ES3038191T3 - Cell connector for cells, cell modules, and battery modules comprising cells - Google Patents

Cell connector for cells, cell modules, and battery modules comprising cells

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ES3038191T3 ES20737141T ES20737141T ES3038191T3 ES 3038191 T3 ES3038191 T3 ES 3038191T3 ES 20737141 T ES20737141 T ES 20737141T ES 20737141 T ES20737141 T ES 20737141T ES 3038191 T3 ES3038191 T3 ES 3038191T3
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Abstract

La invención se refiere a un conector de celda (26) para conectar eléctricamente una primera y una segunda celda (1) en paralelo. El objetivo de la invención es proporcionar un circuito en paralelo simplificado con conectores de celda (26). Esto se consigue porque el conector de celda (26) cuenta con un primer y un segundo conductor de conexión eléctrica (27, 28) y un aislante de conexión (29); el conector de celda (26) está diseñado para colocarse entre una tapa (6) de una primera celda (1) y una tapa (7) de una segunda celda (1); el primer conductor de conexión (27) y el segundo conductor de conexión (28) están conectados al aislante de conexión (29) de manera que ambos conductores (27) y (28) están eléctricamente aislados entre sí; el primer conductor de conexión (27) cuenta con un primer y un segundo enchufe (19, 20); El primer enchufe (19) está diseñado para complementar un zócalo (10) de la primera celda (1), y el segundo enchufe (20) está diseñado para complementar un zócalo (11) de la segunda celda (1); el primer conductor de conexión (27) está diseñado para conectar eléctricamente entre sí el zócalo (10) de la primera celda (1) y el zócalo (11) de la segunda celda (1); el segundo conductor de conexión (28) está diseñado para conectar eléctricamente entre sí el segundo conductor de celda (9) de la primera celda (1) y el segundo conductor de celda (9) de la segunda celda (1); y el primer conductor de conexión (27), junto con el primer y el segundo enchufe (19, 20), está diseñado para recibir un medio para controlar la temperatura de las celdas (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conector de celda para celdas y módulos de celda y módulos de batería con celdas
La invención se refiere a conectores de celda para conectar eléctricamente una primera y una segunda celda. Por un lado, hay un conector de celda para la conexión eléctrica en serie y, por otro lado, hay un conector de celda para la conexión eléctrica en serie de la primera y la segunda celda. El preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7, cada una de ellas relativa a un conector de celda, se basa en el documento EP 3018732.
Además, la invención se refiere a un módulo de celda con al menos dos celdas y al menos un conector de celda, en donde las al menos dos celdas están interconectadas eléctricamente por el al menos un conector de celda. Además de ello, la invención se refiere a un módulo de batería con al menos dos módulos de celdas.
Una celda presenta un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica y una carcasa cilíndrica hueca. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica está dispuesto en la carcasa y la carcasa rodea herméticamente el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica presenta un primer polo de almacenamiento de energía y un segundo polo de almacenamiento de energía. La carcasa presenta una cubierta exterior, una cubierta interior, una primera tapa y una segunda tapa.
La carcasa de la celda tiene la forma de un cilindro hueco. Se entiende por cilindro hueco un cilindro hueco en general. Un cilindro hueco en general se define por una superficie envolvente exterior, una superficie envolvente interior, una primera superficie base y una segunda superficie base, en donde las superficies base cierran las zonas entre la superficie envolvente interior y la superficie envolvente exterior. Un cilindro hueco en general puede ser no sólo vertical sino también oblicuo. También puede tener bases con contornos transversales no sólo circulares u ovalados, sino también poligonales. En particular, la carcasa cilíndrica hueca también puede ser un prisma. En el caso de la carcasa, la carcasa exterior forma la superficie de la carcasa exterior, la envolvente exterior forma la superficie envolvente exterior de la superficie envolvente interior, la primera tapa forma la primera superficie base y la segunda tapa forma la segunda superficie base.
La carcasa rodea herméticamente el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica dispuesto en la carcasa. En este caso, herméticamente rodeado significa, por un lado, que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica está protegido contra influencias medioambientales, de modo que su funcionalidad no se ve afectada, y, por otro lado, que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica no representa peligro alguno para el medio ambiente.
Los dos polos de almacenamiento de energía del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica también se denominan polo positivo y polo negativo.
Una celda o varias celdas interconectadas eléctricamente se utilizan para suministrar energía eléctrica a aparatos eléctricos. En el caso de los dispositivos eléctricos se trata, por ejemplo, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y automóviles.
Celdas del género expuesto, conocidas en la práctica, son, por ejemplo, células redondas de iones de litio. Una celda redonda de este tipo presenta una carcasa cilíndrica hueca vertical con una envolvente interior y una envolvente exterior, en donde la envolvente interior y la envolvente exterior tienen contornos en sección transversal circulares. Las dos tapas están adaptadas a la envolvente interior y a la envolvente exterior. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica está dispuesto dentro de la carcasa y, a menudo, está enrollado alrededor de la envolvente interior. El primer polo de almacenamiento de energía del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica está conectado eléctricamente con la primera tapa y el segundo polo de almacenamiento de energía está conectado eléctricamente con la segunda tapa. Por lo tanto, un contacto eléctrico entre las celdas tiene lugar únicamente a través de las dos tapas, en donde una tapa representa el polo negativo y la otra tapa representa el polo positivo.
Varias celdas del género expuesto pueden estar conectadas eléctricamente en serie o en paralelo. Para la conexión eléctrica en serie de una primera y una segunda celda, éstas se disponen preferiblemente también geométricamente en serie, de modo que la primera tapa de la primera celda y la segunda tapa de la segunda celda estén enfrentadas entre sí. La primera tapa y la segunda tapa están conectadas eléctricamente entre sí mediante un conector de celda. Para la conexión eléctricamente en serie de una primera y una segunda celdas, éstas se disponen preferiblemente también geométricamente paralelas, de modo que la primera tapa de la primera celda y la primera tapa de la segunda celda están adyacentes entre sí. Las dos primeras tapas están conectadas eléctricamente entre sí mediante un conector de celda. Aunque se conocen otras disposiciones geométricas de celdas para su conexión eléctrica en serie o en paralelo, éstas requieren, sin embargo, conectores de celdas más complejos. Así, el tipo de interconexión eléctrica de las celdas influye en su disposición geométrica y en la orientación de las celdas en esta disposición. Esto supone una pérdida de simetría y reduce la densidad de empaquetamiento de las celdas. La orientación de las celdas se refiere a la secuencia de sus tapas entre sí, es decir, la secuencia de los polos positivo y negativo. Esta es una limitación que representa una desventaja.
La temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica en una celda debe estar dentro de un rango de temperaturas específico para garantizar el máximo rendimiento posible del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica y lograr la máxima vida útil posible del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica. Sin embargo, durante la carga y descarga en el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica se genera calor. Sin embargo, la corriente que fluye durante la carga y la descarga también provoca calor en las zonas de la carcasa y de los conectores de celda por donde fluye la corriente. A estas zonas pertenecen, en particular, también los puntos de contacto eléctrico entre las carcasas de las celdas y los conectores de celda. La temperatura ambiente de las celdas y el calor generado durante la carga y descarga de las celdas pueden hacer que la batería abandone el rango de temperaturas especificado. Si la temperatura sube tanto que queda fuera del rango de temperaturas especificado, existe el riesgo de que se produzca un descontrol térmico. Por lo tanto, es necesario controlar la temperatura de las celdas de modo que la temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica esté dentro del rango de temperaturas especificado. Por consiguiente, la falta de control de la temperatura o un control de la temperatura que no mantiene el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica dentro del rango de temperaturas especificado representa una desventaja adicional.
En la celda para el uso con los conectores de celda, por un lado, la envolvente interior y la primera tapa forman un primer conductor eléctrico de celda y, por otro lado, la envolvente exterior y la segunda tapa forman un segundo conductor eléctrico de celda. En este caso, el primer conductor eléctrico de celda y el segundo conductor eléctrico de celda están aislados eléctricamente entre sí. Además, por un lado, el primer polo de almacenamiento de energía y la envolvente interior y, por otro lado, el segundo polo de almacenamiento de energía y la envolvente exterior están conectados eléctricamente entre sí. La envolvente interior presenta, por un lado, un primer casquillo en la primera tapa y un segundo casquillo en la segunda tapa para los enchufes de un conector de celda. Preferiblemente, los casquillos están configurados de distintos tamaños para evitar una inversión de la polaridad. Además, la carcasa está configurada de tal manera que en su interior se puede alojar un medio para controlar la temperatura de la celda.
