IT201800002774A1

IT201800002774A1 - Pacco batteria veicolare

Info

Publication number: IT201800002774A1
Application number: IT102018000002774A
Authority: IT
Inventors: Elena Ligabue; Luca Poggio
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-08-16
Also published as: US10777790B2; EP3528312A1; EP3528312B1; US20190259991A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“PACCO BATTERIA VEICOLARE”

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo dei sistemi di immagazzinamento dell’energia in ambito automobilistico ed in particolare ad un pacco batteria comprendente una pluralità di batterie elettricamente interconnesse.

Stato della tecnica

Le batterie al litio in relazione alla loro alta densità stanno consentendo l’effettiva implementazione dell’elettrico in ambito automobilistico.

I polimeri di litio rappresentano attualmente lo stato dell’arte nella produzione di batterie ad alta capacità. Una soluzione nota prevede l’impiego di batterie cilindriche di piccole dimensioni collegate in serie a formare stringhe. Una o più stringhe sono poi collegate in parallelo per ottenere valori di tensione e corrente compatibili con l’inverter che pilota il motore elettrico di trazione. Tale soluzione conduce ad avere molto spazio inutilizzato e pertanto la densità di energia risulta migliorabile.

Sono note soluzioni che prevedono la realizzazione di celle specificatamente sviluppate per l’uso automobilistico, in cui le celle sono realizzate, senza involucro, l’una sull’altra. I costi di produzione sono eccessivi e l’affidabilità del pacco batteria non è garantito.

I moduli batteria usualmente disponibili sul mercato per alimentare smartphone e tablet, constano in batterie imbustate-planari, che hanno uno spessore molto limitato rispetto alle altre dimensioni. Si individuano due facce opposte molto ampie attraverso cui il calore viene dissipato quasi integralmente e poi si individuano quattro lati sottili e allungati e su uno oppure su due lati opposti sono disposti i terminali positivo e negativo della cella.

Ciascun modulo comprende una cella ed un relativo dispositivo di monitoraggio BMC (Battery Management control) che ha il compito di monitorare diversi parametri di funzionamento della batteria ed eventualmente di disconnetterla per ragioni di sicurezza e/o di salvaguardia della batteria stessa.

I diversi BMC di pacco batteria sono poi collegati in relazione di slave ad un cosiddetto BMS (Battery Managment System) che, da master, elabora le informazioni acquisite dai BMC ed interagisce con l’elettronica di bordo, generalmente la VCU (Vehicle Control Unit) che gestisce diversi sottosistemi veicolari, tra cui il pacco batteria. La dissipazione del calore generato dalle batterie ha un ruolo cruciale nel corretto funzionamento di un pacco batteria.

Inoltre, durante le operazioni di carica e scarica le celle tendono a dilatarsi perpendicolarmente alle relative facce maggiori. Questo comportamento deve essere assecondato, per consentire la corretta ricarica delle celle.

Dopo molti cicli di utilizzo le celle restano dilatate e la relativa capacità di immagazzinamento risulta compromessa. Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di indicare un pacco batteria veicolare basato su celle individuali convenzionali di tipo imbustate-planare in cui i terminali sono disposti su lati opposti della cella.

L’idea di base della presente invenzione è quella di raggruppare in strati le celle al centro del pacco batteria, i relativi BMC sono disposti su una seconda parete laterale del contenitore, perpendicolare a detti strati e prime pareti laterali, perpendicolari a detti strati e a detta prima parete laterale, hanno il compito di raffreddare gli strati di celle.

Pertanto, l’elettronica di controllo, pareti di raffreddamento e strati di celle giacciono su piani reciprocamente perpendicolari.

Per trasportare il calore dalle celle alle prime pareti laterali, le celle sono associate secondo la relativa faccia maggiore a vassoi opportunamente conformati per ottimizzare lo scambio termico.

Secondo la presente invenzione ciascuno dei bordi opposti di un vassoio, destinati a contattare dette prime pareti laterali del contenitore, ha una relativa sezione trasversale ha forma di Y con sovrapposto un segmento retto che unisce gli estremi divergenti della Y.

Questo fatto consente di contattare non solo le facce maggiori delle celle ma anche due lati della stessa con un aumento delle superfici reciproche di contatto.

Più in particolare, il pacco batteria ha un contenitore di forma di parallelepipedo in cui le prime pareti laterali, reciprocamente opposte, sono destinate al raffreddamento delle celle e seconde due pareti laterali, reciprocamente opposte, sono destinate

- una ad alloggiare la suddetta elettronica di controllo tra cui i BMC ed un BMS (Battery Managmement System) che sovrintende al funzionamento dei BMC e

- l’altra ad alloggiare i collegamenti di alta tensione ed i relativi dispositivi di sicurezza.

Le ultime due pareti laterali che completano il parallelepipedo, reciprocamente opposte, e parallele agli strati di celle svolgono principalmente funzioni di contenimento e compressione degli strati di celle.

Dal momento che le prime pareti e le seconde pareti sono reciprocamente collegate, le prime pareti svolgono una duplice funzione strutturale e di raffreddamento delle celle.

