ES3058662T3

ES3058662T3 - Battery module and battery pack including the same

Info

Publication number: ES3058662T3
Application number: ES20831809T
Authority: ES
Inventors: Jee Hoon Jeong; Junyeob Seong; Kitaek Jung
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2026-03-12
Anticipated expiration: 2040-05-11
Also published as: EP3907811B1; WO2020262819A1; CN113661598A; KR102464824B1; EP3907811A1; KR20210000547A; EP3907811A4; JP7222589B2; JP2022501765A; US20220029250A1

Abstract

Un módulo de batería, según una realización de la presente invención, comprende: un laminado de primera celda y un laminado de segunda celda que comprenden una o más celdas de batería; un monomarco para alojar el laminado de primera celda y el laminado de segunda celda; un resorte ubicado entre el laminado de primera celda y el laminado de segunda celda; una primera placa ubicada entre el laminado de primera celda y el resorte; y una segunda placa ubicada entre el laminado de segunda celda y el resorte. La dirección de compresión del resorte es paralela a la dirección de laminación de una o más celdas de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

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

[0003] [Sector de la técnica]

[0004] La presente divulgación se refiere a un módulo de batería y a un paquete de baterías que incluye el mismo, y más particularmente, a un módulo de batería que tiene un apilamiento de celdas en el que una o más celdas de batería están apiladas, y a un paquete de baterías que lo incluye.

[0005] [Antecedentes de la invención]

[0006] En la sociedad moderna, dado que dispositivos portátiles tales como un teléfono móvil, un ordenador portátil, una videocámara y una cámara digital se han utilizado diariamente, se ha activado el desarrollo de tecnologías en los campos relacionados con los dispositivos móviles descritos anteriormente. Adicionalmente, las baterías secundarias recargables se utilizan como fuente de energía para un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV), un vehículo eléctrico híbrido enchufable (P-HEV) y similares, en un intento de resolver la contaminación del aire y similares causadas por los vehículos de gasolina existentes que utilizan combustible fósil, y por lo tanto, existe una necesidad creciente de desarrollo de la batería secundaria.

[0007] Actualmente, las baterías secundarias comercializadas incluyen una batería de níquel-cadmio, una batería de níquelhidrógeno, una batería de níquel-zinc y una batería secundaria de litio. Entre ellas, la batería secundaria de litio ha cobrado relevancia porque tiene ventajas, por ejemplo, apenas exhibir efectos de memoria en comparación con las baterías secundarias basadas en níquel y, por tanto, poder cargarse y descargarse libremente, y tener una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad de energía.

[0008] Dicha batería secundaria de litio utiliza principalmente un óxido a base de litio y un material carbonáceo como material activo de electrodo positivo y material activo de electrodo negativo, respectivamente. La batería secundaria de litio incluye un conjunto de electrodos en el que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo recubiertas respectivamente con el material activo de electrodo positivo y el material activo de electrodo negativo se disponen con un separador interpuesto entre ellas, y un material exterior, es decir, una carcasa de batería, que sella y aloja el conjunto de electrodos junto con un electrolito.

[0009] En general, la batería secundaria de litio puede clasificarse en una batería secundaria de tipo lata, en la que un conjunto de electrodos está incluido en una lata metálica, y una batería secundaria de tipo bolsa, en la que el conjunto de electrodos está incluido en una bolsa fabricada con una lámina de aluminio, dependiendo de la forma del material exterior.

[0010] En el caso de una batería secundaria utilizada para un dispositivo de pequeño tamaño, se disponen de dos a tres celdas de batería, pero en el caso de una batería secundaria utilizada para un dispositivo de tamaño medio a grande tal como un automóvil, se utiliza un paquete de baterías en el que un gran número de celdas de batería están conectadas eléctricamente. Este paquete de baterías normalmente incluye una pluralidad de baterías secundarias, y la pluralidad de baterías secundarias están conectadas entre sí en serie y en paralelo para aumentar la capacidad y la salida. Es más, el uno o más módulos de batería pueden montarse junto con diversos sistemas de control y protección tales como un sistema de gestión de baterías (BMS), un sistema de refrigeración y similares para formar un paquete de baterías.

