ES3035236T3

ES3035236T3 - Battery module

Info

Publication number: ES3035236T3
Application number: ES20876311T
Authority: ES
Inventors: Jonghwa Choi; Junyeob Seong; Myungki Park
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2025-09-01
Anticipated expiration: 2040-08-11
Also published as: KR102798546B1; JP2022545245A; WO2021075690A1; EP4030515A1; CN114556684A; EP4030515A4; JP7442623B2; US20220344765A1; US12327878B2; EP4030515B1; HUE071868T2; KR20210046340A

Abstract

Un módulo de batería, según una realización de la presente invención, comprende: un conjunto de celdas de batería con una o más celdas; un bloque de celdas con un par de barras colectoras de terminales conectadas al conjunto de celdas de batería para conectar eléctricamente las celdas de batería a un dispositivo externo; y un marco modular para alojar el bloque de celdas. El marco modular contiene dos o más bloques de celdas. Estos bloques no están conectados eléctricamente entre sí dentro del marco modular. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de batería

Campo técnico

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2019-0129949 presentada el 18 de octubre de 2019 ante la Oficina de Propiedad Intelectual de Corea.

La presente divulgación se refiere a un módulo de batería, y más particularmente, a un módulo de batería que no tiene alta tensión entre terminales y, por tanto, tiene una propiedad de manejo mejorada.

Antecedentes de la técnica

Dado que las baterías secundarias pueden aplicarse fácilmente a diversos grupos de productos y tienen características eléctricas tales como alta densidad de energía, se aplican universalmente no sólo para un dispositivo portátil, sino también para un vehículo eléctrico o un vehículo híbrido eléctrico, un sistema de almacenamiento de energía, o similar, que es accionado por una fuente de accionamiento eléctrico. Tales baterías secundarias están atrayendo la atención como una nueva fuente de energía respetuosa con el medioambiente para mejorar la eficiencia energética, ya que ofrecen la ventaja principal de reducir notablemente el uso de combustibles fósiles y, además, no generan subproductos procedentes del uso de energía en absoluto.

Un paquete de baterías aplicado a un vehículo eléctrico y similar tiene una estructura en la que una pluralidad de conjuntos de celdas que incluyen una pluralidad de celdas unitarias están conectados en serie para obtener una salida alta. La celda unitaria puede cargarse y descargarse repetidamente mediante una reacción electroquímica entre componentes que incluyen un colector de corriente de electrodo positivo, un colector de corriente de electrodo negativo, un separador, un material activo, una disolución de electrolito, y similares.

Mientras tanto, junto con una necesidad aumentada de una estructura de gran capacidad que incluya su utilización como fuentes de almacenamiento de energía en los últimos años, existe una creciente demanda de un paquete de baterías que tenga una estructura de múltiples módulos en la que se agregan una pluralidad de módulos de batería, teniendo cada uno una pluralidad de baterías secundarias conectadas en serie y/o en paralelo.

Cuando se conectan una pluralidad de celdas de batería en serie/paralelo para configurar un paquete de baterías, es común un método para configurar un módulo de batería compuesto por al menos una celda de batería y luego añadir otros componentes a al menos un módulo de batería para configurar un paquete de baterías. El número de módulos de batería incluidos en el paquete de baterías, o el número de celdas de batería incluidas en el módulo de batería, puede configurarse de diversas maneras según la tensión de salida o la capacidad de carga/descarga requerida. En particular, junto con una demanda aumentada de una estructura de gran capacidad/gran área en los últimos años, el número de celdas en el propio módulo de batería está aumentando, y la tensión del módulo también aumenta con este aumento. Sin embargo, como la tensión del módulo de electrodo es más alta, es necesario garantizar una mayor seguridad durante la producción, el manejo, y el transporte, y las especificaciones del aparato de inspección deben mejorarse incluso en la línea de producción, lo que provoca el problema de que aumenta el coste de producción.

