ES3039261T3 - Battery module including multiple parallel battery cells - Google Patents

Battery module including multiple parallel battery cells

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ES3039261T3
ES3039261T3 ES21915434T ES21915434T ES3039261T3 ES 3039261 T3 ES3039261 T3 ES 3039261T3 ES 21915434 T ES21915434 T ES 21915434T ES 21915434 T ES21915434 T ES 21915434T ES 3039261 T3 ES3039261 T3 ES 3039261T3
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Han-Yong Jeong
Young-Su Son
Kun-Joo Yang
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Abstract

Un módulo de batería, según la presente invención, comprende: un primer grupo de celdas cilíndricas, dispuestas en dos o más filas; y un segundo grupo de celdas cilíndricas, dispuestas en dos o más filas en una primera dirección paralela al primer grupo de celdas cilíndricas. Una unidad de barra colectora comprende: una primera barra colectora de terminales, dispuesta sobre el primer grupo de celdas cilíndricas y conectada eléctricamente al electrodo positivo de cada una de las primeras celdas cilíndricas; una segunda barra colectora de terminales, dispuesta sobre el segundo grupo de celdas cilíndricas y conectada eléctricamente al electrodo negativo de cada una de las segundas celdas cilíndricas; y una barra colectora en espina de pescado, dispuesta sobre el primer y el segundo grupo de celdas cilíndricas, conectada eléctricamente al electrodo negativo y al electrodo positivo de cada una de las primeras celdas cilíndricas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería que incluye múltiples células de batería en paralelo
Sector de la técnica
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0185308 presentada el 28 de diciembre de 2020 en la República de Corea.
La presente divulgación se refiere a un módulo de batería y, más concretamente, a un módulo de batería que tiene una estructura de conexión eléctrica eficiente para múltiples células de batería en paralelo.
Antecedentes de la invención
Una batería secundaria se refiere a una batería que puede cargarse y descargarse, a diferencia de una batería primaria, que no puede cargarse, y la batería secundaria se utiliza como fuente de energía para sistemas de almacenamiento de energía (ESS), vehículos eléctricos (EV) o vehículos eléctricos híbridos (HEV), así como para pequeños dispositivos electrónicos de alta tecnología, como teléfonos móviles, PDA y ordenadores portátiles.
En la actualidad, una sola batería secundaria (célula) no puede obtener la potencia suficiente para propulsar un vehículo eléctrico. Para aplicar una batería secundaria como fuente de energía para un vehículo eléctrico, por ejemplo, se debe configurar un módulo de batería en el que se conecten en serie y/o en paralelo varias células de batería de iones de litio y, por lo general, se configura un paquete de baterías que incluye un BMS (sistema de gestión de baterías) para conectar los módulos de batería en serie y mantenerlos funcionalmente, un sistema de enfriamiento, una BDU (unidad de desconexión de batería) y cables de cableado eléctrico.
Por otra parte, dependiendo del tipo de carcasa de batería, las células de batería de iones de litio pueden clasificarse en una batería secundaria de tipo lata, en la que un conjunto de electrodo está incrustado en una lata metálica, y una batería secundaria de tipo bolsa, en la que un conjunto de electrodo está incrustado en una bolsa de una lámina laminada de aluminio. Además, la batería secundaria de tipo lata puede clasificarse a su vez en una batería cilíndrica y una batería rectangular según la forma de la lata metálica. El exterior de la batería rectangular o cilíndrica incluye una carcasa que tiene un extremo abierto, es decir, una lata de batería, y una tapa superior acoplada herméticamente al extremo abierto de la lata de batería.
Al constituir un módulo de batería utilizando las baterías cilíndricas, por ejemplo, como se muestra en la FIG. 1, las baterías 1 cilíndricas de un banco (paquete paralelo) se disponen una al lado de otra, y una barra 2 colectora de forma recta se dispone entre un banco y otro banco adyacente. Además, una tapa 1a superior (electrodo positivo) de cada batería 1 cilíndrica perteneciente a un banco está unida por cable (W) a la barra 2 colectora, y un extremo 1b superior (electrodo negativo) de una lata de batería de cada batería 1 cilíndrica perteneciente a otro banco está conectado a la barra 2 colectora, de modo que los dos bancos están conectados en serie.
Cuando el número de baterías 1 cilíndricas pertenecientes a un banco es pequeño, es posible el método de conexión anterior. Sin embargo, cuando el número de baterías 1 cilíndricas pertenecientes a un banco es muy grande, la longitud de un banco se vuelve demasiado larga, excediendo una dimensión predeterminada del módulo de batería, y por tanto es difícil disponer y conectar eléctricamente las células de batería cilíndricas.
Los documentos US 2020/067060 y US 2019/348661 divulgan un módulo de batería.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por tanto, la presente divulgación tiene por objeto proporcionar un módulo de batería que incluye múltiples células de batería en paralelo en el que, incluso si se incluye un gran número de células de batería cilíndricas en un banco, las células de batería cilíndricas pueden disponerse dentro de una dimensión predeterminada del módulo de batería y los bancos pueden conectarse en serie.
El objetivo técnico que pretende resolver la presente divulgación no se limita a lo anterior, y otros objetos no mencionados en el presente documento serán claramente comprendidos por los expertos en la materia a partir de la siguiente divulgación.