[0011] En este caso, es necesario minimizar una tolerancia de montaje entre las celdas de batería que forman el apilamiento de celdas para una configuración compacta del apilamiento de celdas.

[0012] Adicionalmente, las celdas de batería tienen características de expansión y contracción cuando las celdas de batería se cargan y descargan, y es necesario un dispositivo que pueda aliviar eficazmente la expansión.

[0013] Se pueden encontrar ejemplos de la técnica anterior en los documentos DE102014219609A1, WO2017/055158A1 y US2018/062127A1.

[0014] [Explicación de la invención]

[0015] [Problema técnico]

[0016] Las realizaciones de la presente divulgación están diseñadas para resolver los problemas descritos anteriormente y, por lo tanto, un objeto de la presente divulgación es proporcionar un módulo de batería que pueda minimizar una tolerancia de montaje entre celdas de batería y también aliviar eficazmente la expansión de la celda de batería. Sin embargo, el problema a resolver por las realizaciones de la presente divulgación no se limita a los problemas descritos anteriormente, y puede ampliarse de diversas formas dentro del alcance de la idea técnica incluida en la presente divulgación.

[0017] [Solución técnica]

[0018] De acuerdo con la reivindicación 1, se proporciona un módulo de batería que incluye un primer apilamiento de celdas y un segundo apilamiento de celdas que incluyen una o más celdas de batería, un bastidor monobloque que recibe el primer apilamiento de celdas y el segundo apilamiento de celdas, un resorte situado entre el primer apilamiento de celdas y el segundo apilamiento de celdas, una primera placa situada entre el primer apilamiento de celdas y el resorte, y una segunda placa situada entre el segundo apilamiento de celdas y el resorte, y la dirección de compresión del resorte es paralela a la dirección de apilamiento de la una o más celdas de batería.

[0019] Además, de acuerdo con la reivindicación 1, el primer apilamiento de celdas y el segundo apilamiento de celdas se reciben en la superficie frontal o la superficie trasera del bastidor monobloque en un estado en el que el resorte está comprimido mediante la aplicación de una fuerza, y el primer apilamiento de celdas y el segundo apilamiento de celdas se fijan al interior del bastidor monobloque mediante la fuerza elástica del resorte.

[0020] La una o más celdas de batería pueden apilarse en forma vertical o invertida para ser paralelas a ambas superficies laterales del bastidor monobloque.

[0021] Un termistor está situado en al menos uno de entre el primer apilamiento de celdas y la primera placa y entre el segundo apilamiento de celdas y la segunda placa.

[0022] Al menos una de la primera placa y la segunda placa puede incluir un miembro de transferencia de calor.

[0023] De acuerdo con la reivindicación 1, el bastidor monobloque tiene una superficie frontal y una superficie trasera, que están abiertas.

[0024] El resorte puede incluir dos o más resortes.

[0025] El resorte puede ser un resorte cilíndrico.

[0026] El módulo de batería puede comprender además un bastidor de barras colectoras recibido en el bastidor monobloque junto con el primer apilamiento de celdas y el segundo apilamiento de celdas, y el bastidor de barras colectoras puede estar situado en el lado superior del primer apilamiento de celdas y del segundo apilamiento de celdas.

[0027] El resorte puede unirse a la primera placa y a la segunda placa mediante un agente adhesivo.

[0028] [Efectos ventajosos]

[0029] De acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación, puede minimizarse una tolerancia de montaje entre celdas de batería mediante la aplicación de un resorte al interior del módulo de batería, y puede reducirse una presión aplicada a un bastidor de módulo al aliviar eficazmente una expansión de las celdas de batería.

[0030] Es más, puede disponerse un termistor en una ubicación ventajosa para medir la temperatura para detectar o prevenir más eficazmente el calentamiento de la celda de batería.