El documento EP 3327821 A1 se refiere a un conjunto de módulos de batería que incluye un cuerpo de matriz de módulos que incluye dos o más módulos unitarios, incluyendo cada uno una pluralidad de celdas de batería, estando dispuestos los módulos unitarios mientras que los lados de los mismos están unidos estrechamente entre sí y un alojamiento de módulo de tipo combinado que incluye un primer espacio establecido mediante la combinación de una pluralidad de elementos de placa y un segundo espacio establecido en el primer espacio mientras que un soporte de fijación se combina adicionalmente con uno de la pluralidad de elementos de placa.

El documento KR 2019 0106311 A se refiere a un módulo de batería capaz de evitar que una sobrecorriente anómala debida a un cortocircuito externo fluya al exterior antes de un procedimiento de distribución o ensamblaje en unidades de paquete de baterías.

El documento WO 2019/146962 A1 se refiere a un conjunto de módulos de batería que comprende un primer módulo de batería que incluye una carcasa de módulo que tiene una pluralidad de celdas de batería incorporadas en la misma, y un primer terminal de entrada/salida y un segundo terminal de entrada/salida, proporcionados en un lado de la carcasa de módulo, y un segundo módulo de batería que incluye una carcasa de módulo que tiene una pluralidad de celdas de batería incorporadas en la misma, y un primer terminal de entrada/salida y un segundo terminal de entrada/salida, proporcionados en un lado de la carcasa de módulo, en donde el primer terminal de entrada/salida del primer módulo de batería se forma extendiendo una primera barra ómnibus del módulo conectada a al menos una de la pluralidad de celdas de batería en la carcasa de módulo y se extiende hasta el segundo terminal de entrada/salida del segundo módulo de batería y están conectados entre sí.

Descripción detallada de la invención

Problema técnico

La presente divulgación se ha ideado para resolver los problemas anteriores, y un objeto de la presente divulgación es proporcionar un módulo de batería en el que la tensión de terminal no sea alta ni siquiera si aumenta el número de celdas incluidas en un módulo de batería, capaz así de garantizar la seguridad durante la producción, el manejo, y el transporte, y también puede reducirse la especificación del aparato de inspección en la línea de producción, reduciendo de ese modo el coste de producción.

Solución técnica

Según una realización de la presente divulgación, se proporciona un módulo de batería que comprende: un bloque de celdas que incluye un conjunto de celdas de batería que contiene una o más celdas de batería y un par de barras ómnibus de terminal conectadas al conjunto de celdas de batería para conectar eléctricamente la celda de batería a un dispositivo externo; y un armazón de módulo para alojar el bloque de celdas, en donde dos o más de los bloques de celdas están contenidos en el armazón de módulo, y los dos o más bloques de celdas no están conectados eléctricamente entre sí dentro del armazón de módulo.

El par de barras ómnibus de terminal puede incluir una barra ómnibus de terminal de electrodo positivo y una barra ómnibus de terminal de electrodo negativo.

El par de barras ómnibus de terminal, estando cada una conectada a dos o más bloques de celdas, puede estar expuesto a una parte de extremo del armazón de módulo.

El módulo de batería puede incluir además una placa de extremo que está acoplada a una parte de extremo del armazón de módulo y contiene cuatro o más aberturas para exponer la barra ómnibus de terminal.

Cada uno de los bloques de celdas puede incluir una película protectora que envuelve la superficie lateral del conjunto de celdas de batería.

El módulo de batería incluye además un armazón de barra ómnibus que cubre una parte superior del conjunto de celdas de batería y una superficie lateral del conjunto de celdas de batería, y al que se fija la barra ómnibus de terminal, y el armazón de barra ómnibus puede proporcionarse en común a los dos o más bloques de celdas.

Pueden fijarse al armazón de barra ómnibus cuatro o más barras ómnibus de terminal contenidas en los dos o más bloques de celdas.