Solución técnica
En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un módulo de batería que incluye células de batería cilíndricas configuradas para estar erectas de manera que sus tapas superiores queden orientadas hacia arriba; y una unidad de barra colectora configurada para conectar las células de batería cilindricas en serie y en paralelo, en la que las células de batería cilíndricas incluyen: un primer grupo de células de banco en el que las primeras células de batería cilíndricas están dispuestas en dos o más filas; y un segundo grupo de células de banco en el que las segundas células de batería cilíndricas están dispuestas en dos o más filas en una primera dirección paralela al primer grupo de células de banco, en el que la unidad de barra colectora incluye: una primera barra colectora terminal dispuesta en el primer grupo de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo positivo de cada una de las primeras células de batería cilíndricas; una segunda barra colectora terminal dispuesta en el segundo grupo de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las segundas células de batería cilíndricas; y una barra colectora de tipo espina de pescado dispuesta en el primer grupo de células de banco y en el segundo grupo de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las primeras células de batería cilíndricas y a un electrodo positivo de cada una de las segundas células de batería cilíndricas.
La barra colectora de tipo espina de pescado puede incluir una parte de armazón configurada para extenderse en la primera dirección entre el primer grupo de células de banco y el segundo grupo de células de banco; una pluralidad de primeras partes ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y configuradas para extenderse en una dirección que se cruza con la primera dirección desde la parte de armazón; y una pluralidad de segundas partes ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y configuradas para extenderse en una dirección opuesta a la pluralidad de primeras partes ramificadas desde la parte de armazón. La primera barra colectora terminal puede incluir una pluralidad de terceras partes ramificadas configuradas para extenderse alternativamente con la pluralidad de primeras partes ramificadas entre las filas de las primeras células de batería cilíndricas, y la segunda barra colectora terminal puede incluir una pluralidad de cuartas partes ramificadas configuradas para extenderse alternativamente con la pluralidad de segundas partes ramificadas entre las filas de las segundas células de batería cilíndricas.
La tapa superior de cada una de las primeras células de batería cilíndricas puede estar unida por cable a la pluralidad de terceras partes ramificadas, un extremo superior de una lata de batería de cada una de las primeras células de batería cilíndricas puede estar unido por cable a la pluralidad de primeras partes ramificadas, la tapa superior de cada una de las segundas células de batería cilíndricas puede estar unida por cable a la pluralidad de segundas partes ramificadas, y un extremo superior de una lata de batería de cada una de las segundas células de batería cilíndricas puede estar unido por cable a la pluralidad de cuartas partes ramificadas.
El módulo de batería comprende además una carcasa de células que incluye un bastidor inferior que tiene orificios perforados que se perforan en una dirección superior e inferior, de modo que los extremos inferiores de las células de batería cilíndricas encajan en los mismos; y un bastidor superior acoplado a una parte superior del bastidor inferior y configurado para cubrir las células de batería cilíndricas.
El bastidor superior incluye una placa superior configurada para cubrir las partes superiores de las células de batería cilíndricas, y la placa superior incluye orificios de conexión de electrodo positivo formados perforando una región de la misma por debajo de la cual se encuentra la tapa superior de cada una de las células de batería cilíndricas; y orificios de conexión de electrodo negativo formados perforando una región de la misma por debajo de la cual se encuentra un borde superior de una lata de batería de cada una de las células de batería cilíndricas.
El bastidor superior puede incluir guías de montaje de barras colectoras formadas en una superficie de la placa superior para sobresalir hacia arriba, las guías de montaje de barras colectoras pueden estar dispuestas en dos o más filas en la primera dirección en las primeras células de batería cilíndricas y las segundas células de batería cilíndricas, y al menos una guía de montaje de barras colectoras puede estar prevista respectivamente en la misma fila que los orificios de conexión de electrodo positivo y los orificios de conexión de electrodo negativo.
Cada uno del bastidor inferior y del bastidor superior puede incluir un orificio para casquillo formado respectivamente a través de una región de esquina y una región central de los mismos en una dirección superior e inferior, y un casquillo interpuesto en el orificio para casquillo.
El módulo de batería puede comprender además una unidad de disipación de calor dispuesta debajo del bastidor inferior, y la unidad de disipación de calor puede incluir una placa de enfriamiento hecha de un material metálico y dispuesta debajo del bastidor inferior; una lámina aislante dispuesta en una superficie superior de la placa de enfriamiento; una lámina de unión interpuesta entre la lámina aislante y una superficie inferior de cada una de las células de batería cilíndricas; y un material térmicamente conductor dispuesto en una superficie inferior de la placa de enfriamiento.
En otro aspecto de la presente divulgación, también se proporciona una pila de módulos de batería, que comprende dos módulos de batería descritos anteriormente y un disipador térmico que tiene una trayectoria de flujo en la que fluye agua de enfriamiento, en la que los dos módulos de batería están dispuestos en capas para ser verticalmente simétricos con el disipador térmico interpuesto entre los mismos, y la unidad de disipación de calor del módulo de batería situado en un lado superior está dispuesta para entrar en contacto con una superficie superior del disipador térmico y la unidad de disipación de calor del módulo de batería situado en un lado inferior está dispuesta para entrar en contacto con una superficie inferior del disipador térmico.
