ES3036810T3 - Battery pack and device including the same - Google Patents

Abstract

Un paquete de baterías según una realización de la presente invención comprende: un marco de paquete en el que se montan una pluralidad de módulos de batería mientras están espaciados entre sí; y un miembro de aislamiento térmico dispuesto entre las superficies inferiores de los módulos de batería y la superficie inferior del marco de paquete, en donde: cada uno de los módulos de batería comprende una pila de celdas de batería que comprende una pluralidad de celdas de batería apiladas juntas, un marco de módulo que aloja la pila de celdas de batería y un disipador de calor dispuesto en la parte inferior del marco del módulo; la parte inferior del marco del módulo forma la placa superior del disipador de calor; y la parte inferior del marco del módulo entra en contacto con un refrigerante que se suministra al disipador de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Paquete de baterías y dispositivo que incluye el mismo

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un paquete de baterías y a un dispositivo que incluye el mismo y, más específicamente, se refiere a un paquete de baterías que minimiza la propagación del calor entre módulos de batería adyacentes y a un dispositivo que incluye el mismo.

Estado de la técnica

Una batería recargable con alta aplicabilidad con facilidad según grupos de productos y características eléctricas como, por ejemplo, alta densidad energética, se aplican universalmente a vehículos eléctricos o a vehículos híbridos accionados por fuentes de accionamiento eléctricas, así como dispositivos portátiles y dispositivos de almacenamiento de energía. Dicha batería recargable está llamando la atención como una nueva fuente de energía por mejorar la compatibilidad con el medio ambiente y la eficiencia energética ya que no genera productos derivados a partir del uso de energía, así como el mérito principal de que reduce radicalmente el uso de combustibles fósiles. Una batería recargable comercialmente disponible en la actualidad incluye una batería de níquel-cadmio, una batería de níquel-hidrógeno, una batería de níquel-zinc, y una batería recargable de litio, y la batería recargable de litio está llamando la atención por sus méritos de carga y descarga libres, una tasa de autodescarga muy baja, y alta densidad energética ya que el efecto memoria apenas ocurre en comparación con la batería recargable basada en níquel.

En general, una batería recargable de litio puede clasificarse en una batería recargable cilíndrica o prismática en la cual un conjunto de electrodos se construye en una lata metálica, y una batería recargable tipo bolsa en la cual un conjunto de electrodos se construye en una bolsa de una hoja laminada de aluminio, dependiendo de la forma del material exterior.

De manera reciente, a medida que aumenta la necesidad de una estructura de batería recargable de gran capacidad, que incluye el uso de baterías recargables como una fuente de almacenamiento de energía, aumenta la demanda de un paquete de baterías con una estructura de módulo mediana a grande en la cual se montan múltiples baterías recargables en serie o se acoplan en módulos de batería en paralelo. En dicho módulo de batería, múltiples celdas de batería se acoplan en serie o en paralelo para formar una pila de celdas de batería y, por consiguiente, mejorar la capacidad y salida. Además, múltiples módulos de batería pueden montarse junto con varios sistemas de control y protección como, por ejemplo, un sistema de gestión de batería (BMS, por sus siglas en inglés) y un sistema de enfriamiento para formar un paquete de baterías.

En particular, el paquete de baterías tiene una estructura en la cual múltiples módulos de batería se combinan y, por consiguiente, en caso de que ocurra una sobretensión, sobrecorriente o sobrecalentamiento en algunos módulos de batería, la seguridad y la eficiencia operativa del paquete de baterías pueden ser problemáticas. En particular, la capacidad del paquete de baterías aumenta gradualmente para mejorar el kilometraje y, como resultado, la energía interna del paquete también aumenta, y es necesario diseñar una estructura para satisfacer los estándares de seguridad reforzada y para garantizar la seguridad del vehículo y del conductor. Para este propósito, en particular, está surgiendo la necesidad de una estructura que pueda evitar la fuga térmica interna con antelación y minimice el daño cuando ocurra.

La FIG. 1 es una vista en sección transversal de un paquete de baterías convencional. La FIG 2 ilustra, de forma esquemática, el área en línea de puntos en la FIG 1.

Con referencia a la FIG 1, en un paquete 10 de baterías convencional, múltiples módulos 11 de batería se montan en una carcasa 40 de paquete, y los múltiples módulos 11 de batería se montan en una placa 20 de enfriamiento posicionada en la carcasa 40 de paquete. De manera más específica, con referencia a la FIG 2, los módulos 11 de batería adyacentes entre sí se montan en la carcasa 40 de paquete, y pueden posicionarse juntos en la placa 20 de enfriamiento fijada a una porción inferior de la carcasa 40 de paquete.

