ES3057308T3

ES3057308T3 - Battery module and battery pack including same

Info

Publication number: ES3057308T3
Application number: ES21795977T
Authority: ES
Inventors: Sunghwan Jang; Junyeob Seong; Min Seop Kim
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2026-02-27
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: JP2023511597A; EP4087036A1; EP4087036B1; US20220376336A1; CN115039278A; JP7562206B2; WO2021221275A1; EP4087036A4; KR102894088B1; KR20210133528A

Abstract

Un módulo de batería según una realización de la presente invención comprende: una pila de celdas de batería que comprende una pluralidad de celdas de batería apiladas juntas; un marco en forma de U en el que se recibe la pila de celdas de batería y que está abierto en su parte superior; y al menos dos placas superiores que cubren una parte de la pila de celdas de batería en la parte superior abierta del marco en forma de U. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Módulo de batería y paquete de baterías que incluye el mismo

[0003] Sector de la técnica

[0004] Referencia cruzada a solicitud relacionada

[0005] La presente solicitud revindica la prioridad de la Solicitud de Patente Coreana n.º 10-2020-0052249 presentada ante la Oficina de la Propiedad Intelectual de Corea el 29 de abril de 2020.

[0006] La presente invención se refiere a un módulo de batería y a un paquete de baterías que incluye el mismo. Más en particular, la presente invención se refiere a un módulo de batería que es fácil de montar y puede reducir el coste y a un paquete de baterías que incluye el mismo.

[0007] Estado de la técnica

[0008] Las baterías recargables que tienen altas características de aplicación y características eléctricas como, por ejemplo, alta densidad energética según sus productos, se aplican ampliamente a vehículos de batería, vehículos híbridos, y dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica accionados por fuentes de accionamiento eléctricas, así como dispositivos portátiles. Estas baterías recargables están llamando la atención como nuevas fuentes de energía para mejorar la compatibilidad con el medio ambiente y la eficiencia energética ya que no generan productos derivados del uso de energía, así como su mérito principal de que pueden reducir, de manera significativa, el uso de combustibles fósiles.

[0009] En dispositivos móviles pequeños, una o dos o tres celdas de batería se usan por dispositivo, mientras que los dispositivos de tamaño mediano y grande como, por ejemplo, automóviles, requieren alta potencia/gran capacidad. Por lo tanto, se usa un módulo de batería de tamaño mediano a grande en el cual múltiples celdas de batería están conectadas eléctricamente.

[0010] Dado que es preferible que los módulos de batería medianos y grandes se fabriquen con un tamaño y un peso tan pequeños como sea posible, una batería prismática y una batería tipo bolsa, que pueden tener un alto grado de integración y tienen un pequeño peso con respecto a la capacidad, se usan principalmente como una celda de batería de los módulos de batería medianos y grandes. Mientras tanto, con el fin de proteger un cuerpo laminado de celda de batería de impacto externo, calor o vibración, el módulo de batería puede incluir un miembro de estructura que recibe el cuerpo laminado de celda de batería en un espacio interno con aberturas frontales y posteriores. Como dicho miembro de estructura, puede aplicarse una estructura de módulo formada para formar una forma de tubo al combinar una estructura en forma de U y una placa superior que cubre la parte superior abierta de la estructura en forma de U. Con el fin de formar dicha estructura de módulo, en un estado en el cual la pila de celdas de batería se monta dentro de la estructura en forma de U de la estructura de módulo, la estructura en forma de U y la placa superior pueden acoplarse mediante soldadura o similar. En este punto, en la estructura convencional en la cual la placa superior cubre toda la superficie superior abierta de la estructura en forma de U, hubo problemas como, por ejemplo, aumento de puntos de soldadura para unir la placa superior y la estructura en forma de U y tener que proveer una configuración separada para descargar una llama o gas de alta temperatura/alta presión que pueden ocurrir cuando ocurre una fuga térmica en algunas celdas.

