ES3037439T3 - Battery module, battery rack including battery module, and energy storage system including battery rack - Google Patents

Battery module, battery rack including battery module, and energy storage system including battery rack

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ES3037439T3 ES19870266T ES19870266T ES3037439T3 ES 3037439 T3 ES3037439 T3 ES 3037439T3 ES 19870266 T ES19870266 T ES 19870266T ES 19870266 T ES19870266 T ES 19870266T ES 3037439 T3 ES3037439 T3 ES 3037439T3
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Abstract

Un módulo de batería, según una realización de la presente invención, comprende: celdas de batería; una caja del módulo que aloja las celdas de batería y tiene trayectorias de flujo de enfriamiento interno formadas en ambos lados de las celdas de batería; al menos una abertura que da a las trayectorias de flujo de enfriamiento interno de la caja del módulo y está provista en ambos lados de la caja del módulo; y un par de miembros de película que están montados en ambos lados de la caja del módulo para cubrir la al menos una abertura y abrir la al menos una abertura mientras se funde a una temperatura predeterminada o más. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería, bastidor de batería que incluye módulo de batería, y sistema de almacenamiento de energía que incluye bastidor de batería
Sector de la técnica
La presente descripción se refiere a un módulo de batería, a un bastidor de batería que incluye el módulo de batería, y a un sistema de almacenamiento de energía que incluye el bastidor de batería.
La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2018-0122133 presentada el 12 de octubre de 2018 en la República de Corea.
Antecedentes de la invención
Las baterías secundarias que son altamente aplicables a varios productos y que exhiben propiedades eléctricas superiores como, por ejemplo, alta densidad energética, etc., se usan comúnmente no solo en dispositivos portátiles sino también en vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés) o vehículos eléctricos híbridos (HEV, por sus siglas en inglés) accionados por fuentes de energía eléctrica. La batería secundaria está llamando la atención como una nueva fuente de energía para mejorar la eficiencia energética y la compatibilidad con el medio ambiente ya que el uso de combustibles fósiles puede reducirse ampliamente y no se generan productos derivados durante el consumo de energía.
Las baterías secundarias usadas ampliamente en la actualidad incluyen baterías de iones de litio, baterías de polímeros de litio, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-zinc y similares. Una tensión operativa de la celda de batería secundaria unitaria, a saber, una celda de batería unitaria, es de alrededor de 2,5 V a 4,5 V. Por lo tanto, si se requiere una tensión de salida más alta, múltiples celdas de batería pueden estar conectadas en serie para configurar un paquete de baterías. Además, dependiendo de la capacidad de carga/descarga requerida para el paquete de baterías, múltiples celdas de batería pueden estar conectadas en paralelo para configurar un paquete de baterías. Por consiguiente, el número de celdas de batería incluidas en el paquete de baterías puede establecerse de manera variada según la tensión de salida requerida o la capacidad de carga/descarga demandada.
Mientras tanto, cuando múltiples celdas de batería están conectadas en serie o en paralelo para configurar un paquete de baterías, es común configurar un módulo de batería que incluye al menos una celda de batería primero, y luego configurar un bastidor de batería usando al menos un módulo de batería y añadiendo otros componentes. Cuando se configura el bastidor de batería, puede configurarse un sistema de almacenamiento de energía usando múltiples bastidores de batería.
En el módulo de batería convencional, una unidad de enfriamiento de un tipo de enfriamiento por agua o un tipo de enfriamiento por aire puede proveerse para enfriar el módulo de batería. Aquí, la unidad de enfriamiento del módulo de batería que tiene una estructura de enfriamiento por aire incluye, en general, una porción de suministro de aire de enfriamiento y una porción de descarga de aire de enfriamiento. Mientras tanto, cuando ocurre una situación de alta temperatura debido al calentamiento anormal de al menos una de las celdas de batería, pueden generarse gas y llama de alta temperatura dentro del módulo de batería.
