ES3040908T3 - Battery module, and battery pack and vehicle comprising same - Google Patents

Battery module, and battery pack and vehicle comprising same

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ES3040908T3 ES21886870T ES21886870T ES3040908T3 ES 3040908 T3 ES3040908 T3 ES 3040908T3 ES 21886870 T ES21886870 T ES 21886870T ES 21886870 T ES21886870 T ES 21886870T ES 3040908 T3 ES3040908 T3 ES 3040908T3
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Abstract

Un módulo de batería según una realización de la presente invención comprende: tres pilas de celdas que incluyen una pluralidad de celdas de batería; una bandeja de celdas que incluye una placa base sobre la cual se cargan las tres pilas de celdas y tres placas divisorias que se disponen de forma vertical sobre la placa base y que dividen un espacio de manera que las tres pilas de celdas puedan disponerse en espacios separados entre sí; una carcasa del módulo, que aloja las tres pilas de celdas y la bandeja de celdas, y que tiene forma de columna hexagonal; y un conjunto de marco de barra colectora, que cubre una abertura formada en la parte superior de la carcasa del módulo y que conecta eléctricamente la pluralidad de celdas de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería, paquete de baterías y vehículo que comprende los mismos
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a un módulo de batería, un paquete de baterías que lo incluye y un vehículo que incluye el módulo de batería, y más concretamente a un módulo de batería con un excelente aprovechamiento del espacio, una excelente rigidez estructural y un excelente rendimiento de enfriamiento, un paquete de baterías que lo incluye y un vehículo que incluye el módulo de batería.
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0141255 presentada el 28 de octubre de 2020 en la República de Corea.
Antecedentes de la invención
Convencionalmente, dado que la forma y el tamaño del espacio en el que se instala un paquete de baterías son muy diversos según las especificaciones de un vehículo OEM, la forma y el tamaño del paquete de baterías tenían que limitarse según las especificaciones del vehículo OEM a comercializar.
Recientemente, con la llegada de una plataforma dedicada a los vehículos eléctricos, existe una tendencia a utilizar libremente entre el 70 % y el 90 % de la superficie de la parte inferior del vehículo como espacio para instalar un paquete de baterías. Sin embargo, incluso con esta tendencia, dado que el uso del espacio es inevitablemente limitado en una parte específica del vehículo, como cerca de un alojamiento de rueda, se genera una cantidad relativamente grande de espacio muerto, lo que conduce a una pérdida de densidad energética.
Por consiguiente, con el fin de mejorar la densidad energética, que es uno de los factores más importantes en un paquete de baterías para un vehículo eléctrico, es necesario desarrollar una estructura de módulo de batería capaz de minimizar la aparición de dicho espacio muerto. Además, en el caso de buscar la excelencia en términos de densidad energética, es necesario desarrollar una estructura de módulo de batería capaz de evitar la disminución de la eficiencia de enfriamiento y la disminución de la rigidez estructural que pueden producirse a cambio.
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 capaz de minimizar la aparición de un espacio muerto cuando se instala en un vehículo, permitiendo que la forma de un paquete de baterías se modifique libremente según sea necesario al configurar el paquete de baterías.
Al mismo tiempo, la presente divulgación también tiene por objeto proporcionar un módulo de batería que presente una excelente estructura de enfriamiento y una excelente rigidez estructural con el fin de resolver adecuadamente la gran cantidad de calor debido a la alta densidad energética.
Sin embargo, los problemas técnicos que debe resolver la presente divulgación no se limitan a los problemas anteriores, y los expertos en la técnica comprenderán claramente otros problemas no mencionados a partir de la descripción de la invención que se describe a continuación.
