ES3057426T3

ES3057426T3 - Battery pack including pack case fitted with cooling fins

Info

Publication number: ES3057426T3
Application number: ES22837985T
Authority: ES
Inventors: Seung-Joon Kim; Ho-June Chi
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-07-07
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2026-03-02
Anticipated expiration: 2042-07-06
Also published as: JP2024507463A; CN116745972A; EP4276983B1; US20240154204A1; EP4276983A4; JP7712369B2; KR102925886B1; EP4276983A1; KR20230008962A; WO2023282633A1

Abstract

Un paquete de baterías según la presente invención comprende: un módulo de batería; y una caja de paquete provista para alojar el módulo de batería en su interior, en donde la caja de paquete incluye una cubierta inferior para alojar el módulo de batería, y una placa superior que tiene aletas de enfriamiento que sobresalen de una superficie de la caja de paquete hacia el interior de la caja de paquete y acopladas verticalmente a la cubierta inferior para cubrir la parte superior del módulo de batería, y puede configurarse de tal manera que un gas de ventilación generado en el módulo de batería se descargue al exterior de la caja de paquete a través de espacios vacíos formados entre las aletas de enfriamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Paquete de batería que incluye una carcasa de paquete equipada con aletas de refrigeración

[0003] Sector de la técnica

[0004] La presente solicitud reivindica prioridad respecto a la solicitud de patente coreana n.º 10-2021-0089364 presentada el 7 de julio de 2021 en la República de Corea.

[0005] La presente divulgación se refiere a un paquete de batería y, más específicamente, a un paquete de batería para reducir la temperatura y presión de un gas de ventilación a alta temperatura cuando se genera el gas de ventilación a alta temperatura en algunos módulos de batería.

[0006] Estado de la técnica

[0007] Una batería secundaria está llamando la atención como una nueva fuente de energía para mejorar el respeto por el medio ambiente y la eficiencia energética porque no solo tiene una ventaja primaria de reducir drásticamente el uso de combustibles fósiles, sino también la ausencia de subproductos generados a partir del uso de energía.

[0008] Por consiguiente, la aplicación de una batería secundaria a diversos dispositivos está aumentando. Por ejemplo, se usa ampliamente no solo como fuente de energía para dispositivos móviles inalámbricos o dispositivos portátiles, que son pequeños productos multifuncionales, sino también como fuente de energía para vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos presentados como alternativas a vehículos convencionales de gasolina y diésel o como un sistema de almacenamiento de energía (ESS).

[0009] En general, cada batería secundaria tiene un voltaje de funcionamiento de aproximadamente 2,5 V a 4,5 V. Por tanto, en el caso de un vehículo eléctrico o un sistema de almacenamiento de energía que requiere gran capacidad y alta salida, se configuran un módulo de batería en el que una pluralidad de baterías secundarias están conectadas en serie y/o en paralelo y un paquete de batería en el que los módulos de batería están conectados en serie y/o en paralelo y luego se usan como fuente de energía.

[0010] Dependiendo de la salida o capacidad de un paquete de batería requerido para un vehículo eléctrico, el número de baterías secundarias de litio incluidas en un módulo de batería puede aumentar o el número de módulos de batería incluidos en un paquete de batería puede aumentar.

[0011] Sin embargo, a medida que aumenta el número de módulos de batería que constituyen el paquete de batería, la posibilidad de incendio y explosión y su daño resultante pueden aumentar con seguridad.

[0012] Por ejemplo, cuando ocurre un evento tal como un cortocircuito entre baterías secundarias de litio o un aumento anómalo de temperatura en algunos módulos de batería, puede generarse una gran cantidad de gas de ventilación en las baterías secundarias de litio, y si el deterioro se vuelve grave, pueden expulsarse chispas a alta temperatura que incluyen material activo de electrodo y partículas de aluminio, así como gas de ventilación. En este momento, el gas de ventilación y las chispas a alta temperatura causan daños térmicos al módulo de batería adyacente, lo que aumenta en gran medida el riesgo de que se produzcan eventos adicionales en los otros módulos de batería. Además, las chispas a alta temperatura y el gas de ventilación pueden causar daños térmicos a las estructuras circundantes u otros paquetes de batería incluso después de descargarse al exterior del paquete de batería.

[0013] Por tanto, existe la necesidad de un método para reducir el riesgo causado por el gas de ventilación o las chispas a alta temperatura cuando se produce un evento de cualquier módulo de batería.

[0014] Los documentos US 2017/033343, US 2014/154541 y US 8399112 se refieren cada uno a un paquete de batería configurado para gestionar la temperatura dentro de un paquete de batería.

[0015] Objeto de la invención

[0016] Problema técnico

[0017] La presente divulgación está diseñada para solucionar los problemas de la técnica relacionada y, por tanto, la presente divulgación está dirigida a reducir el factor de riesgo debido a la emisión de un gas de ventilación a alta temperatura reduciendo su temperatura y presión para descargarse al exterior del paquete de batería incluso si el gas de ventilación a alta temperatura se genera en cualquier módulo de batería.

