ES3058183T3 - Battery pack comprising heating member - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un paquete de baterías para suprimir la aparición de desviaciones de temperatura entre las celdas de una pila de celdas de batería que constituye el paquete de baterías. El paquete de baterías comprende: una pila de celdas de batería que tiene una estructura en la que una pluralidad de celdas de batería están apiladas una junto a la otra; un elemento de calentamiento unido y dispuesto en tres superficies exteriores de las superficies exteriores de la pila de celdas de batería; un sensor de temperatura conectado a cada una de las celdas de batería; y una carcasa del paquete de baterías que aloja en su interior la pila de celdas de batería, el elemento de calentamiento y el sensor de temperatura, donde el elemento de calentamiento está formado como una estructura de tipo integrado que incluye una primera superficie, una segunda superficie y una tercera superficie. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Paquete de baterías que comprende miembro calefactor
[0003] [Sector de la técnica]
[0004] Esta solicitud reivindica los derechos de prioridad de la solicitud de patente provisional coreana n.º 2019-0096973, presentada el 8 de agosto de 2019.
[0005] La invención presente se refiere a un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor y, más particularmente, a un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor dispuesto en tres superficies exteriores de una pila de celdas de batería, entre todas las superficies exteriores de la pila de celdas de batería, en el estado de estar en estrecho contacto con la misma para reducir la desviación de temperatura de la pila de celdas de batería.
[0006] [Antecedentes de la invención]
[0007] Los vehículos de gasolina y diésel que utilizan combustibles fósiles se consideran las principales fuentes de contaminación atmosférica, un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido y un vehículo eléctrico híbrido enchufable han atraído una considerable atención como alternativas a los mismos, y se ha llevado a cabo activamente la investigación y el desarrollo de baterías secundarias como fuentes de energía para los mismos.
[0008] Una batería secundaria utilizada en un dispositivo que requiere gran capacidad y alta tensión, tal como el vehículo eléctrico, se utiliza en forma de un conjunto de celdas de batería o un paquete de baterías que tiene una estructura en la cual se dispone una pluralidad de celdas de batería.
[0009] El conjunto de celdas de batería o el paquete de baterías puede verse afectado por diversos entornos en los cuales funciona el dispositivo. Por ejemplo, la capacidad de carga y el rendimiento del paquete de baterías pueden variar mucho en función de la temperatura.
[0010] Específicamente, al comparar el caso en el cual un paquete de baterías que incluye una batería secundaria de litio se carga a una temperatura bajo cero y el caso en el cual el paquete de baterías se carga a una temperatura por encima de cero para tener la misma capacidad de carga, el paquete de baterías cargado a temperatura bajo cero requiere un tiempo de carga más largo que el paquete de baterías cargado a temperatura por encima de cero, ya que la capacidad de carga del paquete de baterías cargado a temperatura bajo cero es considerablemente limitada debido a la baja temperatura.
[0011] Con el fin de mantener la temperatura del paquete de baterías a un nivel predeterminado o más, por tanto, se han realizado diversos intentos, tales como la adición de una almohadilla calefactora al interior del paquete de baterías. La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada que muestra esquemáticamente un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor convencional.
[0012] Haciendo referencia a la Figura 1, el paquete 100 de baterías incluye una pila 110 de celdas de batería configurada para tener una estructura en la cual una pluralidad de celdas 111 de batería está dispuesta de forma que estén en estrecho contacto entre sí, un miembro calefactor 120 ubicado en la parte inferior de la pila 110 de celdas de batería, y una carcasa 130 de paquete de baterías configurada para recibir la pila 110 de celdas de batería y el miembro calefactor 120.
[0013] El miembro calefactor 120 se aplica a la superficie inferior de la pila 110 de celdas de batería recibida en la carcasa 130 de pila de baterías, y la pila 110 de celdas de batería puede calentarse desde la parte inferior de la pila 110 de celdas de batería.
[0014] Sin embargo, el miembro calefactor 120 es plano y, por tanto, el miembro calefactor 120 solo está en contacto con la superficie inferior de la pila 110 de celdas de batería. Como resultado, se incrementa el tiempo necesario para aumentar la temperatura global de la pila 110 de celdas de batería.
[0015] Además, el calor se descarga fácilmente desde las celdas de batería ubicadas en las partes exteriores de la pila 110 de celdas de batería, ya que las celdas de batería están en estrecho contacto con la carcasa 130 de paquete de baterías, la cual está fabricada con un material metálico. Por el contrario, las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en la parte central de la pila 110 de celdas de batería aumentan más rápidamente, ya que las celdas de batería, cada una de las cuales tiene propiedades de un elemento calefactor, están dispuestas en el estado de estar en estrecho contacto entre sí. Como resultado, aumenta la desviación de temperatura entre las celdas individuales de batería.
[0016] Esto provoca una desviación en la capacidad de carga entre las celdas de batería y también causa diferencias en la vida útil entre las celdas individuales de batería.
