ES3058238T3

ES3058238T3 - Large-sized battery module and battery pack including same

Info

Publication number: ES3058238T3
Application number: ES21861890T
Authority: ES
Inventors: Dae-Gil Kim; Seung-Ryul Baek; Jung-Min Kwak; Gue-Tae Cho
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2026-03-09
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: JP2023526640A; WO2022045591A1; KR20260048245A; CN115606044A; EP4175035B1; JP7611272B2; KR20220026813A; KR102953580B1; US20230198077A1; EP4175035A4; EP4175035A1

Abstract

La presente invención puede proporcionar un módulo de batería que comprende: una pila de celdas que comprende una pluralidad de pilas de unidades, cada una de las cuales comprende celdas de batería apiladas juntas; una carcasa del módulo en la que se recibe la pila de celdas; y una viga de refuerzo de la estructura que está dispuesta en paralelo a las celdas de batería y se interpone entre las pilas de unidades adyacentes entre sí, en donde los extremos superior e inferior de la viga de refuerzo de la estructura están acoplados fijamente a las superficies superior e inferior de la carcasa del módulo al estar parcialmente insertados en las mismas, respectivamente, de modo de aislar espacialmente las pilas de unidades entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

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

[0003] Campo técnico

[0004] La presente divulgación se refiere a un módulo de batería y, más particularmente, a un módulo de batería que tiene una estructura para aumentar la rigidez mecánica de un módulo de batería de gran tamaño que tiene una gran anchura, aumentando la facilidad del ensamblaje y evitando la propagación de fugas térmicas, y un paquete de batería que incluye el módulo de batería.

[0005] La presente solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0107804, presentada el 26 de agosto de 2020 en la república de Corea.

[0006] Antecedentes de la técnica

[0007] Aunque un dispositivo móvil pequeño usa una celda de batería secundaria o un par de celdas de batería secundaria, en dispositivos de tamaño medio o grande, tales como los vehículos eléctricos, se usa un módulo de batería de tamaño medio o grande, que se forma conectando eléctricamente un gran número de celdas de batería secundaria, debido a la necesidad de alto rendimiento y alta capacidad, y se usa un paquete de batería que se implementa conectando una pluralidad de estos módulos de batería.

[0008] En general, dado que un paquete de batería para vehículos eléctricos está montado en la carrocería de un vehículo o en un espacio del maletero, cada módulo de batería que constituye el paquete de batería debe tener un volumen lo más pequeño posible y, al mismo tiempo, una densidad de energía muy alta. Por esta razón, los módulos de batería se configuran cada vez más utilizando celdas de batería de tipo bolsa que son fáciles de apilar y tienen una alta densidad de energía por volumen.

[0009] De forma adicional, un paquete de batería o un módulo de batería para vehículos eléctricos debe poder proteger las celdas de batería en un entorno con vibraciones e impactos continuos. Por lo tanto, una estructura para alojar celdas de batería, tal como una carcasa de módulo, debe tener una estabilidad estructural que evite la deformación a pesar de las vibraciones o los impactos aplicados desde el interior o el exterior.

[0010] Recientemente, a medida que aumenta la demanda de aumentar el kilometraje de los vehículos eléctricos, el número y el tamaño de las celdas de batería incluidas en un módulo de batería unitario están aumentando con el fin de asegurar que la capacidad de un paquete de batería satisfaga la demanda. Por ejemplo, en general, la anchura de la carcasa de un módulo de batería ampliamente fabricado venía siendo de aproximadamente 150 mm a 250 mm, pero recientemente, la anchura ha aumentado a aproximadamente 800 mm, aumentando así aproximadamente tres, cuatro o más veces el número de celdas de batería alojadas en un módulo de batería. Un paquete de batería que incluye un módulo de batería de gran tamaño como el anterior puede incluir más celdas de batería en comparación con otros paquetes de batería del mismo volumen y, por lo tanto, tiene una mayor densidad de energía y un número menor de módulos de batería, simplificando así aún más la estructura de ensamblaje.

[0011] Si bien el módulo de batería de gran tamaño tiene ventajas en términos de densidad de energía y eficiencia de espacio, existen varias desventajas estructurales.

[0012] Por ejemplo, dado que la anchura de la carcasa de un módulo de batería de gran tamaño es mayor que la de los módulos de batería de acuerdo con la técnica relacionada,, la deformación de la carcasa de módulo se produce más fácilmente debido al peso propio, las vibraciones o los impactos, o a la presión durante el hinchamiento de las celdas de batería. En particular, una porción central de la carcasa de módulo se deforma significativamente en la dirección de la anchura.

[0013] De forma adicional, el módulo de batería tiene una estructura en la que las celdas de batería están densamente empaquetadas y, en consecuencia, cuando se produce una fuga térmica (acompañada de calor/llamas) en una celda de batería, la fuga térmica puede propagarse fácilmente a otras celdas de batería cercanas. Un módulo de batería de gran tamaño o de gran área que tenga más celdas de batería que los existentes tiene, por lo tanto, un mayor riesgo de accidentes secundarios debido a fugas térmicas de las celdas de batería.

