ES3055894T3 - Battery module and battery pack including same - Google Patents

Abstract

Un módulo de batería, según una realización de la presente invención, comprende: una pila de celdas de batería en la que se apilan varias celdas; un marco modular que encierra la pila de celdas y presenta una abertura en su parte inferior; y una capa superior de resina térmica situada entre la superficie superior de la pila de celdas de batería y el marco modular. La pila de celdas de batería queda expuesta hacia abajo a través de la abertura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

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

[0003] Campo técnico

[0004] Citación cruzada a solicitud o solicitudes relacionadas

[0005] La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0133533, presentada el 15 de octubre de 2020 en la Oficina de propiedad intelectual de Corea.

[0006] La presente exposición se refiere a un módulo de batería y a un paquete de baterías que incluye el mismo, y más particularmente, a un módulo de batería que presenta un rendimiento de enfriamiento mejorado y un paquete de batería que incluye el mismo.

[0007] Antecedentes

[0008] En la sociedad moderna, dispositivos portátiles tales como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, videocámaras y cámaras digitales se utilizan diariamente, por lo que se ha acelerado el desarrollo de tecnologías en los campos relacionados con los dispositivos móviles mencionados anteriormente. Además, las baterías secundarias recargables/descargables se utilizan como fuente de energía para un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV), un vehículo eléctrico híbrido enchufable (P-HEV) y similares, en un intento de resolver el problema de la contaminación del aire y similares causados por los vehículos de gasolina actuales que utilizan combustibles fósiles (todas las siglas son en inglés). Por lo tanto, existe una creciente necesidad de desarrollar baterías secundarias. Actualmente, entre las baterías secundarias actualmente comercializadas se incluyen la batería de níquel-cadmio, la batería de níquel-hidrógeno, la batería de níquel-zinc, la batería secundaria de litio, y similares. Entre ellos, la batería secundaria de litio ha cobrado protagonismo porque presenta ventajas, por ejemplo, prácticamente no muestra efectos de memoria en comparación con las baterías secundarias basadas en níquel, lo que permite cargarla y descargarla libremente, y presenta una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad de energía.

[0009] Este tipo de batería secundaria de litio utiliza principalmente un óxido basado en litio y un material carbonoso como material activo del electrodo positivo y un material activo del electrodo negativo, respectivamente. La batería secundaria de litio incluye un conjunto de electrodos en el que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo, cada una recubierta con el material activo del electrodo positivo y el material activo del electrodo negativo, están dispuestas con un separador interpuesto entre ellas, y una carcasa de batería que sella y aloja el conjunto de electrodos junto con una solución electrolítica.

[0010] Generalmente, la batería secundaria de litio puede clasificarse según la forma del material exterior en una batería secundaria de tipo contenedor metálico, en la que el conjunto de electrodos está montado en un contenedor metálico, y una batería secundaria de tipo bolsa en la que el conjunto de electrodos está montado en una bolsa de lámina de aluminio laminado.

[0011] En el caso de una batería secundaria utilizada para dispositivos de tamaño pequeño, se disponen de dos a tres celdas de batería, pero en el caso de una batería secundaria utilizada para un dispositivo de tamaño mediano o grande, tal como un automóvil, se utiliza un módulo de batería en el que un gran número de celdas de batería están conectadas eléctricamente. En un módulo de batería de este tipo, un gran número de celdas de batería están conectadas entre sí en serie o en paralelo formando una pila de celdas, mejorando de esta manera la capacidad y la potencia. Además, se pueden montar uno o más módulos de batería junto con diversos sistemas de control y protección, tales como el sistema de gestión de batería (BMS, por sus siglas en inglés) y un sistema de refrigeración, formando un paquete de baterías.

[0012] Cuando la temperatura de la batería secundaria supera una temperatura adecuada, el rendimiento de la batería secundaria puede deteriorarse y, en el peor de los casos, también existe el riesgo de una explosión o incendio. En particular, un gran número de baterías secundarias, es decir, un módulo de batería o un paquete de baterías que presenta celdas de batería, puede acumular el calor generado por el gran número de celdas de batería en un espacio reducido, de modo que la temperatura puede incrementarse más rápidamente y de manera excesiva. En otras palabras, un módulo de batería en el que están apiladas un gran número de celdas de batería, y un paquete de baterías dotado de dicho módulo de batería puede conseguir una potencia elevada, aunque no resulta fácil eliminar el calor generado por las celdas de batería durante la carga y descarga. Cuando la disipación de calor de la celda de batería no se lleva a cabo adecuadamente, se acelera el deterioro de las celdas de batería, se acorta la vida útil y se incrementa la posibilidad de explosión o incendio.

[0013] Además, en el caso de un módulo de batería de tamaño mediano o grande incluido en un paquete de baterías de vehículo, con frecuencia está expuesto a la luz solar directa y puede estar sometido a condiciones de alta temperatura, tal como en verano o en zonas desérticas.

[0014] Por lo tanto, cuando se configura un módulo de batería o un paquete de baterías, puede ser muy importante garantizar de manera estable y eficaz el rendimiento de refrigeración.

[0015] La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un módulo de batería convencional, y la Fig. 2 es una vista en sección transversal obtenida a lo largo de la línea de corte A-A' de la Fig.1. En particular, la Fig.2 ilustra adicionalmente un elemento de transferencia de calor y un disipador de calor situados debajo del módulo de batería.

