ES2928339T3 - Conjunto de celdas de baterías cilíndricas con uso de espacio y seguridad mejorados, y módulo de batería que comprende el mismo - Google Patents

Conjunto de celdas de baterías cilíndricas con uso de espacio y seguridad mejorados, y módulo de batería que comprende el mismo Download PDF

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Abstract

Un conjunto de celdas de batería cilíndricas de acuerdo con la presente invención comprende: un número predeterminado de celdas de batería cilíndricas que tienen terminales de electrodos formados en el extremo superior y en el extremo inferior de las mismas, y que están dispuestas para estar de pie de tal manera que los polos con la misma polaridad enfrentan el mismo dirección; un soporte de celdas para unir las celdas de batería cilíndricas para que estén en una unidad de paquete; un primer elemento de conexión de electrodos que está colocado en la parte superior del soporte de celdas y que conecta eléctricamente primeros electrodos colocados en los respectivos extremos superiores de las celdas de batería cilíndricas; y un segundo miembro de conexión de electrodos que conecta eléctricamente segundos electrodos colocados en los extremos inferiores respectivos de la pluralidad de celdas de batería cilíndricas, donde el segundo miembro de conexión de electrodos puede comprender: una segunda unidad de conexión de electrodos que está colocada en la parte inferior del soporte de celdas y que está dispuesto a entrar en contacto con los segundos electrodos; y una segunda unidad terminal de tipo barra que se extiende verticalmente a través de un espacio hueco formado dentro del portaceldas desde la segunda unidad de conexión de electrodos de manera que un extremo de la misma se dispone sobre el portaceldas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de celdas de baterías cilindricas con uso de espacio y seguridad mejorados, y módulo de batería que comprende el mismo
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a un conjunto de celdas de baterías cilíndricas y a un módulo de batería que incluye el conjunto de celdas de baterías cilíndricas y, más particularmente, a un conjunto de celdas que tiene un grupo de celdas de baterías cilíndricas con una alta eficiencia de espacio y que adopta una estructura de prevención de ignición en serie y un módulo de batería que incluye el conjunto de celdas de baterías cilíndricas.
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.° 10-2017-0179817, presentada el 26 de diciembre de 2017 en la República de Corea.
Estado de la técnica
A medida que aumentan el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía ha aumentado rápidamente. Convencionalmente, se han utilizado baterías de níquel-cadmio o baterías de iones de hidrógeno como baterías secundarias. Sin embargo, recientemente, las baterías secundarias de litio han sido muy destacadas debido a que sustancialmente no tienen efecto de memoria para garantizar una carga y descarga libres, una muy baja tasa de autodescarga y una alta densidad de energía, en comparación con las baterías secundarias a base de níquel.
La batería secundaria de litio utiliza principalmente un óxido a base de litio y un material carbonoso como material activo de electrodo positivo y material activo de electrodo negativo, respectivamente. La batería secundaria de litio incluye una celda de batería secundaria en la que se disponen una placa de electrodo positivo recubierta con un material activo de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo recubierta con un material activo de electrodo negativo con un separador interpuesto entre estas, y un exterior, en concreto, una caja de batería, para alojar herméticamente la celda de batería secundaria junto con un electrolito.
En términos generales, la batería secundaria de litio puede clasificarse en una batería secundaria de tipo lata y una batería secundaria de tipo bolsa en función de la forma de un exterior que aloja el conjunto de electrodos. También, la batería secundaria de tipo lata puede clasificarse en una batería secundaria cilíndrica y una batería secundaria rectangular. Recientemente, cuando se configura un módulo o paquete de batería de tamaño mediano o de tamaño grande, la batería secundaria de tipo bolsa o la batería secundaria cilíndrica se utiliza con mayor frecuencia.
La batería secundaria de tipo bolsa es fácil de ensamblar y tiene una alta densidad de energía, pero es vulnerable a golpes externos debido a su baja rigidez mecánica. Al mismo tiempo, la batería secundaria cilíndrica tiene una excelente durabilidad contra impactos externos debido a su excelente rigidez mecánica, pero no se ensambla fácilmente de manera intensiva en un espacio limitado.
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece que muestra un módulo de batería convencional que tiene baterías secundarias cilíndricas.
