ES2949279T3 - Estructura para celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica - Google Patents

Abstract

Un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica está provisto de un marco (100) que incluye una pluralidad de receptáculos (102) para recibir una parte de una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica (200). Se proporciona una tapa (910) sobre la pluralidad de receptáculos (102) y la porción de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica recibidas en el marco (100). En algunas realizaciones, un pasillo (112) se extiende entre receptáculos adyacentes (102). Dispuesto dentro del pasillo (112) hay un enchufe que muestra más resistencia a la migración de energía térmica que otras partes del marco que definen los receptáculos adyacentes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura para celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica

ANTECEDENTES

Campo técnico

La presente descripción se refiere en general a una estructura para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica, y los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que albergan una pluralidad de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica, incluida dicha estructura para retener celdas de almacenamiento de energía eléctrica portátiles individuales en una matriz dentro del dispositivo de celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

Descripción de la técnica relacionada

Las baterías, como por ejemplo las baterías de iones de litio, son conocidas por almacenar más energía en unidades más pequeñas y ligeras. Las baterías de iones de litio han encontrado una amplia aplicación en la alimentación de dispositivos electrónicos portátiles como por ejemplo teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles, herramientas eléctricas y otros equipos de alta corriente. El bajo peso y la alta densidad de energía también hacen que las baterías de iones de litio sean atractivas para su uso en vehículos híbridos y vehículos totalmente eléctricos.

Una posible deficiencia de las baterías de iones de litio son sus soluciones de electrolitos. A diferencia de otros tipos de baterías, en las que los electrolitos consisten en soluciones acuosas de ácido o base, el electrolito en las celdas de iones de litio generalmente consiste en sales de litio en solventes orgánicos como por ejemplo el carbonato de etileno y el carbonato de etilo y metilo (que pueden ser inflamables).

En condiciones normales de funcionamiento, la carga de una batería de iones de litio hace que los iones de litio de la solución electrolítica migren desde el cátodo a través de un separador de polímero poroso delgado y se inserten en el ánodo. Los electrones de equilibrio de carga también se mueven hacia el ánodo pero viajan a través de un circuito externo en el cargador. Tras la descarga, se produce el proceso inverso y los electrones fluyen a través del dispositivo que se está alimentando.

En muy raras circunstancias, puede producirse un cortocircuito interno o externo de una batería de iones de litio. Por ejemplo, el dispositivo de alimentación eléctrica que contiene la batería de iones de litio puede sufrir un impacto o una descarga eléctrica graves que provoquen una ruptura de la batería, lo que podría provocar un cortocircuito. Debido a la naturaleza delgada del separador de polímero, las partículas de metal del tamaño de un micrómetro generadas durante el corte, el prensado, el pulido u otros pasos de fabricación de la batería pueden estar presentes o llegar a la celda de la batería. Estas pequeñas partículas de metal pueden acumularse y eventualmente formar un cortocircuito entre el ánodo y el cátodo. Dichos cortocircuitos deben evitarse ya que pueden generar temperaturas a las que el cátodo puede reaccionar y descomponer la solución de electrolito, generando calor y gases reactivos como por ejemplo los hidrocarburos. Por lo general, a temperaturas de funcionamiento normales, las baterías de iones de litio son muy estables; sin embargo, por encima de cierta temperatura, la estabilidad de la batería de iones de litio se vuelve menos predecible y, a una temperatura elevada, las reacciones químicas dentro de la caja de la batería producirán gases que provocarán un aumento de la presión interna dentro de la caja de la batería. Estos gases pueden reaccionar aún más con el cátodo, liberando más calor y produciendo temperaturas dentro o junto a la batería que pueden encender el electrolito en presencia de oxígeno. Cuando el electrolito se quema, se producen pequeñas cantidades de oxígeno, lo que puede ayudar a impulsar la combustión. En algún momento, la acumulación de presión dentro de la caja de la batería hace que la caja de la batería se rompa. El gas que se escapa puede encenderse y arder. Algunos fabricantes de baterías diseñan sus celdas para que, en el improbable caso de que una celda se rompa y se encienda, los gases que sustentan la combustión salgan de la celda en ubicaciones y direcciones predeterminadas. Por ejemplo, las celdas de batería en forma de celdas AAA o AA convencionales pueden diseñarse para ventilar desde los extremos de los terminales ubicados en cada extremo de la celda, cerca del cátodo y el ánodo.

En aplicaciones donde solo se utiliza una sola batería de iones de litio, la falla de una batería y el potencial de combustión crean una situación indeseable. La gravedad de esta situación aumenta cuando se despliega una pluralidad de baterías de iones de litio en forma de un banco o módulo de baterías. La combustión que se produce cuando falla una batería de iones de litio puede producir temperaturas locales por encima de la temperatura a la que otras baterías de iones de litio son normalmente estables, lo que hace que estas otras baterías fallen, se rompan y expulsen gases que a continuación se encienden y entran en combustión. Por lo tanto, es posible que la ruptura de una sola celda en un banco de celdas de iones de litio provoque que otras celdas en el banco se rompan y descarguen gases que se encienden y queman. Afortunadamente, las baterías de iones de litio han demostrado ser muy seguras, y la falla y la consiguiente ruptura de una batería de iones de litio es un caso muy raro. No obstante, se han realizado esfuerzos para reducir el riesgo de ruptura e ignición de los gases que salen de una batería de iones de litio rota. Por ejemplo, el desarrollo de materiales usados para cátodos ha producido materiales de cátodos a base de litio que toleran mejor el calor que los cátodos hechos del óxido de cobalto y litio ampliamente utilizado. Si bien estos materiales desarrollados más recientemente pueden ser más tolerantes al calor, este beneficio tiene un precio. Por ejemplo, los cátodos de óxido de manganeso y litio tienen una capacidad de carga más baja que el óxido de cobalto y litio y aun así se descomponen a altas temperaturas. Los cátodos de fosfato de hierro y litio resisten especialmente bien el exceso de calor; sin embargo, su voltaje de operación y densidad de energía en volumen son más bajos que los de los cátodos de óxido de cobalto y litio.

Otros esfuerzos se han centrado en el separador de polímeros y su diseño. Por ejemplo, se ha propuesto utilizar un separador de polímeros que intercala una capa de polietileno entre dos capas de polipropileno en un esfuerzo por proporcionar un grado de protección contra un ligero sobrecalentamiento. A medida que la temperatura de la celda comienza a acercarse a aquella en la que la estabilidad de la celda se vuelve impredecible, el polietileno se derrite y tapa los poros del polipropileno. Cuando los poros de un polipropileno están taponados por el polietileno, la difusión de litio se bloquea, lo que apaga de forma efectiva la celda antes de que tenga la oportunidad de encenderse. Otros esfuerzos se han centrado en utilizar separadores de polímeros que tienen puntos de fusión más altos que el polipropileno. Por ejemplo, se han propuesto separadores fabricados a partir de poliimidas y separadores fabricados con polietileno de alto peso molecular y una capa de cerámica incrustada para formar un separador polimérico resistente con un punto de fusión más alto. También se ha investigado la formulación y utilización de electrolitos menos inflamables y líquidos iónicos no inflamables y no volátiles, fluoroéteres y otros solventes altamente fluorados como por ejemplo electrolitos de batería. Los investigadores han desarrollado baterías de iones de litio que no contienen líquidos en absoluto. Estas baterías de estado sólido contienen conductores de iones de litio inorgánicos, que son intrínsecamente no inflamables y, por lo tanto, son muy estables, seguras y muestran un ciclo de vida prolongado y una vida útil prolongada. Sin embargo, la fabricación de estas baterías de estado sólido requiere métodos de deposición al vacío costosos y que requieren mucha mano de obra.

