ES3037960T3 - Battery module of cell edge direct cooling scheme, and battery pack comprising same - Google Patents

Battery module of cell edge direct cooling scheme, and battery pack comprising same

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ES3037960T3 ES18885594T ES18885594T ES3037960T3 ES 3037960 T3 ES3037960 T3 ES 3037960T3 ES 18885594 T ES18885594 T ES 18885594T ES 18885594 T ES18885594 T ES 18885594T ES 3037960 T3 ES3037960 T3 ES 3037960T3
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Jae-Ki Lee
Bum-Hyun Lee
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Abstract

Se describe un módulo de batería. El módulo, según la presente invención, consta de un conjunto de celdas que comprende una carcasa con forma de tubo angular y varias celdas tipo bolsa, cuyas superficies anchas se erigen, apiladas y dispuestas en una dirección, alojadas en la carcasa. Este módulo comprende un conjunto sensor que conecta eléctricamente los cables de electrodos que se extienden desde las celdas tipo bolsa y cubren las superficies frontal y posterior del conjunto de celdas. Entre el conjunto de celdas y las placas superior e inferior de la carcasa del módulo se forma una vía de flujo para el flujo de aire refrigerado, y se puede proporcionar una ventilación que permite el flujo de aire refrigerado hacia los extremos superior e inferior del conjunto sensor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería de esquema de enfriamiento directo de borde de celda, y paquete de baterías que comprende el mismo
Sector de la técnica
La presente descripción se refiere a un módulo de batería y a un paquete de baterías que incluye el módulo de batería y, más en particular, a un módulo de batería enfriado por aire en el cual un flujo de aire es guiado a lo largo de porciones de borde de celdas de batería, y a un paquete de baterías que incluye el módulo de batería.
Antecedentes de la invención
De manera reciente, las baterías secundarias se han aplicado ampliamente no solo a dispositivos portátiles, sino también a vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés), vehículos eléctricos híbridos (HEV, por sus siglas en inglés), sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (ESS, por sus siglas en inglés) y similares, accionados por fuentes de accionamiento eléctricas.
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 4,6 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.
Cuando múltiples celdas de batería secundaria se conectan en serie y/o en paralelo para constituir un paquete de baterías, en general, un módulo de batería se construye usando un número predeterminado de celdas de batería secundaria, y luego el paquete de baterías se construye usando al menos un módulo de batería mediante adición de otros componentes al mismo. Aquí, las celdas de batería secundaria del módulo de batería o paquete de baterías pueden ser, en general, baterías secundarias tipo bolsa, que son capaces de apilarse fácilmente.
Mientras tanto, las baterías secundarias tipo bolsa generan calor durante la carga y descarga. Dado que las baterías secundarias tipo bolsa se empaquetan en un espacio ajustado dentro del módulo de batería, la temperatura del módulo de batería puede aumentar de manera significativa durante la operación. Si la temperatura del módulo de batería es mayor que una temperatura apropiada, el rendimiento puede deteriorarse y, en casos graves, el módulo de batería puede prenderse fuego o explotar. Por consiguiente, es muy importante garantizar un medio de enfriamiento en la configuración del módulo de batería.
Métodos de enfriamiento del módulo de batería se clasifican, de manera representativa, en dos tipos, a saber, un tipo de enfriamiento por aire y un tipo de enfriamiento por agua, y el tipo de enfriamiento por aire se usa más ampliamente que el tipo de enfriamiento por agua debido a la fuga de electricidad o a la impermeabilización.
Un módulo de batería enfriado por aire según la técnica convencional está diseñado, en general, para tener un espacio entre celdas de batería apiladas en una dirección para garantizar una trayectoria de flujo, de modo tal que el aire puede pasar a través de la trayectoria de flujo. Por ejemplo, la Publicación de Patente Coreana pendiente de examen n.° 10-2013-0035192 describe una técnica en la cual un espacio se provee entre una unidad de celda y una unidad de celda de modo tal que el aire fluye entre la unidad de celda y la unidad de celda para enfriar las celdas de batería. Asimismo, la Publicación de Patente Coreana pendiente de examen n.° 10-2014-0144781 describe una técnica en la cual dos aletas de enfriamiento se contactan entre una celda de batería y una celda de batería, y una trayectoria de flujo se provee entre las dos aletas de enfriamiento para permitir que el aire fluya de modo tal que la celda de batería se enfría indirectamente por las aletas de enfriamiento enfriadas por el aire. Otra técnica de enfriamiento se describe en los documentos KR2009/0002428 A y US2010/275619A.