Sin embargo, en el módulo de batería convencional que tiene una estructura de enfriamiento por aire, cuando ocurre dicha situación de alta temperatura, el gas y la llama de alta temperatura dentro del módulo de batería pueden descargarse fuera del módulo de batería solo a través de la porción de suministro de aire de enfriamiento y de la porción de descarga de aire de enfriamiento de la unidad de enfriamiento. Por este motivo, el gas y la llama de alta temperatura pueden no descargarse suavemente fuera del módulo de batería.
En este caso, una fuga térmica de cualquier celda de batería se propaga a celdas de batería adyacentes, lo cual conduce a la explosión de todo el módulo de batería y, por consiguiente, provoca un gran daño.
Por consiguiente, se requiere encontrar una manera de descargar gas y llama de alta temperatura al exterior más rápidamente cuando ocurre una situación de alta temperatura debido al calentamiento anormal en el módulo de batería que tiene una estructura de enfriamiento por aire.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente descripción está dirigida a proveer un módulo de batería, que puede descargar rápidamente gas y llama de alta temperatura al exterior cuando ocurre una situación de alta temperatura debido al calentamiento anormal en el módulo de batería que tiene una estructura de enfriamiento por aire, un bastidor de batería que incluye el módulo de batería, y un sistema de almacenamiento de energía que incluye el bastidor de batería.
Solución técnica
Según la invención definida en las reivindicaciones anexas, se provee un módulo de batería, que comprende: múltiples celdas de batería; una caja de módulo configurada para alojar las múltiples celdas de batería y que tiene canales de enfriamiento interiores formados a ambos lados de las múltiples celdas de batería; al menos una abertura provista en ambas superficies laterales de la caja de módulo para mirar a los canales de enfriamiento interiores de la caja de módulo; y un par de miembros de película montados en ambas superficies laterales de la caja de módulo para cubrir la al menos una abertura, el par de miembros de película fundiéndose por encima de una temperatura predeterminada para abrir la al menos una abertura.
La abertura puede proveerse en plural, y las múltiples aberturas pueden disponerse para estar espaciadas entre sí en una distancia predeterminada a lo largo de una dirección longitudinal de la caja de módulo.
El par de miembros de película puede tener un tamaño para cubrir la totalidad de las múltiples aberturas.
La abertura puede proveerse en un par, y el par de aberturas puede proveerse respectivamente a ambas superficies laterales de la caja de módulo.
El par de aberturas puede proveerse en una forma de malla.
El par de miembros de película puede tener un tamaño para cubrir el par de aberturas, respectivamente.
El módulo de batería además comprende una unidad de enfriamiento provista a la caja de módulo para suministrar un aire de enfriamiento hacia el canal de enfriamiento interior y descargar el aire de enfriamiento fuera de la caja de módulo.
La unidad de enfriamiento incluye una porción de suministro de aire de enfriamiento provista en un lado de la caja de módulo para proveer el aire de enfriamiento hacia el canal de enfriamiento interior; y una porción de descarga de aire de enfriamiento provista en el otro lado de la caja de módulo para descargar el aire de enfriamiento en el canal de enfriamiento interior al exterior de la caja de módulo.
Además, la presente descripción provee además un bastidor de batería, que comprende: al menos un módulo de batería según las realizaciones anteriores; y una caja de bastidor configurada para empaquetar el al menos un módulo de batería.
Además, la presente descripción provee además un sistema de almacenamiento de energía, que comprende al menos un bastidor de batería según las realizaciones anteriores.
Efectos ventajosos
Según varias realizaciones como se describe más arriba, es posible proveer un módulo de batería, que puede descargar rápidamente gas y llama de alta temperatura al exterior cuando ocurre una situación de alta temperatura debido al calentamiento anormal en el módulo de batería que tiene una estructura de enfriamiento por aire, un bastidor de batería que incluye el módulo de batería, y un sistema de almacenamiento de energía que incluye el bastidor de batería.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos anexos ilustran una realización preferida de la presente descripción y, junto con la descripción anterior, sirven para proveer una mayor comprensión de las características técnicas de la presente descripción y, por consiguiente, la presente descripción no se interpreta como limitada a los dibujos.