Además de estos esfuerzos centrados en la construcción de celdas de batería individuales, los esfuerzos también se han centrado en el diseño de componentes utilizados para separar las celdas de batería individuales y mantenerlas en su lugar con el fin de formar un módulo o paquete de batería. Otros esfuerzos se han centrado en otros componentes que componen el módulo o paquete de batería. Un factor que afecta el diseño de los componentes utilizados para retener las celdas de batería individuales, así como el módulo de baterías y el paquete de baterías, es el gran interés en el tamaño de los paquetes de baterías y el deseo de incluir tantas celdas de batería individuales tanto como sea posible dentro de un módulo o paquete de baterías. Por ejemplo, en algunas aplicaciones el deseo es incluir tantas celdas de batería como sea posible en el paquete de baterías más pequeño posible. A pesar de estos esfuerzos, sigue habiendo interés en dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que satisfagan los criterios de tamaño y densidad de la batería y que también gestionen de manera eficaz el riesgo de falla de la celda de almacenamiento de energía eléctrica, la combustión de los gases producidos como resultado de dicha falla, especialmente en los despliegues de celdas múltiples, la propagación de fallas que inducen energía térmica a celdas de batería no dañadas adyacentes a una celda que falla, y el peligro para el usuario en caso de un hecho tan poco común.

El documento WO 2014/132649 A1 describe una estructura para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica, en que la estructura comprende: una pluralidad de receptáculos, en que al menos uno de la pluralidad de receptáculos es para recibir un extremo de una de la pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica, en que la estructura está formada a partir de un primer material; y una tapa está formada por un segundo material, en que la tapa cubre la estructura adyacente a al menos uno de la pluralidad de receptáculos y está configurada para cubrir el extremo de la única celda de almacenamiento de energía eléctrica alojada en el al menos uno de la pluralidad de receptáculos, en que los materiales primero y segundo son diferentes materiales de barrera térmica, en que la estructura comprende además un recorte que se extiende entre el al menos uno de la pluralidad de receptáculos y otro adyacente de la pluralidad de receptáculos, en que un tapón está colocado en al menos una parte de los recortes que se extienden entre el primer receptáculo y el segundo receptáculo.

El documento JP2013030384 (A) describe un bloque de baterías. El bloque de baterías incluye varias celdas de batería almacenadas en un soporte.

El disco del documento US2011159339 (A1) se refiere a una batería con una placa conductora de calor para controlar la temperatura de la batería. La batería comprende una pluralidad de celdas individuales conectadas en paralelo y/o en serie entre sí, en que las celdas están conectadas a la placa conductora de calor de manera termoconductora. En la placa conductora de calor se proporciona una estructura de canales para un medio termoconductor. En la zona de los polos de las celdas individuales, la placa conductora de calor presenta orificios a través de los cuales se extienden los polos de las celdas individuales.

El documento JP2008091233 (A) describe una batería empaquetada con una pluralidad de baterías dispuestas en paralelo entre sí, unas placas de extremo dispuestas en cualquier parte de extremo de las baterías y que retienen las baterías en una posición fija, y unas placas de plomo soldadas a los electrodos terminales de las baterías fijados a la posición fija de las placas del extremo y retenidos por las placas del extremo. La placa de extremo está equipada con piezas de fijación temporales para fijar temporalmente las placas de plomo en la posición fija evitando que se caigan debido al propio peso. La batería empaquetada tiene las placas de plomo fijadas temporalmente en la posición fija, mediante piezas de fijación temporales soldadas a los electrodos terminales en cualquiera de las partes del extremo de las baterías.

A través de los documentos JP 2006339017 A, WO 2015/001699 A1, US 2013/153317 A1 y EP 2672544 A1 se conocen estructuras adicionales para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

BREVE RESUMEN

La presente invención proporciona una estructura para retener una pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación independiente 1.

Las reivindicaciones dependientes muestran formas de realización adicionales de dicha estructura o de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica que comprende dicha estructura, respectivamente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

En los dibujos, los números de referencia idénticos identifican elementos o actos similares. Los tamaños y las posiciones relativas de los elementos en los dibujos no están necesariamente dibujados a escala. Por ejemplo, las formas de varios elementos y ángulos no están dibujadas a escala, y algunos de estos elementos se amplían y colocan arbitrariamente para mejorar la legibilidad del dibujo. Además, las formas particulares de los elementos tal como están dibujados, no pretenden transmitir ninguna información con respecto a la forma real de los elementos particulares, y se han seleccionado únicamente para facilitar su reconocimiento en los dibujos.

La Figura 1 es una vista isométrica de la parte superior de una estructura para retener una pluralidad de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica que incluye algunos de los diversos componentes o estructuras descritos en este documento, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa.

La Figura 2 es una vista isométrica de una parte ampliada de la estructura de la figura 1, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa.

La Figura 3 es una vista isométrica de una parte ampliada de la estructura de la figura 1, con los componentes descritos en este documento pero no ilustrados en la Figura 2, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa.

La Figura 4 es una vista en planta de la parte superior de la estructura de la Figura 1, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa.

La Figura 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 5-5 de la Figura 4. La Figura 6 es una vista en planta de la parte superior de una estructura para retener una pluralidad de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica que incluye algunos de los diversos componentes o estructuras descritos en este documento, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa ilustrada en la Figura 3.

La Figura 7 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 7-7 de la Figura 6. La Figura 8 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 8-8 de la Figura 4. La Figura 9 es una vista isométrica de la parte ampliada de la estructura de la Figura 1, con los componentes o estructuras descritos en este documento pero no ilustrados en la Figura 2, de acuerdo con una forma de realización ilustrada no limitativa.

La Figura 10 es una vista isométrica de la estructura para retener una pluralidad de dispositivos portátiles individuales de almacenamiento de energía eléctrica en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

La Figura 11 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 11-11 en las Fig. 6 y 10.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se apreciará que, aunque en el presente documento se han descrito formas de realización específicas del objeto de esta solicitud con fines ilustrativos, se pueden realizar diversas modificaciones sin apartarse del alcance del objeto. Por consiguiente, el objeto de esta solicitud no está limitado excepto por las reivindicaciones adjuntas. En la siguiente descripción, se exponen ciertos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa de las diversas formas de realización descritas. Sin embargo, un experto en la técnica relevante reconocerá que las formas de realización se pueden poner en práctica sin uno o más de estos detalles específicos, o con otros métodos, componentes, materiales, etc.