En otro aspecto más de la presente divulgación, se proporciona también un paquete de baterías que comprende al menos un módulo de batería descrito anteriormente o al menos una pila de módulos de batería descrita anteriormente.
Efectos ventajosos
Según una realización de la presente divulgación, es posible proporcionar un módulo de batería que incluye múltiples células de batería cilíndricas paralelas, en el que un gran número de células de batería cilíndricas están dispuestas en dos o más filas de modo que las células de batería cilíndricas que pertenecen a un banco están dispuestas de manera eficiente dentro de una dimensión permitida del módulo de batería, y los bancos están conectados en serie utilizando una barra colectora de tipo espina de pescado.
El efecto de la presente divulgación no se limita a lo anterior, y otros efectos no mencionados en el presente documento serán claramente comprendidos por los expertos en la materia a partir de esta memoria descriptiva y los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación, por lo que la presente divulgación no se interpreta como limitada al dibujo.
La FIG. 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente una configuración de conexión eléctrica de células de batería cilíndricas de un módulo de batería convencional.
La FIG. 2 es una vista en perspectiva esquemática que muestra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 3 es una vista en despiece que muestra que una unidad de barra colectora está separada del módulo de batería de la FIG. 2.
La FIG. 4 es una vista en perspectiva en despiece que muestra el módulo de batería de la FIG. 2.
La FIG. 5 es un diagrama que muestra un estado de unión por cable del módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 6 es una vista parcialmente ampliada de la FIG. 5.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva en sección que muestra el módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 8 es una vista parcialmente ampliada de la FIG. 7.
La FIG. 9 es una vista parcialmente ampliada que muestra una unidad de disipación de calor de la FIG. 8.
La FIG. 10 es un diagrama que muestra una pila de módulos de batería según una realización de la presente divulgación.
Realización preferente de la invención
A continuación, se describirán las realizaciones de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debe entenderse que los términos utilizados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a los significados generales y de diccionario, sino interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación en base al principio de que el inventor puede definir los términos de forma adecuada para la mejor explicación.
La descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo con fines ilustrativos, sin intención de limitar el alcance de la divulgación, por lo que debe entenderse que pueden realizarse otras modificaciones y equivalentes sin alejarse del alcance de la divulgación. Además, dado que la realización de la presente divulgación se proporciona para explicar más detalladamente la presente divulgación a los expertos en la materia, la forma y el tamaño de los componentes de los dibujos pueden estar exagerados, omitidos o ilustrados esquemáticamente para una descripción más clara. Por consiguiente, el tamaño o la proporción de cada componente no refleja completamente el tamaño o la proporción reales.
La FIG. 2 es una vista en perspectiva esquemática que muestra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación, la FIG. 3 es una vista en despiece que muestra que una unidad de barra colectora está separada del módulo de batería de la FIG. 2, y la FIG. 4 es una vista en perspectiva en despiece que muestra el módulo de batería de la FIG. 2.
Con referencia a estos dibujos, un módulo 10 de batería según una realización de la presente divulgación incluye células 100A, 100B de batería de tipo lata, una unidad 200 de barra colectora, una carcasa 300 de célula y una unidad 400 de disipación de calor.
La célula de batería de tipo lata puede ser una célula 100A, 100B de batería cilíndrica. Las células 100A, 100B de batería cilíndricas pueden fabricarse colocando un electrolito y un conjunto de electrodo en una lata 102 de batería cilíndrica, disponiendo una tapa 101 superior en un extremo superior abierto de la lata 102 de batería y engarzando el extremo superior abierto de la lata 102 de batería para sellarlo.
El conjunto de electrodo de la célula 100A, 100B de batería cilíndrica tiene una estructura en la que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo están bobinadas en un tipo enrollado con un separador interpuesto entre las mismas. Además, una lengüeta de electrodo positivo está unida a la placa de electrodo positivo, y la lengüeta de electrodo positivo está conectada a la tapa 101 superior. Una lengüeta de electrodo negativo se fija a la placa de electrodo negativo, y la lengüeta de electrodo negativo se conecta al extremo inferior de la lata 102 de batería. Por tanto, en las células 100A, 100B de batería cilíndricas convencionales, la tapa 101 superior puede funcionar como terminal de electrodo positivo y la lata 102 de batería puede funcionar como terminal de electrodo negativo.
Aunque esta realización emplea las células 100A, 100B de batería cilíndricas como célula de batería de tipo lata, pueden sustituirse por células de batería rectangulares que tienen forma de paralelepípedo rectangular. A modo de referencia, la célula de batería rectangular puede configurarse de manera que la tapa 101 superior funcione como terminal de electrodo negativo y la lata 102 de batería funcione como terminal de electrodo positivo, a diferencia de la célula 100A y 100B de batería cilíndrica.
Las células 100A, 100B de batería cilíndricas pueden conectarse en serie y/o en paralelo según la salida y la capacidad requeridas para el módulo 10 de batería. Al expresar la configuración de la conexión eléctrica del módulo 10 de batería, el número de bancos conectados en serie y el número de células 100A, 100B de batería cilíndricas pertenecientes a cada banco se expresan como nS/mP (un número natural con n > 1, un número natural con m > 2). En este caso, el banco significa un conjunto de células 100A, 100B de batería cilíndricas conectadas en paralelo entre sí.