Sin embargo, el módulo de batería enfriado por aire según la técnica convencional tiene dos problemas. En primer lugar, en el caso de un módulo de batería o paquete de baterías de tamaño mediano o grande, la densidad energética por unidad de volumen es baja debido al espacio entre la unidad de celda y la unidad de celda para asegurar la trayectoria de flujo de aire. En segundo lugar, cuando se aplica impacto o vibración, la unidad de celda y la unidad de celda pueden adherirse estrechamente entre sí para eliminar la trayectoria de flujo, o la trayectoria de flujo puede bloquearse debido a que una materia extraña entra en la trayectoria de flujo estrecha. Además, con el fin de mantener el espacio entre las unidades de celda y las unidades de celda constante, se requieren componentes complementarios como, por ejemplo, un cartucho. Por consiguiente, debe añadirse un proceso de montaje de cartucho, aumentando de este modo el coste.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente descripción está diseñada a resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente descripción está dirigida a proveer un módulo de batería, que puede aumentar la densidad energética eliminando el espacio entre celdas de batería y construyendo una trayectoria de flujo de modo tal que el flujo de aire se concentra en una región de borde de las celdas de batería.
Además, la presente descripción está dirigida a proveer un paquete de baterías, que incluye al menos un módulo de batería y tiene una estructura de guiado de flujo de aire para concentrar el flujo de aire en una región de borde de las celdas de batería.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente descripción pueden comprenderse a partir de la siguiente descripción detallada y serán aparentes de forma más completa a partir de las realizaciones a modo de ejemplo de la presente descripción. Asimismo, se comprenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente descripción pueden realizarse por los medios que se muestran en las reivindicaciones anexas y combinaciones de los mismos.
Solución técnica
La invención es según el conjunto de reivindicaciones anexas. En un aspecto de la presente descripción, se provee un módulo de batería, que incluye una carcasa de módulo provista en una forma de tubo angular y un conjunto de celdas que tiene múltiples celdas de batería tipo bolsa apiladas y dispuestas en una dirección con superficies amplias erigidas y alojadas en la carcasa de módulo, en donde el módulo de batería comprende un conjunto de detección configurado para conectar eléctricamente conductores de electrodos que se extienden desde las celdas de batería tipo bolsa y cubrir una porción frontal y una porción posterior del conjunto de celdas, respectivamente, en donde trayectorias de flujo a través de las cuales fluye un aire de enfriamiento se forman entre una placa superior y el conjunto de celdas y entre una placa inferior y el conjunto de celdas, respectivamente, las placas superior e inferior sirviendo como porciones superior e inferior de la carcasa de módulo, y en donde orificios de ventilación para permitir que el aire de enfriamiento fluya hacia y fuera de la trayectoria de flujo se forman en un extremo superior y un extremo inferior del conjunto de detección.
El conjunto de detección puede incluir una barra colectora conectada a los conductores de electrodos y una carcasa de detección que tiene múltiples partes de carcasa de detección que son desmontables entre sí y montables de manera sucesiva en una dirección, la barra colectora montándose a una superficie frontal de las partes de carcasa de detección, y los orificios de ventilación pueden formarse en un extremo superior y un extremo inferior de las múltiples partes de carcasa de detección.
Las celdas de batería tipo bolsa se disponen de manera cercana de modo tal que las amplias superficies de las mismas están en contacto entre sí.
Las múltiples partes de carcasa de detección pueden tener, respectivamente, una saliente convexa y una ranura cóncava correspondientes entre sí y se montan encajando la saliente convexa en la ranura cóncava.
Según otra realización de la presente descripción, el módulo de batería puede comprender además un tubo de calor adherido de manera estrecha a una porción de borde de la celda de batería tipo bolsa en la trayectoria de flujo y con un extremo expuesto fuera del orificio de ventilación.
El tubo de calor puede proveerse en un número correspondiente al número de celdas de batería tipo bolsa.
En otro aspecto de la presente descripción, también se provee un paquete de baterías, que comprende: al menos un módulo de batería como se describe más arriba; una caja de paquete que tiene una forma de caja capaz de alojar el al menos un módulo de batería en un espacio interior de la misma; y una unidad de suministro de refrigerante acoplada a un lado de la caja de paquete para suministrar aire de enfriamiento al orificio de ventilación en un lado del al menos un módulo de batería.
El al menos un módulo de batería puede ser al menos dos módulos de batería dispuestos cercanamente en paralelo de modo tal que los orificios de ventilación de los módulos de batería se ubican en la misma línea, los orificios de ventilación ubicados en la porción frontal de los módulos de batería se definen como orificios de ventilación de entrada a través de los cuales se introduce el aire de enfriamiento, los orificios de ventilación ubicados en la porción posterior de los módulos de batería pueden definirse como orificios de ventilación de salida a través de los cuales se descarga el aire de enfriamiento, y la caja de paquete puede incluir un canal de refrigerante provisto dentro de la caja de paquete a lo largo de una primera dirección en la cual los orificios de ventilación de entrada de los módulos de batería se disponen y configuran para comunicarse con la unidad de suministro de refrigerante de modo tal que el aire de enfriamiento es guiado para fluir en la primera dirección.
El canal de refrigerante puede tener una sección longitudinal en forma de arco que está en contacto con el conjunto de detección de modo tal que un extremo abierto del mismo rodea los orificios de ventilación de entrada.
