferida de la presente invención vista en una dirección hacia un lado del módulo de batería.

La FIG. 13 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una quinta realización preferida de la presente invención vista en una dirección hacia un lado del módulo de batería.

Realización preferente de la invención

En la presente solicitud, debe entenderse que los términos “comprende”, “tiene”, “incluye”, etc. especifican la presencia de características, números, etapas, operaciones, elementos, componentes o combinaciones de los mismos indicados, pero no excluyen la presencia o adición de otra u otras características, números, etapas, operaciones, elementos, componentes o combinaciones de los mismos.

Además, a lo largo de los dibujos se utilizarán los mismos números de referencia para referirse a partes que realicen funciones u operaciones similares. En caso de que en la memoria descriptiva se especifique que una parte está conectada a otra parte, no solo puede que la parte esté directamente conectada a la otra parte, sino también que la parte esté indirectamente conectada a la otra parte a través de una parte adicional. Además, que se incluya un determinado elemento no significa que se excluyan otros elementos, sino que significa que dichos elementos pueden incluirse adicionalmente a menos que se mencione lo contrario.

A continuación, se describirá, con referencia a los dibujos adjuntos, un módulo de batería que tiene una cavidad capaz de captar llamaradas y chispas expulsadas en el momento del hinchamiento según la presente invención. La FIG. 1 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una primera realización preferida de la presente invención cuando se observa en una dirección hacia un lado del módulo de batería, y la FIG. 2 es una vista en perspectiva en despiece del módulo de batería mostrado en la FIG. 1.

Como se muestra en las FIGS. 1 y 2, el módulo de batería según la primera realización de la presente invención tiene una forma aproximadamente hexaédrica, y está configurado para tener una estructura en la que una pila 200 de células se recibe en un espacio definido dentro de una carcasa 100 protectora hecha de un material metálico. A continuación se describirá en detalle la pila 200 de células.

La carcasa 100 protectora incluye una cubierta 110 inferior situada debajo de la pila 200 de células, una cubierta 120 superior situada encima de la pila 200 de células y un par de cubiertas 130 laterales situadas a los lados de la pila 200 de células.

En primer lugar, la cubierta 120 superior, que está configurada para proteger la parte superior de la pila 200 de células y que es plana, está dotada en una parte central de la misma de una pluralidad de segundas partes 121 perforadas formadas en una dirección longitudinal (dirección del eje Z). Cuando se produce un evento, las segundas partes 121 perforadas sirven como paso configurado para permitir que el calor se descargue a su través junto con el gas de ventilación. En particular, cuando se descarga gas de ventilación a alta presión, el aire en la carcasa 100 protectora se descarga junto con el gas de ventilación, con lo que es posible evitar que se produzca un conato de incendio.

Cuando se cumplen todas las condiciones, como un material combustible, oxígeno y una temperatura superior al punto de ignición, se produce un incendio en el módulo de batería. Dado que el calor se descarga al exterior junto con el aire de la carcasa 100 protectora a través de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior, como se ha descrito anteriormente, se inhibe el conato de incendio. En este caso, la forma de cada una de las segundas partes 121 perforadas puede ser circular.

Mientras tanto, es más preferible que la cubierta 110 inferior también esté dotada de primeras partes 111 perforadas formadas en la dirección longitudinal (dirección del eje Z) para realizar la misma función que las segundas partes 121 perforadas.

Cada uno de los pares de cubiertas 130 laterales que se enfrentan entre sí en un estado de estar espaciadas una con respecto a otra una distancia ligeramente mayor que la anchura (dirección del eje X) de la pila 200 de células incluye una placa 131 vertical, una placa 132 de extensión horizontal y un par de placas 133 dobladas.

Cuando se produce una fuga térmica en una célula de batería específica, se expulsan llamaradas, chispas, gas de ventilación a alta presión y calor y, cuando el oxígeno y un material combustible coexisten con los anteriores, se produce un incendio o una explosión.

La cubierta 130 lateral según la presente invención impide la expulsión de productos de fuga térmica, como llamaradas y chispas, fuera de la carcasa 100 protectora, y guía la descarga de gas de ventilación y calor a través de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior y/o las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior. Dado que el aire con el que se llena el interior de la carcasa 100 protectora también se descarga en este proceso, no se genera ninguna llama.