Aquí, con referencia a la FIG. 1 y a la FIG. 2, un fenómeno anormal (CE) como, por ejemplo, sobretensión, sobrecorriente o sobrecalentamiento, puede ocurrir en algunos de los módulos 11 de batería que son adyacentes entre sí. En este caso, en el paquete 10 de baterías convencional, el calor del módulo 11 de batería en el cual ha ocurrido el fenómeno anormal (CE) puede transmitirse a la placa 20 de enfriamiento y, por consiguiente, puede generarse propagación del calor a otro módulo 11 de batería. En particular, en general, la placa 20 de enfriamiento está hecha de aluminio (Al) con alta conductividad térmica para un rendimiento del enfriamiento y, por consiguiente, puede ocurrir la propagación del calor de manera más rápida por la placa 20 de enfriamiento. Debido a esto, existe el problema de que puede ocurrir una fuga térmica incluso para otros módulos 11 de batería en los cuales no ocurre el fenómeno anormal (CE), y existe el problema de que ocurre una fuga térmica en cadena para otros módulos 11 de batería posicionados en la misma placa 40 de enfriamiento.

Por consiguiente, a diferencia del paquete 10 de baterías convencional, es necesario desarrollar un paquete de baterías y un dispositivo que incluya el mismo que eviten que ocurra la fuga térmica evitando que ocurra la propagación del calor entre módulos 11 de batería adyacentes.

Ejemplos de antecedentes de la técnica pueden encontrarse en los documentos CN211700509U, EP3382774B1 y KR102112716B1.

Objeto de la invención

Problema técnico

El problema a resolver por la presente invención se refiere a un paquete de baterías que minimiza la propagación del calor entre módulos de batería adyacentes y a un dispositivo que incluye el mismo.

El problema a resolver por la presente invención no se limita a los problemas descritos más arriba, y problemas no descritos pueden comprenderse claramente por una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la cual pertenece la presente invención a partir de esta memoria descriptiva y de los dibujos anexos.

Solución técnica

Un paquete de baterías de la presente invención incluye: una estructura de paquete en la cual múltiples módulos de batería se montan para estar espaciados entre sí; y un miembro aislante posicionado entre una superficie inferior de cada módulo de batería de los múltiples módulos de batería y una superficie inferior de la estructura de paquete, en donde cada módulo de batería de los múltiples módulos de batería incluye una pila de celdas de batería donde múltiples celdas de batería se apilan, una estructura de módulo que aloja la pila de celdas de batería, y un disipador de calor que se posiciona en una porción inferior de la estructura de módulo, la porción inferior de la estructura de módulo forma una placa superior del disipador de calor, y la porción inferior de la estructura de módulo está en contacto con el refrigerante suministrado en el disipador de calor.

Los miembros aislantes posicionados debajo de cada módulo de batería adyacente entre los múltiples módulos de batería pueden estar espaciados entre sí.

El miembro aislante posicionado debajo de un módulo de batería entre los múltiples módulos de batería y el miembro aislante posicionado debajo de otro módulo de batería pueden estar espaciados entre sí.

El miembro aislante puede extenderse a lo largo de una superficie inferior del módulo de batería.

El miembro aislante puede tener un tamaño diferente de la superficie inferior del módulo de batería, pero puede tener un tamaño mayor que la superficie inferior del módulo de batería.

El miembro aislante puede tener el mismo tamaño que la superficie inferior del módulo de batería.

El miembro aislante puede tener un tamaño diferente del tamaño del disipador de calor, pero puede tener un tamaño mayor que el disipador de calor.

El miembro aislante y el disipador de calor pueden tener el mismo tamaño.

El miembro aislante puede estar formado por una espuma de polipropileno expandido (EPP, por sus siglas en inglés).

El disipador de calor puede acoplarse con la porción inferior de la estructura de módulo, e incluye una placa inferior donde se forma una porción de cavidad, y un refrigerante puede fluir entre la porción de cavidad y la porción inferior de la estructura de módulo.

Un patrón sobresaliente puede formarse en la porción de cavidad.

Un dispositivo según otra realización de la presente invención incluye el paquete de baterías descrito más arriba.Efectos ventajosos

Según las realizaciones, el módulo de batería de la realización de la presente invención incluye el disipador de calor que se posiciona en la porción inferior de la estructura de módulo, y el miembro aislante se posiciona entre la superficie inferior del módulo de batería y la superficie inferior de la estructura de paquete de modo tal que la propagación de calor entre módulos de batería adyacentes puede minimizarse.

El efecto de la presente invención no se limita a los efectos descritos más arriba, y los efectos no descritos pueden comprenderse claramente por una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la cual pertenece la presente invención a partir de esta memoria descriptiva y de los dibujos anexos.

Descripción de las figuras

La FIG 1 es una vista en sección transversal de un paquete de baterías convencional.

La FIG 2 ilustra, de manera esquemática, el área en línea de puntos en la FIG. 1.

La FIG. 3 es una vista en perspectiva del despiece de un paquete de baterías según una realización de la presente invención.

La FIG. 4 es una vista superior del paquete de baterías de la FIG. 3.

La FIG. 5 es una vista en perspectiva de un módulo de batería incluido en el paquete de baterías de la FIG.3. La FIG. 6 es una vista en perspectiva del despiece del módulo de batería de la FIG. 5.

La FIG. 7 es una vista en perspectiva de la superficie inferior del módulo de batería de la FIG. 5.