Como se muestra en la figura 1, se requiere una gran cantidad de baterías secundarias cilíndricas 1 para cumplir con la tensión de salida y la capacidad de carga/descarga requeridas y se utiliza un marco para fijar las baterías secundarias cilíndricas. Por ejemplo, las baterías secundarias cilíndricas 1 pueden montarse y fijarse entre un marco superior 2 y un marco inferior 3, que se proporcionan para acoplarse hacia arriba y hacia abajo. De manera adicional, dado que las baterías secundarias cilíndricas tienen terminales de electrodos en los extremos superior e inferior de estas, unas barras colectoras o placas metálicas 4, 5 están montadas en los extremos superior e inferior, respectivamente, de modo que las baterías secundarias cilíndricas puedan conectarse en serie y/o en paralelo mediante las barras colectoras o las placas metálicas.
Sin embargo, en el módulo de batería convencional, dado que los marcos y las barras colectoras están todos ubicados en los espacios superior e inferior de las baterías secundarias cilíndricas, el grado de libertad en el espacio es bajo cuando se instala adicionalmente un dispositivo de enfriamiento o piezas de conexión eléctricas.
También, dado que las barras colectoras están ubicadas por separado en los espacios superior e inferior con el fin de conectar las baterías secundarias cilíndricas en serie y/o en paralelo, las baterías secundarias cilíndricas deberían disponerse de modo que algunas baterías secundarias cilíndricas tengan terminales de electrodos positivos orientados en sentido ascendente y algunas baterías secundarias cilíndricas tengan terminales de electrodos negativos orientados en sentido ascendente. Por el contrario, se debería proporcionar un patrón conductor complicado en la barra colectora superior y la barra colectora inferior, y la barra colectora superior y la barra colectora inferior deberían conectarse utilizando componentes separados.
De manera adicional, la cantidad de baterías secundarias cilindricas requeridas depende de la capacidad y la salida del módulo de batería. Sin embargo, si el marco para fijar integralmente las baterías secundarias cilindricas se utiliza como en la técnica convencional, el marco debe diseñarse nuevamente cada vez que se cambia la capacidad del módulo de batería.
Al mismo tiempo, recientemente, la batería secundaria cilíndrica tiene una función de impedir la ignición y la explosión interrumpiendo la corriente y eliminando la presión interna durante el funcionamiento anómalo de la batería mediante el uso de un dispositivo interruptor de corriente (CID) montado en esta. Sin embargo, dado que una gran cantidad de baterías secundarias cilíndricas están densamente dispuestas en el módulo de batería, si una cualquiera de las baterías secundarias cilíndricas entra en ignición o explota si el dispositivo interruptor de corriente no funciona correctamente, otras baterías secundarias cilíndricas también pueden entrar en ignición o explotar. No obstante, el módulo de batería convencional no tiene ningún medio adecuado para impedir este problema.
El documento EP 2787556A1 se refiere a un paquete de batería que incluye una pluralidad de módulos de batería.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está diseñada para resolver los problemas de la técnica relacionada y, por lo tanto, la presente divulgación está dirigida a proporcionar un conjunto de celdas de baterías cilíndricas, que tiene una estructura de conexión eléctrica que ahorra espacio y un dispositivo de prevención de ignición en cadena y puede fabricarse como una unidad de agrupación con una capacidad específica.
También, la presente divulgación se dirige a proporcionar un módulo de batería, que pueden tener diversos tamaños y capacidades combinando selectivamente la cantidad de conjuntos de celdas de baterías cilíndricas y conectándolos en serie o en paralelo.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse a partir de la siguiente descripción detallada y resultarán más completamente evidentes a partir de las realizaciones a modo de ejemplo de la presente divulgación. También, se entenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente divulgación pueden realizarse por los medios mostrados en las reivindicaciones adjuntas y combinaciones de estas.
Solución técnica
En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un conjunto de celdas de baterías cilíndricas como se define en la reivindicación 1. Las realizaciones preferentes se definen en las reivindicaciones dependientes 2-6.
En otro aspecto de la presente divulgación, también se proporciona un módulo de batería, como se define en la reivindicación 7. Las realizaciones preferentes se definen en las reivindicaciones dependientes 8-10.
En otro aspecto de la presente divulgación, también se proporciona un paquete de batería, como se define en la reivindicación 11.
Efectos ventajosos
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, es posible proporcionar un conjunto de celdas de baterías cilíndricas, que tiene una estructura de conexión eléctrica que ahorra espacio e incluye celdas de baterías cilíndricas que tienen una capacidad específica como unidad de agrupación.