En concreto, la placa 131 vertical está ligeramente separada de la pila 200 de células, de manera que se forma una capa de aislamiento térmico de aire. Un extremo inferior de la placa 131 vertical está situado en contacto estrecho con la cubierta 110 inferior, y un extremo superior de la placa 131 vertical está situado en contacto estrecho con la cubierta 120 superior. El par de placas 133 dobladas está situado en extremos laterales opuestos de la placa 131 vertical, es decir, en las proximidades de esquinas opuestas de la pila 200 de células. Cada una de las placas 133 dobladas está formada en forma de L abierta por un lado, y las placas dobladas se enfrentan entre sí.

Dado que las llamaradas y las chispas se capturan en un espacio definido por la placa 131 vertical y las placas 133 dobladas, por tanto, se impide que las llamaradas y las chispas se descarguen hacia el exterior y se restringe el movimiento de llamaradas y chispas en una dirección hacia los conductores de electrodos, por lo que es posible evitar que llamaradas y chispas entren en contacto directo con los conductores de electrodos.

La placa 132 de extensión horizontal, que se dobla hacia fuera desde cada uno del extremo superior y el extremo inferior de la placa 131 vertical, se proporciona para la fijación entre la cubierta 110 inferior y la cubierta 120 superior, y puede omitirse según sea necesario. Aunque la cubierta 110 inferior, la cubierta 120 superior y el par de cubiertas 130 laterales se muestran como acopladas entre sí después de haber sido fabricadas por separado en los dibujos, la cubierta 110 inferior y el par de cubiertas 130 laterales o la cubierta 120 superior y el par de cubiertas 130 laterales pueden fabricarse de manera solidaria y, a continuación, puede realizarse el proceso de montaje.

La FIG. 3 es una vista en perspectiva en despiece de la pila de células del módulo de batería mostrado en la FIG. 1, la FIG. 4 es una vista en perspectiva en despiece de una unidad de retención de prensado, y la FIG. 5 es una vista en perspectiva en despiece que ilustra una estructura de acoplamiento entre una cubierta lateral y un soporte de barras colectoras.

La pila 200 de células según la presente invención incluye una pluralidad de células 210 de batería apiladas en una dirección vertical, una o más almohadillas 220 de absorción de impactos, una o más capas 230 de prensado, un soporte 240 de barra colectora y una barra 250 colectora.

La célula 210 de batería puede ser una célula de batería en forma de bolsa, e incluye una carcasa de célula configurada para recibir en su interior un conjunto de electrodo (no mostrado) y un par de conductores de electrodos. En este caso, el conjunto de electrodo puede ser un conjunto de tipo enrollado, que está configurado para tener una estructura en la que un electrodo positivo de tipo lámina larga y un electrodo negativo de tipo lámina larga están enrollados en el estado en el que se interpone un separador entre los mismos, un conjunto de tipo apilado, que está configurado para tener una estructura en la que un electrodo positivo rectangular y un electrodo negativo rectangular están apilados en el estado en el que se interpone un separador entre los mismos, un conjunto de tipo apilado y plegado, que está configurado para tener una estructura en la que las células unitarias se enrollan utilizando una película de separación larga, o un conjunto de tipo laminado y apilado, que está configurado para tener una estructura en la que las células de batería se apilan en el estado en el que un separador se interpone entre las mismas y luego se unen entre sí. Sin embargo, la presente invención no se limita a lo anterior.

