ES2983064T3 - Módulo de batería y paquete de baterías que comprende el mismo - Google Patents

Módulo de batería y paquete de baterías que comprende el mismo Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un módulo de batería y a un paquete de batería que lo comprende y, más específicamente, a un módulo de batería, que tiene una estructura de transferencia de calor que permite un ajuste eficiente de la temperatura de múltiples celdas de batería, e incluye un miembro de transferencia de calor poroso para mejorar la estabilidad de las celdas de batería, y a un paquete de batería que lo comprende. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de batería y paquete de baterías que comprende el mismo
Sector de la técnica
La presente descripción se refiere a un módulo de batería y a un paquete de baterías que comprende el mismo y, más particularmente, a un módulo de batería y a un paquete de baterías que comprende el mismo, el módulo de batería formándose en una estructura de transferencia de calor para que las temperaturas de las múltiples celdas de la batería se ajusten de manera eficiente, y formándose de tal manera que un miembro de transferencia de calor está formado para tener orificios pasantes para que la estabilidad de las celdas de la batería aumente.
Estado de la técnica
La batería secundaria de litio, como celda unitaria que constituye un paquete de baterías, tiene flexibilidad, una forma relativamente libre, un peso reducido y una seguridad excelente, por lo cual tiene una demanda creciente como fuente de alimentación para aparatos electrónicos móviles como, por ejemplo, teléfonos inteligentes, videocámaras y ordenadores portátiles. Además, las baterías secundarias de litio se han utilizado ampliamente para aparatos de mediano y gran tamaño como, por ejemplo, vehículos o aparatos de almacenamiento de energía, así como para aparatos de pequeño tamaño como, por ejemplo, aparatos electrónicos portátiles. Mientras tanto, los tipos de baterías secundarias se clasifican según las formas de las cajas de las baterías, y se clasifican en baterías cilíndricas y baterías prismáticas cuando un conjunto de electrodos está incrustado en una lata metálica cilíndrica o prismática. Además, cuando el conjunto de electrodos está incrustado en una caja tipo bolsa formada por una hoja de aluminio laminada, la batería secundaria se clasifica en batería tipo bolsa. Además, un conjunto de electrodos incrustado en una caja de batería está formado en una estructura por un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador insertado entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y por lo tanto puede cargarse/descargarse. Además, la forma del conjunto cilíndrico de electrodos está formada en un tipo de lámina enrollada en la cual un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo, que tienen forma de hoja alargada y están recubiertos con un material activo de electrodos, están laminados secuencialmente.
Mientras tanto, en general, cuando se utiliza un paquete de baterías durante un largo período, se genera calor en el paquete de baterías. En particular, un paquete de baterías de gran capacidad laminado como tal acompaña más calor debido a un aumento de la cantidad de corriente durante la carga y descarga. Si el calor generado en este punto no se elimina suficientemente, el rendimiento del paquete de baterías se degrada y, además, también puede producirse un incendio o una explosión.
Para resolver el problema descrito más arriba, los paquetes de baterías están provistos de miembros de enfriamiento, y un paquete de baterías provisto de dicho miembro de enfriamiento se describirá en detalle con referencia a la Figura 1.
La Figura 1 es una vista estructural de un paquete de baterías existente.
Con referencia a la Figura 1, un paquete de baterías existente estaba provisto de miembros de enfriamiento instalados en cada una de las superficies laterales de múltiples celdas cilíndricas de batería.
Sin embargo, la estructura del paquete de baterías descrita más arriba presenta el problema de que, al proveerse múltiples miembros de enfriamiento, el espacio interior de la batería se reduce y, dado que se genera más calor en la porción superior/inferior de una celda en la que están formados los terminales de electrodo que en una superficie lateral de la celda al accionar la celda cilíndrica, se reduce la eficacia del enfriamiento.
Documentos de la técnica anterior
Documento de patente
Documento de patente 1 KR2017-0004172A
El documento US2016301047A1 se refiere a un módulo de almacenamiento de energía, que incluye múltiples conjuntos de almacenamiento de energía, que pretende aislar eléctricamente los conjuntos vecinos.
El documento JP2015138589A se refiere a un módulo de batería que busca permitir la disipación de calor gracias a un miembro de disipación de calor dispuesto fuera de la caja.
El documento JP5041184B2 se refiere a una batería formada por múltiples celdas que pretende transferir el calor a través de una placa conductora de calor.
El documento KR20130100324A se refiere a una batería recargable y a un intercambiador de calor dispuesto entre un primer módulo de batería y un segundo módulo de batería. El documento US 2017047625 A1 se refiere a un aparato para la gestión térmica y la contención estructural de múltiples celdas de batería en un recinto.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente descripción provee un módulo de batería y un paquete de baterías que comprende el mismo, el módulo de batería está provisto de más celdas de batería en el mismo espacio y también aumenta la eficiencia de enfriamiento.
Solución técnica
En un aspecto de la presente invención, se provee un módulo de batería como se define en la reivindicación 1. En otro aspecto de la presente invención, se provee un paquete de baterías como se define en la reivindicación 2. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes 3-6.
Efectos ventajosos
Según una realización a modo de ejemplo, un módulo de batería y un paquete de baterías que comprende el mismo aumentan la eficiencia de enfriamiento de las celdas de la batería mediante la disposición de un miembro de disipación de calor por encima/debajo de las celdas de la batería en lugar de en las superficies laterales de las celdas de la batería, y hacen posible conducir de forma segura el módulo de batería y el paquete de baterías de tal manera que se formen orificios pasantes en el miembro de disipación de calor en el que se disponen los terminales de electrodo positivo (+) de las celdas de la batería y se abran las tapas de electrodo positivo (+) cuando se produce un incendio, para permitir así la descarga de gas, llamas y sustancias descargadas.
Descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista estructural de un paquete de baterías existente.
La Figura 2 es una vista en perspectiva del despiece que ilustra un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo;
la Figura 3 es una vista lateral de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo;
la Figura 4 es una vista lateral ampliada de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo; la Figura 5 es una vista del flujo de transferencia de calor de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo;
la Figura 6 es una vista que ilustra un cambio de temperatura en un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo;
la Figura 7 es una vista lateral de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo;
la Figura 8 es una vista de flujo de transferencia de calor debido a un miembro de enfriamiento dentro de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo; y
la Figura 9 es una vista de flujo de transferencia de calor debido a un miembro de calentamiento dentro de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, con referencia a las características descritas en los dibujos anexos, se describirán en detalle realizaciones a modo de ejemplo. Sin embargo, la presente descripción no está restringida o limitada por las realizaciones a modo de ejemplo. Más bien, estas realizaciones se proveen para que esta descripción sea exhaustiva y completa, y transmita plenamente el concepto inventivo a las personas con experiencia en la técnica.
Ejemplo 1
A continuación se describirá un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
Un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo se aloja dentro de un bastidor en el que la transferencia de calor es posible para múltiples celdas de la batería. Además, el módulo de la batería está configurado para incluir un miembro de disipación de calor en el que se forman múltiples orificios pasantes de modo que cuando se produce un incendio, la tapa del terminal del electrodo positivo (+) de cada celda de la batería se puede abrir para descargar gas, llamas y sustancias descargadas. Por consiguiente, en el módulo de batería, el calor generado por las celdas de la batería puede descargarse rápidamente y, cuando se produce un incendio, las tapas se abren para permitir que el módulo de batería funcione de forma segura. La Figura 2 es una vista en perspectiva del despiece de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
Con referencia a la Figura 2, un módulo 100 de batería según una realización a modo de ejemplo incluye: un bastidor 110 superior configurado para transferir el calor generado por un conjunto 130 de celdas de batería; un miembro 120 superior de disipación de calor situado debajo del bastidor 110 superior; un conjunto 130 de celdas de batería que está situado debajo del miembro 120 superior de disipación de calor y en el que las múltiples celdas de batería que tienen, cada una, una estructura en la que un electrodo negativo (-) está situado en una porción superior y un electrodo positivo (+) está situado en una porción inferior se disponen vecinas entre sí; un miembro 140 de disipación de calor inferior situado debajo del conjunto 130 de celdas de batería y que tiene un orificio pasante en una posición correspondiente a una porción final de un terminal de electrodos positivos de cada celda de batería; y un bastidor 150 inferior situado debajo del miembro 140 de disipación de calor inferior y acoplado al bastidor 110 superior para recibir calor del bastidor 110 superior o para transferir calor al bastidor 110 superior.
Dicha configuración del módulo 100 de batería se describirá a continuación con más detalle.
El bastidor 110 superior y el bastidor 150 inferior son componentes que transfieren, el uno al otro, el calor generado por cada uno de los electrodos de las múltiples celdas de la batería y descargan el calor al exterior, y que pueden estar formados por un material que tenga una característica de alta conductividad térmica.
En una realización, el aluminio puede utilizarse como material, pero la presente descripción no se limita a ello. Además, el bastidor 110 superior forma una porción de extremo superior de todo el módulo de batería, y el bastidor 150 inferior forma una porción de extremo inferior de todo el módulo de batería, que son componentes para proteger el interior del módulo de batería. Además, el bastidor 110 superior y el bastidor 150 inferior están provistos de una parte de acoplamiento en una porción de su superficie lateral para acoplarse entre sí.
En este caso, la parte de acoplamiento puede estar formada de tal manera que un bastidor tenga forma de "1" y el otro bastidor tenga forma de "L", pero las realizaciones no se limitan a ello, y los bastidores pueden tener diversas formas de acoplamiento.
Además, con el fin de asegurar más espacio para el miembro 140 de disipación de calor inferior, el bastidor 150 inferior tiene además una ranura de extensión del miembro de disipación de calor con una profundidad predeterminada en una porción de la superficie superior del mismo.
En este punto, el miembro 140 de disipación de calor inferior tiene un grosor mayor que el grosor del miembro 120 de disipación de calor superior, y tiene un grosor correspondiente a una altura formada por la combinación, que se describirá más adelante, de la ranura 131-2 de montaje del miembro de disipación de calor y la ranura de extensión del miembro de disipación de calor.
El espacio ampliado que se forma de este modo puede alojar una cantidad aún mayor de llamas, gases y sustancias descargadas descargadas del terminal positivo (+) cuando se produce un incendio.
El miembro 120 superior de disipación de calor y el miembro 140 inferior de disipación de calor están formados respectivamente en contacto con el bastidor 110 superior y el bastidor 150 inferior, por lo cual el calor generado a partir de las múltiples celdas de la batería se transfiere rápidamente al bastidor 110 superior y al bastidor 150 inferior y se permite que el calor se descargue al exterior.
El miembro 120 superior de disipación de calor y el miembro 140 inferior de disipación de calor están configurados en forma de almohadilla, formados en una almohadilla de silicona, y la propiedad aislante también puede ser asegurada.
El miembro 120 de disipación de calor superior está formado en forma de placa plana para cubrir toda la superficie superior de las múltiples celdas de la batería, y el miembro 140 de disipación de calor inferior tiene orificios pasantes en las posiciones correspondientes a las porciones de extremo de los electrodos positivos (+) de las múltiples celdas de la batería.