[0016] En referencia a las FIGS.1 y 2, un módulo de batería convencional 10 puede fabricarse mediante el apilado de una pluralidad de celdas de batería 11 para formar una pila de celdas de batería 12 y que aloja la pila de celdas de batería 12 en un marco de módulo 20.

[0017] Tal como se ha indicado anteriormente, debido a que el módulo de batería 10 incluye una pluralidad de celdas de batería 11, genera una gran cantidad de calor en un proceso de carga y descarga. Como medio de refrigeración, el módulo de batería 10 puede incluir una capa de resina térmicamente conductora 30 que se encuentra entre la pila de celdas de batería 12 y la parte inferior 21 del marco del módulo 20. Además, cuando el módulo de batería 10 se monta en el marco del paquete formando un paquete de baterías, un elemento de transferencia de calor 40 y un disipador de calor 50 pueden situarse secuencialmente debajo del módulo de batería 10. El elemento de transferencia de calor 40 puede ser una almohadilla de disipación de calor. El disipador de calor 50 puede presentar una ruta de flujo de refrigerante formado en el mismo.

[0018] El calor generado por la celda de batería 11 se transmite al exterior a través de la capa de resina térmicamente conductora 30, la parte inferior 21 del marco del módulo 20, el elemento de transferencia de calor 40 y el disipador de calor 50, en este orden.

[0019] Por otra parte, en el caso del módulo de batería convencional 10, la ruta de transferencia de calor es complicada, tal como se ha indicado anteriormente y, de esta manera, resulta difícil transferir eficazmente el calor generado por la celda de batería 11. Además, el marco mismo 20 del módulo puede deteriorar las propiedades de transferencia de calor. Además, una fina capa de aire, tal como un espacio de aire, que se puede formar en el espacio entre el marco del módulo 20, el elemento de transferencia de calor 40 y el disipador de calor 50, también puede ser un factor que deteriora las propiedades de transferencia de calor.

[0020] En cuanto al módulo de batería, debido a que también siguen existiendo otras demandas, tales como el incremento de la capacidad, puede resultar necesario en la práctica desarrollar un módulo de batería capaz de satisfacer estos diversos requisitos a la vez que se mejora el rendimiento de refrigeración.

[0021] El documento n.º WO 2020/188949 A1 describe un módulo de batería en el que se consigue la disipación de calor en dirección descendente a través de una capa conductora del calor y una placa de refrigeración. El módulo de batería incluye una pluralidad apilada de baterías y un marco. El módulo de batería comprende, además, una placa conductora termoplástica situada entre una superficie superior de la pila de baterías y una placa de cubierta del marco.

[0022] El documento n.º WO 2020/166182 A1 describe un módulo de batería estructuralmente similar.

[0023] El documento n.º US 2018/0358592 A1 describe un módulo de batería en el que la disipación de calor se consigue en dirección descendente a través de una delgada capa de resina térmicamente conductora y una placa inferior térmicamente conductora.

[0024] El documento n.º EP 3716393 A1 describe un módulo de batería en el que la disipación de calor se consigue tanto en dirección hacia arriba como hacia abajo.

[0025] Descripción detallada de la invención

[0026] Problema técnico

[0027] Es un objetivo de la presente exposición proporcionar un módulo de batería que presente un rendimiento de refrigeración mejorado mediante la simplificación de la ruta de transferencia de calor, y un paquete de baterías que incluye el mismo.

[0028] Sin embargo, el problema técnico que debe resolverse mediante realizaciones de la presente exposición no se encuentra limitado a los problemas descritos anteriormente, y puede ampliarse de diversas maneras dentro del alcance de la idea técnica incluida en la presente exposición.

[0029] Solución técnica

[0030] Según una realización de la presente exposición, se proporciona un módulo de batería que comprende: una pila de celdas de batería en la que se apilan una pluralidad de celdas de batería; un marco de módulo que envuelve la pila de celdas de batería y presenta una parte abierta formada en el lado inferior, y una capa superior de resina térmicamente conductora situada entre la superficie superior de la pila de celdas de batería y el marco del módulo, en donde la pila de celdas de batería está expuesta en la dirección hacia abajo a través de la parte abierta.

[0031] La capa de resina térmicamente conductora puede incluir una primera capa superior de resina térmicamente conductora y una segunda capa superior de resina térmicamente conductora que están separadas entre sí.

[0032] Las celdas de batería pueden incluir terminales de electrodo que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas, y la primera capa superior de resina térmicamente conductora y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora pueden estar situadas separadas entre sí a lo largo de una dirección en la que los terminales de electrodo sobresalen de la superficie superior de la pila de celdas de batería.

[0033] El marco de módulo puede incluir una parte de techo para cubrir la superficie superior de la pila de celdas de batería, y primera y segunda partes de la superficie lateral cada una de las cuales cubre ambas superficies laterales de la pila de celdas de batería.

[0034] El marco de módulo puede incluir una primera parte de extensión que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería desde un extremo de la primera parte de la superficie lateral, y una segunda parte de extensión que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería desde un extremo de la segunda parte de la superficie lateral.