La forma cilíndrica hueca de la carcasa en unión con la asignación de los elementos de la carcasa, a saber, la envolvente exterior, la envolvente interior, la primera tapa y la segunda tapa, al primer conductor eléctrico de celda y al segundo conductor eléctrico de celda y la conexión eléctrica de la envolvente interior con el primer polo de almacenamiento de energía y la conexión de la envolvente exterior con el segundo polo de almacenamiento de energía posibilitan con conectores de celda correspondientes tanto una conexión eléctrica en serie como una conexión eléctrica en serie de dos celdas dispuestas geométricamente en serie, independientemente de su orientación. La orientación de las celdas se refiere a la secuencia de sus tapas entre sí en la disposición en serie geométrica, es decir, la secuencia de la primera y la segunda tapa.
La carcasa y, con ello, la envolvente interior están configuradas para alojar un medio para controlar la temperatura de la celda. Si se incorpora un medio en la envolvente interior, éste sirve entonces para suministrar o retirar calor, de manera que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica se encuentre en el rango de temperaturas especificado. Habitualmente, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica está dispuesto directamente en la envolvente interior. Con ello, la resistencia térmica entre el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica y la envolvente interior es baja y es posible un control eficiente de la temperatura. Preferiblemente, la envolvente exterior y las tapas también están dispuestas en el dispositivo de almacenamiento de energía, de manera que la resistencia térmica sea lo más baja posible.
Además, la carcasa de la celda se caracteriza por su simplicidad. Esto se debe a que los componentes de la carcasa, es decir, la envolvente exterior, la envolvente interior, la primera tapa y la segunda tapa son fáciles de fabricar y ensamblar. Con ello se reduce el esfuerzo de fabricación y los costes de fabricación.
El dispositivo de almacenamiento de energía en la celda está generalmente dispuesto en capas, por ejemplo, plegándose sobre sí mismo o enrollándose alrededor de la envolvente interior. Por consiguiente, el dispositivo de almacenamiento de energía presenta capas. En este sentido, el dispositivo de almacenamiento de energía se asemeja a una bobina. En consecuencia, el dispositivo de almacenamiento de energía también presenta una inductancia correspondiente, que afecta a los cambios transitorios en una corriente a través del dispositivo de almacenamiento de energía. Por lo tanto, en una ejecución de la celda está previsto que, por un lado, el primer polo de almacenamiento de energía y la primera tapa y, por otro lado, el segundo polo de almacenamiento de energía y la segunda tapa estén conectados eléctricamente entre sí. Por consiguiente, por un lado, están conectados eléctricamente la envolvente interior y la primera tapa y, por otro lado, el primer polo de almacenamiento de energía, y, por otro lado, por una parte, están conectados eléctricamente la envolvente exterior y la segunda tapa y, por otro lado, el segundo polo de almacenamiento de energía. La conexión eléctrica entre el primer polo de almacenamiento de energía y la primera tapa es tal que el primer polo de almacenamiento de energía en preferiblemente cada una de las capas del dispositivo de almacenamiento de energía y la primera tapa están conectados eléctricamente entre sí. De manera correspondiente, la conexión eléctrica entre el segundo polo de almacenamiento de energía y la segunda tapa es tal que el segundo polo de almacenamiento de energía en preferiblemente cada una de las capas del dispositivo de almacenamiento de energía y la segunda tapa están conectados eléctricamente entre sí. Esta conexión de las capas del dispositivo de almacenamiento de energía determina una conexión eléctrica en serie de las capas, con lo que se reduce la inductancia del dispositivo de almacenamiento de energía. Mediante las conexiones eléctricas adicionales también se reducen tanto la resistencia eléctrica como la térmica y aumentan la intensidad de corriente eléctrica máxima
En otra ejecución de la celda, está previsto que la carcasa esté configurada de tal manera que un medio para controlar la temperatura de la celda pueda fluir a través de la envolvente interior. En el caso de este medio se trata preferiblemente de un medio líquido. Un medio líquido se caracteriza, por una parte, por tener una alta capacidad calorífica y, por otra parte, por estar en contacto directo con la envolvente interior, de modo que la resistencia térmica entre el medio y la envolvente interior es baja. Una ventaja de un medio líquido con respecto a un medio sólido es que el calor agregado o eliminado del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica es transportado no sólo por la conductividad térmica del medio, sino también por el movimiento del medio que fluye.
El primer casquillo y el segundo casquillo en la envolvente interior de la carcasa están diseñados para el alojamiento de enchufes de conectores de celda. En una ejecución adicional de la celda, está previsto que el primer casquillo y/o el segundo casquillo estén configurados para enchufar, atornillar, pegar, soldar, soldar, engarzar o presionar un enchufe de un conector de celda. Una ventaja de atornillar y enchufar en lugar de pegar, soldar con estaño, soldar, engarzar y presionar es que estas conexiones son más fáciles de separar. Una ventaja de pegar, soldar con estaño, soldar, engarzar y prensar en lugar de enchufar y atornillar es que estas conexiones presentan habitualmente una resistencia eléctrica menor.
La carcasa de la celda puede alojar los más diversos dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. En una ejecución de la celda, está previsto que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica sea un dispositivo de almacenamiento de energía de iones de litio, iones de sodio, iones de manganeso, iones de magnesio o iones de litioazufre. Alternativamente, el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica también puede ser un condensador tal como, p. ej., un supercondensador. Un supercondensador es, p. ej., un condensador de doble capa, un pseudocondensador o un condensador híbrido.
La carcasa con envolvente exterior, envolvente interior, primera tapa y segunda tapa puede presentar las más diversas geometrías cilíndricas huecas. En una ejecución, está previsto que la envolvente interior presente un contorno circular en sección transversal. En otra ejecución, está previsto que la envolvente exterior presente un contorno circular en sección transversal. En una ejecución alternativa a las anteriores, está previsto que la envolvente exterior presente un contorno poligonal en sección transversal.
Para simplificar adicionalmente la fabricación y, en consecuencia, reducir también adicionalmente los costes de fabricación, en una ejecución adicional está previsto que el primer conductor de celda eléctrico sea enterizo y esté hecho de una sola pieza. En una ejecución adicional, que tiene el mismo objetivo que la anterior, está previsto que el segundo conductor de celda eléctrico sea enterizo y esté fabricado de una sola pieza.
En una ejecución adicional, está previsto que la carcasa, preferiblemente la envolvente exterior, tenga un punto de ruptura predeterminado, de modo que la carcasa se rompa en el punto de ruptura predeterminado cuando el dispositivo de almacenamiento de energía ejerza una fuerza predeterminada sobre el punto de ruptura predeterminado. Por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento de energía ejerce una fuerza de este tipo en el punto de ruptura predeterminado cuando se rompe térmicamente, por ejemplo, como consecuencia de una sobrecarga eléctrica.
La misión de la presente invención es superar o al menos mitigar las desventajas expuestas.
El problema se resuelve, por una parte, mediante un conector de celda para la conexión eléctrica en serie con las características de la reivindicación 1. El conector de celda presenta un primer conductor de conexión eléctrico, un segundo conductor de conexión eléctrico y un aislador de conexión y está configurado para estar dispuesto entre una tapa de una primera celda y una tapa de una segunda celda. Por un lado, el primer conductor de conexión eléctrica y el aislador de conexión y, por otro lado, el segundo conductor de conexión eléctrica y el aislador de conexión están conectados entre sí, de modo que el primer conductor de conexión eléctrica y el segundo conductor de conexión eléctrica están aislados eléctricamente entre sí. El primer conductor de conexión eléctrica tiene un primer enchufe y un segundo enchufe, en donde el primer enchufe es complementario a un casquillo de la primera celda y el segundo enchufe es complementario a un casquillo de la segunda celda. El primer conductor de conexión eléctrica está configurado para conectar eléctricamente el casquillo de la primera celda y el casquillo de la segunda celda entre sí, y el segundo conductor de conexión eléctrica está configurado para conectar eléctricamente el segundo conductor eléctrico de celda de la primera celda y el segundo conductor eléctrico de celda de la segunda celda entre sí. El primer conductor de conexión eléctrica que incluye el primer enchufe y el segundo enchufe está configurado para el alojamiento de un medio para el control de temperatura de celdas.