El módulo 10 de batería según esta realización tiene dos bancos, y el número de células 100A, 100B de batería cilíndricas incluidas en cada banco es de aproximadamente 60 a 70, y las células 100A, 100B de batería cilíndricas pertenecientes a un banco son relativamente grandes en comparación con el número de bancos conectados en serie.
Como en la FIG. 4, las células 100A, 100B de batería cilíndricas se clasifican en un primer grupo B1 de células de banco y un segundo grupo B2 de células de banco. El primer grupo B1 de células de banco incluye primeras células 100A de batería cilíndricas dispuestas en dos o más filas, y el segundo grupo B2 de células de banco incluye segundas células 100B de batería cilíndricas dispuestas en dos o más filas en una primera dirección (dirección del eje X) paralela al primer grupo B1 de células de banco.
En el primer grupo B1 de células de banco, las primeras células 100A de batería cilíndricas pueden estar dispuestas en 16 filas, y cada fila puede incluir de 3 a 5 primeras células 100A de batería cilíndricas. Por ejemplo, suponiendo que todas las primeras células 100A de batería cilíndricas pertenecientes al primer grupo B1 de células de banco están dispuestas en una fila, pueden exceder la dimensión requerida para el módulo 10 de batería. Sin embargo, si las primeras células 100A de batería cilíndricas están dispuestas como en esta realización, las células 100A, 100B de batería cilíndricas pertenecientes a un banco pueden estar dispuestas dentro de un rango de dimensiones del módulo 10 de batería.
El segundo grupo B2 de células de banco puede incluir segundas células 100B de batería cilíndricas en 16 filas, y se pueden incluir de 3 a 5 segundas células 100B de batería cilíndricas en cada fila. Las segundas células 100B de batería cilíndricas pueden estar dispuestas en la primera dirección (dirección del eje X) en paralelo a las primeras células 100A de batería cilíndricas, y sus filas pueden estar dispuestas adyacentes entre sí.
La unidad 200 de barra colectora es un componente fabricado, por ejemplo, con un metal como el cobre para conectar eléctricamente las células 100A, 100B de batería cilíndricas, e incluye una primera barra 210 colectora terminal, una segunda barra 220 colectora terminal y una barra 230 colectora de tipo espina de pescado.
La primera barra 210 colectora terminal puede estar dispuesta en el primer grupo B1 de células de banco y puede estar conectada eléctricamente a un electrodo positivo de cada una de las primeras células 100A de batería cilíndricas. La segunda barra 220 colectora terminal puede estar dispuesta en el segundo grupo B2 de células de banco y puede estar conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las segundas células 100B de batería cilíndricas. Además, la barra 230 colectora de tipo espina de pescado puede estar dispuesta en el primer grupo B1 de células de banco y en el segundo grupo B2 de células de banco y puede estar conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las primeras células 100A de batería cilíndricas y a un electrodo positivo de cada una de las segundas células 100B de batería cilíndricas. En este caso, el electrodo positivo de las células 100A, 100B de batería cilíndricas primeras y segundas se refiere a la tapa 101 superior, el electrodo negativo de las células 100A, 100B de batería cilíndricas primeras y segundas se refiere al borde superior de la lata 102 de batería, y se utiliza un cable W como medio de conexión eléctrica.
Concretamente, haciendo referencia a las FIGS. 4 a 5, se describirá la barra 230 colectora de tipo espina de pescado. La barra 230 colectora de tipo espina de pescado incluye una parte 231 de armazón que se extiende en la primera dirección (dirección del eje X) entre el primer grupo B1 de células de banco y el segundo grupo B2 de células de banco, una pluralidad de primeras partes 232 ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y que se extienden desde la parte 231 de armazón en una dirección (dirección del eje Y) que se cruza con la primera dirección, y una pluralidad de segundas partes 233 ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y que se extienden desde la parte 231 de armazón en una dirección (dirección del eje -Y) opuesta a la pluralidad de primeras partes 232 ramificadas.
La primera barra 210 colectora terminal incluye una primera parte 211 de vástago que se extiende en la primera dirección, una al lado de la otra, en una ubicación alejada de la parte 231 de armazón, y una pluralidad de terceras partes 212 ramificadas formadas como un solo cuerpo con la primera parte 211 de vástago y que se extienden alternativamente (en la dirección del eje -Y) con la pluralidad de primeras partes 232 ramificadas entre las filas de las primeras células 100A de batería cilíndricas.
Además, la segunda barra 220 colectora terminal incluye una segunda parte 221 de vástago que se extiende en la primera dirección, una al lado de otra, en una ubicación alejada de la parte 231 de armazón, y una pluralidad de cuartas partes 222 ramificadas formadas como un cuerpo con la segunda parte 221 de vástago y que se extienden alternativamente (en la dirección del eje Y) con la pluralidad de segundas partes 233 ramificadas entre las filas de las segundas células 100B de batería cilíndricas.