[0014] La técnica anterior relevante para la presente invención viene dada por los documentos EP 3565023 A1, KR 2013 0035461 A, CN 211045543 U, JP 2011204395 A, CN 111162221 A y CN 207818693 U. Se conoce a partir de la técnica anterior un paquete de batería que incluye una carcasa de paquete y una pluralidad de módulos de batería alojados en la carcasa de paquete, en donde la carcasa de paquete tiene unas aberturas formadas en ambos lados de la misma para comunicarse entre sí y también tiene una pluralidad de ranuras de guía. El módulo de batería se aloja en, o se retira de, un espacio interior de la carcasa de paquete a través de la abertura, deslizándolo a lo largo de las ranuras de guía.

[0015] Divulgación

[0016] Problema técnico

[0017] La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar una estructura para aumentar la rigidez mecánica de los módulos de batería de gran tamaño que tienen una gran anchura y para evitar la propagación de las fugas térmicas de las celdas de batería.

[0018] La presente divulgación también está dirigida a omitir o simplificar las partes requeridas para una estructura de ensamblaje de una carcasa de módulo, una estructura de fijación de celdas de batería, o la disposición de un terminal de electrodo, con el fin de reducir el aumento de peso de un módulo de batería debido al alojamiento de tantas celdas de batería como sea posible en el módulo de batería.

[0019] Sin embargo, los objetivos técnicos a resolver por la presente divulgación no se limitan a los anteriores, y los expertos en la materia entenderán claramente otros objetivos no mencionados en el presente documento a partir de la descripción de la presente divulgación proporcionada a continuación.

[0020] Solución técnica

[0021] La presente invención está definida de acuerdo con el objeto de la reivindicación independiente adjunta. Las realizaciones particulares vienen dadas por las características adicionales de las reivindicaciones dependientes adjuntas. En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un módulo de batería que incluye: una estructura de pilas de celdas que incluye una pluralidad de pilas unitarias, cada una de las cuales incluye celdas de batería apiladas; una carcasa de módulo que aloja la estructura de pilas de celdas; y una viga de refuerzo estructural dispuesta en paralelo con las celdas de batería y dispuesta entre pilas unitarias adyacentes, en donde las porciones de extremo superior e inferior de la viga de refuerzo estructural se insertan parcialmente, respectivamente, y se acoplan de manera fija a una superficie superior y una superficie inferior de la carcasa de módulo, de modo que las pilas unitarias estén separadas espacialmente entre sí.

[0022] La viga de refuerzo estructural puede estar formada por un material rígido y tener una forma de placa con un área que corresponda a la superficie principal de las celdas de batería.

[0023] La viga de refuerzo estructural incluye: una porción de pared dispuesta para permanecer en un espacio interior de la carcasa de módulo; y unas protuberancias de inserción que sobresalen de un extremo superior de la porción de pared y un extremo inferior de la porción de pared, en la dirección longitudinal de la porción de pared y a ciertos intervalos.

[0024] La carcasa de módulo puede incluir unos orificios de inserción que se forman para atravesar las superficies superior e inferior de la carcasa de módulo en posiciones que corresponden respectivamente, una a una, a las protuberancias de inserción.

[0025] Los extremos de las protuberancias de inserción pueden estar soldadas a la carcasa de módulo, mientras que las protuberancias de inserción se insertan respectivamente en los orificios de inserción mediante ajuste de interferencia.

[0026] La viga de refuerzo estructural puede incluir además un retardante de llama unido a al menos una superficie de la porción de pared.

[0027] El retardante de llama puede incluir una lámina de mica o una almohadilla de silicona.

[0028] La porción de pared incluye: un marco exterior en forma de un marco con una región interior vacía y está formado por un material de una alta rigidez mecánica; y una lámina de mica que tiene el mismo espesor que el marco exterior y se inserta en la región interior del marco exterior.

[0029] La carcasa de módulo puede incluir: un bastidor en U que incluye una placa base y un par de placas laterales que soportan respectivamente una porción inferior y ambas porciones laterales de la estructura de pilas de celdas; una placa superior que cubre una porción superior de la estructura de pilas de celdas; y una placa frontal y una placa trasera que cubren respectivamente una porción frontal y una porción trasera de la estructura de pilas de celdas. La placa base y el par de placas laterales del bastidor en U pueden formarse integralmente como un solo cuerpo, y el bastidor en U puede soldarse a la placa superior, la placa frontal y la placa trasera.

[0030] El módulo de batería puede incluir además un par de miembros de soporte de terminal provistos en una región de esquina superior izquierda y una región de esquina superior derecha de la placa frontal y conectados a un terminal de electrodo positivo y un terminal de electrodo negativo que sobresalen hacia delante desde la estructura de pilas de celdas.

[0031] Los miembros de soporte de terminal pueden incluir: una porción de cuerpo formada por un material aislante; un orificio roscado formado en la porción de cuerpo en una dirección vertical; y una hendidura de terminal formada horizontalmente en una porción superior del orificio roscado de manera que el terminal de electrodo positivo o el terminal de electrodo negativo pasen a través de la hendidura de terminal.