Pertanto, i BMC non sono imbustati con le rispettive celle controllate. Questo fatto consente vantaggiosamente di raffreddare esclusivamente le celle, ottimizzando il volume interno al pacco batteria. Ciononostante, il pacco batteria oggetto della presente invenzione consente di monitorare stato e funzionamento di ciascuna singola cella.

Un primo strato di celle è fissato ad una faccia di un vassoio planare e due bordi opposti del vassoio planare sono fisicamente e termicamente in contatto con dette prime due pareti laterali, di raffreddamento, del contenitore in modo da trasmettere a dette prime due pareti laterali il calore eventualmente generato dalle celle.

Preferibilmente, ciascuno strato di celle definisce un allineamento di celle e su ciascun lato opposto di ciascuna cella che si affaccia verso una cella adiacente è disposto un terminale della stessa cella in modo da poter collegare in serie detti allineamenti di celle.

Su una faccia del vassoio è applicata una fascia cavi piatta (flat cable) interposta tra detta faccia del vassoio ed un rispettivo allineamento di celle. Detta fascia cavi interconnette operativamente le celle di detto allineamento con un BMC, preferibilmente multicanale.

Vantaggiosamente, il fatto che il BMC non sia imbustato assieme ad una relativa cella consente di adoperare un BMC capace di monitorare lo stato di due o più celle.

Preferibilmente, il vassoio supporta due allineamenti di celle ciascuno associato ad una delle facce opposte del vassoio e la medesima fascia cavi serve entrambi gli allineamenti di celle attraverso opportune aperture ricavate nel vassoio.

Secondo una variante preferita dell’invenzione in corrispondenza dei terminali di ciascuna cella, il vassoio comprende un’apertura passante, in cui è associato un tappo di materiale isolante sul quale è fissata una lamina di metallo compatibile per essere elettrosaldata con i terminali di celle contigue. Vantaggiosamente, il tappo svolge diverse funzioni:

- isola i terminali delle celle dal relativo vassoio, - semplifica l’interconnessione delle celle,

- permette il collegamento di detta fascia cavi con i terminali delle celle.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, gli allineamenti definiti da ciascuno strato di celle disposto nel pacco batteria sono reciprocamente interconnessi in serie, cosicché tutte le celle del pacco batteria risultano in serie. Evidentemente, una cella di testa, cioè prossimale ad una di dette pareti è collegata elettricamente ad un’altra cella di testa di un allineamento adiacente. Tale allineamento adiacente può essere supportato dal medesimo vassoio oppure da un vassoio adiacente.

Nel primo caso, una volta che gli strati sono disposti nel pacco batteria, prima di applicare le seconde pareti un ponte ad U consente di collegare reciprocamente i terminali delle celle di testa di un medesimo bordo associate a facce opposte di uno stesso vassoio. Viceversa, quando le celle di testa appartengono a vassoi diversi, si adoperano due semi-ponti, ciascuno conformato ad L, che si collegano assieme.

Le rivendicazioni descrivono varianti preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 mostra schematicamente una vista laterale di un pacco batteria secondo la presente invenzione;

nella figura 2 mostra una vista tridimensionale di un esploso di un esempio implementativo della presente invenzione;

nella figura 3 è mostrato un esploso di una porzione dell’esempio di figura 2;

nelle figure 4 e 5 sono mostrate porzioni di sezioni longitudinali della porzione di figura 3 in condizioni assemblate secondo la figura 2;

nelle figure 6 e 7 sono mostrati ingrandimenti di dettagli della figura 3;

nelle figure 8 e 9 sono mostrate porzioni di una sezione trasversale dell'esempio di figura 2 ed in figura 8a è mostrato un ingrandimento di una porzione di figura 8;

nella figura 9a è estratta una porzione presente nella figura 9;

con le figura 10 e 11 sono messi a confronto due varianti di un dettaglio di figura 2,

nella figura 12 è mostrato un esploso dei componenti che formano una parete del contenitore oggetto della presente invenzione;

nella figura 13 è mostrata una vista in pianta della parete di figura 12 vista dall’interno del pacco batteria secondo l’esempio mostrato in figura 2;

nella figura 14 è mostrata una vista dall’alto di una porzione del pacco batteria con in evidenza una parete opposta a quella oggetto delle figure 12 e 13;

nella figura 15 è mostrata una sezione quasitrasversale AA di figura 14;

nella figura 16 è mostrato un esploso parziale della parete di figura 14, secondo una vista prospettica.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Nell’ambito della presente descrizione il termine “secondo” componente non implica la presenza di un “primo” componente. Tali termini sono infatti adoperati soltanto per chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

La figura 1 mostra schematicamente una vista laterale di un pacco batteria BP secondo la presente invenzione. Tale vista risulta perpendicolare a prime pareti laterali S1, reciprocamente opposte, del contenitore parallelepipedo che contiene le celle C che definiscono il pacco batteria.

Le celle C, hanno forma planare e sono disposte all’interno del contenitore in modo da risultare perpendicolari alle prime pareti laterali S1, cosicché la medesima vista laterale di figura 1 mostra le celle stesse lateralmente.

