ES3035642T3 - Battery module having enhanced cooling performance and battery pack comprising same - Google Patents

Battery module having enhanced cooling performance and battery pack comprising same

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ES3035642T3
ES3035642T3 ES21869559T ES21869559T ES3035642T3 ES 3035642 T3 ES3035642 T3 ES 3035642T3 ES 21869559 T ES21869559 T ES 21869559T ES 21869559 T ES21869559 T ES 21869559T ES 3035642 T3 ES3035642 T3 ES 3035642T3
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Jae Hun Yang
Sang Yoon Jeong
Jong Soo Ha
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Abstract

La presente invención se refiere a un módulo de batería con un rendimiento de refrigeración mejorado y a un paquete de baterías que lo comprende, y, específicamente, a un módulo de batería y a un paquete de baterías que lo comprende, comprendiendo el módulo de batería: un disipador de calor (100) posicionado horizontalmente con un área predeterminada; una placa de soporte (200) que incluye una placa de soporte superior (210) y una placa de soporte inferior (220) posicionadas sobre la superficie superior e inferior del disipador de calor (100), respectivamente; una celda de batería (500) que incluye una primera celda de batería (510) en estrecho contacto con la placa de soporte superior (210) y una segunda celda de batería (520) en estrecho contacto con la placa de soporte inferior (220); y una placa de cubierta (600) que incluye una placa de cubierta superior (610) posicionada sobre la primera celda de batería (510) y una placa de cubierta inferior (620) posicionada debajo de la segunda celda de batería (520). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería que tiene un rendimiento de enfriamiento potenciado y paquete de batería que comprende el mismo
Sector de la técnica
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad respecto a la solicitud de patente coreana n.° 2020-0121150 presentada el 21 de septiembre 2020.
La presente invención se refiere a un módulo de batería y a un paquete de batería que incluye el mismo y, más particularmente, a un módulo de batería configurado de manera que el área de intercambio de calor entre una celda de batería, que genera calor, y un sumidero de calor aumente, y también se realiza intercambio de calor entre una barra colectora y el sumidero de calor, por lo cual se mejora el rendimiento de enfriamiento del módulo de batería, y a un paquete de batería que incluye el mismo.
Antecedentes de la invención
Con el reciente desarrollo de energías alternativas debidas a la contaminación del aire y al agotamiento de la energía provocados como resultado del uso de combustibles fósiles, ha aumentado la demanda de baterías secundarias capaces de almacenar la energía eléctrica que se produce. Las baterías secundarias, que son capaces de cargarse y descargarse, se usan íntimamente en la vida diaria. Por ejemplo, las baterías secundarias se usan en dispositivos móviles, vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos.
Las capacidades requeridas de las baterías secundarias usadas como fuentes de energía de diversos tipos de dispositivos electrónicos usados inevitablemente en la sociedad moderna han aumentado debido a un aumento en el uso de dispositivos móviles, una complejidad creciente de los dispositivos móviles y el desarrollo de vehículos eléctricos. Para satisfacer la demanda de los usuarios, se dispone una pluralidad de celdas de batería en un dispositivo de pequeño tamaño, mientras que se usa un módulo de batería que incluye una pluralidad de celdas de batería conectadas eléctricamente entre sí o un paquete de batería que incluye una pluralidad de módulos de batería en un vehículo.
En el módulo de batería o el paquete de batería, una pluralidad de celdas de batería están conectadas entre sí en serie o en paralelo para aumentar la capacidad y la salida del módulo de batería o el paquete de batería. En este caso, puede producirse un problema, tal como sobrecarga, ya que la pluralidad de celdas de batería están conectadas entre sí. En particular, para el módulo de batería, en el que se recibe la pluralidad de celdas de batería, existe el problema de que la temperatura en el módulo de batería aumenta debido a la sobrecarga, por lo cual se amplifica la anomalía de la batería. Para resolver este problema, un módulo de batería general está provisto de un sumidero de calor configurado para eliminar el calor generado en una batería para mantener la temperatura de la batería.
La FIG. 1 es una vista en sección que muestra una estructura de enfriamiento de un módulo de batería convencional. Como se muestra en la FlG. 1, el módulo de batería convencional incluye una pluralidad de celdas 20 de batería dispuestas perpendiculares a un sumidero 10 de calor y un par de placas 40 de enfriamiento conectadas perpendicularmente al sumidero 10 de calor, estando las placas de enfriamiento en contacto directo con un conjunto 30 de barra colectora.