La FIG. 1 es un diagrama para ilustrar un módulo de batería según una realización de la presente descripción.
La FIG. 2 es una vista en sección transversal que muestra el módulo de batería de la FIG. 1.
La FIG. 3 es una vista lateral que muestra el módulo de batería de la FIG 1.
La FIG. 4 es un diagrama para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG. 1 cuando se enfría.
Las FIGS. 5 y 6 son diagramas para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG. 1 en una situación de temperatura alta por encima de una temperatura predeterminada.
La FIG. 7 es un diagrama para ilustrar un módulo de batería según otra realización de la presente descripción.
La FIG. 8 es una vista lateral que muestra el módulo de batería de la FIG. 7.
La FIG. 9 es un diagrama para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG. 7 en una situación de temperatura alta por encima de una temperatura predeterminada.
La FIG 10 es un diagrama para ilustrar un paquete de baterías según una realización de la presente descripción.Realización preferente de la invención
La presente descripción será más aparente al describir en detalle las realizaciones de la presente descripción con referencia a los dibujos anexos. Se comprenderá que las realizaciones descritas en la presente memoria son solo ilustrativas para una mejor comprensión de la presente descripción, y que la presente descripción puede modificarse de varias maneras. Además, para una fácil comprensión de la presente descripción, los dibujos anexos no se dibujan a escala real, sino que las dimensiones de algunos componentes pueden exagerarse.
La FIG. 1 es un diagrama para ilustrar un módulo de batería según una realización de la presente descripción, la FIG.
2 es una vista en sección transversal que muestra el módulo de batería de la FIG. 1, y la FIG. 3 es una vista lateral que muestra el módulo de batería de la FIG. 1.
Con referencia a las FIGS. 1 a 3, un módulo 10 de batería puede incluir una celda 100 de batería, una caja 200 de módulo, una unidad 300 de enfriamiento, una abertura 400 y un miembro 500 de película.
La celda 100 de batería es una batería secundaria, que puede ser una batería secundaria tipo bolsa, una batería secundaria rectangular o una batería secundaria cilíndrica. En lo sucesivo, en esta realización, la celda 100 de batería se describe como una batería secundaria tipo bolsa.
La celda 100 de batería se provee en plural. Las múltiples celdas 100 de batería se apilan para conectarse eléctricamente entre sí.
La caja 200 de módulo aloja las múltiples celdas 100 de batería. Con tal fin, la caja 200 de módulo tiene un espacio de alojamiento para alojar las múltiples celdas 100 de batería.
La caja 200 de módulo incluye un canal 250 de enfriamiento interior.
El canal 250 de enfriamiento interior se provee a ambos lados de las múltiples celdas 100 de batería dentro de la caja 200 de módulo. El canal 250 de enfriamiento interior se dispone en comunicación con la unidad 300 de enfriamiento, explicado más adelante.
La unidad 300 de enfriamiento es para enfriar las celdas 100 de batería y se provee en un tipo de enfriamiento por aire. La unidad 300 de enfriamiento se provee a la caja 200 de módulo y suministra un aire de enfriamiento hacia el canal 250 de enfriamiento interior y descarga el aire de enfriamiento fuera de la caja 200 de módulo.
La unidad 300 de enfriamiento incluye una porción 310 de suministro de aire de enfriamiento y una porción 330 de descarga de aire de enfriamiento.
La porción 310 de suministro de aire de enfriamiento se provee en un lado de la caja 200 de módulo, específicamente en un lado frontal de la caja 200 de módulo, y provee el aire de enfriamiento hacia el canal 250 de enfriamiento interior.