Nella figura 1 sono indicate schematicamente seconde pareti S2.1 ed S2.2, reciprocamente opposte, anche queste pareti risultano perpendicolari allo sviluppo planare delle celle C.

Se si considera un piano parallelo ed intermedio a dette prime pareti S1, queste risultano costruttivamente simmetriche rispetto a detto piano intermedio. Questo perché all’interno delle prime pareti sono alloggiate serpentine, cioè condotti per circolare un liquido refrigerante.

Le seconde pareti, sono indicate con segni differenti, perché esse non sono costruttivamente simmetriche, in quanto, la prima S2.1 delle seconde pareti è formata dalla parte elettronica di monitoraggio e controllo BMC/BMS delle celle, mentre la seconda S2.2 delle seconde pareti è formata da componenti elettrici di alta tensione per assicurare sicurezza elettrica intrinseca del pacco batteria.

Cosicché, il pacco batteria BP veicolare comprende un contenitore di forma di parallelepipedo, in cui celle C sono raggruppare in strati L reciprocamente sovrapposti nel contenitore, ed in cui relativi dispositivi di monitoraggio BMC delle singole celle sono disposti sulla seconda parete laterale S2.1, perpendicolare a detti strati L e alle prime pareti laterali S1, perpendicolari a detti strati L e a detta seconda parete laterale S2.1, in cui dette prime pareti laterali sono configurate per raffreddare detti strati di celle.

Le batterie necessitano di essere opportunamente raffreddate. Questo è realizzato mediante opportuni vassoi T di materiale metallico che drena il calore dalle celle e lo trasferisce alle prime pareti laterali. Pertanto, i vassoi hanno forma generalmente planare ed i bordi opposti del vassoio, prospicienti le pareti laterali S1 sono conformati per contattare e trasferire calore a dette prime pareti S1.

Uno strato di celle è associato meccanicamente e termicamente a detto vassoio.

Preferibilmente, ciascuno di detti strati di batterie è associato ad una faccia di un vassoio T attraverso i relativi terminali C+ e C- delle stesse celle.

Preferibilmente, i terminali positivo C+ e negativo C- sono disposti su lati opposti di ciascuna cella.

L’asse X di figura 2, indica la direzione dello sviluppo longitudinale dei vassoi e pertanto dell’intero pacco batteria. Pertanto, le figure 8, 9 e 9a risultano sezioni trasversali a tale sviluppo longitudinale.

Ciascun vassoio T comprende una sede H, HH ed un supporto B, HB1, HB2 di materiale isolante atto ad innestarsi complementarmente in detta sede, in cui detto supporto comprende una prima banda di materiale metallico MB, MB1, MB2 attaccata su una faccia del supporto ed opportunamente isolata da detto vassoio, in modo che, in condizioni operative, un terminale C+, C- di almeno una cella C è saldato a detta banda di materiale metallico, cosicché detta almeno una cella è fissata ad un relativo vassoio per il tramite di detto relativo supporto B, HB1, HB2.

La soluzione di adottare tali supporti isolanti consente rapidamente di associare una cella ad un relativo vassoio, al tempo stesso garantendo l’isolamento tra i terminali della cella ed il vassoio che è in materiale metallico per assolvere ai suddetti compiti di drenaggio di calore.

Come si vede dalle figure, le celle hanno sviluppo planare e definiscono una impronta rettangolare abbastanza pronunciata. Pertanto esse stesse individuano uno sviluppo longitudinale seppur planare.

Secondo una implementazione preferita della presente invenzione, gli strati sono organizzati in allineamenti di celle allineate secondo detto sviluppo longitudinale, pertanto anche il pacco batteria, se formato da un singolo allineamento per ogni strato, risulta avere uno sviluppo pronunciatamente longitudinale.

Gli allineamenti sono indicati con i simboli V1, V2, etc.. I terminali C+, C- sono disposti sui lati di ciascuna cella si affaccia verso un’altra cella dello stesso allineamento (vettore).

Cosicché le celle di un allineamento sono collegate in serie tra loro e ciascuna cella ha rispettivi terminali C+, C- disposti su lati opposti della stessa cella, ed in cui i terminali di due celle adiacenti sono saldati a detta prima banda di materiale metallico MB. In tal caso il supporto, viene definito come “supporto intermedio”.

Preferibilmente, detta sede H consiste in un’apertura passante praticata nel vassoio, ed il supporto è sostanzialmente piano con due facce opposte che dopo il suo inserimento nella sede si affacciano sulle facce opposte del vassoio.

Sulla prima faccia del supporto di materiale isolante è attaccata la prima banda metallica MB1 e sulla seconda faccia, opposta alla prima, è attaccata una seconda banda metallica MB2, isolata da detta prima banda metallica e da detto vassoio. Cosicché, vantaggiosamente, è possibile che un primo allineamento di celle V1 è associato ad una faccia di detto vassoio T ed un secondo allineamento di celle V2 è associato ad una faccia opposta di detto vassoio.