La tapa 101 superior de cada primera célula 100A de batería cilíndrica perteneciente al primer grupo B1 de células de banco está unida por cable (W) a la tercera parte 212 ramificada de la primera barra 210 colectora terminal, y las partes superiores de las latas 102 de batería de las primeras células 100A de batería cilíndricas están todas conectadas en paralelo mediante cable (W) a la primera parte 232 ramificada de la barra 230 colectora de tipo espina de pescado.
Además, el extremo superior de la lata 102 de batería de cada una de las segundas células 100B de batería cilíndricas pertenecientes al segundo grupo B2 de células de banco está unido por cable (W) a la cuarta parte 222 ramificada de la segunda barra 220 colectora terminal, y las tapas superiores de las segundas células 100B 101 de batería cilíndricas están todas conectadas en paralelo mediante una unión por cable (W) a la segunda parte 233 ramificada de la barra 230 colectora de tipo espina de pescado.
En este momento, los extremos superiores de las latas 102 de batería de todas las primeras células 100A de batería cilíndricas están conectados a la pluralidad de primeras partes 232 ramificadas de la barra 230 colectora de tipo espina de pescado, y dado que las tapas 101 superiores de todas las segundas células 100B de batería cilíndricas están conectadas a la pluralidad de segundas partes 233 ramificadas de la barra 230 colectora de tipo espina de pescado, por supuesto, el primer grupo B1 de células de banco y el segundo grupo B2 de células de banco están conectados en serie.
Según la configuración, incluso si un gran número de células 100A, 100B de batería cilíndricas se incluyen en un banco, las células 100A, 100B de batería cilíndricas pueden disponerse en dos o más filas dentro del rango de dimensiones requerido para el módulo 10 de batería, y las células 100A, 100B de batería cilíndricas pertenecientes al mismo banco pueden conectarse en paralelo, y diferentes bancos pueden conectarse en serie.
Con referencia a las FIGS. 7 y 8 junto con las FIGS. 3 a 4, la carcasa 300 de célula incluye un bastidor 310 inferior y un bastidor 320 superior como configuración para sujetar las células 100A, 100B de batería cilíndricas y proteger las células 100A, 100B de batería cilíndricas frente a impactos externos o similares.
El bastidor 310 inferior puede proporcionarse en forma de bloque paralelepipédico sustancialmente rectangular que tiene orificios 311 perforados que se perforan en las direcciones superior e inferior (dirección del eje ±Z). La superficie inferior del bastidor 310 inferior puede estar cubierta por la unidad 400 de disipación de calor, que se explicará más adelante. Los extremos inferiores de las células 100A, 100B de batería cilíndricas pueden insertarse en los orificios 311 perforados uno por uno, de modo que sus superficies inferiores entren en contacto con la unidad 400 de disipación de calor. La capa más superior de la unidad 400 de disipación de calor en contacto con las superficies inferiores de las células 100A, 100B de batería cilíndricas está hecha de una lámina 410 de unión o un adhesivo.
Las superficies inferiores de las células 100A, 100B de batería cilíndricas insertadas en los orificios 311 perforados del bastidor 310 inferior se adhieren a la lámina 410 de unión, y sus extremos inferiores se interponen y se fijan en los orificios 311 perforados. Por tanto, si se utiliza el bastidor inferior, puede aumentarse la fiabilidad de la conexión eléctrica al sujetar las células de batería cilíndricas y, como se explicará más adelante en detalle, las superficies inferiores de las células de batería cilíndricas pueden enfriarse fácilmente.
El bastidor 320 superior cubre las células 100A, 100B de batería cilíndricas y se proporciona para acoplarse a la parte superior del bastidor 310 inferior.
Puede proporcionarse un pasador 327 de inserción que sobresale hacia abajo en un borde inferior del bastidor 320 superior, y puede proporcionarse un orificio 317 de inserción en el que puede insertarse el pasador 327 de inserción en un borde superior del bastidor 310 inferior. Además, el bastidor 310 inferior y el bastidor 320 superior incluyen un orificio 302 de casquillo formado respectivamente a través de una región de esquina y una región central de los mismos en la dirección superior e inferior, y un casquillo interpuesto en el orificio 302 de casquillo. Aunque no se muestra en el dibujo, el bastidor 310 inferior y el bastidor 320 superior pueden acoplarse de forma sólida y fija insertando un perno largo (no mostrado) en el casquillo.
El bastidor 320 superior incluye una placa 321 superior para cubrir las partes superiores de las células 100A, 100B de batería cilíndricas, y partes de placa lateral para cubrir las partes laterales de las células 100A, 100B de batería cilíndricas, y espacios de alojamiento de células formados para rodear respectivamente las partes superiores de la célula 100A, 100B de batería cilíndrica están formados en el lado interior del bastidor 310 inferior. Los espacios de alojamiento de células se corresponden con los orificios 311 perforados del bastidor 310 inferior en una relación uno a uno.