[0017] Paralelamente, el documento de patente 1 divulga un conjunto de baterías configurado de modo que las películas de disipación y generación de calor que incluyen un elemento calefactor de nanotubos de carbono están incluidas en un módulo de batería y/o una carcasa de revestimiento, en donde la película de disipación de calor incluye una primera y una segunda capas de disipación de calor, cada una de las cuales está hecha de un material térmicamente conductor, cada una de las capas de disipación de calor primera y segunda está configurada para disipar el calor de una celda unitaria y una capa adhesiva formada entre las capas de disipación de calor primera y segunda, la capa adhesiva estando configurada para adherir las capas de disipación de calor primera y segunda entre sí. El documento de patente 1 sugiere específicamente la estructura de la película de disipación de calor, pero no sugiere un método para reducir la desviación de temperatura entre las celdas de batería.
[0018] El documento de patente 2 divulga un paquete de baterías configurado para tener una estructura en la cual una almohadilla calefactora se inserta en un conjunto de módulo de celdas que incluye una pluralidad de celdas de batería mientras que el conjunto de módulo de celdas se rellena con espuma aislante, el funcionamiento de la almohadilla calefactora se controla de forma que el paquete de baterías pueda utilizarse de forma estable incluso en el caso de que la condición de temperatura del entorno en el cual se utiliza el paquete de baterías se desvíe de un intervalo de temperatura garantizado de las celdas de batería. Para aumentar la temperatura del paquete de baterías, se utiliza espuma aislante además de la almohadilla calefactora.
[0019] El documento de patente 3 divulga un paquete de baterías que incluye una carcasa interior configurada para recibir una pluralidad de baterías de forma que estén paralelas entre sí, una carcasa exterior configurada para recibir la carcasa interior, un calentador de láminas dispuesto entre la carcasa interior y la carcasa exterior, el calentador de láminas estando configurado para aumentar las temperaturas de las baterías. En el calentador de láminas, un hilo de resistencia se fija a una lámina aislante flexible. En el calentador de láminas, el hilo de resistencia se dobla a lo largo de las esquinas de la carcasa interior y se fija a dos superficies de la carcasa interior. En el calentador de láminas, las porciones dobladas del hilo de resistencia ubicadas en las esquinas de la carcasa interior se fijan a la lámina aislante en forma de una curva, tal como una forma convexa o una forma cóncava, que se extiende en dirección hacia el hilo doblado.
[0020] El documento de patente US3527925 divulga un calentador para su uso con una batería de almacenamiento, que está adaptado para calentar eficazmente el electrolito contenido en la batería de almacenamiento y evitar que la fuerza electromotriz disminuya debido a una disminución de la temperatura del electrolito, haciendo que sea posible de este modo producir siempre una fuerza electromotriz constante.
[0021] El documento de patente JP 2017195049 describe un paquete de baterías capaz de aumentar la temperatura de una celda de batería a una temperatura objetivo en un tiempo relativamente corto y un método para diseñar el mismo. El paquete de baterías tiene una unidad de fuente de alimentación y un calentador. La unidad de fuente de alimentación incluye una celda de batería. El calentador incluye una placa metálica dispuesta a lo largo de una superficie de la celda de batería y que genera calor cuando se suministra una corriente eléctrica desde la celda de batería. La placa metálica tiene una estructura de muesca que alarga una longitud de ruta por la que fluye la corriente, de modo que el valor de resistencia del calentador se aproxima a un valor de resistencia interna de la unidad de fuente de alimentación. Como se ha descrito anteriormente, los documentos de la técnica anterior utilizan la película de disipación de calor, la almohadilla calefactora y el calentador de lámina para aumentar la temperatura del paquete de baterías. Sin embargo, ninguno de los documentos de la técnica anterior sugiere una solución para resolver un problema de distribución no uniforme de la temperatura de una pila de celdas de batería que constituye el paquete de baterías.
[0022] Por tanto, se necesita una tecnología capaz de resolver el problema anterior.
[0023] (Documentos de técnica anterior)
[0024] (Documento de patente 1) Publicación de solicitud de patente coreana n.º 2012-0053476 (2012.05.25) (Documento de patente 2) Publicación de solicitud de patente coreana n.º 2018-0085123 (2018.07.26) (Documento de patente 3) Publicación de solicitud de patente japonesa n.º 2007-213939 (2007.08.23)
[0025] [Explicación de la invención]
[0026] [Problema técnico]
[0027] La presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, y es un objeto de la presente invención proporcionar un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor dispuesto para envolver la superficie exterior de una pila de celdas de batería que tiene una estructura en la cual una pluralidad de celdas de batería se apila para estar en contacto estrecho entre sí a fin de reducir la desviación de temperatura entre las celdas de batería.