[0032] La viga de refuerzo estructural puede incluir: un par de porciones de pared encaradas entre sí y separadas entre sí; y un par de porciones de conexión formadas respectivamente en una posición separada hacia abajo de un extremo superior del par de porciones de pared por una cierta distancia y en una posición separada hacia arriba de un extremo inferior del par de porciones de pared por una cierta distancia, cuyo par de porciones de conexión conectan entre sí el par de porciones de pared.

[0033] El extremo superior del par de porciones de pared puede estar expuesto a la porción superior de la carcasa de módulo e incluir al menos un orificio de manipulación formado en la región expuesta.

[0034] En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un paquete de batería que incluye el módulo de batería anteriormente descrito.

[0035] Efectos ventajosos

[0036] De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, una viga de refuerzo estructural está conectada a las superficies superior e inferior de una carcasa de módulo para soportar las superficies superior e inferior de la carcasa de módulo, aumentando así la rigidez mecánica de un módulo de batería. En particular, ya que la viga de refuerzo estructural está ubicada entre estructuras de pilas unitarias adyacentes, no solo se puede evitar la deformación de una porción central del módulo de batería, sino que también se puede evitar de manera efectiva la expansión debida al hinchamiento de las celdas de batería.

[0037] De forma adicional, ya que las estructuras de pilas unitarias están aisladas espacialmente por la viga de refuerzo estructural, la propagación de fugas térmicas entre las estructuras de pilas unitarias puede evitarse en una emergencia.

[0038] De acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación, las partes requeridas para una estructura de ensamblaje de una carcasa de módulo, una estructura de fijación de celdas de batería, una estructura de instalación de terminales de electrodos, o similares, se omiten o simplifican y, por lo tanto, el aumento del peso total de un módulo de batería con respecto al número de celdas de batería alojadas en el módulo de batería puede reducirse tanto como sea posible.

[0039] Descripción de los dibujos

[0040] La FIG. 1 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0041] La FIG.2 es una vista en perspectiva combinada de la FIG.1.

[0042] Las FIGS.3 y 4 son diagramas que ilustran el antes y después de ensamblar un miembro de soporte de terminal y una porción de terminal de electrodo de la FIG.1.

[0043] La FIG.5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A de la FIG.2.

[0044] La FIG.6 una vista en perspectiva despiezada que ilustra una configuración de una viga de refuerzo estructural de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0045] La FIG.7 es una vista en perspectiva combinada de la viga de refuerzo estructural de la FIG.6.

[0046] La FIG.8 es una vista en perspectiva ampliada de la región B de la FIG.2.

[0047] Las FIGS. 9 y 10 son respectivamente una vista en perspectiva despiezada y una vista en perspectiva combinada de una viga de refuerzo estructural de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

[0048] La FIG. 11 es una vista, correspondiente a la FIG. 5, que ilustra una vista parcial en sección transversal de un módulo de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

[0049] La FIG. 12 es una doble vista que ilustra una viga de refuerzo estructural de acuerdo con otra realización de la presente divulgación.

[0050] La FIG.13 es una vista que ilustra una superficie superior de un módulo de batería al que se ha aplicado la viga de refuerzo estructural de la FIG.12.

[0051] Mejor modo

[0052] En lo sucesivo en el presente documento, se describirán en detalle las 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 los aspectos técnicos de la presente divulgación sobre la base del principio de que el inventor puede definir los términos de manera apropiada para una mejor explicación. Por lo tanto, la descripción propuesta en el presente documento es solo un ejemplo preferible con fines meramente ilustrativos, que no pretende limitar el alcance de la divulgación, por lo que debe entenderse que podrían realizarse otras equivalencias y modificaciones sin apartarse del alcance de la divulgación.

[0053] La FIG. 1 es una vista en perspectiva esquemática despiezada de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación. La FIG.2 es una vista en perspectiva combinada de la FIG.1.

[0054] Haciendo referencia a los dibujos anteriores, un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye una estructura de pilas de celdas 100, una carcasa de módulo 200 y una viga de refuerzo estructural 300.

[0055] La estructura de pilas de celdas 100 incluye una pluralidad de pilas unitarias 110, cada una de las cuales incluye celdas de batería apiladas 111. Cada pila unitaria 110 incluye una pluralidad de celdas de batería 111 que están apiladas con las superficies principales de las mismas encaradas, entre sí. La estructura de pilas de celdas 100 de acuerdo con la presente realización incluye una primera pila unitaria 110A y una segunda pila unitaria 110B, y la viga de refuerzo estructural 300 está dispuesta entre la primera pila unitaria 110A y la segunda pila unitaria 110B. En la presente realización, aunque solo se ilustra el caso en el que hay dos pilas unitarias 110, este es un ejemplo, y el número de pilas unitarias 110 puede ser tres o más y, en este caso, también se puede aumentar el número de vigas de refuerzo estructural 300.