[0018] La presente divulgación también está dirigida a evitar el desbordamiento térmico de un paquete de batería minimizando el daño térmico a otros módulos de batería incluso si se generan gas de ventilación y chispas en cualquier módulo de batería.

[0019] Los problemas técnicos que van a solucionarse mediante la presente divulgación no se limitan a los problemas descritos anteriormente, y los expertos en la técnica pueden entender claramente otros problemas no mencionados en el presente documento a partir de la siguiente descripción de la presente divulgación.

[0020] Solución técnica

[0021] La invención es como se define en el conjunto de reivindicaciones.

[0022] Según la presente divulgación, se proporciona un paquete de batería que incluye un módulo de batería; y una carcasa de paquete proporcionada para alojar el módulo de batería en la misma, en donde la carcasa de paquete incluye una cubierta inferior que aloja el módulo de batería; y una placa superior que tiene aletas de refrigeración que sobresalen de una superficie orientada hacia el interior de la carcasa de paquete y acoplada a la cubierta inferior de modo que la porción superior del módulo de batería esté cubierta, en donde el paquete de batería está configurado de manera que el gas de ventilación generado en el módulo de batería se descarga al exterior de la carcasa de paquete a través de espacios vacíos formados entre las aletas de refrigeración.

[0023] Las aletas de refrigeración pueden proporcionarse en pluralidad desde un borde hasta el otro borde de la placa superior a lo largo de una primera dirección que es una dirección longitudinal de la placa superior o una segunda dirección que es una dirección a lo ancho de la placa superior.

[0024] Las aletas de refrigeración proporcionadas en el borde de la placa superior pueden estar conectadas verticalmente al borde superior de la cubierta inferior en los extremos de la misma.

[0025] La cubierta inferior puede incluir una placa base que forma una superficie inferior; un bastidor de pared que forma una pared a lo largo de la circunferencia de la placa base; y una primera viga transversal que divide un espacio interno rodeado por la placa base y el bastidor de pared.

[0026] El módulo de batería está en pluralidad, cada uno de los módulos de batería está dispuesto en una pluralidad de porciones de alojamiento de módulo formadas en un estado en el que el espacio interno está dividido por la primera viga transversal, y la placa superior puede incluir una segunda viga transversal proporcionada para estar verticalmente en contacto cara a cara con la primera viga transversal.

[0027] La segunda viga transversal puede formarse para que sea igual a o mayor que las aletas de refrigeración.

[0028] El módulo de batería puede incluir una pluralidad de celdas de batería; y una carcasa de módulo que aloja la pluralidad de celdas de batería, en donde la carcasa de módulo puede tener un orificio de ventilación de gas formado en una porción de placa superior que cubre las porciones superiores de la pluralidad de celdas de batería. El orificio de ventilación de gas se proporciona en una estructura de malla.

[0029] La carcasa de módulo puede incluir una porción de placa superior dispuesta en la parte superior de la pluralidad de celdas de batería y que tiene refrigerante en la misma; y una porción de placa inferior dispuesta en la parte inferior de la pluralidad de celdas de batería y que tiene una trayectoria de flujo a través de la cual puede fluir refrigerante, en donde la porción de placa superior puede incluir un primer punto de fusión capaz de fundirse térmicamente en una primera placa superior en contacto con la pluralidad de celdas de batería; un orificio de ventilación de gas capaz de descargar gas al exterior en una segunda placa superior orientada hacia la primera placa superior; y una tapa de orificio de ventilación que sella el orificio de ventilación de gas pero hecha de un material capaz de fundirse térmicamente.

[0030] La porción de placa inferior puede incluir una primera placa inferior en contacto con la pluralidad de celdas de batería y una segunda placa inferior orientada hacia la primera placa inferior, y un segundo punto de fusión capaz de fundirse térmicamente sobre la primera placa inferior.

[0031] El primer punto de fusión y el segundo punto de fusión pueden ser verticalmente simétricos con al menos una celda de batería interpuesta entre ellos.

[0032] Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un vehículo eléctrico que incluye el paquete de batería descrito anteriormente.

[0033] Efectos ventajosos

[0034] Según un aspecto de la presente divulgación, es posible reducir el factor de riesgo debido a la emisión de un gas de ventilación a alta temperatura reduciendo su temperatura y presión para descargarse al exterior del paquete de batería incluso si el gas de ventilación a alta temperatura se genera en cualquier módulo de batería.

[0035] Según otro aspecto de la presente divulgación, es posible evitar el desbordamiento térmico de un paquete de batería minimizando el daño térmico a otros módulos de batería incluso si se generan gas de ventilación y chispas en cualquier módulo de batería.

[0036] Los efectos ventajosos que van a obtenerse mediante la presente divulgación no se limitan a los efectos descritos anteriormente, y los expertos en la técnica pueden entender claramente otros efectos no mencionados en el presente documento a partir de la siguiente descripción de la presente divulgación.

[0037] Descripción de las figuras

[0038] La FIG. 1 es una vista en perspectiva esquemática que ilustra un paquete de batería según una realización de la presente divulgación.

[0039] La FIG.2 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado del paquete de batería de la FIG.1.

[0040] La FIG.3 es una vista en perspectiva de la placa superior de la FIG.2 observada desde la parte inferior.