[0031] [Breve descripción de los dibujos]

[0032] FIG. 1 es una vista en perspectiva que ilustra un módulo de batería según una realización de la presente divulgación;

[0033] FIG.2 es una vista en perspectiva explosionada que ilustra el módulo de batería de la FIG.1;

[0034] FIG.3 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea de corte A-A de la FIG.1; y

[0035] FIG.4 es una vista en sección que ilustra un módulo de batería según otra realización de la presente divulgación.

[0036] [Realización preferente de la invención]

[0037] La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas. La siguiente descripción se proporciona con el fin de explicar la invención en contexto. En lo sucesivo en el presente documento, se describirán con detalle varias realizaciones de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos, de tal modo que los expertos en la materia puedan implementarlas fácilmente. La presente divulgación puede modificarse de varias maneras diferentes, y no se limita a las realizaciones expuestas en el presente documento.

[0038] Las partes irrelevantes para la descripción se omitirán para describir claramente la presente divulgación, y los números de referencia similares designan elementos similares en toda la memoria descriptiva.

[0039] Es más, en los dibujos, el tamaño y el grosor de cada elemento se ilustran arbitrariamente para facilitar la descripción, y la presente divulgación no se limita necesariamente a los ilustrados en los dibujos. En los dibujos, el grosor de las capas, regiones, etc., se exageran para mayor claridad. En los dibujos, para facilitar la descripción, los grosores de algunas capas y regiones se exageran.

[0040] Adicionalmente, se entenderá que, cuando un elemento tal como una capa, película, región o placa se menciona como si estuviera "sobre" o "encima de" otro elemento, puede estar directamente sobre el otro elemento o también pueden estar presentes elementos intermedios. En cambio, cuando se hace referencia a un elemento como "directamente sobre" otro elemento, significa que no hay otros elementos intervinientes. Es más, la palabra "sobre" o "encima de" significa dispuesto sobre o debajo de una porción de referencia, y no significa necesariamente estar dispuesto en el extremo superior de la porción de referencia hacia la dirección opuesta de la gravedad.

[0041] Es más, a lo largo de la memoria, cuando se hace referencia a que una parte "incluye" un determinado componente, significa que puede incluir además otros componentes, sin excluir los otros componentes, a menos que se indique lo contrario.

[0042] La FIG. 1 es una vista en perspectiva que ilustra un módulo de batería 100 según una realización de la presente divulgación. La FIG.2 es una vista en perspectiva explosionada que ilustra el módulo de batería 100 de la FIG.1. La FIG.3 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea de corte A-A de la FIG.1.

[0043] Con referencia a las FIGS.1 a 3, el módulo de batería 100 según la realización de la presente divulgación incluye un primer apilamiento de celdas 410, un segundo apilamiento de celdas 420, un bastidor monobloque 200 que recibe el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420, un resorte 600 situado entre el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420, una primera placa 710 situada entre el primer apilamiento de celdas 410 y el resorte 600, y una segunda placa 720 situada entre el segundo apilamiento de celdas 420 y el resorte 600. Cada uno del primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420 puede incluir una o más celdas de batería 400, pero es preferible que se incluyan dos o más celdas de batería 400.

[0044] La dirección de compresión del resorte 600 es paralela a la dirección de apilamiento (la dirección X) de las celdas de batería 400 que constituyen el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420. Entonces, las celdas de batería 400 se apilan en forma vertical o invertida para ser paralelas a ambas superficies laterales 210 del bastidor monobloque 200. Es preferible que el resorte 600 esté dispuesto de modo que la dirección de compresión del resorte sea perpendicular a ambas superficies laterales 210 del bastidor monobloque 200.

[0045] Mediante la configuración mencionada anteriormente, las celdas de batería 400 pueden fijarse en el módulo de batería 100 ya que el resorte 600 presiona las celdas de batería 400, por lo que una tolerancia de montaje entre las celdas de batería 400 o entre las celdas de batería 400 y el bastidor monobloque 200 puede aliviarse eficazmente.