Una primera y una segunda celda están conectadas eléctricamente en serie entre sí mediante el conector de celda y están dispuestas geométricamente en serie entre sí insertando el primer enchufe del conector de celda en uno de los casquillos de la primera celda y el segundo enchufe en un casquillo de la segunda celda. El primer enchufe contacta con el primer conductor eléctrico de celda de la primera celda a través del casquillo y el segundo enchufe contacta con el primer conductor eléctrico de celda de la segunda celda a través del casquillo, con lo que el primer conductor de conexión eléctrica conecta eléctricamente los primeros conductores de celda eléctrica de las dos celdas. El segundo conductor de conexión eléctrica contacta tanto el segundo conductor eléctrico de celda de la primera celda como el segundo conductor eléctrico de celda de la segunda celda, preferiblemente en cada caso en la envolvente exterior. Por consiguiente, el conector de celda está configurado no sólo para la interconexión eléctrica, sino también para la conexión mecánica de dos celdas. La conexión eléctrica en serie de las dos celdas es independiente en este caso de la orientación de las dos celdas entre sí.
La configuración tanto de la carcasa de una celda como de los conectores de celda para el alojamiento del mismo medio determina un transporte eficiente del calor para controlar la temperatura de la celda.
En una ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el primer conductor de conexión eléctrica, incluidos el primer enchufe y el segundo enchufe, esté diseñado para el flujo a través de él con un medio para controlar la temperatura de celdas. El medio es preferiblemente líquido. Un medio de este tipo se caracteriza por el hecho de que tiene una alta capacidad térmica y está en contacto directo con el primer conductor de conexión eléctrica, de modo que la resistencia térmica entre el medio y el conductor de conexión eléctrica es baja.
En otra ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie, está previsto que el primer conductor de conexión eléctrica sea un cilindro hueco con un collar y que el primer enchufe y el segundo enchufe estén configurados en el cilindro hueco. Además, el segundo conductor de conexión eléctrica es un anillo. El aislador de conexión está dispuesto directamente alrededor del cilindro hueco y directamente sobre el collar. El segundo conductor de conexión eléctrica está dispuesto directamente alrededor del aislador de conexión. Esta ejecución se caracteriza por un número reducido de componentes, a saber, fundamentalmente el cilindro hueco con collar, el anillo y el aislador de conexión. Además, estos componentes presentan formas geométricas simples. Con ello, el esfuerzo y los costes de fabricación son bajos.
En otra ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el primer conductor de conexión eléctrico y/o el segundo conductor de conexión eléctrico y/o el aislador de conexión esté o bien estén realizados en una sola pieza y a partir de una sola pieza. Al fabricar el primer y/o segundo conductor eléctrico de conexión y/o el aislador de conexión a partir de en cada caso una sola pieza, el esfuerzo de fabricación y los costes de fabricación también se mantienen bajos.
En otra ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el aislador de conexión presente medios de conexión para la conexión con el primer conductor de conexión eléctrica y/o con el segundo conductor de conexión eléctrica y que el primer conductor de conexión eléctrica y/o el segundo conductor de conexión eléctrica estén configurados para ser complementarios a los medios de conexión. La configuración de los medios de conexión en el aislador de conexión conduce a una simplificación adicional de la fabricación y a una reducción de los costes de fabricación, ya que no se requieren medios de conexión separados. La configuración complementaria significa que los componentes encajan perfectamente.
En otra ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el aislador de conexión sea una pieza colada por inyección. Esta ejecución es particularmente preferida. Ya que a la pieza colada por inyección es inherente tanto al diseño de una sola pieza como la configuración de medios de conexión y a la configuración complementaria del primer y/o del segundo conductor eléctrico de conexión.
Por otra parte, el problema también se resuelve mediante un conector de celda para la conexión eléctrica en serie con las características de la reivindicación 7. El conector de celda presenta un conductor de conexión eléctrico, un primer aislador de conexión, un segundo aislador de conexión y un elemento de conexión y está configurado para estar dispuesto entre una tapa de una primera celda y una tapa de una segunda celda. Por un lado, el conductor de conexión eléctrica y el primer aislador de conexión y, por otro lado, el elemento de conexión y el primer aislador de conexión están conectados entre sí, de modo que el conductor de conexión eléctrica y el elemento de conexión están aislados eléctricamente entre sí. El conductor de conexión eléctrica está unido con el segundo aislador de conexión. El conductor de conexión eléctrica presenta un primer enchufe y el elemento de conexión presenta un segundo enchufe, en donde el primer enchufe está configurado complementario a un casquillo de la primera celda y el segundo enchufe está configurado complementario a un casquillo del segundo enchufe. El conductor de conexión eléctrica está configurado para conectar entre sí el casquillo de la primera celda y el segundo conductor eléctrico de celda de la segunda celda. El conductor de conexión eléctrica, incluidos el primer enchufe, el primer aislador de conexión y el elemento de conexión incluido el segundo enchufe están configurados para el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de celdas.
Una primera y una segunda celda se conectan eléctricamente en serie entre sí mediante el conector de celda y se disponen geométricamente en serie entre sí, al introducir el primer enchufe del conector de celda en uno de los casquillos de la primera celda y el segundo enchufe en un casquillo de la segunda celda. El primer enchufe contacta eléctricamente a través con el casquillo del primer conductor eléctrico de celda de la primera celda. Dado que el primer enchufe pertenece al conductor de conexión eléctrica y el conductor de conexión eléctrica contacta también todavía con el segundo conductor eléctrico de celda, preferiblemente en la envolvente exterior de la segunda celda, el conductor de conexión eléctrica conecta eléctricamente el primer conductor eléctrico de celda de la primera celda con el segundo conductor eléctrico de celda de la segunda celda. Por consiguiente, el conector de celda está configurado no sólo para la interconexión eléctrica, sino también para la conexión mecánica de dos celdas. La conexión eléctrica en serie de las dos celdas es en este caso independiente de la orientación de las dos celdas entre sí.
En una ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el conductor de conexión eléctrica, incluidos el primer enchufe, el primer aislador de conexión y el elemento de conexión, incluido el segundo enchufe estén configurados para flujo a través de ellos con un medio para el control de la temperatura de celdas. El medio es preferiblemente líquido y preferiblemente es un aislador eléctrico. Un medio de este tipo se caracteriza por el hecho de que tiene una alta capacidad térmica y está en contacto directo con el primer conductor de conexión eléctrica, de modo que la resistencia térmica entre el medio y el conductor de conexión eléctrica es baja.
En una ejecución adicional del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que tanto el primer aislador de conexión como el segundo aislador de conexión sean en cada caso un anillo, que el conductor de conexión eléctrica sea un cilindro hueco con un collar en forma de copa, que el collar presente un primer lado del collar y un segundo lado del collar, que el primer enchufe esté configurado en el cilindro hueco, que el primer lado del collar esté dispuesto directamente en el primer aislador de conexión y el segundo lado del collar esté dispuesto directamente en el segundo aislador de conexión y que el elemento de conexión sea un cilindro hueco con un collar, el segundo enchufe esté configurado en el cilindro hueco y que el collar esté dispuesto directamente en el primer aislador de conexión. Esta ejecución se caracteriza por un número reducido de componentes, a saber, fundamentalmente los dos anillos y los dos cilindros huecos con collar. Además, estos componentes presentan formas geométricas simples. Con ello, el esfuerzo y los costes de fabricación son bajos.
En otra ejecución del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el conductor de conexión eléctrica y/o el elemento de conexión y/o el primer aislador de conexión y/o el segundo aislador de conexión esté o bien estén fabricados en una sola pieza y a partir de una sola pieza. Gracias a la fabricación del conductor de conexión eléctrica y/o del elemento de conexión y/o del primer aislador de conexión y/o del segundo aislador de conexión en cada caso a partir de una sola pieza, también se mantienen bajos el esfuerzo de fabricación y los costes de fabricación.
En una ejecución adicional del conector de celda para conexión eléctrica en serie está previsto que el primer aislador de conexión presente medios de conexión para la conexión con el elemento de conexión y/o con el conductor de conexión eléctrica y/o que el segundo aislador de conexión presente medios de conexión para la conexión con el conductor de conexión eléctrica y que el elemento de conexión y/o el conductor de conexión eléctrica estén configurados para ser complementarios al medio de conexión. La configuración de los medios de conexión en el primer y/o segundo aislador de conexión conduce a una simplificación adicional de la fabricación y a una reducción de los costes de fabricación, ya que no se requieren medios de conexión separados. La configuración complementaria significa que los componentes encajan perfectamente.
En una ejecución adicional del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el primer aislador de conexión y/o el segundo aislador de conexión sean/sea una pieza colada por inyección. Esta ejecución es particularmente preferida. Ya que las piezas coladas por inyección son inherentes tanto al diseño de una sola pieza como a la configuración de medios de conexión y la configuración complementaria a los componentes conectados.
El conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo y el conector de celda para la conexión eléctrica en serie presentan también ejecuciones comunes. En el caso de ejecuciones comunes de este tipo se habla de conectores de celda, y se refieren tanto al conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo como al conector de celda para la conexión eléctrica en serie.