Vantaggiosamente, mentre un secondo allineamento di celle V2 è associato ad una faccia opposta di detto vassoio ed in cui terminali adiacenti di celle di detto primo allineamento sono saldate a detta prima banda metallica MB1 ed in cui terminali adiacenti di celle di detto secondo allineamento sono saldate a detta seconda banda metallica MB2, impedendo un disinnesto di detto supporto da detta rispettiva sede.

Secondo una variante preferita dell’invenzione il supporto comprende ulteriormente una sede laterale LH atta a ricevere e supportare stabilmente un connettore elettrico PC di una fascia cavi FC ed in cui detto connettore comprende una prima porta elettrica STP per collegarvi un terminale metallico ST atto, in condizioni operative, di interconnettere detta prima banda metallica con detta prima porta elettrica.

Potendo misurare la tensione a tutti i terminali risulta possibile misurare la tensione di ciascuna cella.

Preferibilmente, quando due allineamenti V1 e V2 di celle sono associati ad una prima ed una seconda faccia, opposta a detta prima, di detto vassoio T, detta sede laterale LH consiste in un’apertura passante atta ad accogliere stabilmente detto connettore elettrico PC in modo che una seconda porta elettrica risulta accessibile da detta seconda faccia e collegabile a detta seconda banda metallica mediante un relativo corrispondente terminale metallico.

Vantaggiosamente, la medesima fascia cavi FC interconnette entrambi gli allineamenti di celle V1 e V2.

Il vassoio T che ha forma sostanzialmente rettangolare ha delle sedi di estremità HH, preferibilmente, dei tagli. A ciascuna sede è associato un relativo supporto HB1 e HB2 di materiale isolante, qui definiti supporti di estremità HB1 e HB2, analoghi ai supporti intermedi descritti sopra, ma con specifiche peculiarità tenuto conto che devono interconnettere un allineamento con un altro allineamento e non semplicemente due celle adiacenti di un medesimo allineamento.

Anche in questo caso un supporto di estremità comprende una prima banda di materiale metallico MB1 attaccato su una faccia ed opportunamente distanziato da detto vassoio, in modo che, in condizioni operative, il terminale C+, C- di almeno una cella C di testa è saldato a detta banda di materiale metallico. Per semplicità si adottano gli stessi segni per componenti che svolgono medesime funzioni.

Quando il supporto di materiale metallico HB1 è destinato ad interconnettere allineamenti di celle associati a due vassoi differenti, la prima banda metallica BM1 ha una sezione secondo un piano perpendicolare a detto vassoio quando in condizioni operative, a forma di L, in modo da consentire il collegamento elettrico con una banda metallica identica di una cella di testa, di uno strato adiacente di celle, associata ad un altro vassoio.

Viceversa, quando i due allineamenti da interconnettere sono associati a facce opposte dello stesso vassoio, il collegamento in serie è realizzato mediante una banda metallica MB conformata ad U, vedi figura 5, innestata su detto supporto di materiale isolante HB2 in modo da affacciarsi su facce opposte del supporto di materiale isolante.

Quando tutti gli strati di celle sono interconnessi mediante gli elementi di supporto intermedi e di testa, allora tutte le celle del pacco batteria risultano in serie e pertanto la tensione misurata ai terminali del pacco batteria corrisponde alla somma delle tensione di tutte le celle. Cosicché i terminali liberi delle celle di testa e coda sono collegati a due corrispondenti bus-bar interne al pacco batteria.

Il supporto di materiale isolante comprende ulteriormente una sede laterale LH, similmente al supporto intermedio, atta a ricevere e supportare stabilmente un connettore elettrico PC, di estremità, della fascia cavi FC. Preferibilmente, il connettore comprende un sensore di temperatura TSS che aggetta lateralmente, in modo da contattare una relativa cella.

Preferibilmente, il sensore TSS si trova interposto tra due celle di testa collegate alle facce opposte dello stesso vassoio T. In particolare, il sensore è posizionato tra i terminali delle stesse celle, che rappresentano i punti più caldi.

Si tenga presente che possono essere previsti sensori di temperatura anche associati ai connettori elettrici supportati dai supporti intermedi descritti sopra.

I dispositivi di monitoraggio BMC delle singole celle sono collegati ai terminali delle celle mediante la suddetta fascia cavi FC attaccata ad una faccia di detto vassoio T interposta tra detto strato di celle e detto vassoio.

Come anticipato sopra, ciascuna delle prime pareti laterali S1 comprende un circuito di circolazione di liquido refrigerante, integrata nella parete, ed un relativo ingresso IN ed uscita OUT, cosicché gli ingressi e le uscite di entrambe le prime pareti sono disposti agli angoli di detta seconda parete S2.1 con aperture aventi asse perpendicolare ad un piano individuante detta seconda parete S2.1 e preferibilmente i relativi circuiti di refrigerazione sono collegati in serie mediante un condotto PP esterno, in modo che un ingresso IN del circuito-serie, cioè del circuito formato dalla serie dei circuiti contenuti nelle due prime pareti laterali, ed una uscita OUT del circuito-serie risultano agli angoli consecutivi di detta seconda parete S2.1 oppure ad angoli opposti di detta seconda parete S2.1.