[0028] [Solución técnica]
[0029] Con el fin de lograr los objetos anteriores, un paquete de baterías según la presente invención se define en la reivindicación 1 adjunta. Un paquete de baterías según la presente divulgación incluye una pila de celdas de batería configurada para tener una estructura en la cual una pluralidad de celdas de batería se apilan para estar en contacto estrecho entre sí, un elemento calefactor dispuesto en tres superficies exteriores de la pila de celdas de batería, entre todas las superficies exteriores de la pila de celdas de batería, en el estado de estar en estrecho contacto con la misma, y una carcasa de paquete baterías configurada para recibir la pila de celdas de batería y el miembro calefactor, en donde el miembro calefactor está configurado para tener una estructura integrada que incluye una primera superficie, una segunda superficie y una tercera superficie.
[0030] El miembro calefactor puede generar calor utilizando energía suministrada por una fuente de alimentación externa. La pila de celdas de batería puede configurarse de modo que las superficies laterales de las porciones de recepción de la pluralidad de celdas de batería en forma de bolsa estén dispuestas paralelas al suelo en el estado en el cual las porciones de recepción están apiladas para que se enfrenten entre sí.
[0031] Una primera porción doblada se forma entre la primera superficie y la segunda superficie del miembro calefactor, se forma una segunda porción doblada entre la segunda superficie y la tercera superficie del miembro calefactor y la primera superficie y la tercera superficie están ubicadas respectivamente en las superficies exteriores de una primera celda de batería y una segunda celda de batería ubicadas en los extremos más exteriores de la pila de celdas de batería.
[0032] El área de la segunda superficie del miembro calefactor puede ser igual al área de una superficie exterior enfrentada de la pila de celdas de batería.
[0033] El miembro calefactor está configurado en una forma en la cual una porción de cada una de la primera superficie y la segunda superficie del miembro calefactor adyacente a una pestaña de electrodo correspondiente se elimina al menos parcialmente.
[0034] El miembro calefactor puede incluir un elemento calefactor de resistencia metálica o no metálica.
[0035] El miembro calefactor puede estar configurado en una forma en la cual el elemento calefactor de resistencia se recibe en una almohadilla aislante.
[0036] La almohadilla aislante puede incluir una primera superficie formada para estar frente a la pila de celdas de batería y una segunda superficie formada para estar frente a la carcasa del paquete de baterías, la primera superficie de la almohadilla aislante puede estar hecha de un material que presente una alta conductividad térmica y la segunda superficie de la almohadilla aislante puede estar hecha de un material que presente un alto aislamiento térmico. El miembro calefactor puede ser un primer miembro calefactor, y el paquete de baterías puede incluir además un segundo miembro calefactor dispuesto de forma que sea simétrico con el primer miembro calefactor en una dirección opuesta al primer miembro calefactor, el segundo miembro calefactor está dispuesto en las superficies exteriores de la pila de celdas de batería, de modo que está unido a la misma.
[0037] Un sensor de temperatura puede estar conectado a cada una de las celdas de batería, y el paquete de baterías puede incluir además un miembro de ajuste configurado para ajustar la temperatura de generación de calor del miembro calefactor basándose en la temperatura de cada celda de batería individual medida por el sensor de temperatura. La temperatura de una celda de batería que tiene la temperatura más alta en la pila de celdas de batería puede ser menor que 1,5 veces la temperatura de la celda de batería que tiene una temperatura más baja.
[0038] La presente invención puede proporcionar un dispositivo que incluye el paquete de baterías como una fuente de energía.
[0039] [Breve descripción de los dibujos]
[0040] La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor convencional.
[0041] La Figura 2 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor según una primera realización de la presente divulgación.
[0042] La Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según una segunda realización de la presente divulgación.
[0043] La Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según una tercera realización de la presente invención.
[0044] La Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según una cuarta realización de la presente divulgación.
[0045] La Figura 6 es una vista en sección que muestra un miembro calefactor según una quinta realización de la presente invención.
[0046] La Figura 7 es un gráfico que muestra la distribución de temperatura de las celdas de batería en un paquete de baterías fabricado según un ejemplo no conforme a la invención.
[0047] La Figura 8 es un gráfico que muestra la distribución de temperatura de las celdas de batería en un paquete de baterías fabricado según un ejemplo comparativo.
[0048] [Realización preferente de la invención]
[0049] Ahora bien, las realizaciones preferidas de la presente divulgación se describirán en detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, de modo que las realizaciones preferidas de la presente divulgación puedan ser fácilmente implementadas por una persona con conocimientos ordinarios en la técnica a la que pertenece la presente invención. Al describir en detalle el principio de funcionamiento de las realizaciones preferidas de la presente divulgación, sin embargo, se omitirá una descripción detallada de las funciones y las configuraciones conocidas incorporadas en el presente documento cuando pueda hacer que la materia objeto de la presente invención se oscurezca.
[0050] Además, se utilizarán los mismos números de referencia en todos los dibujos para referirse a partes que realizan funciones u operaciones similares. En el caso en el cual se dice que una parte está conectada a otra parte en la memoria descriptiva, no solo la una parte puede conectarse directamente a la otra parte, sino también, la una parte puede estar conectada indirectamente a la otra parte a través de una parte adicional. Además, que se incluya un determinado elemento no significa que se excluyan otros elementos, sino que significa que tales elementos pueden incluirse adicionalmente a menos que se mencione lo contrario.