Según otra realización de la presente divulgación, pueden proporcionarse un paquete de baterías que comprende al menos un módulo de batería, y una carcasa de paquete para empaquetar el al menos un módulo de batería.

Según aún otra realización de la presente divulgación, puede proporcionarse un dispositivo que comprende el al menos un paquete de baterías.

Efectos ventajosos

Según la realización de la presente divulgación, puede proporcionarse un módulo de batería en el que la tensión de terminal no es alta ni siquiera si aumenta el número de celdas incluidas en un módulo de batería, capaz así de garantizar la seguridad durante la producción, el manejo, y el transporte, y también puede reducirse la especificación del aparato de inspección en la línea de producción, reduciendo de ese modo el coste de producción.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva que muestra el interior y el exterior de un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación;

la figura 2 es una vista en perspectiva de la apariencia del módulo de batería de la figura 1;

la figura 3 es una vista esquemática que muestra el módulo de batería de la figura 1;

la figura 4 es una vista en perspectiva que muestra un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación; y

la figura 5 es una vista en perspectiva que muestra un módulo de batería según la presente divulgación.

Descripción detallada de las realizaciones

A continuación en el presente documento, se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos para que los expertos en la técnica puedan llevarlas a cabo fácilmente. Las realizaciones de la presente divulgación pueden modificarse de diversas maneras diferentes, y no se limitan a las realizaciones expuestas en el presente documento.

En el presente documento se omitirá una descripción de partes no relacionadas con la descripción para mayor claridad, y números de referencia similares designan elementos similares a lo largo de la descripción.

Además, en los dibujos, el tamaño y el grosor de cada elemento se ilustran arbitrariamente para facilitar la descripción, y la presente divulgación no se limita necesariamente a aquellos ilustrados en los dibujos. En los dibujos, el grosor de las capas, regiones, etc., se exageran para mayor claridad. En los dibujos, para facilitar la descripción, se exageran los grosores de algunas capas y regiones.

Además, se entenderá que cuando se hace referencia a que un elemento tal como una capa, película, región, o placa está “sobre” o “encima de” otro elemento, puede estar directamente sobre el otro elemento o también pueden estar presentes elementos intermedios. Por el contrario, cuando se dice que un elemento está “directamente sobre” otro elemento, significa que no hay otros elementos intermedios presentes. Además, la palabra “sobre” o “encima” significa dispuesto sobre o por debajo de una porción de referencia, y no necesariamente significa estar dispuesto en el extremo superior de la porción de referencia hacia la dirección opuesta de la gravedad.

Además, a lo largo de la memoria descriptiva, cuando se hace referencia a que una parte “incluye” un componente determinado, significa que puede incluir además otros componentes, sin excluir los otros componentes, a menos que se indique lo contrario.

La figura 1 es un diagrama que muestra el interior y el exterior de un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación, la figura 2 es un diagrama que muestra la apariencia del módulo de batería de la figura 1, y la figura 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente el módulo de batería de la figura 1.

En referencia a las figuras 1 a 3, el módulo 100 de batería según este ejemplo incluye un conjunto 110 de celdas de batería en el que una pluralidad de celdas 112 de batería están alineadas una al lado de las otras y apiladas adyacentes entre sí, y un armazón 120 de módulo que aloja el conjunto de celdas de batería y forma la apariencia del módulo 100 de batería. En este momento, un par de barras 51 ómnibus de terminal para conectar eléctricamente la celda 112 de batería a un dispositivo externo está conectado al conjunto 110 de celdas de batería, y el conjunto 110 de celdas de batería y un par de barras 51 ómnibus de terminal constituyen un bloque 200 de celdas. El módulo 100 de batería según este ejemplo incluye una pluralidad de bloques 200 de celdas alojados en un armazón 120 de módulo, en donde la pluralidad de bloques 200 de celdas no están conectados eléctricamente entre sí en el módulo 100 de batería.