El módulo de batería convencional está configurado para tener una estructura en la que el calor generado por las celdas 20 de batería y el conjunto 30 de barra colectora se elimina por el sumidero 10 de calor y las placas 40 de enfriamiento. Sin embargo, el efecto de disipación de calor es bajo, y el tamaño del módulo de batería es grande. Es decir, dado que el sumidero 10 de calor y las celdas 20 de batería están en contacto entre sí en un estado de estar dispuestas perpendiculares entre sí, el área de contacto entre ellas es pequeña, por lo cual es difícil eliminar rápidamente el calor generado a partir de las celdas 20 de batería y el efecto de disipación de calor es bajo. Además, se necesitan placas 40 de enfriamiento y miembros 50 de transferencia de calor separados para enfriar el conjunto 30 de barra colectora, por lo cual aumenta el volumen total del módulo de batería y, por tanto, se reduce la densidad de energía del módulo de batería.
Documento del estado de la técnica
(Documento de patente 1) Publicación de solicitud de patente coreana n.° 2020-0030968
El documento JP 2014157721 A se refiere a un módulo de batería configurado combinando celdas de tipo laminado y un conjunto de batería que incluye un cuerpo apilado en el que están apilados una pluralidad de módulos de batería. El documento JP 2018 006043 A se refiere a un sistema de batería que puede alojarse en un espacio estrecho. El documento EP 3018 731 B1 se refiere a un paquete de batería que tiene una estructura fácilmente enfriada.
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 con rendimiento de enfriamiento mejorado capaz de inhibir la aparición de un problema secundario debido a la generación de calor eliminando eficazmente el calor generado a partir de una celda de batería y un paquete de batería que incluye el mismo.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado capaz de enfriar una barra colectora usando un miembro de enfriamiento de celda de batería, por lo cual se minimiza un aumento en el volumen del módulo de batería, y un paquete de batería que incluye el mismo.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado capaz de reducir una desviación de enfriamiento de celda de batería aumentando la fuerza de adhesión y un paquete de batería que incluye el mismo.
Solución técnica
Para lograr los objetos anteriores, un módulo de batería según la presente invención incluye un sumidero (100) de calor que tiene un área predeterminada, estando el sumidero de calor ubicado horizontalmente; una placa (200) de soporte que incluye una placa (210) de soporte superior y una placa (220) de soporte inferior ubicadas respectivamente en la superficie superior y la superficie inferior del sumidero (100) de calor; una celda (500) de batería que incluye una primera celda (510) de batería dispuesta en contacto estrecho con la placa (210) de soporte superior y una segunda celda (520) de batería dispuesta en contacto estrecho con la placa (220) de soporte inferior; y una placa (600) de cubierta que incluye una placa (610) de cubierta superior ubicada por encima de la primera celda (510) de batería y una placa (620) de cubierta inferior ubicada por debajo de la segunda celda (520) de batería.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, el sumidero (100) de calor está provisto en la superficie superior del mismo de una protuberancia (110) que sobresale una altura predeterminada, y la placa (210) de soporte superior está provista de una primera abertura (211) configurada para recibir la protuberancia (110). Además, en el módulo de batería según la presente invención, la primera celda (510) de batería está ubicada en la superficie superior de la protuberancia (110).
Además, en el módulo de batería según la presente invención, el sumidero (100) de calor puede estar provisto en la superficie inferior del mismo de una protuberancia (110) que sobresale una altura predeterminada, y la placa (220) de soporte inferior puede estar provista de una segunda abertura (221) configurada para recibir la protuberancia (110).
Además, en el módulo de batería según la presente invención, la segunda celda (520) de batería puede estar ubicada en la superficie inferior de la protuberancia (110).
Además, en el módulo de batería según la presente invención, puede interponerse una capa de resina térmicamente conductora entre la primera celda (510) de batería y la protuberancia (110) y entre la segunda celda (520) de batería y la protuberancia (110).
Además, en el módulo de batería según la presente invención, pueden estar ubicados primeros bastidores (410) de soporte entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior para extenderse a lo largo de bordes opuestos de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, puede estar ubicado un primer bastidor (410) de soporte entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior para extenderse a lo largo del medio de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, pueden estar ubicados segundos bastidores (420) de soporte entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior para extenderse a lo largo de bordes opuestos de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, puede estar ubicado un segundo bastidor (420) de soporte entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior para extenderse a lo largo del medio de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, puede estar ubicado un primer conjunto (310) de barra colectora entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, el primer conjunto (310) de barra colectora puede incluir un primer bastidor (311) de barra colectora que tiene un primer rebaje (311(a)) de recepción formado en el mismo y una barra colectora (312) asentada en el primer rebaje (311(a)) de recepción, estando la barra colectora (312) configurada para tener una estructura cóncava-convexa que se dobla en un ángulo predeterminado una pluralidad de veces.