La caja de paquete puede incluir una placa superior que contacta la placa superior del módulo de batería y una placa inferior que contacta la placa inferior del módulo de batería, y el canal de refrigerante puede incluir un canal de refrigerante superior formado integralmente con la placa superior y un canal de refrigerante inferior integralmente formado con la placa inferior.
El conjunto de detección puede incluir además una placa sobresaliente superior que contacta con una parte inferior de una superficie inferior del canal de refrigerante superior y una placa sobresaliente inferior que contacta con una parte superior de una superficie superior del canal de refrigerante inferior.
La caja de paquete puede incluir una pared que tiene al menos una abertura y que mira a los orificios de ventilación de salida de los módulos de batería.
La unidad de suministro de refrigerante puede incluir un ventilador provisto en un lado exterior de la caja de paquete; y un conducto de ventilador dividido en dos ramas desde el ventilador para comunicarse con el canal de refrigerante superior y el canal de refrigerante inferior.
Efectos ventajosos
Según una realización de la presente descripción, es posible proveer un módulo de batería enfriado por aire en el cual un espacio entre celdas de batería se elimina y una trayectoria de flujo se provee para concentrar el flujo de aire en una región de borde de las celdas de batería, aumentando así la densidad energética.
Asimismo, según otra realización de la presente descripción, es posible proveer un módulo de batería que incluye un conjunto de detección que puede expandirse de manera fácil y conveniente.
Además, según otra realización de la presente descripción, es posible proveer un paquete de baterías que incluye una caja de paquete y un conducto de ventilador, que se configuran de modo tal que el flujo de un aire de enfriamiento se concentra en la trayectoria de flujo del módulo de batería.
Los efectos de la presente descripción no están limitados a lo anterior, y efectos no descritos en la presente memoria pueden comprenderse claramente por las personas con experiencia en la técnica a partir de la presente memoria descriptiva y de los dibujos anexos.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en perspectiva que muestra un módulo de batería según una realización de la presente descripción.
La FIG 2 es una vista en perspectiva parcialmente del despiece que muestra el módulo de batería de la FIG. 1. La FIG 3 es una vista en perspectiva que muestra el módulo de batería, en corte en una dirección longitudinal. La FIG 4 es una vista parcialmente ampliada de la FIG. 3.
La FIG. 5 es una vista frontal que muestra un conjunto de detección según una realización de la presente descripción.
La FIG 6 es una vista en perspectiva parcialmente del despiece que muestra el conjunto de detección de la FIG. 5. La FIG. 7 es una vista en perspectiva parcialmente del despiece que muestra un módulo de batería según otra realización de la presente descripción, que corresponde a la FIG. 2.
La FIG. 8 es una vista en corte longitudinal que muestra el módulo de batería según otra realización de la presente descripción.
La FIG. 9 es una vista en perspectiva que muestra, de manera esquemática, un paquete de baterías según una realización de la presente descripción.
La FIG. 10 es una vista en sección transversal que muestra el paquete de baterías, tomada a lo largo de la línea I-I' de la FIG. 9.
La FIG. 11 es una vista en perspectiva parcialmente del despiece de la FIG. 10.
La FIG. 12 es una vista en sección transversal que muestra el paquete de baterías, tomada a lo largo de la línea II-II' de la FIG. 9.
Realización preferente de la invención
Los ejemplos descritos en la presente memoria y las configuraciones que se muestran en los dibujos son solo realizaciones de la presente descripción y no representan todas las ideas técnicas de la presente descripción. Por consiguiente, debe comprenderse que hay una variedad de modificaciones capaces de reemplazar las realizaciones. Las realizaciones descritas en la presente memoria se proveen en aras de una explicación más perfecta de la presente descripción y, por consiguiente, la forma, el tamaño y similares de los componentes pueden exagerarse, omitirse o simplificarse en los dibujos para una mejor comprensión. Por consiguiente, el tamaño y la relación de los componentes en los dibujos no reflejan totalmente el tamaño y la relación reales.
La FIG. 1 es una vista en perspectiva que muestra un módulo de batería según una realización de la presente descripción, la FIG. 2 es una vista en perspectiva parcialmente del despiece que muestra el módulo de batería de la FIG. 1, la FIG. 3 es una vista en perspectiva que muestra el módulo de batería, en corte en una dirección longitudinal, y la FIG. 4 es una vista parcialmente ampliada de la FIG. 3.
Con referencia a las FIGS. 1 a 4, un módulo 100 de batería según una realización de la presente descripción incluye un conjunto 110 de celdas, un par de almohadillas 120 amortiguadoras, placas 130, 140 superior e inferior, un par de placas 150 laterales y un conjunto 160 de detección.