[0056] Como celdas de batería 111 para formar las pilas unitarias 110, se pueden aplicar celdas de batería 111 de tipo bolsa. Las celdas de batería 111 de tipo bolsa pueden incluir un conjunto de electrodos, un electrolito y un material exterior de bolsa. El material exterior de bolsa puede incluir dos bolsas, y se puede formar un espacio interior cóncavo en al menos una de las dos bolsas. El conjunto de electrodos y el electrolito pueden alojarse en el espacio interior del material exterior de bolsa. Se pueden proporcionar porciones de sellado en las superficies periféricas exteriores de las dos bolsas y, cuando las porciones de sellado se fusionan entre sí, el espacio interior en el que se aloja el conjunto de electrodos puede quedar sellado.

[0057] Un conductor de electrodo 111a puede unirse al conjunto de electrodos, y el conductor de electrodo 111a puede disponerse entre las porciones de sellado del material exterior de bolsa y exponerse al exterior del material exterior de bolsa para servir de terminal de electrodo de las celdas de batería 111.

[0058] Las celdas de batería 111 de tipo bolsa se colocan verticalmente y se apilan horizontalmente de tal manera que las superficies principales de las mismas queden encaradas entre sí para formar la pila unitaria 110. Un extremo inferior de la pila unitaria 110 puede fijarse a una superficie inferior de la carcasa de módulo 200 usando un adhesivo termoconductor para evitar de ese modo la vibración de las celdas de batería 111 y también disipar el calor generado durante la carga o descarga a través de la superficie inferior de la carcasa de módulo 200.

[0059] Un bastidor de barras colectoras 120 puede montarse en la parte frontal y trasera de cada pila unitaria 110. Una pluralidad de barras colectoras 121, en forma de placa metálica, puede proporcionarse en el bastidor de barras colectoras 120 según un patrón preestablecido. Los conductores de electrodo 111a de las celdas de batería 111 pueden extraerse hasta una superficie exterior del bastidor de barras colectoras 120 a través de un orificio largo (no mostrado) perforado en el bastidor de barras colectoras 120, y pueden conectarse a una barra colectora sobre la superficie exterior del bastidor de barras colectoras 120. Por ejemplo, las celdas de batería 111 pueden conectarse entre sí en serie y/o en paralelo soldando a una barra colectora los conductores de electrodo positivo de dos o más celdas de batería 111 cualesquiera y los conductores de electrodo negativo de otras dos o más celdas de batería 111.

[0060] La carcasa de módulo 200 puede proporcionarse en una estructura aproximadamente hexaédrica, formada por un material tal como metal que tenga una alta rigidez mecánica, para alojar la estructura de pilas de celdas 100 y proteger la misma de impactos externos o vibraciones. Por ejemplo, como se ilustra en las FIGS.1 y 2, la carcasa de módulo 200 puede formarse en una estructura hexaédrica que incluye una placa base 211 que soporta una porción inferior de la estructura de pilas de celdas 100, un par de placas laterales 212 que soportan ambas porciones laterales de la estructura de pilas de celdas 100, una placa superior 220 que cubre una porción superior de la estructura de pilas de celdas 100, y una placa frontal 230 y una placa trasera 240 que cubren respectivamente una porción frontal y una porción trasera de la estructura de pilas de celdas 100. En la presente realización, la placa base 211 y el par de placas laterales 212 pueden proporcionarse integralmente en forma de un bastidor en U 210.

[0061] El bastidor en U 210 y las otras tres placas (la placa superior 220, la placa frontal 230 y la placa trasera 240), que forman la carcasa de módulo 200, pueden acoplarse entre sí mediante soldadura. A título indicativo, un método de fijación por pernos es desventajoso en términos de proporcionar una carcasa de módulo 200 que sea ligera, porque el método implica la adición de partes de perno/tuerca y un aumento del espesor de las porciones donde se sujetan los pernos. Así pues, en la presente realización, para proporcionar una carcasa de módulo 200 que sea ligera, el bastidor en U 210 y las otras tres placas se sueldan y conectan sin usar pernos/tuercas.

[0062] Un extremo superior de la barra colectora 121, que está conectada al conductor de electrodo positivo de la celda de batería 111 ubicada en la porción más externa de la pila de celdas 100, puede proporcionarse de tal forma que se doble para sobresalir de la estructura de pilas de celdas 100 hacia el frontal (dirección del eje -Y), y la porción doblada puede configurarse para que salga de la carcasa de módulo 200 y, por lo tanto, sirva como terminal de electrodo positivo 130 del módulo de batería. Con sustancialmente la misma estructura que el terminal de electrodo positivo, un extremo superior doblado de la barra colectora 121, conectada a un conductor de electrodo negativo de la celda de batería 111 ubicada en la otra porción más externa de la estructura de pilas de celdas 100, puede configurarse para que salga de la carcasa de módulo 200 y sirva como terminal de electrodo negativo 140 del módulo de batería.

[0063] Haciendo referencia a las FIGS.2 a 4, el módulo de batería de acuerdo con la presente divulgación incluye además un par de miembros de soporte de terminal 400 provistos en una región de esquina superior izquierda y una región de esquina superior derecha de la placa frontal 230 para soportar y proteger eficientemente el terminal de electrodo positivo 130 y el terminal de electrodo negativo 140 del módulo de batería usando un número mínimo de piezas. El par de miembros de soporte de terminal 400 están configurados de tal manera que, cuando se dispone la placa frontal 230 sobre una superficie frontal del bastidor en U 210, los miembros de soporte de terminal 400 se conectan fácilmente al terminal de electrodo positivo 130 y al terminal de electrodo negativo 140 del módulo de batería empujando los miembros de soporte de terminal 400.