Además, en el módulo de batería según la presente invención, un segundo conjunto (320) de barra colectora puede estar ubicado entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior.
Además, la presente invención proporciona un paquete de batería que incluye un módulo de batería que tiene al menos una de las características mencionadas anteriormente.
Además, la presente invención proporciona un dispositivo que incluye el paquete de batería.
Efectos ventajosos
Como resulta evidente a partir de la descripción anterior, un módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado según la presente invención y un paquete de batería que incluye el mismo tienen la ventaja de que las superficies laterales relativamente anchas de las celdas de batería y un sumidero de calor están en contacto estrecho entre sí en un estado de estar ubicados en una dirección horizontal, por lo cual el rendimiento de enfriamiento de las celdas de batería mejora debido a un aumento en el área de transferencia de calor.
Además, el módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado según la presente invención y el paquete de batería que incluye el mismo tienen el mérito de que el sumidero de calor, que está configurado para enfriar las celdas de batería, y una barra colectora, están en contacto entre sí, por lo cual no es necesario un sumidero de calor separado.
Además, el módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado según la presente invención y el paquete de batería que incluye el mismo tienen la ventaja de que las celdas de batería, el sumidero de calor, una placa de soporte, etc. se sujetan entre sí por medio de una pluralidad de bastidores de soporte y miembros de sujeción, por lo cual es posible mantener una fuerza de adhesión uniforme entre las celdas de batería y el sumidero de calor al tiempo que se maximiza la utilización del espacio.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en sección que muestra una estructura de enfriamiento de un módulo de batería convencional.
La FIG. 2 es una vista en perspectiva de un paquete de batería según una realización preferida de la presente invención.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva en despiece ordenado del paquete de batería mostrado en la FIG. 2.
La FIG. 4 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea A-A' de la FIG. 2.
La FIG. 5 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un módulo de batería según una realización preferida de la presente invención.
La FIG. 6 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de acoplamiento entre un sumidero de calor y una placa de soporte en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de montaje de celda de batería en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
La FIG. 8 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de disposición de bastidor de soporte en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
La FIG. 9 es puerto 130 de salida de refrigerantevista en perspectiva que ilustra una estructura de acoplamiento entre celdas de batería y barras colectoras en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
Realización preferente de la invención
Ahora, se describirán en detalle realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos de manera que las realizaciones preferidas de la presente invención puedan implementarse fácilmente por un experto habitual en la técnica a la que pertenece la presente invención. Sin embargo, al describir el principio de funcionamiento de las realizaciones preferidas de la presente invención en detalle, se omitirá una descripción detallada de las funciones y configuraciones conocidas incorporadas en el presente documento cuando las mismas puedan oscurecer la materia objeto de la presente invención.
Además, se usarán los mismos números de referencia en todos los dibujos para referirse a partes que realizan funciones u operaciones similares. En el caso en el que se dice que una parte está conectada a otra parte en toda la memoria descriptiva, no solo una parte puede estar conectada directamente a la otra parte, sino que también, una parte puede estar conectada indirectamente a la otra parte por medio de una parte adicional. Además, que se incluya un cierto elemento no significa que se excluyan otros elementos, sino que significa que tales elementos pueden incluirse adicionalmente a menos que se mencione lo contrario.
A continuación en el presente documento, se describirán con referencia a los dibujos adjuntos un módulo de batería con rendimiento de enfriamiento mejorado según la presente invención y un paquete de batería que incluye el mismo.
La FIG. 2 es una vista en perspectiva de un paquete de batería según una realización preferida de la presente invención, la FIG. 3 es una vista en perspectiva en despiece ordenado del paquete de batería mostrado en la FIG. 2, y la FIG. 4 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea A-A' de la FIG. 2.
Como se muestra en las FIGS. 2 a 4, el paquete de batería según la presente invención está configurado de manera que una pluralidad de módulos 1000 de batería estén apilados horizontalmente. Los módulos 1000 de batería se fijan usando una pluralidad de miembros de sujeción B.