[0011] Los documentos KR 20150142338 A y US 2016/126531 A1 describen, ambos, una batería en donde una carcasa superior y una placa de extremo para un conjunto de módulo de batería se conectan mediante un buje.

[0012] Técnica anterior adicional se describe en los documentos DE 102012219784 A1, US 2013/095359 A1, DE 102018 123691 A1 y US 2016/336563 A1.

[0013] Objeto de la invención

[0014] Problema técnico

[0015] Es un objeto de la presente invención proveer un módulo de batería y un paquete de baterías que incluye el mismo que puedan mejorar una capacidad de montaje, reducir el coste y simultáneamente garantizar la seguridad.

[0016] Solución técnica

[0017] Un módulo de batería según la invención reivindicada en la presente memoria incluye un miembro apilado de celdas de batería en el cual múltiples celdas de batería se apilan; una estructura en forma de U que aloja el miembro apilado de celdas de batería y tiene una parte superior abierta; y al menos dos placas superiores espaciadas entre sí y que cubren una parte del miembro apilado de celdas de batería en la parte superior abierta de la estructura en forma de U, en donde la parte donde dos placas superiores adyacentes entre las al menos dos placas superiores están espaciadas entre sí existe como un espacio vacío, en donde la estructura en forma de U incluye una parte inferior y dos partes laterales que se extienden desde ambos extremos de la parte inferior, en donde la placa superior tiene una forma de correa de modo tal que ambos extremos de la placa superior se unen a la parte superior de la estructura en forma de U, en donde la placa superior incluye una porción de acoplamiento que se extiende hacia la estructura en forma de U en ambos extremos, y en donde la porción de acoplamiento de la placa superior y la estructura en forma de U se acoplan por un encaje a presión, la porción de acoplamiento incluye una porción de gancho en la cual se forma una saliente que sobresale hacia el miembro apilado de celdas de batería, y la estructura en forma de U incluye un orificio de acoplamiento que engancha la saliente, o viceversa.

[0018] El espacio vacío puede actuar como un orificio de ventilación.

[0019] Además, puede incluirse una hoja de protección dispuesta entre la placa superior y el miembro apilado de celdas de batería.

[0020] Un paquete de baterías según otra realización a modo de ejemplo de la presente invención incluye el módulo de batería.

[0021] Un dispositivo según otra realización a modo de ejemplo de la presente invención puede incluir al menos un paquete de baterías descrito más arriba.

[0022] Efectos ventajosos

[0023] Según realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención, al configurar la placa superior de la estructura de módulo como múltiples placas superiores que cubren la parte del miembro apilado de celdas de batería, es posible mejorar la eficiencia del montaje y reducir el coste.

[0024] Además, cuando ocurre un problema como, por ejemplo, una fuga térmica, en el miembro apilado de celdas de batería, la llama generada y el gas de alta temperatura/alta presión pueden descargarse de manera eficaz, mejorando de este modo la seguridad del módulo de batería.

[0025] Los efectos que se desea lograr en la presente invención no están limitados a los efectos descritos más arriba, y otros efectos no descritos más arriba serán aparentes para las personas con experiencia en la técnica a partir de la descripción de la presente invención.

[0026] Descripción de las figuras

[0027] La FIG. 1 es una vista en perspectiva del despiece de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

[0028] La FIG.2 es una vista que muestra una forma en la cual se ensamblan configuraciones de un módulo de batería en la FIG.1.

[0029] La FIG. 3 es una vista para explicar un caso en el cual ocurre una fuga térmica en un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

[0030] La FIG.4 es una vista en perspectiva de un módulo de batería según un ejemplo comparativo.

[0031] La FIG. 5 es una vista en perspectiva del despiece de un módulo de batería según otra realización a modo de ejemplo de la presente invención.