[0041] La FIG.4 es una vista desde abajo de la placa superior de la FIG.3.

[0042] La FIG.5 es una vista correspondiente a la FIG.3 e ilustra un ejemplo modificado de la placa superior de la FIG.3. La FIG.6 es una vista correspondiente a la FIG.4 e ilustra un ejemplo modificado de la placa superior de la FIG.3. La FIG. 7 es una vista en perspectiva esquemática que ilustra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.

[0043] La FIG.8 es una vista desde abajo de la porción de placa superior de la carcasa de módulo de la FIG.7.

[0044] La FIG.9 es una vista en sección transversal de la FIG.8.

[0045] La FIG. 10 es una vista para explicar un sistema de refrigeración y extinción de incendios del módulo de batería de la FIG.7.

[0046] La FIG.11 es un dibujo de referencia para describir un mecanismo de extinción de incendios cuando se inflama una celda de batería específica en un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.

[0047] La FIG. 12 es un dibujo de referencia para describir un estado de descarga de gas de una celda de batería específica en un módulo de batería según una realización de la presente divulgación.

[0048] La FIG.13 es una vista que ilustra un ejemplo de descarga de gas de ventilación desde un paquete de batería según una realización de la presente divulgación.

[0049] Descripción detallada de la invención

[0050] A continuación en el presente documento, se describirán en detalle realizaciones preferidas de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debe entenderse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a significados generales y de diccionario, sino interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a aspectos técnicos de la presente divulgación basándose en el principio de que se permite que el inventor defina términos de manera apropiada para la mejor explicación. Por tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible con el propósito de ilustraciones solamente, no pretende limitar el alcance de la presente divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otros equivalentes y modificaciones en la misma sin apartarse del alcance de la presente divulgación.

[0051] La FIG. 1 es una vista en perspectiva esquemática que ilustra un paquete de batería según una realización de la presente divulgación, y la FIG. 2 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado del paquete de batería de la FIG.1.

[0052] El paquete 10 de batería según una realización de la presente divulgación incluye una carcasa 100 de paquete y módulos 200 de batería alojados en la carcasa 100 de paquete.

[0053] La carcasa 100 de paquete es un componente para proteger los módulos 200 de batería de choques externos, etc., y puede estar hecha de un material que tiene una excelente rigidez mecánica. Como se muestra en las FIGS.1 y 2, la carcasa 100 de paquete puede incluir una cubierta inferior 110 proporcionada para alojar los módulos 200 de batería, y una placa superior 120 proporcionada para cubrir las porciones superiores de los módulos 200 de batería y acoplarse verticalmente a la cubierta inferior 110. Aunque no se muestra, cuando la cubierta inferior 110 y la placa superior 120 se acoplan, puede aplicarse un método de acoplamiento tal como atornillado, soldadura, unión o enganche.

[0054] Como se describirá más adelante en detalle, la carcasa 100 de paquete de la presente divulgación incluye aletas 121 de refrigeración dispuestas entre la cubierta inferior 110 y la placa superior 120. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 1, la placa superior está soportada por las aletas de refrigeración para que esté espaciada una altura predeterminada del extremo superior de la cubierta inferior, garantizando de ese modo un área de emisión para descargar el gas de ventilación a lo largo de la dirección circunferencial lateral de la carcasa 100 de paquete lo suficientemente ancha. Por consiguiente, incluso si el gas de ventilación se genera a partir del módulo 200 de batería, el gas de ventilación se descarga suavemente y, por tanto, puede evitarse la deformación de la carcasa 100 de paquete. Además, cuando el gas de ventilación se descarga al exterior de la carcasa 100 de paquete, puede enfriarse mediante las aletas 121 de refrigeración, minimizando de ese modo el riesgo de ignición de otras estructuras alrededor del paquete 10 de batería.

[0055] A continuación en el presente documento, se describirá la configuración de la carcasa 100 de paquete en detalle. En referencia a la FIG. 2, el módulo 200 de batería según la presente realización incluye un orificio 235 de ventilación de gas en la porción superior del mismo. Cuando se genera un gas de ventilación dentro del módulo 200 de batería, el gas de ventilación se descarga en la dirección superior (dirección del eje Z) del módulo 200 de batería a través del orificio 235 de ventilación de gas, y luego se bloquea por la placa superior 120 que cubre la porción superior del módulo 200 de batería, moviéndose de ese modo en la dirección horizontal. En este momento, la temperatura del gas de ventilación puede disminuirse intercambiando calor con las aletas 121 de refrigeración hasta que el gas de ventilación alcanza la región de borde de la placa superior 120. En particular, se produce un fenómeno de vórtice significativamente dentro de la carcasa 100 de paquete hasta que el gas de ventilación se descarga al exterior de la carcasa 100 de paquete. Por consiguiente, la cantidad de intercambio de calor entre el gas de ventilación y la placa superior 120 que incluye las aletas 121 de refrigeración aumenta, de modo que la temperatura del gas de ventilación puede reducirse significativamente en comparación con el caso en el que las aletas 121 de refrigeración no se usan. Las aletas de refrigeración y la placa superior pueden estar hechas de un metal que tiene una excelente conductividad térmica, tal como aluminio, para enfriar el gas de ventilación.