Si se produce un estado anormal en una celda de batería y se produce un incendio, para evitar un incendio y una explosión mayores, las tapas de los terminales positivos (+) se abren por la presión dentro de las celdas de batería, y se permite que el gas, las llamas y las sustancias descargadas se descarguen de las tapas abiertas de los electrodos positivos (+) a través de los orificios pasantes del miembro 140 de disipación de calor inferior. El conjunto 130 de celdas de batería está situado entre el miembro 120 de disipación de calor superior y el miembro 140 de disipación de calor inferior, está configurado de tal manera que las múltiples celdas de batería, cada una de las cuales tiene una estructura en la que el electrodo negativo (-) está situado en un lado superior y el electrodo positivo (+) está situado en un lado inferior, están dispuestas unas junto a otras, y el conjunto de celdas de batería está formado en una forma que contacta con cada uno del miembro 120 de disipación de calor superior y el miembro 140 de disipación de calor inferior.
La configuración del conjunto 130 de celdas de batería se describirá con más detalle con referencia a la Figura 3. La Figura 3 es una vista lateral de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
Con referencia a la Figura 3, el conjunto 130 de celdas de batería está configurado para incluir además un bastidor 131 de fijación de celdas que fija las múltiples celdas 132 de batería.
Además, el bastidor 131 de fijación de celdas puede estar configurado para dividirse en una porción de etapa superior/una porción de etapa inferior, y la porción de etapa superior y la porción de etapa inferior están formadas para tener una forma de acoplamiento similar a la parte de acoplamiento del bastidor 110 superior y el bastidor 150 inferior.
Además, el conjunto 130 de celdas de batería incluye múltiples ranuras 131_1 pasantes que se comunican verticalmente para que se inserten y fijen los extremos de las celdas de batería circulares.
Además, las ranuras 131_1 pasantes están formadas, cada una, de tal manera que el diámetro de una porción de las mismas que entra en contacto con el extremo de la celda de batería insertada en ellas es menor que el diámetro del cuerpo de la celda de batería circular, de manera que la celda de batería no sobresale hacia el exterior.
Sin embargo, debido a la estructura protectora de la celda de la batería, la tapa del electrodo positivo (+) de la celda de la batería también puede abrirse cuando se produce un incendio en la celda de la batería. Por lo tanto, las ranuras pasantes están formadas para tener al menos un rango de diámetro predeterminado para que el gas, las llamas y las sustancias descargadas puedan descargarse fácilmente.
Además, el bastidor 131 de fijación de celdas está formado para incluir además ranuras 131_2 de montaje del miembro disipador de calor que está formado en una profundidad predeterminada en la superficie superior y la superficie inferior del bastidor de fijación de celdas para que el miembro 120 disipador de calor superior y el miembro 140 disipador de calor inferior puedan montarse en una posición fija.
Dado que el miembro 120 disipador de calor superior y el miembro 140 disipador de calor inferior deben disponerse sobre/debajo de las múltiples celdas 132 de batería, las ranuras 131_2 de montaje del miembro disipador de calor pueden disponerse fácilmente sin un miembro de fijación separado. Dado que el calor puede generarse en la posición de fijación a la que se fija el miembro de fijación, la eficacia de la disipación de calor puede disminuir.
Además, la celda de batería utilizada aquí significa una celda de batería cilíndrica, y el bastidor de fijación de la celda está formado por un material aislante.
Asimismo, el módulo 100 de batería está formado para incluir además placas 160 metálicas que entran en contacto respectivamente con las superficies superior e inferior de las múltiples celdas de batería dentro del conjunto 130 de celdas de batería y conectan eléctricamente los electrodos positivos y los electrodos negativos de las múltiples celdas de batería, y esto se describirá con más detalle con referencia a la Figura 4.
La Figura 4 es una vista lateral ampliada de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo. Con referencia a la Figura 4, las placas 160 metálicas tienen orificios 161 pasantes en posiciones respectivas correspondientes a los terminales de electrodo positivo (+) y los terminales de electrodo negativo (-) de las múltiples celdas de batería. En una descripción más estricta, los orificios 161 pasantes se forman en las posiciones correspondientes a las porciones de extremo de los terminales de electrodos, y los terminales 162 de conexión formados dentro de los orificios pasantes entran en contacto con las múltiples celdas de batería para conectar eléctricamente las celdas de batería.
Aquí, los orificios 161 pasantes están formados de manera que cuando se produce un incendio en las múltiples celdas de la batería, el gas, las llamas y las sustancias descargadas pueden descargarse a través de los electrodos positivos (+) de las celdas de la batería correspondientes.
Además, en general, dado que la cantidad de generación de calor en el electrodo negativo (-) de la celda de batería se hace mayor durante la carga/descarga a través de los terminales 162 de conexión, se permite que la placa 160 metálica y las múltiples celdas 132 de batería estén espaciadas una distancia predeterminada entre sí por medio del orificio 161 pasante.
Además, las placas 160 metálicas pueden estar formadas por un material como el cobre, y los terminales 162 de conexión pueden estar formados por níquel. Como tal, el níquel que se suelda fácilmente se utiliza para los terminales 162 de conexión y el cobre que no es adecuado para la soldadura por resistencia debido a una baja resistencia del mismo se utiliza para la base de las placas de metal, por lo cual el calor puede ser fácilmente descargado de la placa 160 de metal.
Asimismo, las placas 160 metálicas están dispuestas junto con el miembro 120 disipador de calor superior y el miembro 140 disipador de calor inferior dentro de las ranuras 131_2 de montaje del miembro disipador de calor del bastidor 131 de fijación de la celda.