[0035] La parte abierta puede estar formada entre la primera parte de extensión y la segunda parte de extensión.

[0036] La parte de techo, la primera y segunda parte de superficie lateral, y la primera y segunda parte de extensión pueden formarse de manera integral.

[0037] Según otra realización de la presente exposición, se proporciona un paquete de baterías que comprende: el módulo de batería, un marco de paquete para alojar el módulo de batería y una capa inferior de resina térmicamente conductora situada entre el módulo de batería y la parte inferior del marco del paquete.

[0038] La pila de celdas de batería puede estar en contacto con la capa inferior de resina térmicamente conductora a través de la parte abierta.

[0039] La capa de resina térmicamente conductora puede incluir una primera capa inferior de resina térmicamente conductora y una segunda capa inferior de resina térmicamente conductora que están separadas entre sí.

[0040] Las celdas de batería pueden incluir terminales de electrodo que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas. La primera capa inferior de resina térmicamente conductora y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora pueden estar situadas separadas entre sí a lo largo de una dirección en la que los terminales de electrodo sobresalen de la superficie inferior de la pila de celdas de batería.

[0041] Efectos ventajosos

[0042] Según realizaciones de la presente exposición, se puede proporcionar una parte abierta en el lado inferior del marco del módulo, simplificando de esta manera la ruta de transferencia de calor y mejorando el rendimiento de refrigeración del módulo de batería y del paquete de baterías que incluye el mismo. Además, mediante la eliminación de estructuras de refrigeración innecesarias, se puede reducir el coste e incrementar la utilización del espacio, incrementando de esta manera la capacidad o la potencia del módulo de batería.

[0043] Además, se puede formar una capa de resina térmicamente conductora en una parte de la celda de batería en donde la generación de calor es excesiva, mejorando de esta manera el rendimiento de refrigeración y, al mismo tiempo, puede minimizarse la desviación de temperatura entre las celdas de batería.

[0044] Los efectos de la presente exposición no se encuentran limitados a los efectos mencionados anteriormente y otros efectos adicionales no descritos anteriormente serán claramente entendidos a partir de la descripción de las reivindicaciones adjuntas por el experto en la materia.

[0045] Breve descripción de los dibujos

[0046] La Fig.1 es una vista en perspectiva de un módulo de batería convencional.

[0047] La Fig.2 es una vista en sección transversal obtenida a lo largo de la línea de corte A-A’ de la Fig.1.

[0048] La Fig.3 es una vista en perspectiva de un módulo de batería según una realización de la presente exposición. La Fig.4 es una vista de despiece en perspectiva del módulo de batería de la Fig.3.

[0049] La Fig.5 es una vista en perspectiva de una celda de batería incluida en el módulo de batería de la Fig.4.

[0050] La Fig.6 es una vista en perspectiva de un marco de módulo incluido en el módulo de batería de la Fig.4.

[0051] La Fig.7 es una vista en sección transversal obtenida a lo largo de la línea de corte B-B’ de la Fig.3.

[0052] La Fig.8 es una vista en perspectiva de un marco de paquete según una realización de la presente exposición, y la Fig.9 es una vista en perspectiva de un paquete de baterías según una realización de la presente exposición. Descripción detallada de las realizaciones

[0053] A continuación en el presente documento se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente exposición haciendo referencia a los dibujos adjuntos para que el experto en la materia puedan llevarlas a cabo fácilmente. La presente exposición puede ejemplificarse en diversas formas diferentes y no se encuentra limitada a las realizaciones proporcionadas en el presente documento.

[0054] En aras de la claridad en el presente documento se omitirá una descripción de las partes no relacionadas con la descripción, y números de referencia iguales designan elementos iguales a lo largo de la descripción.

[0055] Además, en los dibujos, el tamaño y el grosor de cada elemento se ilustran de manera arbitraria por conveniencia de descripción, y la presente exposición no está necesariamente limitada a lo ilustrado en los dibujos. En los dibujos, el grosor de las capas, regiones, etc., ha sido exagerado en aras de la claridad. En los dibujos, por conveniencia de la descripción, los grosores de algunas capas y regiones han sido exagerados.

[0056] Además, se entenderá que, cuando se hace referencia a que un elemento, tal como una capa, película, región o sustrato, está «sobre» otro elemento, puede estar directamente sobre el otro elemento o también puede haber elementos interpuestos entre ellos. En contraste, en el caso de que se indique que un elemento está «directamente sobre» otro elemento, se hará referencia a que no existen otros elementos interpuestos. Además, el término «sobre» significa dispuesto sobre o debajo de una parte de referencia, y no necesariamente significa estar dispuesto «sobre» o «por encima» de la porción de referencia en dirección opuesta a la de la gravedad.

[0057] Además, a lo largo de la especificación, cuando se hace referencia a una parte como «incluyendo» un determinado componente, se hace referencia a que la parte puede incluir, además, otros componentes, sin excluir los demás componentes, a menos que se indique lo contrario.

[0058] Además, a lo largo de la especificación, en el caso de que se haga referencia a «plano», significará que la parte objetivo se visualiza desde la parte superior, y en el caso de que se haga referencia a una «sección transversal», significará que la parte objetivo se visualiza desde un lateral de una sección transversal realizada verticalmente. La Fig. 3 es una vista en perspectiva de un módulo de batería según una realización de la presente exposición. La Fig.4 es una vista de despiece en perspectiva del módulo de batería de la Fig.3. La Fig.5 es una vista en perspectiva de una celda de batería incluida en el módulo de batería de la Fig.4.