[0032] Descripción detallada de la invención

[0033] Debe comprenderse que la realización a modo de ejemplo descrita más arriba se muestra de manera ilustrativa para ayudar a comprender la invención, y la presente invención puede implementarse con varias modificaciones diferentes de la realización a modo de ejemplo descrita en la presente memoria. Sin embargo, cuando se determina que una descripción detallada de una función o elemento constituyente conocidos relacionados al describir la presente invención puede oscurecer innecesariamente la esencia de la presente invención, se omitirán la descripción detallada y la ilustración detallada de la misma. Además, los dibujos anexos no están dibujados a escala real, y las dimensiones de algunos elementos constituyentes pueden exagerarse con el fin de ayudar a comprender la invención.

[0034] Los términos primero y segundo usados en la presente solicitud pueden usarse para describir varios elementos de configuraciones, pero los elementos constituyentes no deben estar limitados por los términos. Los términos de más arriba se usan solo para distinguir un elemento constituyente de otros elementos constituyentes.

[0035] Además, los términos usados en la presente solicitud solo se usan para describir realizaciones específicas a modo de ejemplo, y no pretenden limitar el alcance. Cuando se explica el singular, a menos que se describa explícitamente lo contrario, puede interpretarse como un significado plural. En la presente solicitud, términos como, por ejemplo, “comprender”, “que consiste en”, o “que comprende”, pretenden designar que las características, números, etapas, operaciones, elementos constituyentes, partes o combinaciones de los mismos descritos en la memoria descriptiva existen, uno o el otro. Debe comprenderse que la existencia o adición de las otras características, números, etapas, operaciones, elementos constituyentes, partes, o combinaciones de los mismos de más arriba no se excluyen con antelación.

[0036] A continuación, una configuración de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención se describe con referencia a la FIG.1 y a la FIG.2.

[0037] La FIG. 1 es una vista en perspectiva del despiece de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. La FIG.2 es una vista que muestra el módulo de batería de la FIG.1 montado. Con referencia a la FIG. 1 y a la FIG. 2, el módulo 100 de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención incluye un miembro 110 apilado de celdas de batería en el cual se apilan múltiples celdas de batería, y una estructura 210 y 220 de módulo que aloja el miembro 110 apilado de celdas de batería.

[0038] La celda de batería según la presente realización a modo de ejemplo es una batería recargable y puede configurarse como una batería recargable tipo bolsa. Dichas celdas de batería pueden configurarse en una pluralidad, y múltiples celdas de batería pueden apilarse entre sí para conectarse eléctricamente entre sí para formar un miembro 110 apilado de celdas de batería. Las múltiples celdas de batería incluyen conductores de electrodos que sobresalen de un conjunto de electrodos, una caja de celda, y un conjunto de electrodos, respectivamente.

[0039] La estructura 210 y 220 de módulo aloja el miembro 110 apilado de celdas de batería. Según una realización a modo de ejemplo de la presente invención, la estructura 210 y 220 de módulo incluye una estructura 210 en forma de U que cubre la superficie inferior y ambos lados del miembro 110 apilado de celdas de batería, y al menos dos placas 220 superiores que se disponen sobre la superficie superior del miembro 110 apilado de celdas de batería.

[0040] El módulo 100 de batería según la presente realización a modo de ejemplo puede incluir además una placa 230 de extremo que cubre las superficies frontal y posterior del miembro 110 apilado de celdas de batería. Es posible proteger físicamente el miembro 110 apilado de celdas de batería alojado en el mismo a través de las estructuras 210 y 220 de módulo descritas más arriba. Mientras tanto, aunque no se ilustra de manera específica, una estructura de barra colectora sobre la cual se monta una barra colectora y una cubierta aislante para el aislamiento eléctrico pueden posicionarse entre el miembro 110 apilado de celdas de batería y la placa 230 de extremo.