El conjunto 110 de celdas es una pila de celdas que incluye solamente celdas 111 de batería tipo bolsa. Las celdas 111 de batería tipo bolsa se adhieren perfectamente de manera cercana entre sí para hacer contacto superficial y se disponen en una dirección de modo tal que sus amplias superficies están erectas. Por consiguiente, porciones 111a de borde a ambos lados de las celdas 111 de batería tipo bolsa forman un extremo superior y un extremo inferior del conjunto 110 de celdas. Aquí, la porción 111a de borde de la celda 111 de batería tipo bolsa también se denomina un ala.
Dado que las celdas 111 de batería tipo bolsa se adhieren entre sí de manera tan cercana como sea posible sin ningún componente, el conjunto 110 de celdas según la presente descripción tiene una alta densidad energética por unidad de volumen, en comparación con un módulo 100 de batería enfriado por aire convencional que tiene una trayectoria de flujo de aire entre las celdas 111 de batería.
Un par de almohadillas 120 amortiguadoras puede disponerse en ambas superficies laterales del conjunto 110 de celdas. En la celda de batería tipo bolsa, el electrodo puede espesarse debido a la carga y descarga repetidas, y el electrolito en el mismo puede descomponerse debido a la reacción secundaria para generar gas. En este punto, el fenómeno donde la celda 111 de batería tipo bolsa se hincha debido a la expansión del electrodo y/o al gas generado se denomina un 'fenómeno de hinchamiento'. Para referencia, el fenómeno de hinchamiento se ve más seriamente afectado por la expansión del electrodo en la carga y descarga. La almohadilla 120 amortiguadora evita o alivia la expansión de las celdas 111 de batería tipo bolsa comprimiendo las celdas 111 de batería. Por ejemplo, la almohadilla 120 amortiguadora puede estar hecha de un polipropileno expandido (EPP) o un copolímero de etilvinilacetato (EVA) en la forma de una espuma que tiene un tamaño que mira a la superficie ancha de la celda 111 de batería tipo bolsa.
Las placas 130, 140 superior e inferior y el par de placas 150 laterales pueden proveerse en una forma de placa que tiene un área predeterminada y pueden disponerse en lados superior e inferior y ambos lados del conjunto 110 de celdas para cubrir una porción superior, una porción inferior, una superficie izquierda y una superficie derecha del conjunto 110 de celdas, respectivamente. Las placas 130, 140 superior e inferior y el par de placas 150 laterales pueden denominarse, en general, placas de extremo, y pueden montarse mediante remachado para configurar una carcasa de módulo en forma de tubo angular.
Las placas 130, 140 superior e inferior y el par de placas 150 laterales proveen una fuerza de soporte mecánica al conjunto 110 de celdas y desempeñan el papel de proteger el conjunto 110 de celdas frente a un impacto externo. Por consiguiente, las placas 130, 140 superior e inferior y el par de placas 150 laterales pueden estar hechas preferiblemente de un material metálico como, por ejemplo, acero, para garantizar la rigidez.
En particular, como se muestra en las FIGS. 3 y 4, la trayectoria F de flujo del módulo 100 de batería según la presente descripción se forma entre la placa 130 superior y un extremo superior del conjunto 110 de celdas y entre la placa 140 inferior y un extremo inferior del conjunto 110 de celdas, respectivamente.
La porción 111a de borde de la celda 111 de batería tipo bolsa no tiene una superficie plana dado que una porción térmicamente fusionada del exterior de la bolsa se pliega en la porción de borde. Por consiguiente, puede formarse un espacio entre la porción 111a de borde de la celda 111 de batería tipo celda y la placa 130 superior o la placa inferior. En el módulo 100 de batería según la presente descripción, el espacio se utiliza como la trayectoria F de flujo, y el aire de enfriamiento fluye a lo largo de la trayectoria F de flujo (en la dirección del eje X) para enfriar directamente la porción 111a de borde de las celdas 111 de batería.
Mientras tanto, una entrada y una salida de la trayectoria F de flujo pueden proveerse en el conjunto 160 de detección, explicado más adelante.
El conjunto 160 de detección cubre una porción frontal y una porción posterior del conjunto 110 de celdas, respectivamente, y se usa para conectar eléctricamente conductores 112 de electrodos que se extienden desde las celdas 111 de batería tipo bolsa. El conjunto 160 de detección puede incluir la carcasa 162 de detección y una barra 161 colectora montada a una superficie frontal de la carcasa 162 de detección. Los conductores 112 de electrodos de la celda 111 de batería tipo bolsa pueden pasar a través de la carcasa 162 de detección y fijarse a la barra 161 colectora mediante, por ejemplo, soldadura ultrasónica.
En particular, la carcasa 162 de detección de la presente descripción puede incluir múltiples partes 163 de carcasa de detección que pueden ser desmontables entre sí y montarse de manera sucesiva en una dirección.