La unidad 200 de barra colectora puede montarse de forma fija en la superficie superior de la placa 321 superior. Por ejemplo, la primera parte 211 de vástago de la primera barra 210 colectora terminal puede fijarse a un borde de la placa 321 superior mediante un perno 328 de fijación, y la segunda parte 221 de vástago de la segunda barra 220 colectora terminal puede fijarse al otro borde de la placa 321 superior mediante un perno 328 de fijación. La placa 321 superior puede tener una tuerca N de inserción en cada lugar donde se fija el perno 328 para evitar daños cuando se fijan la primera barra 210 colectora terminal y la segunda barra 220 colectora terminal mediante la fijación del perno 328. La barra 230 colectora de tipo espina de pescado puede fijarse al centro de la placa 321 superior utilizando un adhesivo.
La placa 321 superior incluye orificios 323 de conexión de electrodo positivo formados perforando una región de la misma debajo de la cual se encuentra la tapa 101 superior de cada una de las células 100A, 100B de batería cilíndricas, y orificios 324 de conexión de electrodo negativo formados perforando una región por debajo de la cual se encuentra un borde superior de la lata 102 de batería de cada una de las células 100A, 100B de batería cilíndricas. Los orificios 323 de conexión de electrodo positivo y los orificios 324 de conexión de electrodo negativo pueden comunicarse con los espacios de alojamiento de células. A través de los orificios 323 de conexión de electrodo positivo y los orificios 324 de conexión de electrodo negativo, la tapa 101 superior de cada una de las células 100A, 100B de batería cilíndricas y el extremo superior de la lata 102 de batería quedan expuestos en la placa 321 superior y se unen con cable (W) a la unidad 200 de barra colectora como se ha descrito anteriormente. Cada uno de los orificios 323 de conexión de electrodo positivo tiene la forma de un orificio rectangular que tiene un tamaño inferior al de la tapa 101 superior, de modo que solo la tapa 101 superior quede expuesta en la placa superior, y cada uno de los orificios 324 de conexión de electrodo negativo puede formarse en forma de un orificio que refleja la curvatura del extremo superior de la lata 102 de batería, de modo que solo una línea parcial del borde superior de la lata 102 de batería quede expuesta en la placa superior.
Al formar los orificios 323 de conexión de electrodo positivo y los orificios 324 de conexión de electrodo negativo de esta manera, es posible distinguir claramente la parte de electrodo positivo y la parte de electrodo negativo de cada célula 100A, 100B de batería cilíndrica y reducir el riesgo de cortocircuitos inesperados durante la unión con cable (W).
El bastidor 320 superior puede incluir además guías 325 de montaje de barras colectoras formadas para sobresalir hacia arriba desde la superficie de la placa 321 superior.
Las guías 325 de montaje de barras colectoras pueden tener forma cúbica o forma cilíndrica rectangular, pueden estar dispuestas en dos o más filas en la primera dirección en las primeras células 100A de batería cilíndricas y la segunda célula 100B de batería cilíndrica. Puede proporcionarse al menos una guía 325 de montaje de barras colectoras en la misma fila que los orificios 323 de conexión de electrodo positivo y los orificios 324 de conexión de electrodo negativo.
La guía 325 de montaje de barras colectoras puede servir como referencia para guiar las posiciones de montaje de la primera barra 210 colectora terminal, la segunda barra 220 colectora terminal y la barra 230 colectora de tipo espina de pescado cuando la unidad 200 de barra colectora se monta en la placa superior. Además, cuando se aplica un impacto o una vibración externos, la guía 325 de montaje de barras colectoras puede permitir que el intervalo entre la primera barra 210 colectora terminal y la barra 230 colectora de tipo espina de pescado o entre la segunda barra 220 colectora terminal y la barra 230 colectora de tipo espina de pescado no se reduzca más allá de un intervalo determinado, evitando así que entren en contacto entre sí.
La unidad 400 de disipación de calor puede estar dispuesta debajo del bastidor 310 inferior como un medio para reducir la temperatura disipando el calor de las células 100A, 100B de batería cilíndricas hacia el exterior.
Como se muestra en la FIG. 9, la unidad 400 de disipación de calor puede incluir una lámina 410 de unión, una lámina 420 aislante, una placa 430 de enfriamiento y un material 440 térmicamente conductor.
La lámina 410 de unión tiene preferiblemente adhesividad y conductividad térmica. La lámina 410 de unión se interpone debajo del bastidor 310 inferior para entrar en contacto con las superficies inferiores de las latas 102 de batería de todas las células 100A, 100B de batería cilíndricas. La lámina 410 de unión puede sustituirse por un adhesivo curable de tipo no laminado.
La lámina 420 aislante puede estar hecha de un material de silicio o grafito con propiedades de aislamiento eléctrico y disipación del calor. La lámina 420 aislante se aplica para asegurar el aislamiento y la conductividad térmica entre las células 100A, 100B de batería cilíndricas y la placa 430 de enfriamiento.
La placa 430 de enfriamiento es un cuerpo en forma de placa con rigidez mecánica y conductividad térmica, soporta las células 100A, 100B de batería cilíndricas en la parte inferior del bastidor 310 inferior y desempeña la función de disipar al exterior el calor generado por las células 100A, 100B de batería cilíndricas. Por ejemplo, la placa 430 de enfriamiento puede estar fabricada de aluminio o de una aleación de aluminio.