De manera adicional, mediante el uso de un soporte de celdas hecho de material de mica que tiene un excelente rendimiento de aislamiento, es posible impedir la ignición en cadena de las celdas de baterías cilíndricas, mejorando, de este modo, la seguridad.
De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, es posible fabricar un módulo de batería en diversos tamaños y capacidades combinando selectivamente los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas y conectándolos en serie y/o en paralelo.
Descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferente de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación y, por tanto, no se considera que la presente divulgación se limite a los dibujos.
La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece esquemática que muestra un módulo de batería convencional que tiene baterías secundarias cilíndricas.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto de celdas de baterías cilindricas de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La figura 3 es una vista en perspectiva en despiece que muestra el conjunto de celdas de baterías cilíndricas de la figura 2.
Las figuras 4 y 5 son una vista en perspectiva y una vista superior para ilustrar la disposición de un segundo miembro de conexión de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La figura 6 es una vista en perspectiva que muestra una configuración principal de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La figura 7 es una vista en perspectiva en despiece que muestra el módulo de batería de la figura 6.
La figura 8 es una vista superior que muestra las celdas de baterías cilíndricas de la figura 6.
La figura 9 es una vista parcialmente ampliada de la figura 8.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, se describirán en detalle las realizaciones preferentes de la presente divulgación haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un conjunto de celdas de baterías cilíndricas de acuerdo con una realización de la presente divulgación y la figura 3 es una vista en perspectiva en despiece que muestra el conjunto de celdas de baterías cilíndricas de la figura 2.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, un conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 de acuerdo con la presente divulgación incluye una pluralidad de celdas de baterías cilíndricas 110, un soporte de celdas 120, un primer miembro de conexión de electrodos 130 y un segundo miembro de conexión de electrodos 140.
La celda de batería cilíndrica 110 es una especie de batería secundaria de tipo lata en la que un conjunto de electrodos está incrustado en una lata metálica. La lata metálica puede estar hecha de un metal conductor liviano tal como aluminio, acero inoxidable o aleaciones de estos.
La celda de batería cilíndrica 110 puede incluir una lata de batería cilíndrica 110b, un conjunto de electrodos de tipo rollo de gelatina alojado dentro de la lata de batería 110b y una tapa superior 110a acoplada a una porción superior de la lata de batería 110b. La tapa superior 110a se puede conectar a una placa de electrodo positivo del conjunto de electrodos para que sirva como terminal de electrodo positivo y el extremo inferior de la lata de batería 110b se puede conectar a una placa de electrodo negativo del conjunto de electrodos para que sirva como terminal de electrodo negativo. Por tanto, los terminales de electrodos se forman en los extremos superior e inferior de la celda de batería cilíndrica 110, respectivamente.
En la presente divulgación, las celdas de baterías cilíndricas 110 pueden estar dispuestas para situarse de modo que las celdas de baterías cilíndricas que tienen la misma polaridad estén orientadas en la misma dirección. Por ejemplo, las celdas de baterías cilíndricas 110 pueden estar todas dispuestas uniformemente para estar orientadas en una dirección de modo que todo el electrodo positivo esté orientado en sentido ascendente y todo el electrodo negativo esté orientado en sentido descendente.
La disposición de las celdas de baterías cilíndricas 110 de acuerdo con una realización de la presente divulgación puede tener una forma triangular al observarse desde arriba. En este caso, el conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 puede incluir al menos tres celdas de baterías cilíndricas unitarias 110. En esta figura, seis celdas de baterías cilíndricas 110 están dispuestas en forma triangular en total de, pero más celdas de baterías cilíndricas 110, por ejemplo, diez o quince celdas de baterías cilíndricas 110, también pueden estar dispuestas en forma triangular.
El soporte de celdas 120 es un componente para alojar y fijar las celdas de baterías cilíndricas 110 como unidad de agrupación e impedir la explosión en cadena de las celdas de baterías cilíndricas 110.
Como se muestra en las figuras 2 y 3, el soporte de celdas 120 de esta realización incluye cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 y una cubierta superior de celda 123.
Las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 tienen una forma cilíndrica y pueden acoplarse respectivamente a las celdas de baterías cilíndricas 110 encajándose en una relación de una a una. De manera adicional, las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 pueden formarse integralmente en forma triangular de modo que las superficies circunferenciales de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 adyacentes estén unidas entre sí. Es decir, las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 pueden diseñarse para que sean adecuadas para la disposición de las celdas de baterías cilíndricas 110.