Solución técnica
En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un módulo de batería que incluye: tres pilas de células, cada una de las cuales incluye una pluralidad de células de batería; una bandeja de células que incluye una placa base sobre la que se asientan las tres pilas de células, y tres placas divididas dispuestas en posición vertical sobre la placa base y configuradas para dividir un espacio de manera que las tres pilas de células estén dispuestas en espacios separados una con respecto a otra; un alojamiento de módulo configurado para alojar las tres pilas de células y la bandeja de células, y que tiene una forma de pilar hexagonal; y un conjunto de bastidor de barra colectora configurado para cubrir una abertura formada en una parte superior del alojamiento de módulo y conectar eléctricamente la pluralidad de células de batería, en el que la bandeja de células comprende además un soporte de pasador que se extiende hacia arriba desde una parte central de la placa base, en el que un pasador de montaje está configurado para penetrar secuencialmente en una parte central de cada uno de los conjuntos de bastidor de barra colectora y el soporte de pasador desde una parte superior; y en el que el pasador de montaje tiene una trayectoria de flujo formada al penetrar en una parte central del mismo para permitir que un fluido de enfriamiento pase a su través.
La forma plana de la placa base puede ser un hexágono.
Cada una de las tres placas divididas puede extenderse desde una parte central de la placa base hasta un borde, de modo que las superficies de asiento para las tres pilas de células tengan la misma área.
El alojamiento de módulo puede incluir un soporte de bandeja configurado para sostener una región de borde de la placa base.
La placa base puede quedar expuesta a través de una abertura formada en una parte inferior del alojamiento de módulo.
Cada una de las tres placas divididas puede estar configurada para penetrar en la placa base y quedar expuesta a través de la abertura formada en la parte inferior del alojamiento de módulo.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un paquete de baterías y un vehículo que incluye el módulo de batería según una realización de la presente divulgación como se ha descrito anteriormente.
Efectos ventajosos
Según un aspecto de la presente divulgación, al configurar el paquete de baterías, es posible minimizar la aparición de espacio muerto cuando se instala en el vehículo, permitiendo que la forma del paquete de baterías se modifique libremente según sea necesario.
Según otro aspecto de la presente divulgación, es posible mejorar el rendimiento de enfriamiento y la rigidez estructural del paquete de baterías.
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 y, por tanto, la presente divulgación no se interpreta como limitada al dibujo.
La FIG. 1 es una vista que ilustra una parte inferior de un vehículo según la presente divulgación.
La FIG. 2 es una vista que ilustra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva en despiece del módulo de batería mostrado en la FIG. 2.
La FIG. 4 es una vista que ilustra un submódulo de la presente divulgación.
La FIG. 5 es una vista que ilustra una bandeja de células de la presente divulgación.
La FIG. 6 es una vista que ilustra un conjunto de bastidor de barra colectora según la presente divulgación.
La FIG. 7 es una vista que ilustra un módulo de batería según la presente divulgación acoplado a una bandeja de paquete.
Realizacion preferente de la invención
A continuación, se describirán detalladamente las realizaciones preferidas 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 del diccionario, sino que deben interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación, sobre la base del principio de que el inventor puede definir los términos de manera adecuada para la mejor explicación.
Por tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible solo con fines ilustrativos.
Con referencia a la FIG. 1, un vehículo 1 según una realización de la presente divulgación incluye un paquete 10 de baterías según una realización de la presente divulgación. El paquete 10 de baterías según una realización de la presente divulgación incluye una pluralidad de módulos 100 de batería según una realización de la presente divulgación y una bandeja 200 de paquete sobre la que se montan la pluralidad de módulos 100 de batería.
Como se muestra en la FIG. 1, la forma plana del módulo 100 de batería según una realización de la presente divulgación es un hexágono. La forma plana del módulo 100 de batería puede ser aproximadamente un hexágono regular. La forma del módulo 100 de batería puede mejorar considerablemente la densidad energética al minimizar el espacio muerto que se genera entre los módulos 100 de batería adyacentes al disponer la pluralidad de módulos 100 de batería. Además, el módulo 100 de batería tiene una estructura de montaje formada en una parte central del mismo. Es decir, el módulo 100 de batería incluye un pasador 150 de montaje que penetra en la parte central en la dirección de altura del módulo 100 de batería, como se describirá a continuación. Gracias a esta estructura, cuando se fija la pluralidad de módulos 100 de batería a la bandeja 200 de paquete, es posible evitar una reducción de la densidad energética debido al espacio ocupado por la estructura para la fijación.