El conjunto 110 de celdas de batería es un conjunto de baterías secundarias que incluye una pluralidad de celdas 112 de batería. El conjunto 110 de celdas de batería puede incluir una pluralidad de celdas 112 de batería, y cada celda de batería incluye un conector 114 de electrodo. La celda 112 de batería puede ser una celda de batería de tipo bolsa que tiene forma de placa, pero no se limita a ello. El conector 114 de electrodo es un conector de electrodo positivo o un conector de electrodo negativo, y la parte de extremo del conector 114 de electrodo de cada celda 112 de batería puede doblarse en una dirección y, por tanto, puede entrar en contacto con una parte de extremo de un conector de electrodo de otra celda 112 de batería adyacente. Los dos conectores 114 de electrodo que están en contacto entre sí pueden fijarse mutuamente mediante soldadura o similar, mediante lo cual puede realizarse una conexión eléctrica entre las celdas 112 de batería en el conjunto 110 de celdas de batería.

La pluralidad de celdas 112 de batería están apiladas verticalmente de modo que los conectores 114 de electrodo están alineados en una dirección para formar el conjunto 110 de celdas de batería. Los conectores 114 de electrodo alineados en una dirección están conectados eléctricamente a la barra 51 ómnibus de terminal que está fijada al armazón 50 de barra ómnibus que se acopla al conjunto 110 de celdas de batería. La barra 51 ómnibus de terminal puede fijarse hacia el exterior del armazón 50 de barra ómnibus, y los conectores 114 de electrodo del conjunto 110 de celdas de batería pueden pasar a través de una ranura formada en el armazón 50 de barra ómnibus para conectarse eléctricamente a la barra 51 ómnibus de terminal. En este caso, el armazón 50 de barra ómnibus está formado por un material aislante, por ejemplo, una resina sintética no conductora, y la barra 51 ómnibus de terminal puede estar formada por un material de metal conductor.

Además, el módulo 100 de batería incluye una placa 40 de circuito impreso flexible (FPCB) que está montada de manera extendida en la dirección longitudinal del conjunto 110 de celdas de batería en la parte superior del conjunto 110 de celdas de batería y está configurada para detectar la celda 112 de batería. Además, el módulo 100 de batería puede incluir diversos componentes electrónicos. A modo de ejemplo, puede incluir una ICB (placa de circuito interno) y un BMS (sistema de gestión de batería). Los componentes eléctricos tales como la placa ICB y el BMS pueden estar conectados eléctricamente a la pluralidad de celdas 112 de batería.

El conjunto 110 de celdas de batería y la barra 51 ómnibus de terminal conectada eléctricamente al mismo forman un bloque 200 de celdas. Un bloque 200 de celdas incluye un par de barras 51 ómnibus de terminal, y el par de barras 51 ómnibus de terminal incluye una barra ómnibus de terminal de electrodo positivo y una barra ómnibus de terminal de electrodo negativo, respectivamente.

El armazón 120 de módulo para alojar el bloque 200 de celdas puede ser un único armazón que tiene forma de tubo rectangular tal como se muestra en la figura 1 y similares. Alternativamente, puede ser una forma en la que la placa superior esté acoplada al armazón inferior en forma de U, pero no está particularmente limitada.

En una realización de la presente divulgación, se proporciona una pluralidad de bloques 200 de celdas y se incluyen en un armazón 120 de módulo para formar el módulo 100 de batería. Por tanto, el módulo 100 de batería incluye las barras 51 ómnibus de terminal que deben corresponderse con el número de bloques 200 de celdas. Por ejemplo, cuando dos bloques 200 de celdas están alojados en el armazón 120 de módulo tal como se muestra en las figuras 1 a 3, se incluyen dos pares de barras 51 ómnibus de terminal.