[0041] La estructura 210 en forma de U de la estructura 210 y 220 de módulo que aloja el miembro 110 apilado de celdas de batería incluye una parte inferior y dos partes laterales que se extienden desde ambos extremos de la parte inferior. La parte inferior cubre la superficie inferior del miembro 110 apilado de celdas de batería (la dirección opuesta a un eje z), y las partes laterales cubren ambos lados del miembro 110 apilado de celdas de batería (la dirección del eje x y la dirección opuesta del mismo). Mientras tanto, aunque no se muestra de manera específica, un disipador de calor capaz de enfriar el calor del módulo 100 de batería inyectando un refrigerante, etc., puede formarse integralmente sobre la superficie inferior de la parte inferior de la estructura en forma de U. Además, aunque no se muestra de manera específica, una capa de resina conductora térmica que incluye una resina conductora térmica puede posicionarse entre la parte inferior de la estructura 210 en forma de U y el miembro 110 apilado de celdas de batería. La resina térmica conductora puede incluir un material adhesivo térmico conductor, específicamente, al menos uno de un material de silicona, un material de uretano y un material acrílico. La resina térmica conductora puede ser líquida durante el recubrimiento, pero se cura después del recubrimiento, sirviendo de este modo para fijar al menos una celda de batería que constituye el miembro 110 apilado de celdas de batería. Además, tiene excelentes características térmicas conductoras, de modo que el calor generado por la celda de batería puede transferirse rápidamente al lado inferior del módulo 100 de batería.

[0042] La placa 220 superior puede disponerse sobre la superficie superior restante (la dirección del eje z) excepto por la superficie inferior y los ambos lados cubiertos por la estructura 210 en forma de U. Se proveen al menos dos placas 220 superiores, y una placa 220 superior se forma en una forma de correa que cubre una parte del miembro 110 apilado de celdas de batería. Es decir, puede tener una forma de correa rectangular formada larga en la dirección del eje x en el dibujo.

[0043] Al menos dos placas 220 superiores (tres placas 220 superiores en el dibujo) se disponen para estar espaciadas entre sí. Es decir, están espaciadas entre sí en la dirección del eje y en el dibujo. Como se muestra en el dibujo, existe un espacio vacío entre las placas 220 superiores espaciadas entre sí. En esta memoria descriptiva, se ha descrito como un ejemplo que tres placas 220 superiores se proveen y hay dos espacios vacíos, pero la presente invención no se limita a ello y pueden seleccionarse, de manera apropiada, teniendo en cuenta el tamaño del módulo 100 de batería y similares. Al tener dicho espacio vacío, el peso de las estructuras 210 y 220 de módulo en su conjunto puede reducirse, y también puede reducirse el coste de material. Además, incluso si ocurren problemas como, por ejemplo, una fuga térmica, dentro del módulo 100 de batería y se generan gas de alta temperatura/alta presión y llamas, estos pueden descargarse fácilmente al exterior. La FIG. 3 es una vista esquemática de un caso donde la fuga térmica ocurre en el módulo de batería según lo descrito más arriba. Es decir, como se indica mediante un triángulo invertido, el gas interno de alta temperatura/alta presión y las llamas pueden descargarse rápidamente al exterior a través del espacio vacío entre las placas 220 superiores. De este modo, es posible evitar que la explosión, etc., acumule gas de alta temperatura/alta presión y la llama dentro del módulo 100 de batería, mejorando de este modo la seguridad del módulo 100 de batería.

[0045] En ambos extremos de la placa 220 superior, se incluye una porción 222 de acoplamiento que se extiende hacia la estructura 210 en forma de U. Es decir, en el dibujo, la porción 222 de acoplamiento se forma para cubrir la porción superior de la superficie lateral de la estructura 210 en forma de U cuando la placa 220 superior y la estructura 210 en forma de U se acoplan extendiéndose del extremo de la dirección del eje y de la placa 220 superior a la porción inferior de la dirección del eje z.