A continuación, haciendo referencia a las FIGS. 2 a 7, el módulo 100 de batería según una realización de la presente divulgación incluye tres pilas 110A, 110B y 110C de células, una bandeja 120 de células, un alojamiento 130 de módulo y un conjunto 140 de bastidor de barra colectora. El módulo 100 de batería incluye un pasador 150 de montaje y puede incluir una cubierta 160 de módulo además de los componentes descritos anteriormente.
Cada una de las pilas 110A, 110B y 110C de células incluye una pluralidad de células 111 de batería. Como célula 111 de batería, puede utilizarse una célula de batería de tipo bolsa. La célula 111 de batería incluye un par de cables 111a de electrodo retirados en la misma dirección. La célula 111 de batería está dispuesta en posición vertical, de modo que los cables 111a de electrodo quedan orientados hacia arriba en el alojamiento 130 de módulo.
La bandeja 120 de células incluye una placa 121 base y tres placas 122a, 122b y 122c divididas. La bandeja 120 de células incluye un soporte 123 de pasador además de los componentes descritos anteriormente.
Las tres pilas 110A, 110B y 110C de células están montadas en la placa 121 base. La forma plana de la placa 121 base es un hexágono. La forma plana de la placa 121 base puede ser preferiblemente un hexágono aproximadamente regular. Las tres placas 122a, 122b y 122c divididas están dispuestas en posición sustancialmente vertical sobre la placa 121 base. Las placas 122a, 122b y 122c divididas dividen los espacios de alojamiento de las pilas 110A, 110B y 110C de células junto con la placa 121 base en el alojamiento 130 de módulo, de modo que las tres pilas 110A, 110B y 110C de células puedan disponerse en espacios separados uno con respecto a otro.
Cada una de las tres placas 122a, 122b y 122c divididas se extiende desde la parte central de la placa 121 base hasta el borde para dividir una superficie de asiento de la placa 121 base, de modo que las superficies de asiento para las tres pilas 110A, 110B y 110C de células tengan aproximadamente la misma área entre sí. Las tres superficies de asiento divididas forman un paralelogramo aproximado.
Como se muestra en las FIGS. 4 y 5, la primera pila 110A de células está dispuesta en un espacio dividido por la primera placa 122a dividida y la segunda placa 122b dividida. La segunda pila 110B de células está dispuesta en un espacio dividido por la segunda placa 122b dividida y la tercera placa 122c dividida. La tercera pila 110C de células está dispuesta en un espacio dividido por la tercera placa 122c dividida y la primera placa 122a dividida.
El soporte 123 de pasador tiene una forma que se extiende hacia arriba en una dirección aproximadamente vertical desde la parte central de la placa 121 base e incluye un orificio H pasante formado al penetrar en una parte central de la misma en una dirección de extensión. Un pasador 150 de montaje que se describirá más adelante se inserta en el orificio H pasante del soporte 123 de pasador.
Cuando la bandeja 120 de células incluye el soporte 123 de pasador, cada una de las tres placas 122a, 122b y 122c divididas se extiende desde el soporte 123 de pasador hacia una región del borde de la placa 121 base.