[0059] En referencia a las Figs.3 a 5, un módulo de batería 100 según una realización de la presente exposición incluye una pila de celdas de batería 120 en la que se apilan una pluralidad de celdas de batería 110, un marco del módulo 200 que envuelve la pila de celdas de batería 120 y presenta una parte abierta 200p formada en el lado inferior, y una capa superior de resina térmicamente conductora 300 situada entre la superficie superior de la pila de celdas de batería 120 y el marco del módulo 200. La pila de celdas de batería 120 está expuesta en la dirección hacia abajo (dirección del eje -z) a través de la parte abierta 200p.

[0060] Primero, la celda de batería 110 es preferentemente una celda de batería de tipo bolsa, y puede estar conformada en una estructura rectangular en forma de lámina. Por ejemplo, la celda de batería 110 según la presente realización presenta una estructura en la que dos terminales de electrodo 111 y 112 están enfrentados entre sí y sobresalen por un extremo 114a y el otro extremo 114b de un cuerpo de celda 113, respectivamente. Más específicamente, los terminales de electrodo 111 y 112 están conectados a un conjunto de electrodos (no mostrado) y sobresalen del conjunto de electrodos (no mostrado) hacia el exterior de la celda de batería 110.

[0061] Por otro lado, la celda de batería 110 puede producirse mediante la unión de ambas partes finales 114a y 114b de una carcasa de celda 114 y una parte lateral 114c que las conecta en un estado en el que un conjunto de electrodos (no mostrado) se encuentra alojado en una carcasa de celda 114. En otras palabras, la celda de batería 110 según la presente realización presenta un total de tres partes de sellado 114sa, 114sb y 114sc, en donde las partes de sellado 114sa, 114sb y 114sc presentan una estructura que se sella mediante un método tal como la fusión por calor, y la parte lateral restante puede estar compuesta por una parte de conexión 115. La carcasa de celda 114 puede estar compuesta por una lámina laminada que incluye una capa de resina y una capa metálica.

[0062] Además, la parte de conexión 115 puede extenderse a lo largo de un borde de la celda de batería 110, y formarse una orejeta 110p en una parte final de la parte de conexión 115. Además, mientras que la carcasa de celda 114 está sellada con los terminales de electrodo sobresalientes 111 y 112 interpuestos entre ellas, puede formarse una parte de terraza 116 entre los terminales eléctricos 111 y 112 y el cuerpo de la celda 113. Es decir, la celda de batería 110 incluye una parte de terraza 116 formada para extenderse desde la carcasa de la celda 114 en una dirección sobresaliente de los terminales de electrodo 111 y 112.

[0063] La celda de batería 110 puede estar compuesta por una pluralidad de números, y la pluralidad de celdas de batería 110 puede apilarse de modo que estén conectadas eléctricamente entre sí, formando de esta manera una pila de celdas de batería 120. En particular, tal como se muestra en la Fig.4, se puede apilar una pluralidad de celdas 110 de batería a lo largo de una dirección paralela al eje x. Aunque no se muestra específicamente en la figura, puede haber un elemento adhesivo entre las celdas 110 de batería. De este modo, las celdas 110 de batería pueden adherirse entre sí para formar la pila 120 de celdas de batería.

[0064] La pila 120 de celdas de batería según la presente realización puede ser un módulo de gran superficie en el que el número de celdas 110 de batería es mayor que el de la carcasa convencional. Específicamente, se pueden incluir de 32 a 48 celdas 110 de batería por cada módulo 100 de batería. En el caso de un módulo de gran superficie, la longitud horizontal del módulo de batería se vuelve larga. En el presente documento, la longitud horizontal puede referirse a una longitud en la dirección en la que están apiladas las celdas de batería 110, es decir, en una dirección paralela al eje x.

[0065] Por otro lado, cuando se realizan repetidamente cargas y descargas de la celda de batería, se genera mucho calor en zonas adyacentes a los terminales de electrodo 111 y 112. Es decir, se genera más calor durante la carga y la descarga al acercarse a la parte de terraza 116 que a la parte central del cuerpo de la celda 113.

[0066] En este caso, tal como se ha indicado anteriormente, el módulo de batería según la presente exposición incluye una capa superior de resina térmicamente conductora 300 situada entre la superficie superior de la pila de celdas de batería 120 y el marco del módulo 200.

[0067] La capa superior de resina térmicamente conductora 300 puede incluir una primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y una segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 que están separadas entre sí. Específicamente, las celdas de batería 110 pueden incluir terminales de electrodo 111 y 112 que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas, y la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 pueden estar situadas separadas una de otra a lo largo de una dirección en la que los terminales de electrodo 111 y 112 sobresalen de la superficie superior de la pila de celdas de batería 120. Es decir, tal como se muestra en la Fig.4, la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 pueden estar situadas separadas una de otra a lo largo de una dirección paralela al eje y. Más específicamente, la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 pueden estar situadas respectivamente en ambos extremos de la superficie superior de la pila de celdas de batería 120 en la dirección en la que sobresalen los terminales de electrodo 111 y 112.