La FIG. 8 muestra, de manera esquemática, una sección transversal de la FIG. 4, tomada a lo largo del eje A-A'.Descripción detallada de la invención

En lo sucesivo, con referencia a los dibujos anexos, se describirán en detalle varias realizaciones de la presente invención de modo tal que una persona con experiencia ordinaria en la técnica pueda ponerla en práctica fácilmente en el campo técnico al cual pertenece la presente invención. La presente invención puede implementarse mediante varias formas diferentes y no está limitada a las realizaciones descritas en la presente memoria.

Los dibujos y la descripción se considerarán de naturaleza ilustrativa y no restrictiva. Los numerales de referencia iguales designan elementos iguales a lo largo de la memoria descriptiva.

En los dibujos, el tamaño y espesor de cada elemento se ilustran de forma arbitraria en aras de la conveniencia de la descripción, y la presente invención no se encuentra necesariamente limitada a la ilustración en los dibujos. En los dibujos, el espesor de capas, películas, paneles, regiones, etc., se exagera en aras de la claridad. Además, en los dibujos, en aras de la explicación, el espesor de algunas capas y regiones se muestra exagerado.

Además, a menos que se describa explícitamente lo contrario, se comprenderá que la palabra “comprender” y variaciones como, por ejemplo, “comprende” o “que comprende”, implican la inclusión de elementos establecidos pero no la exclusión de cualquier otro elemento.

Además, a lo largo de la memoria descriptiva, la frase “en un plano” significa la visión de una porción objetivo desde la parte superior, y la frase “en una sección transversal” significa la visión de una sección transversal formada cortando verticalmente una porción objetivo desde el lado.

A continuación, se describirá un paquete de baterías según una realización de la presente invención.

La FIG 3 es una vista en perspectiva del despiece de un paquete de baterías según una realización de la presente invención. La FIG. 4 es una vista superior del paquete de baterías de la FIG 3.

Un paquete de baterías según una realización de la presente invención incluye: una estructura de paquete en la cual múltiples módulos de batería se montan para estar espaciados entre sí; y un miembro aislante posicionado entre una superficie inferior del módulo de batería y una superficie inferior de la estructura de paquete.

Una estructura 410 de paquete puede ser una carcasa inferior en la cual se montan múltiples módulos 100 de batería, y puede incluir además una cubierta superior (no se muestra) acoplada a la estructura 410 de paquete para cubrir una porción superior del módulo 100 de batería. Sin embargo, en lo sucesivo, la cubierta superior (no se muestra) se omite en aras de la explicación, pero el paquete 100 de baterías de la presente realización puede describirse suponiendo que una cubierta superior generalmente usada (no se muestra) se acopla junto con el mismo.

La estructura 410 de paquete puede formarse incluyendo una superficie inferior sobre la cual se disponen los múltiples módulos 100 de batería, y una pared lateral que se extiende hacia arriba desde un borde de la superficie inferior. Una cubierta superior (no se muestra que cubre la porción superior del módulo 100 de batería se acopla a la estructura 410 de paquete para proteger el campo eléctrico interno. En este caso, varios sistemas de control y protección como, por ejemplo, un sistema de gestión de batería (BMS) y un sistema de enfriamiento, pueden montarse dentro de la estructura 410 de paquete junto con el módulo 100 de batería.

Por ejemplo, la estructura 410 de paquete puede estar hecha de un material de acero o aluminio. Más preferiblemente, la estructura 410 de paquete está hecha de un material de acero que tiene conductividad térmica relativamente baja en comparación con un material de aluminio y, por consiguiente, puede reducirse el nivel de transferencia de energía térmica entre módulos 100 de batería adyacentes a través de la estructura 410 de paquete. Sin embargo, la presente invención no se encuentra limitada a ello, y cualquier material que tenga suficiente rigidez es aplicable a la estructura 410 de paquete.

El miembro 250 aislante puede posicionarse debajo del módulo 100 de batería. De manera más específica, en los múltiples módulos 100 de batería, el miembro 250 aislante puede posicionarse debajo de cada módulo 100 de batería. Es decir, en el paquete 1000 de baterías según la presente realización, el miembro 250 aislante puede disponerse debajo de cada uno de los módulos 100 de batería montados en la estructura 410 de paquete. Es decir, cada módulo 100 de batería puede disponerse de manera individual o independiente en el miembro 250 aislante. Además, los miembros 250 aislantes posicionados respectivamente debajo de los módulos 100 de batería adyacentes entre los múltiples módulos 100 de batería pueden estar espaciados entre sí. En otras palabras, el miembro 250 aislante dispuesto debajo de un módulo 100 de batería puede estar espaciado del miembro 250 aislante dispuesto debajo del otro módulo 100 de batería adyacente.

Por consiguiente, a diferencia del paquete 10 de baterías convencional (es preciso remitirse a la FIG. 1), un módulo 100 de batería se posiciona en cada uno de los miembros 250 aislantes que están espaciados entre sí y, por consiguiente, aunque el calor debido a un fenómeno anormal (CE) como, por ejemplo, sobretensión, sobrecorriente, sobrecalentamiento, y similares del miembro 250 aislante se transfiere al miembro 250 aislante, el calor transferido al miembro 250 aislante puede no transferirse directamente a otros módulos 100 de batería adyacentes.