En otros casos, no se han mostrado ni descrito en detalle estructuras bien conocidas asociadas con celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica, por ejemplo, baterías, y dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica, por ejemplo, paquetes de baterías, para evitar oscurecer innecesariamente las descripciones de las formas de realización.

A menos que el contexto requiera lo contrario, a lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones que siguen, la palabra "comprende" y sus variaciones, tales como "comprenden" y "que comprende" deben interpretarse en un sentido abierto e inclusivo que es como "que incluye, pero no se limita a."

La referencia a lo largo de esta memoria descriptiva a "una forma de realización" o "la forma de realización" significa que un elemento, estructura o característica particular descritos en relación con la forma de realización está incluida en al menos una forma de realización. Por lo tanto, la aparición de las frases "en una forma de realización" o "en la forma de realización" en varios lugares a lo largo de esta memoria descriptiva no necesariamente se refieren todas a la misma forma de realización.

El uso de ordinales como primero, segundo y tercero no implica necesariamente un sentido de orden clasificado, sino que puede distinguir únicamente entre múltiples instancias de un acto o estructura.

La referencia a un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica o a un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica significa cualquier dispositivo capaz de almacenar energía eléctrica y liberar energía eléctrica, incluidos, pero sin limitarse a, baterías, supercondensadores o ultracondensadores y módulos compuestos por una pluralidad de los mismos. La referencia a celda(s) portátil(es) de almacenamiento de energía eléctrica significa una celda o celdas de almacenamiento químico, por ejemplo, celdas de batería recargables o secundarias que incluyen, pero no se limitan a, celdas de batería de aleación de níquel-cadmio o celdas de batería de iones de litio. En las figuras se ilustra un ejemplo no limitativo de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que son cilíndricas, por ejemplo, de tamaño y forma similares a las baterías de tamaño AAA convencionales; sin embargo, la presente descripción no se limita a este factor de forma ilustrado.

Ejemplos de dispositivos portátiles de almacenamiento de potencia eléctrica o dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica son paquetes que incluyen una pluralidad de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que se pueden mover fácilmente a mano sin la ayuda de dispositivos adicionales.

Los encabezados y el Resumen de la Descripción proporcionados en este documento son solo por motivos de conveniencia y no interpretan el alcance ni el significado de las formas de realización.

Descrita en términos generales, la presente descripción se refiere a ejemplos de dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica adecuados para alimentar dispositivos eléctricos como por ejemplo vehículos eléctricos o de tipo híbrido, por ejemplo, motocicletas, scooters y bicicletas eléctricas, herramientas eléctricas, equipos eléctricos para césped y jardín, y similares, que incluyen una o más celdas de almacenamiento de energía eléctrica. Se proporciona una descripción adicional de los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con las formas de realización descritas en el contexto de los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica utilizados con scooters eléctricos; sin embargo, debe entenderse que los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con las formas de realización descritas en el presente documento no se limitan a aplicaciones en scooters eléctricos. Además, los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica se describen a continuación con referencia a un solo módulo de celda de almacenamiento de energía eléctrica, una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica. La presente descripción no se limita a dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica que incluyen un solo módulo de celda de almacenamiento de energía eléctrica y abarca dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que incluyen más de un módulo de celda de almacenamiento de energía eléctrica. La presente descripción también describe formas de realización específicas con respecto a la disposición espacial de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que forman parte de un módulo de celdas de almacenamiento de energía eléctrica.

La presente descripción no se limita a la disposición espacial específica de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica en un módulo de celdas de almacenamiento de energía eléctrica específicamente ilustrado en este documento. La presente descripción también se aplica a disposiciones espaciales de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica en un módulo de celdas de almacenamiento de energía eléctrica que son diferentes de las específicamente ilustradas o descritas en este documento. La presente descripción también describe formas de realización específicas con respecto a estructuras para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica. La presente descripción no se limita a la disposición espacial específica de las estructuras ejemplares descritas en este documento. La presente descripción también se aplica a estructuras para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica que son diferentes de las ilustradas y descritas específicamente en este documento. Por ejemplo, las estructuras de acuerdo con las formas de realización descritas en este documento pueden incluir más o menos receptáculos y los receptáculos pueden disponerse en patrones geométricos diferentes de los patrones geométricos de los receptáculos específicamente ilustrados y descritos en este documento. Además, las figuras de la presente descripción ilustran características en los bordes periféricos y la superficie superior de las estructuras ilustradas. La presente descripción no se limita a estructuras que incluyen dichas características. Las estructuras de acuerdo con las formas de realización descritas en este documento pueden omitir tales características y/o incluir otras características. Con referencia a la Figura 1, se ilustra una forma de realización ejemplar de una estructura 100 para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales (200 en la Figura 2) en una matriz. La estructura 100 incluye una matriz bidimensional de una pluralidad de receptáculos 102 dispuestos en una pluralidad de primeras filas paralelas y una pluralidad de segundas filas paralelas que se extienden en una dirección diferente o perpendicular a las primeras filas paralelas. Además, la estructura 100 incluye una pluralidad de receptáculos identificados por el carácter de referencia Y (FIG. 4) ubicados en la periferia de la estructura 100. Debe entenderse que las estructuras para retener una pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales en una matriz de acuerdo con las formas de realización descritas en este documento incluyen receptáculos que tienen una forma diferente a la ilustrada en la Fig. 1. Por ejemplo, los receptáculos podrían ser cuadrados, rectangulares, pentagonales, hexagonales u otra forma poligonal o no poligonal que sea congruente con la forma de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que se van a alojar en la estructura. Por ejemplo, cuando la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica tiene una forma similar a una batería de tipo AA o AAA, los receptáculos tendrán una forma redonda y serán de un diámetro que permita que la celda de almacenamiento de energía eléctrica sea recibida en el receptáculo con una tolerancia estrecha. La tolerancia no debe ser tan estrecha que la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica no pueda deslizarse fácilmente dentro del receptáculo; sin embargo, la tolerancia no debe relajarse tanto como para que, después de colocarse en el receptáculo, la celda de almacenamiento de energía eléctrica pueda desplazarse en una dirección radial con respecto al eje longitudinal de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

Con referencia adicional a la Figura 2, la estructura 100 incluye una pluralidad de lengüetas 104 colocadas en una superficie superior 101 de la estructura 100. Las lengüetas 104 se extienden sobre una pequeña parte de los respectivos receptáculos 102. En la forma de realización ilustrada en la Figura 1, algunos receptáculos incluyen cuatro lengüetas 104 que se extienden sobre una parte del receptáculo, mientras que otros receptáculos incluyen menos lengüetas 104, por ejemplo, dos o tres lengüetas. De acuerdo con las formas de realización descritas en el presente documento, se pueden proporcionar menos lengüetas 104 para receptáculos específicos, por ejemplo, una lengüeta. Las lengüetas 104 hacen contacto con la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 que se insertan en los receptáculos desde abajo y sirven como tope para restringir la inserción adicional de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200.

