ES3057948T3

ES3057948T3 - Battery pack with improved safety

Info

Publication number: ES3057948T3
Application number: ES23860692T
Authority: ES
Inventors: Ju Hwan Shin; Seung Chul Park; Ki Young Kim; Hyoung Suk Lee
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2023-07-25
Publication date: 2026-03-05
Anticipated expiration: 2043-07-25
Also published as: PL4401205T3; US20240405318A1; JP7677724B2; EP4401205A4; KR102872029B1; KR20240031609A; CN118120099A; WO2024049010A1; EP4675769A2; EP4401205A1; KR20250136957A; JP2024539590A; EP4675769A3; EP4401205B1

Abstract

La presente invención se refiere a un paquete de baterías. Este paquete consta de un conjunto de celdas alojado en una carcasa sin marco modular, lo que proporciona una excelente disipación del calor durante el funcionamiento normal. Además, el paquete de baterías puede evitar que el calor de un conjunto de celdas correspondiente se propague a un conjunto adyacente mediante la formación de un espacio de separación entre una placa base y dicho conjunto, debido a la vaporización de una almohadilla termoconductora durante un funcionamiento anormal, en el que se produce calentamiento o fuga térmica en cualquiera de los conjuntos de celdas que lo componen, lo que mejora la seguridad contra la ignición o explosión del paquete de baterías. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Paquete de baterías con seguridad mejorada

[0003] [Sector de la técnica]

[0004] La presente invención se refiere a un paquete de baterías con seguridad mejorada durante la fuga térmica. El documento de patente DE 102018202840 A1 divulga un ejemplo de un paquete de baterías según el preámbulo de la reivindicación 1.

[0005] Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.º 10-2022-0110496, presentada el 1 de septiembre de 2022.

[0006] [Antecedentes de la invención]

[0007] Actualmente, las baterías secundarias comercializadas incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquelhidrógeno, baterías de níquel-cinc y baterías secundarias de litio. De estas, las baterías secundarias de litio están ganando terreno debido a su capacidad para cargarse y descargarse libremente con poco efecto memoria, una tasa de autodescarga muy baja y una alta densidad energética en comparación con las baterías secundarias basadas en níquel.

[0008] Estas baterías secundarias de litio usan principalmente óxidos basados en litio y materiales de carbono como materiales activos del ánodo y el cátodo, respectivamente. Una batería secundaria de litio comprende un conjunto de electrodos, en donde una placa de ánodo y una placa de cátodo con dicho material activo del ánodo y material activo del cátodo, respectivamente, se disponen entre un separador y un material exterior, es decir, una carcasa de batería, en la que el conjunto de electrodos se sella junto con un electrolito.

[0009] En general, dependiendo de la forma del material exterior, las baterías secundarias de litio se pueden clasificar en baterías secundarias de tipo lata, en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una lata de metal, y baterías secundarias de tipo bolsa, en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una bolsa de una lámina laminada de aluminio.

[0010] En los últimos años, las baterías secundarias se han usado ampliamente no solo en dispositivos pequeños, como los dispositivos electrónicos portátiles, sino también en dispositivos medianos y grandes, tales como los automóviles y los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) para el almacenamiento electricidad y de energía. Las baterías secundarias se instalan en paquetes de baterías y se montan en dispositivos medianos y grandes, y similares. En este caso, con el fin de aumentar la capacidad y la potencia del paquete de baterías, se incluye un gran número de baterías secundarias en el paquete de baterías y se conectan eléctricamente entre sí. En este caso, se puede alojar una pluralidad de baterías secundarias dentro de una carcasa de módulo para constituir un módulo de batería, y se puede alojar una pluralidad de módulos de batería dentro de una carcasa de paquete para constituir un paquete de baterías.

[0011] Generalmente, las baterías secundarias pueden degradarse cuando se usan en entornos con temperaturas superiores a las óptimas y, en casos graves, pueden explotar o incendiarse. Además, cuando se usa una pluralidad de baterías secundarias para formar un paquete de baterías, el calor de la pluralidad de baterías secundarias en un espacio reducido puede acumularse, lo que provoca que la temperatura del paquete de baterías aumente más rápida y severamente. En particular, los paquetes de baterías para vehículos o dispositivos de almacenamiento de energía, que a menudo se usan en exteriores, están frecuentemente expuestos a la luz solar directa y pueden estar sujetos a condiciones de alta temperatura severas, tal como en verano o en zonas desérticas.

[0012] Además, en algunos de los módulos de batería de la pluralidad de módulos de batería proporcionados en el paquete de baterías, o en algunas de las baterías secundarias de la pluralidad de baterías secundarias proporcionadas en el paquete de baterías, puede producirse una situación anómala que provoque que la batería genere calor. Este calentamiento puede hacer que la temperatura de la batería aumente continuamente, lo que puede provocar que la batería supere una temperatura umbral predeterminada, lo que puede dar lugar a una condición de fuga térmica. Si esta generación de calor o fuga térmica no se controla adecuadamente, no se puede garantizar adecuadamente la seguridad del paquete de baterías.

[0013] [Documento del estado de la técnica]

[0014] Publicación de patente coreana n.º 10-2019-0018389

[0015] [Explicación de la invención]

[0016] [Problema técnico]

[0017] Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un paquete de baterías con una seguridad mejorada mediante el control eficaz de la generación de calor o las situaciones de fuga térmica.