Las unidades de partes 163 de carcasa de detección se proveen en un número correspondiente al número de las celdas 111 de batería tipo bolsa y pueden tener, respectivamente, una saliente 163b convexa y una ranura 163c cóncava correspondientes entre sí para ensamblarse entre sí encajando en una manera de acoplamiento en bloque. Por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 5 y 6, la parte 163 de carcasa de detección puede incluir salientes 163b convexas provistas en una superficie izquierda de la misma y ranuras 163c cóncavas provistas en una superficie derecha de la misma, que es opuesta a la superficie izquierda. Dos partes 163 de carcasa de detección pueden ensamblarse para estar en contacto entre sí dado que la saliente 163b convexa de cualquier parte 163 de carcasa de detección encaja en la ranura 163c cóncava de la otra parte 163 de carcasa de detección. Además, las partes 163 de carcasa de detección pueden acoplarse entre sí mediante encaje a presión.
Además, ambos extremos de la barra 161 colectora según la presente descripción se doblan doblemente, y ambos extremos encajan en hendiduras 162a, que se forman cuando dos partes 163 de carcasa de detección se montan, de modo tal que la barra 161 colectora se monta entre dos partes 163 de carcasa de detección.
Las partes 163 de carcasa de detección y las barras 161 colectoras se montan en una dirección en el patrón anterior, completando de este modo un conjunto 160 de detección.
Si el conjunto 160 de detección se configura montando las partes 163 de carcasa de detección y las barras 161 colectoras como en la presente descripción, aunque el número de celdas 111 de batería aumente para cambiar el ancho del conjunto 110 de celdas, es posible fabricar un conjunto 160 de detección compatible con el conjunto 110 de celdas cambiado ensamblando, además, partes 163 de carcasa de detección y barras 161 colectoras según se desee.
Además, el conjunto 160 de detección según la presente descripción incluye además orificios 163a de ventilación para permitir que un aire de enfriamiento fluya hacia y fuera de la trayectoria F de flujo formada en el módulo 100 de batería como se describe más arriba.
Con referencia a las FIGS. 1 y 5 junto con la FIG. 6, se proveen dos conjuntos 160 de detección, uno en una porción frontal del conjunto 110 de celdas y el otro en una porción posterior del mismo, y los orificios 163a de ventilación se proveen en extremos superiores y extremos inferiores de los conjuntos 160 de detección frontal y posterior. En otras palabras, el orificio 163a de ventilación provisto en el conjunto 160 de detección ubicado en la porción frontal sirve como una entrada de la trayectoria F de flujo, y el orificio 163a de ventilación provisto en el conjunto 160 de detección ubicado en la porción posterior sirve como una salida de la trayectoria F de flujo.
De manera más específica, dos orificios 163a de ventilación se proveen, respectivamente, en un extremo superior y un extremo inferior de una parte 163 de carcasa de detección. Aquí, una celda 111 de batería tipo bolsa se ubica en la parte posterior de cada parte 163 de carcasa de detección, y dos orificios 163a de ventilación se ubican en la misma línea que las porciones 111a de borde en ambos lados de las celdas 111 de batería tipo bolsa ubicadas en la trayectoria F de flujo, respectivamente.
Por consiguiente, el aire de enfriamiento puede colocarse en la trayectoria F de flujo a través de los orificios 163a de ventilación en un lado y fluir intensamente a las porciones 111a de borde en ambos lados de las celdas 111 de batería. El aire de enfriamiento puede fluir a lo largo de las porciones 111a de borde de las celdas 111 de batería tipo bolsa individuales para absorber calor de las celdas 111 de batería y luego descargar a través de los orificios 163a de ventilación en un lado opuesto.
Si los bordes de la celda 111 de batería se enfrían directamente por aire como se describe más arriba, la eficacia de enfriamiento es excelente, en comparación con el método de enfriamiento indirecto que usa una placa de enfriamiento. Asimismo, dado que las celdas 111 de batería pueden adherirse cercanamente entre sí, la densidad energética puede mejorarse, en comparación con el módulo 100 de batería enfriado por aire convencional.
A continuación, un módulo 100 de batería según otra realización de la presente descripción se describirá con referencia a las FIGS. 7 y 8. El mismo signo de referencia que en la primera realización designa el mismo componente. El mismo componente no se describirá nuevamente, y se describirán en detalle las características diferentes de la primera realización.
El módulo 100 de batería de esta realización puede además incluir un tubo 170 de calor. El tubo 170 de calor se fija a la porción 111a de borde de cada celda 111 de batería tipo bolsa en la trayectoria F de flujo, y un extremo del tubo 170 de calor puede instalarse en o fuera del orificio 163a de ventilación.
Por ejemplo, cuando el conjunto 110 de celdas incluye celdas 111 de batería con alta tasa C (capacidad nominal en una hora), el tubo 170 de calor que tiene alta conductividad térmica puede fijarse a cada celda 111 de batería para enfriar las celdas 111 de batería aplicando enfriamiento directo/indirecto mediante el uso del aire de enfriamiento y del tubo 170 de calor.
El módulo de batería de esta realización puede tener un rendimiento de enfriamiento mejorado, en comparación con la primera realización, dado que además se añade el tubo 170 de calor.