La placa 160 metálica está situada entre la porción inferior del miembro 120 de disipación de calor superior y la porción superior de las múltiples celdas 132 de batería y entre la porción inferior de las múltiples celdas 132 de batería y la porción superior del miembro 140 de disipación de calor inferior.
Por consiguiente, las placas metálicas pueden colocarse fácilmente en posiciones fijas sin necesidad de un componente de fijación independiente y, dado que las placas metálicas están formadas para entrar en contacto con los miembros de disipación de calor, la transferencia de calor puede producirse con mayor rapidez.
Además, el flujo de transferencia de calor generado desde el módulo 100 de batería se describirá en detalle con referencia a la Figura 5.
La Figura 5 es una vista de flujo de transferencia de calor de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
En primer lugar, la Figura 5 muestra una ruta de transferencia de disipación de calor a través de la cual el calor generado a partir de las múltiples celdas 132 de batería se descarga al exterior, y se genera mucha cantidad de calor a partir de la celda 132 de batería durante la carga/descarga. El calor generado a partir de las celdas de la batería se transfiere a los miembros 120 y 140 de disipación de calor a través de las placas 160 metálicas, y los miembros 120 y 140 de disipación de calor transfieren rápidamente calor a los bastidores 110 y 150.
El calor transferido a los bastidores 110 y 150 se descarga al exterior a través de la porción superior, la porción inferior y ambas porciones de superficie lateral de los bastidores 110 y 150.
Las porciones inferiores de los bastidores 110 y 150 y no descargan fácilmente el calor eficientemente al exterior debido a que están provistas de una superficie inferior. Por lo tanto, el calor que no puede ser descargado hacia abajo se transfiere a ambas partes de la superficie lateral y puede ser descargado al exterior.
Además, las porciones superiores de los bastidores 110 y 150 tienen más cantidad de generación de calor debido a que los electrodos negativos (-) de las múltiples celdas 132 de batería están ubicados en las porciones superiores, el calor que no pudo descargarse al exterior se transfiere a ambas partes de la superficie lateral y puede descargarse al exterior.
Este efecto de disipación de calor del módulo de batería según una realización a modo de ejemplo se describirá con más detalle con referencia a la Figura 6, que es el resultado de un experimento de carga.
La Figura 6 es una vista que ilustra un cambio de temperatura en un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
Con referencia a la Figura 6, en el presente experimento, se midió un total de 6 puntos entre los terminales de los electrodos positivos (+) de las celdas de la batería a 1 tasa C. Dado que las temperaturas de los seis puntos pudieron medirse fácilmente, ya que el miembro 140 de disipación de calor inferior del módulo de batería según una realización a modo de ejemplo estaba perforado en correspondencia con los extremos de los terminales de electrodos positivos (+), la temperatura exacta de cada celda de batería se midió a través del terminal de electrodo positivo (+).
(a) de la Figura 6 muestra valores de medición de temperatura de un módulo de batería típico, y (b) de la Figura 6 muestra valores de medición de temperatura de un módulo de batería según una realización a modo de ejemplo.
Al comparar (a) de la Figura 6 y (b) de la Figura 6, (b) de la Figura 6 muestra unos valores de medición de temperatura generalmente más bajos que (a) de la Figura 6, la temperatura media en (a) de la Figura 6 es de aproximadamente 47 °C y la temperatura media en (b) de la Figura 6 es de aproximadamente 46 °C, y, por consiguiente, se puede confirmar que el calor generado de cada celda de batería se descarga rápidamente al exterior debido a la estructura del módulo de batería de la realización a modo de ejemplo.
Además, en el presente experimento, el bastidor 150 inferior, que facilita aún más la descarga de calor, no está dispuesto para medir con precisión la temperatura de la celda de la batería. Por lo tanto, cuando se dispone el bastidor 150 inferior, el efecto de reducción de la temperatura aumentará aún más.
Ejemplo 2
A continuación, se describirá un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo.
Un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo está provisto de una parte de ajuste de temperatura que se forma entre los módulos de la batería formados en una estructura que tiene una alta eficiencia de transferencia de calor y que controla la temperatura de los módulos de la batería. Por consiguiente, las temperaturas de los dos módulos de la batería pueden mantenerse de manera más eficiente. La Figura 7 es una vista lateral de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo.
Con referencia a la Figura 7, un paquete 1000 de baterías según una realización a modo de ejemplo incluye: una primera parte 1100 de módulo de batería formada en una estructura en la que múltiples celdas de batería que tienen electrodos positivos (+) ubicados en un lado superior de la misma y electrodos negativos (-) ubicados en un lado inferior de la misma están incrustadas en un bastidor de transferencia de calor; una parte 1200 de ajuste de temperatura que se encuentra debajo de la primera parte 1100 de módulo de batería para controlar las múltiples celdas de batería; y una segunda parte 1300 de módulo de batería formada en una estructura en la que múltiples celdas de batería que tienen electrodos negativos (-) ubicados en un lado superior de la misma y electrodos positivos (+) ubicados en un lado inferior de la misma están incrustadas en un bastidor de transferencia de calor.
Dicha configuración del paquete 1000 de baterías se describirá a continuación con más detalle.
Además, la primera parte 1100 de módulo de batería es un componente formado en una estructura en la que múltiples celdas de batería que tienen electrodos positivos (+) situados en un lado superior de la misma y electrodos negativos (-) situados en un lado inferior de la misma están incrustadas en un bastidor de transferencia de calor. En una descripción más estricta, la primera parte 1100 de módulo de batería tiene múltiples celdas 1131 de batería ubicadas entre un primer bastidor 1110 de transferencia de calor superior, un primer miembro 1120 de disipación de calor superior, un primer miembro 1140 de disipación de calor inferior, y un primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior.