Disponendo i circuiti di refrigerazioni lateralmente a ciascun allineamento e associando un solo allineamento a ciascuna faccia dei vassoi, ciascuna cella è sempre sottoposta alla medesima potenza di scambio termica.

Si supponga di avere una temperatura in ingresso di 50° ed una temperatura del liquido in uscita dal primo circuito di 75°C ed una temperatura in uscita dal secondo circuito di 100°C.

Con lo schema di figura 1 e 10, le celle del vassoio più in alto sentono su un lato 50° e sull’altro 100°C. Mentre le celle del vassoio più in basso sentono 75°C su entrambi i lati, che corrisponde al valor medio sentito dalle celle del vassoio più in alto.

Ciò però conduce ad operare le celle più in alto con un gradiente di temperatura maggiore sui lati opposti.

La soluzione di figura 11, in cui è condotto esterno è obliquo, prevede che le celle del vassoio più in alto sentono su un lato 75° e sull’altro 100°C. Mentre le celle del vassoio più in basso sentono 50°C su un lato e 75°C sull’altro lato. Ciò comporta che non solo le celle sono sottoposte alla medesima potenza termica di scambio, ma anche ad un medesimo salto di temperatura tra i lati opposti, fatto che può essere utile in relazione alle caratteristiche delle celle adoperate. Ciò comporta però che le celle sono sottoposte ad uno scambio termico uniforme solo se vi è una differenza di temperatura tra lo il primo e l’ultimo strato. Nell’esempio, tale differenza di temperatura è di 25°.

Le prime pareti pertanto, svolgono sia una funzione termica che strutturale, perché consentono di interconnettere le altre pareti del contenitore formando il suddetto parallelepipedo, soprattutto le terze pareti S3 che sono progettate per comprimere gli strati tra loro. Infatti, nel processo di carica, le celle tendono a dilatarsi perpendicolarmente alle facce, mentre durante la scarica, le stesse tendono a contrarsi. La compressione delle celle, perpendicolarmente alle relative facce, favorisce il processo di contrazione delle celle.

A tale scopo, un altro oggetto della presente invenzione, riguarda una specifica forma di ciascun vassoio.

Le figure 8 e 9 mostrano sezioni trasversali ad una pluralità di vassoi.

Si nota che pur essendo il vassoio generalmente piano, esso è dotato di bordi laterali, destinati a contattare le due prime pareti S1, di spessore maggiore. Ogni bordo, visto in sezione approssima una Y su cui è applicata un segmento retto che unisce gli estremi divergenti della Y.

Tale retta, definisce, tridimensionalmente, una parete di scambio termico del vassoio con le due prime pareti S1.

Gli estremi divergenti, invece hanno diverse funzioni:

- raddoppiano la sezione del percorso termico di dissipazione; il calore dissipato dalle facce (maggiori) delle celle deve essere trasportato e ceduto alle prime pareti S1, pertanto, grazie alla presente soluzione si riduce la resistenza termica del vassoio fino al suddetto segmento retto che definisce la superficie di interazione con le prime pareti S1; Tale segmento ha una estensione, che non può superare evidentemente lo spessore di due allineamenti di celle e dello stesso vassoio, altrimenti, si perderebbe l’impaccamento derivante da reciproco contatto tra due allineamenti di celle associate a due vassoi consecutivi;

- tra gli estremi divergenti della sezione ad Y ed il suddetto segmento retto si definisce un condotto longitudinale secondo X, che può avere sezione trasversale qualunque: triangolare, circolare, rettangolare, che da un lato alleggerisce il vassoio, pur raggiungendo gli scopi del punto precedente, ed inoltre risulta possibile l’inserimento di conduttori elettrici e sensoristica di varia natura per collegare sensori di temperatura oppure per effettuare misure di tensione sulle singole celle, inoltre possono essere installati sensori di temperatura oppure, per esempio, un accelerometro;

- contengono le celle associate alle facce opposte del vassoio evitando il danneggiamento delle stesse celle causato dalla compressione esercitata dalle terze pareti associate alle seconde pareti; ed evitando un qualsiasi spostamento trasversale della cella rispetto al relativo vassoio in caso d’urto.

Come descritto sopra, è preferibile che il fissaggio tra cella e vassoio avviene attraverso i terminali della stessa cella e i su descritti supporti. Questi, evidentemente hanno una principale finalità elettrica anche se sono sufficienti a mantenere le celle associate al relativo vassoio durante l’assemblaggio del pacco batteria.

Durante un incidente, le accelerazioni possono essere tali da portare alla rottura dei supporti se su di essi si scaricano eccessivi sforzi. La forma stessa dei vassoi, complementare, alla forma parallelepipeda delle celle è tale da bloccarle all’interno del relativo vassoio.

Vantaggiosamente, nessun collante è previsto per assicurare le celle al vassoio.

La figura 9a mostra in dettaglio una sezione trasversale i una S3.1 delle pareti S3. Essa è conformata, come descritto sopra, per esercitare una forza uniforme di compressione sugli strati di celle.