A continuación, un paquete 10 de baterías según la presente descripción se describirá con referencia a la FIG. 9. El paquete 10 de baterías incluye al menos un módulo 100 de batería como se describe más arriba, una caja 200 de paquete provista en una forma de caja capaz de alojar el al menos un módulo 100 de batería en un espacio interior de la misma, y una unidad 300 de suministro de refrigerante acoplada a un lado de la caja 200 de paquete para suministrar un aire de enfriamiento al orificio 163a de ventilación en un lado del al menos un módulo 100 de batería. En esta realización, el paquete 10 de baterías incluye dos módulos 100 de batería, y los dos módulos 100 de batería se disponen para adherirse cercanamente entre sí en paralelo de modo tal que los orificios 163a de ventilación ubicados en las superficies frontal y posterior de los mismos se ubican en la misma línea (en la dirección del eje Y), y se conectan eléctricamente por una inter-barra colectora.
En lo sucesivo, la dirección en la cual los orificios 163a de ventilación en un lado de los módulos 100 de batería, a saber, los orificios 163a de ventilación ubicados en la porción frontal de los módulos 100 de batería, se denominará primera dirección, y la dirección en la cual la trayectoria F de flujo se forma dentro del módulo 100 de batería se denominará segunda dirección. Al observar la FIG. 9, la dirección del eje Y sirve como la primera dirección, y la dirección del eje X sirve como la segunda dirección. Además, los orificios 163a de ventilación ubicados en la porción frontal de los módulos 100 de batería se denominarán orificios 163a de ventilación de entrada, y los orificios 163a de ventilación ubicados en la superficie posterior se denominarán orificios de ventilación de salida.
La caja 200 de paquete según la presente descripción se describirá con referencia a las FIGS. 10 y 11 juntas. La caja 200 de paquete incluye canales 210, 220 de refrigerante que sirven como un paso para guiar el flujo de aire a lo largo de la primera dirección en la cual se disponen los orificios 163a de ventilación de entrada de los módulos 100 de batería. Además, la unidad 300 de suministro de refrigerante se monta a una pared exterior de la caja 200 de paquete, y la unidad 300 de suministro de refrigerante se provee para comunicarse solo con los canales 210, 220 de refrigerante. Por consiguiente, si se opera la unidad 300 de suministro de refrigerante, un aire externo puede introducirse solo en los canales 210, 220 de refrigerante.
Además, los canales 210, 220 de refrigerante de esta realización tienen una sección longitudinal en forma de arco que está en contacto con el conjunto 160 de detección de modo tal que extremos 210a, 220a abiertos de los mismos rodean los orificios 163a de ventilación de entrada de los módulos 100 de batería.
El aire externo introducido en los canales 210, 220 de refrigerante puede fluir en la primera dirección y divergir a través de los orificios 163a de ventilación de entrada para fluir en la segunda dirección. El aire externo que pasa a través de los orificios 163a de ventilación de entrada puede fluir a lo largo de las porciones 111a de borde de las celdas 111 de batería, expuestas en la trayectoria F de flujo del módulo 100 de batería como se describe más arriba, para enfriar las celdas 111 de batería y puede fluir fuera de los módulos 100 de batería a través de los orificios de ventilación de salida. Además, el aire caliente que fluye fuera de los módulos 100 de batería puede descargarse fuera a través de la pared de la caja 200 de paquete mientras mantiene su dirección de flujo. La pared de la caja 200 de paquete se ubica en un lado opuesto a los orificios de ventilación de salida y tiene al menos una abertura 250, y el aire caliente puede fluir fuera de la caja 200 de paquete a través de la al menos una abertura 250.
Posteriormente, la estructura de conexión de los canales 210, 220 de refrigerante de la caja 200 de paquete, los orificios 163a de ventilación de entrada de los módulos 100 de batería, y la unidad 300 de suministro de refrigerante se describirán en detalle con referencia a las FIGS. 11 y 12.
En esta realización, los canales 210, 220 de refrigerante incluyen un canal 210 de refrigerante superior y un canal 220 de refrigerante inferior, y el canal 210 de refrigerante superior y el canal 220 de refrigerante inferior están integralmente formados con una placa 230 superior y una placa 240 inferior en la caja 200 de paquete.
La placa 230 superior y la placa 240 inferior miran a y contactan con las placas 130, 140 superior e inferior de los módulos 100 de batería, respectivamente, y porciones de borde en un lado de la placa 230 superior y la placa 240 inferior se forman en una forma de bloque más espeso que la otra región.
En el canal 210 de refrigerante superior y el canal 220 de refrigerante inferior, la sección longitudinal en una porción de borde de la forma de bloque de la placa 230 superior y la placa 240 inferior en un lado tiene una forma de arco o una forma de “U”. Además, la porción de borde en un lado de la forma de bloque puede usarse para acoplamiento con pernos cuando una placa lateral se acopla entre la placa 230 superior y la placa 240 inferior.