La estructura 100 está hecho de un material (por ejemplo, un primer material) que es ligero, fuerte y capaz de moldearse utilizando procesos de moldeo de plástico, como por ejemplo moldeo por rotación, inyección, soplado o compresión. Los materiales que se pueden moldear utilizando procesos de moldeo de plástico incluyen materiales que tienen una temperatura de deflexión térmica, según lo determinado por la norma ASTM D648, dentro de un intervalo de alrededor de 95 a alrededor de 120°C. El material del que está formada la estructura 100 mostrará una resistencia a la migración de energía térmica y actuará como una barrera térmica, especialmente la migración de energía térmica a través de las paredes de la estructura que separan un receptáculo de un receptáculo adyacente. Dicha resistencia a la migración de energía térmica incluye la capacidad de resistir la migración de energía térmica a través de las paredes de la estructura como resultado de la conducción, convección o radiación. La resistencia a la migración de energía térmica se manifiesta porque el material del que está formada la estructura 100 es resistente al fuego a las temperaturas a las que se expone la estructura cuando falla una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica (por ejemplo, prueba estándar LTL-94 V-0, pero los materiales adecuados no se limitan a los que cumplen la prueba UL-94 V-0) y/o que tiene un punto de fusión que es más alto que las temperaturas a las que se expone la estructura cuando un almacenamiento de energía eléctrica portátil la celda falla (por ejemplo, un material adecuado ejemplar tiene un punto de fusión del orden de aproximadamente 270 °C, pero los materiales adecuados no se limitan a tener un punto de fusión de aproximadamente 270 °C). Los materiales adecuados también incluyen materiales que tienen un punto de fusión mayor o un punto de fusión menor; y/o que tienen unas propiedades de aislamiento térmico deseables (por ejemplo, un material adecuado ejemplar tiene una conductividad térmica del orden de aproximadamente 0,19 a aproximadamente 0,22 W/m-K, pero los materiales adecuados no se limitan a tener un coeficiente de conductividad térmica en este intervalo. Los materiales adecuados también incluyen materiales que tienen un coeficiente de conductividad térmica más alto o más bajo.

Los ejemplos de materiales a partir de los cuales se puede formar la estructura 100 incluyen materiales termoplásticos y materiales termoestables, como por ejemplo resinas acrílicas, resinas de poliéster, resinas de polipropileno, resinas de polietileno, resinas de policarbonato, resinas de cloruro de polivinilo, resinas de poliestireno, resinas de acrilonitrilo butadieno estireno, resinas de poliuretano, maleimidas, melamina formaldehídos, fenol formaldehídos, poliepóxidos y poliimidas. Se entiende que la lista anterior no es exhaustiva y que la estructura 100 puede estar formada a partir de otros materiales capaces de proporcionar resistencia a la migración de energía térmica a través de las paredes de la estructura cuando falla una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

La matriz de celdas de almacenamiento de energía eléctrica portátiles individuales 200 formada cuando dichas celdas se retienen dentro de la pluralidad de receptáculos 102 de la estructura 100 puede estar contenida dentro de una carcasa (que no se ilustra) de una carcasa de dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica, como por ejemplo la carcasa descrita e ilustrada en la publicación de solicitud de patente de EE. UU.

2015/000645514. Aunque en la Figura 1 solo se ilustra una única estructura 100, debe entenderse que una segunda estructura (que no se ilustra) se puede utilizar como estructura inferior para recibir los extremos de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 que no se reciben en la estructura 100 ilustrada en la Figura 1 (por ejemplo, cuando la estructura 100 en la Figura 1 sirve como estructura superior). Cuando la estructura 100 se utiliza de esta manera, se entiende que la estructura 100 en la Fig. 1 se girará 180 grados desde la orientación que se muestra en la Fig. 1 de modo que pueda recibir los extremos de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 opuestos a los extremos de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica recibidas en la estructura 100 de la Fig. 1.

En formas de realización en las que un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica incluye una pluralidad de matrices de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200, por ejemplo, en forma de una pluralidad de módulos de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica apilados uno encima de otro, una modificación de la estructura 100 de acuerdo con las formas de realización descritas en este documento, incluye una estructura unitaria que tiene un lado configurado para recibir la parte inferior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que forman un módulo superior y un lado opuesto configurado para recibir la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica que forman un módulo inferior.

Con referencia a la Figura 2, cada receptáculo 102 en la Figura 2 está delimitado por al menos una primera parte de pared 106 y al menos una segunda parte de pared 108. En la forma de realización ilustrada de la Fig. 2, el receptáculo 102A está delimitado por dos primeras partes de pared 106 en lados opuestos del receptáculo 102A y está delimitado por dos segundas partes de pared 108 en lados opuestos del receptáculo 102A. Por lo tanto, en la Fig. 2, las partes de la primera pared 106 y las partes de la segunda pared 108 que delimitan el receptáculo 102A pueden describirse en general como desplazadas radialmente entre sí en 90°.

Con el interés de formar un módulo de celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica compacto con un factor de forma pequeño y una alta densidad de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica, tal como se ilustra en las Fig. 1, 2, 4, 5, y particularmente en la Fig. 8, el grosor T2 de las segundas partes de pared 108 es menor que el grosor T1 de las primeras partes de pared 106. En otras formas de realización de acuerdo con la presente descripción, un receptáculo 102 puede estar delimitado por una primera parte de pared 106 que tiene un grosor T1 y una primera parte de pared 106 diferente que tiene un grosor diferente de T1. En todavía otras formas de realización de acuerdo con la presente descripción, un receptáculo 102 podría estar delimitado por una segunda parte de pared 108 que tiene un grosor T2 y otra segunda parte de pared 108 que tiene un grosor diferente de T2. El grosor específico T1 y T2 se puede seleccionar teniendo en cuenta el material específico a partir del cual se forma la estructura 100 y la resistencia de los materiales a la migración de energía térmica. Por ejemplo, dependiendo del material utilizado para formar la estructura 100, T2 puede ser superior a 1 mm y T1 puede ser inferior a 1 mm. Se entiende que estos intervalos de grosores para T1 y T2 son ejemplares. En algunas formas de realización, la primera parte de pared 106 está formada con un grosor T1 que permite que la primera parte de pared 106 muestre una resistencia satisfactoria a la migración de energía térmica.

Haciendo referencia a la Fig. 2, en la forma de realización ejemplar ilustrada, las segundas partes de pared 108 incluyen un conducto o abertura 110 que se extiende entre el receptáculo 102A y un receptáculo adyacente 102B que, de otro modo, están separados por la segunda parte de pared 108. En la forma de realización ilustrada de la Fig. 2, los conductos 110 son generalmente de perfil rectangular; sin embargo, la presente descripción no se limita al conducto 110 de perfil rectangular general. El perfil de los conductos 110 puede ser diferente de los ilustrados específicamente en la Fig. 2. Por ejemplo, el perfil de los conductos 110 podría ser semicircular o de una forma poligonal diferente.