En una ejecución del conector de celda está previsto que el conector de celda esté configurado para el sellado entre la tapa de una primera celda y la tapa de una segunda celda. La configuración para el sellado determina que, cuando una primera celda y una segunda celda están conectadas mecánicamente entre sí mediante el conector de celda, un medio líquido y/o gaseoso puede fluir desde la primera a la segunda celda sin pérdidas.
En un perfeccionamiento adicional de la ejecución anterior, en el caso del conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo está previsto que el aislador de conexión presente medios de sellado para el sellado. Cuando una primera y una segunda celda están conectadas mecánicamente entre sí mediante el conector de celda, el sellado tiene lugar a través del medio de sellado entre el aislador de conexión y las tapas de las celdas. Por lo tanto, los medios de sellado son componentes separados y están dispuestos en lados opuestos del aislador de conexión. En el caso de los medios de sellado se trata, por ejemplo, de juntas de un material elástico y en los lados del aislador de conexión están previstas, por ejemplo, ranuras para el alojamiento de las juntas.
En un perfeccionamiento de la ejecución anterior, en el caso del conector de celda para la conexión eléctrica en serie está previsto que el primer aislador de conexión y el segundo aislador de conexión presenten medios de sellado para el sellado. Cuando una primera y una segunda celda están conectadas mecánicamente entre sí mediante el conector de celda, el sellado tiene lugar, por una parte, mediante uno de los medios de sellado entre el primer aislador de conexión y una de las tapas de la primera celda y, por otra parte, mediante uno de los medios de sellado entre el segundo aislador de conexión y una de las tapas de la segunda celda. Por lo tanto, los medios de sellado son componentes separados y están dispuestos en el lado del respectivo aislador de conexión orientado hacia una tapa. En el caso de los medios de sellado se trata, por ejemplo, de juntas hechas de un material elástico y están previstas, por ejemplo, ranuras en los respectivos lados de los aisladores de conexión para el alojamiento de las juntas.
En una ejecución adicional del conector de celda está previsto que haya escotaduras que se extiendan radialmente en el conector de celda, de modo que cuando un medio para el control de la temperatura de celdas fluye a través del conector de celda, una parte del medio fluye a través de las escotaduras que se extienden radialmente. Cuando una primera y una segunda celda están conectadas mecánicamente entre sí mediante el conector de celda, entonces el conector de celda presenta contactos eléctricos con las celdas. Debido a que los contactos eléctricos presentan habitualmente una mayor resistencia eléctrica que los conductores eléctricos que los conectan, una corriente que fluye a través de los contactos eléctricos determina más calor en los contactos eléctricos que en los conductores eléctricos. Mediante las escotaduras que se extienden radialmente, el medio transporta el calor generado en los contactos eléctricos.
En el caso de un conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo, en el que el primer conductor de conexión eléctrica es un cilindro hueco con un collar, el primer enchufe y el segundo enchufe están configurados en el cilindro hueco y el aislador de conexión está dispuesto directamente alrededor del cilindro hueco y directamente en el collar y en el que el segundo conductor de conexión eléctrica es un anillo y está dispuesto directamente alrededor del aislador de conexión, en un perfeccionamiento de la ejecución anterior está previsto que las escotaduras se formen en el cilindro hueco y en el anillo y en el collar y/o en el aislador de conexión.
En el caso de un conector de celda para la conexión eléctrica en serie, en el que tanto el primer aislador de conexión como el segundo aislador de conexión son un anillo, el conductor de conexión eléctrica es un cilindro hueco con un collar en forma de copa, el collar presenta un primer lado del collar y un segundo lado del collar, el primer enchufe está configurado en el cilindro hueco, el primer lado del collar está dispuesto directamente en el primer aislador de conexión y el segundo lado del collar está dispuesto directamente en el segundo aislador de conexión y el elemento de conexión es un cilindro hueco con un collar, el segundo enchufe está configurado en el cilindro hueco y el collar está dispuesto directamente en el primer aislador de conexión, está previsto un perfeccionamiento de la ejecución anterior que las escotaduras están configuradas en el cilindro hueco del conductor de conexión eléctrica y en el collar y/o en el segundo aislador de conexión.
En un perfeccionamiento alternativo o adicional al perfeccionamiento anterior está previsto que las escotaduras estén configuradas en el primer aislador de conexión y/o en el collar del conductor de conexión eléctrica.
El problema se resuelve también mediante un módulo de celda con las características de la reivindicación 20. El módulo de celda presenta al menos dos celdas y al menos uno de los conectores de celdas descritos anteriormente. Las al menos dos celdas están conectadas entre sí mediante al menos un conector de celda.
En una ejecución del módulo de celda está previsto que el módulo de celda presente una carcasa de módulo con un espacio interior del módulo, un eje longitudinal del módulo y un contorno de sección transversal interior del espacio interior del módulo, de modo que el contorno en sección transversal interior esté adaptado a las envolventes exteriores de las al menos dos celdas, de modo que las al menos dos celdas y el al menos un conector de celda puedan insertarse en el espacio interior del módulo, las al menos dos celdas estén posicionadas radialmente con respecto al eje longitudinal del módulo en el espacio interior del módulo y un medio para controlar la temperatura de las celdas pueda alojarse entre, por un lado, las envolventes exteriores de las al menos dos celdas y el al menos un conector de celda y, por otro lado, el espacio interior del módulo. Por consiguiente, el módulo de celda dispone las celdas geométricamente en serie. Dos celdas consecutivas en el módulo de celda están conectadas eléctricamente en paralelo mediante un conector de celda para una conexión eléctrica en paralelo entre estas celdas o están conectadas eléctricamente en serie mediante un conector de celda para una conexión eléctrica en serie entre estas celdas. En el caso de esta ejecución, los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en las celdas están controlados en temperatura al menos en la envolvente interior y la envolvente exterior. Adicionalmente, las escotaduras radiales descritas anteriormente en el conector de celda también son útiles para mejorar adicionalmente el control de temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica y también de los contactos eléctricos.
En un perfeccionamiento de la ejecución anterior del módulo de celda está previsto que un medio para controlar la temperatura de celdas pueda fluir entre, por un lado, las envolventes exteriores de las al menos dos celdas y el al menos un conector de celda y, por otro lado, el espacio interior del módulo. El medio es preferiblemente líquido. Un medio de este tipo se caracteriza porque tiene una alta capacidad térmica y está en contacto directo con el segundo conductor de conexión eléctrica, de modo que la resistencia térmica entre el medio y el segundo conductor de conexión eléctrica es baja.
En una ejecución adicional del módulo de celda está previsto que la carcasa del módulo sea eléctricamente conductora, que las al menos dos celdas estén conectadas eléctricamente en paralelo mediante el al menos un conector de celda y que las envolventes exteriores de las al menos dos celdas estén conectadas eléctricamente entre sí mediante el espacio interior del módulo. La conexión eléctrica adicional de las envolventes exteriores de las celdas a través de la carcasa del módulo determina una reducción de la resistencia eléctrica para una corriente eléctrica que fluye a través de las celdas.
En una ejecución adicional del módulo de celda, que es una alternativa a la ejecución descrita anteriormente, está previsto que la carcasa del módulo sea aislante eléctricamente en el espacio interior del módulo y que las al menos dos celdas estén conectadas eléctricamente en serie mediante el al menos un conector de celda.
En una ejecución adicional del módulo de celda está previsto que el contorno de la sección transversal interior presente nervaduras. Por consiguiente, en el caso de estas nervaduras se trata de nervaduras longitudinales con respecto al eje longitudinal del módulo. Los extremos superiores de las nervaduras posicionan las celdas radialmente al eje longitudinal del módulo en el espacio interior del módulo. Además, las nervaduras dejan libre una zona de sección transversal que posibilita el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de las celdas. Un medio líquido es especialmente adecuado. Mediante las nervaduras también se aumenta la superficie de la carcasa del módulo, de modo que el calor se transfiere mejor desde el medio a la carcasa del módulo.
En una ejecución adicional del módulo de celda está previsto que en la carcasa del módulo estén configurados accesos para medir tensiones y/o temperaturas de las celdas. Dado que las propiedades de los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en las celdas no son idénticas debido a las tolerancias de fabricación, es aconsejable vigilar las tensiones y/o las temperaturas de las distintas celdas en la carcasa del módulo. La tensión y la temperatura representan el estado de una celda. Los accesos están en este caso configurados de forma estanca, de modo que un medio para el control de la temperatura no pueda escapar de la carcasa del módulo.