[0064] Los miembros de soporte de terminal 400 incluyen una porción de cuerpo 410 formada por un material aislante, un orificio roscado 420 formado en la porción de cuerpo 410 en una dirección vertical, y una hendidura de terminal 430 formada horizontalmente por encima del orificio roscado 420.

[0065] El terminal de electrodo positivo 130 o el terminal de electrodo negativo 140 pueden estar dispuestos horizontalmente por encima de la porción de cuerpo 410 a través de la hendidura de terminal 430. El terminal de electrodo positivo 130 o el terminal de electrodo negativo 140 asentados por encima del cuerpo 410 pueden atornillarse junto con, por ejemplo, un terminal de anillo (no mostrado) de un cable externo. En este caso, el orificio roscado 420 se puede usar para sujetar un perno, y se puede aplicar una estructura de nervadura a la porción de cuerpo 410 para soportar suficientemente una presión de sujeción de perno.

[0066] En la carcasa de módulo 200 de acuerdo con la presente realización, se puede proporcionar que la anchura del bastidor en U 210 (dirección ± del eje X) sea de aproximadamente 800 mm para alojar un gran número de celdas de batería 111 en la dirección de la anchura.

[0067] La viga de refuerzo estructural 300 puede acoplarse al centro del bastidor en U 210. La viga de refuerzo estructural 300 es una estructura para reforzar la vulnerabilidad de una porción central del bastidor en U 210, que tiene una gran anchura, frente a cargas externas y, como se ilustra en la FIG.5, las porciones de extremo superior e inferior de la viga de refuerzo estructural 300 están acopladas de manera fija a las superficies superior e inferior de la carcasa de módulo 200, respectivamente. Esta viga de refuerzo estructural 300 soporta la porción central de la placa base 211 y la placa superior 220, y puede distribuir una carga aplicada a la placa base 211 y la placa superior 220 en caso de un impacto externo.

[0068] De forma adicional, la viga de refuerzo estructural 300 de acuerdo con la presente realización está dispuesta entre las pilas unitarias 110 mutuamente adyacentes para bloquear de ese modo el movimiento térmico entre las pilas unitarias 110 y realizar una función de cortafuegos para bloquear la propagación de llamas en una emergencia, por ejemplo, en un incendio, particularmente.

[0069] En lo sucesivo en el presente documento, se describirá en detalle una configuración de la viga de refuerzo estructural 300 con referencia a las FIGS.5 a 8.

[0070] La viga de refuerzo estructural 300 de acuerdo con la presente realización está formada por un material con alta rigidez mecánica y tiene una forma sustancialmente de placa, e incluye una porción de pared 310, que se encuentra en un espacio interior de la carcasa de módulo 200, y unas protuberancias de inserción 320 que sobresalen de un extremo superior de la porción de pared 310 y un extremo inferior de la porción de pared 310 a ciertos intervalos en una dirección longitudinal de la porción de pared 310.

[0071] La porción de pared 310 puede tener un área que corresponde a la superficie principal de las celdas de batería 111 y puede estar dispuesta entre las pilas unitarias adyacentes 110 en paralelo con las celdas de batería 111.

[0072] Se proporcionan seis protuberancias de inserción 320 en el extremo superior de la porción de pared 310 y seis en el extremo inferior de la porción de pared 310, en forma de bloques rectangulares y a intervalos iguales. Los extremos de las protuberancias de inserción 320 pueden soldarse a la carcasa de módulo 200 mientras que las protuberancias de inserción 320 se insertan en los orificios de inserción H mediante un ajuste de interferencia, en donde los orificios de inserción H están practicados a través de las superficies superior e inferior de la carcasa de módulo 200 en unas posiciones que corresponden respectivamente, una a una, a las protuberancias de inserción 320.

[0073] En otras palabras, las seis protuberancias de inserción 320 en el extremo inferior de la porción de pared 310 se insertan respectivamente en los seis orificios de inserción H proporcionados en la placa base 211, para ensamblar perpendicularmente la viga de refuerzo estructural 300 a la placa base 211, y luego los extremos de las seis protuberancias de inserción 320 y la placa base 211 se sueldan con láser desde la dirección de una superficie lateral exterior de la placa base 211, fijando así completamente la porción de extremo inferior de la viga de refuerzo estructural 300 a la placa base 211.

[0074] Al igual que en la porción de extremo inferior de la viga de refuerzo estructural 300, también en la porción de extremo superior de la viga de refuerzo estructural 300, las seis protuberancias de inserción 320 en el extremo superior de la porción de pared 310 se insertan respectivamente en seis orificios de inserción H proporcionados en la placa superior 220, y luego los extremos de las seis protuberancias de inserción 320 y la placa superior 220 se sueldan con láser desde la dirección de una superficie lateral exterior de la placa superior 220, fijando así completamente la porción de extremo superior de la viga de refuerzo estructural 300 a la placa superior 220.