[0051] En lo sucesivo en el presente documento, se describirán las realizaciones de la presente invención en detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
[0052] La Figura 2 es una vista en perspectiva despiezada que muestra un paquete de baterías que incluye un miembro calefactor según una primera realización de la presente divulgación.
[0053] Haciendo referencia a la Figura 2, el paquete 200 de baterías incluye una pila 210 de celdas de batería configurada para tener una estructura en la cual una pluralidad de celdas 211 de batería en forma de bolsa se apilan para estar en contacto estrecho entre sí, un miembro calefactor 220 dispuesto en una porción de la superficie exterior de la pila 210 de celdas de batería para estar unida a la misma, un sensor 240 de temperatura conectado a cada una de las celdas 211 de batería, y una carcasa 230 de batería configurada para recibir la pila 210 de celdas de batería, el miembro calefactor 220, y los sensores 240 de temperatura.
[0054] La pila 210 de celdas de batería incluye una superficie izquierda 210a de la pila de celdas de batería, una superficie inferior 210b de la pila de celdas de batería, una superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería, y una superficie superior 210d de la pila de celdas de batería, excepto las superficies laterales opuestas de las mismas, de la que sobresalen pestañas 212 de electrodos.
[0055] El miembro calefactor 220 está configurado para tener una estructura integrada que incluye una primera superficie 221 del miembro calefactor, una segunda superficie 222 del miembro calefactor y una tercera superficie 223 del miembro calefactor. La primera superficie 221 del miembro calefactor está dispuesta en la superficie exterior de la superficie izquierda 210a de la pila de celdas de batería, para estar unida a la misma, la segunda superficie 222 del miembro calefactor está dispuesta en la superficie exterior de la superficie inferior 210b de la pila de celdas de batería, para estar unida a la misma, y la tercera superficie 223 del miembro calefactor está dispuesta en la superficie exterior de la superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería, para estar unida a la misma.
[0056] Es decir, el miembro calefactor 220 está dispuesto en tres superficies exteriores de la pila de celdas de batería constituida por la superficie izquierda 210a de la pila de celdas de batería, la superficie inferior 210b de la pila de celdas de batería y la superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería, para estar unido a las mismas. En consecuencia, se puede aumentar el área de contacto entre la pila 210 de celdas de batería y el miembro calefactor 220.
[0057] En un ejemplo concreto, en el caso en cual el paquete 200 de baterías esté expuesto a un entorno de baja temperatura, el paquete de baterías puede presentar una distribución de temperatura en la cual las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en las partes exteriores de la pila 210 de celdas de batería son menores que las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en la parte central de la pila 210 de celdas de batería.
[0058] Sin embargo, en el caso en cual se utilice el miembro calefactor dispuesto en la superficie izquierda y en la superficie derecha de la pila de celdas de batería, así como en la superficie inferior de la pila de celdas de batería, para unirse a la misma, como en la presente divulgación, es posible calentar directamente las celdas de batería ubicadas en las partes exteriores de la pila de celdas de batería, las temperaturas de las cuales son bajas, para aumentar por lo tanto las temperaturas de las celdas de batería. En consecuencia, es posible reducir las desviaciones de temperatura que se producen en función de las posiciones de las celdas de batería.
[0059] También, en el caso del paquete de baterías que incluye el miembro calefactor según la presente divulgación, se aumenta la superficie del elemento calefactor aplicada en el paquete de baterías por lo que es posible aumentar rápidamente la temperatura en el paquete de baterías, para mantener ventajosamente el estado calentado del paquete de baterías, y para mantener uniformemente la temperatura en el paquete de baterías. En consecuencia, la distribución de temperatura de las celdas de batería puede ser uniforme.
[0060] El paquete de baterías según la presente divulgación está configurado de modo que se reduce la desviación de temperatura entre las celdas de batería que constituyen la pila de celdas de batería. En consecuencia, es preferible que las superficies laterales 213 de las porciones de recepción de las celdas de batería en forma de bolsa que constituyen la pila de celdas de batería estén dispuestas paralelas al suelo en el estado en el cual las porciones de recepción están apiladas de forma que se enfrenten entre sí.
[0061] En el estado en el cual las celdas de batería están dispuestas como se ha descrito anteriormente, el miembro calefactor está dispuesto en la superficie izquierda, la superficie inferior, y la superficie derecha de la pila de celdas de batería. Una primera porción doblada 227 se forma entre la primera superficie 221 del miembro calefactor y la segunda superficie 222 del miembro calefactor, y una segunda porción doblada 228 se forma entre la segunda superficie 222 del miembro calefactor y la tercera superficie 223 del miembro calefactor. Una primera celda 211 de batería y una segunda celda 219 e batería están ubicadas en los extremos exteriores de la pila de celdas de batería. La tercera superficie 223 del miembro calefactor está ubicada en la superficie exterior de la primera celda 211 de batería, y la primera superficie 221 del miembro calefactor está ubicada en la superficie exterior de la segunda celda 219 de batería. Es preferible que el área de la segunda superficie 222 del miembro calefactor sea igual al área de la superficie inferior 210b de la pila de celdas de batería.