[0018] [Solución técnica]

[0019] La reivindicación 1 define un paquete de baterías que aborda los problemas descritos anteriormente.

[0020] En este caso, la parte de soporte puede formarse a lo largo de una parte inferior interna de una pared lateral o mamparo para soportar un borde de la superficie inferior del conjunto de apilamiento de celdas.

[0021] Además, la parte de soporte puede incluir un miembro de silicato compuesto por silicatos que contienen uno o más de los siguientes elementos: silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), magnesio (Mg), manganeso (Mn), titanio (Ti), sodio (Na), potasio (K), flúor (F) y oxígeno (O).

[0022] Además, la almohadilla conductora de calor puede incluir un polímero que se vaporiza o se sublima de 100 °C a 800 °C. Específicamente, la almohadilla conductora de calor puede tener una estructura en la que un relleno conductor de calor se dispersa en una matriz que incluye un polímero que se vaporiza o se sublima de 100 °C a 800 °C.

[0023] Además, la almohadilla conductora de calor comprende: una primera capa en la que una superficie inferior se apoya en una placa base, y una segunda capa formada sobre la primera capa y que tiene una superficie superior que se apoya en un conjunto de apilamiento de celdas. En este caso, la almohadilla conductora de calor puede tener un contenido de relleno conductor de calor en la primera capa mayor que el contenido de relleno conductor de calor en la segunda capa.

[0024] Además, el relleno conductor del calor puede estar incluido en una cantidad del 1 % al 30 % en peso con respecto al peso total de la almohadilla conductora del calor.

[0025] Además, el relleno conductor del calor puede incluir uno o más de los siguientes: aluminio, cobre, cinc, magnesio, acero inoxidable, plata, alúmina (Al<2>O<3>), dióxido de silicio (SiO<2>), nitruro de aluminio (AlN<3>), nanotubos de carbono, carburo de silicio (SiC), grafito y carbón activado.

[0026] Además, la almohadilla conductora de calor puede tener un espesor medio de 0,5 mm a 5,5 mm, y un espesor igual o superior a la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas y la placa base.

[0027] [Efectos ventajosos]

[0028] La batería según la presente invención tiene un buen efecto de disipación del calor durante el funcionamiento normal, ya que los conjuntos de apilamiento de celdas están alojados en la carcasa de paquete sin el bastidor del módulo. Además, el paquete de baterías tiene la ventaja de mejorar la seguridad frente a la ignición o explosión del paquete de baterías, ya que, en caso de funcionamiento anómalo en el que cualquiera de la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas proporcionados genere calor o sufra una fuga térmica, se puede evitar que el calor del conjunto de apilamiento de celdas se propague a los conjuntos de apilamiento de celdas adyacentes formando un espacio de separación entre la placa base y el conjunto de apilamiento de celdas correspondiente debido a la vaporización de la almohadilla conductora de calor.

[0029] [Breve descripción de los dibujos]

[0030] La FIG. 1 es una vista en perspectiva que ilustra la estructura de un paquete de baterías según la presente invención.

[0031] La FIG. 2 es una vista en sección transversal de la estructura de un paquete de baterías convencional montado con un conjunto de apilamiento de celdas.

[0032] Las FIG. 3 y 4 son vistas en sección transversal que ilustran la estructura de un paquete de baterías según la presente invención montado con un conjunto de apilamiento de celdas.

[0033] [Realización preferente de la invención]

[0034] La presente invención puede tener diversas modificaciones y diversos ejemplos, y los ejemplos específicos se ilustran en los dibujos y se describen detalladamente en la descripción.

[0035] Sin embargo, debe entenderse que la presente invención no se limita a las realizaciones específicas, e incluye todas las modificaciones, equivalentes o alternativas dentro del alcance técnico de las reivindicaciones adjuntas.

[0036] Los términos "comprender", "incluir" y "tener" se usan en el presente documento para designar la presencia de características, números, etapas, acciones, componentes o miembros descritos en la memoria descriptiva o una combinación de los mismos, y debe entenderse que no se excluye de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más características, números, etapas, acciones, componentes, miembros o una combinación de los mismos.

[0037] Además, cuando una parte de una capa, una película, una región o una placa se dispone "sobre" otra parte, esto incluye no solo el caso en el que una parte se dispone "directamente sobre" otra parte, sino también el caso en el que se interpone una tercera parte entre ellas. Por el contrario, cuando una parte de una capa, una película, una región o una placa se dispone "debajo" de otra parte, esto incluye no solo el caso en el que una parte se dispone "directamente debajo" de otra parte, sino también el caso en el que se interpone una tercera parte entre ellas. Además, en esta solicitud, "sobre" puede incluir no solo el caso de estar dispuesto en una parte superior, sino también el caso de estar dispuesto en una parte inferior.

[0038] A continuación, se describirá con más detalle la presente invención.

[0039] Paquete de baterías

[0040] En una realización a modo de ejemplo, la presente invención proporciona un paquete de baterías como se define en la reivindicación 1.