En este momento, las barras 51 ómnibus de terminal incluidas en cada bloque 200 de celdas no están conectadas entre sí ni con las barras 51 ómnibus de terminal incluidas en otros bloques 200 de celdas, sino que la conexión eléctrica puede realizarse sólo en el bloque 200 de celdas. Debido a una configuración de este tipo, incluso si aumenta el número de celdas 112 de batería incluidas en un módulo 100 de batería y aumenta la capacidad total del módulo 100 de batería, la tensión de terminal no aumenta al mismo tiempo y, por tanto, puede garantizarse la seguridad durante la producción, el manejo, y el transporte del módulo 100 de batería. Dado que no aumenta la tensión de terminal, también pueden reducirse las especificaciones del aparato de inspección en la línea de producción, reduciendo de ese modo el coste de producción.

Las figuras 1 y 2 ilustran que se incluyen dos bloques 200 de celdas, pero la presente divulgación no se limita a ello. Pueden incluirse más de dos bloques 200 de celdas tal como se muestra en la figura 3, que no están particularmente limitados. En particular, incluso si se proporcionan más de dos bloques 200 de celdas, la tensión de terminal no aumenta. Por tanto, la capacidad del módulo 100 de batería puede aumentarse sin estar limitado por cuestiones de seguridad en los procedimientos de producción, manejo, y transporte y las especificaciones del aparato de inspección.

Mientras tanto, el módulo 100 de batería según una realización de la presente divulgación incluye una placa 300 de extremo acoplada a una parte de extremo del armazón 120 de módulo. En este caso, la placa 300 de extremo incluye al menos cuatro aberturas 301 capaces de exponer al exterior las barras 51 ómnibus de terminal incluidas en cada bloque 200 de celdas. Por ejemplo, cuando se incluyen dos bloques 200 de celdas en el armazón 120 de módulo, se forman un total de cuatro barras 51 ómnibus de terminal y, por tanto, pueden formarse cuatro aberturas 301 para exponer cada una de ellas al exterior.

De esta manera, cada uno del cuerpo 110 apilado de celdas de batería y la barra 51 ómnibus de terminal se proporcionan de manera independiente en un módulo 100 de batería, y dos o más bloques 200 de celdas que no están conectados eléctricamente entre sí se incluyen en el módulo 100 de batería, mediante lo cual incluso mientras se aumenta la capacidad del módulo 100 de batería, puede reducirse la tensión de terminal, garantizando así la seguridad y reduciendo los costes de producción.

La figura 4 es un diagrama que muestra un módulo de batería según un ejemplo de la presente divulgación.

En otra realización de la presente divulgación, puede incluirse además una película 210 protectora que envuelve la superficie lateral de la pila 110 de celdas de batería incluida en cada bloque 200 de celdas. La película 210 protectora puede estar formada por un material de resina. Al proporcionar la película 210 protectora, es posible evitar que la pila 110 de celdas de batería se dañe en el procedimiento de alojar el bloque 200 de celdas en el armazón 120 de módulo o similar. Además, las celdas 112 de batería respectivas pueden mantenerse de manera más estable dentro de la pila 110 de celdas de batería.

La figura 5 es un diagrama que muestra un módulo de batería según la presente divulgación.

En la presente divulgación, se proporciona un armazón 50 de barra ómnibus en común a dos o más bloques 200 de celdas. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 5, puede proporcionarse un armazón 50 de barra ómnibus para dos bloques 200 de celdas. Esto está estructurado de manera que un armazón 50 de barra ómnibus cubre la superficie superior y las superficies laterales de las dos pilas 110 de celdas de batería proporcionadas en los dos bloques 200 de celdas. Según esta configuración, un total de cuatro barras 51 ómnibus de terminal conectadas a cada una de las pilas 110 de celdas de batería pueden fijarse en la cubierta lateral de un armazón 50 de barra ómnibus que cubre la pila 110 de celdas de batería. De ese modo, incluso si se proporcionan la pluralidad de cuerpos 110 apilados de celdas de batería, están conectados a un armazón 50 de barra ómnibus y, por tanto, el procedimiento de ensamblaje puede simplificarse adicionalmente.