Además, es obvio que el electrolito puede sustituirse por un electrolito sólido o un electrolito cuasi-sólido de tipo gel obtenido añadiendo un aditivo a un electrolito sólido, teniendo el electrolito cuasi-sólido de tipo gel una fase intermedia entre un líquido y un sólido, además de un electrolito líquido, que es el que se utiliza habitualmente. El conjunto de electrodo se recibe en la carcasa de célula, y la carcasa de célula está configurada generalmente para tener una estructura de lámina laminada que incluye una capa interior, una capa metálica y una capa exterior. La capa interior está dispuesta en contacto directo con el conjunto de electrodo y, por tanto, la capa interior debe exhibir altas propiedades de aislamiento y alta resistencia a una solución electrolítica. Además, la capa interior debe exhibir una alta capacidad de sellado con el fin de sellar herméticamente la carcasa de célula del exterior, es decir, una parte sellada térmicamente entre las capas interiores debe exhibir una excelente fuerza de unión térmica. La capa interior puede estar hecha de un material seleccionado entre una resina a base de poliolefina, como polipropileno, polietileno, acrilato de polietileno o polibutileno, una resina de poliuretano y una resina de poliimida, que exhiben una excelente resistencia química y una alta capacidad de sellado. Sin embargo, la presente invención no se limita a lo anterior, y el polipropileno, que exhibe excelentes propiedades mecánico-físicas, como resistencia a la tracción, rigidez, dureza superficial y resistencia al impacto, y una excelente resistencia química, es el que se utiliza de manera más preferida.

La capa metálica, que está dispuesta para hacer tope contra la capa interior, corresponde a una capa de barrera configurada para impedir que la humedad o diversos tipos de gas penetren en la batería desde el exterior. Como material preferido para la capa metálica puede utilizarse una película delgada de aluminio, que es ligera y fácilmente moldeable.

La capa exterior se proporciona en la otra superficie de la capa metálica. La capa exterior puede estar hecha de un polímero resistente al calor que exhiba una excelente resistencia a la tracción, resistencia a la permeación de humedad y resistencia a la transmisión de aire, de manera que la capa exterior exhiba una alta resistencia al calor y resistencia a los productos químicos al tiempo que protege el conjunto de electrodo. A modo de ejemplo, la capa exterior puede estar hecha de nailon o tereftalato de polietileno. Sin embargo, la presente invención no se limita a lo anterior.

Mientras tanto, el par de conductores de electrodo está constituido por un conductor de electrodo positivo y un conductor de electrodo negativo, que pueden estar expuestos hacia el exterior de la carcasa de célula en un estado de estar conectados eléctricamente a una lengüeta de electrodo positivo y a una lengüeta de electrodo negativo del conjunto de célula, respectivamente, o pueden estar conectados directamente al conjunto de célula en el estado en el que se omiten las lengüetas.

La una o más almohadillas 220 de absorción de impactos están situadas en una o más de la parte superior y la parte inferior de las células 210 de batería apiladas, y pueden interponerse entre las células 210 de batería según sea necesario. La almohadilla 220 de absorción de impactos puede estar hecha de un material que tenga un volumen fácilmente modificable en función de la fuerza externa que se le aplique, como una esponja o un material textil no tejido.

La capa 230 de prensado, que incluye una almohadilla 231 de prensado y un armazón 232 de refuerzo, prensa una o varias de la parte superior y la parte inferior de las células 210 de batería apiladas. Una vez montada la almohadilla 220 de absorción de impactos, la capa 230 de prensado se sitúa fuera de la almohadilla 220 de absorción de impactos para prensar uniformemente todas las superficies de la célula 210 de batería. Además, la capa de prensado impide la conducción eléctrica entre la carcasa 100 protectora, que está hecha de un material metálico, y las células 210 de batería.

En este caso, es preferible que la almohadilla 231 de prensado esté dotada en una superficie de la misma de un rebaje 231' hundido para tener una profundidad y anchura predeterminadas en una dirección lateral (dirección del eje X), es más preferible que la almohadilla 231 de prensado esté dotada en una superficie de la misma de una pluralidad de rebajes formados de manera que estén espaciados uno con respecto a otro en una dirección longitudinal (dirección del eje Z), y lo más preferible es que el armazón 232 de refuerzo, que está doblado para tener una forma predeterminada en un estado de estar abierto en un lado del mismo de modo que la sección del armazón de refuerzo tenga una forma aproximadamente de “V”, “U” o y que esté hecho de un material metálico, esté asentado en el rebaje 231'.

La almohadilla 231 de prensado puede estar hecha de plástico para conseguir un peso ligero y aislar el módulo de batería. Sin embargo, cuando se produce el hinchamiento, la almohadilla 231 de prensado se funde debido a la alta temperatura, por lo que las células 210 de batería entran en contacto estrecho con las superficies interiores de la cubierta 110 inferior y la cubierta 120 superior.