[0046] Es más, el resorte 600 puede absorber eficazmente la expansión de las celdas de batería 400 que puede producirse cuando las celdas de batería se cargan y descargan, aliviando por tanto una tensión aplicada al bastidor monobloque 200.

[0047] Mientras tanto, en la presente realización, el resorte 600 no contacta directamente con el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420, sino que la primera placa 710 y la segunda placa 720 se disponen individualmente entre ellos. Es más, el resorte 600 puede unirse a la primera placa 710 y a la segunda placa 720 mediante un agente adhesivo para fijar el resorte 600 en el módulo de batería 100. La forma del resorte 600 no está limitada, pero es preferible que sea un resorte cilíndrico.

[0048] Mediante la primera placa 710 y la segunda placa 720, la fuerza elástica del resorte 600 puede aplicarse uniformemente al primer apilamiento de celdas 410 y al segundo apilamiento de celdas 420 sin concentrarse en porciones de los mismos.

[0049] Es más, de acuerdo con la reivindicación 1, en un proceso de recibir el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420 en el bastidor monobloque 200, el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420 se insertan en el bastidor monobloque 200 en un estado en el que el resorte 600 está comprimido mediante la aplicación de una fuerza al mismo, y el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420 se fijan al interior del bastidor monobloque 200 mediante la fuerza elástica del resorte 600. Es decir, el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420 pueden recibirse más fácilmente en el bastidor monobloque 200.

[0050] Mientras tanto, es preferible que dos o más resortes 600 estén dispuestos entre la primera placa 710 y la segunda placa 720 para estar espaciados entre sí a un intervalo igual. Esto se debe a que puede evitarse que la fuerza elástica del resorte 600 se concentre en porciones del primer apilamiento de celdas 410 y del segundo apilamiento de celdas 420.

[0051] La FIG. 4 es una vista en sección que ilustra un módulo de batería 100 según otra realización de la presente divulgación. Con referencia a la FIG.4, puede disponerse un termistor en el módulo de batería 100.

[0052] En detalle, el termistor 800 puede estar situado en al menos uno de entre el primer apilamiento de celdas 410 y la primera placa 710 y entre el segundo apilamiento de celdas 420 y la segunda placa 720. En particular, es preferible que el termistor 800 esté situado tanto entre el primer apilamiento de celdas 410 y la primera placa 710 como entre el segundo apilamiento de celdas 420 y la segunda placa 720 como se ilustra en la FIG.4. El termistor 800 puede unirse a las celdas de batería del primer apilamiento de celdas 410 y del segundo apilamiento de celdas 420 mediante un agente adhesivo.

[0053] El termistor 800 está dispuesto cerca de la celda de batería 400 y también puede estar fijado a la celda de batería 400 mediante la fuerza elástica del resorte 600, por lo que la seguridad del módulo de batería 100 puede garantizarse ventajosamente porque el calor generado por las celdas de batería 400 puede detectarse más fácilmente.

[0054] Mientras tanto, al menos una de la primera placa 710 y la segunda placa 720 de la presente realización puede incluir un miembro de transferencia de calor. Dado que la primera placa 710 y la segunda placa 720 incluyen el miembro de transferencia de calor, una desviación de temperatura en el módulo de batería 100 puede reducirse difundiendo el calor generado localmente por las celdas de batería 400. Es más, el calor generado por las celdas de batería 400 se descarga fácilmente a un espacio entre la primera placa 710 y la segunda placa 720.

[0055] Con referencia de nuevo a la FIG. 2, el módulo de batería 100 según la presente realización puede comprender además un bastidor de barras colectoras 500 recibido en el bastidor monobloque 200 junto con el primer apilamiento de celdas 410 y el segundo apilamiento de celdas 420.