Mientras tanto, uno o más de los módulos 100 de batería según una realización de la presente divulgación pueden empaquetarse en una carcasa de paquete para formar un paquete de baterías. En este momento, las respectivas barras 51 ómnibus de terminal formadas en la pluralidad de bloques 200 de celdas incluidos en el módulo 100 de batería pueden conectarse eléctricamente entre sí en el procedimiento de empaquetado y ensamblaje del paquete de baterías. Es decir, puede realizarse una conexión eléctrica entre los bloques 200 de celdas fuera del módulo 100 de batería.

El módulo de batería mencionado anteriormente y el paquete que lo incluye pueden aplicarse a diversos dispositivos. Un dispositivo de este tipo puede aplicarse a un medio de vehículo tal como una bicicleta eléctrica, un vehículo eléctrico o un vehículo híbrido, pero la presente divulgación no se limita a ello, y es aplicable a diversos dispositivos que pueden usar un módulo de batería, lo que también se encuentra dentro del alcance de la presente divulgación.

Aunque la invención se ha mostrado y descrito con referencia a las realizaciones preferidas, el alcance de la presente divulgación se define en las reivindicaciones adjuntas.

Descripción de los números de referencia

100: módulo de batería

200: bloque de celdas

51: barra ómnibus de terminal

112: celda de batería

110: pila de celdas de batería

300: placa de extremo

120: armazón de módulo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Módulo (100) de batería que comprende:

dos o más bloques (200) de celdas, incluyendo cada bloque (200) de celdas un conjunto (110) de celdas de batería que contiene una o más celdas (112) de batería y un par de barras (51) ómnibus de terminal conectadas al conjunto (110) de celdas de batería para conectar eléctricamente la celda (112) de batería a un dispositivo externo; y

un armazón (120) de módulo para alojar los dos o más bloques (200) de celdas,

en donde los dos o más bloques (200) de celdas no están conectados eléctricamente entre sí dentro del armazón (120) de módulo,

en donde el módulo (100) de batería comprende además un armazón (50) de barra ómnibus que cubre una parte superior del conjunto (110) de celdas de batería y una superficie lateral del conjunto (110) de celdas de batería, estando fijada la barra (51) ómnibus de terminal al armazón (50) de barra ómnibus, extendiéndose el armazón (50) de barra ómnibus a través de dos o más bloques (200) de celdas.

2. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en donde el par de barras (51) ómnibus de terminal comprende una barra ómnibus de terminal de electrodo positivo y una barra ómnibus de terminal de electrodo negativo.

3. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en donde el par de barras (51) ómnibus de terminal se extiende a través del armazón (120) de módulo de manera que las barras (51) ómnibus de terminal se exponen en una parte de extremo del armazón (120) de módulo.

4. Módulo (100) de batería según la reivindicación 3, en donde el módulo (100) de batería comprende además una placa (300) de extremo acoplada a una parte de extremo del armazón (120) de módulo, incluyendo la placa (300) de extremo cuatro o más aberturas (301) para exponer la barra (51) ómnibus de terminal.

5. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en donde cada uno de los bloques (200) de celdas comprende una película (210) protectora que cubre una superficie lateral del conjunto (110) de celdas de batería.

6. Módulo (100) de batería según la reivindicación 1, en donde cuatro o más barras (51) ómnibus de terminal contenidas en los dos o más bloques (200) de celdas se fijan al armazón (50) de barra ómnibus.

7. Paquete de baterías que comprende:

al menos un módulo (100) de batería según la reivindicación 1, y

una carcasa de paquete para empaquetar el al menos un módulo (100) de batería.

8. Dispositivo que comprende al menos un paquete de baterías según la reivindicación 7.