Secondo la sezione di figura 9a, essa ricorda una trave reticolare ad arco, nella quale è ricavata una scanalatura longitudinale CL per alloggiarvi cavi elettrici W. Tale scanalatura è accessibile dall’esterno, dopo che la stessa parete è stata associata alle prime pareti laterali S1.

Come descritto sopra, una S2.1 delle seconde pareti S2 è destinata a raggruppare i dispositivi di monitoraggio BMC e BMS delle celle raggruppate all’interno del pacco batteria. La parete opposta S2.2 è destinata a raggruppare dispositivi di sicurezza e connessioni di alta tensione. In caso di surriscaldamento di una o più celle, i dispositivi di monitoraggio devono poter intervenire direttamente sui dispositivi di sicurezza, disconnettendo il pacco batteria dal circuito esterno alla batteria.

In tal caso, i dispositivi di monitoraggio operano in combinazione con i dispositivi di sicurezza disposti sul lato opposto della batteria. Ciò è realizzato, secondo una variante preferita della presente invenzione, incassando i cavi elettrici W su almeno una S3.1 delle terze pareti S.3. La figura 12 mostra un esploso della prima S2.1 delle seconde pareti S2.

Da sinistra verso destra nel foglio si individua un cover CV, il BMS che ha funzioni di supervisione dei BMC configurati come slave, un telaio FR di collegamento del BMS ai BMC.

Il telaio FR consente di associare il BMS direttamente ai BMC che pertanto fungono da supporto per il BMS.

Il collegamento tra i BMS ed il BMC è realizzato con una linea di trasmissione seriale del tipo “daisy chain aperta”.

Pertanto i BMC sono collegati in serie definendo dispositivi slave e l’ultimo dell’allineamento di BMC mostrato in figura 13 è collegato al BMS posto dietro tale allineamento.

I BMC, accostati tra loro fianco a fianco quando in condizioni operative, definiscono un oggetto piatto.

Anche il BMS è piatto e su di esso è disposto un connettore elettrico per collegare il BMS ad una rete dati veicolare. Inoltre, dalla stessa figura si nota che ciascun modulo BMC comprende una coppia di connettori elettrici BMCc per essere collegati ad altrettante fasce cavi piatte, ciascuna associata ad un vassoio per controllare ciascuna cella di entrambi gli allineamenti di celle associati alle facce opposte di ciascun vassoio.

La suddetta terza parete S3.1 comprende una cavità longitudinale CL destinata ad accogliere tali conduttori e tale cavità è poi chiusa attraverso un coperchio complementare CPC.

La seconda S2.2 delle seconde pareti laterali S2, come anticipato sopra, include componenti elettrici, tra cui bus-bar di alta tensione, sensoristica di misura di tensioni e correnti del pacco batteria e dispositivi di sicurezza, quali interruttori atti ad interrompere l’erogazione di energia elettrico, quando giudicato necessario.

Tale parete S2.2 è formata, pertanto, da un involucro circa parallelepipedo, in cui sono preliminarmente installati i suddetti componenti e comprende uno o più connettori esterni PGE per il collegamento elettrico del pacco batteria alla rete elettrica di alta tensione del veicolo. Quando i diversi componenti elettrici sono installati in tale parete, l’insieme ottenuto è denominato E—box EB in quanto contiene i di positivi di misura e protezione di alta tensione.

Tale E-box aperta almeno parzialmente verso il volume confinato dalle pareti S1 ed S2.

Tale assieme di componenti comprende anche due terminali TB1 e TB2, positivo e negativo, da collegare a corrispondenti bus-bar BB1 e BB2 direttamente collegati con la pluralità di celle contenute nel pacco batteria.

Secondo una soluzione preferita, i terminali TB1 e TB2 si sovrappongono alle corrispondenti bus-bar quando la parete S2.2 è accostata alle prime S1 e seconde pareti S2 preassemblate.

Tale sovrapposizione porta rispettivi fori ad allinearsi. Successivamente, attraverso aperture disposte su facce opposte del parallelepipedo definente la parete S2.2 si inseriscono viti Scw1 ed Scw2 per collegare stabilmente i terminali TB1 e TB2 con le rispettive bus-bar BB1 e BB2. Vantaggiosamente, dando accesso ai bus-bar da facce opposte del parallelepipedo definente la parete S2.2 garantisce maggiore sicurezza per l’operatore, durante l’assemblaggio del pacco batteria.

Come si vede in figura 16, tra un bus-bar BB2 ed il terminale TB2, il collegamento non è diretto, ma indiretto, per il tramite di un fusibile FSE accessibile da un apposito sportellino rimovibile SV2.

Evidentemente, la parete S2.2 può assumere forme diverse da un parallelepipedo, ma resta fermo il concetto di rendere accessibili i collegamenti tra terminali e relativi bus-bar attraverso facce opposte del contenitore definente la parete S2.2.