[0047] La porción 222 de acoplamiento se acopla a la porción superior del lado de la estructura 210 en forma de U mediante un encaje a presión. En la presente realización a modo de ejemplo, la combinación de la placa 220 superior y la estructura 210 en forma de U no se lleva a cabo en toda la esquina de la parte superior del lado de la estructura 210 en forma de U, sino solo en la parte de contacto con la placa 220 superior con exclusión del espacio vacío, aumentando de este modo la eficiencia de montaje cuando se fabrica el módulo 100 de batería. Es decir, como se muestra en la FIG.4 que muestra un módulo 100 de batería convencional, dado que la soldadura se lleva a cabo a lo largo de todo el borde superior de la estructura 210 en forma de U, aumentan el tiempo y el coste de la soldadura. Por otro lado, según la presente realización a modo de ejemplo, dado que la porción en contacto con la estructura 210 en forma de U y la placa 220 superior se reduce por un encaje a presión, dado que la unión firme es posible con menos puntos de unión, puede mejorarse ampliamente la eficiencia de montaje.

[0049] Asimismo, según la estructura convencional que se muestra en la FIG. 4, dado que toda la superficie superior del miembro 110 apilado de celdas de batería está cubierta por la placa 220 superior, incluso si la llama y el gas de alta temperatura/alta presión se generan por la fuga térmica, existe el riesgo de explosión del módulo 100 de batería porque es difícil descargarlos al exterior, con el fin de evitar esto, debe proveerse un orificio de descarga separado o similar en la placa superior o la placa de extremo, lo cual complica el proceso de fabricación. Por otro lado, en la presente realización a modo de ejemplo, como se describe más arriba, incluso si ocurre un problema como, por ejemplo, una fuga térmica, en el miembro 110 apilado de celdas de batería y ocurren gas de alta temperatura/alta presión y llamas, dado que es posible descargarlos rápidamente al exterior a través del espacio vacío entre la placa 220 superior, es posible evitar la explosión del módulo 100 de batería por el calor y gas acumulados y, por consiguiente, puede mejorarse la seguridad del módulo 100 de batería.

[0051] Por otro lado, la porción 222 de acoplamiento de la placa 220 superior, como se muestra en la FIG. 1, incluye una porción 222a de gancho en la cual se forma una saliente que sobresale hacia el miembro apilado de celdas de batería y, en este caso, la estructura 210 en forma de U incluye un orificio 210a de acoplamiento acoplado a la saliente. Según esto, la placa 220 superior y la estructura 210 en forma de U se acoplan mediante un método de encaje a presión. Es decir, cuando se combina la placa 220 superior a la estructura 210 en forma de U desde la porción superior, mientras la saliente está primero en contacto con la parte superior de la estructura 210 en forma de U, y las porciones 222 de acoplamiento de ambos extremos de la placa 220 superior se abren ligeramente hacia fuera y se combinan con la estructura 210 en forma de U, la saliente puede acoplarse hasta que se inserta en el orificio 210a de acoplamiento. Sin embargo, este es un ejemplo de un método de acoplamiento y, a diferencia de esto, puede formarse un orificio en el lado de placa 220 superior, puede formarse una saliente sobre la superficie exterior de la estructura 210 en forma de U, u otros tipos de acoplamiento de encaje a presión son posibles. Además, como se ilustra más arriba, también son posibles la unión por soladura, el ajuste mediante pernos, el adhesivo, etc.

[0053] La FIG. 5 es una vista en perspectiva del despiece de un módulo de batería según otra realización a modo de ejemplo de la presente invención.

[0055] Otra realización a modo de ejemplo de la presente invención puede además incluir una hoja 300 de protección sobre la porción superior del miembro 110 apilado de celdas de batería. Es decir, al proveer la hoja 300 de protección formada por un material aislante, etc., en el miembro 110 apilado de celdas de batería, es posible evitar que el miembro 110 apilado de celdas de batería se dañe en el proceso de montaje de la placa 220 superior, etc., además, es posible evitar que el miembro 110 apilado de celdas de batería o componentes electrónicos internos se dañen por el espacio vacío entre la placa 220 superior.