El miembro 250 aislante puede posicionarse entre la superficie inferior del módulo 100 de batería y la superficie inferior de la estructura 410 de paquete. En otras palabras, en la presente realización, puede tener una estructura en la cual la estructura 410 de paquete, el miembro 250 aislante y el módulo 100 de batería se apilan en ese orden. El miembro 250 aislante puede extenderse a lo largo de la superficie inferior del módulo 100 de batería. De manera más específica, el miembro 250 aislante puede extenderse a lo largo de la superficie inferior del disipador 200 de calor (es preciso remitirse a la FIG 6).

A modo de ejemplo, el miembro 250 aislante puede tener un tamaño diferente del de la superficie inferior del módulo 100 de batería, pero puede tener un tamaño mayor que el de la superficie inferior del módulo 100 de batería. A modo de otro ejemplo, el miembro 250 aislante puede tener el mismo tamaño que la superficie inferior del módulo 100 de batería.

A modo de ejemplo, el miembro 250 aislante puede tener un tamaño diferente del tamaño del disipador (200, FIG. 6) de calor posicionado sobre la superficie inferior del módulo 100 de batería, pero puede tener un tamaño mayor que el tamaño del disipador 200 de calor (es preciso remitirse a la FIG 6). A modo de otro ejemplo, el miembro 250 aislante puede tener el mismo tamaño que el disipador 200 de calor (es preciso remitirse a la FIG 6).

Por consiguiente, la superficie inferior del módulo 100 de batería, es decir, el área de contacto del miembro 250 aislante para el disipador 200 de calor (FIG. 6) se asegura de manera suficiente, y el calor transferido del disipador 200 de calor (FIG 6) a la estructura 410 de paquete puede bloquearse efectivamente.

Por ejemplo, el miembro 250 aislante puede estar hecho de un material de espuma como, por ejemplo, espuma de polipropileno expandido (EPP). Sin embargo, el miembro 250 aislante no se encuentra limitado a ello, y puede ser cualquier material siempre que tenga excelentes propiedades de aislamiento térmico.

Por consiguiente, con la configuración anterior, el miembro 250 aislante puede evitar que la superficie inferior del módulo 100 de batería, es decir, el disipador 200 de calor (es preciso ver la FIG. 6) y la estructura 410 de paquete, contacten directamente entre sí. Es decir, es posible evitar que el calor transferido desde el módulo 100 de batería se transfiera directamente a la estructura 410 de paquete, y es posible evitar que el calor generado fuera de la estructura 410 de paquete se transfiera al módulo 100 de batería.

La FIG. 5 es una vista en perspectiva de un módulo de batería incluido en el paquete de baterías de la FIG. 3. La FIG. 6 es una vista en perspectiva del despiece del módulo de batería de la FIG. 5. La FIG. 7 es una vista en perspectiva de la superficie inferior del módulo de batería de la FIG. 5.

Con referencia a la FIG. 5 y a la FIG. 6, los múltiples módulos 100 de batería del paquete 100 de baterías según la presente realización incluyen una pila 112 de celdas de batería donde múltiples celdas 111 de batería se apilan, una estructura 114 de módulo que recibe la pila 112 de celdas de batería, y un disipador 200 de calor posicionado en la porción inferior de la estructura 114 de módulo.

La celda 111 de batería es preferiblemente una celda de batería tipo bolsa. Por ejemplo, la celda 111 de batería puede fabricarse alojando un conjunto de electrodos en una caja de bolsa de una hoja laminada que incluye una capa de resina y una capa interior, y luego sellando mediante calor una porción de sellado de la caja de bolsa. La celda 111 de batería puede formarse en una estructura tipo hoja rectangular. Dicha celda 111 de batería puede proveerse en plural, y múltiples celdas 111 de batería se apilan para conectarse eléctricamente entre sí para formar la pila 112 de celdas de batería.

La estructura 114 de módulo puede incluir una cubierta 115 superior y una estructura 116 en forma de U. Aquí, la estructura 116 en forma de U puede incluir una porción inferior y dos porciones laterales que se extienden hacia arriba desde ambos extremos de la porción inferior. En este caso, la porción inferior puede cubrir la superficie inferior de la pila 112 de celdas de batería, y la porción lateral puede cubrir la superficie lateral de la pila 112 de celdas de batería. La cubierta 115 superior y la estructura 116 en forma de U pueden unirse mediante soldadura o similar en un estado en el cual porciones de borde correspondientes están en contacto entre sí para formar una estructura que cubre los lados superior, inferior, izquierdo y derecho de la pila 112 de celdas de batería. Por ello, la cubierta 115 superior y la estructura 116 en forma de U pueden estar hechas de un material metálico que tenga una resistencia predeterminada. Sin embargo, la estructura 114 de módulo no se limita a ello, y puede ser una monoestructura en la forma de una placa metálica en la cual se integran superficies superior e inferior y ambos lados.