El problema se resuelve también mediante un módulo de batería con las características de la reivindicación 27. El módulo de batería presenta al menos dos de los módulos de celdas descritos anteriormente.
En el contexto de la invención, una conexión eléctrica significa siempre una conexión eléctricamente conductora y un contacto eléctrico significa un contacto eléctricamente conductor.
En particular, existe una pluralidad de posibilidades para configurar y perfeccionar los conectores de celda, el módulo de celda y el módulo de batería. Para ello, se remite tanto a las reivindicaciones subordinadas a las reivindicaciones independientes como a la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidas en unión con los dibujos. En los dibujos muestran, de forma abstraída
la Fig. 1a, 1b, un primer ejemplo de realización de una celda,
la Fig. 2, un segundo ejemplo de realización de una celda,
la Fig. 3, una conexión eléctrica en serie de dos celdas según el primer ejemplo de realización mediante un ejemplo de realización de un conector de celda para la conexión eléctrica en serie, la Fig.4a-4c, el ejemplo de realización de un conector de celda para la conexión eléctrica en serie,
la Fig. 5, una conexión eléctrica en paralelo de dos celdas según el primer ejemplo de realización mediante un primer ejemplo de realización de un conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo, la Fig. 6a-6c, el ejemplo de realización de un conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo,
la Fig. 7a-7c, otro ejemplo de realización de un conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo, la Fig. 8a-8b, un ejemplo de realización de un módulo de celda y
la Fig. 9a-9b, un ejemplo de realización de un módulo de batería.
La Fig. 1a muestra un primer ejemplo de realización de una celda 1 en vista en perspectiva y la Fig. 1b una sección longitudinal del ejemplo de realización. La celda presenta un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 y una carcasa 3 cilíndrica hueca vertical.
La carcasa 3 presenta una envolvente exterior 4, una envolvente interior 5, una primera tapa 6 y una segunda tapa 7. Tanto la envolvente exterior 4 como la envolvente interior 5 presentan en cada caso un contorno de sección transversal circular. Un primer conductor eléctrico de celda 8 está formado por la envolvente interior 5 y la primera tapa 6 y un segundo conductor eléctrico de celda 9 está formado por la envolvente exterior 4 y la segunda tapa 7. Tanto el primer conductor eléctrico de celda 8 como el segundo conductor eléctrico de celda 9 están fabricados en cada caso de una sola pieza a partir de una sola pieza y son eléctricamente conductores. El primer conductor eléctrico de celda 8 y el segundo conductor eléctrico de celda 9 están aislados eléctricamente entre sí.
Debido al diseño de una sola pieza del primer conductor de celda 8 y del segundo conductor de celda 9, se simplifica la fabricación de la celda 1, lo que también reduce los costes de fabricación. A ello se añade que al asignar la primera tapa 6 a la envolvente interior 5 por un lado y la segunda tapa 7 a la envolvente exterior por otro lado, la unión del primer conductor de celda 8 y el segundo conductor de celda 9 se simplifica a la inserción del primer conductor de celda 8 en el segundo conductor de celda 9. Una simplificación adicional la proporciona el hecho de que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 está enrollado en la envolvente interior 5. Preferiblemente, la envolvente interior 5 se utiliza como mandril de bobinado para enrollar el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2. En la mitad inferior de la Fig. 1b se representa a modo de ejemplo las distintas capas de almacenamiento de energía del dispositivo de almacenamiento de energía 2.
La envolvente interior 5 presenta, por una parte, es decir a la altura de la primera tapa 6, un primer casquillo 10 y, por otra parte, es decir, a la altura de la segunda tapa 7, un segundo casquillo 11 para enchufes de un conector de celda. El primer casquillo 10 y el segundo casquillo 11 son idénticos y están configurados para enchufar los enchufes de un conector de celda.
El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 es un dispositivo de almacenamiento de energía de iones de litio y presenta un primer polo de almacenamiento de energía 12 y un segundo polo de almacenamiento de energía 13. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 está dispuesto en la carcasa 3.
Por un lado, el primer polo de almacenamiento de energía 12 y el primer conductor eléctrico de celda 8 y, por otro lado, el segundo polo de almacenamiento de energía 13 y el segundo conductor eléctrico de celda 9 están conectados eléctricamente entre sí. De este modo, por un lado, la envolvente interior 5 y la primera tapa 6 y, por otro lado, el primer polo de almacenamiento de energía 12 están conectados eléctricamente y, por otro lado, en cada caso la envolvente exterior 4 y la segunda tapa 7 y, por otro lado, el segundo polo de almacenamiento de energía 13 están conectados eléctricamente. La conexión eléctrica entre el primer polo de almacenamiento de energía 12 y la primera tapa 6 es tal que el primer polo de almacenamiento de energía 12, preferiblemente en cada una de las capas de almacenamiento de energía del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2, y la primera tapa 6 están conectados eléctricamente entre sí. Por consiguiente, se puede establecer una conexión eléctrica con la celda 1 a través del primer conductor de celda 8, es decir, la primera tapa 6 y la envolvente interior 5, y a través del segundo conductor de celda 9, es decir, la envolvente exterior 4 y la segunda tapa 7. En este caso, se debe tener en cuenta que el primer casquillo 10 y el segundo casquillo 11 pertenecen a la envolvente interior 5.
La temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 en la celda 1 debe estar dentro de un rango de temperaturas predeterminado para garantizar el máximo rendimiento posible del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 y lograr su máxima vida útil posible. La temperatura ambiente de la celda 1 y el calor resultante en el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 durante la carga y descarga pueden provocar que el rango de temperaturas se desvíe del rango especificado. Por consiguiente, es necesario controlar la temperatura de la celda 1, de modo que la temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 esté dentro del rango de temperaturas especificado. Por lo tanto, la carcasa 3 está configurada de tal manera que un medio líquido para controlar la temperatura de la celda 1 pueda fluir a través de la envolvente interior 7. Un medio líquido se caracteriza por el hecho de que, por una parte, tiene una alta capacidad térmica y, por otra parte, está en contacto directo con la envolvente interior 5, de modo que la resistencia térmica entre el medio y la envolvente interior 5 es baja.
Además, la carcasa 3 rodea herméticamente el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2. En este caso, rodeado herméticamente significa, por un lado, que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 está protegido contra influencias medioambientales, de modo que su funcionalidad no se ve afectada, y, por otro lado, que el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica 2 no representa peligro alguno para el medio ambiente. El rodeo hermético también se refiere al medio, de modo que éste no acceda a la carcasa 3.
La Fig. 2 muestra un segundo ejemplo de realización de una celda 1 en vista en perspectiva. El segundo ejemplo de realización se diferencia del primer ejemplo de realización exclusivamente en que la envolvente exterior 4 no presenta un contorno de sección transversal circular, sino rectangular. Por lo demás, lo afirmado respecto al primer ejemplo de realización se aplica de manera correspondiente al segundo ejemplo de realización.
La Fig. 3 muestra un corte longitudinal de una conexión eléctrica en serie de dos celdas 1 según el primer ejemplo de realización a través de un ejemplo de realización de un conector de celda 14 para la conexión eléctrica en serie. Las dos celdas 1 están dispuestas geométricamente en serie y el conector de celda 14 está dispuesto entre la celda izquierda 1 y la celda derecha 1.
La Fig. 4a muestra el conector de celda 14 para la conexión eléctrica en serie de la Fig. 3 por separado en una vista en perspectiva. La Fig. 4b muestra los componentes del conector de celda 14 separados a lo largo de su eje longitudinal. La Fig.4c muestra una sección longitudinal del conector de celda 14.
El conector de celda 14 presenta un conductor de conexión eléctrico 15, un primer aislador de conexión 16, un segundo aislador de conexión 17 y un elemento de conexión 18 y está configurado para estar dispuesto entre la primera tapa 6 de la celda izquierda 1 y la segunda tapa 7 de la celda derecha 1.
El conductor de conexión eléctrico 15, el elemento de conexión 18, el primer aislador de conexión 16 y el segundo aislador de conexión 17 están fabricados en cada caso en una sola pieza y a partir de una única pieza de trabajo. Por un lado, el conductor de conexión eléctrico 15 y el primer aislador de conexión 16 y, por otro lado, el elemento de conexión 18 y el primer aislador de conexión 16 están conectados entre sí, de modo que el conductor de conexión eléctrico 15 y el elemento de conexión 18 están aislados eléctricamente entre sí. El conductor de conexión eléctrico 15 está conectado con el segundo aislador de conexión 17.