En este caso, cada uno de los miembros de sujeción B puede ser, por ejemplo, un perno provisto de una rosca de tornillo, y puede proporcionarse además una tuerca, que se sujeta a la porción del miembro de sujeción que sobresale desde la superficie inferior de una placa 620 de cubierta inferior después de insertarse a través del paquete de batería.
Aunque no se muestra en las figuras, los módulos 1000 de batería pueden recibirse en una carcasa separada (no mostrada) en el estado en el que los módulos de batería se fijan usando los miembros de sujeción B. Dependiendo de las circunstancias, después de recibirse en la carcasa (no mostrada), los módulos 1000 de batería pueden fijarse junto con la carcasa (no mostrada) usando los miembros de sujeción B.
La FIG. 5 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un módulo de batería según una realización preferida de la presente invención. Como se muestra en la FIG. 5, el módulo de batería 1000 incluye un sumidero 100 de calor, una placa 200 de soporte, un conjunto 300 de barra colectora, un bastidor 400 de soporte, celdas 500 de batería y una placa 600 de cubierta.
En primer lugar, el sumidero 100 de calor es una placa plana que está provista de un canal de flujo definido en la misma y tiene un área predeterminada. Una pluralidad de protuberancias 110 están formadas en la superficie superior y la superficie inferior del sumidero 100 de calor para sobresalir de las mismas en un estado de estar espaciadas entre sí una distancia predeterminada. Las protuberancias 110 se describirán a continuación en detalle. La placa 200 de soporte incluye una placa 210 de soporte superior y una placa 220 de soporte inferior ubicadas en superficies opuestas del sumidero 100 de calor, más específicamente la superficie superior del sumidero 100 de calor y la superficie inferior del sumidero 100 de calor, respectivamente.
El conjunto 300 de barra colectora configurada para conectar eléctricamente las celdas 500 de batería entre sí incluye un primer conjunto 310 de barra colectora y un segundo conjunto 320 de barra colectora. El primer conjunto 310 de barra colectora está ubicado en la superficie superior de la placa 210 de soporte superior, y el segundo conjunto 320 de barra colectora está dispuesto en la superficie inferior de la placa 220 de soporte inferior.
En la figura se muestran un total de seis primeros conjuntos 310 de barra colectora, uno de los cuales está ubicado en las proximidades de cada uno de los bordes opuestos de la placa 210 de soporte superior y cuatro de los cuales están ubicados entre los dos primeros conjuntos de barra colectora ubicados en las proximidades de los bordes opuestos de la placa de soporte superior en un estado de estar espaciados entre sí una distancia predeterminada en una dirección longitudinal (una dirección del eje X), lo que, sin embargo, es meramente un ejemplo. El número o la posición de los primeros conjuntos de barra colectora pueden cambiarse siempre que los primeros conjuntos de barra colectora puedan ponerse en contacto estrecho con la placa 210 de soporte superior.
Los segundos conjuntos 320 de barra colectora son simétricos con los primeros conjuntos 310 de barra colectora y, por tanto, se omitirá una descripción adicional de los mismos.
A continuación, el bastidor 400 de soporte incluye primeros bastidores 410 de soporte y segundos bastidores 420 de soporte. Los primeros bastidores 410 de soporte están ubicados entre la placa 210 de soporte superior y una placa 610 de cubierta superior, y los segundos bastidores 420 de soporte están ubicados entre la placa 220 de soporte inferior y la placa 620 de cubierta inferior. Los primeros bastidores de soporte y los segundos bastidores de soporte se describirán a continuación en más detalle.
Las celdas 500 de batería incluyen una pluralidad de primeras celdas 510 de batería y una pluralidad de segundas celdas 520 de batería ubicadas paralelas al sumidero 100 de calor. Específicamente, las primeras celdas 510 de batería están ubicadas entre la placa 210 de soporte superior y la placa 610 de cubierta superior, y las segundas celdas 520 de batería están ubicadas entre la placa 220 de soporte inferior y la placa 620 de cubierta inferior.
Las primeras celdas 510 de batería y las segundas celdas 520 de batería pueden ser celdas de batería que tienen la misma construcción. Por ejemplo, cada celda de batería puede incluir una carcasa de celda, en la que se recibe un conjunto de electrodo (no mostrado), y un par de cables de electrodo.