[0041] Un paquete de baterías según la presente invención incluye una pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas y una carcasa de paquete que los aloja. La carcasa de paquete incluye una parte de soporte para sostener los conjuntos de apilamiento de celdas en un lado interior de la parte inferior de al menos una de las paredes laterales y el mamparo, de modo que los conjuntos de apilamiento de celdas se coloquen a una cierta altura separada de la placa base; y una almohadilla conductora del calor que cambia de fase a un estado gaseoso a alta temperatura para formar un espacio de separación entre la placa base y los conjuntos de apilamiento de celdas fijados a la parte de soporte. La parte de soporte y la almohadilla conductora de calor pueden formar un espacio de separación entre la placa base y el conjunto de apilamiento de celdas correspondiente debido a la vaporización de la almohadilla conductora de calor durante la generación de calor en uno cualquiera de la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas o en caso de fuga térmica. El espacio de separación formado puede inhibir que el calor del conjunto de apilamiento de celdas correspondiente se propague a los conjuntos de apilamiento de celdas vecinos, inhibiendo de este modo la ignición y/o la explosión del paquete de baterías.

[0042] Las FIG. 1, 3 y 4 son vistas en perspectiva y en sección transversal que ilustran la estructura de un paquete de baterías 100 según la presente invención. A continuación se describirá con más detalle con referencia a las FIG.1, 3 y 4.

[0043] El paquete de baterías 100 de la presente invención incluye un conjunto de apilamiento de celdas 110 y una carcasa de paquete en la que se aloja el conjunto de apilamiento de celdas 110.

[0044] El conjunto de apilamiento de celdas 110 al que se hace referencia en el presente documento puede excluir una configuración de bastidor de módulo que encierra y protege un apilamiento de celdas en el que se apila una pluralidad de celdas de batería, y puede incluir una configuración que acopla un bastidor de barra colectora y placas finales en las superficies delantera y trasera, respectivamente, donde se forman los conductores de electrodo en el apilamiento de celdas.

[0045] En el presente documento, el apilamiento de celdas tiene una estructura apilada de una pluralidad de celdas de batería, las celdas de batería incluyen un conjunto de electrodos en el interior e incluye un par de cables de electrodo conectados eléctricamente al conjunto de electrodos, y una carcasa de batería que encierra el conjunto de electrodos de manera que los cables de electrodo se extraen hacia afuera. Los cables de electrodo pueden extraerse a cada lado de la carcasa de batería.

[0046] Además, el bastidor de barra colectora incluye una barra colectora conectada eléctricamente con las celdas de batería. El bastidor de la barra colectora está firmemente acoplado al apilamiento de celdas en la parte delantera y trasera del apilamiento de celdas, de modo que los cables de electrodo de cada celda de batería incluida en el apilamiento de celdas están conectados a la barra colectora.

[0047] Además, la placa final está acoplada al bastidor de barra colectora para cubrir la barra colectora para proteger la barra colectora y los cables de electrodo y similares, de impactos externos. Además, la placa final reúne y fija cada celda de batería incluida en el apilamiento de celdas.

[0048] El conjunto de apilamiento de celdas excluye una configuración de bastidor de módulo que encierra y protege el apilamiento de celdas como se ha descrito anteriormente, pero en su lugar está provisto de placas finales que fijan estructuralmente las celdas de batería apiladas y un bastidor de barra colectora que conecta eléctricamente las celdas de batería fijas, por lo que tiene la ventaja de permitir una disipación más eficiente del calor generado por la pluralidad de celdas de batería durante la carga y la descarga, así como de reducir el peso unitario del apilamiento de celdas.

[0049] Además, el conjunto de apilamiento de celdas 110 se proporciona en el paquete de baterías en pluralidad. Además, la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas 110 puede disponerse en una dirección de izquierda a derecha con las superficies laterales enfrentadas entre sí. Por ejemplo, el paquete de baterías 100 puede incluir al menos dos conjuntos de apilamiento de celdas 110. En este caso, los dos conjuntos de apilamiento de celdas 110 pueden disponerse en dirección de izquierda a derecha en forma de un lado derecho y un lado izquierdo enfrentados entre sí.

[0050] Además, el paquete de baterías 100 incluye una carcasa de paquete que incluye el conjunto de apilamiento de celdas 110 descrito anteriormente, y puede incluir además una cubierta de carcasa de paquete (no mostrada) que se acopla a la carcasa de paquete para cubrir una parte superior del conjunto de apilamiento de celdas 110 en una parte superior de la carcasa de paquete, según sea necesario.

[0051] En este caso, la carcasa de paquete incluye una placa base 120 dispuesta en una parte inferior del conjunto de apilamiento de celdas 110 para incluir un área de apilamiento de celdas en donde se encuentra el conjunto de apilamiento de celdas 110, en donde la placa base 120 puede tener una forma de placa que se extiende en dirección horizontal. Como se usa en el presente documento, la dirección horizontal se refiere a la dirección de la superficie de una superficie de terreno plano. La placa base 120 puede estar provista de un material metálico que tenga buena rigidez mecánica.

[0052] Además, se pueden ubicar una pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas 110 en la parte superior de la placa base 120. Para este fin, la placa base 120 incluye un área de apilamiento de celdas en la que se ubican los conjuntos de apilamiento de celdas 110. En este caso, la placa base 120 puede acoplarse entre sí con paredes laterales 130 que se extienden verticalmente a lo largo del borde de la placa base para encerrar el área de apilamiento de celdas y formar un espacio para alojar los conjuntos de apilamiento de celdas 110.