La porción 310 de suministro de aire de enfriamiento puede tener un ventilador de suministro de enfriamiento para suministrar suavemente el aire de enfriamiento hacia el canal 250 de enfriamiento interior de la caja 200 de módulo. La porción 330 de descarga de aire de enfriamiento se provee en el otro lado de la caja 200 de módulo, específicamente en un lado posterior de la caja 200 de módulo, y descarga el aire de enfriamiento en el canal 250 de enfriamiento interior al exterior de la caja 200 de módulo.
La porción 330 de descarga de aire de enfriamiento puede tener un ventilador de descarga de enfriamiento para descargar suavemente el aire de enfriamiento del canal 250 de enfriamiento interior en la caja 200 de módulo.
La porción 330 de descarga de aire de enfriamiento puede disponerse diagonalmente a la porción 310 de suministro de aire de enfriamiento en la dirección frontal y posterior de la caja 200 de módulo. Por consiguiente, el aire de enfriamiento puede fluir más suavemente en todo el interior de la caja 200 de módulo.
La abertura 400 puede proveerse en ambas superficies laterales de la caja 200 de módulo para mirar al canal 250 de enfriamiento interior de la caja 200 de módulo.
La abertura 400 puede proveerse en plural en ambas superficies laterales de la caja 200 de módulo, respectivamente, y pueden disponerse para estar espaciadas entre sí en una dirección longitudinal a lo largo de una dirección longitudinal de la caja 200 de módulo.
El miembro 500 de película se provee en un par, y el par de miembros 500 de película se provee respectivamente en ambas superficies laterales de la caja 200 de módulo para cubrir la al menos una abertura 400, o las múltiples aberturas 400 respectivamente provistas a ambos lados de la caja 200 de módulo en esta realización.
El par de miembros 500 de película puede tener un tamaño para cubrir la totalidad de las múltiples aberturas 400 respectivamente provistas a ambos lados de la caja 200 de módulo. El par de miembros 500 de película sella la al menos una abertura 400, o las múltiples aberturas 400 por debajo de una temperatura predeterminada y puede fundirse por encima de la temperatura predeterminada para abrir al menos una abertura 400 entre las múltiples aberturas 400 al menos parcialmente.
Con tal fin, el par de miembros 500 de película puede estar hecho de una película o material de espuma que sea vulnerable a una temperatura alta por encima de la temperatura predeterminada. El par de miembros 500 de película puede fundirse a una temperatura alta por encima de la temperatura predeterminada.
En lo sucesivo, la forma del módulo 10 de batería en un estado enfriado y una situación de temperatura alta según esta realización se describirán en mayor detalle.
La FIG. 4 es un diagrama para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG. 1 cuando se enfría.
Con referencia a la FIG 4, cuando el módulo 10 de batería se enfría, la porción 310 de suministro de aire de enfriamiento de la unidad 300 de enfriamiento puede introducir aire de enfriamiento para enfriar las celdas 100 de batería desde el exterior de la caja 200 de módulo hacia la caja 200 de módulo.
Entonces, el aire de enfriamiento introducido en la caja 200 de módulo puede enfriar las celdas 100 de batería mientras fluye a través del canal 250 de enfriamiento interior de la caja 200 de módulo.
Después de eso, el aire de enfriamiento que enfría las celdas 100 de batería puede descargarse fuera de la caja 200 de módulo a través de la porción 330 de descarga de aire de enfriamiento de la unidad 300 de enfriamiento.
Las FIGS. 5 y 6 son diagramas para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG. 1 en una situación de temperatura alta por encima de una temperatura predeterminada.
Con referencia a las FIGS. 5 y 6, en el módulo 10 de batería, puede ocurrir un calentamiento anormal en al menos una celda 100 de batería entre las celdas 100 de batería. Si el calentamiento anormal continúa, puede ocurrir una situación de alta temperatura dentro de la caja 200 de módulo, y pueden generarse gas y llama de alta temperatura dentro de la caja 200 de módulo.
Cuando se generan dicho gas y llama de alta temperatura, el gas y la llama de alta temperatura pueden no descargarse suavemente fuera de la caja 200 de módulo solo con la porción 310 de suministro de aire de enfriamiento y la porción 330 de descarga de aire de enfriamiento.