[0056] Específicamente, cada aleta 121 de refrigeración según la presente realización puede proporcionarse en una forma de placa delgada que sobresale perpendicularmente a una superficie de la placa superior 120 orientada hacia la dirección interna (hacia el módulo de batería) de la carcasa 100 de paquete, como se muestra en las FIGS.3 y 4. La aleta 121 de refrigeración puede reemplazarse con diversas formas, tales como una forma de aleta, una forma de varilla o una forma ovalada, a diferencia de la presente realización.

[0057] Además, las aletas 121 de refrigeración pueden estar configuradas para proporcionarse en pluralidad para que estén espaciadas a un intervalo predeterminado desde un borde hasta el otro borde de la placa superior 120 a lo largo de una primera dirección longitudinal (dirección del eje Y) o a lo largo de una segunda dirección a lo ancho (dirección del eje X). Por ejemplo, las aletas 121 de refrigeración se distribuyen sobre toda el área de la placa superior 120 excepto el área de la segunda viga transversal 123 que va a describirse más adelante, y pueden incluir N filas y M columnas.

[0058] Como se muestra en las FIGS. 3 y 4, las aletas 121 de refrigeración pueden estar configuradas de manera que todas las filas y columnas coincidan entre sí en cada dirección o, como se muestra en las FIGS.5 y 6, pueden estar configuradas de manera que una cierta fila y otra fila o una cierta columna y otra columna no coincidan entre sí en cada dirección.

[0059] La estructura de disposición de las aletas 121 de refrigeración como se muestra en la FIG. 6 es más complicada en la trayectoria de descarga del gas de ventilación en comparación con la de las aletas 121 de refrigeración como se muestra en la FIG. 4, de modo que puede ser más eficaz en la generación de más vórtices. En este sentido, la estructura de disposición de las aletas 121 de refrigeración como se muestra en la FIG. 6 puede ser más ventajosa en el aumento de la cantidad de disipación de calor del gas de ventilación.

[0060] Entre las aletas 121 de refrigeración, las aletas 121 de refrigeración proporcionadas en el borde de la placa superior 120 pueden estar configuradas para conectarse verticalmente al borde superior de la cubierta inferior 110 cuando la placa superior 120 se acopla a la cubierta inferior 110. Por ejemplo, se proporcionan ranuras de inserción de aletas (no mostradas) en el borde superior de la cubierta inferior 110, y los extremos de las aletas 121 de refrigeración se insertan en las ranuras de inserción de aletas de modo que algunas de las aletas 121 de refrigeración puedan conectarse verticalmente al borde superior de la cubierta inferior 110.

[0061] Como se describió anteriormente, el paquete 10 de batería según la presente realización tiene una estructura donde la cubierta inferior 110 en la que se alojan los módulos 200 de batería se cubre con la placa superior 120 con la que se encajan las aletas 121 de refrigeración. Por consiguiente, el gas de ventilación generado en el módulo de batería y que se eleva verticalmente se bloquea por la placa superior 120, lo que conduce a una reducción de la presión de descarga y el movimiento en la dirección lateral de la carcasa de paquete, y en el proceso de moverse en la dirección lateral, el gas de ventilación puede enfriarse intercambiando activamente calor con las aletas 121 de refrigeración y la placa superior 120. El gas de ventilación se descarga al exterior de la carcasa 100 de paquete a través de los espacios vacíos 0 entre las aletas 121 de refrigeración más externas a lo largo de la dirección circunferencial lateral de la carcasa 100 de paquete.

[0062] Mientras tanto, la carcasa 100 de paquete según una realización de la presente divulgación incluye además las primeras vigas transversales 116a, 116b proporcionadas en la cubierta inferior 110 y las segundas vigas transversales 123 proporcionadas en la placa superior 120.

[0063] En referencia a la FIG.2 de nuevo, la cubierta inferior 110 incluye una placa base que forma una superficie inferior y bastidores 112, 113, 114, 115 de pared que forman una pared a lo largo de la circunferencia de la placa base, en donde un espacio interno rodeado por la placa base y los bastidores 112, 113, 114, 115 de pared puede estar configurado para dividirse por las primeras vigas transversales 116a, 116b. Es decir, como se muestra en la FIG.2, las primeras vigas transversales 116a, 116b incluyen una primera viga horizontal 116a y una primera viga vertical 116b, en donde la primera viga horizontal 116a puede estar configurada de manera que un extremo esté conectado al bastidor frontal 112 y el otro extremo esté conectado al bastidor posterior 113, y la primera viga vertical 116b puede estar configurada de manera que un extremo esté conectado al bastidor lateral izquierdo 114 y el otro extremo esté conectado al bastidor lateral derecho 115.

[0064] Según las primeras vigas transversales 116a, 116b de la presente realización, pueden formarse cuatro porciones de alojamiento de módulo S en la cubierta inferior 110, y cada módulo 200 de batería puede estar dispuesto en cada porción de alojamiento de módulo S.