[0075] En consecuencia, se forma una porción de soldadura W en una porción de acoplamiento entre las protuberancias de inserción 320 del extremo inferior y la placa base 211 y en una porción de acoplamiento entre las protuberancias de inserción 320 del extremo superior y la placa superior 220.

[0076] Después de soldar el bastidor en U 210 y la porción de extremo inferior de la viga de refuerzo estructural 300, es fácil en términos del proceso disponer la primera pila unitaria 110A y la segunda pila unitaria 110B antes de soldar la porción de extremo superior de la viga de refuerzo estructural 300 y la placa superior 220. Aquí, la celda de batería 111 situada en la porción más a la izquierda de la primera pila unitaria 110A y la celda de batería 111 situada en la porción más a la derecha de la primera pila unitaria 110A pueden disponerse en contacto con una placa lateral izquierda 212 y un lado izquierdo de la viga de refuerzo estructural 300, respectivamente, y la celda de batería 111 situada en la porción más a la izquierda y la celda de batería 111 situada en la porción más a la derecha de la segunda pila unitaria 110B pueden disponerse en contacto con un lado derecho de la viga de refuerzo estructural 300 y una placa lateral derecha 212, respectivamente.

[0077] De acuerdo con esta configuración, la viga de refuerzo estructural 300 puede absorber una presión de expansión durante el hinchamiento de las celdas de batería 111, reduciendo así la deformación de la carcasa de módulo 200. Suponiendo que no haya una viga de refuerzo estructural 300 dentro de la carcasa de módulo 200, la presión de expansión actúa sobre la placa lateral izquierda 212 y la placa lateral derecha 212 cuando las celdas de batería 111 se hinchan. Según aumenta el hinchamiento de las celdas de batería 111, aumenta la posibilidad de deformación de la placa lateral izquierda 212 y la placa lateral derecha 212.

[0078] Sin embargo, de acuerdo con la presente realización, las porciones de extremo superior e inferior de la viga de refuerzo estructural 300 están conectadas de manera fija a la placa superior 220 y a la placa base 211 y, por lo tanto, la presión de expansión actúa sobre la placa lateral izquierda 212 y la viga de refuerzo estructural 300 durante el hinchamiento de la primera pila unitaria 110A, y durante el hinchamiento de la segunda pila unitaria 110B, la presión de expansión actúa sobre la placa lateral derecha 212 y la viga de refuerzo estructural 300.

[0079] Así pues, la viga de refuerzo estructural 300 puede no solo absorber parcialmente la presión de expansión de la primera y segunda pilas unitarias 110B, sino que la presión de expansión de la primera pila unitaria 110A y la presión de expansión de la segunda pila unitaria 110B también pueden actuar en una dirección opuesta con respecto a la viga de refuerzo estructural 300 para compensar parcialmente la fuerza y, por lo tanto, puede reducirse la carga de peso sobre la placa lateral izquierda 212 y la placa lateral derecha 212 para reducir la deformación de la carcasa de módulo 200.

[0080] La viga de refuerzo estructural 300 de acuerdo con la presente realización incluye además un retardante de llama 330 unido al menos a una superficie de la porción de pared 310.

[0081] Como retardante de llama 330, se puede emplear una lámina de mica o una almohadilla de silicona. Como alternativa a la lámina de mica o almohadilla de silicona, se puede emplear una placa retardante de llama, una placa de fibra retardante de llama, una placa de plástico retardante de llama, etc., que no se deforman, ni emiten llamas ni, se rompen por el calor durante seis minutos (temperatura máxima de aproximadamente 500 grados Celsius).

[0082] Incluso cuando la porción de pared 310 está formada por un material metálico con alta rigidez mecánica y alta conductividad térmica, la primera pila unitaria 110A y la segunda pila unitaria 110B pueden bloquearse térmicamente si se recubren ambos lados de la porción de pared 310 con el retardante de llama 330.

[0083] En este caso, por ejemplo, cuando se produce una fuga térmica (acompañada de calor/llamas) en una celda de batería 111 específica de la primera pila unitaria 110A, la porción de pared 310 recubierta con un retardante de llama bloquea o retrasa la propagación del calor y las llamas a la segunda pila unitaria 110B, evitando así la rápida difusión de las llamas y el calor dentro del módulo de batería.

[0084] A continuación, se describirá una realización de la presente divulgación con referencia a los dibujos siguientes. Las FIGS.9 y 10 son respectivamente una vista en perspectiva despiezada y una vista en perspectiva combinada de una viga de refuerzo estructural de acuerdo con otra realización de la presente divulgación. La FIG. 11 es un diagrama, correspondiente a la FIG.5, que ilustra una vista en sección transversal parcial de un módulo de batería al que se aplica la viga de refuerzo estructural de la FIG.10.

[0085] Los mismos números de referencia que los de los dibujos anteriores indican los mismos miembros, y se omitirá la descripción repetida de los mismos miembros, y la descripción se centrará en las diferencias con respecto a la realización descrita anteriormente.