[0053] Además de realizar la función de proporcionar un espacio para alojar el conjunto de apilamiento de celdas 110 en la parte inferior, la placa base 120 también puede realizar la función de disipador de calor para disipar al exterior el calor generado por el conjunto de apilamiento de celdas 110. Con este fin, la placa base 120 puede estar provista de medios de refrigeración (no mostrados) en el otro lado del lado en el que se aloja el módulo de batería 110, de modo que un refrigerante, tal como un líquido refrigerante o aire, pueda fluir en un estado de contacto. Además, el acoplamiento de las paredes laterales 130 puede realizarse de una manera convencional en la técnica, por ejemplo, mediante soldadura por fricción-agitación o similar.

[0054] Además, la carcasa de paquete incluye un mamparo 140 que divide el espacio interior en una pluralidad de áreas de conjuntos de apilamiento de celdas, de modo que se puedan montar una pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas 110 en el espacio de alojamiento proporcionado por las paredes laterales 130. En este caso, el mamparo 140 puede acoplarse en ambos extremos para quedar perpendicular entre las dos paredes laterales opuestas 130, como se muestra en la FIG. 1, con una parte final inferior configurada para acoplarse con una superficie superior de la placa base 120.

[0055] Además, al menos uno de la pared lateral 130 y el mamparo 140 incluye una parte de soporte 150 que fija el conjunto de apilamiento de celdas 110 a la parte inferior interna, de modo que el conjunto de apilamiento de celdas 110 se coloca a una cierta altura separada de la placa base 120.

[0056] La parte de soporte 150 está situada en una parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o el mamparo 140 y tiene la función de soportar la superficie inferior del conjunto de apilamiento de celdas 110 de modo que quede separada del lado superior de la placa base 120 por una cierta distancia. Con este fin, la parte de soporte 150 puede tener una forma para soportar el conjunto de apilamiento de celdas 110 desde la parte inferior. Específicamente, la parte de soporte 150 puede tener una forma que sobresalga verticalmente de una parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o del mamparo 140, como se muestra en la FIG.1, y tiene una superficie que se opone a una superficie inferior del conjunto de apilamiento de celdas 110 para soportar el conjunto de apilamiento de celdas 110.

[0057] Además, la parte de soporte 150 puede estar dispuesta en un lado interior de la pared lateral 130 y/o del mamparo 140 para estar separada del conjunto de apilamiento de celdas 110 por una distancia predeterminada. Específicamente, la parte de soporte 150 puede estar dispuesta a una altura de 0,5 mm a 5,0 mm con respecto a la superficie superior de la placa base 120 y, más específicamente, puede estar dispuesta a una altura de 0,5 mm a 3,0 mm; 0,5 mm a 1,5 mm; o 0,8 mm a 1,2 mm. Al ajustar la posición de la parte de soporte 150 para satisfacer la altura con respecto a la superficie superior de la placa base 120, la presente invención puede evitar que una distancia de separación excesiva reduzca la eficiencia de la disipación interna del calor durante el funcionamiento normal del paquete de baterías 100. Además, al ajustar la posición de la parte de soporte 150 como se ha descrito anteriormente, cuando cualquiera de la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas 110 genera calor o durante una fuga térmica, se puede evitar que la pequeña distancia de separación provoque un calor que se transfiera rápidamente a los conjuntos de apilamiento de celdas 110 vecinos a través de la placa base 120, que funciona como disipador de calor.

[0058] Además, la parte de soporte 150 puede estar dispuesta a lo largo de una parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o del mamparo 140 para soportar con mayor firmeza el conjunto de apilamiento de celdas 110. En consecuencia, la parte de soporte 150 puede tener una forma para soportar una región de borde de una superficie inferior del conjunto de apilamiento de celdas 110.

[0059] Además, la parte de soporte 150 puede estar configurada por un material que sea lo suficientemente rígido como para soportar el conjunto de apilamiento de celdas 110, pero lo suficientemente aislante como para no deformarse por la alta temperatura interna durante el funcionamiento anormal del paquete de baterías 100. Específicamente, la parte de soporte 150 puede estar configurada por un material de silicato que tenga una alta rigidez y propiedades aislantes y que tenga tanto una buena resistencia al calor como un buen aislamiento.

[0060] El material de silicato al que se refiere la presente invención está compuesto por un silicato, y el silicato puede aplicarse sin limitación siempre que sea uno de los usados convencionalmente en la técnica, más particularmente, uno que contenga uno o más elementos seleccionados de silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), magnesio (Mg), manganeso (Mn), titanio (Ti), sodio (Na), potasio (K), flúor (F) y oxígeno (O).

[0061] En general, los silicatos son sales neutras en las que el hidrógeno del ácido silícico se sustituye por átomos de otros metales; en la presente invención, elementos tales como el aluminio (Al), el hierro (Fe), el magnesio (Mg), el manganeso (Mn), el titanio (Ti), el sodio (Na) y el potasio (K) pueden sustituir al hidrógeno para lograr un efecto retardante de llama y/o resistente al fuego, y se pueden usar silicatos en capas, especialmente para la retardancia a la llama.

[0062] Por ejemplo, los silicatos pueden incluir uno o más de los siguientes: dolomita, pencita, seladonita, paragonita, margarita, wollastonita, biotita, anatasa, goethita, siderofilita, clinoptilolita, clintonita, dolomita de litio, trilitionita, polititanita, zinwaldita y taniolita.