[0065] Posteriormente, en referencia a las FIGS.3 o 5, la segunda viga transversal 123 incluye una segunda viga horizontal 123a y una segunda viga vertical 123b formadas para que sean iguales a o mayores que las aletas 121 de refrigeración, en donde la segunda viga horizontal 123a se coloca extendiéndose en una primera dirección (dirección del eje Y) en la placa superior 120 y la segunda viga vertical 123b se coloca extendiéndose en una segunda dirección (dirección el eje X) en la placa superior 120, y cuando la placa superior 120 y la cubierta inferior 110 se acoplan verticalmente, la segunda viga horizontal 123a y la segunda viga vertical 123b pueden proporcionarse para que estén verticalmente en contacto cara a cara con la primera viga horizontal 116a y la primera viga vertical 116b, respectivamente.

[0066] Por tanto, cuando la placa superior 120 y la cubierta inferior 110 se acoplan verticalmente, los módulos 200 de batería pueden bloquearse espacialmente por las primeras vigas transversales 116a, 116b y la segunda viga transversal 123. Como referencia, en la conexión eléctrica entre los módulos 200 de batería, medios de cableado tales como cables o similares están parcialmente incrustados en la segunda viga transversal 123 de modo que los módulos 200 de batería puedan conectarse eléctricamente por los medios de cableado.

[0067] Según la configuración del paquete 10 de batería de la presente divulgación, incluso si se genera un gas de ventilación o chispa en un módulo 200 de batería cualquiera, es posible evitar que el gas de ventilación o la chispa se propague a otros módulos 200 de batería. Por tanto, cuando se inflama un módulo 200 de batería, es posible evitar la ignición secundaria debido a un fenómeno de desbordamiento térmico causado por la propagación de calor a otros módulos 200 de batería adyacentes.

[0068] La FIG. 7 es una vista en perspectiva esquemática que ilustra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación, la FIG.8 es una vista desde abajo de la porción de placa superior de la carcasa de módulo de la FIG.7, la FIG.9 es una vista en sección transversal de la FIG.8 y la FIG.10 es una vista para explicar un sistema de refrigeración y extinción de incendios del módulo de batería de la FIG.7.

[0069] A continuación en el presente documento, se describirá en detalle un módulo de batería según una realización de la presente divulgación con referencia a estos dibujos.

[0070] El módulo 200 de batería según una realización de la presente divulgación incluye una pila de celdas que incluye una pluralidad de celdas 210 de batería y una carcasa 220 de módulo que aloja la pila de celdas.

[0071] Puede emplearse una celda 210 de batería de tipo bolsa como celda 210 de batería. La celda 210 de batería de tipo bolsa es una celda 210 de batería sustancialmente en forma de placa en la que un conjunto de electrodo y un electrolito se sellan y se alojan con un material exterior de tipo bolsa, y puesto que se conoce bien en el momento de la solicitud de la presente divulgación, se omitirá una descripción detallada de la misma.

[0072] Cada una de las celdas 210 de batería de tipo bolsa se erige respectivamente en una dirección arriba-abajo (±Z) y se apila en una dirección izquierda-derecha (±Y) con los lados anchos orientados uno hacia el otro para formar una pila de celdas. Una almohadilla amortiguadora o una aleta de refrigeración en forma de placa delgada puede estar interpuesta además entre las celdas 210 de batería de tipo bolsa para el propósito de absorber el hinchamiento o transferir calor.

[0073] Las celdas 210 de batería pueden expandirse debido a la expansión y contracción del conjunto de electrodo en el proceso de carga/descarga repetido, y el gas generado como subproducto de la carga/descarga. En este momento, para absorber la fuerza de expansión de las celdas 210 de batería y minimizar la deformación de la carcasa 220 de módulo, puede añadirse una pared 250 de división que tiene una estructura hueca entre las celdas 210 de batería. En particular, el módulo 200 de batería de la presente realización puede estar configurado para refrigerar las celdas 210 de batería fijando el borde superior y el borde inferior de las celdas 210 de batería a la carcasa de módulo con un adhesivo térmicamente conductor, respectivamente, y permitiendo que el refrigerante W1 entre en contacto indirectamente con la carcasa de módulo.

[0074] La carcasa 220 de módulo puede estar hecha de un material que tiene una alta rigidez mecánica para alojar la pila de celdas y protegerla de impactos externos o vibración, y puede proporcionarse en una forma de caja aproximadamente hexaédrica. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 7, la carcasa 220 de módulo de la presente realización puede estar configurada en una forma de caja aproximadamente hexaédrica que incluye una porción 230 de placa superior dispuesta en la porción superior de la pila de celdas, una porción 240 de placa inferior dispuesta en la porción inferior de la pila de celdas y cuatro paredes laterales 260 que rodean la circunferencia de la pila de celdas. Aunque se ilustra esquemáticamente, la pared lateral 260 puede ser una combinación de cuatro palcas que incluyen una placa de cubierta de superficie frontal/posterior que cubre las porciones de superficie frontal y posterior de la pila de celdas, y un par de placas laterales que cubren las porciones laterales de la pila de celdas.