Por ejemplo, en esta realización, se proporcionan seis cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 como un único cuerpo para formar una forma triangular de modo que sus superficies circunferenciales estén en contacto entre sí. Las seis celdas de baterías cilíndricas 110 pueden insertarse en las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121. En este caso, las seis celdas de baterías cilíndricas 110 están confinadas en las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 para mantener la forma triangular.
La cubierta de cuerpo de celda unitaria 121 puede estar hecha de mica o mica sintética. En este caso, la cubierta de cuerpo de celda unitaria 121 puede tener suficiente resistencia al calor y aislamiento eléctrico. Por tanto, dado que los cuerpos de las seis celdas de baterías cilíndricas 110 están cubiertos por las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121, incluso si una cualquiera de las celdas de baterías cilíndricas 110 entra en ignición o explota, se pueden proteger otras celdas de baterías cilíndricas 110, impidiendo, de este modo, una ignición en cadena.
La cubierta superior de celda 123 cubre los extremos superiores de las celdas de baterías cilíndricas 110, en concreto, la región de tapa superior, y puede estar hecha de mica o mica sintética, similar a la cubierta de cuerpo de celda unitaria 121. En esta realización, la cubierta superior de celda 123 y la cubierta de cuerpo de celda unitaria 121 se fabrican por separado y, luego, se acoplan mutuamente mediante un método de remachado para la producción de piezas individuales y la comodidad del ensamblaje. Sin embargo, la cubierta superior de celda 123 y la cubierta de cuerpo de celda unitaria 121 también se pueden fabricar integralmente.
Si se genera gas en la celda de batería cilíndrica 110 para aumentar abruptamente la presión interna, es probable que la región de tapa superior 110a se rompa en primer lugar y, por tanto, es más probable que la llama se filtre a través del extremo superior de la celda de batería cilíndrica 110 en lugar del extremo inferior de esta. Por tanto, el cuerpo de celda unitaria 110a y el extremo superior de las celdas de baterías cilíndricas 110 están cubiertos con la cubierta de cuerpo de celda unitaria 121 y la cubierta superior de celda 123 para impedir que la llama se propague en caso de emergencia. Al mismo tiempo, dado que es relativamente poco probable que la porción inferior de las celdas de baterías cilíndricas 110 tenga una fuga de llama, la porción inferior está expuesta al exterior y se utiliza como área de enfriamiento.
Para ello, las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 están formadas para ser ligeramente más cortas que las celdas de baterías cilíndricas 110. En este caso, como se muestra en la figura 1, únicamente la porción inferior 110c de las celdas de baterías cilíndricas 110 puede estar ligeramente expuesta por debajo de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 y la porción restante puede estar cubierta por el soporte de celdas 120.
Posteriormente, la estructura de conexión eléctrica del conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 de acuerdo con el primer miembro de conexión de electrodos 130 y el segundo miembro de conexión de electrodos 140 se describirá en detalle haciendo referencia a las figuras 2 a 5.
El primer miembro de conexión de electrodos 130 de acuerdo con la presente divulgación está ubicado en una porción superior del soporte de celdas unitarias 120 para conectar eléctricamente los primeros terminales de electrodos ubicados, respectivamente, en los extremos superiores de las celdas de baterías cilíndricas 110, y el segundo miembro de conexión de electrodos 140 conecta eléctricamente los segundos terminales de electrodos ubicados, respectivamente, en los extremos inferiores de las celdas de baterías cilíndricas 110.
En esta realización, dado que las celdas de baterías cilíndricas 110 se sitúan en posición vertical de modo que todos los terminales de electrodos positivos estén orientados en sentido ascendente, los terminales de electrodos positivos corresponden a los primeros terminales de electrodos y los terminales de electrodos negativos corresponden a los segundos terminales de electrodos. Sin embargo, si las celdas de baterías cilíndricas 110 se sitúan de manera inversa de modo que todos los terminales de electrodos positivos estén orientados en sentido descendente, los terminales de electrodos negativos pueden servir como primeros terminales de electrodos y los terminales de electrodos positivos pueden servir como segundos terminales de electrodos. En lo sucesivo en el presente documento, por comodidad de explicación, el primer electrodo significa un electrodo positivo y el segundo electrodo significa un electrodo negativo.
El primer miembro de conexión de electrodos 130 incluye una primera porción de conexión 131, un patrón conductor 132 y una primera porción de terminal 133.