[0062] Además, la altura de cada una de la primera superficie 221 del miembro calefactor y la tercera superficie 223 del miembro calefactor puede ser igual a o menor que la altura de una correspondiente de la superficie izquierda 210a y la superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería, que se enfrentan a la primera superficie 221 del miembro calefactor y a la tercera superficie 223 del miembro calefactor, respectivamente. Específicamente, el área de cada una de la primera superficie 221 del miembro calefactor y la tercera superficie 223 del miembro calefactor puede ser el 10 % o más del área de una correspondiente de la superficie izquierda 210a y la superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería.
[0063] Como alternativa, la altura de cada una de la primera superficie 221 y la tercera superficie 223 del miembro calefactor puede ser del 50 % o más, específicamente del 50 % al 100 % y más específicamente del 80 % al 100 %, del área de una correspondiente de la superficie izquierda 210a y la superficie derecha 210c de la pila de celdas de batería. En el caso en el cual el área de cada una de la primera superficie del miembro calefactor y la tercera superficie del miembro calefactor sea menor que el 50 % del área de una correspondiente de la superficie izquierda y la superficie derecha de la pila de celdas de batería, es difícil alcanzar el objetivo de reducir la desviación de temperatura entre las celdas de batería, lo cual no es deseable. En el caso en el cual el área de cada una de la primera superficie del miembro calefactor y la tercera superficie del miembro calefactor sea mayor que el 100 % del área de una correspondiente de la superficie izquierda y la superficie derecha de la pila de celdas de batería, el tamaño del elemento calefactor puede ser mayor que el de la carcasa de paquete de baterías, lo cual tampoco es deseable. Un método de generación de calor del miembro calefactor no está particularmente restringido. Por ejemplo, se puede suministrar energía desde una fuente de alimentación externa al miembro calefactor de modo que este genere calor para calentar las celdas de batería.
[0064] El miembro calefactor puede incluir un elemento calefactor de resistencia metálica o un elemento calefactor de resistencia no metálica. For example, iron, nickel, nickel chromium, iron chromium, platinum, or an alloy of platinum and rhodium may be used as the material for the metal resistance heating element, and the operating temperature of the metal resistance heating element may be 1200 °C to 2500 °C under vacuum or in a hydrogen stream. El carburo de silicio puede utilizarse como material para el elemento calefactor de resistencia metálica. Como alternativa, puede utilizarse nitrato sódico, nitrato potásico, cloruro de calcio, cloruro de sodio, cloruro de potasio, carburo sódico y cloruro de bario solos o en forma de mezcla como el material para el elemento calefactor de resistencia metálica. El carbono puede utilizarse a una temperatura elevada de 2500 °C a 3000 °C en una atmósfera de un gas distinto del gas oxidante o en vacío en forma de una barra o un tubo.
[0065] El paquete 200 de baterías incluye un sensor 240 de temperatura configurado para medir la temperatura de cada celda individual de batería y para ajustar la temperatura del miembro calefactor 220 en el caso en el cual se produzca una desviación de temperatura. El sensor 240 de temperatura está unido a la superficie exterior de cada celda individual de batería. El paquete de baterías puede incluir además un miembro de ajuste (no mostrado), configurado para ajustar la temperatura de generación de calor del miembro calefactor basándose en la temperatura de cada celda individual de batería medida por el sensor 240 de temperatura.
[0066] Cuando la desviación de temperatura entre las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en las partes exteriores de la pila de celdas de batería y las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en la parte central de la pila de celdas de batería es grande, por tanto, el miembro de ajuste puede aumentar la temperatura del miembro calefactor para aumentar las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en las partes exteriores de la pila de celdas de batería.
[0067] La Figura 3 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según la presente invención.
[0068] Haciendo referencia a la Figura 3, el miembro calefactor 320 está configurado para tener una estructura integrada que incluye una primera superficie 321 del miembro calefactor, una segunda superficie 322 del miembro calefactor, y una tercera superficie 323 del miembro calefactor, en donde cada una de la primera superficie 321 del miembro calefactor y la tercera superficie 323 del miembro calefactor son cóncavas hacia dentro en los extremos opuestos de las mismas. En general, las temperaturas de una celda de batería medidas en las proximidades de las pestañas de electrodos de la misma son más altas que las temperaturas de la celda de batería medidas en otras porciones de la misma, y la desviación de temperatura se produce incluso en cada celda de batería individual dependiendo de la posición. El miembro calefactor 320 está configurado en una forma en la cual la porción de cada una de la primera superficie 321 del miembro calefactor y la tercera superficie 323 del miembro calefactor adyacente a una correspondiente de las pestañas de electrodo está parcialmente retirada. En consecuencia, es posible minimizar la desviación de temperatura en cada celda individual de batería y, por tanto, es posible reducir una tasa de reducción de capacidad de cada celda individual de batería.