[0075] La carcasa 220 de módulo puede estar configurada de manera que la porción 230 de placa superior sirva como tanque de almacenamiento de refrigerante y la porción 240 de placa inferior sirva como disipador de calor para refrigerar eficazmente las celdas 210 de batería en tiempos normales y suprimir rápidamente la ignición de las celdas 210 de batería en caso de un incendio. En este caso, el disipador de calor se refiere a un componente de refrigeración usado para absorber calor al tener una trayectoria de flujo a través de la cual puede fluir el refrigerante W1 en su interior.

[0076] Es decir, puesto que el módulo 200 de batería según la presente realización tiene su porción superior de un tanque de almacenamiento de refrigerante y su porción inferior de un disipador de calor, es posible que el módulo 200 de batería pueda refrigerarse en tiempos normales y pueda inyectarse agua desde el tanque de almacenamiento de refrigerante en el módulo 200 de batería en una emergencia.

[0077] A continuación en el presente documento, se describirá en detalle la estructura de refrigeración y extinción de incendios del módulo 200 de batería.

[0078] En referencia a las FIGS. 8 a 10, la porción 230 de placa superior de la carcasa 220 de módulo incluye una primera placa superior 231 en contacto con una pluralidad de celdas 210 de batería, y una segunda placa superior 232 orientada hacia la primera placa superior 231. Además, la primera placa superior 231 puede incluir una pluralidad de primeros puntos 233 de fusión que pueden fundirse térmicamente, y la segunda placa superior 232 puede incluir un orificio 235 de ventilación de gas a través del cual puede descargarse gas al exterior y una tapa 236 de orificio de ventilación formada de un material capaz de fundirse térmicamente mientras se sella el orificio 235 de ventilación de gas.

[0079] La primera placa superior 231 puede estar hecha de aluminio (Al) que tiene una excelente conductividad térmica, y la segunda placa superior 232 puede estar hecha de acero que tiene una excelente rigidez. La primera placa superior 231 y la segunda placa superior 232, que están hechas de materiales diferentes, pueden unirse de manera heterogénea mediante, por ejemplo, soldadura fuerte.

[0080] Como se describió anteriormente, la porción 230 de placa superior que tiene una estructura en la que la primera placa superior 231 hecha de aluminio y la segunda placa superior 232 hecha de acero se unen de manera heterogénea es ventajosa porque su tasa de absorción de calor con respecto a las celdas 210 de batería es alta y su durabilidad frente al gas de ventilación a alta temperatura o las chispas es excelente. Sin embargo, el alcance de la presente divulgación no se limita al disipador de calor unido de manera heterogénea con aluminio y acero. Es decir, cuando se fabrica la porción 230 de placa superior, tanto la primera placa superior 231 como la segunda placa superior 232 pueden estar hechas de aluminio por facilidad y reducción del peso en el proceso de fabricación, u otros materiales que son ligeros y tienen excelente rigidez además del aluminio.

[0081] La porción 240 de placa inferior de la carcasa 220 de módulo puede incluir una primera placa inferior 241 en contacto con la pluralidad de celdas 210 de batería y una segunda placa inferior 242 orientada hacia la primera placa inferior 241, y un segundo punto 243 de fusión capaz de fundirse térmicamente sobre la primera placa inferior 241. La porción 240 de placa inferior puede incluir una trayectoria de flujo a través de la cual puede fluir el refrigerante, y un puerto de entrada P1 y un puerto de salida P2 pueden estar conectados a un lado y el otro lado de la trayectoria de flujo para la circulación del refrigerante. Por consiguiente, el refrigerante W1 puede suministrarse a la trayectoria de flujo a través del puerto de entrada P1 y descargarse al exterior a través del puerto de salida P2.

[0082] Como se describió anteriormente, según la configuración en la que la porción 230 de placa superior y la porción 240 de placa inferior incluyen refrigerante en su interior y están en contacto con ambos bordes de extremo de las celdas 210 de batería, ambas porciones de borde de las celdas 210 de batería pueden refrigerarse.

[0083] Es decir, las celdas 210 de batería pueden refrigerarse a través de una trayectoria de disipación de calor que conduce a “el borde superior de las celdas 210 de batería => la primera placa superior 231 hecha de aluminio de la porción 230 de placa superior => el refrigerante W1” y una trayectoria de disipación de calor que conduce a “el borde inferior de las celdas 210 de batería = > la primera placa inferior 241 hecha de aluminio de la porción 240 de placa inferior => el refrigerante W1”.

[0084] A continuación, se describirá la configuración del sistema de extinción de incendios del módulo 200 de batería. Cuando la temperatura de una determinada celda 210 de batería aumenta de manera anómala o se inflama, el primer punto 233 de fusión de la porción 230 de placa superior y el segundo punto 243 de fusión de la porción 240 de placa inferior se funden permitiendo que el refrigerante almacenado en la porción 230 de placa superior fluya al interior de la carcasa 220 de módulo, lo que puede usarse para extinguir la celda 210 de batería.

[0085] El primer punto de fusión 233 y el segundo punto 243 de fusión pueden ser verticalmente simétricos con al menos una celda 210 de batería interpuesta entre ellos, y pueden tener sustancialmente la misma configuración.