En este caso, la fuga térmica de cualquier celda de batería se propaga a celdas de batería adyacentes, lo cual conduce a la explosión de todo el módulo de batería y, por consiguiente, provoca un gran daño.
Sin embargo, en esta realización, cuando se generan gas y llama de alta temperatura en la caja 200 de módulo debido a una situación de alta temperatura, el par de miembros 500 de película se funde de modo tal que las múltiples aberturas 400 se exponen fuera de la caja 200 de módulo.
Por consiguiente, en esta realización, dado que el gas y la llama de alta temperatura pueden descargarse rápidamente a través de las múltiples aberturas 400, es posible evitar cualquier problema que pueda llevar a la explosión de todo el módulo 10 de batería, con antelación.
Como resultado, en el módulo 10 de batería según esta realización, las múltiples aberturas 400 y el par de miembros 500 de película pueden guiar para formar una trayectoria de enfriamiento para enfriar las celdas 100 de batería en condiciones operativas normales, y pueden también descargar rápidamente el gas y la llama de alta temperatura dentro de la caja 200 de módulo al exterior en condiciones operativas anormales como, por ejemplo, fuga térmica. Por consiguiente, el módulo 10 de batería según esta realización puede garantizar tanto la fiabilidad como la estabilidad del módulo 10 de batería en entornos operativos normales y anormales.
La FIG. 7 es un diagrama para ilustrar un módulo de batería según otra realización de la presente descripción, la FIG 8 es una vista lateral que muestra el módulo de batería de la FIG 7, y la FIG 9 es un diagrama para ilustrar una forma del módulo de batería de la FIG 7 en una situación de temperatura alta por encima de una temperatura predeterminada.
Dado que el módulo 20 de batería según esta realización es similar al módulo 10 de batería de la realización anterior, en lo sucesivo, se omitirá la descripción repetida de una característica idéntica o similar a la de la realización anterior, y la descripción se proveerá principalmente en base a las diferencias con respecto a la realización anterior.
Con referencia a las FIGS. 7 a 9, un módulo 20 de batería puede incluir una celda 100 de batería, una caja 200 de módulo, una unidad 300 de enfriamiento, un par de miembros 500 de película, y una abertura 600.
La celda 100 de batería, la caja 200 de módulo, la unidad 300 de enfriamiento y el par de miembros 500 de película son sustancialmente idénticos o similares a los de la realización anterior y, por consiguiente, se omitirán sus descripciones repetidas.
La abertura 600 se provee en un par, y el par de aberturas 600 se proveer a ambas superficies laterales de la caja 200 de módulo, respectivamente. El par de aberturas 600 puede proveerse en forma de malla. Mientras tanto, el par de miembros de película tiene un tamaño para cubrir el par de aberturas 600, respectivamente.
Como en esta realización, la abertura 600 puede proveerse en una forma de malla, en lugar de proveerse en plural. Cuando ocurre una situación anormal como, por ejemplo, una fuga térmica, la abertura 600 en forma de malla puede también exponerse fuera a través del miembro 500 de película fundido para descargar rápidamente el gas y la llama de alta temperatura dentro de la caja 200 de módulo al exterior.
La FIG 10 es un diagrama para ilustrar un bastidor de batería según una realización de la presente descripción. Con referencia a la FIG. 10, un bastidor 1 de batería puede incluir al menos un módulo 10, 20 de batería según la realización anterior y una caja 50 de bastidor para empaquetar el al menos un módulo 10, 20 de batería.
Además, el bastidor 1 de batería puede proveerse en otros dispositivos, instrumentos o instalaciones como, por ejemplo, un vehículo, una batería secundaria, además del sistema de almacenamiento de energía.