El conductor de conexión eléctrico 15 presenta un primer enchufe 19 y el elemento de conexión 18 presenta un segundo enchufe 20. En este caso, el primer enchufe 19 es complementario al primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo enchufe 20 es complementario al segundo casquillo 11 de la celda derecha 1. El conductor de conexión eléctrico 15 está configurado para conectar eléctricamente entre sí el primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo conductor de celda eléctrica 9 en la envolvente exterior 4 de la celda derecha 1. El conductor de conexión eléctrico 15, incluido el primer enchufe 19, el primer aislador de conexión 16 y el elemento de conexión 18, incluido el segundo enchufe 20 están configurados para el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de las celdas 1.
El conductor de conexión eléctrico 15, incluido el primer enchufe 19, el primer aislador de conexión 16 y el elemento de conexión 18, incluido el segundo enchufe 20 están configurados para el flujo de un medio para controlar la temperatura de las celdas 1.
Por consiguiente, la celda izquierda 1 y la celda derecha 1 están conectadas eléctricamente en serie entre sí mediante el conector de celda 14 y también están dispuestas geométricamente en serie entre sí introduciendo el primer enchufe 19 del conector de celda 14 en el primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo enchufe 20 en el segundo casquillo 11 de la celda derecha 1. El primer enchufe 19 contacta eléctricamente con el primer conductor eléctrico de celda 8 de la celda izquierda 1 a través del primer casquillo 10. Dado que el primer enchufe 10 pertenece al conductor de conexión eléctrico 15 y el conductor de conexión eléctrico 15 también contacta eléctricamente con el segundo conductor eléctrico de celda 9, preferiblemente en la envolvente exterior 4, de la celda derecha 1, el conductor de conexión eléctrico 15 conecta eléctricamente el primer conductor eléctrico de celda 8 de la celda izquierda 1 al segundo conductor eléctrico de celda 9 de la celda derecha 1. Por consiguiente, el conector de celda 14 está configurado no sólo para la interconexión eléctrica, sino también para la conexión mecánica de dos celdas 1. La conexión eléctrica en serie de las dos celdas 1 es en este caso independiente de la orientación de las dos celdas 1 entre sí.
Tanto el primer aislador de conexión 16 como el segundo aislador de conexión 17 son un anillo. El conductor de conexión eléctrica 15 es un cilindro hueco con un collar en forma de copa. El collar presenta un primer lado 21 del collar y un segundo lado 22 del collar. El primer enchufe 19 está configurado en el cilindro hueco. El primer lado 21 del collar está dispuesto directamente sobre el primer aislador de conexión 16 y el segundo lado 22 del collar está dispuesto directamente sobre el segundo aislador de conexión 17. El elemento de conexión 18 es un cilindro hueco con un collar, en donde el collar no tiene forma de copa. El segundo enchufe 20 está configurado en el cilindro hueco. El collar del elemento de conexión 18 está dispuesto directamente sobre el primer aislador de conexión 16.
El primer aislador de conexión 16 presenta medios de conexión 23 para la conexión al elemento de conexión 18 y al conductor de conexión eléctrico 15. El segundo aislador de conexión 17 también presenta medios de conexión 23 para la conexión con el conductor de conexión eléctrico 15. El elemento de conexión 18 y el conductor de conexión eléctrico 15 están configurados para ser complementarios a los medios de conexión 23. El primer aislador de conexión 16 y el segundo aislador de conexión 17 son en cada caso una pieza colada por inyección. Los medios de conexión 23 son salientes que corresponden a las escotaduras complementarias a los salientes y establecen la conexión de manera que estos componentes quedan fijados entre sí. La conexión se crea durante el proceso de colada por inyección de las piezas coladas por inyección, ya que el conductor de conexión eléctrico 15 y el elemento de conexión 18 son parte del molde de colada por inyección de las piezas coladas por inyección.
El conector de celda 14 está configurado para el sellado entre la primera tapa 6 de la celda izquierda 1 y la segunda tapa 7 de la celda derecha 1. Para ello, el primer aislador de conexión 16 presenta un medio de sellado 24 y el segundo aislador de conexión 17 presenta también un medio de sellado 24. En el caso de los medios de sellado 24 se trata de juntas de un material elástico. Para el alojamiento de los medios de sellado 24, tanto el primer aislador de conexión 16 como el segundo aislador de conexión 17 presentan en cada caso una ranura 25. Por ejemplo, se utiliza la tecnología de colada por inyección de dos componentes, en la que el componente blando, es decir, el medio de sellado 24, se inyecta directamente en el componente duro, es decir, la ranura 25.
La Fig. 5 muestra un corte longitudinal de una conexión eléctrica en paralelo de dos celdas 1 según el primer ejemplo de realización a través de un primer ejemplo de realización de un conector de celda 26 para la conexión eléctrica en paralelo. Las dos celdas 1 están dispuestas geométricamente en serie y el conector de celda 26 está dispuesto entre la celda izquierda 1 y la celda derecha 1.
La Fig. 6a muestra el conector de celda 26 para la conexión eléctrica en paralelo de la Fig. 5 por separado en una vista en perspectiva. La Fig. 6b muestra los componentes del conector de celda 26 separados a lo largo de su eje longitudinal. La Fig. 6c muestra una sección longitudinal del conector de celda 26.
El conector de celda 26 presenta un primer conductor de conexión eléctrico 27, un segundo conductor de conexión eléctrico 28 y un aislador de conexión 29 y está configurado para estar dispuesto entre la primera tapa 6 de la celda izquierda 1 y la segunda tapa 7 de la celda derecha 1.
El primer conductor de conexión eléctrico 27, el segundo conductor de conexión eléctrico 28 y el aislador de conexión 29 están fabricados en cada caso en una sola pieza y a partir de una sola pieza. Por un lado, el primer conductor de conexión eléctrico 27 y el aislador de conexión 29 y, por otro lado, el segundo conductor de conexión eléctrico 28 y el aislador de conexión 29 están conectados entre sí, de modo que el primer conductor de conexión eléctrico 27 y el segundo conductor de conexión eléctrico 28 están aislados eléctricamente entre sí. El aislador de conexión 29 es una pieza colada por inyección, en donde el primer conductor de conexión eléctrico 27 y el segundo conductor de conexión eléctrico 28 son partes del molde de colada por inyección del aislador de conexión 29.
El primer conductor de conexión eléctrico 27 presenta un primer enchufe 19 y un segundo enchufe 20. En este caso, el primer enchufe 19 es complementario al primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo enchufe 20 es complementario al segundo casquillo 11 de la celda derecha 1. El primer conductor de conexión eléctrico 27 está configurado para conectar eléctricamente entre sí el primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo casquillo 11 de la celda derecha 1. El segundo conductor de conexión eléctrico 28 está configurado para conectar eléctricamente entre sí el segundo conductor eléctrico de celda 9 en la envolvente exterior 4 de la celda izquierda 1 y el segundo conductor eléctrico de celda 9 en la envolvente exterior 4 de la celda derecha 1. El primer conductor de conexión eléctrico 27, incluido el primer enchufe 19 y el segundo enchufe 20 están configurados para el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de las celdas 1.
El conductor de conexión eléctrico 27, incluido el primer enchufe 19 y el segundo enchufe 20 están configurados para el flujo de un medio para controlar la temperatura de las celdas 1.
Por consiguiente, la celda izquierda 1 y la celda derecha 1 están conectadas eléctricamente en paralelo entre sí mediante el conector de celda 26 y también están dispuestas geométricamente en serie entre sí introduciendo el primer enchufe 19 del conector de celda 26 en el primer casquillo 10 de la celda izquierda 1 y el segundo enchufe 20 en el segundo casquillo 11 de la celda derecha 1.
El primer enchufe 19 contacta con el primer conductor de celda eléctrica 8 de la celda izquierda 1 a través del primer casquillo 10 y el segundo enchufe 20 contacta con el primer conductor de celda eléctrica 8 de la celda derecha 1 a través del segundo casquillo 11, con lo que el primer conductor de conexión eléctrico 27 conecta eléctricamente los primeros conductores eléctricos de celda 8 de las dos celdas 1. El segundo conductor de conexión eléctrico 28 contacta tanto con el segundo conductor eléctrico de celda 9 de la celda izquierda 1 como con el segundo conductor eléctrico de celda 9 de la celda derecha 1, en cada caso en la envolvente exterior 4. Por consiguiente, el conector de celda 26 está configurado no sólo para la interconexión eléctrica, sino también para la conexión mecánica de dos celdas 1. La conexión eléctrica en paralelo de las dos celdas 1 es en este caso independiente de la orientación de las dos celdas 1 entre sí.