Haciendo referencia a las Fig. 4 a 7, la profundidad de los conductos 110 ilustrados en la Fig. 2 es aproximadamente la mitad de la altura de la segunda parte de pared 108. La profundidad de los conductos 110 puede ser mayor o menor que la profundidad ilustrada en la forma de realización ejemplar de la Fig. 2; sin embargo; los conductos 110 preferiblemente no se extienden completamente desde la parte superior 101 de la estructura 100 hasta la parte inferior 103 de la estructura 100. No es necesario que cada conducto 110 tenga la misma profundidad, es decir, diferentes conductos pueden tener diferentes profundidades. Tal como se explica a continuación con mayor detalle, la profundidad particular de un conducto 110 está determinada en parte por la ubicación donde se cree que las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica son más susceptibles de romperse en caso de falla de dicha celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

En algunas formas de realización, una estructura 100 tiene al menos un receptáculo definido por una pared de una estructura 100 que incluye un conducto 110 que se extiende completamente desde la parte superior 101 de la estructura 100 hasta la parte inferior 103 de la estructura 100.

Los conductos 110 pueden estar formados de varias maneras diferentes de acuerdo con las formas de realización descritas en el presente documento. Por ejemplo, los conductos 110 se pueden formar durante el proceso de moldeo de la estructura 100. Alternativamente, los conductos 110 se pueden formar después de moldear la estructura 100 retirando una parte de la estructura 100 para formar los conductos 110.

Aunque sin pretender limitarse a ninguna teoría en particular, se cree que los gases calientes (generados tras la falla de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica del tipo que se pueden combinar con estructuras de acuerdo con la presente descripción para formar módulos de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica) generalmente escapan de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica junto a la cubierta superior y/o la cubierta inferior de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica. La razón de esta observación es incierta, pero podría estar relacionada con las tensiones ejercidas sobre la celda durante el proceso de fabricación, particularmente la unión de la cubierta superior o la cubierta inferior a la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica. Cuando dichos gases calientes escapan de la celda de energía eléctrica portátil adyacente a la cubierta superior y/o la cubierta inferior, éstos (y/o las llamas resultantes de la combustión de los gases que escapan) inciden sobre las partes de la primera pared 106 o las partes de la segunda pared 108 o ambas. La resistencia a la migración de energía térmica de estas primeras partes de pared 106 y las segundas partes de pared 108 depende en parte del material del que está formada la estructura 100 y del grosor de las primeras partes de pared 106 y las segundas partes de pared 108. Si las primeras partes de pared 106 y las segundas partes de pared 108 están formadas del mismo material, la parte de pared más gruesa mostrará habitualmente una resistencia mayor o superior a la migración de energía térmica.

El tamaño y la ubicación de los conductos 110 se pueden determinar en función de una serie de factores, incluida la ubicación donde los gases calientes y/o las llamas que escapan de una celda de almacenamiento de energía eléctrica portátil defectuosa incidirán en las segunda partes de pared 108 y/o en la sección de las segundas partes de pared donde la resistencia a la migración de energía térmica es más baja. Cuando los gases calientes y/o las llamas escapan de una celda de energía eléctrica portátil averiada cerca de la cubierta superior de la celda, un mayor porcentaje de dichos gases y llamas incidirán en la segunda parte de la pared 108 en la proximidad del conducto 30 110 en comparación con la sección de la segunda parte de pared 108 debajo del conducto 110. Por lo tanto, la profundidad del conducto 110 se puede seleccionar teniendo en cuenta la ubicación donde los gases calientes y las llamas escaparán de una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que falla cuando la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que falla está retenida dentro de la estructura 100. Para mantener la integridad física de la estructura 100, se prefiere que el conducto 110 no se extienda completamente desde la parte superior 101 hasta la parte inferior 103 de la estructura 100. En algunas formas de realización, la sección de la segunda parte de pared 108 que queda después de formar el conducto 110 es más gruesa que la sección de la segunda parte de pared 108 que se quitó para formar el conducto 110. Este mayor grosor de la sección de la segunda parte de pared 108 que queda después de que se forma el conducto 110 proporciona una resistencia adicional a la migración de energía térmica en comparación con cuando esta sección restante de la segunda parte de pared 108 tiene el mismo grosor que la sección de la segunda parte de pared 108 eliminada para formar el conducto 110. En ciertas formas de realización, la segunda parte de pared 108 incluye una sección que muestra una resistencia igual o mayor a la migración de energía térmica que la primera parte de pared 106 de la estructura 100. Además, en ciertas formas de realización, la segunda parte de pared 108 incluye una sección que tiene menos resistencia a la migración de energía térmica que la sección de la segunda parte de pared 108 que muestra una resistencia igual o mayor a la migración de energía térmica que la primera parte de pared 106.

Cuando la primera parte de pared 106 y la segunda parte de pared 108 están formadas del mismo material y el grosor T2 de la segunda parte de pared 108 es menor que el grosor T1 de la primera parte de pared 106, la segunda parte de pared 108 es menos resistente a la migración de energía térmica (es decir, menos capaz de retardar o prevenir la migración de energía térmica a través de la segunda parte de pared 108 en comparación con la primera parte de pared más gruesa 106) desde el receptáculo 102A que contiene una parte de una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que falla al receptáculo adyacente 102B que contiene una celda portátil de energía eléctrica que no falla. Retrasar y/o prevenir dicha migración de energía térmica reduce la probabilidad de que la temperatura de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica 200 en el receptáculo adyacente 102B alcance niveles en los que puede producirse una falla de dicha celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica. Retrasar y/o prevenir dicha migración de energía térmica también reduce la probabilidad de que los gases calientes o las llamas que se escapan de la celda de almacenamiento de energía eléctrica portátil averiada causen daños físicos externos a la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que no falla en el receptáculo adyacente 102B.

Con referencia a la Fig. 3, los conductos 110 incluyen un tapón 112. El tapón 112 puede tener una forma que sea casi idéntica o similar a la forma del conducto 110, tanto si el conducto 110 se forma quitando una sección de la segunda parte de pared 108 o si el conducto 110 se forma cuando la estructura 100 se moldea o forma. El tapón 112 está formado por un material (por ejemplo, un segundo material) que es más resistente a la migración de energía térmica (o que tiene una clasificación de resistencia al fuego más alta) que el material que constituye la segunda parte de pared 108. Cuando se proporciona el tapón 112 en los conductos 110, se reduce la migración de energía térmica desde el receptáculo 102A que contiene una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica 200 que falla al receptáculo adyacente 102B que contiene una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que no ha comenzado a fallar. El aumento de la capacidad de la estructura 100, especialmente en las proximidades de la segunda parte de pared 108, para resistir o evitar dicha migración de energía térmica disminuye la probabilidad de que la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica 200 en el receptáculo adyacente 102B falle debido a la exposición a temperaturas elevadas y/o al daño en la caja de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que no ha comenzado a fallar. En algunas formas de realización, la mayor resistencia a la migración de energía térmica del material del que está formado el tapón 112 oscila entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 3 veces la resistencia a la migración de energía térmica exhibida por el material del que está formada la estructura 100.