El material 440 térmicamente conductor se interpone en la superficie inferior de la placa 430 de enfriamiento. El material 440 térmicamente conductor desempeña la función de conducir eficazmente el calor rellenando un espacio formado debido a la diferencia en la rugosidad de la superficie cuando un objeto entra en contacto con otro objeto, y favorece el intercambio de calor entre un disipador 500 térmico, que se explicará más adelante, y la placa 430 de enfriamiento. Por ejemplo, puede emplearse grasa térmica como material 440 térmicamente conductor.
La FIG. 10 es un diagrama que muestra una pila de módulos de batería según una realización de la presente divulgación.
A continuación, con referencia a la FIG. 10, se describirá brevemente la pila de módulos de batería según una realización de la presente divulgación.
La pila de módulos de batería incluye dos módulos 10A, 10B de batería como se ha descrito anteriormente y un disipador 500 térmico. El disipador 500 térmico puede proporcionarse en forma de placa con una trayectoria de flujo a través de la cual puede fluir agua de enfriamiento y un agujero 501 de suministro/descarga de agua de enfriamiento conectado a la trayectoria de flujo.
Como se muestra en la figura, los dos módulos 10A, 10B de batería están dispuestos en capas para ser verticalmente simétricos con el disipador 500 térmico interpuesto entre los mismos, la unidad 400 de disipación de calor del módulo 10A de batería situada en un lado superior puede estar configurada para entrar en contacto con la superficie superior del disipador 500 térmico, y la unidad 400 de disipación de calor del módulo 10B de batería situada en un lado inferior puede estar configurada para entrar en contacto con la superficie inferior del disipador 500 térmico. Aunque no se muestra, pueden montarse soportes en forma de placa (no mostrados) en ambas superficies laterales de los dos módulos 10A, 10B de batería y el disipador 500 térmico, respectivamente, para fijar de manera solidaria los dos módulos 10A, 10B de batería y el disipador 500 térmico.
Por otra parte, un paquete de baterías según la presente divulgación puede incluir al menos un módulo 10 de batería de la presente divulgación. Además del módulo 10 de batería, el paquete de baterías según la presente divulgación puede incluir además una carcasa de paquete para alojar el módulo 10 de batería y diversos dispositivos para controlar la carga y descarga del módulo 10 de batería, tales como un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor de corriente, un fusible o similares.
El módulo de batería según la presente divulgación puede aplicarse a un vehículo, como un vehículo eléctrico o un vehículo eléctrico híbrido, o a un sistema de almacenamiento de energía (ESS).
Se ha descrito detalladamente la presente divulgación. Sin embargo, debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican las realizaciones preferidas de la divulgación, se proporcionan solo a modo ilustrativo, ya que los expertos en la materia podrán apreciar a partir de esta descripción detallada diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la divulgación.
Por otra parte, cuando se utilizan en la memoria descriptiva los términos que indican las direcciones arriba, abajo, izquierda, derecha, delantera y trasera, es obvio para los expertos en la materia que estos términos son meramente para facilitar la explicación y pueden variar en función de la ubicación del observador o del objeto a observar.
Signos de referencia
10: módulo de batería 100A, 100B: célula de batería cilíndrica
101: tapa superior 102 lata de batería
200: unidad de barra colectora 210 primera barra colectora terminal
211: primera parte de vástago 212 tercera parte ramificada
220: segunda barra colectora terminal 221 segunda parte de vástago
222: cuarta parte ramificada 230 barra colectora de tipo espina de pescado
231: parte de armazón 232 primera parte ramificada
233: segunda parte ramificada 300 carcasa de célula
310: bastidor inferior 311 orificio perforado
320: bastidor superior 321 placa superior
323: orificio de conexión de electrodo positivo 324 orificio de conexión de electrodo negativo
325: guía de montaje de barras colectoras 327 pasador de inserción
400: unidad de disipación del calor 410 lámina de unión
420: lámina aislante 430 placa de enfriamiento
440: material térmicamente conductor 500 disipador térmico

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Módulo (10) de batería que incluye células (100A, 100B) de batería cilindricas configuradas para erigirse de modo que sus tapas (101) superiores queden orientadas hacia arriba; y una unidad (200) de barra colectora configurada para conectar las células (100A, 100B) de batería cilíndricas en serie y en paralelo,
en el que las células (100A, 100B) de batería cilíndricas incluyen:
un primer grupo (B1) de células de banco en el que las primeras células (100A) de batería cilíndricas están dispuestas en dos o más filas; y
un segundo grupo (B2) de células de banco en el que las segundas células (100B) de batería cilíndricas están dispuestas en dos o más filas en una primera dirección paralela al primer grupo (B1) de células de banco, en el que la unidad (200) de barra colectora incluye:
una primera barra (210) colectora terminal dispuesta en el primer grupo (B1) de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo positivo de cada una de las primeras células (100A) de batería cilíndricas;
una segunda barra (220) colectora terminal dispuesta en el segundo grupo (B2) de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las segundas células (100B) de batería cilíndricas; y una barra (230) colectora de tipo espina de pescado dispuesta en el primer grupo (B1) de células de banco y en el segundo grupo (B2) de células de banco y conectada eléctricamente a un electrodo negativo de cada una de las primeras células (100A) de batería cilíndricas y a un electrodo positivo de cada una de las segundas células (100B) de batería cilíndricas,
caracterizado porque
comprende además una carcasa (300) de célula que incluye
un bastidor (310) inferior que tiene orificios (311) perforados que se perforan en una dirección superior e inferior, de modo que los extremos inferiores de las células (100A, 100B) de batería cilíndricas encajan en los mismos; y un bastidor (320) superior acoplado a una parte superior del bastidor (310) inferior y configurado para cubrir las células de batería cilíndricas, y
en el que el bastidor (320) superior incluye una placa (321) superior configurada para cubrir las partes superiores de las células de batería cilíndricas, y
en el que la placa (321) superior incluye:
orificios (323) de conexión de electrodo positivo formados perforando una región de la misma por debajo de la cual se encuentra la tapa (101) superior de cada una de las células de batería cilíndricas; y
orificios (324) de conexión de electrodo negativo formados perforando una región de la misma por debajo de la cual se encuentra un borde superior de una lata (102) de batería de cada una de las células de batería cilíndricas.