Inoltre, risulta molto vantaggioso il fatto che mentre una coppia TB1/BB1 entrino in contatto reciproco diretto durante l’accostamento della parete S2.2 al restante pacco batteria pre-assemblato, l’altra coppia TB2/BB2 non può entrare in contatto fintanto che non è montato il fusibile di alta tensione FS2, evitando l’energizzazione instabile di qualsivoglia sensore allocato nella parete S2.2.

Al termine del reciproco assemblaggio della parete S2.2 al restante pacco batteria, cioè dopo aver fissato le viti perimetrali, aver collegato le coppie TB1/BB1 e TB2/BB2 mediante il fusibile, si monta lo sportellino CV2 e si inserisce un tappo in materiale resiliente Plg nell’apertura che dà accesso alla coppia BB1/TB1.

Secondo una modalità preferita di assemblaggio del pacco batteria si collegano le prime pareti S1.1 ed S1.2 alla terza parete S3.2 e vi si posano i vassoi T su cui sono preventivamente associate le celle.

Successivamente si collegano i BMC alle rispettive fasce cavi, si collegano tra di loro in serie, e vi si sovrappone il BMS mediante il suddetto telaio, e lo si collega, anch’esso ad uno dei BMC.

Contemporaneamente, o prima o dopo, si collega anche la parete S3.1 alle prime pareti S1 e si alloggiano i suddetti cavi W, collegandoli, in un relativo estremo ad un apposito connettore BMSc del BMS.

Successivamente si avvicina la E-box pre-assemblata e si effettuano le operazioni descritte sopra, e si collega un altro estremo dei suddetti cavi W ad un secondo connettore elettrico EBc solidale con la E-box. Questa operazione consente di interconnettere il BMS con gli interruttori di sicurezza disposti nella E-box.