Como resultado, es difícil que el gas de ventilación se desplace hacia las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior y hacia las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior, lo que puede impedir una rápida descarga de aire y calor, y por tanto puede aumentar la posibilidad de conato de incendio.

Sin embargo, cuando el armazón 232 de refuerzo, que está hecho de un material metálico, está montado, puede quedar un espacio entre la cubierta 110 inferior y la célula 210 de batería y entre la cubierta 120 superior y la célula 210 de batería debido al armazón 232 de refuerzo aunque la almohadilla 231 de prensado se funda, por lo que es posible descargar rápidamente aire al exterior junto con gas de ventilación.

La barra 250 colectora, que está configurada para conectar eléctricamente los conductores de las células 210 de batería entre sí, es una placa metálica plana que tiene hendiduras, a través de las cuales se extienden los conductores, formadas en la misma.

El soporte 240 de barra colectora incluye una placa 241 principal plana que tiene una o más hendiduras formadas en la misma, partes 242 de ala conectadas a extremos verticales laterales opuestos de la placa 241 principal, y una placa 243 auxiliar configurada para conectar el par de partes 242 de ala entre sí. En este caso, es preferible que cada una de las partes 242 de ala esté doblada con una forma predeterminada de modo que se ponga en contacto estrecho con una correspondiente de las placas 133 dobladas.

Ahora se describirá brevemente un proceso de ensamblaje del módulo de batería que tiene la construcción anterior. Se prepara una pila 200 de células, en la que un armazón 232 de refuerzo, una almohadilla 220 de absorción de impactos, una pluralidad de células 210 de batería, una almohadilla 220 de absorción de impactos, y un armazón 232 de refuerzo se apilan en ese orden, los conductores de las células 210 de batería se extienden a través de hendiduras de un soporte 240 de barra colectora hecho de un material aislante.

Posteriormente, los conductores de electrodos se extienden a través de las hendiduras de una barra 250 colectora, se doblan y se fijan mediante un método de unión conocido, como la soldadura.

La pila 200 de células preparada como se ha descrito anteriormente se recibe de forma que quede envuelta por una cubierta 110 inferior, una cubierta 120 superior y un par de cubiertas 130 laterales.

En este momento, las placas 133 dobladas de la cubierta 130 lateral entran en contacto estrecho con las partes 242 de ala del soporte 240 de barra colectora, y la placa 241 principal se hunde ligeramente en una dirección hacia los conductores de electrodos. Por supuesto, el soporte 240 de barra colectora realiza la función de cubrir la superficie delantera y la superficie trasera del módulo de batería.

La FIG. 6 es una vista en perspectiva del módulo de batería mostrado en la FIG. 1 visto de frente en el estado en el que la cubierta superior está retirada del mismo, la FIG. 7 es una vista en planta del módulo de batería mostrado en la FIG. 1 visto desde arriba en el estado en el que la cubierta superior está retirada del mismo.

En referencia a las FIGS. 6 y 7, la inhibición de la ignición del módulo de batería según la presente invención se describirá en detalle mediante la descripción de un proceso en el que llamaradas, chispas, gas de ventilación y calor se desplazan cuando se produce un evento, como una fuga térmica.

El módulo de batería según la presente invención incluye además una primera parte S1 de espacio a una tercera parte S3 de espacio junto con las placas 133 dobladas descritas anteriormente. En concreto, la primera parte S1 de espacio y la segunda parte S2 de espacio se forman entre el par de placas 133 dobladas, y la tercera parte S3 de espacio se forma entre la superficie lateral vertical de la pila 200 de células en la dirección longitudinal y la placa 131 vertical.

Por ejemplo, en el supuesto de que se produzca una fuga térmica en el lado derecho de una célula 210 de batería específica en las FIGS. 6 y 7, se agrupan llamaradas o chispas en una o más de la primera parte S1 de espacio a la tercera parte S3 de espacio situadas en el lado derecho, particularmente en la primera parte S1 de espacio y la segunda parte S2 de espacio, en un estado interrumpido. En consecuencia, la llamarada o la chispa no solo no pueden desplazarse hacia la parte delantera o trasera en la que se encuentra la barra colectora, sino tampoco hacia el lado izquierdo de la célula 210 de batería.