Mientras tanto, el conjunto 160 de detección del módulo 100 de batería puede incluir además una placa 163d sobresaliente superior provista para contactar con una parte inferior de una superficie inferior del canal 210 de refrigerante superior y una placa 163e sobresaliente inferior provista para contactar con una parte superior de una superficie superior del canal 220 de refrigerante inferior.
Según esta configuración, como en la FIG. 11, el módulo 100 de batería puede disponerse dentro de la caja 200 de paquete de modo tal que la placa 163d sobresaliente superior y la placa 163e sobresaliente inferior encajan en el canal 210 de refrigerante superior y en el canal 220 de refrigerante inferior.
Además, la porción frontal del conjunto 160 de detección puede disponerse cercanamente para contactar con los extremos abiertos del canal 210 de refrigerante superior y el canal 220 de refrigerante inferior. En este caso, los orificios 163a de ventilación de entrada se ubican en dos sitios por encima de la placa 163d sobresaliente superior y debajo de la placa 163e sobresaliente inferior y, por consiguiente, pueden cubrirse perfectamente por el canal 210 de refrigerante superior y el canal 220 de refrigerante inferior.
Con referencia a la FIG. 12, la unidad 300 de suministro de refrigerante incluye un ventilador 310 y un conducto 320 de ventilador conectado a los canales 210, 220 de refrigerante, desde el ventilador 310.
El conducto 320 de ventilador incluye un primer conducto 320a y un segundo conducto 320b divididos en dos ramas desde el ventilador 310. El primer conducto 320a puede proveerse para comunicarse con el canal 210 de refrigerante superior, y el segundo conducto 320b puede proveerse para comunicarse con el canal 220 de refrigerante inferior. Por consiguiente, el conducto 320 de ventilador puede comprenderse como uno que forma aproximadamente un paso de aire en forma de “Y” en la primera dirección.
En otras palabras, si se opera el ventilador 310, el aire externo puede fluir hacia la caja 200 de paquete a lo largo del conducto 320 de ventilador. En este punto, el conducto 320 de ventilador tiene una forma de “Y” y se conecta al canal 210 de refrigerante superior y al canal 220 de refrigerante inferior y, por consiguiente, el flujo de aire externo puede concentrarse solo en los canales 220 de refrigerante superior e inferior dentro de la caja 200 de paquete mientras mantiene una alta velocidad de flujo. En la caja 200 de paquete, el aire diverge mientras fluye a lo largo de los canales 210, 220 de refrigerante superior e inferior y pasa a través de los orificios 163a de ventilación de entrada, y luego fluye hacia la trayectoria F de flujo dentro del módulo 100 de batería para enfriar las celdas 111 de batería. Según la configuración de la presente descripción como se describe más arriba, es posible proveer el módulo 100 de batería y el paquete 10 de baterías, que pueden, de manera eficaz, enfriar por aire las celdas 111 de batería eliminando el espacio entre las celdas 111 de batería de modo tal que la densidad energética aumenta y el flujo de aire se concentra en las regiones de borde de las celdas 111 de batería.
Mientras tanto, el paquete 10 de baterías según la presente descripción puede incluir al menos un módulo de batería según la presente descripción, una caja de paquete y una unidad de suministro de refrigerante y, asimismo, aunque no se muestra en detalle, el paquete de baterías puede además incluir varios dispositivos para controlar la carga/descarga del módulo de batería como, por ejemplo, BMS, un sensor de corriente, un fusible y similares, además del módulo 10 de batería.
El paquete de baterías según la presente descripción puede aplicarse a vehículos como, por ejemplo, vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos o dispositivos de almacenamiento de energía (ESS).
Aunque la presente descripción se ha descrito en base a las realizaciones y dibujos limitados, debe comprenderse que la presente descripción no se limita a ello, sino que varios cambios y modificaciones pueden realizarse dentro del alcance de las reivindicaciones anexas por las personas con experiencia en la técnica.
Mientras tanto, cuando los términos que indican las direcciones arriba, abajo, izquierda y derecha se usan en la memoria descriptiva, es obvio para las personas con experiencia en la técnica que dichos términos se seleccionan meramente en aras de la explicación y pueden variar según la ubicación de un objetivo o un observador.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo (100) de batería, que incluye una carcasa de módulo provista en una forma de tubo angular y un conjunto (110) de celdas que tiene múltiples celdas (111) de batería tipo bolsa apiladas y dispuestas en una dirección con amplias superficies erigidas y alojadas en la carcasa de módulo,
en donde el módulo (100) de batería comprende un conjunto (160) de detección configurado para conectar eléctricamente conductores (112) de electrodos que se extienden desde las celdas (111) de batería tipo bolsa y cubrir una porción frontal y una porción posterior del conjunto (110) de celdas, respectivamente,
en donde trayectorias (F) de flujo a través de las cuales fluye aire de enfriamiento se forman entre una placa (130) superior y el conjunto (110) de celdas y entre una placa (140) inferior y el conjunto (110) de celdas, respectivamente, las placas (130, 140) superior e inferior sirviendo como porciones superior e inferior de la carcasa de módulo, y en donde orificios (163a) de ventilación para permitir que el aire de enfriamiento fluya hacia y fuera de la trayectoria (F) de flujo se forman en un extremo superior y un extremo inferior del conjunto (160) de detección; en donde las celdas (111) de batería tipo bolsa se disponen cercanamente de modo tal que sus amplias superficies están en contacto entre sí.