[0068] Tomando una celda de batería 110 como referencia, la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 según la presente realización pueden estar situadas respectivamente en las partes adyacentes a las partes de terraza 116 de las que sobresalen los terminales de electrodo 111 y 112 en la parte lateral 114c de la celda de batería 110. La capa superior de resina térmicamente conductora 300 se puede formar en una parte de la celda de batería 110 en la que la generación de calor sea excesiva, mejorando de esta manera la disipación de calor y el rendimiento de refrigeración.

[0069] La capa de resina térmicamente conductora 300 puede incluir una resina térmicamente conductora. La resina térmicamente conductora puede incluir un material adhesivo térmicamente conductor, y específicamente, puede incluir por lo menos uno de un material de silicona, un material de uretano y un material acrílico. La resina térmicamente conductora es un líquido durante la aplicación, pero se cura después de la aplicación, de modo que puede desempeñar el papel de fijar una celda de batería 110 que constituye la pila de celdas de batería 120. Además, debido a que la resina conductora térmica presenta excelentes propiedades de transferencia de calor, el calor generado por la celda de batería 110 puede ser transferido rápidamente al exterior del módulo de batería 100, evitando de esta manera el sobrecalentamiento del módulo de batería. Una parte del calor generado por la pila de celdas de la batería 120 puede ser descargada al exterior a través de la capa superior de resina térmicamente conductora 300 y el marco del módulo 200.

[0070] Cada una de la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 puede extenderse en una dirección de apilamiento de la celda de batería 110. Es decir, con respecto a las celdas de batería 110 apiladas en una dirección determinada, la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 pueden estar en contacto con partes adyacentes a las partes de terraza 116 entre las partes laterales 114c de todas las celdas de batería 110.

[0071] En un ejemplo comparativo de la presente exposición, se puede formar una capa de resina térmicamente conductora en la totalidad de la superficie superior de la pila de celdas de batería 120. En este caso, la capa de resina térmicamente conductora está formada en la totalidad de la parte lateral 114c de la celda de batería 110, y la capa superior de resina térmicamente conductora distribuida uniformemente con respecto a la celda de batería 110, que presenta una gran diferencia en el grado de generación de calor para cada parte, dificulta la eliminación de una desviación de temperatura entre las partes de las celdas de batería 110. A diferencia de lo anterior, debido a que el módulo de batería 100 según la presente realización incluye la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320, la disipación de calor puede llevarse a cabo de manera eficaz en ambas partes finales de la celda de batería 110 en las que la generación de calor es excesiva, y la desviación de temperatura entre las partes respectivas de la celda de batería 110 puede ser minimizada.

[0072] Debido a que la desviación de temperatura entre las partes respectivas de la celda de batería 110 provoca en última instancia una reducción del rendimiento del módulo de batería, la primera capa superior de resina térmicamente conductora 310 y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora 320 según la presente realización pueden contribuir a mejorar el rendimiento uniforme y la vida útil del módulo de batería.

[0073] A continuación, se describirá en detalle el marco de módulo 200 según la presente realización en referencia a las Figs.

[0074] 4, 6 y 7.

[0075] La Fig.6 es una vista en perspectiva de un marco de módulo incluido en el módulo de batería de la Fig.4. La Fig.7 es una vista en sección transversal obtenida a lo largo de la línea de corte B-B’ de la Fig.3.

[0076] En referencia a las Figs.4, 6 y 7, el marco del módulo 200 según la presente realización presenta la parte abierta 200p formada en el lado inferior y, de esta manera, la pila de celdas de batería 120 está expuesta en la dirección hacia abajo a través de la parte abierta 200p. Específicamente, el marco del módulo 200 puede incluir una parte de techo 230 para cubrir la superficie superior de la pila de celdas de batería 120 y primera y segunda parte de superficie lateral 210 y 220 que cubren ambas superficies laterales de la pila de celdas de batería 120. La capa superior de resina térmicamente conductora 300 anteriormente indicada puede estar situada entre la superficie superior de la pila de celdas de batería 120 y la parte del techo 230 del marco del módulo 200. La primera y segunda parte de superficie lateral 210 y 220 pueden estar formadas para extenderse hacia abajo desde ambos extremos de la parte del techo 230, respectivamente.

[0077] Por otro lado, el marco del módulo 200 puede incluir una primera parte de extensión 210E que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería 120 desde un extremo de la primera parte de superficie lateral 210, y una segunda parte de extensión 220E que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería 120 desde un extremo de la segunda parte de superficie lateral 220. La primera parte de extensión 210E y la segunda parte de extensión 220E pueden extenderse en direcciones mutuamente opuestas. La parte abierta 200p del marco del módulo 200 puede estar formada entre la primera parte de extensión 210E y la segunda parte de extensión 220E.

[0078] Tal como se ha indicado anteriormente, un elemento adhesivo (no mostrado) se encuentra entre las celdas de batería 110 que constituyen la pila de celdas de batería 120, de modo que las celdas de batería 110 puedan adherirse y fijarse entre sí. En este momento, la primera parte de extensión 210E y la segunda parte de extensión 220E se proporcionan en el marco del módulo 200, y por lo tanto, es posible evitar que la pila de celdas de batería 120 se separe a través de la parte abierta 200p formada sobre el lado inferior del marco del módulo 200.