[0086] El módulo de batería de acuerdo con otra realización de la presente divulgación es diferente del módulo de batería descrito anteriormente en cuanto a la configuración de una viga de refuerzo estructural. Una porción de pared 310A de una viga de refuerzo estructural 200A de acuerdo con la presente realización incluye un marco exterior 311 en forma de un marco que tiene una región interior vacía y está formado por un material que tiene una alta rigidez mecánica y una lámina de mica 312 que tiene el mismo espesor que el marco exterior 311 y se inserta en la región interior del marco exterior 311.

[0087] Es decir, la porción de pared 310A de la viga de refuerzo estructural 300 de acuerdo con la presente realización está en una forma en la que el marco exterior 311, que tiene una estructura rígida, rodea una porción circunferencial exterior de la lámina de mica 312 formada por un material ignífugo, y el marco exterior 311 y la lámina de mica 312 tienen el mismo espesor.

[0088] Al configurar la viga de refuerzo estructural 300A como se ha descrito anteriormente, en comparación con la realización descrita anteriormente en la que el retardante de llama 330 está unido a ambos lados de la porción de pared 310, el peso y el espesor de la viga de refuerzo estructural 300A pueden reducirse y también puede evitarse la propagación de fugas térmicas entre la primera pila unitaria 110A y la segunda pila unitaria 110B. Asimismo, de acuerdo con la presente realización, la densidad de energía del módulo de batería puede mejorarse aún más si se aumenta la relación de volumen de las celdas de batería 111 mediante un espesor reducido de la viga de refuerzo estructural 300 en comparación con la realización descrita anteriormente.

[0089] La FIG.12 incluye diagramas que ilustran una viga de refuerzo estructural 300B de acuerdo con otra realización de la presente divulgación. La FIG.13 es un diagrama que ilustra una superficie superior de un módulo de batería, a la que se aplica la viga de refuerzo estructural 300B de la FIG.12.

[0090] Haciendo referencia a la FIG.12, la viga de refuerzo estructural 300B de acuerdo con la presente realización incluye un par de porciones de pared 340 encaradas entre sí a una cierta distancia y un par de porciones de conexión 350 conectadas entre el par de porciones de pared 340. La viga de refuerzo estructural 300B puede estar formada por un material metálico que tenga una alta rigidez mecánica, como las vigas de refuerzo estructural de las realizaciones descritas anteriormente. El par de porciones de pared 340 puede configurarse de tal manera que los extremos superior e inferior de las mismas sobresalgan de la superficie superior o inferior de la carcasa de módulo 200.

[0091] La placa base 211 y la placa superior 220 incluyen un par de hendiduras de inserción S, alargadas en una dirección longitudinal (dirección del eje Y) y que tienen un intervalo entre ellas, correspondiendo el intervalo a un intervalo entre el par de porciones de pared 340. Los extremos superior e inferior del par de porciones de pared 340 pueden pasar respectivamente a través del par de hendiduras de inserción S para salir al exterior de la carcasa de módulo 200.

[0092] Una del par de porciones de conexión 350 está formada en una posición separada hacia abajo del extremo superior de la porción de pared 340 por una cierta distancia. La otra del par de porciones de conexión 350 está formada en una posición separada hacia arriba del extremo inferior de la porción de pared 340 por una cierta distancia. Las porciones de conexión 350 pueden funcionar como un tope que evita que la viga de refuerzo estructural 300 se separe hacia arriba o hacia abajo de la carcasa de módulo 200 a través de las hendiduras de inserción S. Es decir, las porciones de conexión 350 están ubicadas en una porción interior de la carcasa de módulo 200. El par de porciones de conexión 350 pueden estar separadas por una distancia correspondiente a la altura de la carcasa de módulo 200, es decir, la distancia entre la placa base 211 y la placa superior 220.

[0093] Cada una del par de porciones de pared 340 puede estar adherida a las celdas de batería 111 y puede deformarse elásticamente, de tal manera que las porciones centrales de las mismas se acerquen entre sí, mediante una presión aplicada de acuerdo con el hinchamiento de las celdas de batería 111. Es decir, el par de porciones de pared 340 puede tener la función de absorber el hinchamiento de las celdas de batería 111.

[0094] De forma adicional, la viga de refuerzo estructural 300B incluye al menos un orificio de manipulación 340a formado en una región expuesta al exterior de la carcasa de módulo 200 a través de las hendiduras de inserción S formadas en la superficie superior de la carcasa de módulo 200, es decir, en la placa superior 220. El orificio de manipulación 340a puede formarse en ambas porciones de pared 340 que constituyen la viga de refuerzo estructural 300B, o en una cualquiera de estas. El orificio de manipulación 340a permite que un operador manipule fácilmente el módulo de batería.

[0095] Un paquete de batería (no mostrado) de acuerdo con una realización de la presente divulgación incluye uno o más de los módulos de batería descritos anteriormente. El paquete de batería puede incluir adicionalmente, además del módulo de batería, una caja (no mostrada) para alojar el módulo de batería y diversos dispositivos (no mostrados) para controlar la carga y descarga de los módulos de batería, tal como un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor de corriente, un fusible y similares.