[0056] El bastidor de barras colectoras 500 puede incluir un bastidor superior 510 situado en el lado superior del primer y del segundo apilamientos de celdas 410 y 420, un bastidor de superficie frontal 520 situado en las superficies frontales del primer y del segundo apilamientos de celdas 410 y 420, así como un bastidor de superficie trasera 530 situado en las superficies traseras del primer y del segundo apilamientos de celdas 410 y 420, así como una barra colectora 540 conectada a conductores de electrodo de las celdas de batería que constituyen el primer y el segundo apilamientos de celdas 410 y 420 puede montarse en el bastidor de superficie frontal 520 y en el bastidor de superficie trasera 530. El bastidor monobloque 200 puede ser una placa metálica que tiene una superficie frontal abierta y una superficie trasera abierta, y el primer apilamiento de celdas 410, el segundo apilamiento de celdas 420 y el bastidor de barras colectoras 500 pueden recibirse en la superficie frontal y la segunda superficie, que están abiertas.

[0057] El módulo de batería mencionado anteriormente puede aplicarse a diversos dispositivos en forma del módulo de batería o de un paquete de baterías que incluye el módulo de batería. Los dispositivos pueden incluir medios de transporte tales como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico y un vehículo eléctrico híbrido, y similares, pero la presente divulgación no se limita a ello, sino que puede aplicarse a diversos dispositivos que puedan utilizar una batería secundaria.

[0058] [Descripción de los números de referencia]

[0059] 100: módulo de batería

[0060] 200: bastidor monobloque

[0061] 300: placa terminal

[0062] 410: primer apilamiento de celdas

[0063] 420: segundo apilamiento de celdas

[0064] 600: resorte

[0065] 710: primera placa

[0066] 720: segunda placa

Claims

1. REIVINDICACIONES

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

un primer apilamiento de celdas (410) y un segundo apilamiento de celdas (420) que incluyen una o más celdas de batería (400);

un bastidor monobloque (200) que recibe el primer apilamiento de celdas (410) y el segundo apilamiento de celdas (420);

un resorte (600) situado entre el primer apilamiento de celdas (410) y el segundo apilamiento de celdas (420); una primera placa (710) situada entre el primer apilamiento de celdas (410) y el resorte (600); y

una segunda placa (720) situada entre el segundo apilamiento de celdas (420) y el resorte (600),

en donde la dirección de compresión del resorte (600) es paralela a la dirección de apilamiento (X) de la una o más celdas de batería (400),

caracterizado por queel bastidor monobloque (200) tiene una superficie frontal y una superficie trasera, que están abiertas, y

en donde el primer apilamiento de celdas (410) y el segundo apilamiento de celdas (420) se reciben en la superficie frontal o la superficie trasera del bastidor monobloque (200) en un estado en el que el resorte (600) está comprimido mediante la aplicación de una fuerza, y el primer apilamiento de celdas (410) y el segundo apilamiento de celdas (420) se fijan al interior del bastidor monobloque (200) mediante la fuerza elástica del resorte (600).

2. El módulo de batería (100) de la reivindicación 1, en donde la una o más celdas de batería (400) están apiladas en forma vertical o invertida para ser paralelas a ambas superficies laterales del bastidor monobloque (200).

3. El módulo de batería (100) de la reivindicación 1, en donde un termistor (800) está situado en al menos uno de entre el primer apilamiento de celdas (410) y la primera placa (710) y entre el segundo apilamiento de celdas (420) y la segunda placa (720).

4. El módulo de batería (100) de la reivindicación 1, en donde al menos una de la primera placa (710) y la segunda placa (720) comprende un miembro de transferencia de calor.

5. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde el resorte (600) comprende dos o más resortes.

6. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde el resorte (600) es un resorte cilíndrico.

7. El módulo de batería de la reivindicación 1, que comprende además:

un bastidor de barras colectoras (500) recibido en el bastidor monobloque (200) junto con el primer apilamiento de celdas (410) y el segundo apilamiento de celdas (420),

en donde el bastidor de barras colectoras (500) está situado en el lado superior del primer apilamiento de celdas (410) y del segundo apilamiento de celdas (420).

8. El módulo de batería de la reivindicación 1, en donde el resorte (600) está unido a la primera placa (710) y a la segunda placa (720) mediante un agente adhesivo.

9. Un paquete de baterías que comprende uno o más módulos de batería (100) de la reivindicación 1.