2. El módulo (100) de batería según la reivindicación 1,
en donde el conjunto (160) de detección incluye una barra (161) colectora conectada a los conductores (112) de electrodos y una carcasa (162) de detección que tiene múltiples partes (163) de carcasa de detección que son desmontables entre sí y se ensamblan sucesivamente en una dirección, la barra (161) colectora montándose a una superficie frontal de las partes (163) de carcasa de detección, y
en donde los orificios (163a) de ventilación se forman en un extremo superior y un extremo inferior de las múltiples partes (163) de carcasa de detección.
3. El módulo (100) de batería según la reivindicación 1, que además comprende:
un tubo (170) de calor adherido cercanamente a una porción de borde de la celda (111) de batería tipo bolsa en la trayectoria (F) de flujo y que tiene un extremo expuesto fuera del orificio (163a) de ventilación.
4. El módulo (100) de batería según la reivindicación 3,
en donde el tubo (170) de calor se provee en un número correspondiente al número de celdas (111) de batería tipo bolsa.
5. El módulo (100) de batería según la reivindicación 2,
en donde las múltiples partes (163) de carcasa de detección tienen, respectivamente, una saliente (163b) convexa y una ranura (163c) cóncavas correspondientes entre sí y se montan encajando la saliente (163b) convexa en la ranura (163c) cóncava.
6. Un paquete (10) de baterías, que comprende:
al menos un módulo (100) de batería definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5;
una caja (200) de paquete que tiene forma de caja capaz de alojar el al menos un módulo (100) de batería en un espacio interior de la misma; y
una unidad (300) de suministro de refrigerante acoplada a un lado de la caja (200) de paquete para suministrar aire de enfriamiento al orificio (163a) de ventilación en un lado del al menos un módulo (100) de batería.
7. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 6,
en donde el al menos un módulo (100) de batería es al menos dos módulos (100) de batería dispuestos cercanamente en paralelo de modo tal que los orificios (163a) de ventilación de los módulos (100) de batería se ubican en la misma línea,
en donde los orificios (163a) de ventilación ubicados en la porción frontal de los módulos (100) de batería se definen como orificios (163a) de ventilación de entrada a través de los cuales se introduce el aire de enfriamiento, y los orificios (163a) de ventilación ubicados en la porción posterior de los módulos (100) de batería se definen como orificios (163a) de ventilación de salida a través de los cuales se descarga el aire de enfriamiento, y
en donde la caja (200) de paquete incluye un canal (210) de refrigerante provisto dentro de la caja (200) de paquete a lo largo de una primera dirección en la cual los orificios (163a) de ventilación de entrada de los módulos (100) de batería se disponen y configuran para comunicarse con la unidad (300) de suministro de refrigerante de modo tal que el aire de enfriamiento es guiado para fluir en la primera dirección.
8. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 7,
en donde el canal (210) de refrigerante tiene una sección longitudinal en forma de arco que está en contacto con el conjunto (160) de detección de modo tal que un extremo abierto del mismo rodea los orificios (163a) de ventilación de entrada.
9. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 7,
en donde la caja (200) de paquete incluye una placa (230) superior que contacta con la placa (130) superior del módulo (100) de batería y una placa (240) inferior que contacta con la placa (140) inferior del módulo (100) de batería, y
en donde el canal (210) de refrigerante incluye un canal (210) de refrigerante superior formado integralmente con la placa (230) superior y un canal (220) de refrigerante inferior formado integralmente con la placa (240) inferior.
10. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 8,
en donde el conjunto (160) de detección incluye además una placa (163d) sobresaliente superior que contacta con una parte inferior de una superficie inferior del canal (210) de refrigerante superior y una placa (163e) sobresaliente inferior que contacta con una parte superior de una superficie superior del canal (220) de refrigerante inferior.
11. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 7,
en donde la caja (200) de paquete incluye una pared que tiene al menos una abertura (250) y que mira a los orificios de ventilación de salida de los módulos (100) de batería.
12. El paquete (10) de baterías según la reivindicación 9,
en donde la unidad (300) de suministro de refrigerante incluye:
un ventilador (310) provisto en un lado exterior de la caja (200) de paquete; y
un conducto (320) de ventilador dividido en dos ramas desde el ventilador (310) para comunicarse con el canal (210) de refrigerante superior y el canal (220) de refrigerante inferior.
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