La primera porción de conexión 131 es una porción que entra en contacto con el electrodo positivo de cada celda de batería cilíndrica 110, en concreto, una porción que entra en contacto con la región sobresaliente de la tapa superior 110a. Por ejemplo, la primera porción de conexión 131 se puede unir a la tapa superior 110a mediante soldadura. La cubierta superior de celda 123 tiene, además, unos primeros orificios de electrodos 124 y los terminales de electrodos positivos de las celdas de baterías cilíndricas 110 están situados, respectivamente, por debajo de los primeros orificios de electrodos 124. La primera porción de conexión 131 puede formarse en un tamaño correspondiente al primer orificio de electrodo 124 y se puede soldar en un estado de inserción en el primer orificio de electrodo 124 para entrar en contacto con el electrodo positivo.
El patrón conductor 132 tiene la forma de una placa metálica delgada que se cruza en una pluralidad de direcciones y se puede proporcionar para conectar eléctricamente las primeras porciones de conexión 131. Por ejemplo, en esta realización, seis primeras porciones de conexión 131 en total pueden entrar en contacto con los terminales de electrodos positivos de seis celdas de baterías cilíndricas 110 y las seis primeras porciones de conexión 131 pueden estar conectadas eléctricamente entre sí mediante el patrón conductor 132.
De manera adicional, la primera porción de terminal 133 sirve como terminal de electrodo positivo de las celdas de baterías cilindricas 110 y puede tener un grosor predeterminado en el patrón conductor 132 para sobresalir en sentido ascendente, opuesta a la primera porción de conexión 131. Por ejemplo, la primera porción de terminal 133 puede extenderse sobre el patrón conductor 132 hasta la misma altura que un extremo de una segunda porción de terminal en forma de varilla 142, explicada más adelante.
Después, como se muestra en la figura 3, el segundo miembro de conexión de electrodos 140 incluye una segunda porción de conexión 141 y una segunda porción de terminal en forma de varilla 142.
La segunda porción de conexión 141 está ubicada en una porción inferior del soporte de celdas 120 y puede tener forma de placa con un área capaz de entrar en contacto con todos los terminales de electrodos negativos de las celdas de baterías cilíndricas 110, respectivamente.
La segunda porción de conexión 141 de esta realización se proporciona en forma de placa triangular, donde los centros inferiores de las celdas de baterías cilíndricas 110 están ubicados en tres regiones de vértice. La segunda porción de conexión 141 en forma de placa triangular puede conectar eléctricamente las celdas de baterías cilíndricas 110 ubicadas sobre esta y soportar simultáneamente las celdas de baterías cilíndricas 110 integralmente.
Por ejemplo, la segunda porción de conexión 141 en forma de placa triangular se puede unir a la superficie inferior de las celdas de baterías cilíndricas 110 a través de un proceso de soldadura por puntos. En este punto, la soldadura por puntos se puede realizar en seis lugares, donde las porciones de electrodos negativos de las celdas de baterías cilíndricas 110 están, respectivamente, en contacto con la segunda porción de conexión 141.
La segunda porción de terminal en forma de varilla 142 se extiende verticalmente desde la segunda porción de conexión 141 a través de un espacio vacío 122 formado dentro del soporte de celdas 120 de modo que un extremo de la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 esté dispuesto en el soporte de celdas 120.
Más específicamente, haciendo referencia a las figuras 4 y 5, dado que las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 de acuerdo con la presente divulgación tienen una forma cilíndrica y están dispuestas en forma triangular de modo que sus superficies circunferenciales estén en contacto entre sí, se puede encontrar que el espacio vacío 122 se forma inevitablemente en la región interior de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121. Es decir, el espacio vacío 122 puede especificarse como un área rodeada por al menos tres cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121 cuyas superficies circunferenciales están en contacto entre sí. La segunda porción de terminal en forma de varilla 142 tiene una forma cilíndrica, por ejemplo, para insertarse en el espacio vacío 122, y está dispuesta dentro de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria 121. De manera adicional, la cubierta superior de celda 123 tiene, además, un segundo orificio de terminal 125, un extremo de la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 puede quedar expuesto por encima de la cubierta superior de celda 123 a través del segundo orificio de terminal 125. En este momento, la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 puede extenderse hasta la misma altura que la primera porción de terminal 133 descrita anteriormente.
Dado que la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 está dispuesta en el espacio vacío dentro del soporte de celdas 120, como se ha descrito anteriormente, el conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 se puede preparar en un diseño más compacto y su espacio periférico se puede utilizar de manera más eficiente y con mayor libertad.