Además, el primer bastidor 1110 superior de transferencia de calor es un componente que descarga el calor generado por las múltiples celdas de la batería y forma el extremo más superior de todo el módulo de la batería. Además, el primer miembro 1120 superior de disipación de calor está situado entre el primer bastidor 1110 superior de transferencia de calor y las múltiples celdas 1131 de batería, y tiene orificios pasantes en posiciones que corresponden, cada una, a la porción de extremo del electrodo positivo (+) de cada celda de batería.
Aquí, cuando se produce un incendio, los orificios pasantes permiten que las llamas y el gas descargado del interior de las celdas de la batería se descarguen a través de los terminales de los electrodos positivos (+). Además, se permite que el primer miembro 1120 superior de disipación de calor esté formado por un material ignífugo e incombustible para que la llama generada a partir de una celda de batería no se propague a otra celda de batería.
Además, las múltiples celdas 1131 de batería son componentes alojados dentro de un bastidor 1132 de fijación de celdas, y el bastidor 1132 de fijación de celdas está provisto, en la superficie superior y la superficie inferior del mismo, de ranuras de montaje de miembros de disipación de calor que tienen una profundidad predeterminada, y por lo tanto permite que el miembro 1120 de disipación de calor superior y el miembro 1140 de disipación de calor inferior se monten en posiciones fijas.
Aquí, las posiciones fijas significan posiciones que cubren superficies superiores e inferiores enteras de las múltiples celdas 1131 de batería. Dado que no solo las múltiples celdas 1131 de batería sino también un BMS que controla las múltiples celdas 1131 de batería se disponen en una superficie lateral dentro del bastidor 1132 de fijación de celdas, se permite que el miembro 1120 de disipación de calor superior y el miembro 1140 de disipación de calor inferior estén dispuestos en posiciones que requieran disipación de calor.
Además, el primer miembro 1140 de disipación de calor inferior está situado debajo de las múltiples celdas de batería y transfiere el calor generado desde el electrodo negativo (-) de la celda de batería al primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior.
Aquí, el primer miembro 1120 superior de transferencia de calor y el primer miembro 1140 inferior de disipación de calor están formados en almohadillas planas en forma de placa y dispuestos en las ranuras de montaje del miembro de disipación de calor del bastidor 1132 de fijación de celdas.
Además, las múltiples celdas 1131 de batería incluyen además placas metálicas que entran en contacto con las superficies superior e inferior de las celdas de batería y conectan eléctricamente los terminales de electrodo positivo y los terminales de electrodo negativo. Como las placas metálicas están dispuestas juntas en las ranuras de montaje del miembro de disipación de calor, las placas metálicas están situadas entre la porción inferior del primer miembro de disipación de calor superior y la porción superior de las múltiples celdas 1131 de batería, y entre la porción inferior de las múltiples celdas 1131 de batería y la porción superior del primer miembro 1140 de disipación de calor inferior.
Además, el primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior es un componente que se encuentra debajo del primer miembro 1140 de disipación de calor inferior, está conectado al primer bastidor 1110 de transferencia de calor superior, y transfiere el calor transferido del primer bastidor 1110 de disipación de calor superior a la parte 1200 de ajuste de temperatura, o recibe el calor generado desde la parte 1200 de ajuste de temperatura y lo transfiere a las múltiples celdas 1131 de batería.
Además, el primer bastidor 1150 inferior de transferencia de calor también transfiere el calor generado por las múltiples celdas 1131 de batería a la parte 1200 de ajuste de temperatura, de modo que las celdas de batería puedan enfriarse.
Además, en la superficie inferior del primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior, se forma una primera ranura 1151 de montaje de la parte de ajuste de temperatura que tiene una profundidad predeterminada en una superficie de contacto del bastidor de transferencia de calor que entra en contacto con la parte de ajuste de temperatura, de modo que la parte 1200 de ajuste de temperatura se dispone dentro del cuerpo del bastidor. Aquí, la profundidad predeterminada se forma en una longitud de 1/2 de la altura de la parte 1200 de ajuste de temperatura, y permite que la parte 1200 de ajuste de temperatura se forme en un bastidor sin una configuración separada y protegida.
Además, la parte 1200 de ajuste de temperatura es un componente que está situado debajo de la primera parte 1100 de módulo de batería, está situado sobre la segunda parte 1300 de módulo de batería, y controla las temperaturas de las múltiples celdas de batería en cada módulo de batería, y puede estar formado como un miembro de enfriamiento, un miembro de calentamiento, o un componente en el que se combinan un miembro de enfriamiento y un miembro de calentamiento.
Además, el miembro de enfriamiento está formado en forma de placa, utiliza un refrigerador líquido o un refrigerador metálico, y tiene la porción exterior formada por un material conductor del calor, por lo cual se permite que el calor se introduzca rápidamente desde el exterior o se transfiera al exterior.
Además, el miembro de calentamiento está formado en forma de placa, utiliza un calentador líquido o un calentador metálico, y tiene la porción exterior formada por un material conductor del calor, por lo cual se permite que el calor se descargue o transfiera rápidamente al exterior.
Además, el miembro de enfriamiento y el miembro de calentamiento están conectados eléctricamente al BMS que controla el paquete de baterías, y cuando la temperatura del paquete de baterías supera una temperatura predeterminada, el miembro de enfriamiento puede funcionar a través del BMS, y cuando la temperatura del paquete de baterías es inferior a una temperatura predeterminada, el miembro de calentamiento puede funcionar a través del BMS.