La bandeja 120 de células que presenta la configuración descrita anteriormente puede estar fabricada con un material metálico para garantizar la rigidez estructural y funcionar como aleta de enfriamiento. Por tanto, cuando la bandeja 120 de células está fabricada con un material metálico, con el fin de garantizar el aislamiento entre la célula 111 de batería y la bandeja 120 de células y aumentar la conductividad térmica, puede rellenarse con resina térmica una interfaz de contacto de las pilas 110A, 110B y 110C de células y la placa 121 base y/o una interfaz de contacto entre las pilas 110A, 110B y 110C de células y las placas 122a, 122b y 122c divididas. La resina térmica no solo puede mejorar el aislamiento, sino también mejorar la conductividad térmica entre las pilas 110A, 110B y 110C de células y la bandeja 120 de células. Además, debido al relleno de la resina térmica, las pilas 110A, 110B y 110C de células pueden fijarse a la bandeja 120 de células, de modo que se impida que las pilas 110A, 110B y 110C de células se muevan.
El alojamiento 130 de módulo aloja un submódulo M que incluye las tres pilas 110A, 110B y 110C de células y la bandeja 120 de células a través de una parte de abertura formada en una parte superior de la misma. El alojamiento 130 de módulo tiene una forma de pilar aproximadamente hexagonal. El alojamiento 130 de módulo puede tener preferiblemente una forma de pilar hexagonal aproximadamente regular. Debido a la forma de pilar hexagonal aproximadamente regular, cuando el submódulo M se aloja en el alojamiento 130 de módulo, la placa 121 base de la bandeja 120 de células está en contacto estrecho con una superficie interior del alojamiento 130 de módulo para evitar que la placa base se mueva en el alojamiento del módulo.
El alojamiento 130 de módulo puede incluir una segunda abertura formada en una parte inferior del mismo para la disipación del calor a través de la bandeja 120 de células, además de la primera abertura formada en la parte superior del mismo para alojar el submódulo M. En este caso, la placa 121 base queda expuesta a través de la segunda abertura. Además, cada una de las tres placas 122a, 122b y 122c divididas puede penetrar en la placa 121 base y quedar expuesta al exterior del alojamiento 130 de módulo a través de la segunda abertura.
Mientras tanto, haciendo referencia a la FIG. 7, cuando la segunda abertura se forma en la parte inferior del alojamiento 130 de módulo como se ha descrito anteriormente, el alojamiento 130 de módulo incluye un soporte 131 de bandeja para sostener la placa 121 base. El soporte 131 de bandeja está formado en una parte inferior del alojamiento 130 de módulo para sostener la región de borde de la placa 121 base.
Haciendo referencia a la FIG. 6, el conjunto 140 de bastidor de barra colectora cubre la primera abertura formada en la parte superior del alojamiento 130 de módulo y conecta eléctricamente la pluralidad de células 111 de batería. El conjunto 140 de bastidor de barra colectora incluye un bastidor 141 de barra colectora, una pluralidad de barras 142 colectoras y un par de terminales 143 de módulo.
El bastidor 141 de barra colectora está fabricado con un material aislante y tiene un tamaño y forma correspondientes con la primera abertura del alojamiento 130 de módulo. La barra 142 colectora está dispuesta sobre el bastidor 141 de barra colectora y está acoplada al cable 111a de electrodo de la célula 111 de batería. La pluralidad de células 111 de batería pueden conectarse entre sí mediante la barra 142 colectora en serie, en paralelo o en una combinación de serie y paralelo. El terminal 143 de módulo está conectado a la barra 142 colectora. El terminal 143 de módulo puede funcionar como un terminal de conexión cuando se conectan eléctricamente entre sí la pluralidad de módulos 100 de batería.
Haciendo referencia a las FIGS. 3 y 7, el pasador 150 de montaje penetra secuencialmente en una parte central de cada uno de los bastidores 141 de barra colectora y el soporte 123 de pasador desde la parte superior. Cuando el módulo 100 de batería según la presente divulgación incluye una cubierta 160 de módulo que cubre el conjunto 140 de bastidor de barra colectora, el pasador 150 de montaje penetra en una parte central de cada uno de la cubierta 160 de módulo, el bastidor 141 de barra colectora y el soporte 123 de pasador desde la parte superior.