[0069] La Figura 4 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según una tercera realización de la presente divulgación.
[0070] Haciendo referencia a la Figura 4, el miembro calefactor 420 está configurado para tener una estructura integrada que incluye una primera superficie 421 del miembro calefactor, una segunda superficie 422 del miembro calefactor, y una tercera superficie 423 del miembro calefactor, en donde cada una de la primera superficie 421 del miembro calefactor y la tercera superficie 423 del miembro calefactor es más corta que la segunda superficie 422 del miembro calefactor en una dirección longitudinal a de cada celda de batería.
[0071] De la misma manera que en el miembro calefactor 320 según la presente invención mostrado en la Figura 3, las porciones del miembro calefactor 420 adyacentes a las pestañas de electrodo se retiran parcialmente. En consecuencia, es posible minimizar la desviación de temperatura en cada celda individual de batería, y por tanto es posible prevenir la aparición de diferencias de vida útil entre las celdas individuales de batería.
[0072] La Figura 5 es una vista en perspectiva que muestra un miembro calefactor según una cuarta realización de la presente divulgación.
[0073] Haciendo referencia a la Figura 5, el miembro calefactor incluye dos miembros calefactores separados, a saber, un primer miembro calefactor 520 y un segundo miembro calefactor 530.
[0074] El primer miembro calefactor 520 y el segundo miembro calefactor 530 están dispuestos en la superficie exterior de la pila de celdas de batería para unirse a la misma mientras están ubicados de modo que las segundas superficies 522 y 532 de los mismos se enfrentan entre sí.
[0075] Mientras que las alturas de la primera superficie y la tercera superficie de cada uno de los miembros calefactores 220, 320 y 420 según las realizaciones primera a tercera de la presente divulgación corresponden a la altura de la pila de celdas de batería, la suma de la altura de una primera superficie 521 del primer miembro calefactor 520 y la altura de una primera superficie 531 del segundo miembro calefactor 530 o la suma de la altura de una tercera superficie 523 del primer miembro calefactor 520 y la altura de una tercera superficie 533 del segundo miembro calefactor 530 puede corresponder a la altura de la pila de celdas de batería.
[0076] Incluso en el caso en el cual el miembro calefactor esté constituido por el primer miembro calefactor 520 y el segundo miembro calefactor 530, es posible perfeccionar el efecto del aumento de temperatura de la pila de celdas de batería, ya que el miembro calefactor se extiende hasta la superficie superior de la pila de celdas de batería. Así mismo, es suficiente añadir solo un proceso de cubrir la pila de celdas de batería con el segundo miembro calefactor 530 a un proceso de ensamblar el paquete 200 de baterías, mediante el cual es posible evitar que se produzcan dificultades en
el proceso de ensamblaje.
[0077] La Figura 6 es una vista en sección que muestra un miembro calefactor según una quinta realización de la presente invención.
[0078] Haciendo referencia a la Figura 6, el miembro calefactor 620 está configurado en una forma en la cual un elemento calefactor de resistencia se recibe en una almohadilla aislante. La almohadilla aislante puede incluir una primera superficie 631 formada para estar frente a la pila de celdas de batería y una segunda superficie 632 formada para estar frente a la carcasa de paquete de baterías. La primera superficie 631 puede estar hecha de un material que presente una alta conductividad térmica y la segunda superficie 632 puede estar hecha de un material que presente un alto aislamiento térmico.
[0079] Es decir, es preferible que la primera superficie formada para estar frente a la pila de celdas de batería esté hecha de un material que presente una alta conductividad térmica, de modo que el calor generado por el elemento calefactor 633 de resistencia en la almohadilla aislante se transmita rápidamente a la pila de celdas de batería sin pérdidas, y que la segunda superficie formada para estar frente a la carcasa de paquete de baterías esté hecha de un material que presente un alto aislamiento térmico, de modo que se impida que el calor generado por el elemento calefactor 633 de resistencia en la almohadilla aislante se descargue fuera del paquete de baterías.
[0080] En lo sucesivo en el presente documento, la presente divulgación se describirá haciendo referencia al siguiente ejemplo. Este ejemplo se proporciona únicamente para facilitar la comprensión de la presente divulgación y no debe interpretarse como una limitación de su alcance.
[0081] <Ejemplo comparativo>
[0082] Se prepararon 12 celdas de batería en forma de bolsa y se dispusieron como en la pila de celdas de batería de la Figura 1. Posteriormente, un miembro calefactor plano como el miembro calefactor de la Figura 1 se unió a la superficie inferior de una pila de celdas de batería, y la pila de celdas de batería y el miembro calefactor se recibieron en una carcasa de paquete baterías.
[0083] Se unió un sensor de temperatura en cada una de las 12 celdas de batería en forma de bolsa para medir la temperatura de cada celda individual de batería.