[0057] Como se describe más arriba, según una realización a modo de ejemplo de la presente invención, al configurar la placa 220 superior de la estructura 210 y 220 de módulo como múltiples placas 220 superiores que cubren la parte de la parte superior del miembro 110 apilado de celdas de batería, y al configurar el espacio vacío entre las placas 220 superiores vecinas, es posible mejorar la eficiencia de montaje y reducir el coste al reducir el coste de material. Además, incluso si ocurren problemas como, por ejemplo, una fuga térmica, en el miembro 110 apilado de celdas de batería y se generan gas de alta temperatura/alta presión y llamas, es posible descargarlos rápidamente al exterior a través del espacio vacío entre la placa 220 superior, y es posible evitar la explosión del módulo 100 de batería por el calor y gas acumulados y, por consiguiente, puede mejorarse la seguridad del módulo 100 de batería.

[0058] El módulo de batería descrito más arriba puede incluirse en el paquete de baterías. El paquete de baterías puede tener una estructura en la cual uno o más módulos de batería según la presente realización a modo de ejemplo se recogen y un sistema de gestión de batería (BMS, por sus siglas en inglés) que gestiona la temperatura o tensión de la batería y se añade y empaqueta un dispositivo de enfriamiento.

[0059] El paquete de baterías puede aplicarse a varios dispositivos. Dicho dispositivo puede ser un medio de transporte como, por ejemplo, una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico, un vehículo híbrido, etc., pero la presente invención no se encuentra limitada a ello, y puede aplicarse a varios dispositivos capaces de usar el módulo de batería y el paquete de baterías que incluye el mismo, que pertenece al alcance de la presente invención como se define por las reivindicaciones anexas.

[0060] Descripción de símbolos

[0061] 110: miembro apilado de celdas de batería

[0062] 210: estructura en forma de U

[0063] 220: placa superior

[0064] 230: placa de extremo

[0065] 222: porción de acoplamiento

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un módulo (100) de batería que comprende:

un miembro (110) apilado de celdas de batería en el cual se apilan múltiples celdas de batería;

una estructura (210) en forma de U que aloja el miembro (110) apilado de celdas de batería y tiene una parte superior abierta,

en donde al menos dos placas (220) superiores están espaciadas entre sí y cubren una parte del miembro (110) apilado de celdas de batería en la parte superior abierta de la estructura (210) en forma de U,

en donde la parte donde dos placas (220) superiores adyacentes entre las al menos dos placas (220) superiores están espaciadas entre sí existe como un espacio vacío,

en donde la estructura (210) en forma de U incluye una parte inferior y dos partes laterales que se extienden desde ambos extremos de la parte inferior,

en donde la placa (220) superior tiene una forma de correa de modo que ambos extremos de la placa (220) superior se unen a la parte superior de la estructura (210) en forma de U,

en donde la placa (220) superior incluye una porción (222) de acoplamiento que se extiende hacia la estructura (210) en forma de U en ambos extremos,

y en donde:

la porción (222) de acoplamiento de la placa (220) superior y la estructura (210) en forma de U se acoplan mediante un encaje a presión,

la porción (222) de acoplamiento incluye una porción (222a) de gancho en la cual se forma una saliente que sobresale hacia el miembro (110) apilado de celdas de batería, y

la estructura (210) en forma de U incluye un orificio (210a) de acoplamiento que engancha la saliente, o viceversa.

2. El módulo (100) de batería de la reivindicación 1, en donde:

el espacio vacío actúa como un orificio de ventilación.

3. El módulo (100) de batería de la reivindicación 1, que además comprende:

una hoja (300) de protección dispuesta entre la placa (220) superior y el miembro (110) apilado de celdas de batería.

4. Un paquete de baterías que comprende:

al menos un módulo (100) de batería de cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 3; y

una caja de paquete para empaquetar el al menos un módulo (100) de batería.

5. Un dispositivo que comprende al menos un paquete de baterías de la reivindicación 4.