[0079] Por otro lado, la parte del techo 230, la primera y segunda parte de superficie lateral 210 y 220, y la primera y segunda parte de extensión 210E y 210E pueden estar formadas de manera integral. Es decir, mediante el doblado de un elemento de placa metálica varias veces, es posible fabricar el marco de módulo 200 que incluye la parte de techo 230, la primera y segunda parte de superficie lateral 210 y 220, y la primera y segunda parte de extensión 210E y 220E.

[0080] Por otro lado, el módulo de batería 100 según la presente realización puede incluir una placa final 500. La placa final 500 puede estar situada en la superficie frontal (dirección del eje y) y en la superficie posterior (dirección del eje -y) de la pila de celdas de batería 120, de manera que pueda formarse para cubrir la pila de celdas de batería 120. Dicha placa final 500 puede proteger físicamente la pila de celdas de batería 120 y otros componentes eléctricos frente a impactos externos. Se puede formar una parte abierta para exponer el conector LV o la barra colectora de terminales al exterior en la placa final 500, de modo que la conexión externa del conector LV y la barra colectora de terminales se pueda guiar para formar la conexión LV (baja tensión) y la conexión HV (alta tensión) del módulo de batería 100. El marco del módulo 200 y la placa final 500 pueden proteger físicamente la pila de celdas de batería 120 frente a impactos o vibraciones externas. Con este fin, el marco del módulo 200 y la placa final 500 pueden incluir un material metálico que presente una resistencia predeterminada. El marco del módulo 200 y la placa final 500 están acoplados mediante soldadura o similar en un estado en el que las partes de las esquinas correspondientes están en contacto entre sí, de modo que la pila de celdas de batería 120 pueda ser alojada en su interior.

[0081] Por otro lado, un marco de barra colectora 600 sobre el que está montada la barra colectora 610 puede estar situado entre la pila de celdas de batería 120 y la placa final 500. Los terminales de electrodo 111 y 112 de las celdas de batería 110 en las direcciones frontal (dirección del eje y) y posterior (dirección del eje -y) de la pila de celdas de batería 120 sobresalen, respectivamente, y los terminales de electrodo 111 y 112 pueden pasar a través de una ranura formada en la barra colectora 610 o el marco de la barra colectora 600. Después de lo anterior, los terminales de los electrodos 111 y 112 pueden doblarse y unirse a la barra colectora 610 mediante un método tal como la soldadura. La conexión eléctrica entre la pluralidad de celdas de batería 110 se puede realizar de esta manera. Aunque no se muestra específicamente en la figura, una cubierta aislante para el aislamiento eléctrico puede estar situada entre el marco de la barra colectora 600 y la placa final 500.

[0082] Una capa inferior de resina térmicamente conductora 400 puede estar situada debajo del módulo de batería 100 según la presente realización. A continuación, se describirá en detalle el paquete de batería 1000 que incluye la capa inferior de resina térmicamente conductora 400, en referencia a las Figs.8 y 9.

[0083] La Fig. 8 es una vista en perspectiva de un marco de paquete según una realización de la presente exposición. La Fig.9 es una vista en perspectiva de un paquete de baterías según una realización de la presente exposición.

[0084] En referencia a las Figs. 4, 7, 8 y 9, un paquete de batería 1000 según una realización de la presente exposición incluye un módulo de batería 100, un marco del paquete 1100 para alojar el módulo de batería 100, y una capa inferior de resina térmicamente conductora 400 situada entre el módulo de batería 100 y la parte inferior 1110 del marco del paquete 1100. En las Figs. 4 y 7, para facilitar la explicación, solo se muestran el módulo de batería 100 y la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 situada debajo del módulo de batería 100, y se omite la ilustración del marco del paquete 1100.

[0085] Primero, el marco del paquete 1100 según la presente realización mostrado en la Fig.8 puede incluir una parte inferior 1110, una parte de pared lateral 1120 y una parte de pared divisoria 1130. La parte de pared lateral 1120 puede extenderse hacia arriba desde las esquinas de la parte inferior 1110 para formar el marco del paquete 1100 que presenta un extremo superior abierto. La pared de pared divisoria 1130 puede estar situada en la parte inferior 1110 para dividir el espacio dentro del marco del paquete 1100. El módulo de batería 100 puede estar situado en cada espacio dividido por la parte de pared divisoria 1130.

[0086] Por otro lado, el disipador de calor 1200 puede estar situado en la parte inferior 1110. El disipador de calor 1200 presenta un camino de flujo de refrigerante formado en el mismo y puede llevar a cabo una función de disipación de calor con respecto al módulo de batería 100.

[0087] La capa inferior de resina térmicamente conductora 400 según la presente realización puede formarse mediante la aplicación de una resina térmicamente conductora sobre la parte inferior 1110 o el disipador de calor 1200 del marco del paquete 1100 y después curándola. Tal como se ha descrito anteriormente, la resina térmicamente conductora puede incluir un material adhesivo térmicamente conductor, y específicamente, puede incluir por lo menos uno de un material de silicona, un material de uretano y un material acrílico.