Mientras tanto, dado que la carcasa 100 protectora y la pila 200 de células no se mantienen en un estado perfectamente hermético, el gas de ventilación que se genera se desplaza hacia la primera parte S1 de espacio situada en la parte delantera y la segunda parte S2 de espacio situada en la parte trasera, y luego se descarga en las proximidades del soporte 240 de barra colectora.

Por supuesto, parte del gas de ventilación se desplaza hacia arriba o hacia abajo a lo largo de la placa 131 vertical, se desplaza a la parte de espacio situada en el interior del armazón 232 de refuerzo y se descarga al exterior a través de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior y las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior. En este momento, es obvio que el calor se descarga al exterior a través de la trayectoria anterior junto con el gas de ventilación.

Como resultado, incluso cuando se produce un evento en cualquiera de las células de batería, el aire se descarga al exterior junto con el gas de ventilación, por lo que el oxígeno necesario para la ignición es deficiente en la carcasa protectora, y los materiales combustibles se capturan sin ser descargados al exterior. Además, cuando se descarga el aire, el calor se descarga junto con el aire, por lo que la temperatura de la célula de batería se mantiene por debajo del punto de ignición, y por tanto es posible evitar un conato de incendio.

La FIG. 8 es una vista en sección que muestra varias modificaciones de la cubierta lateral, y la FIG. 9 es una vista en sección que muestra otras modificaciones de la cubierta lateral. Como se muestra en las FIGS. 8 y 9, la placa doblada 133 de la cubierta 130 lateral puede deformarse para captar llamaradas y chispas. Es decir, en lugar de la sección en forma de L según la primera realización preferida, la placa 133 doblada puede estar configurada para doblarse en varios ángulos diferentes o puede incluir una parte curvada. Por ejemplo, la sección horizontal de la placa doblada puede deformarse de modo que tenga una forma de "k", " l " , "L_" o "k". Sin embargo, la sección de la placa doblada no está limitada a las formas anteriores siempre que sea posible conseguir el mismo objeto y función.

Por supuesto, en este caso, es obvio que el soporte 240 de barra colectora también puede deformarse de modo que se corresponda con la forma externa de la placa 133 doblada deformada.

La FIG. 10 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una segunda realización preferida de la presente invención cuando se observa en una dirección hacia un lado del módulo de batería. El módulo de batería según la segunda realización es idéntico en construcción al módulo de batería según la primera realización excepto por la forma externa de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior y las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior.

Las primeras partes 111 perforadas y las segundas partes 121 perforadas según la segunda realización pueden estar formadas de manera que se dispongan alternativamente orificios circulares y hendiduras rectangulares. Por supuesto, las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior pueden estar formadas de manera que los orificios circulares y las hendiduras rectangulares estén dispuestos alternativamente, mientras que las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior pueden estar formadas únicamente como orificios circulares, y viceversa.

La FIG. 11 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una tercera realización preferida de la presente invención cuando se observa en una dirección hacia un lado del módulo de batería. El módulo de batería según la tercera realización es idéntico en construcción al módulo de batería según la primera realización, excepto por la forma externa y la posición de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior y las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior.

Las primeras partes 111 perforadas y las segundas partes 121 perforadas según la tercera realización están formadas como hendiduras rectangulares. Es preferible que las primeras partes perforadas y las segundas partes perforadas estén situadas en una dirección lateral de la cubierta superior, concretamente a lo largo de las líneas de extensión verticales de los armazones 232 de refuerzo, de manera que el gas de ventilación y el aire puedan descargarse rápidamente al exterior, y es más preferible que las primeras partes perforadas y las segundas partes perforadas estén formadas en el mismo número que los armazones 232 de refuerzo.

Por supuesto, solo las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior pueden estar formadas únicamente como hendiduras rectangulares, mientras que las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior pueden estar formadas únicamente como orificios circulares, y viceversa.

Mientras tanto, las primeras partes 111 perforadas y/o las segundas partes 121 perforadas pueden estar dotadas además de redes de malla. Cuando las redes 121(a) de malla están montadas, es posible inhibir la expulsión de la cubierta 120 superior y/o de la cubierta 110 inferior de productos de fuga térmica de tamaño relativamente grande, como llamaradas y chispas.