La placa 120 de extremo puede posicionarse en un primer lado abierto (dirección del eje x) y un segundo lado (la dirección opuesta del eje x) de la estructura 114 de módulo para cubrir las superficies frontal y posterior de la pila 112 de celdas de batería. Por consiguiente, la placa 120 de extremo puede proteger físicamente la pila 112 de celdas de batería y otro equipo eléctrico de impactos externos.

Mientras tanto, aunque no se ilustra de manera específica, una estructura de barra colectora sobre la cual se monta una barra colectora y una cubierta aislante para el aislamiento eléctrico pueden posicionarse entre la pila 112 de celdas de batería y la placa 120 de extremo.

Con referencia a la FIG. 5 a la FIG. 7, la estructura 114 de módulo según la presente realización puede incluir una porción 116a sobresaliente de estructura de módulo que se forma al extenderse desde una porción inferior de la estructura 114 de módulo, es decir, una porción inferior de la estructura 116 en forma de U, para pasar a través de la placa 120 de extremo. En este caso, un refrigerante que entra y se descarga por un puerto 150 de enfriamiento conectado a una superficie superior de la porción 116a sobresaliente de estructura de módulo puede suministrarse a y descargarse del disipador 200 de calor a través de la porción 116a sobresaliente de estructura de módulo.

De manera específica, el puerto 150 de enfriamiento según la presente realización incluye un puerto de inyección de refrigerante para suministrar refrigerante al disipador 200 de calor y un puerto de descarga de refrigerante para descargar el refrigerante del disipador 200 de calor. La porción 116a sobresaliente de estructura de módulo puede incluir una primera porción sobresaliente de estructura de módulo y una segunda porción sobresaliente de estructura de módulo posicionadas para estar espaciadas entre sí en un lado de la estructura 114 de módulo, y el puerto de inyección de refrigerante puede disponerse en la primera porción sobresaliente de estructura de módulo y el puerto de descarga de refrigerante puede disponerse en la segunda porción sobresaliente de estructura de módulo.

A continuación, con referencia a la FIG. 5 a la FIG. 7, el disipador de calor según la presente realización se describirá en detalle.

Una porción inferior de la estructura 114 de módulo puede formar una placa superior del disipador 200 de calor, y la porción inferior de la estructura 114 de módulo puede contactar el refrigerante suministrado en el disipador 200 de calor.

El disipador 200 de calor puede posicionarse debajo de la estructura 114 de módulo. De manera más específica, el disipador 200 de calor puede incluir una placa 210 inferior que forma el esqueleto del disipador 200 de calor y se acopla directamente a la porción inferior de la estructura 114 de módulo mediante soldadura y similar, y una porción 240 de cavidad con una trayectoria a través de la cual fluye el refrigerante.

El disipador 200 de calor puede incluir una porción 200P sobresaliente de disipador de calor que sobresale de un lado del disipador 200 de calor a una porción donde se posiciona la porción 116a sobresaliente de estructura de módulo. Aquí, la porción 200P sobresaliente de disipador de calor y la porción 116a sobresaliente de estructura de módulo pueden acoplarse directamente entre sí por un método como, por ejemplo, soldadura.

La porción 240 de cavidad del disipador 200 de calor corresponde a una porción en la cual la placa 210 inferior está empotrada hacia abajo. Una sección transversal de la porción 240 de cavidad, cortada verticalmente en el plano x-z en base a una dirección en la cual se extiende la trayectoria de flujo de refrigerante puede ser un tubo en forma de U, y la porción inferior de la estructura 114 de módulo puede posicionarse en un lado superior abierto del tubo en forma de U. Dado que el disipador 200 de calor está en contacto con la porción inferior de la estructura 114 de módulo, un espacio entre la porción 240 de cavidad y la porción inferior de la estructura 114 de módulo se convierte en una región a través de la cual fluye el refrigerante, es decir, una trayectoria de flujo para el refrigerante. Por consiguiente, la porción inferior de la estructura 114 de módulo puede estar en contacto directo con el refrigerante. Aunque no hay limitación particular alguna sobre el método de fabricación de la porción 240 de cavidad del disipador 200 de calor, la porción 240 de cavidad en forma de U con un lado superior abierto puede formarse proporcionando una estructura en la cual se forma una depresión con respecto al disipador 200 de calor en forma de placa.

Dicha porción 240 de cavidad puede continuarse de una de las porciones 200P sobresalientes de disipador de calor a otra. El refrigerante suministrado a través del puerto de inyección de refrigerante del puerto 150 de enfriamiento pasa entre la porción 116a sobresaliente de estructura de módulo y la porción 200P sobresaliente de disipador de calor y luego fluye hacia el espacio entre la porción 240 de cavidad y la porción inferior de la estructura 114 de módulo. De allí en adelante, el refrigerante se mueve a lo largo de la porción 240 de cavidad, pasa entre la otra porción 116a sobresaliente de estructura de módulo y la porción 200P sobresaliente de disipador de calor, y se descarga a través del puerto de descarga de refrigerante de los puertos 150 de enfriamiento.