[0088] En este momento, la pila de celdas de batería 120 incluida en el módulo de batería 100 puede estar en contacto con la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 a través de la parte abierta 200p del marco del módulo 200. En el caso del módulo de batería convencional 10 mostrado en las Fig. 1 y 2, el calor generado por la celda de la batería 11 se transfiere secuencialmente a la capa de resina térmicamente conductora 30, la parte inferior 21 del marco del módulo 20, el elemento de transferencia de calor 40 y el disipador de calor 50. La ruta de transferencia de calor es complicada y, de esta manera, resulta difícil transferir eficazmente el calor generado por la celda de batería 11, y una fina capa de aire, tal como un espacio de aire que puede formarse entre el marco del módulo 20, el elemento de transferencia de calor 40 y el disipador de calor 50, puede interferir con la transferencia de calor.

[0089] A diferencia de lo anterior, en el módulo de batería 100 según la presente realización, debido a que la pila de celdas de batería 120 está en contacto con la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 a través de la parte abierta 200p del marco del módulo 200, el calor generado por la celda de batería 110 puede transferirse secuencialmente a la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 y al disipador de calor 1200. Es decir, la ruta de transferencia de calor en la dirección descendente del módulo de batería 100 se simplifica, y la posibilidad de generar una capa de aire, tal como un espacio de aire, puede reducirse significativamente. Por lo tanto, se puede mejorar el rendimiento de refrigeración del módulo de batería 100 y del paquete de batería 1000 que incluye el mismo.

[0090] Además, resulta posible reducir costes mediante la eliminación de estructuras de refrigeración innecesarias. Además, debido a que se reduce el número de partes en la dirección de la altura del paquete de baterías 1000, se puede incrementar la utilización del espacio, incrementando de esta manera la capacidad o el rendimiento del módulo de batería.

[0091] Por otro lado, la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 puede incluir una primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y una segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 que están separadas una de otra. Específicamente, la celda de batería 110 puede incluir terminales de electrodo 111 y 112 que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas, y la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 están situadas separadas entre sí en la superficie inferior de la pila de celdas de batería 120 a lo largo de la dirección en la que sobresalen los terminales de electrodo 111 y 112. Es decir, tal como se muestra en la Fig.4, la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 pueden estar situadas con una separación una de otra a lo largo de una dirección paralela al eje y. Más específicamente, la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 pueden estar situadas con una separación entre sí en la superficie inferior de la pila de celdas de batería 120 a lo largo de la dirección en la que sobresalen los terminales de electrodo 111 y 112.

[0092] Basándose en una celda de batería 110, la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 según la presente realización pueden estar situadas en partes adyacentes a las partes de terraza 116, respectivamente, desde las cuales sobresalen los terminales de electrodo 111 y 112 en una parte lateral 114c de la celda de batería 110. La capa inferior de resina térmicamente conductora 400 se puede formar en una parte de la celda de batería 110 en la que la generación de calor sea excesiva, mejorando de esta manera la disipación de calor y el rendimiento de refrigeración. Por otro lado, en otra realización de la presente exposición, cada una de la primera capa inferior de resina térmicamente conductora y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora puede formarse en una región que excluye una parte correspondiente a una orejeta 110p entre zonas adyacentes a la parte de terraza 116.

[0093] Cada una de la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 puede extenderse a lo largo de una dirección de apilamiento de la celda de batería 110. Es decir, con respecto a las celdas de batería 110 apiladas en una dirección predeterminada, cada una de la primera capa inferior de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora 420 puede entrar en contacto con partes adyacentes a las partes de terraza 116 entre las partes de conexión 115 de todas las celdas de batería 110.

[0094] En un ejemplo comparativo para la presente exposición, puede formarse una capa inferior de resina térmicamente conductora sobre la totalidad de la superficie inferior de la pila de celdas de batería 120. En este caso, la capa térmicamente conductora está formada sobre la totalidad de la parte de conexión 115 de la celda de batería 110, y la capa inferior de resina térmicamente conductora distribuida uniformemente con respecto a la celda de batería 110, que presenta una gran diferencia en el grado de generación de calor para cada porción, dificulta la eliminación de la desviación de temperatura entre las partes de las celdas de batería 110. A diferencia de lo anterior, debido a que el módulo de batería 100 según la presente realización incluye la primera capa de resina térmicamente conductora 410 y la segunda capa de resina térmicamente conductora 420, la disipación de calor puede llevarse a cabo de manera eficaz en ambas partes finales de la celda de batería 110 en donde la generación de calor es excesiva, y puede minimizarse la desviación de temperatura entre las partes de una celda de batería 110.

[0095] Debido a que la desviación de temperatura entre las partes respectivas de la celda de batería 110 provoca en última instancia una reducción del rendimiento del módulo de batería, la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 según la presente realización puede contribuir a mejorar el rendimiento uniforme y la vida útil del módulo de batería. Es decir, la capa superior de resina térmicamente conductora 300 y la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 según la presente realización incluye la primera y segunda capa superior de resina térmicamente conductora 310 y 320 y la primera y segunda capas de resina térmicamente conductora inferior 410 y 420, respectivamente, y de esta manera, se puede minimizar la desviación de temperatura entre las celdas de batería 110. Con la eliminación de la desviación de temperatura, se puede esperar un efecto de mejora del rendimiento y de extensión de la vida útil del módulo de batería 100 y del paquete de baterías 1000 que incluye el mismo.