Si el miembro de enfriamiento y el miembro de calentamiento están configurados para combinarse, el miembro de calentamiento funciona como un componente de transferencia de calor cuando el miembro de enfriamiento funciona, y cuando el miembro de calentamiento funciona, el miembro de enfriamiento funciona como un componente de transferencia de calor.
Además, la segunda parte 1300 del módulo de batería es un componente situado debajo de la parte 1200 de ajuste de temperatura y formado en una estructura en la que múltiples celdas de batería que tienen electrodos negativos (-) situados en un lado superior de la misma y electrodos positivos (+) situados en un lado inferior de la misma están incrustadas en un bastidor de transferencia de calor. En una descripción más estricta, la segunda parte del módulo de batería tiene múltiples celdas 1331 de batería situadas entre un segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior, un segundo miembro 1320 de disipación de calor superior, un segundo miembro 1340 de disipación de calor inferior, y un segundo bastidor 1350 de transferencia de calor inferior. Además, el segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior es un componente que está situado debajo de la parte 1200 de ajuste de temperatura para recibir calor de la parte 1200 de ajuste de temperatura o transferir el calor generado de las múltiples celdas de batería a la parte 1200 de ajuste de temperatura. Además, en la superficie superior del segundo bastidor de transferencia de calor superior, se forma una segunda ranura 1311 de montaje de la parte de ajuste de temperatura que tiene una profundidad predeterminada en una superficie de contacto del bastidor de transferencia de calor que entra en contacto con la parte de ajuste de temperatura, de modo que la parte 1200 de ajuste de temperatura se dispone dentro del cuerpo del bastidor.
Aquí, la profundidad predeterminada se forma en una longitud de 1/2 de la altura de la parte 1200 de ajuste de temperatura, y permite que la parte 1200 de ajuste de temperatura se disponga en una región combinada con la primera ranura 1151 de montaje de la parte de ajuste de temperatura formada en la superficie inferior del primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior.
Además, el segundo bastidor 1310 superior de transferencia de calor y el primer bastidor 1150 inferior de transferencia de calor están provistos además de una parte de conexión independiente para poder conectarse y fijarse entre sí.
En una realización, la forma de acoplamiento de la parte de conexión puede estar formada en una forma en la que la parte de conexión se extiende desde la superficie lateral del bastidor de transferencia de calor, y se forman orificios pasantes de tal manera que se realiza el acoplamiento de perno y tornillo, o puede estar formada como una parte de cavidad y saliente en la que las salientes pueden ajustarse a la fuerza a la superficie superior y a la superficie inferior de cada bastidor de transferencia de calor, pero la presente descripción no se limita a ello.
Además, el segundo miembro 1320 superior de disipación de calor está situado entre el segundo bastidor 1310 superior de transferencia de calor y las múltiples celdas 1331 de batería y transfiere rápidamente el calor generado de los terminales de electrodo negativo (-) de las múltiples celdas 1331 de batería a la parte 1200 de ajuste de temperatura.
Además, las múltiples celdas 1331 de batería son componentes alojados en un bastidor 1332 de fijación de celdas y son iguales a la configuración de las múltiples celdas 1331 de batería dentro de la primera parte del módulo de batería.
Además, el segundo miembro 1340 de disipación de calor inferior está situado debajo de las múltiples celdas 1331 de batería, y se forman orificios pasantes en posiciones que corresponden, cada una, al terminal de electrodo positivo (+) de cada celda de batería.
Aquí, cuando se produce un incendio, los orificios pasantes permiten que las llamas y el gas descargado del interior de las celdas de la batería se descarguen a través de los terminales de los electrodos positivos (+). Además, se permite que el segundo miembro 1340 inferior de disipación de calor esté formado por un material ignífugo e incombustible para que la llama generada a partir de una celda de batería no se propague a otra celda de batería.
Además, el segundo miembro 1320 superior de disipación de calor y el segundo miembro 1340 inferior de disipación de calor están formados en almohadillas planas en forma de placa y dispuestos en las ranuras de montaje del miembro de disipación de calor del bastidor 1332 de fijación de celdas.
Además, el segundo bastidor 1350 de transferencia de calor inferior es un componente que se encuentra debajo del segundo miembro 1340 de disipación de calor inferior para recibir calor del segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior, o transferir el calor generado de las múltiples celdas 1331 de batería al segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior.
Además, un flujo de calor transferido por la parte 1200 de ajuste de temperatura dentro del paquete 1000 de baterías se describirá en detalle con referencia a las Figuras 8 y 9.
La Figura 8 es una vista del flujo de transferencia de calor debido a un miembro de enfriamiento dentro de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo.
La Figura 9 es una vista del flujo de transferencia de calor debido a un miembro de calentamiento dentro de un paquete de baterías según una realización a modo de ejemplo.
En primer lugar, la Figura 8 muestra una ruta de transferencia de disipación de calor a través de la cual el calor generado desde las múltiples celdas 1131, 1331 de batería se descarga parcialmente al exterior mientras se transfiere al miembro de enfriamiento dentro de la parte 1200 de ajuste de temperatura, y la Figura 9 muestra una ruta de transferencia de calor a través de la cual el calor generado desde el miembro de calentamiento se transfiere a la primera parte 1100 del módulo de batería y a la segunda parte 1300 del módulo de batería.
Con referencia a la Figura 8, durante la carga/descarga, se genera una gran cantidad de calor desde cada terminal de electrodos de las celdas 1131 y 1331 de la batería. Este calor se transfiere a los miembros 1120, 1140, 1320 y 1340 de disipación de calor en contacto con cada terminal de electrodos y se transfiere rápidamente a los bastidores 1110, 1150, 1310 y 1350.