[0084] <Ejemplo>
[0085] Se prepararon 12 celdas de batería en forma de bolsa y se dispusieron como en la pila de celdas de batería de la Figura 2. Posteriormente, el miembro calefactor de la Figura 2 se unió a la superficie inferior, la superficie izquierda, y la superficie derecha de una pila de celdas de batería, y la pila de celdas de batería y el miembro calefactor se recibieron en una carcasa de paquete baterías.
[0086] Se unió un sensor de temperatura en cada una de las 12 celdas de batería en forma de bolsa para medir la temperatura de cada celda individual de batería.
[0087] <Ejemplo experimental>
[0088] Las baterías fabricadas según el Ejemplo y el Ejemplo comparativo se recibieron en una cámara a -30 °C, los elementos calefactores se calentaron durante 1 hora y se midió la distribución de temperatura de las celdas de batería. La distribución de temperatura de las celdas de batería del Ejemplo se muestra en la Figura 7, y la distribución de temperatura de las celdas de batería del Ejemplo Comparativo se muestra en la Figura 8.
[0089] Haciendo referencia a las Figuras 7 y 8, los números en el eje horizontal son los números de las celdas de batería que constituyen la pila de celdas de batería asignadas en orden en una dirección.
[0090] El gráfico de la Figura 7 muestra que la temperatura de la celda de batería n.º 6 es la más alta. El gráfico de la Figura 8 muestra que la temperatura de la celda de batería n.º 7 es la más alta, las temperaturas de las celdas de batería ubicadas en la parte central de la pila de celdas de batería son elevadas, y las temperaturas de la celda de batería n.º 1 y de la celda de batería n.º 12, que están ubicadas en extremos opuestos de la pila de celdas de batería, son las más bajas.
[0091] La Figura 7 muestra que la desviación de temperatura entre las 12 celdas de batería no es grande y que la temperatura de la celda de batería n.º 6, que es la más alta, es aproximadamente 1,3 veces la temperatura de la celda de batería n.º 3, que es la más baja. Por el contrario, la Figura 8 muestra que la temperatura de la celda de batería n.º 7 es aproximadamente 5,5 veces la temperatura de la celda de batería n.º 1 y aproximadamente 11 veces la temperatura de la celda de batería n.º 12.
[0092] Como se ha descrito anteriormente, se puede observar que la desviación de temperatura entre las celdas de batería
del Ejemplo comparativo es grande, mientras que la desviación de temperatura entre las celdas de batería del Ejemplo es pequeña.
[0094] En el paquete de baterías según la presente divulgación, por tanto, se evita la aparición de diferencias de vida útil entre las celdas de batería, por lo que es posible proporcionar un paquete de baterías de alta eficiencia y larga vida útil.
[0096] Como se ha descrito anteriormente, el paquete de baterías según la presente divulgación es capaz de reducir la desviación de temperatura entre las celdas de batería. En consecuencia, es preferible que el paquete de baterías se monte en un dispositivo utilizado en una zona que tenga una temperatura bajo cero o en un dispositivo tal como un frigorífico para poder utilizarlo como fuente de energía del dispositivo.
[0098] (Descripción de los símbolos de referencia)
[0100] 100, 200: paquetes de baterías
[0101] 110, 210: pilas de celdas de batería
[0102] 111, 211, 219: celdas de batería
[0103] 212: pestaña de electrodo
[0104] 120, 220, 320, 420, 520, 530, 620: miembros calefactores
[0105] 130, 230: carcasas de paquete de baterías
[0106] 210a: superficie izquierda de pila de celdas de batería
[0107] 210b: superficie inferior de pila de celdas de batería
[0108] 210c: superficie derecha de pila de celdas de batería
[0109] 210d: superficie superior de pila de celdas de batería
[0110] 213: superficie lateral de porción de recepción
[0111] 221, 321, 421, 521, 531: primeras superficies de miembros calefactores
[0112] 222, 322, 422, 522, 532: segundas superficies de miembros calefactores
[0113] 223, 323, 423, 523, 533: terceras superficies de miembros calefactores
[0114] 227: primera porción doblada
[0115] 228: segunda porción doblada
[0116] 240: sensor de temperatura
[0117] a: dirección longitudinal de celda de batería
[0118] 631: primera superficie orientada a pila de celdas de batería
[0119] 632: segunda superficie orientada a carcasa de paquete de baterías
[0120] 633: elemento calefactor de resistencia
[0122] [Aplicabilidad Industrial]
[0124] Tal como resulta evidente a partir de la descripción anterior, un paquete de baterías según la presente invención utiliza un miembro calefactor dispuesto sobre tres superficies exteriores de una pila de celdas de batería de modo que se une a las mismas para envolver las superficies exteriores de la pila de celdas de batería. Como resultado, se aumenta la superficie del elemento calefactor fuera de la pila de celdas de batería, por lo cual es posible reducir considerablemente la desviación de temperatura entre las celdas de batería que constituyen la pila de celdas de batería.