La FIG. 12 es una vista en perspectiva externa de un módulo de batería según una cuarta realización preferida de la presente invención cuando se observa en una dirección hacia un lado del módulo de batería. El módulo de batería según la cuarta realización es idéntico en construcción al módulo de batería según la tercera realización excepto por la forma externa y la posición de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior.

Las segundas partes 121 perforadas según la cuarta realización están formadas de manera que tienen la forma de hendiduras rectangulares. En particular, es preferible que las segundas partes 121 perforadas estén situadas en plural en una dirección longitudinal de la cubierta superior, concretamente a lo largo de una línea de extensión vertical de la tercera parte S3 de espacio formada como resultado de que la placa 131 vertical de la cubierta 130 lateral y la pila 200 de células estén separadas una con respecto a otra una distancia predeterminada, de manera que el gas de ventilación y el aire puedan descargarse rápidamente al exterior, y es más preferible que las segundas partes 121 perforadas estén dotadas además de redes 121(a) de malla. Aunque no se muestra en la figura, es obvio que las primeras partes 111 perforadas de la cubierta 110 inferior también pueden estar dotadas adicionalmente de redes de malla.

El módulo de batería según una quinta realización preferida tiene una combinación de las segundas partes 121 perforadas de la cubierta 120 superior según la tercera realización y las segundas partes 121 perforadas según la cuarta realización, y su forma y posición son las mismas que las anteriores. Por tanto, se omitirá una descripción de las mismas.

Una pluralidad de módulos de batería, teniendo cada uno de los cuales la construcción anterior, puede disponerse uno al lado de otro o apilarse en la dirección vertical.

Además, el módulo de batería que tiene la construcción anterior puede recibirse en una carcasa independiente para constituir un único paquete de baterías, y el módulo de batería o el paquete de baterías pueden utilizarse en diversas instalaciones o dispositivos que incluyen fuentes de energía de gran capacidad, como un sistema de almacenamiento de energía, un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido y un vehículo eléctrico híbrido enchufable.

Aunque los detalles específicos de la presente invención se han descrito detalladamente, los expertos en la técnica apreciarán que la descripción detallada de la misma solo divulga realizaciones preferidas de la presente invención y, por tanto, no limita el alcance de la presente invención.

Descripción de símbolos de referencia

100: Carcasa protectora

110: Cubierta inferior

111: Primera parte perforada

120: Cubierta superior

121: Segunda parte perforada 121(a): Red de malla

130: Cubierta lateral

131: Placa vertical 132: Placa de extensión horizontal

133: Placa doblada

200: Pila de células

210: Célula de batería

220: Almohadilla de absorción de impactos

230: Capa de prensado

231: Almohadilla de prensado 231': Rebaje

232: Armazón de refuerzo

240: Soporte de barra colectora

241: Placa principal 242: Parte de ala

243: Placa auxiliar

250: Barra colectora

S1: Primera parte de espacio S2: Segunda parte de espacio

S3: Tercera parte de espacio

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un módulo de batería que comprende:

una pila (200) de células que comprende una pluralidad de células (210) de batería apiladas en una dirección vertical; y

una carcasa (100) protectora configurada para recibir la pila (200) de células,

en el que la carcasa (100) protectora comprende una cubierta (110) inferior situada debajo de la pila (200) de células, una cubierta (120) superior situada encima de la pila (200) de células, y un par de cubiertas (130) laterales situadas a los lados de la pila (200) de células, y

en el que cada una de las cubiertas (130) laterales está dotada en el interior de la misma de una estructura configurada para impedir la expulsión de llamaradas y chispas, generadas durante el hinchamiento, hacia el exterior de la carcasa protectora,

caracterizado porquecada cubierta (130) lateral comprende:

una placa (131) vertical que tiene un extremo inferior situado en contacto estrecho con la cubierta (110) inferior y un extremo superior situado en contacto estrecho con la cubierta (120) superior; y

un par de placas (133) dobladas formadas en extremos laterales opuestos de la placa (131) vertical de manera que se doblan y/o curvan en una forma predeterminada y enfrentadas entre sí,