Un material es más resistente a la migración de energía térmica en comparación con otro material cuando transmite menos energía térmica por conducción, convección y/o radiación. Los materiales adecuados para el tapón 112 incluyen materiales que son ligeros, fuertes y capaces de ser moldeados utilizando procesos de moldeo de plástico, como por ejemplo moldeo por rotación, inyección, soplado o compresión. Dichos materiales incluyen materiales que son más resistentes a la migración de energía térmica, que son menos combustibles, que tienen más efecto ignífugo, que son más resistentes al fuego, que son más capaces de prevenir o reducir la propagación del fuego, que tienen un punto de fusión más alto, que son más resistentes a la deformación, que son más capaces de soportar la exposición a llamas o gases calientes en un lado sin propagar la combustión a un lado opuesto, y/o que son un mejor aislante térmico que el material del que está formada la segunda parte de pared 108. Los materiales adecuados para formar el tapón 112 dependerán del material del que esté formada la segunda parte de pared 108; sin embargo, los materiales adecuados incluyen los materiales utilizados para formar una segunda parte de pared 108 complementada con materiales ignífugos, como por ejemplo fibra de vidrio, nailon 66 y similares. Otros materiales adecuados incluyen pegamentos ignífugos mezclados con materiales ignífugos, como por ejemplo fibra de vidrio, nailon 66 o similares. El tapón 112 también se puede formar a partir de materiales a base de silicona o pegamentos a base de silicona, mica y vidrio. Otros ejemplos de materiales a partir de los cuales se puede formar el tapón 112 incluyen aquellos a partir de los cuales se puede formar la estructura 100, siempre que el tapón 112 esté formado por un material que sea más resistente a la migración de energía térmica que el material que forma la segunda parte de pared 108. Dichos materiales incluyen materiales termoplásticos y materiales termoestables, como por ejemplo resinas acrílicas, resinas de poliéster, resinas de polipropileno, resinas de polietileno, resinas de policarbonato, resinas de cloruro de polivinilo, resinas de poliestireno, resinas de acrilonitrilo butadieno estireno, resinas de poliuretano, maleimidas, melamina formaldehídos, fenol formaldehídos, poliepóxidos y poliimidas. Se entiende que la lista anterior no es exhaustiva y que el tapón 112 puede estar formado por otros materiales que muestren mayor resistencia a la migración de energía térmica que el material que forma la segunda parte de pared 108. El tapón 112 también puede estar formado por un material metálico siempre que el tapón 112 esté dimensionado y posicionado para que no entre en contacto eléctrico con los electrodos de la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

El tapón 112 se puede formar in situ o ex situ. La formación in situ implica la colocación de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica individuales 200 en receptáculos 102 antes de la formación del tapón 112 dentro de los conductos 110. Una vez que las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 están en su lugar, el material a partir del cual se formará el tapón 112 o un fluido precursor de dicho material puede inyectarse o fluir hacia los conductos 110. Una vez colocado, se deja curar o endurecer dicho material o su precursor.

Alternativamente, el tapón 112 se puede formar in situ dentro de los conductos 110 antes de que las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 se coloquen dentro de la estructura 100 insertando una plantilla u otra réplica del conjunto de celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica en la estructura 100 antes de la inyección o el flujo del material a partir del cual se formará el tapón 112 en los conductos 110. Dependiendo del material particular utilizado para formar el tapón 112, la adhesión entre el tapón 112 y la primera parte de pared 106 puede ser suficiente para mantener el tapón 112 en su lugar, por ejemplo, a través de un retenedor químico. La formación ex situ del tapón 112 puede implicar la formación del tapón 112 usando un molde y retirando el tapón 112 del molde después de que se haya endurecido o curado. Alternativamente, el tapón 112 se puede formar utilizando un proceso de estampado o corte. La formación del tapón ex situ 112 puede entonces asegurarse dentro de los conductos 110 antes o después de insertar las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica en los receptáculos respectivos. Un tapón 112 formado ex situ puede fijarse en el paso 110 mecánicamente mediante un ajuste por fricción o químicamente utilizando adhesivos. Aunque no se ilustra, los conductos 110 o una parte de los conductos 110 pueden estar provistos de una característica macho o hembra adecuada para acoplarse con una característica hembra o macho correspondiente en el tapón para ayudar a fijar el tapón 112 dentro del conducto 110. Alternativamente, tal como se ilustra en la Fig. 9, se pueden proporcionar sujetadores o retenedores mecánicos 902 para que los tapones 112 queden fijados mecánicamente dentro de los conductos 110. En la forma de realización ilustrada en la Figura 9, los retenedores mecánicos 902 incluyen un extremo 904 fijado a una parte del tapón 112 y otro extremo 905 asegurado de forma permanente o reversible a un elemento de la estructura 100. Por ejemplo, en la Figura 9, el extremo 905 del retenedor mecánico 902 opuesto al extremo 904 fijado al tapón 112 está asegurado a un labio 906 formado en la abertura 908 de la estructura 100. Debe entenderse que el tapón 112 se puede fijar mecánicamente dentro del conducto 110 utilizando sujetadores o retenedores mecánicos de un diseño diferente a los que se ilustran específicamente en la Fig. 9. Por ejemplo, el extremo 904 del retenedor 902 se podría fijar al tapón 112 en lugares distintos a los ilustrados en la Fig. 9. De manera similar, el extremo 905 del retenedor mecánico 902 se podría fijar a la estructura 100 de una manera diferente a la ilustrada en la Fig. 9. También se puede formar una pluralidad de tapones 112 como un conjunto interconectado de tapones dispuestos espacialmente para coincidir con la ubicación de una pluralidad de conductos dentro de la estructura 100. Dicha disposición de una pluralidad de tapones podría entonces insertarse en la pluralidad de conductos en un solo paso.