[0063] En un ejemplo, la parte de soporte 150 puede incluir una lámina de mica que contenga mica. La mica es uno de los materiales rocosos brutos que componen el granito, y tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, y se caracteriza por un cambio muy pequeño en sus propiedades cuando se calienta. La mica tiene una buena estabilidad dimensional y resistencia de aislamiento incluso a altas temperaturas de 500~1000 °C. Además, la mica tiene una excelente resistencia al fuego y no produce humo cuando se quema o se calienta. Estas propiedades permiten mantener un espacio estable entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120, incluso durante el funcionamiento anormal del paquete de baterías 100.

[0064] Además, para fabricar el silicato, por ejemplo, la mica, en forma de lámina, la parte de soporte 150 puede fabricarse a partir de restos o mica molida mezclada con un aglutinante (por ejemplo, silicona resistente al calor), moldearse en una placa grande y, a continuación, cortarse a una longitud adecuada para formar una forma de lámina que se ajuste al tamaño del conjunto de electrodos. Sin embargo, el método de fabricación de la lámina de mica no se limita a esto, y la lámina de mica puede fabricarse de diversas maneras según las técnicas conocidas en la técnica.

[0065] En este caso, "como componente principal" puede significar que el ingrediente en cuestión se incluye en al menos 60 partes en peso, al menos 70 partes en peso, al menos 80 partes en peso, al menos 85 partes en peso, al menos 90 partes en peso, al menos 95 partes en peso, al menos 98 partes en peso o al menos 99 partes en peso de las 100 partes totales de la sustancia.

[0066] En un ejemplo, la parte de soporte 150 puede contener de 1 a 20 partes en peso de aglutinante con respecto al total de 100 partes en peso de silicato.

[0067] Además, el aglutinante incluido en la lámina puede ser uno cualquiera que tenga una buena adhesión al silicato. Específicamente, el aglutinante puede incluir uno o más, pero no están limitados a, poliolefinas, incluyendo polietileno (PE), polipropileno (PP) o copolímeros de polietileno-propileno; poliamidas, incluyendo nailon; y siliconas resistentes al calor.

[0068] Además, la carcasa de paquete incluye una almohadilla conductora de calor 160 en el espacio de separación formado entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120 por la parte de soporte 150. La almohadilla conductora de calor 160 tiene la función de transferir el calor generado por el conjunto de apilamiento de celdas 110 a la placa base 120 para su disipación a través de la placa base 120 durante el funcionamiento normal del paquete de baterías 100, y de vaporizarse o sublimarse durante el funcionamiento anormal del paquete de baterías 100, tal como durante la generación de calor y/o la fuga térmica del conjunto de apilamiento de celdas 110 en contacto con la almohadilla conductora de calor 160 para formar el espacio de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120.

[0069] Con este fin, la almohadilla conductora de calor 160 puede incluir un polímero que se vaporiza o se sublima a de 100 a 800 °C para formar un espacio de separación durante el funcionamiento anormal del conjunto de apilamiento de celdas 110. Más específicamente, el polímero incluido en la almohadilla conductora de calor 160 puede incluir una resina acrílica, una resina etoxi, una resina basada en poliestireno, una resina de silicona, una resina de poliéster, una resina de poliolefina o similares, y puede vaporizarse o sublimarse a 100-600 °C; 100-400 °C; 100-300 °C; o 150-300 °C mediante el uso de aditivos para estas resinas o mediante modificación fisicoquímica. Al configurar la almohadilla conductora de calor con un polímero que se vaporiza o se sublima en el intervalo anterior, la presente invención puede lograr un efecto de enfriamiento debido al calor de vaporización/sublimación de la almohadilla conductora de calor en caso de generación de calor y/o fuga térmica del conjunto de apilamiento de celdas 110 en comparación con una almohadilla conductora de calor convencional configurada con un polímero que simplemente se funde y, al mismo tiempo, el conjunto de apilamiento de celdas 110 calentado y la placa base 120 pueden separarse antes de que se produzca la ignición y/o explosión del paquete de baterías 100, de modo que se puede evitar que el calor del calentamiento y/o la fuga térmica del conjunto de apilamiento de celdas 110 se propague al conjunto de apilamiento de celdas vecino.

[0070] Además, la almohadilla conductora de calor 160 puede implementar una alta conductividad térmica como matriz que incluye un polímero que se vaporiza o se sublima a de 100 a 800 °C (denominada en lo sucesivo "matriz polimérica") y puede tener una estructura en la que un relleno conductor del calor se dispersa en la matriz que incluye el polímero que se vaporiza o sublima a de 100 a 800 °C para implementar una conductividad térmica más alta.

[0071] En este caso, el relleno conductor del calor puede aplicarse sin limitación, siempre que se aplique para implementar un efecto conductor del calor en una batería, módulo de batería o paquete de baterías o similares, pero puede incluir específicamente uno o más de aluminio, cobre, cinc, magnesio, acero inoxidable, plata, alúmina (Al<2>O<3>), dióxido de silicio (SiO<2>), nitruro de aluminio (AlN<3>), carburo de silicio (SiC), nanotubos de carbono, grafito y carbón activado. Además, el relleno conductor del calor puede incluirse en una cantidad del 1 al 30 % en peso con respecto al peso total de la almohadilla conductora del calor para evitar el contacto del conjunto de apilamiento de celdas 110 con la placa base 120 después de la vaporización o sublimación de la matriz polimérica. Más específicamente, el relleno conductor del calor puede incluirse en una cantidad del 1 al 20 % en peso; del 1 al 10 % en peso; del 10 al 30 % en peso; del 15 al 30 % en peso; o del 10 al 20 % en peso, basado en el peso total de la almohadilla conductora del calor.