El primer conductor de conexión eléctrico 27 es un cilindro hueco con un collar. El primer enchufe 19 y también el segundo enchufe 20 están configurados en el cilindro hueco. Además, el segundo conductor de conexión eléctrico 28 es un anillo. El aislador de conexión 29 está dispuesto directamente alrededor del cilindro hueco y directamente sobre el collar. El segundo conductor de conexión eléctrico 28 está dispuesto directamente alrededor del aislador de conexión 29.
El conector de celda 26 está configurado para el sellado entre la primera tapa 6 de la celda izquierda 1 y la segunda tapa 7 de la celda derecha 1. Para ello, el aislador de conexión 29 presenta un medio de sellado 24. En el caso de los medios de sellado 24 se trata de juntas de un material elástico. El aislador de conexión 29 presenta dos ranuras 25 para el alojamiento del medio de sellado 24.
Las Fig. 7a a 7b muestran una segunda ejemplo de realización de un conector de celda 26 para la conexión eléctrica en paralelo. En particular, la Fig. 7a muestra el conector de celda 26 en una vista en perspectiva, la Fig. 7b muestra los componentes del conector de celda 26 separados a lo largo de su eje longitudinal y la Fig. 7c muestra un corte longitudinal del conector de celda 26.
En lo que sigue se explican únicamente las diferencias entre el conector de celda según el segundo ejemplo de realización y el del primer ejemplo de realización.
A saber, en el cilindro hueco del primer conductor de conexión eléctrico 27, en el segundo conductor de conexión eléctrico anular 28 y en el aislador de conexión 29 están configuradas escotaduras 30 que se extienden radialmente, de modo que cuando un medio para controlar la temperatura de las celdas 1 fluye a través del conector de celda 26, una parte del medio también fluye a través de las escotaduras 30 que se extienden radialmente.
La Fig. 8a muestra un ejemplo de realización de un módulo de celda 31 en una vista en perspectiva y la Fig. 8b muestra un corte longitudinal del ejemplo de realización.
El módulo de celda 31 presenta dos celdas 1, un conector de celda 26, una carcasa 32 del módulo con un espacio interior 33 del módulo, un eje longitudinal 34 del módulo y un contorno de la sección transversal interna 35 del espacio interior 33 del módulo. El contorno interior de la sección transversal interna 35 presenta nervaduras longitudinales y está adaptado a las envolventes exteriores 4 de las dos celdas 1 de tal manera que las dos celdas 1 y el conector de celda 26 se pueden insertar en el espacio interior 33 del módulo a lo largo del eje longitudinal de módulo 34, las al menos dos celdas 1 están posicionadas radialmente al eje longitudinal de módulo 34 en el espacio interior 33 del módulo y un medio para controlar la temperatura de las celdas 1 se puede alojar entre, por un lado, las envolventes exteriores 4 de las dos celdas 1 y el conector de celda 26 y, por otro lado, el espacio interior 33 del módulo. Por ejemplo, un medio líquido puede fluir entre, por un lado, las envolventes exteriores 4 de las dos celdas 1 y el conector de celda y, por otro lado, el espacio interior 33 del módulo. El mismo medio también puede fluir a través de las envolventes interiores 4.
La Fig. 9a muestra un ejemplo de realización de un módulo de batería 36 en una vista en perspectiva y la Fig. 9b muestra un corte longitudinal del ejemplo de realización.
El módulo de batería 36 presenta una carcasa de batería 37 con dos módulos de celda 31 en su espacio interior, un primer terminal de batería 38 y un segundo terminal de batería 39. Los módulos de celda 31 están conectados eléctricamente en paralelo mediante los dos terminales de batería 38, 39. En este caso, el primer terminal de batería 38 es el polo positivo y el segundo terminal de batería 39 es el polo negativo. Por otra parte, un medio para controlar la temperatura de las celdas 1 en los módulos de celda 31 también puede fluir a través de los terminales de batería 38, 39. Se puede suministrar un medio a través del primer terminal de batería 38 y descargarlo a través del segundo terminal de batería 39.
Símbolos de referencia
1 celda
2 dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica
3 carcasa
4 envolvente exterior
5 envolvente interior
6 primera tapa
7 segunda tapa
8 primer conductor de celda
9 segundo conductor de celda
10 primer casquillo
11 segundo casquillo
12 primer polo de almacenamiento de energía
13 segundo polo de almacenamiento de energía
14 conector de celda para la conexión eléctrica en serie
15 conductor de conexión eléctrico
16 primero aislador de conexión
17 segundo aislador de conexión
18 elemento de conexión
19 primer enchufe
20 segundo enchufe
21 primer lado de collar
22 segundo lado de collar
23 medio de conexión
24 medio de sellado
25 ranura
26 conector de celda para la conexión eléctrica en paralelo
27 primer conductor de conexión eléctrica
28 segundo conductor de conexión eléctrica
29 aislador de conexión
30 escotadura
31 módulo de celda
32 carcasa del módulo
33 espacio interior del módulo
34 eje longitudinal del módulo
35 contorno de la sección transversal interna
36 módulo de batería
37 carcasa de la batería
38 primer terminal de batería
39 segundo terminal de batería

Claims (27)

REIVINDICACIONES
1. Conector de celda (26) para la conexión eléctrica en paralelo de una primera celda (1) y una segunda celda (1) entre sí,
en donde cada una de las celdas (1) presenta una carcasa (3) cilíndrica hueca, en donde la carcasa (3) presenta una envolvente exterior (4), una envolvente interior (5), una primera tapa (6) y una segunda tapa (7), en donde, por un lado, la envolvente interior (5) y la primera tapa (6) forman un primer conductor eléctrico de celda (8) y, por otro lado, la envolvente exterior (4) y la segunda tapa (7) forman un segundo conductor eléctrico de celda (9), y en donde la envolvente interior (5) presenta, por un lado, un primer casquillo (10) en la primera tapa (6) y, por otro lado, un segundo casquillo (11) en la segunda tapa (7),
caracterizado por que
el conector de celda (26) presenta un primer conductor de conexión eléctrico (27), un segundo conductor de conexión eléctrico (28) y un aislador de conexión (29),
por que el conector de celda (26) está configurado para estar dispuesto entre una de las tapas (6, 7) de la primera celda (1) y una de las tapas (7, 6) de la segunda celda (1),
por que, por un lado, el primer conductor de conexión eléctrico (27) y el aislador de conexión (29) y, por otro lado, el segundo conductor de conexión eléctrico (28) y el aislador de conexión (29) están conectados entre sí, de modo que el primer conductor de conexión eléctrico (27) y el segundo conductor de conexión eléctrico (28) están aislados eléctricamente entre sí.
por que el primer conductor de conexión eléctrico (27) presenta un primer enchufe (19) y un segundo enchufe (20). por que el primer enchufe (19) es complementario a uno de los casquillos (10, 11) de la primera celda (1) y el segundo enchufe (20) es complementario a uno de los casquillos (11, 10) de la segunda celda (1),
por que el primer conductor de conexión eléctrico (27) está configurado para conectar eléctricamente entre sí el casquillo (10, 11) de la primera celda (1) y el casquillo (11, 10) de la segunda celda (1).
por que el segundo conductor de conexión eléctrico (28) está configurado para conectar eléctricamente entre sí el segundo conductor eléctrico de celda (9) de la primera celda (1) y el segundo conductor eléctrico de celda (9) de la segunda celda (1) y
por que el primer conductor de conexión eléctrico (27), incluido el primer enchufe (19) y el segundo enchufe (20) están configurados para el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de las celdas (1).
2. Conector de celda (26) según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer conductor de conexión eléctrico (27), incluido el primer enchufe (19) y el segundo enchufe (20) está configurado para el flujo a través del mismo de un medio para controlar la temperatura de las celdas (1).
3. Conector de celda (26) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado
por que el primer conductor de conexión eléctrico (27) es un cilindro hueco con un collar, el primer enchufe (19) y el segundo enchufe (20) están configurados en el cilindro hueco y el aislador de conexión (29) está dispuesto directamente alrededor del cilindro hueco y directamente en el collar y
por que el segundo conductor de conexión eléctrico (28) es un anillo y está dispuesto directamente alrededor del aislador de conexión (29).
4. Conector de celda (26) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el primer conductor de conexión eléctrico (27) y/o el segundo conductor de conexión eléctrica (28) y/o el aislador de conexión (29) son de una pieza y están o bien está fabricados a partir de una sola pieza.
5. Conector de celda (26) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
por que el aislador de conexión (29) presenta medios de conexión para la conexión con el primer conductor de conexión eléctrico (27) y/o al segundo conductor de conexión eléctrico (28) y
por que el primer conductor de conexión eléctrico (27) y/o el segundo conductor de conexión eléctrico (28) están configurados para ser complementarios a los medios de conexión.