en el que la pila (200) de células comprende:

la pluralidad de células (210) de batería apiladas en la dirección vertical;

una o más almohadillas (220) de absorción de impactos situadas en una o más de la parte superior y la parte inferior de las células (210) de batería apiladas;

una capa (230) de prensado situada fuera de las almohadillas (220) de absorción de impactos para prensar uniformemente todas las superficies de las células (210) de batería, que está situada en al menos una de una parte superior y una parte inferior de las células (210) de batería apiladas;

una barra (250) colectora configurada para permitir que los conductores de electrodos positivos y los conductores de electrodos negativos de la pluralidad de células (210) de batería se conecten a la misma; y

un par de soportes (240) de barra colectora interpuestos entre los conductores de electrodos positivos y la barra (250) colectora y entre los conductores de electrodos negativos y la barra (250) colectora, respectivamente, en el que la capa (230) de prensado comprende una almohadilla (231) de prensado y un armazón (232) de refuerzo.

2. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que la placa (131) vertical de la cubierta (130) lateral y la pila (200) de células están separadas una con respecto a otra una distancia predeterminada para formar una tercera parte (S3) de espacio.

3. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que cada uno de los soportes (240) de barra colectora comprende:

una placa (241) principal plana que tiene una o más hendiduras formadas en la misma; y

partes (242) de ala conectadas a extremos verticales laterales opuestos de la placa (241) principal.

4. El módulo de batería según la reivindicación 3, en el que cada una de las partes (242) de ala está doblada para tener una forma predeterminada.

5. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que la almohadilla (231) de prensado está dotada en una superficie de la misma de un rebaje (231'), y

en el que el armazón (232) de refuerzo está asentado en el rebaje (231').

6. El módulo de batería según la reivindicación 5, en el que la almohadilla (231) de prensado está situada en cada una de la parte superior y la parte inferior de las células (210) de batería apiladas,

en el que el rebaje (231') de la almohadilla (231) de prensado situada en la parte superior de las células (210) de batería apiladas está orientado hacia arriba, y

en el que el rebaje (231') de la almohadilla (231) de prensado situada en la parte inferior de las células (210) de batería apiladas está orientado hacia abajo.

7. El módulo de batería según la reivindicación 5, en el que el rebaje (231') y el armazón (232) de refuerzo tienen formas de sección vertical idénticas.

8. El módulo de batería según la reivindicación 7, en el que cada uno de los rebajes (231’) y el armazón (232) de refuerzo tiene una forma de sección vertical en “V”, “U” o “Ll”.

9. El módulo de batería según la reivindicación 6, en el que la almohadilla (231) de prensado está hecha de un material de plástico aislante, y

en el que el armazón (232) de refuerzo está hecho de un material metálico.

10. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que la cubierta (120) superior está dotada de una segunda parte (121) perforada.

11. El módulo de batería según la reivindicación 10, en el que la segunda parte (121) perforada tiene forma de hendidura rectangular.

12. El módulo de batería según la reivindicación 10, en el que la segunda parte (121) perforada está formada en una dirección longitudinal de la cubierta superior.

13. El módulo de batería según la reivindicación 12, en el que la segunda parte (121) perforada está situada en una línea de extensión vertical de la tercera parte (S3) de espacio.

14. El módulo de batería según la reivindicación 10, en el que la segunda parte (121) perforada está formada en una dirección lateral de la cubierta (120) superior.

15. El módulo de batería según la reivindicación 14, en el que la segunda parte (121) perforada está situada en una línea de extensión vertical del armazón (232) de refuerzo.

16. El módulo de batería según la reivindicación 14, en el que la segunda parte (121) perforada está formada en número igual al armazón (232) de refuerzo.

17. El módulo de batería según la reivindicación 10, en el que la segunda parte (121) perforada es circular.

18. El módulo de batería según la reivindicación 10, en el que la segunda parte (121) perforada está dotada de una red (121') de malla.

19. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que la cubierta (110) inferior está dotada de una primera parte (111) perforada.

20. Un paquete de baterías que comprende el módulo de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.

21. Un sistema de almacenamiento de energía que tiene el paquete de baterías según la reivindicación 20.