[0096] Además, debido a que la capa superior de resina térmicamente conductora 300 y la capa inferior de resina térmicamente conductora 400 se proporcionan sobre las superficies superior e inferior de la pila de celdas de batería 120, respectivamente, el calor generado en la celda de batería 110 puede descargarse al exterior a través de diversas rutas, mejorando de esta manera el rendimiento de refrigeración.

[0097] Aunque los términos que indican direcciones como «frontal» y «posterior», «izquierda», «derecha», dirección hacia arriba, y hacia abajo se utilizan en el presente documento, resultará evidente para el experto en la materia que estos representan meras posiciones relativas para facilitar la explicación y pueden variar dependiendo de la posición de un observador, la posición de un objeto, o similar.

[0098] El módulo o módulos de batería según la presente realización, tal como se han descrito anteriormente, pueden montarse junto con diversos sistemas de control y protección, tales como un sistema de gestión de baterías (BMS) y un sistema de refrigeración, para formar un paquete de baterías.

[0099] El módulo de batería o el paquete de baterías se pueden aplicar en diversos dispositivos. Específicamente, estos dispositivos pueden aplicarse en medios de un vehículo, tales como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico, un vehículo híbrido, aunque la presente exposición no se encuentra limitada a ello y se pueden aplicar a diversos dispositivos que pueden utilizar la batería secundaria.

[0100] Descripción de números de referencia

[0101] 100: módulo de batería

[0102] 200: marco de módulo

[0103] 200p: parte abierta

[0104] 300: capa superior de resina térmicamente conductora

[0105] 400: capa inferior de resina térmicamente conductora

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

1. Módulo de batería (100), que comprende:

una pila de celdas de batería (120) en la que están apiladas una pluralidad de celdas (110) de batería, un marco de módulo (200) que envuelve la pila de celdas de batería (120) y presenta una parte abierta (200p) formada en el lado inferior, y

en donde la pila de celdas de batería (120) está expuesta en dirección hacia abajo a través de la parte abierta (200p),

caracterizado porque una capa superior de resina térmicamente conductora (300) está dispuesta entre la superficie superior de la pila de celdas de batería (120) y el marco de módulo (200).

2. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en el que:

la capa superior de resina térmicamente conductora (300) comprende una primera capa superior de resina térmicamente conductora (310) y una segunda capa superior de resina térmicamente conductora (320) que están separadas entre sí.

3. Módulo (100) de batería según la reivindicación 2, en el que:

las celdas (110) de batería comprenden terminales de electrodo (111, 112) que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas, y

la primera capa superior de resina térmicamente conductora (310) y la segunda capa superior de resina térmicamente conductora (320) están situadas separadas entre sí a lo largo de una dirección en la que los terminales de electrodo (111, 112) sobresalen de la superficie superior de la pila de celdas de batería (120).

4. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en el que:

el marco de módulo (200) comprende una parte de techo (230) para cubrir la superficie superior de la pila de celdas de batería (120), y primera y segunda parte de superficie lateral (210, 220) cada una de las cuales cubre ambas superficies laterales de la pila de celdas de batería (120).

5. Módulo (100) de batería según la reivindicación 4, en el que:

el marco de módulo (200) comprende una primera parte de extensión (210E) que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería (120) desde un extremo de la primera parte de superficie lateral (210), y una segunda parte de extensión (220E) que se extiende en paralelo a la superficie inferior de la pila de celdas de batería (120) desde un extremo de la segunda parte de superficie lateral (220).

6. Módulo (100) de batería según la reivindicación 5, en el que:

la parte abierta (200p) está formada entre la primera parte de extensión (210E) y la segunda parte de extensión (220E).

7. Módulo (100) de batería según la reivindicación 5, en el que:

la parte de techo (230), la primera y segunda parte de superficie lateral (210, 220), y la primera y segunda parte de extensión (210E, 220E) están formadas de manera integral.

8. Paquete de baterías (1000), que comprende:

el módulo de batería (100) tal como se establece en la reivindicación 1,

un marco de paquete (1100) para alojar el módulo de batería (100), y

una capa inferior de resina térmicamente conductora (400) situada entre el módulo de batería (100) y la parte inferior (1110) del marco del paquete (1100).

9. Paquete de baterías (1000) según la reivindicación 8, en el que:

la pila de celdas (120) de la batería está en contacto con la capa inferior de resina térmicamente conductora (400) a través de la parte abierta (200p).

10. Paquete de baterías (1000) según la reivindicación 8, en el que:

la capa inferior de resina térmicamente conductora (400) comprende una primera capa inferior de resina térmicamente conductora (410) y una segunda capa inferior de resina térmicamente conductora (420) que están separadas entre sí.

11. Paquete de baterías (1000) según la reivindicación 10, en el que:

las celdas (110) de batería comprenden terminales de electrodo (111, 112) que sobresalen en direcciones mutuamente opuestas, y

la primera capa inferior de resina térmicamente conductora (410) y la segunda capa inferior de resina térmicamente conductora (420) se encuentran separadas entre sí en una dirección en la que los terminales del electrodo (111, 112) sobresalen de la superficie inferior de la pila de celdas de batería (120) de batería.