En este caso, el conjunto de electrodo puede ser un conjunto de tipo de rollo de gelatina, que está configurado para tener una estructura en la que un electrodo positivo de tipo de lámina larga y un electrodo negativo de tipo de lámina larga se enrollan en el estado en el que un separador está interpuesto 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 un separador está interpuesto entre los mismos, un conjunto de tipo apilado y plegado, que está configurado para tener una estructura en la que se enrollan celdas unitarias usando una película de separación larga, o un conjunto de tipo laminado y apilado, que está configurado para tener una estructura en la que están apiladas celdas de batería en el estado en el que un separador está interpuesto entre ellos y luego se unen entre sí. Sin embargo, la presente invención no se limita a los mismos. Es preferible que el conjunto de electrodo según la presente invención sea un conjunto de tipo apilado y plegado o un conjunto de tipo laminado y apilado, que tiene la tensión física más baja cuando se forma un módulo curvado.
El conjunto de electrodo se recibe en la carcasa de celda. La carcasa de celda está configurada generalmente para tener una estructura de lámina laminada que incluye una capa interna, una capa metálica y una capa externa. La capa interna está dispuesta en contacto directo con el conjunto de electrodo y, por tanto, la capa interna debe presentar altas propiedades de aislamiento y alta resistencia a una disolución electrolítica. Además, la capa interna debe presentar una alta capacidad de sellado con el fin de sellar herméticamente la carcasa de celda desde el exterior, es decir, una porción sellada unida térmicamente entre las capas internas debe presentar una excelente resistencia de unión térmica. La capa interna puede estar hecha de un material seleccionado de entre una resina a base de poliolefina, tal como polipropileno, polietileno, poli(acrilato de etileno) o polibutileno, una resina de poliuretano y una resina de poliimida, que presentan una excelente resistencia química y una alta capacidad de sellado. Sin embargo, la presente invención no se limita a los mismos, y el polipropileno, que presenta excelentes propiedades mecánico-físicas, tales como resistencia a la tracción, rigidez, dureza superficial y resistencia a impactos, y excelente resistencia química, es el más usado preferiblemente.
La capa metálica, que está dispuesta para colindar con la capa interna, corresponde a una capa de barrera configurada para evitar que la humedad o diversos tipos de gas penetren en la batería desde el exterior. Una película delgada de aluminio, que es ligera y fácilmente moldeable, puede usarse como material preferido para la capa metálica.
La capa externa se proporciona sobre la otra superficie de la capa metálica. La capa externa puede estar hecha de un polímero resistente al calor que presenta una excelente resistencia a la tracción, resistencia a la permeación de humedad y resistencia a la transmisión de aire, de manera que la capa externa presenta una alta resistencia al calor y resistencia química mientras protege el conjunto de electrodo. Como ejemplo, la capa externa puede estar hecha de nailon o poli(tereftalato de etileno). Sin embargo, la presente invención no se limita a los mismos.
Mientras tanto, el par de cables de electrodo está constituido por un cable de electrodo positivo y un cable de electrodo negativo, que pueden estar expuestos desde la carcasa de celda en un estado de estar conectados eléctricamente de manera respectiva a lengüetas de electrodo positivo y lengüetas de electrodo negativo del conjunto de electrodo o pueden estar conectados directamente al conjunto de electrodo en el estado en el que se omiten las lengüetas.
A continuación, la placa 600 de cubierta sirve para proteger las celdas 500 de batería del exterior, e incluye una placa 610 de cubierta superior y una placa 620 de cubierta inferior.
Específicamente, la placa 610 de cubierta superior está ubicada por encima de las primeras celdas 510 de batería para proteger las superficies superiores de las primeras celdas 510 de batería, y la placa 620 de cubierta inferior está ubicada por encima de las segundas celdas 520 de batería para proteger las superficies inferiores de las segundas celdas 520 de batería.
Cada una de la placa 610 de cubierta superior y la placa 620 de cubierta inferior está provista de una pluralidad de orificios pasantes formados para estar espaciados entre sí una distancia predeterminada de manera que los miembros de sujeción B se inserten a su través.
La FIG. 6 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de acoplamiento entre el sumidero de calor y la placa de soporte en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
En referencia a la FIG. 6, la placa 210 de soporte superior está ubicada en la superficie superior del sumidero 100 de calor según la presente invención, y la placa 220 de soporte inferior está ubicada en la superficie inferior del sumidero 100 de calor.