Más específicamente, el calor generado desde el electrodo negativo (-) de las múltiples celdas 1131 de batería dentro de la primera parte 1100 del módulo de batería y el electrodo negativo (-) de las múltiples celdas 1331 de batería dentro de la segunda parte 1300 del módulo de batería se transfiere directamente al miembro de enfriamiento, a través del primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior y del segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior.
En general, una cantidad de generación de calor del terminal del electrodo negativo (-) de la celda de la batería es mayor que la del terminal del electrodos positivos (+). Por lo tanto, el terminal de electrodos negativos (-) se dispone en una posición cercana al miembro de enfriamiento y puede enfriarse rápidamente.
Además, el calor generado desde el electrodo positivo (+) de las múltiples celdas 1131 de batería dentro de la primera parte 1100 del módulo de batería se transfiere del primer bastidor 1110 superior de transferencia de calor al primer bastidor 1150 inferior de transferencia de calor y se transfiere al miembro de enfriamiento, y el calor generado desde el electrodo positivo (+) de las múltiples celdas 1331 de batería dentro de la segunda parte 1300 del módulo de batería se transfiere del segundo bastidor 1350 inferior de transferencia de calor al segundo bastidor 1310 superior de transferencia de calor y se transfiere al miembro de enfriamiento.
Además, el calor generado por las múltiples celdas de la batería se descarga parcialmente al exterior a través de la superficie superior y la superficie lateral del primer bastidor 1110 superior de transferencia de calor, las superficies laterales del primer bastidor 1150 inferior de transferencia de calor y del segundo bastidor 1310 superior de transferencia de calor, y la superficie inferior y las superficies laterales del segundo bastidor 1350 inferior de transferencia de calor. Sin embargo, cuando la temperatura de un dispositivo en el que está montado el paquete 1000 de baterías es alta, la cantidad de calor descargado no es mucha.
Por consiguiente, las temperaturas de las celdas de la batería pueden reducirse rápidamente a través del miembro de enfriamiento.
Además, con referencia a la Figura 9, el calor se genera a partir del miembro de calentamiento cuando el paquete de baterías funciona en un estado de baja temperatura, este calor se transfiere en primer lugar a los terminales de electrodos negativos de las celdas de la batería cerca del miembro de calentamiento, y también se transfiere a los terminales de electrodos positivos de las celdas de la batería a través de cada uno de los bastidores de transferencia de calor.
Más concretamente, el calor del miembro de calentamiento se transfiere directamente a la primera parte 1100 del módulo de batería a través del primer bastidor 1150 inferior de transferencia de calor y del segundo bastidor 1310 superior de transferencia de calor.
Además, el calor del miembro de calentamiento se transfiere del primer bastidor 1150 de transferencia de calor inferior al primer bastidor 1110 de transferencia de calor superior, y el calor transferido se transfiere a los electrodos positivos (+) de las múltiples celdas 1131 de batería dentro de la primera parte 1100 del módulo de batería.
Además, el calor del miembro de calentamiento se transfiere del segundo bastidor 1310 de transferencia de calor superior al segundo bastidor 1350 de transferencia de calor inferior, y el calor transferido se transfiere a los electrodos positivos (+) de las múltiples celdas 1331 de batería dentro de la segunda parte 1300 del módulo de batería, por lo cual el calor se puede distribuir uniformemente a cada terminal de electrodos.
Descripción de los símbolos
100: módulo de batería
110: bastidor superior
120: miembro superior de disipación de calor
130: conjunto de celdas de batería
131: bastidor de fijación de celdas
131_1: múltiples ranuras pasantes
131 _2: ranura de montaje del miembro disipador de calor
132: múltiples celdas de batería
140: miembro inferior disipador de calor
150: bastidor inferior
151: parte de acoplamiento del terminal de la celda
160: placa metálica
161: orificio pasante
162: terminal de conexión
1000: paquete de baterías
1100: primera parte del módulo de batería
1110: primer bastidor superior de transferencia de calor
1120: primer miembro superior de disipación de calor
1131: múltiples celdas de batería
1132: bastidor de fijación de celdas
1140: miembro inferior de disipación de calor
1150: primer bastidor inferior de transferencia de calor
1200: parte de ajuste de la temperatura
1300: segunda parte del módulo de la batería
1310: segundo bastidor superior de transferencia de calor
1320: segundo miembro superior de disipación de calor
1331: múltiples celdas de batería
1332: bastidor de fijación de celdas
1340: segundo miembro inferior de disipación de calor
1350: segundo bastidor inferior de transferencia de calor

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un módulo (100) de batería, formado por múltiples celdas de batería, que comprende:
un bastidor (110) superior configurado para transferir el calor generado por las múltiples celdas (132) de la batería;
un miembro (120) superior de disipación de calor situado debajo del bastidor (110) superior;
un conjunto (130) de celdas de la batería que está situado debajo del miembro (120) superior de disipación de calor y en el que las múltiples celdas (132) de la batería, cada una con una estructura en la que un electrodo negativo (-) está situado en una porción superior y un electrodo positivo (+) está situado en una porción inferior, están dispuestas vecinas entre sí;
un miembro (140) de disipación de calor inferior situado debajo del conjunto de celdas de batería y que tiene un orificio pasante en una posición correspondiente a una porción de extremo de un terminal de electrodos positivos de cada celda de batería;
en donde el miembro (120) superior de disipación de calor y el miembro (140) inferior de disipación de calor están configurados en forma de almohadilla formada en silicona;
el miembro (120) superior de disipación de calor está formado en forma de placa plana para cubrir la totalidad de las superficies superiores de las múltiples celdas (132) de batería, y el miembro (140) inferior de disipación de calor tiene orificios pasantes en posiciones correspondientes a porciones de extremo de los electrodos positivos (+) de las múltiples celdas (132) de batería; y