[0086] En la presente realización, el primer punto de fusión 233 puede incluir un orificio pasante 237 formado en la dirección del grosor de la primera placa superior 231 y una tapa de sellado formada de un material capaz de fundirse térmicamente, y el segundo punto 243 de fusión puede incluir un orificio pasante y una tapa de sellado como el primer punto de fusión 233.

[0087] Como material de la tapa de sellado, puede usarse una resina de plástico tal como polietileno (PE) o polipropileno (PP). Por ejemplo, la tapa de sellado hecha de un material de plástico y la primera placa superior 231 o la primera placa inferior 241 hecha del material de aluminio descrito anteriormente pueden moldearse integralmente mediante un método de inyección de inserto. La tapa de sellado puede reemplazarse con otro material tal como caucho que tiene capacidad de fusión por calor y propiedades de sellado.

[0088] Según la configuración anterior, como se muestra en la FIG. 11, cuando una determinada celda 210 de batería se inflama, las tapas de sellado ubicadas en las porciones superior e inferior de la correspondiente celda 210 de batería se funden térmicamente y se pierden por el calor generado en la correspondiente celda 210 de batería y el gas de ventilación a alta temperatura y, por consiguiente, el refrigerante W1 de la porción 230 de placa superior se introduce directamente en la correspondiente celda 210 de batería a través del orificio pasante. En este caso, la celda 210 de batería inicialmente inflamada puede extinguirse rápidamente y, por tanto, es eficaz en la prevención de la difusión de calor a las celdas 210 de batería circundantes.

[0089] Además, como se muestra en la FIG. 12, pueden introducirse un gas de ventilación y una chispa a alta temperatura en el espacio interno de la porción 230 de placa superior desde la que se descarga el refrigerante. En este momento, la tapa 236 de ventilación que bloquea el orificio 235 de ventilación de gas puede fundirse térmicamente o perderse y, por tanto, el orificio 235 de ventilación de gas puede abrirse. Puesto que el orificio 235 de ventilación de gas se proporciona en una estructura de malla, las chispas a alta temperatura se filtran y solo el gas de ventilación puede descargarse al exterior de la porción 230 de placa superior. En este caso, las chispas a alta temperatura se refieren a un material activo desintercalado de un electrodo dentro de la celda 210 de batería o partículas de aluminio fundido.

[0090] Es decir, cuando la celda 210 de batería se inflama, después de que el refrigerante W1 se introduzca en la correspondiente celda 210 de batería a través del orificio pasante desde el interior de la porción 230 de placa superior, el interior de la porción 230 de placa superior se convierte en un espacio vacío. En este momento, el espacio vacío creado en la porción 230 de placa superior se usa como paso de descarga de gas. Cuando el gas de ventilación a alta temperatura y las chispas entran en el interior de la porción 230 de placa superior a través del orificio pasante 237 y luego la tapa 236 de orificio de ventilación se funde térmicamente y se pierde, el gas de ventilación puede descargarse rápidamente al exterior a través del orificio 235 de ventilación de gas debido a la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la carcasa 220 de módulo. En este momento, las llamas o chispas pueden desaparecer debido a una disminución en la temperatura o pueden filtrarse a través del orificio 235 de ventilación de gas que tiene una estructura de malla.

[0091] Como se muestra en la FIG.13, el gas de ventilación que sale del módulo 200 de batería a través del orificio 235 de ventilación de gas puede descargarse al exterior de la carcasa 100 de paquete.

[0092] Como se describió anteriormente, en la presente realización, se alojan cuatro módulos 200 de batería en la carcasa 100 de paquete en un estado donde están bloqueados espacialmente por las primeras vigas transversales 116a, 116b de la cubierta inferior 110 y la segunda viga transversal 123 de la placa superior 120. Por tanto, como se muestra en la FIG.13, el gas de ventilación generado en el módulo 200 de batería ubicado en la región ① puede no difundirse a las regiones ②, ③, ④ dentro de la carcasa 100 de paquete sino que puede descargarse al exterior de la carcasa 100 de paquete en un estado donde la temperatura se reduce.

[0093] Como se describió anteriormente, según la configuración del paquete 10 de batería de la presente divulgación, incluso si se genera un gas de ventilación a alta temperatura en cualquier módulo 200 de batería, la temperatura y presión se reducen de modo que puede descargarse al exterior del paquete 10 de batería, reduciendo de ese modo un factor de riesgo debido a la emisión de gas de ventilación. Además, es posible evitar el desbordamiento térmico del paquete 10 de batería minimizando el daño térmico a otros módulos 200 de batería.

[0094] Mientras tanto, aunque no se muestra, el paquete 10 de batería según la presente divulgación puede incluir además diversos dispositivos para controlar la carga/descarga de los módulos 200 de batería, por ejemplo, un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor de corriente, un fusible, y similares.

[0095] El paquete de batería según la presente divulgación puede aplicarse a un vehículo tal como un vehículo eléctrico o un vehículo híbrido. Es decir, el vehículo según la presente divulgación puede incluir el paquete de batería según la presente divulgación. El paquete de batería puede instalarse en un bastidor de carrocería de vehículo o un espacio de maletero debajo de un asiento del vehículo, y puede disponerse en un estado donde la placa superior de la carcasa de paquete se gira boca abajo, si es necesario cuando se instala en el vehículo.