Successivamente si associa il coperchio CPC complementare alla suddetta scanalatura longitudinale.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nel capitolo relativo allo stato della tecnica occorre solo ad una migliore comprensione dell’invenzione e non rappresenta una dichiarazione di esistenza di quanto descritto. Inoltre, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, quanto descritto nel capitolo stato della tecnica è da considerarsi come parti integrante della descrizione di dettaglio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pacco batteria (BP) veicolare comprendente un contenitore, in cui celle (C) sono disposte in strati (L) reciprocamente sovrapposti nel contenitore, in cui ciascuno di detti strati di batterie è associato ad una faccia di un vassoio (T) avente bordi opposti (T1, T2) conformati per contattare e trasferire calore a prime pareti laterali (S1) di detto contenitore, in cui dette prime pareti laterali sono atte a dissipare calore prodotto da dette celle, ed in cui ciascuno di detti bordi opposti (T1, T2), secondo una relativa sezione trasversale, ha forma di Y con sovrapposto un segmento retto che unisce gli estremi divergenti della Y.
2. Pacco batteria secondo la rivendicazione 1, in cui dette celle sono associate ad un relativo vassoio (T) attraverso relativi terminali (C+, C-) delle stesse celle.
3. Pacco batteria secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto contenitore ha forma di parallelepipedo individuante dette prime (S1), seconde (S2) e terze pareti laterali (S3) reciprocamente perpendicolari, in cui dette terze pareti sono parallele a detti strati e collegate a dette prime pareti in modo da sottoporre detti strati di celle ad una predeterminata azione di compressione.
4. Pacco batteria secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto vassoio (T) comprende una sede (H, HH) ed un supporto (B, HB1, HB2) di materiale isolante atto ad innestarsi complementarmente in detta sede, in cui detto supporto comprende una prima banda di materiale metallico (MB) attaccata su una faccia del supporto ed opportunamente isolata da detto vassoio, in modo che, in condizioni operative, un terminale (C+, C-) di almeno una cella (C) è saldato a detta banda di materiale metallico, cosicché detta almeno una cella è fissata ad un relativo vassoio per il tramite di detto relativo supporto (B, HB1, HB2).
5. Pacco batteria secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detti strati sono organizzati in allineamenti (V1, V2), in cui ciascun allineamento comprende due o più celle reciprocamente collegate in serie, con ciascuna cella avente rispettivi terminali (C+, C-) disposti su lati opposti della stessa cella, ed in cui terminali di due celle adiacenti sono saldati a detta prima banda di materiale metallico (MB).
6. Pacco batteria secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detta sede (H) consiste in un’apertura passante in cui detto supporto è sostanzialmente piano con due facce opposte, in cui su una prima faccia è attaccata detta prima banda metallica (MB1) e su una seconda faccia è attaccata una seconda banda metallica (MB2), isolata da detta prima banda metallica e da detto vassoio.
7. Pacco batteria secondo una delle rivendicazioni 5 o 6, in cui un primo allineamento di celle (V1) è associato ad una prima faccia di detto vassoio (T) ed un secondo allineamento di celle (V2) è associato ad una seconda faccia opposta di detto vassoio.
8. Pacco batteria secondo la rivendicazione 6, in cui un primo allineamento di celle (V1) è associato ad una prima faccia di detto vassoio (T) ed un secondo allineamento di celle (V2) è associato ad una seconda faccia opposta di detto vassoio ed in cui terminali adiacenti di celle di detto primo allineamento sono saldate a detta prima banda metallica (MB1) ed in cui terminali adiacenti di celle di detto secondo allineamento sono saldate a detta seconda banda metallica, impedendo un disinnesto di detto supporto da detta rispettiva sede.
9. Pacco batteria secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui detto supporto comprende ulteriormente una sede laterale (LH) atta a ricevere e supportare stabilmente un connettore elettrico (PC) di una fascia cavi (FC) ed in cui detto connettore comprende una prima porta elettrica (STP) per collegarvi un terminale metallico (ST) atto, in condizioni operative, di interconnettere detta prima banda metallica con detta prima porta elettrica.
10. Pacco batteria secondo la rivendicazione 9, in cui quando due allineamenti (V1, V2) di celle sono associati ad una prima ed una seconda faccia, opposta a detta prima, di detto vassoio (T), detta sede laterale (LH) consiste in un’apertura passante atta ad accogliere stabilmente detto connettore elettrico (PC) in modo che una seconda porta elettrica risulta accessibile da detta seconda faccia e collegabile a detta seconda banda metallica mediante un relativo corrispondente terminale metallico.
11. Pacco batteria secondo la rivendicazione 4, in cui detta sede (HH) è di estremità ed un relativo supporto (HB1, HB2) comprende una prima banda di materiale metallico (MB1) attaccato su una faccia ed opportunamente distanziato da detto vassoio, in modo che, in condizioni operative, il terminale (C+, C-) di almeno una cella (C) di testa è saldato a detta banda di materiale metallico.
12. Pacco batteria secondo la rivendicazione 11, in cui detta prima banda metallica (MB1) ha una sezione, quando in condizioni operative e secondo un piano perpendicolare a detto vassoio, a forma di L, in modo da consentire il collegamento elettrico con una banda metallica identica e contrapposta di uno strato adiacente di celle, associata ad un vassoio adiacente.
13. Pacco batteria secondo la rivendicazione 11, in cui detto vassoio ha una prima faccia ed una seconda faccia opposta a detta prima faccia ed in cui un primo strato di celle è associato a detta prima faccia ed un secondo strato di celle è associato a detta seconda faccia ed in cui due batterie di testa di uno stesso bordo di detto vassoio appartenenti rispettivamente a detto primo e secondo strato di celle sono collegate in serie mediante una banda metallica (MB) conformata ad U innestata su detto supporto di materiale isolante (HB2) in modo da affacciarsi su facce opposte del supporto di materiale isolante.
14. Pacco batteria secondo una delle rivendicazioni 11 – 13, in cui detto supporto di materiale isolante comprende ulteriormente una sede laterale (LH) atta a ricevere e supportare stabilmente un connettore elettrico (PC) di una fascia cavi (FC).
15. Pacco batteria secondo la rivendicazione 14, in cui detto connettore comprende un sensore di temperatura (TSS) che aggetta lateralmente, in modo da contattare una relativa cella.
16. Pacco batteria secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 2 - 15, in cui detti dispositivi di monitoraggio (BMC) delle singole celle sono collegati a terminali di dette celle mediante una relativa fascia cavi (FC) attaccata ad una faccia di detto vassoio (T) interposta tra detto strato di celle e detto vassoio.
17. Pacco batteria secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna di dette prime pareti laterali (S1) comprende un circuito di circolazione di liquido refrigerante, integrata nella parete, ed un relativo ingresso (IN) ed uscita (OUT), cosicché gli ingressi e le uscite di entrambe le prime pareti sono disposti agli angoli di detta seconda parete (S2.1) con aperture aventi asse perpendicolare ad un piano individuante detta seconda parete (S2.1).
18. Pacco batteria secondo la rivendicazione 17, in cui detti circuiti di refrigerazione sono collegati in serie mediante un condotto (PP) esterno, in modo che un ingresso (IN) del circuito-serie ed una uscita (OUT) del circuitoserie risultano agli angoli consecutivi di detta seconda parete (S2.1) oppure ad angoli opposti di detta seconda parete (S2.1).
19. Pacco batteria secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 18, in cui detti relativi dispositivi di monitoraggio e supervisione (BMC, BMS) delle singole celle comprendono - una pluralità di BMC (Battery Managment Control), ciascuno dei quali è configurato per monitorare almeno le celle di uno o più strati ed - un BMS (Battery Managment System) comprendente porte di comunicazione dati per comunicare con detti BMC ed una porta di comunicazione dati (DT) per comunicare con una rete dati veicolare; in cui detto BMS è fisicamente supportato da detta pluralità di BMC.
20. Pacco batteria secondo la rivendicazione 19, in cui quando gli strati di celle sono associati a detti vassoi mediante detto supporto di estremità secondo la rivendicazione 12, detti BMC sono fisicamente supportati da rispettivi supporti di estremità ed in cui ciascun BMC comprende almeno una connettore elettrico (BMCc) per detta fascia cavi (FC).
21. Veicolo elettrico o ibrido comprendente un motore elettrico collegato ad una trasmissione veicolare e caratterizzato dal fatto di comprendere un pacco batteria conforme ad una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 20.