Mientras tanto, es preferible que las protuberancias 110 se formen en las superficies opuestas del sumidero 100 de calor, es decir, la superficie superior y la superficie inferior del sumidero de calor, para sobresalir de las mismas una altura predeterminada al tiempo que tienen una forma predeterminada. Es más preferible que la placa 210 de soporte superior tenga primeras aberturas 211 configuradas para recibir las protuberancias 110 formadas en la superficie superior del sumidero 100 de calor y que la placa 220 de soporte inferior tenga segundas aberturas 221 configuradas para recibir las protuberancias 110 formadas en la superficie inferior del sumidero 100 de calor.
Cuando la placa 210 de soporte superior y la placa 220 de soporte inferior se ponen respectivamente en contacto estrecho con la superficie superior y la superficie inferior del sumidero 100 de calor que tiene las protuberancias 110 formadas en las superficies opuestas del mismo, las protuberancias 110 formadas en la superficie superior del sumidero 100 de calor se insertan en las primeras aberturas 211, y las protuberancias 110 formadas en la superficie inferior del sumidero 100 de calor se insertan en las segundas aberturas 221, por lo cual puede evitarse que el sumidero de calor ruede de un lado a otro.
En este caso, cada una de la placa 210 de soporte superior y la placa 220 de soporte inferior puede estar hecha de una resina térmicamente conductora.
Mientras tanto, se proporciona un puerto 120 de entrada de refrigerante configurado para suministrar un refrigerante en un lado del sumidero 100 de calor, y se proporciona un puerto 130 de salida de refrigerante configurado para descartar el refrigerante que ha realizado el intercambio de calor en las proximidades del puerto de entrada de refrigerante. Es obvio que el puerto 120 de entrada de refrigerante y el puerto 130 de salida de refrigerante no están necesariamente ubicados para que sean adyacentes entre sí siempre que sea posible suministrar y descargar el refrigerante. Además, el sumidero 100 de calor y la placa 200 de soporte están provistos de orificios pasantes, a través de los cuales se insertan los miembros de sujeción B.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de montaje de celda de batería en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención, y la FIG. 8 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de disposición de bastidor de soporte en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
La pluralidad de primeras celdas 510 de batería según la presente invención se asientan horizontalmente sobre las protuberancias 110 del sumidero 100 de calor, expuestas al exterior en un estado de estar insertadas a través de las primeras aberturas 211 de la placa 210 de soporte superior, y la placa 210 de soporte superior.
Un módulo de batería convencional está configurado para tener una estructura en la que celdas de batería están ubicadas perpendiculares a un sumidero de calor, por lo cual el área de contacto entre las celdas de batería y el sumidero de calor es pequeña y, por tanto, el rendimiento de enfriamiento del módulo de batería está limitado.
En cambio, el módulo 1000 de batería según la presente invención está configurado para tener una estructura en la que las primeras celdas 510 de batería están ubicadas paralelas al sumidero 100 de calor y en la que las superficies laterales horizontales de las primeras celdas 510 de batería entran en contacto con las protuberancias 110 del sumidero 100 de calor, por lo cual se logra una transferencia de calor rápida y, por tanto, se mejora la eficiencia de transferencia de calor.
Por supuesto, es obvio que las porciones restantes de las primeras celdas 510 de batería, que no están en contacto estrecho con las protuberancias 110 del sumidero 100 de calor, están en contacto estrecho con la placa 210 de soporte superior.
Mientras tanto, puede interponerse una capa de resina térmicamente conductora conocida entre cada una de las protuberancias 110 y una correspondiente de las primeras celdas 510 de batería para fijar la protuberancia y la primera celda de batería entre sí.
La estructura en la que se montan las segundas celdas 520 de batería y la placa 220 de soporte inferior es idéntica a la estructura en la que se acoplan las primeras celdas 510 de batería y la placa 210 de soporte superior entre sí excepto por la única diferencia en la dirección y, por tanto, se omitirá una descripción detallada de la misma.
Como se describió anteriormente, el bastidor 400 de soporte incluye los primeros bastidores 410 de soporte y los segundos bastidores 420 de soporte.
Los primeros bastidores 410 de soporte están ubicados entre la placa 210 de soporte superior y la placa 610 de cubierta superior, más específicamente en bordes opuestos y el medio de la placa 210 de soporte superior en la dirección longitudinal del módulo de batería (la dirección del eje X). Cada uno de los primeros bastidores de soporte es una barra que tiene una anchura, altura y longitud predeterminadas y que tiene una sección aproximadamente cuadrangular. Cada uno de los primeros bastidores 410 de soporte está provisto de una pluralidad de primeros orificios pasantes 411 formados para estar espaciados entre sí una distancia predeterminada de manera que los miembros de sujeción B puedan insertarse a su través.