[0096] Los términos que indican direcciones como se usan en el presente documento tales como superior, inferior, izquierda, derecha, frontal y posterior se usan únicamente por conveniencia de la descripción, y es obvio para los expertos en la técnica que los términos pueden cambiar dependiendo de la posición del elemento indicado o un observador.

[0097] Aunque la presente divulgación se ha descrito anteriormente en el presente documento con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no se limita a los mismos y es obvio para los expertos en la técnica que pueden realizarse una variedad de modificaciones y cambios en los mismos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un paquete (10) de batería que comprende:

un módulo (200) de batería; y

una carcasa (100) de paquete proporcionada para alojar el módulo (200) de batería en la misma,

en donde la carcasa (100) de paquete comprende:

una cubierta inferior (110) que aloja el módulo (200) de batería; y

una placa superior (120) que tiene aletas (121) de refrigeración que sobresalen de una superficie orientada hacia el interior de la carcasa (100) de paquete y acoplada a la cubierta inferior (110) de modo que la porción superior del módulo (200) de batería esté cubierta,

en donde el paquete (10) de batería está configurado de manera que el gas de ventilación generado en el módulo (200) de batería se descarga al exterior de la carcasa de paquete a través de espacios vacíos formados entre las aletas (121) de refrigeración,

en donde las aletas (121) de refrigeración se proporcionan en pluralidad desde un borde hasta el otro borde de la placa superior (120) a lo largo de una primera dirección que es una dirección longitudinal de la placa superior (120) y una segunda dirección que es una dirección a lo ancho de la placa superior (120).

2. El paquete (10) de batería según la reivindicación 1,

en donde las aletas (121) de refrigeración proporcionadas en el borde de la placa superior (120) están conectadas verticalmente al borde superior de la cubierta inferior (110) en los extremos de la misma.

3. El paquete (10) de batería según la reivindicación 1,

en donde la cubierta inferior (110) comprende:

una placa base que forma una superficie inferior;

un bastidor (112, 113, 114, 115) de pared que forma una pared a lo largo de la circunferencia de la placa base; y una primera viga transversal (116a, 116b) que divide un espacio interno rodeado por la placa base y el bastidor (112, 113, 114, 115) de pared.

4. El paquete (10) de batería según la reivindicación 3,

en donde el módulo (200) de batería está en pluralidad,

cada uno de los módulos (200) de batería está dispuesto en una pluralidad de porciones de alojamiento de módulo formadas en un estado en el que el espacio interno está dividido por la primera viga transversal (116a, 116b), y la placa superior (120) comprende una segunda viga transversal (123a, 123b) proporcionada para estar verticalmente en contacto cara a cara con la primera viga transversal (116a, 116b).

5. El paquete (10) de batería según la reivindicación 4,

en donde la segunda viga transversal (123a, 123b) se forma para que sea igual a o mayor que las aletas (121) de refrigeración.

6. El paquete (10) de batería según la reivindicación 1,

en donde el módulo (200) de batería comprende:

una pluralidad de celdas (210) de batería; y

una carcasa (220) de módulo que aloja la pluralidad de celdas (210) de batería,

en donde la carcasa (220) de módulo tiene un orificio (235) de ventilación de gas formado en una porción (230) de placa superior que cubre las porciones superiores de la pluralidad de celdas (210) de batería.

7. El paquete (10) de batería según la reivindicación 6,

en donde el orificio (235) de ventilación de gas se proporciona en una estructura de malla.

8. El paquete (10) de batería según la reivindicación 6,

en donde la carcasa (220) de módulo comprende:

una porción (230) de placa superior dispuesta en la parte superior de la pluralidad de celdas (210) de batería y que tiene refrigerante (W1) en su interior; y

una porción (240) de placa inferior dispuesta en la parte inferior de la pluralidad de celdas (210) de batería y que tiene una trayectoria de flujo a través de la cual puede fluir refrigerante (W1),

en donde la porción (230) de placa superior comprende un primer punto de fusión capaz de fundirse térmicamente sobre una primera placa superior (231) en contacto con la pluralidad de celdas (210) de batería; un orificio (235) de ventilación de gas capaz de descargar gas al exterior en una segunda placa superior (232) orientada hacia la primera placa superior (231); y una tapa (236) de orificio de ventilación que sella el orificio (235) de ventilación de gas pero hecho de un material capaz de fundirse térmicamente.

9. El paquete (10) de batería según la reivindicación 8,

en donde la porción (240) de placa inferior comprende una primera placa inferior (241) en contacto con la pluralidad de celdas (210) de batería y una segunda placa inferior (242) orientada hacia la primera placa inferior (241), y un segundo punto de fusión capaz de fundirse térmicamente sobre la primera placa inferior (241).

10. El paquete (10) de batería según la reivindicación 9,

en donde el primer punto de fusión y el segundo punto de fusión son verticalmente simétricos con al menos una celda de batería interpuesta entre ellos.

11. Un vehículo que comprende el paquete (10) de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.