El pasador 150 de montaje incluye una trayectoria P de flujo formada al penetrar en su parte central para permitir el paso de un fluido de enfriamiento a su través. Cuando se proporciona la trayectoria P de flujo en el pasador 150 de montaje, el fluido de enfriamiento que fluye a través de la trayectoria P de flujo descarga el calor transferido desde la célula 111 de batería a la placa 121 base y/o a las placas 122a, 122b y 122c divididas al exterior del módulo 100 de batería.
Además de dicha función de enfriamiento, el pasador 150 de montaje también puede funcionar como pasador de fijación para fijar la pluralidad de módulos 100 de batería a la bandeja 200 de paquete, para formar el paquete 10 de baterías.
La cubierta 160 de módulo cubre el bastidor 141 de barra colectora para proteger y aislar la barra 142 colectora dispuesta en el bastidor 141 de barra colectora. La cubierta 160 de módulo tiene un tamaño y una forma correspondientes a la primera abertura formada en la parte superior del alojamiento 130 de módulo. Cuando se proporciona la cubierta 160 de módulo, el terminal 143 de módulo proporcionado en el conjunto 140 de armazón de barra colectora puede quedar expuesto a la parte superior a través de una parte 161 de exposición de terminal formada en la cubierta 160 de módulo.
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 únicamente a modo ilustrativo.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo (100) de batería que comprende:
tres pilas (110A, 110B, 110C) de células, comprendiendo cada una de las cuales una pluralidad de células (111) de batería;
una bandeja (120) de células que comprende una placa (121) base sobre la que se asientan las tres pilas (110A, 110B, 110C) de células, y tres placas (122a, 122b, 122c) divididas dispuestas en posición vertical sobre la placa (121) base y configuradas para dividir un espacio de manera que las tres pilas (110A, 110B, 110C) de células queden dispuestas en espacios separados uno con respecto a otro;
un alojamiento (130) de módulo configurado para alojar las tres pilas (110A, 110B, 110C) de células y la bandeja (120) de células, y que tiene una forma de pilar hexagonal; y
un conjunto (140) de bastidor de barra colectora configurado para cubrir una abertura formada en una parte superior del alojamiento (130) de módulo y para conectar eléctricamente la pluralidad de células (111) de batería;
en el que la bandeja (120) de células comprende además un soporte (123) de pasador que se extiende hacia arriba desde una parte central de la placa (121) base;
en el que un pasador (150) de montaje está configurado para penetrar secuencialmente en una parte central de cada uno del conjunto (140) de bastidor de barra colectora y el soporte (123) de pasador desde una parte superior; y en el que el pasador (150) de montaje tiene una trayectoria (P) de flujo formada al penetrar en una parte central del mismo para permitir que un fluido de enfriamiento pase a su través.
2. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que la forma plana de la placa (121) base es un hexágono.
3. El módulo de batería según la reivindicación 2, en el que cada una de las tres placas (122a, 122b, 122c) divididas se extiende desde una parte central de la placa (121) base hasta un borde, de modo que las superficies de asiento para las tres pilas (110A, 110B, 110C) de células tienen la misma área.
4. El módulo de batería según la reivindicación 1, en el que el alojamiento (130) de módulo comprende un soporte (131) de bandeja configurado para sostener una región de borde de la placa (121) base.
5. El módulo de batería según la reivindicación 4, en el que la placa (121) base queda expuesta a través de una abertura formada en una parte inferior del alojamiento (130) de módulo.
6. El módulo de batería según la reivindicación 5, en el que cada una de las tres placas (122a, 122b, 122c) divididas está configurada para penetrar en la placa (121) base y quedar expuesta a través de la abertura formada en la parte inferior del alojamiento (130) de módulo.
7. Un paquete de baterías (10) que comprende:
una pluralidad de módulos (100) de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y
una bandeja (200) de paquete sobre la que están montados la pluralidad de módulos (100) de batería.
8. Vehículo que comprende un paquete (10) de baterías según la reivindicación 7.
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