Los segundos bastidores 420 de soporte son idénticos en construcción a los primeros bastidores 410 de soporte excepto porque los segundos bastidores de soporte están ubicados entre la placa 220 de soporte inferior y la placa 620 de cubierta inferior. Es decir, cada uno de los segundos bastidores 420 de soporte está provisto de una pluralidad de segundos orificios pasantes 421 formados para estar espaciados entre sí una distancia predeterminada de manera que los miembros de sujeción B puedan insertarse a su través.
Aunque la pluralidad de módulos 1000 de batería se sujetan entre sí en un estado de estar apilados, la placa 200 de soporte y la placa 600 de cubierta pueden mantenerse espaciadas entre sí una distancia predeterminada por los primeros bastidores 410 de soporte y los segundos bastidores 420 de soporte, por lo cual es posible evitar que las celdas 500 de batería se presionen más de lo necesario e inhibir la expansión local en el momento del hinchamiento. La FIG. 9 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de acoplamiento entre las celdas de batería y las barras colectoras en el módulo de batería según la realización preferida de la presente invención.
Cuando se describe con referencia adicional a la FIG. 7, el conjunto 300 de barra colectora incluye un primer conjunto 310 de barra colectora y un segundo conjunto 320 de barra colectora, que son idénticos en construcción entre sí excepto por la única diferencia en la disposición. A continuación en el presente documento, por tanto, se proporcionará una descripción basándose en el primer conjunto 310 de barra colectora.
El primer conjunto 310 de barra colectora incluye un primer bastidor 311 de barra colectora y barras colectoras 312. El primer bastidor 311 de barra colectora está configurado para conectar eléctricamente las adyacentes de las barras colectoras 312 entre sí al tiempo que soporta las barras colectoras 312. El primer bastidor 311 de barra colectora está provisto de primeros rebajes 311(a) de recepción configurados para recibir las barras colectoras 312 en un estado asentado y segundos rebajes 311(b) de recepción hundidos más profundamente que los primeros rebajes 311(a) de recepción.
Cada una de las barras colectoras 312, que está configurada para tener una estructura cóncava-convexa que se dobla en un ángulo predeterminado una pluralidad de veces, incluye una primera porción horizontal 312(a), una segunda porción horizontal 312(b) ubicada más baja que la primera porción horizontal 312(a) y una porción 312(c) de conexión configurada para conectar la primera porción horizontal 312(a) y la segunda porción horizontal 312(b) entre sí, estando la porción de conexión doblada en un ángulo predeterminado.
Cuando la barra colectora 312 que tiene la construcción anterior se asienta en los rebajes de recepción del primer bastidor 311 de barra colectora, la primera porción horizontal 312(a) se inserta en el primer rebaje 311 (a) de recepción, y la segunda porción horizontal 312(b) se inserta en el segundo rebaje 311(b) de recepción, por lo cual la barra colectora 312 se sujeta de manera segura al primer bastidor 311 de barra colectora.
Mientras tanto, un cable 511 de electrodo de cada una de las primeras celdas 510 de batería se asienta sobre la primera porción horizontal 312(a).
El módulo de batería convencional no tiene la función de enfriar el conjunto 300 de barra colectora o necesita adicionalmente tener tal función de enfriamiento. En la presente invención, sin embargo, el conjunto 300 de barra colectora está ubicado en la superficie de contacto sobre la placa 210 de soporte superior y la placa 220 de soporte inferior ubicadas respectivamente en la superficie superior y la superficie inferior del sumidero 100 de calor, por lo cual es posible enfriar el conjunto 300 de barra colectora usando solo el sumidero 100 de calor, que está configurado para enfriar las celdas de batería y, por tanto, es posible minimizar un aumento en el volumen del módulo de batería. La presente invención puede proporcionar un paquete de batería que incluye un módulo 1000 de batería que tiene al menos una de las características mencionadas anteriormente, y el paquete de batería puede montarse en un dispositivo, tal como un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido o un vehículo eléctrico híbrido enchufable. Los expertos en la técnica a la que pertenece la presente invención apreciarán que son posibles diversas aplicaciones y modificaciones dentro de la categoría de la presente invención basándose en la descripción anterior.