Además, la porción inferior de la estructura 114 de módulo puede unirse mediante soldadura a una porción de la placa 210 inferior, en la cual no se forma la porción 240 de cavidad del disipador 200 de calor. A través de la estructura de enfriamiento integrada de la porción inferior de la estructura 114 de módulo y el disipador 200 de calor, la presente realización no solo mejora el rendimiento del enfriamiento descrito más arriba, sino que también soporta la carga de la pila 112 de celdas de batería alojada en la estructura 114 de modulo y refuerza la rigidez del módulo 100 de batería. Además, la placa 210 inferior y la porción inferior de la estructura 114 de módulo se sellan a través de soldadura y similar y, por consiguiente, el refrigerante puede fluir sin fugas en la porción 240 de cavidad formada dentro de la placa 210 inferior.

Para un enfriamiento efectivo, como se muestra en la FIG. 6 y la FIG. 7, es preferible que la porción 240 de cavidad se forme en toda el área correspondiente a la porción inferior de la estructura 114 de módulo. Con tal fin, la porción 240 de cavidad puede doblarse al menos una vez y luego continuarse de un lado al otro. En particular, la porción 240 de cavidad se dobla preferiblemente varias veces con el fin de formar la porción 240 de cavidad en toda el área correspondiente a la porción inferior de la estructura 114 de módulo. A medida que el refrigerante se mueve del punto inicial al punto final de la trayectoria de flujo de refrigerante formada en toda el área correspondiente a la porción inferior de la estructura 114 de módulo, se puede lograr el enfriamiento eficiente de toda el área de la pila 112 de celdas de batería. Por otro lado, el refrigerante es un medio para el enfriamiento, y no hay limitación particular alguna, pero puede ser agua de enfriamiento.

Mientras tanto, con referencia otra vez a la FIG 5 y a la FIG. 6, un patrón 240D sobresaliente puede formarse en la porción 240 de cavidad del disipador 200 de calor según la presente realización.

En el caso de un módulo de batería de área grande en el cual el número de celdas de batería apiladas aumenta significativamente en comparación con la técnica anterior como, por ejemplo, la pila 112 de celdas de batería según la presente realización, la trayectoria de flujo de refrigerante puede formarse más ancha y, por consiguiente, la desviación de temperatura puede ser más seria. En particular, en comparación con el caso en el cual aproximadamente 12 a 14 celdas de batería se apilan en un módulo de batería, el caso en el cual aproximadamente 32 a 48 celdas de batería se apilan en un módulo de batería se incluye en un módulo de batería de área grande. En dicho caso, el patrón 240D sobresaliente según la presente realización tiene el efecto de reducir sustancialmente el ancho de la trayectoria de enfriamiento, minimizando de este modo la caída de la presión y reduciendo simultáneamente la desviación de la temperatura entre anchos de la trayectoria de refrigerante. Por lo tanto, es posible implementar un efecto de enfriamiento uniforme.

En el paquete de baterías convencional que se muestra en la FIG. 1 y la FIG. 2, módulos 11 de batería adyacentes entre sí se montan en la carcasa 40 de paquete y se posicionan juntos en la placa 20 de enfriamiento fijada a la porción inferior de la carcasa 40 de paquete y, por consiguiente, el calor generado por algunos módulos 11 de batería se transfiere a la placa 20 de enfriamiento. Por consiguiente, existe el riesgo de propagación del calor de modo tal que el calor generado por la fuga térmica en algunos módulos 11 de batería se transfiera a los otros módulos 11 de batería a través de la placa 20 de enfriamiento.

Por otro lado, en el paquete 1000 de baterías según la presente realización, cada módulo 100 de batería implementa una estructura integrada de enfriamiento de la estructura 114 de módulo y el disipador 200 de calor y, por consiguiente, puede evitarse que el calor transferido al disipador 200 de calor en algunos módulos 100 de batería se transmita a un disipador 200 de calor de otro módulo 100 de batería. Por consiguiente, aunque parte del calor causado por fenómenos anormales (CE) como, por ejemplo, sobretensión, sobrecorriente o sobrecalentamiento, generado en algunos módulos 100 de batería se transmite al disipador 200 de calor, puede evitarse el riesgo de propagación del calor al módulo 100 de batería adyacente.

Además, el módulo 100 de batería que tiene la estructura de enfriamiento integrada descrita más arriba se enfría individualmente y, por consiguiente, la eficiencia del enfriamiento de cada módulo 100 de batería puede aumentarse aún más. Además, a través de la estructura en la cual el disipador 200 de calor se integra con la porción inferior de la estructura 114 de módulo, la tasa de utilización del espacio en el módulo 100 de batería y el paquete 1000 de baterías en el cual se monta el módulo 100 de batería puede mejorarse aún más. Además, la altura del módulo 100 de batería se reduce eliminando la estructura de enfriamiento innecesaria y, por consiguiente, es posible reducir los costes y aumentar la utilidad espacial. Además, dado que el módulo 100 de batería puede disponerse de manera compacta, puede aumentarse la capacidad o salida del paquete 1000 de baterías que incluye múltiples módulos 100 de batería.