Haciendo referencia a las Fig. 10 y 11, cuando se forma el tapón 112 de acuerdo con una forma de realización de la técnica in situ descrita anteriormente, se aplica un segundo material a partir del cual se forma el tapón 112 o un precursor fluido de dicho material a la parte superior de la estructura 100 (que ha recibido los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica en los receptáculos de la estructura) y fluye hacia los conductos 110. El material llena los conductos 110 y también fluye hacia cualquier espacio entre las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 y la estructura 100. A medida que se llenan los conductos 110, el material se extiende sobre la parte superior de la estructura 100 y la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200. A medida que el material se extiende, cubre la parte superior de la estructura 100 y la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 recibidas por la estructura 100. Aunque no se ilustra en las Figuras 10 y 11, los terminales de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica individuales 100 recibidos en la estructura 100 están conectados entre sí mediante conectores eléctricamente conductores. El segundo material fluye hacia los espacios entre estos conectores eléctricos y las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica individuales y los espacios entre los conectores eléctricos y la estructura. En formas de realización ejemplares, la parte superior de la estructura 100, la parte superior de los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía eléctrica dentro de la estructura 100 y los conectores eléctricos se incrustan o encierran en el segundo material. Tal como se ilustra en las figuras 10 y 11, el segundo material aplicado forma una tapa, cubierta o capa 910 en la parte superior de la estructura 100. En función de los materiales de los que está formada la tapa 910, la tapa 910 forma una estructura que reduce el riesgo de explosión, propagación de incendios y/o fuga de gas explosivo en el improbable caso de que falle una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica individual 200. La tapa 910 reduce el riesgo de explosión y/o fuga de gases explosivos de una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que ha fallado o que está fallando al crear un sello alrededor de la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica a través del cual el gas combustible que podría escaparse de una celda de almacenamiento de energía eléctrica que ha fallado o que está fallando, no puede pasar. El oxígeno necesario para posibilitar la combustión del gas combustible que se escapa de una celda defectuosa tampoco puede pasar a través del sello provisto por la tapa 910. La tapa 910 reduce el riesgo de propagación del fuego al actuar como una barrera a través de la cual las llamas no pueden pasar. La tapa 910 también puede servir como una barrera térmica que impide la transferencia de energía térmica desde un lado de la tapa 910 donde se encuentra una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica 200 que falla hacia un lado opuesto de la tapa 910 donde se encuentra una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica que no falla. 200. Además, cuando la tapa 910 sujeta la estructura 100, las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 y las conexiones eléctricas entre las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 en una relación fija rígida, el riesgo de que los conectores eléctricos se desprendan de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 y /u otros terminales eléctricos se reduce.

Haciendo referencia a la Fig. 10, la periferia exterior de la estructura 100 incluye un reborde que se extiende hacia arriba 914 que, entre otras cosas, sirve para contener el segundo material cuando fluye o se inyecta en la parte superior de la estructura 100 para formar la tapa 910. En las formas de realización en las que el segundo material tiene una viscosidad y/o un coeficiente de curado que limita el grado en que el segundo material fluye después de aplicarse a la parte superior de la estructura 100, no es necesario confiar en la lengüeta que se extiende hacia arriba 914 para evitar que el segundo material fluya por los lados de la parte superior de la estructura 100. Por otro lado, en formas de realización en que el segundo material tiene propiedades de flujo y/o curado que le permiten fluir más allá de la periferia exterior de la estructura 100 y sobre los lados de la estructura 100, la brida que se extiende hacia arriba 914 actúa como un dique o retenedor, que evita que una parte del segundo material aplicado fluya más allá de la periferia exterior de la estructura 100 y sobre los lados de la estructura 100. En dichas formas de realización, la parte superior de la tapa 910 formada a partir del segundo material coincide sustancialmente con la parte superior de la lengüeta 914 que se extiende hacia arriba. En todavía otras formas de realización, después de que se aplica el segundo material a la parte superior de la estructura 100, el exceso de pegamento se puede raspar utilizando la parte superior de la lengüeta que se extiende hacia arriba como guía. Raspar el segundo material aplicado de esta manera hace que el segundo material se extienda aún más y llene los huecos que aún no se han llenado antes del raspado. En una forma de realización alternativa para controlar el flujo del segundo material después de que el segundo material se haya aplicado a la estructura 100, la combinación de la estructura 100 con las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 asentadas en la estructura 100 se puede colocar en una plantilla o herramienta que tiene la forma adecuada para acoplarse con la superficie de la estructura al que se aplica el segundo material y limitar el flujo del segundo material a los lugares donde se va a formar la tapa 910. En el ejemplo de forma de realización ilustrado en la Figura 10, dicha plantilla o dispositivo incluiría seis mandriles o lengüetas que formarían aberturas 912 en la tapa 910 evitando que el segundo material forme la tapa 190 en el lugar donde se ubican los mandriles o lengüetas.

En la forma de realización ejemplar ilustrada en las Fig. 10 y 11, la tapa 910 se extiende hacia y coincide con la periferia exterior de la estructura 100. En otras formas de realización, la tapa 910 puede extenderse más allá de la periferia exterior de la estructura 100 o puede no extenderse completamente hasta la periferia exterior de la estructura 100. La tapa 910 se puede formar a partir de cualquiera de los segundos materiales descritos anteriormente, incluidos los materiales a base de silicona o los pegamentos a base de silicona. La tapa 910 también se puede formar a partir de materiales que no se usan para formar el tapón 112 siempre que dichos materiales puedan proporcionar el sellado hermético al gas descrito anteriormente, sean a prueba de fuego o resistentes al fuego o puedan proporcionar la barrera térmica descrita anteriormente. También debe entenderse que aunque la formación de la tapa 910 se ha descrito con referencia a los segundos materiales utilizados para formar el tapón 112 y junto con la formación del tapón 112, la tapa 910 se puede formar a partir de materiales diferentes de los segundos materiales y la tapa 910 se puede formar sin formar tapón 112.

Las formas de realización ejemplares de la tapa 910 descritas en el presente documento no se limitan a ningún grosor específico; sin embargo, los grosores ejemplares incluyen grosores sustancialmente iguales a la altura de las lengüetas 914. Por ejemplo, los grosores ejemplares son menos de 3 milímetros, menos de 2 milímetros o menos de 1 milímetro.

Los intervalos ejemplares de grosores incluyen 0,5-3,0 milímetros, 1,0-2,0 milímetros y 1,5-2,0 milímetros. Debe entenderse que el grosor de la tapa 910 puede estar fuera de los intervalos descritos anteriormente. El grosor o la altura de la estructura 100 más la tapa 910 medido en una dirección paralela a la longitud de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 alojadas en la estructura 100 puede ser inferior a aproximadamente 1/3 de la longitud de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200. Por ejemplo, el grosor o la altura de la estructura 100 más la tapa 910 puede oscilar entre 1/5 y 1/3 de la longitud de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200. Debe entenderse que, si bien la forma de realización de la tapa 910 descrita anteriormente con referencia a las Figuras 10 y 11 ilustra una estructura 100 que recibe la parte superior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 y la tapa 910 está formada encima de dicha estructura 100, la estructura 100 puede rotar 180 grados (es decir, voltearse en relación con la orientación ilustrada en las Figuras 10 y 11) y recibir la parte inferior de las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200. En dicha configuración, las celdas portátiles de almacenamiento de energía eléctrica 200 están intercaladas entre dos estructuras para formar un módulo. En dichas formas de realización, se puede proporcionar una tapa 910 en la parte inferior de una estructura 100 y tendrá una configuración que es una imagen especular de la tapa 910 ilustrada en las Figuras 10 y 11.