un bastidor (150) inferior provisto de una parte de acoplamiento, que está situado debajo del miembro (140) inferior de disipación de calor y acoplado al bastidor (110) superior, y configurado para recibir calor del bastidor (110) superior o transferir calor al bastidor (110) superior;
en donde el conjunto (130) de celdas de batería comprende además un bastidor (131) de fijación de celdas configurado para fijar las múltiples celdas (132) de batería;
en donde el bastidor (131) de fijación de celdas tiene ranuras (131 _2) de montaje de miembro de disipación de calor formadas en una superficie superior y una superficie inferior del mismo, de modo que el miembro (120) de disipación de calor superior y el miembro (140) de disipación de calor inferior se montan en posiciones fijas; en donde el módulo de batería comprende además placas (160) metálicas configuradas para entrar en contacto con las superficies superior e inferior de las múltiples celdas (130) de batería dentro del conjunto de celdas de batería y conectar eléctricamente los terminales de electrodos positivos y los terminales de electrodos negativos de las múltiples celdas de batería, respectivamente;
en donde las placas (160) metálicas tienen orificios (161) pasantes en posiciones respectivas correspondientes a los terminales de electrodos positivos y a los terminales de electrodos negativos de las múltiples celdas de batería; y
donde la placa (160) metálica está situada entre la porción inferior del miembro (120) de disipación de calor superior y la porción superior de las múltiples celdas (132) de batería y entre la porción inferior de las múltiples celdas (132) de batería y la porción superior del miembro (140) de disipación de calor inferior.
2. Un paquete (1000) de baterías, formado para controlar el calor entre múltiples módulos (100) de batería de la reivindicación 1 formados por múltiples celdas (132) de batería, que comprende:
una primera parte (1100) de módulo de batería formada como una estructura en la que múltiples celdas (132) de batería, en cada una de las cuales un electrodo positivo (+) está situado en un lado superior y un electrodo negativo (-) está situado en un lado inferior, están alojadas en un bastidor de disipación de calor;
una parte (1200) de ajuste de temperatura situada debajo de la primera parte (1100) de módulo de batería y configurada para controlar las temperaturas de las múltiples celdas (132) de batería; y
una segunda parte (1300) de módulo de batería que está situada debajo de la parte (1200) de ajuste de temperatura y en la que múltiples celdas (132) de batería en cada una de las cuales un electrodo negativo (-) está situado en un lado superior y un electrodo positivo (+) está situado en un lado inferior, están alojadas en un bastidor de disipación de calor.
3. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 2, en donde la primera parte (1100) del módulo de batería comprende: un primer bastidor (1110) superior de transferencia de calor configurado para disipar, hacia el exterior, el calor generado por las múltiples celdas (132) de batería;
un primer miembro (1120) superior de disipación de calor situado entre el primer bastidor (1110) superior de transferencia de calor y las múltiples celdas (132) de batería y que tiene orificios pasantes formados cada uno en una posición correspondiente a una porción de extremo del terminal positivo (+) de cada celda de batería; un primer miembro (1140) inferior de disipación de calor situado debajo de las múltiples celdas (132) de batería; y
un primer bastidor (1150) inferior de transferencia de calor situado debajo del primer miembro (1140) inferior de disipación de calor y sobre la parte (1200) de ajuste de temperatura, conectado al primer bastidor (1110) superior de transferencia de calor para transferir calor transferido del primer bastidor (1110) superior de transferencia de calor a la parte (1200) de ajuste de temperatura o para recibir calor de la parte (1200) de ajuste de temperatura.
4. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 2, en donde la segunda parte (1300) del módulo de batería comprende:
un segundo bastidor superior (1310) de transferencia de calor situado debajo de la parte (1200) de ajuste de temperatura para recibir calor de la parte (1200) de ajuste de temperatura o para transferir calor generado de las múltiples celdas (132) de batería a la parte (1200) de ajuste de temperatura;
un segundo miembro (1320) superior de disipación de calor situado entre el segundo bastidor (1310) superior de transferencia de calor y las múltiples celdas (132) de batería;
un segundo miembro (1340) inferior de disipación de calor situado debajo de las múltiples celdas (132) de batería y que tiene orificios pasantes formados, cada uno, en una posición correspondiente a una porción de extremo de un terminal de electrodos positivos (+) de cada celda de batería; y
un segundo bastidor (1350) inferior de transferencia de calor situado debajo del segundo miembro (1340) inferior de disipación de calor y conectado al segundo bastidor (1310) superior de transferencia de calor para recibir calor del segundo bastidor (1310) superior de transferencia de calor o para transferir calor al segundo bastidor (1310) superior de transferencia de calor.
5. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 2, en donde los bastidores de transferencia de calor de la primera parte (1100) del módulo de batería y la segunda parte (1300) del módulo de batería comprenden además ranuras de montaje de la parte de ajuste de temperatura que tienen una profundidad predeterminada y están formadas en superficies de contacto de los bastidores de transferencia de calor que entran en contacto con la parte de ajuste de temperatura, de modo que la parte (1200) de ajuste de temperatura se instala dentro de los bastidores de transferencia de calor.
6. El paquete de baterías de la reivindicación 2, en donde la parte (1200) de ajuste de temperatura está formada como un miembro de enfriamiento, un miembro de calentamiento, o una configuración en la que se combinan un miembro de enfriamiento y un miembro de calentamiento.
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