Con referencia a la FIG. 3 y a la FIG. 4, según otra realización de la presente invención, una puerta 121 de ventilación que puede comunicarse con el interior del módulo 100 de batería y disipar la llama o el calor generados dentro se incluye en cualquiera de los lados de la placa 120 de extremo posicionada en las superficies frontal y posterior de la pila 112 de celdas de batería. En el paquete 1000 de baterías, la puerta 121 de ventilación se dispone para mirar al exterior del paquete 1000 de baterías y, preferiblemente, como se muestra en la FIG. 1, puede disponerse para mirar fuera hacia ambos extremos de la primera dirección (dirección del eje x) en el paquete 1000 de baterías.

Además, puede incluir una estructura 300 de inducción de ventilación dispuesta a lo largo de los bordes de múltiples módulos 100 de batería. De manera más específica, múltiples módulos 100 de batería y la estructura 300 de inducción de ventilación pueden montarse en la estructura 410 de paquete.

Por ejemplo, al menos una porción 500 de ruptura se forma en una pared lateral de la estructura 410 de paquete y, por consiguiente, el calor o las llamas generadas allí dentro pueden descargarse al exterior. En la presente realización, aunque las dos porciones 500 de ruptura se forman en solo un lado de un par de vigas 320 horizontales, no se limita a ello y la porción 500 de ruptura también se provee en la otra viga 320 horizontal o puede proveerse en la viga 310 vertical, y la posición y el número de las porciones 500 de ruptura pueden seleccionarse de manera adecuada según sea necesario.

Además, la estructura 300 de inducción de ventilación puede disponerse a lo largo de los bordes completos de los múltiples módulos 100 de batería. La estructura 300 de inducción de ventilación se forma en la forma de un tubo a lo largo de cada lado del paquete 1000 de baterías, y un par de vigas 310 verticales y un par de vigas 320 horizontales se extienden a lo largo de la primera dirección (dirección del eje x) y la segunda dirección (dirección del eje y), respectivamente, y pueden formarse para poder comunicarse como un todo.

Con la configuración anterior, se forma un paso para comunicarse con el conjunto dentro de la estructura 300 de inducción de ventilación de forma cuadrada formada por la viga 310 vertical y la viga 320 horizontal. El paso se comunica con la puerta 121 de ventilación y la porción 500 de ruptura del módulo 100 de batería y, por consiguiente, cuando ocurre una fuga térmica desde el módulo 100 de batería, el calor y las llamas son inducidos al exterior, minimizando así la influencia en el módulo de batería circundante. En este caso, la llama contenida en el gas de ventilación de alta presión generado se quema mientras pasa a través del paso dentro de la estructura 300 de inducción de ventilación y puede descargarse al exterior en un estado más seguro. Además, esta estructura 300 de inducción de ventilación sirve como una estructura de soporte para soportar, de manera estable, el módulo 100 de batería, no durante la fuga térmica, para mejorar la estabilidad del paquete 1000 de baterías.

En lo sucesivo, se describirá en detalle una trayectoria de propagación del calor cuando ocurren problemas como, por ejemplo, sobretensión, sobrecorriente o sobrecalentamiento, en algunos módulos de batería en el paquete de baterías.

La FIG. 8 muestra, de forma esquemática, una sección transversal de la FIG. 4, tomada a lo largo del eje A-A'.

Con referencia a la FIG. 4 y a la FIG. 8, en el paquete 1000 de baterías de la presente realización, un evento de celda CE, por sus siglas en inglés, puede ocurrir en algunos módulos 100 de batería. Aquí, el evento de celda CE puede significar que un fenómeno anormal como, por ejemplo, sobretensión, sobrecorriente o sobrecalentamiento, ocurre en el módulo 100 de batería y, por consiguiente, el módulo 100 de batería genera una temperatura alta y gas. Aquí, el calor generado en el módulo 100 de batería en el cual ha ocurrido el evento de celda CE puede transmitirse a través de una trayectoria de movimiento de energía térmica que pasa a través del disipador 200 de calor y del miembro 250 aislante incluidos en el módulo 100 de batería.

De manera más específica, el calor generado en el módulo 100 de batería en el cual ha ocurrido el evento de celda CE puede transferirse primero al disipador 200 de calor. Como se describe más arriba, debido a la estructura de enfriamiento integrada de la porción inferior de la estructura 114 de módulo y el disipador 200 de calor, cada módulo 100 de batería incluye un disipador 200 de calor individualmente y, por consiguiente, el calor transmitido de la pila 112 de celdas de batería al disipador 200 de calor no se transmite a otro módulo 100 de batería adyacente.

Por consiguiente, según la presente realización, debido a la estructura de enfriamiento integrada del módulo 100 de batería, aunque el evento de celda CE ocurra en algunos módulos 100 de batería entre múltiples módulos 100 de batería, puede evitarse la propagación del calor al módulo 100 de batería adyacente.

Además, parte del calor transmitido al disipador 200 de calor del módulo 100 de batería puede transmitirse al miembro 250 aislante. Aquí, el miembro 250 aislante puede bloquear parte del calor transmitido desde el disipador 200 de calor del módulo 100 de batería mientras evita que el calor generado desde el módulo 100 de batería se transmita directamente a la estructura 410 de paquete. Es decir, aunque el evento de celda CE ocurra en algunos módulos 100 de batería entre múltiples módulos 100 de batería y se genere relativamente mucha energía térmica, la energía térmica transmitida a la estructura 410 de paquete a través del miembro 250 aislante se minimiza, y también se puede minimizar el aumento de temperatura del módulo 100 de batería adyacente.