Como se describe más arriba, el bastidor 1 de batería de esta realización y los dispositivos, instrumentos o instalaciones como, por ejemplo, un sistema de almacenamiento de energía o un vehículo, que tienen el bastidor 1 de batería, incluyen el módulo 10, 20 de batería como se describe más arriba y, por consiguiente, es posible implementar un bastidor 1 de batería que tenga todas las ventajas del módulo 10, 20 de batería descrito más arriba, o dispositivos, instrumentos, instalaciones o similares como, por ejemplo, un sistema de almacenamiento de energía o un vehículo, que tengan el bastidor 1 de batería.
Según varias realizaciones como se describe más arriba, es posible proveer un módulo 10, 20 de batería, que puede descargar rápidamente gas y llama de alta temperatura al exterior cuando ocurre una situación de alta temperatura debido al calentamiento anormal en el módulo 10, 20 de batería que tiene una estructura de enfriamiento por aire, un bastidor 1 de batería que incluye el módulo 10, 20 de batería y un sistema de almacenamiento de energía que incluye el bastidor 1 de batería.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo (10, 20) de batería, que comprende:
múltiples celdas (100) de batería;
una caja (200) de módulo configurada para alojar las múltiples celdas (100) de batería apiladas para conectarse eléctricamente entre sí de un lado frontal a un lado posterior de la caja (200) de módulo, la caja (200) de módulo teniendo un primer y un segundo canales (250) de enfriamiento interiores, el primer canal (250) de enfriamiento interior extendiéndose del lado frontal al lado posterior entre una primera pared lateral de la caja (200) de módulo y un primer lado de las celdas (100) de batería apiladas y el segundo canal (250) de enfriamiento interior extendiéndose del lado frontal al lado posterior entre una segunda pared lateral de la caja (200) de módulo opuesta a la primera pared lateral y un segundo lado de las celdas (100) de batería apiladas opuesto al primer lado de las celdas (100) de batería apiladas;
al menos una abertura (400, 600) provista en ambas paredes laterales de la caja (200) de módulo para mirar a los canales (250) de enfriamiento interiores de la caja (200) de módulo;
un par de miembros (500) de película montados en ambas paredes laterales de la caja (200) de módulo para cubrir la al menos una abertura (400), el par de miembros (500) de película fundiéndose por encima de una temperatura predeterminada para abrir la al menos una abertura (400); y
una unidad (300) de enfriamiento que incluye:
una porción (310) de suministro de aire de enfriamiento provista en el lado frontal de la caja (200) de módulo para proveer el aire de enfriamiento hacia el primer canal (250) de enfriamiento interior, y
una porción (330) de descarga de aire de enfriamiento provista en el lado posterior de la caja (200) de módulo para descargar el aire de enfriamiento en el segundo canal (250) de enfriamiento interior al exterior de la caja (200) de módulo.
2. El módulo (10) de batería según la reivindicación 1,
en donde la abertura (400) se provee en plural, y
en donde las múltiples aberturas (400) se disponen para estar espaciadas entre sí en una distancia predeterminada del lado frontal al lado posterior de la caja (200) de módulo.
3. El módulo (10) de batería según la reivindicación 2,
en donde el par de miembros (500) de película tiene un tamaño para cubrir la totalidad de las múltiples aberturas (400), respectivamente provistas en ambas paredes laterales de la caja (200) de módulo.
4. El módulo (20) de batería según la reivindicación 1,
en donde la abertura (600) se provee en un par, y
en donde el par de aberturas (600) se provee, respectivamente, a ambas paredes laterales de la caja (200) de módulo,
en donde el par de aberturas (600) se provee en forma de malla.
5. El módulo (60) de batería según la reivindicación 4,
en donde el par de miembros (500) de película tiene un tamaño para cubrir el par de aberturas (600), respectivamente.
6. Un bastidor (1) de batería, que comprende:
al menos un módulo (10) de batería según la reivindicación 1; y
una caja (50) de bastidor configurada para empaquetar el al menos un módulo (10) de batería.
7. Un sistema de almacenamiento de energía, que comprende al menos un bastidor (1) de batería según la reivindicación 6.
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