6. Conector de celda (26) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el aislador de conexión (29) es una pieza colada por inyección.
7. Conector de celda (14) para la conexión eléctrica en serie de una primera celda (1) y una segunda celda (1) entre sí,
en donde cada una de las celdas (1) presenta una carcasa (3) cilíndrica hueca, en donde la carcasa (3) presenta una envolvente exterior (4), una envolvente interior (5), una primera tapa (6) y una segunda tapa (7), en donde, por un lado, la envolvente interior (5) y la primera tapa (6) forman un primer conductor eléctrico de celda (8) y, por otro lado, la envolvente exterior (4) y la segunda tapa (7) forman un segundo conductor eléctrico de celda (9), y en donde la envolvente interior (5) presenta, por un lado, un primer casquillo (10) en la primera tapa (6) y, por otro lado, un segundo casquillo (11) en la segunda tapa (7),
caracterizado
por que el conector de celda (14) presenta un primer conductor de conexión eléctrico (15), un primer aislador de conexión (16), un segundo aislador de conexión (17) y un elemento de conexión (18)),
por que el conector de celda (14) está configurado para estar dispuesto entre una de las tapas (6, 7) de la primera celda (1) y una de las tapas (7, 6) de la segunda celda (1),
por que, por un lado, el conductor de conexión eléctrico (15) y el primer aislador de conexión (16) y, por otro lado, el elemento de conexión (18) y el primer aislador de conexión (16) están conectados entre sí, de modo que el conductor de conexión eléctrico (15) y el elemento de conexión (18) están aislados eléctricamente entre sí.
por que el conductor de conexión eléctrico (15) está conectado con el segundo aislador de conexión (17).
por que el conductor de conexión eléctrico (15) presenta un primer enchufe (19) y el elemento de conexión (18) presenta un segundo enchufe (20).
por que el primer enchufe (19) es complementario a uno de los casquillos (10, 11) de la primera celda (1) y el segundo enchufe (20) es complementario a uno de los casquillos (11, 10) de la segunda celda (1),
por que el segundo conductor de conexión eléctrico (15) está configurado para conectar eléctricamente entre sí el casquillo (10, 11) de la primera celda (1) y el segundo conductor eléctrico de celda (9) de la segunda celda (1) y
por que el conductor de conexión eléctrico (15), incluido el primer enchufe (19), el primer aislador de conexión (16) y el elemento de conexión (18), incluido el segundo enchufe (20) están configurados para el alojamiento de un medio para controlar la temperatura de las celdas (1).
8. Conector de celda (14) según la reivindicación 7, caracterizado por que el conductor de conexión eléctrico (15), incluido el primer enchufe (19), el primer aislador de conexión (16) y el elemento de conexión (18), incluido el segundo enchufe (20) están configurados para el flujo a través del mismo de un medio para controlar la temperatura de las celdas (1).
9. Conector de celda (14) según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que tanto el primer aislador de conexión (16) como el segundo aislador de conexión (17) son un anillo,
por que el conductor de conexión eléctrico (15) es un cilindro hueco con un collar en forma de copa, el collar presenta un primer lado de collar (21) y un segundo lado de collar (22), el primer enchufe (19) está configurado en el cilindro hueco, el primer lado de collar (21) está dispuesto directamente sobre el primer aislador de conexión (16) y el segundo lado de collar (22) está dispuesto directamente sobre el segundo aislador de conexión (17) y
por que el elemento de conexión (18) es un cilindro hueco con un collar, el segundo tapón (20) está configurado sobre el cilindro hueco y el collar está dispuesto directamente sobre el primer aislador de conexión (16).
10. Conector de celda (14) según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el conductor de conexión eléctrico (15) y/o el elemento de conexión (18) y/o el primer aislador de conexión (16) y/o el segundo aislador de conexión (17) son de una sola pieza y están o bien está fabricados a partir de una sola pieza.
11. Conector de celda (14) según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado
por que el primer aislador de conexión (16) presenta medios de conexión para la conexión con el elemento de conexión (18) y/o con el conductor de conexión eléctrico (15) y/o por que el segundo aislador de conexión (17) presenta medios de conexión para la conexión con el conductor de conexión eléctrica (15) y
por que el elemento de conexión (18) y/o el conductor de conexión eléctrica (15) están configurados para ser complementarios al medio de conexión.
12. Conector de celda (14) según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que el primer aislador de conexión (16) y/o el segundo aislador de conexión (17) son/es una pieza colada por inyección.
13. Conector de celda (14, 26) según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que el conector de celda (14, 26) está configurado para el sellado entre la tapa (6, 7) de la primera celda (1) y la tapa (7, 6) de la segunda celda (1),
14. Conector de celda (26) según la reivindicación 13 y una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el aislador de conexión (29) presenta medios de sellado (24) para el sellado.
15. Conector de celda (26) según la reivindicación 13 y una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que el primer aislador de conexión (16) y el segundo aislador de conexión (17) presentan medios de sellado (24) para el sellado.
16. Conector de celda (14, 26) según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que en el conector de celda (14, 26) hay escotaduras (30) que se extienden radialmente, de modo que cuando un medio para controlar la temperatura de las celdas (1) fluye a través del conector de celda (14, 26), una parte del medio fluye a través de las escotaduras (30) que se extienden radialmente.
17. Conector de celda (26) según una de las reivindicaciones 16 y 3, caracterizado por que las escotaduras (30) están configuradas en el cilindro hueco y en el anillo y en el collar y/o en el aislador de conexión (29).
18. Conector de celda (14) según una de las reivindicaciones 16 y 9, caracterizado por que las escotaduras (30) están configuradas en el cilindro hueco del conductor de conexión eléctrico (15) y en el collar y/o en el segundo aislador de conexión (17).
19. Conector de celda (14) según una de las reivindicaciones 16 y 9, caracterizado por que las escotaduras (30) están configuradas en el primer aislador de conexión (16) y/o en el collar del conductor de conexión eléctrico (15).
20. Módulo de celda (31) con al menos dos celdas (1) y al menos un conector de celda (14, 26),
en donde las al menos dos celdas (1) están interconectadas eléctricamente por el al menos un conector de celda (14, 26), caracterizado
por que el al menos un conector de celda (14, 26) está configurado según una de las reivindicaciones 1 a 19.
21. Módulo de celda (31) según la reivindicación 20, caracterizado
por que el módulo de celda (31) presenta una carcasa (32) del módulo con un espacio interior (33) del módulo, un eje longitudinal (34) del módulo y un contorno de la sección transversal interna (35) del espacio interior (33) del módulo y por que el contorno interior de la sección transversal interna (35) está adaptado a las envolventes exteriores (4) de las al menos dos celdas (1) de tal manera que las al menos dos celdas (1) y el al menos un conector de celda (14, 26) se pueden insertar en el espacio interior (33) del módulo, las al menos dos celdas (1) están posicionadas radialmente al eje longitudinal (34) del módulo en el espacio interior (33) del módulo y un medio para controlar la temperatura de las celdas (1) se puede alojar entre, por un lado, las envolventes exteriores (4) de las al menos dos celdas (1) y el al menos un conector de celda (14, 26) y, por otro lado, el espacio interior (33) del módulo.
22. Módulo de celda (31) según la reivindicación 21, caracterizado por que un medio para controlar la temperatura de las celdas (1) puede fluir a través de entre, por un lado, las envolventes exteriores (4) de las al menos dos celdas (1) y el al menos un conector de celda (14, 26) y, por otro lado, el espacio interior (33) del módulo.
23. Módulo de celda (31) según la reivindicación 21 o 22, caracterizado por que la carcasa (32) del módulo es eléctricamente conductora,
por que las al menos dos celdas (1) están conectadas eléctricamente paralelas por el al menos un conector de celda (26), por que las envolventes exteriores (4) de las al menos dos celdas (1) están conectadas eléctricamente entre sí a través del espacio interior (33) del módulo.
24. Módulo de celda (31) según la reivindicación 21 o 22, caracterizado
por que la carcasa (32) del módulo es eléctricamente aislante en el espacio interior (33) del módulo y
por que las al menos dos celdas (1) están conectadas eléctricamente en serie por el al menos un conector de celda (14).
25. Módulo de celda (31) según una de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado por que el contorno (35) de la sección transversal interior presenta nervaduras.
26. Módulo de celda (31) según una de las reivindicaciones 20 a 25, caracterizado por que en la carcasa (32) del módulo están configurados accesos para medir tensiones y/o temperaturas de las celdas (1).
27. Módulo de batería con al menos dos módulos de celdas (31),
caracterizado
por que al menos uno de los módulos de celdas (31) está configurado según una de las reivindicaciones 20 a 26.
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