Además, como se describe más arriba, dado que los miembros 250 aislantes están separados individualmente entre sí en la porción inferior del módulo 100 de batería, el calor transmitido al miembro 250 aislante del módulo de batería en el cual ha ocurrido el evento de celda CE no se transmite directamente a otro módulo 100 de batería. De manera más específica, parte del calor transmitido al miembro 250 aislante del módulo 100 de batería en el cual ha ocurrido el evento de celda CE puede transmitirse a la estructura 410 de paquete, y parte del calor transmitido a la estructura 410 de paquete puede transmitirse a un miembro 250 aislante de otro módulo 100 de batería adyacente.

Por consiguiente, aunque parte del calor generado en el módulo 100 de batería en el cual ha ocurrido el evento de celda CE se transmita al otro módulo 100 de batería adyacente, el calor transmitido desde la estructura 410 de paquete puede bloquearse de manera efectiva por el miembro 250 aislante de otro módulo 100 de batería adyacente.

Por consiguiente, en la presente realización que tiene la trayectoria de propagación de calor anterior, aunque ocurra un evento de celda CE en algunos módulos 100 de batería entre múltiples módulos 100 de batería, es posible evitar, de manera efectiva, la propagación del calor a otros módulos 100 de batería adyacentes, evitando así una serie de fenómenos de fuga térmica.

El paquete de baterías descrito anteriormente puede aplicarse a varios dispositivos. Dicho dispositivo puede aplicarse a medios de transporte como, por ejemplo, una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico, o un vehículo híbrido, y similares, pero la presente invención no se encuentra limitada a ello, y es aplicable a varios dispositivos que puedan usar un paquete de baterías, y esto también puede incluirse dentro del alcance de la presente invención. Aunque las realizaciones preferidas de la presente invención se han descrito en detalle más arriba, el rango correcto de la presente invención no está limitado a ello, y el alcance de protección se define únicamente por las reivindicaciones anexas.

Descripción de símbolos

100: módulo de batería

200: disipador de calor

250: miembro aislante

300: estructura de inducción de ventilación

410: estructura de paquete

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un paquete (1000) de baterías que comprende:

una estructura (410) de paquete en la cual múltiples módulos (100) de batería se montan para estar espaciados entre sí; y

un miembro (250) aislante posicionado entre una superficie inferior de cada módulo (100) de batería de los múltiples módulos (100) de batería y una superficie inferior de la estructura (410) de paquete,

en donde cada módulo (100) de batería de los múltiples módulos (100) de batería comprende una pila (112) de celdas de batería donde múltiples celdas (111) de batería se apilan, una estructura (114) de módulo que aloja la pila (112) de celdas de batería, y un disipador (200) de calor que se posiciona en una porción inferior de la estructura (114) de módulo,

la porción inferior de la estructura (114) de módulo forma una placa superior del disipador (200) de calor, y la porción inferior de la estructura (114) de módulo está en contacto con el refrigerante suministrado en el disipador (200) de calor.

2. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 1, en donde

los miembros (250) aislantes posicionados debajo de cada módulo (100) de batería adyacente entre los múltiples módulos de batería están espaciados entre sí.

3. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 2, en donde

el miembro (250) aislante posicionado debajo de un módulo (100) de batería entre los múltiples módulos (100) de batería y el miembro (250) aislante posicionado debajo de otro módulo (100) de batería están espaciados entre sí.

4. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 3, en donde

el miembro (250) aislante se extiende a lo largo de una superficie inferior del módulo (100) de batería.

5. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 4, en donde

el miembro (250) aislante tiene un tamaño diferente del de la superficie inferior del módulo (100) de batería, pero tiene un tamaño mayor que el de la superficie inferior del módulo (100) de batería.

6. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 4, en donde

el miembro (250) aislante tiene el mismo tamaño que el de la superficie inferior del módulo (100) de batería.

7. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 4, en donde

el miembro (250) aislante tiene un tamaño diferente del tamaño del disipador (200) de calor, pero tiene un tamaño mayor que el tamaño del disipador (200) de calor.

8. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 4, en donde

el miembro (250) aislante y el disipador (200) de calor tienen el mismo tamaño.

9. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 1, en donde

el miembro (250) aislante está hecho de una espuma de polipropileno expandido (EPP).

10. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 1, en donde

el disipador (200) de calor se acopla con la porción inferior de la estructura (114) de módulo, e incluye una placa (210) inferior donde se forma una porción (240) de cavidad, y

un refrigerante fluye entre la porción (240) de cavidad y la porción inferior de la estructura (114) de módulo.

11. El paquete (1000) de baterías de la reivindicación 10, en donde

un patrón (240D) sobresaliente se forma en la porción (240) de cavidad.

12. Un dispositivo que comprende el paquete (1000) de baterías de la reivindicación 1.