[0126] Además, el miembro calefactor está dispuesto para no estar en contacto directo con las porciones de cada celda individual de batería en la cual están dispuestas las pestañas de electrodos, cuyas temperaturas son relativamente altas, por lo cual es posible minimizar la desviación de temperatura en cada celda individual de batería.
[0128] Además, un material que presenta un alto aislamiento térmico se aplica al exterior del miembro calefactor, y un material que presenta una alta conductividad térmica se aplica al interior del miembro calefactor. En consecuencia, es posible aumentar la temperatura en el paquete de baterías e inhibir que la mayor temperatura en el paquete de baterías se descargue fuera del paquete de baterías.
Claims (11)
1. REIVINDICACIONES
1. Un paquete (100, 200) de baterías que comprende:
una pila (110, 210) de celdas de batería configurada para tener una estructura en la cual una pluralidad de celdas (111, 211, 219) de batería en forma de bolsa está apilada para estar en estrecho contacto entre sí y que incluye una superficie izquierda (210a), una superficie inferior (210b), una superficie derecha (210c), una superficie superior (210d) de la pila (110, 210) de celdas de batería y superficies laterales opuestas de la misma de las que sobresalen pestañas (212) de electrodo;
un miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) dispuesto en tres superficies exteriores de la pila (110, 210) de celdas de batería, entre todas las superficies exteriores de la pila (110, 210) de celdas de batería, en un estado de estar en contacto estrecho con el mismo;
y
una carcasa (130, 230) de batería configurada para recibir la pila (110, 210) de celdas de batería y el miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620), en donde
el miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) está configurado para tener una estructura integrada que comprende una primera superficie (221, 321, 421, 521, 531), una segunda superficie (222, 322, 422, 522, 532), y una tercera superficie (223, 323, 423, 523, 533),
en donde se forma una primera porción doblada (227) entre la primera superficie y la segunda superficie del miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620), se forma una segunda porción doblada (228) entre la segunda superficie y la tercera superficie del miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620), y la primera superficie y la tercera superficie están ubicadas respectivamente en superficies exteriores (210a, 210c) de una primera celda de batería y una segunda celda de batería ubicadas en los extremos exteriores de la pila (110, 210) de celdas de batería,
en donde cada una de la primera superficie (321) del miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) y la tercera superficie 323 del miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) es cóncava hacia el interior en extremos opuestos de las mismas.
2. El paquete de baterías según la reivindicación 1, en donde la pila (110, 210) de celdas de batería está configurada de modo que las superficies laterales de las porciones (213) de recepción de la pluralidad de celdas (111, 211, 219) de batería en forma de bolsa están dispuestas paralelas a un suelo en un estado en el cual las porciones de recepción están apiladas de modo que se enfrentan entre sí.
3. El paquete de baterías según la reivindicación 1, en donde un área de la segunda superficie del miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) es igual a un área de una superficie exterior orientada frente a la pila (110, 210) de celdas de batería.
4. El paquete de baterías según la reivindicación 1, en donde el miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) comprende un elemento calefactor (633) de resistencia metálica o no metálica.
5. El paquete de baterías según la reivindicación 4, en donde el miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620) está configurado en una forma en la cual el elemento calefactor de resistencia se recibe en una almohadilla aislante.
6. El paquete de baterías según la reivindicación 5, en donde
la almohadilla aislante comprende una primera superficie formada para estar frente a la pila (110, 210) de celdas de batería y una segunda superficie formada para estar frente a la carcasa (130, 230) de paquete de baterías, la primera superficie de la almohadilla aislante está hecha de un material que presenta una alta conductividad térmica, y
la segunda superficie de la almohadilla aislante está hecha de un material que presenta un elevado aislamiento térmico.
7. El paquete de baterías según la reivindicación 1, en donde
el miembro calefactor es un primer miembro calefactor, y
el paquete de baterías comprende además un segundo miembro calefactor dispuesto para ser simétrico con el primer miembro calefactor en una dirección opuesta al primer miembro calefactor, el segundo miembro calefactor está dispuesto en las superficies exteriores de la pila (110, 210) de celdas de batería para unirse a la misma.
8. El paquete de baterías según la reivindicación 1, en donde
un sensor (240) de temperatura está conectado a cada una de las celdas (111, 211, 219) de batería, y el paquete de baterías comprende además un miembro de ajuste configurado para ajustar la temperatura de generación de calor del miembro calefactor basándose en una temperatura de cada celda individual de batería medida por el sensor de temperatura.
9. El paquete de baterías según la reivindicación 8, en donde el miembro de ajuste está configurado para mantener una temperatura de una celda de batería que tiene la temperatura más alta en la pila (110, 210) de celdas de batería menor que 1,5 veces una temperatura de celda de batería que tiene una temperatura más baja.
10. Un dispositivo que comprende el paquete (100, 200) de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 como fuente de alimentación.
11. Un dispositivo que comprende el paquete (100, 200) de baterías según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y una fuente de alimentación externa, en donde la fuente de alimentación externa está conectada eléctricamente al miembro calefactor (120, 220, 320, 420, 520, 530, 620).
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