[0072] Además, el relleno conductor del calor puede ser una partícula en forma de aguja o una partícula en forma de fibra para implementar una alta conductividad térmica de la almohadilla conductora del calor, incluso si contiene una pequeña cantidad de relleno conductor del calor. En este caso, el relleno conductor del calor tiene la ventaja de poder formar una red de conducción del calor entre rellenos dentro de la matriz polimérica, incluso si se dispersa una pequeña cantidad del relleno conductor del calor, logrando así una alta conductividad térmica.

[0073] En este caso, el tamaño medio del relleno conductor del calor puede ser de 1.000 µm o menos, más específicamente de 900 µm o menos; 750 µm o menos; 500 µm o menos; 300 µm o menos; 100 µm o menos; de 1 a 500 µm; de 10 a 500 µm; de 50 a 500 µm; de 100 a 500 µm; de 200 a 400 µm; o de 50 a 300 µm. En este caso, "tamaño medio" puede significar el valor medio de la "longitud del eje largo" (la longitud más larga a través del centro de la partícula) y la "longitud del eje corto" (la longitud más corta a través del centro de la partícula) del relleno conductor del calor. Al ajustar el tamaño medio del relleno conductor del calor al intervalo anterior, la presente invención puede impedir el contacto entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120 tras la vaporización o sublimación de la matriz polimérica, al tiempo que se consigue una alta conductividad de la almohadilla conductora del calor 160.

[0074] Mientras tanto, la almohadilla conductora de calor 160 puede tener una estructura de una sola capa y, en algunos casos, una estructura de varias capas. Una almohadilla conductora de calor con una estructura de varias capas puede incluir diferentes tipos y/o contenidos de rellenos conductores de calor en cada capa, lo que mejora aún más el efecto de disipación de calor de la almohadilla conductora de calor.

[0075] En un ejemplo, la almohadilla conductora de calor 160 puede tener una estructura que incluye: una primera capa que tiene una superficie inferior que es contigua a una placa base; y una segunda capa formada sobre la primera capa y que tiene una superficie superior que es contigua un conjunto de apilamiento de celdas. En este caso, el contenido del relleno conductor de calor en la primera capa puede ser mayor que el contenido del relleno conductor de calor en la segunda capa. En este caso, la tasa de transferencia de calor de la primera capa en contacto con la placa base 120 puede aumentarse significativamente, lo que aumenta la eficiencia de disipación de calor de la almohadilla conductora de calor durante el funcionamiento normal del paquete de baterías 100. Además, al aumentar la proporción de contenido de la matriz polimérica de la segunda capa en comparación con la primera capa, es posible inducir una vaporización o sublimación más rápida de la almohadilla conductora de calor 160 durante el funcionamiento anormal del paquete de baterías 100, lo que tiene la ventaja de evitar más rápidamente que el calor de un conjunto de apilamiento de celdas que está experimentando generación de calor o fuga térmica se transfiera a un conjunto de apilamiento de celdas adyacente.

[0076] Además, la estructura, la altura (o el espesor), etc. de la almohadilla conductora de calor 160 pueden controlarse mediante la ubicación de la parte de soporte 150.

[0077] Como un ejemplo, cuando las partes de soporte 150a y 150b están situadas en la parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o el mamparo 140, como se muestra en la FIG. 3, la altura (o espesor) de las partes de soporte 150a y 150b puede ser igual a la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120. En este caso, la almohadilla conductora de calor 160 puede ser una estructura de una sola capa y puede tener la misma altura (o espesor) que las partes de soporte 150a y 150b.

[0078] Como otro ejemplo, cuando las partes de soporte 150a y 150b están situadas en el centro de la parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o del mamparo 140, como se muestra en la FIG. 4, la almohadilla conductora de calor 160 puede tener una estructura de dos capas y su altura (o espesor) puede ser mayor que la de las partes de soporte 150a y 150b. Específicamente, si las partes de soporte 150a y 150b están situadas en el centro de la parte inferior interna de la pared lateral 130 y/o el mamparo 140, la primera capa 161 puede estar situada en la parte inferior de la parte de soporte 150, de modo que ocupe todo el área de conjuntos de apilamiento de celdas de la placa base 120. Además, la segunda capa 162 puede estar dispuesta sobre la primera capa 161 y puede tener una altura (o espesor) igual o superior a la de las partes de soporte 150a y 150b, de modo que ocupe completamente el área de conjuntos de apilamiento de celdas junto con las partes de soporte 150a y 150b. En este caso, puede ser deseable que la segunda capa 162 tenga una altura (o espesor) equivalente a las partes de soporte 150a y 150b.

[0079] Además, la almohadilla conductora de calor 160 puede tener un espesor medio de 0,5 mm a 5,5 mm, pero puede tener un espesor igual o mayor que la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120. Al tener un espesor medio igual o superior a la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas 110 y la placa base 120, el calor generado por el conjunto de apilamiento de celdas 110 puede disiparse fácilmente a la placa base 120, es decir, desde la superficie superior a la superficie inferior de la almohadilla conductora de calor 160, durante el funcionamiento normal del paquete de baterías 100. Además, la almohadilla conductora de calor 160 tiene la ventaja de ser más segura, ya que puede actuar como amortiguador en caso de que se aplique una fuerza externa al paquete de baterías 100, particularmente si la fuerza externa se aplica desde la parte superior.