En las Fig. 1 y 3, una pluralidad de receptáculos se identifican con el carácter de referencia Y. Los receptáculos identificados con el carácter de referencia Y están ubicados en la periferia de la estructura 100 y no están delimitados por partes de pared de la estructura 100 que incluyen un conducto 110. Debe entenderse que los receptáculos identificados por el carácter de referencia Y pueden estar provistos de una parte de pared de la estructura 100 que incluye un conducto 110. Los receptáculos identificados por el carácter de referencia Y están delimitados por una parte de la pared periférica de la estructura 100 donde las partes más delgadas de la parte de la pared periférica de la estructura 100 están ubicadas en ubicaciones que no son adyacentes a otro receptáculo, por ejemplo, las partes más delgadas son adyacentes a la periferia exterior de la estructura que mira hacia la carcasa del dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica en el que se encuentra la estructura. Por lo tanto, se desea no incorporar tapones en estas partes más delgadas para retener puntos débiles en la estructura que pueden fallar y servir como ventilación para gases calientes y llamas en caso de que una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica dentro de un receptáculo adyacente a la periferia de la estructura falle. La falla de la estructura en estos lugares, lejos de los receptáculos adyacentes, es deseable desde el punto de vista de la disipación de la energía térmica generada por las celdas portátiles de energía eléctrica que fallan en el espacio entre el módulo portátil de celdas de almacenamiento de energía eléctrica y la carcasa del dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica.

La utilización del tapón 112 ayuda a proteger una celda que no falla en un receptáculo adyacente a un receptáculo que retiene una celda que falla de la energía térmica que puede elevar la temperatura de la celda que no falla a un nivel en el que se inicia la falla de la celda que no falla. Además, la utilización del tapón 112 ayuda a proteger la celda que no falla del daño externo físico resultante de los gases calientes o las llamas que inciden sobre la celda que no falla. Por ejemplo, las primeras partes de pared 106 y los tapones 112 protegen preferiblemente una celda que no falla cuando un lado de las primeras partes de pared 106 y/o los tapones 112 adyacentes a una celda que falla está expuesto a temperaturas de hasta aproximadamente 1200°C durante aproximadamente 2-5 segundos que pueden producirse cuando falla una celda portátil de almacenamiento de en la pared 106 y/o los tapones 112 se exponen a temperaturas de hasta aproximadamente 1200 °C durante aproximadamente 2 a 5 segundos, lo que puede ocurrir cuando una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica falla se han observado en receptáculos adyacentes cuando al menos alrededor del 75% de la altura del tapón o la primera parte de pared permanece después de haber sido expuesto a temperaturas de hasta alrededor de 1200°C durante alrededor de 2-5 segundos. Alternativamente, las primeras partes de pared 106 y los tapones 112 protegen preferentemente una celda que no falla cuando un lado de las primeras partes de pared 106 y/o los tapones 112 adyacentes a una celda que falla se expone a temperaturas de hasta aproximadamente 1000 °C durante aproximadamente 2 a 5 segundos, lo que puede ocurrir cuando falla una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica. La protección satisfactoria de una celda que no falla cuando un lado de las partes de la primera pared 106 y/o los tapones 112 se exponen a temperaturas de hasta aproximadamente 1000 °C durante aproximadamente 2 a 5 segundos, lo que puede ocurrir cuando una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica en un receptáculo adyacente falla se ha observado cuando al menos alrededor del 75% de la altura del tapón o la primera parte de pared permanece igual después de haber estado expuesto a temperaturas de hasta alrededor de 1000°C durante alrededor de 2-5 segundos.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Una estructura (100) para retener una pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200) en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica, en que la estructura (100) comprende:

una pluralidad de receptáculos (102), en que al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102) es para recibir un extremo de una de la pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200), en que la estructura (100) está formada a partir de un primer material; y

una tapa formada por un segundo material, en que la tapa cubre la estructura (100) adyacente a al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102) y está configurada para cubrir el extremo de la celda de almacenamiento de energía eléctrica (200) alojada en al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102), en que los materiales primero y segundo son diferentes materiales de barrera térmica, en que los materiales de barrera térmica son resistentes al fuego a las temperaturas a las que se expone la estructura (100) cuando falla una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica (200) y/o tienen un punto de fusión superior a las temperaturas a las que se expone la estructura (100) cuando falla la celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica (200);

en que la estructura (100) comprende además un conducto (110) que se extiende entre el al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102) y otro adyacente de la pluralidad de receptáculos (102) para recibir un extremo de otra celda de almacenamiento de energía eléctrica (200), en que el segundo material está dispuesto dentro del conducto (110); en que el al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102) incluye un primer receptáculo para recibir un extremo de una de la pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200), en que el primer receptáculo está delimitado por una primera parte de pared (106) de la estructura (100) y una segunda parte de pared (108) de la estructura (100), en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) delimita una parte de un segundo receptáculo para recibir un extremo de una de la pluralidad de celdas de almacenamiento de energía eléctrica individuales (200), en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) incluye un conducto (110) que se extiende entre el primer receptáculo y el segundo receptáculo, en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) es menos resistente a la migración de energía térmica que la primera parte de pared (106) de la estructura (100);

en que el grosor (T2) de la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) es menor que el grosor (T1) de la primera parte de pared (106) de la estructura (100); en que la estructura (100) comprende además:

un tapón (112) colocado en al menos una parte del conducto (110) que se extiende entre el primer receptáculo y el segundo receptáculo; y

una pluralidad de receptáculos periféricos (Y) ubicados en la periferia de la estructura (100), en que cada uno de los receptáculos periféricos (Y) está delimitado por una pared periférica, en que cada pared periférica está especificada en parte por la ausencia de un conducto (110) que se extiende a través de la pared periférica;

en que las partes más delgadas de la parte de la pared periférica de la estructura (100) se colocan en lugares que no son adyacentes a otro receptáculo, de modo que las partes más delgadas estén adyacentes a la periferia exterior de la estructura (100) que mira hacia la carcasa del dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica en el que se ubica la estructura (100), en que no se incorporan tapones (112) en estas partes más delgadas con el fin de retener puntos débiles en la estructura (100) que están configurados para fallar y servir como ventilación para gases calientes y llamas en caso de que falle una celda portátil de almacenamiento de energía eléctrica (200) dentro de un receptáculo adyacente a la periferia de la estructura (100).

2. La estructura (100) para retener una pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200) en una matriz dentro de un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica de la reivindicación 1, en que el tapón (112) comprende un material más resistente a la migración de energía térmica que un material que comprende la segunda parte de pared (108).

3. Un dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica que comprende:

una pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200); y una estructura (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1-2.

4. El dispositivo portátil de almacenamiento de energía eléctrica de la reivindicación 3, en que el al menos uno de la pluralidad de receptáculos (102) incluye un primer receptáculo para alojar un extremo de una de la pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200), en que el primer receptáculo está delimitado por una primera parte de pared (106) de la estructura (100) y una segunda parte de pared (108) de la estructura (100), en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) delimita una parte de un segundo receptáculo para alojar un extremo de una de la pluralidad de celdas individuales de almacenamiento de energía eléctrica (200), en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) incluye un conducto (110) que se extiende entre el primer receptáculo y el segundo receptáculo, en que la segunda parte de pared (108) de la estructura (100) es menos resistente a la migración de energía térmica que la primera parte de pared (106) de la estructura (100).