[0096] El módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación puede aplicarse a un vehículo tal como un vehículo eléctrico o un vehículo híbrido. Es decir, un vehículo de acuerdo con una realización de la presente divulgación puede incluir el módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación. En la presente memoria descriptiva, aunque se han utilizado términos que indican direcciones como arriba, abajo, izquierda, derecha, etc., será obvio para los expertos en la materia que estos términos son solo por conveniencia de descripción y pueden expresarse de manera diferente dependiendo de la ubicación del objeto o la posición de visualización del observador.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un módulo de batería que comprende:

una estructura de pilas de celdas (100) que comprende una pluralidad de pilas unitarias (110), cada una de las cuales incluye celdas de batería apiladas (111);

una carcasa de módulo (200) que aloja la estructura de pilas de celdas (100); y

una viga de refuerzo estructural (300) dispuesta en paralelo con las celdas de batería (111) y dispuesta entre pilas unitarias adyacentes (110),

en donde porciones de extremo superior e inferior de la viga de refuerzo estructural (300) están insertadas parcialmente, respectivamente, en una superficie superior y una superficie inferior de la carcasa de módulo (200), y están acopladas fijamente a las mismas, de tal manera que las pilas unitarias (110) estén separadas espacialmente entre sí,

en donde la viga de refuerzo estructural (300) comprende:

- una porción de pared dispuesta para estar situada en un espacio interior de la carcasa de módulo (200); y

- unas protuberancias de inserción (320) que sobresalen desde un extremo superior de la porción de pared y un extremo inferior de la porción de pared en una dirección longitudinal de la porción de pared a ciertos intervalos,

en donde la porción de pared (310) comprende:

- un marco exterior (311) en forma de marco con una región interior vacía y formado por un material con una alta rigidez mecánica; y

- una lámina de mica (312) que tiene el mismo espesor que el marco exterior (311) y está insertada en la región interior del marco exterior (311).

2. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde la viga de refuerzo estructural (300) está formada por un material rígido y tiene una forma de placa que tiene un área que corresponde a una superficie principal de las celdas de batería (111).

3. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde la carcasa de módulo (200) comprende orificios de inserción (H) que están formados para atravesar las superficies superior e inferior de la carcasa de módulo (200) en posiciones que corresponden respectivamente, una a una, a las protuberancias de inserción (320).

4. El módulo de batería de la reivindicación 3, en donde extremos de las protuberancias de inserción (320) están soldados a la carcasa de módulo (200) mientras que las protuberancias de inserción (320) están insertadas respectivamente en los orificios de inserción (H) mediante ajuste de interferencia.

5. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde la viga de refuerzo estructural (300) comprende además un retardante de llama (330) unido al menos a una superficie de la porción de pared (310).

6. El módulo de batería de la reivindicación 5, en donde el retardante de llama (330) comprende una lámina de mica (312) o una almohadilla de silicona.

7. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde la carcasa de módulo (200) comprende:

un bastidor en U (210) que comprende una placa base (211) y un par de placas laterales (212) que soportan respectivamente una porción inferior y ambas porciones laterales de la estructura de pilas de celdas (100); una placa superior (220) que cubre una porción superior de la estructura de pilas de celdas (100); y

una placa frontal (230) y una placa trasera (240) que cubren respectivamente una porción frontal y una porción trasera de la estructura de pilas de celdas (100).

8. El módulo de batería de la reivindicación 7, en donde la placa base (211) y el par de placas laterales (212) del bastidor en U (210) están formadas integralmente como un solo cuerpo, y

el bastidor en U (210) está soldado a la placa superior (220), la placa frontal (230) y la placa trasera (240).

9. El módulo de batería de la reivindicación 7, que comprende además un par de miembros de soporte de terminal (400) dispuestos en una región de esquina superior izquierda y una región de esquina superior derecha de la placa frontal (230) y conectados a un terminal de electrodo positivo (130) y un terminal de electrodo negativo (140) que sobresalen hacia delante desde la estructura de pilas de celdas (100).

10. El módulo de batería de la reivindicación 9, en donde los miembros de soporte de terminal (400) comprenden: una porción de cuerpo (410) formada con un material aislante;

un orificio roscado (420) formado en la porción de cuerpo (410) en una dirección vertical; y

una hendidura de terminal (430) formada horizontalmente en una porción superior del orificio roscado (420) de manera que el terminal de electrodo positivo (130) o el terminal de electrodo negativo (140) pasen a través de la hendidura de terminal (430).

11. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde la viga de refuerzo estructural (300) comprende:

un par de porciones de pared (340) encaradas entre sí y separadas entre sí; y

un par de porciones de conexión (350) formadas respectivamente en una posición separada hacia abajo de un extremo superior del par de porciones de pared (340) por una cierta distancia y en una posición separada hacia arriba de un extremo inferior del par de porciones de pared (340) por una cierta distancia, siendo el par de porciones de conexión (350) el que conecta entre sí.el par de porciones de pared (340).

12. El módulo de batería de la reivindicación 11, en donde el extremo superior del par de porciones de pared (340) está expuesto a la porción superior de la carcasa de módulo (200) y comprende al menos un orificio de manipulación formado en la región expuesta.

13. Un paquete de batería que comprende el módulo de batería de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.