[0080] Además, la almohadilla conductora de calor 160 puede estar dispuesta en toda la zona de los apilamientos de celdas de la placa base 110 y, en algunos casos, puede estar dispuesta parcialmente. La almohadilla conductora de calor 160 puede estar dispuesta en toda el área de apilamiento de celdas de la placa base 110, pero formada parcialmente en un área determinada, más específicamente, del 60 al 99 % del área total, lo que puede aumentar el área superficial del contacto en contacto con el conjunto de apilamiento de celdas 110, mejorando así aún más la conductividad térmica.

[0081] En un ejemplo, el área de apilamiento de celdas puede incluir una parte central y una parte periférica, y la almohadilla conductora de calor puede estar situada en la parte central. En este caso, la almohadilla conductora de calor puede tener la ventaja de disipar más eficazmente el calor interno, que tiene una alta frecuencia y grado de generación de calor durante el funcionamiento normal del paquete de baterías.

[0082] El paquete de baterías según la presente invención tiene la ventaja de que, al tener la configuración descrita anteriormente, es posible inhibir la propagación del calor desde cualquiera de la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas proporcionados en él a los conjuntos de apilamiento de celdas adyacentes, formando un espacio de separación entre la placa base y el conjunto de apilamiento de celdas correspondiente debido a la vaporización de la almohadilla conductora de calor en caso de generación de calor o fuga térmica, mejorando así la seguridad del paquete de baterías frente a la ignición o la explosión.

[0083] A continuación, se describirá la presente invención con más detalle mediante ejemplos y ejemplos experimentales. Sin embargo, los siguientes ejemplos y ejemplos experimentales son ilustrativos de la presente invención, y la presente invención no se limita a los siguientes ejemplos.

[0084] Ejemplos comparativos.

[0085] Se preparó un paquete de baterías en el que se insertaron ocho conjuntos de apilamiento de celdas que incluían diez celdas de bolsa en una carcasa de paquete, dos horizontalmente y dos verticalmente. En este caso, la carcasa de paquete tiene la estructura mostrada en la FIG. 1, pero se excluyen la "parte de soporte" y las "almohadillas conductoras de calor".

[0086] Ejemplos.

[0087] Se preparó un paquete de baterías en el que se insertaron ocho conjuntos de apilamiento de celdas, incluyendo diez celdas de tipo bolsa, en una carcasa de paquete, dos horizontalmente y dos verticalmente. En este caso, se usó una carcasa de paquete con la misma estructura que la de la FIG. 1, pero la parte de soporte y las almohadillas conductoras de calor se ajustaron para tener una estructura como la de la FIG.3 o la FIG.4.

[0088] En este caso, la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas y la placa base se ajustó a aproximadamente 1,8 ± 0,2 mm. Además, la almohadilla conductora de calor estaba compuesta por una matriz polimérica que tenía un polímero como componente principal que se vaporiza a 300 ± 50 °C y, en el caso de tener un relleno conductor de calor, se aplicaron partículas de cobre en forma de aguja como relleno conductor de calor en una cantidad de aproximadamente el 15 % en peso, basada en el peso total de la almohadilla conductora de calor.

[0089] Tabla 1

[0092]

[0094] Ejemplos experimentales.

[0095] Para evaluar la seguridad de un paquete de baterías según la presente invención, se indujo una fuga térmica en uno de los conjuntos de apilamiento de celdas montados en el paquete de baterías y se midió el tiempo que tardó en producirse la ignición en el conjunto de apilamiento de celdas adyacente al conjunto de apilamiento de celdas en el que se indujo la fuga térmica.

[0096] Específicamente, los paquetes de baterías preparados en los Ejemplos y Ejemplos comparativos se cargaron al 100 % de SOC. A continuación, se montó una almohadilla calefactora en la parte superior de cualquiera de los cuatro conjuntos de apilamiento de celdas situados en el centro de los ocho conjuntos de apilamiento de celdas alojados en la carcasa de paquete, y la almohadilla calefactora se hizo funcionar a 300 W para inducir la fuga térmica de los conjuntos de apilamiento de celdas situados en la parte inferior de la almohadilla calefactora. En este caso, mientras se observaba el interior del paquete de baterías durante 10 minutos desde el momento en que se activó la almohadilla calefactora, i) se midió el tiempo que tardó en encenderse el conjunto de apilamiento de celdas colocado en la parte inferior de la almohadilla calefactora, y ii) se comprobó si se encendió el conjunto de apilamiento de celdas colocado adyacente al conjunto de apilamiento de celdas montado con la almohadilla calefactora. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

[0097] Tabla 2

[0100]

[0102] Como se muestra en la Tabla 2 anterior, se puede observar que el paquete de baterías según la presente invención ha mejorado la seguridad a altas temperaturas.

[0103] Específicamente, se observó que los paquetes de baterías de los ejemplos inhibían la ignición de los módulos de batería cuando los conjuntos de apilamiento de celdas se exponían a altas temperaturas, ya que las almohadillas conductoras de calor se vaporizaban para formar un espacio de separación entre los conjuntos de apilamiento de celdas y la placa base, que funciona como disipador de calor, lo que impedía la propagación del calor a los conjuntos de apilamiento de celdas adyacentes.

[0104] Por otro lado, los paquetes de baterías de los ejemplos comparativos con los conjuntos de apilamiento de celdas expuestos a altas temperaturas y la placa base colocada de manera que se fuera contigua a ellos mostraron ignición en el conjunto de apilamiento de celdas adyacente.