Descripción de símbolos de referencia
1000: Módulo de batería
100: Sumidero de calor
110: Protuberancia
120: Puerto de entrada de refrigerante
130: Puerto de salida de refrigerante
200: Placa de soporte
210: Placa de soporte superior
211: Primera abertura
220: Placa de soporte inferior
221: Segunda abertura
300: Conjunto de barra colectora
310: Primer conjunto de barra colectora
311: Primer bastidor de barra colectora
311(a): Primer rebaje de recepción 311(b): Segundo rebaje de recepción 312: Barra colectora
312(a): Primera porción horizontal 312(b): Segunda porción horizontal 312(c): Porción de conexión
320: Segundo conjunto de barra colectora
400: Bastidor de soporte
410: Primer bastidor de soporte 411: Primer orificio pasante
420: Segundo bastidor de soporte 421: Segundo orificio pasante
500: Celda de batería
510: Primera celda de batería
511: Cable de electrodo
520: Segunda celda de batería
600: Placa de cubierta
610: Placa de cubierta superior
620: Placa de cubierta inferior
B: Miembro de sujeción

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo de batería que comprende:
un sumidero (100) de calor que tiene un área predeterminada, estando el sumidero de calor ubicado horizontalmente;
una placa (200) de soporte que comprende una placa (210) de soporte superior y una placa (220) de soporte inferior ubicadas respectivamente en una superficie superior y una superficie inferior del sumidero (100) de calor;
una celda (500) de batería que comprende una primera celda (510) de batería dispuesta en contacto estrecho con la placa (210) de soporte superior y una segunda celda (520) de batería dispuesta en contacto estrecho con la placa (220) de soporte inferior; y
una placa (600) de cubierta que comprende una placa (610) de cubierta superior ubicada por encima de la primera celda (510) de batería y una placa (620) de cubierta inferior ubicada por debajo de la segunda celda (520) de batería,
caracterizado por
en donde el sumidero (100) de calor está provisto en la superficie superior del mismo de una protuberancia (110) que sobresale una altura predeterminada, y
en donde la placa (210) de soporte superior está provista de una primera abertura (211) configurada para recibir la protuberancia (110); y
en donde la primera celda (510) de batería está ubicada en una superficie superior de la protuberancia (110).
2. El módulo de batería según la reivindicación 1, en donde el sumidero (100) de calor está provisto en la superficie inferior del mismo de una protuberancia (110) que sobresale una altura predeterminada, y
en donde la placa (220) de soporte inferior está provista de una segunda abertura (221) configurada para recibir la protuberancia (110).
3. El módulo de batería según la reivindicación 2, en donde la segunda celda (520) de batería está ubicada en una superficie inferior de la protuberancia (110).
4. El módulo de batería según la reivindicación 2, en donde se interpone una capa de resina térmicamente conductora entre la primera celda (510) de batería y la protuberancia (110) y entre la segunda celda (520) de batería y la protuberancia (110).
5. El módulo de batería según la reivindicación 1, en donde están ubicados primeros bastidores (410) de soporte entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior para extenderse a lo largo de bordes opuestos de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
6. El módulo de batería según la reivindicación 5, en donde está ubicado un primer bastidor (410) de soporte entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior para extenderse a lo largo del medio de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
7. El módulo de batería según la reivindicación 1, en donde están ubicados segundos bastidores (420) de soporte entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior para extenderse a lo largo de bordes opuestos de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
8. El módulo de batería según la reivindicación 7, en donde está ubicado un segundo bastidor (420) de soporte entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior para extenderse a lo largo del medio de cada una de las mismas al tiempo que tienen una altura y anchura predeterminadas.
9. El módulo de batería según la reivindicación 1, en donde está ubicado un primer conjunto (310) de barra colectora entre la placa (210) de soporte superior y la placa (610) de cubierta superior.
10. El módulo de batería según la reivindicación 9, en donde el primer conjunto (310) de barra colectora comprende: un primer bastidor (311) de barra colectora que tiene un primer rebaje (311(a)) de recepción formado en el mismo; y una barra colectora (312) asentada en el primer rebaje (311(a)) de recepción, estando la barra colectora (312) configurada para tener una estructura cóncava-convexa que se dobla en un ángulo predeterminado una pluralidad de veces.
11. El módulo de batería según la reivindicación 1, en donde está ubicado un segundo conjunto (320) de barra colectora entre la placa (220) de soporte inferior y la placa (620) de cubierta inferior.
12. Un paquete de batería que comprende el módulo de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el módulo de batería está apilado en plural para estar dispuestos uno al lado del otro en una dirección vertical.
13. Un dispositivo que comprende el paquete de batería según la reivindicación 12.
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