2. El módulo (10) de batería según la reivindicación 1,
en el que la barra (230) colectora de tipo espina de pescado incluye:
una parte (231) de armazón configurada para extenderse en la primera dirección entre el primer grupo (B1) de células de banco y el segundo grupo (B2) de células de banco;
una pluralidad de primeras partes (232) ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y configuradas para extenderse en una dirección que se cruza con la primera dirección desde la parte (231) de armazón; y
una pluralidad de segundas partes (233) ramificadas separadas una con respecto a otra por una distancia predeterminada y configuradas para extenderse en una dirección opuesta a la pluralidad de primeras partes (232) ramificadas desde la parte (231) de armazón.
3. El módulo (10) de batería según la reivindicación 2,
en el que la primera barra (210) colectora terminal incluye una pluralidad de terceras partes (212) ramificadas configuradas para extenderse alternativamente con la pluralidad de primeras partes (232) ramificadas entre las filas de las primeras células (100A) de batería cilíndricas, y
la segunda barra (220) colectora terminal incluye una pluralidad de cuartas partes (222) ramificadas configuradas para extenderse alternativamente con la pluralidad de segundas partes (233) ramificadas entre las filas de las segundas células (100B) de batería cilíndricas.
4. El módulo (10) de batería según la reivindicación 3,
en el que la tapa (101) superior de cada una de las primeras células (100A) de batería cilíndricas está unida por cable a la pluralidad de terceras partes (212) ramificadas, y un extremo superior de una lata (102) de batería de cada una de las primeras células (100A) de batería cilíndricas está unido por cable a la pluralidad de primeras partes (232) ramificadas, y
la tapa (101) superior de cada una de las segundas células (100B) de batería cilíndricas está unida por cable a la pluralidad de segundas partes (233) ramificadas, y un extremo superior de una lata (102) de batería de cada una de las segundas células (100B) de batería cilíndricas está unido por cable a la pluralidad de cuartas partes ramificadas.
5. El módulo (10) de batería según la reivindicación 1,
en el que el bastidor (320) superior incluye guías (325) de montaje de barras colectoras formadas en una superficie de la placa (321) superior para sobresalir hacia arriba,
las guías (325) de montaje de barras colectoras están dispuestas en dos o más filas en la primera dirección en las primeras células (100A) de batería cilíndricas y las segundas células (100B) de batería cilíndricas, y
al menos una guía (325) de montaje de barras colectoras se proporciona respectivamente en la misma fila que los orificios (323) de conexión de electrodo positivo y los orificios (324) de conexión de electrodo negativo.
6. El módulo (10) de batería según la reivindicación 1,
en el que cada del bastidor (310) inferior y el bastidor (320) superior incluye un orificio de casquillo formado respectivamente a través de una región de esquina y una región central de los mismos en una dirección superior e inferior, y un casquillo interpuesto en el orificio de casquillo.
7. El módulo (10) de batería según la reivindicación 1, que comprende además:
una unidad (400) de disipación de calor dispuesta debajo del bastidor (310) inferior,
en el que la unidad (400) de disipación de calor incluye:
una placa (430) de enfriamiento hecha de un material metálico y dispuesta debajo del bastidor (310) inferior; una lámina (420) aislante dispuesta en una superficie superior de la placa (430) de enfriamiento;
una lámina (410) de unión interpuesta entre la lámina (420) aislante y una superficie inferior de cada una de las células de batería cilíndricas; y
un material (440) térmicamente conductor dispuesto en una superficie inferior de la placa (430) de enfriamiento.
8. Una pila de módulos de batería, que comprende dos módulos (10) de batería según la reivindicación 7 y un disipador (500) térmico que tiene una trayectoria de flujo por la que fluye agua de enfriamiento,
en la que los dos módulos (10) de batería están dispuestos en capas para ser verticalmente simétricos con el disipador (500) térmico interpuesto entre los mismos, y la unidad (400) de disipación de calor del módulo (10) de batería situada en un lado superior está dispuesta para entrar en contacto con una superficie superior del disipador (500) térmico y la unidad (400) de disipación de calor del módulo (10) de batería situada en un lado inferior está dispuesta para entrar en contacto con una superficie inferior del disipador (500) térmico.
9. Un paquete de baterías que comprende al menos un módulo (10) de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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