[0105] De estos resultados se deduce que un paquete de baterías según la presente invención puede inhibir la propagación del calor desde un conjunto de apilamiento de celdas a los conjuntos de apilamiento de celdas adyacentes al formar un espacio de separación entre la placa base y el conjunto de apilamiento de celdas correspondiente debido a la vaporización de la almohadilla conductora de calor durante el calentamiento a alta temperatura o la fuga térmica del conjunto de apilamiento de celdas.

[0106] Si bien lo anterior se ha descrito con referencia a ejemplos preferidos de la invención, los expertos en la materia o quienes tengan conocimientos normales de la materia comprenderán que se pueden realizar diversas modificaciones y cambios a la invención sin apartarse del campo de pensamiento y tecnología descrito en las reivindicaciones de la patente que seguirán.

[0107] Por consiguiente, el alcance técnico de la invención no se limita a lo descrito en la descripción detallada de la memoria descriptiva, sino que debe determinarse por las reivindicaciones de la patente.

[0108] [Números de referencia]

[0109] 10: PAQUETE DE BATERÍAS CONVENCIONAL

[0110] 100: PAQUETE DE BATERÍAS DE LA PRESENTE INVENCIÓN

[0111] 11, 110: CONJUNTO DE APILAMIENTO DE CELDAS

[0112] 12, 120: PLACA BASE

[0113] 13, 130: PARED LATERAL

[0114] 140, 140a: MAMPARO

[0115] 150, 150a, 150b: PARTE DE SOPORTE

[0116] 16, 160: ALMOHADILLA CONDUCTORA DE CALOR

[0117] 161: PRIMERA CAPA DE ALMOHADILLA CONDUCTORA DE CALOR 162: SEGUNDA CAPA DE ALMOHADILLA CONDUCTORA DE CALOR

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un paquete de baterías (100) que comprende:

una pluralidad de conjuntos de celdas (110);

una carcasa de paquete que aloja la pluralidad de conjuntos de apilamiento de celdas (110); y

una almohadilla conductora de calor (160),

en donde la carcasa de paquete contiene:

una placa base (120) que incluye una pluralidad de áreas de apilamiento de celdas, en las que cada conjunto de apilamiento de celdas (110) está situado en cada una de la pluralidad de áreas de apilamiento de celdas; una pared lateral (130) que se extiende verticalmente y está acoplada a lo largo de un borde de la placa base (120) para encerrar la pluralidad de áreas de apilamiento de celdas; y

un mamparo (140, 140a) acoplado a la pared lateral (130),

en donde el mamparo (140, 140a) compartimenta la placa base (120) para formar la pluralidad de áreas de apilamiento de celdas,

en donde la almohadilla conductora de calor (160) se encuentra entre la placa base (120) y el conjunto de apilamiento de celdas (110), y

en donde la almohadilla conductora de calor (160) comprende un material que cambia de fase a un estado gaseoso a alta temperatura para formar un espacio de separación,

caracterizado por que al menos uno de la pared lateral (130) y el mamparo (140, 140a) incluye una parte de soporte (150, 150a, 150b) que sobresale hacia dentro en una parte inferior interna del mismo para soportar cada conjunto de apilamiento de celdas (110).

2. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la parte de soporte está formada a lo largo de una parte inferior interna de una pared lateral (130) o mamparo (140, 140a) para soportar un borde de la superficie inferior del conjunto de apilamiento de celdas (110).

3. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la parte de soporte es un miembro de silicato compuesto por silicatos que contienen uno o más de los siguientes elementos: silicio Si, aluminio Al, hierro Fe, magnesio Mg, manganeso Mn, titanio Ti, sodio Na, potasio K, flúor F y oxígeno O.

4. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la almohadilla conductora de calor (160) incluye un polímero que se vaporiza o se sublima a de 100 a 800 °C.

5. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la almohadilla conductora de calor (160) tiene una estructura en la que un relleno conductor de calor se dispersa en una matriz que incluye un polímero que se vaporiza o se sublima a de 100 a 800 °C.

6. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la almohadilla conductora de calor (160) comprende: una primera capa en la que una superficie inferior es contigua a una placa base (120), y una segunda capa dispuesta sobre la primera capa y que tiene una superficie superior que es contigua al conjunto de apilamiento de celdas (110).

7. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 6, en donde la almohadilla conductora de calor (160) tiene un contenido de relleno conductor de calor en la primera capa mayor que el contenido de relleno conductor de calor en la segunda capa.

8. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 5, en donde el relleno conductor del calor se incluye en una cantidad del 1 % en peso al 30 % en peso con respecto al peso total de la almohadilla conductora del calor (160).

9. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 5, en donde el relleno conductor del calor incluye uno o más de los siguientes: aluminio, cobre, cinc, magnesio, acero inoxidable, plata, alúmina Al<2>O<3>, dióxido de silicio SiO<2>, nitruro de aluminio AlN<3>, nanotubos de carbono, carburo de silicio SiC, grafito y carbón activado.

10. El paquete de baterías (100) de la reivindicación 1, en donde la almohadilla conductora de calor (160) tiene un espesor medio de 0,5 mm a 5,5 mm, y un espesor igual o superior a la distancia de separación entre el conjunto de apilamiento de celdas (110) y la placa base (120).