También, la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 puede estar dispuesta en la cubierta superior de celda 123 a la misma altura que la primera porción de terminal 133 para ser adyacente a esta para funcionar como terminal de electrodo negativo del conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100. Dicho de otro modo, la primera porción de terminal 133 puede especificarse como terminal de electrodo positivo y la segunda porción de terminal en forma de varilla 142 puede especificarse como terminal de electrodo negativo. Dado que el terminal de electrodo positivo y el terminal de electrodo negativo están situados adyacentes entre sí en la misma dirección en el conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 de acuerdo con la presente divulgación, el terminal de electrodo positivo y el terminal de electrodo negativo pueden conectarse eléctricamente a otros componentes de manera muy sencilla.
De acuerdo con la presente divulgación descrita anteriormente, es posible proporcionar el conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 que incluye las celdas de baterías cilíndricas 110 que tienen una capacidad predeterminada y están conectadas en paralelo. Si se utilizan los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, el módulo de batería 10 se puede fabricar en diversas formas y tamaños al mismo tiempo que se garantiza una conexión eléctrica sencilla.
En lo sucesivo en el presente documento, el módulo de batería 10 que incluye los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 descrito anteriormente como un componente se describirá haciendo referencia a las figuras 6 a 9.
Haciendo referencia a las figuras 6 a 9, el módulo de batería 10 de acuerdo con la presente divulgación puede incluir conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, una placa de aislamiento 200 que cubre una porción superior de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, unas barras colectoras 300 para conectar eléctricamente los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, y una almohadilla de disipación de calor 400 y un disipador térmico 500 para enfriar los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100.
La cantidad de conjuntos de celdas de baterías cilindricas 100 puede estar predeterminado de acuerdo con la capacidad y la salida requeridas para el módulo de batería 10 y los conjuntos de celdas de baterías cilindricas 100 pueden adherirse estrechamente entre sí sucesivamente dentro del módulo de batería 10.
Por ejemplo, como se muestra en las figuras 6 y 7, cuatro conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100a, 100b, 100c, 100d pueden disponerse sucesivamente en estrecho contacto entre sí en la dirección del eje X. En esta realización, los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 están dispuestos en forma triangular, al observarse desde arriba, y un conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 puede estar en estrecho contacto con otro conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 adyacente en un patrón simétrico o inverso, sucesivamente. En este punto, un conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 adicional puede proporcionarse sucesivamente en la dirección del eje X, o en la dirección del eje X y en la dirección del eje Y, en el mismo patrón que esta realización de modo que el módulo de batería 10 pueda tener diversas formas y tamaños.
Más específicamente, haciendo referencia a las figuras 8 y 9, dado que los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 están dispuestos de modo que los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 adyacentes tienen formas invertidas, los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 adyacentes también están dispuestos invertidos entre sí. Por tanto, en los cuatro conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 están dispuestos de manera alterna en dos filas a lo largo de la dirección del eje X. En este caso, si los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 están conectados en serie, las barras colectoras 300 se pueden montar en un patrón sencillo.
La placa de aislamiento 200 está hecha de, por ejemplo, un material con excelente aislamiento y resistencia al calor tal como la mica y puede tener forma de placa con un área capaz de cubrir la porción superior del conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100. La placa de aislamiento 200 tiene unos orificios de inserción 210 formados en posiciones predeterminadas.
Cuando la placa de aislamiento 200 está unida al extremo superior de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100, los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 se insertan en los orificios de inserción 210 de la placa de aislamiento 200 y quedan expuestos por encima de la placa de aislamiento 200. Uno de los extremos de los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 expuestos por encima de la placa de aislamiento 200 pueden soldarse a la barra colectora 300 en un estado de interposición en los orificios de conexión de terminales 310 provistos en ambos extremos de la barra colectora 300.
Haciendo referencia de nuevo a las figuras 7 y 8, cuatro conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 pueden disponerse de tal manera que los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 estén dispuestos de manera alterna en dos filas a lo largo de la dirección del eje X. De manera adicional, una barra colectora 300 se puede conectar al terminal de electrodo negativo 142 del segundo conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100b adyacente al terminal de electrodo positivo 133 del primer conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100a en la dirección del eje X y conectarse al terminal de electrodo negativo 142 del tercer conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100c adyacente al terminal de electrodo positivo 133 del segundo conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100b en la dirección del eje X. De manera similar, una barra colectora 300 se puede conectar al terminal de electrodo positivo 133 del tercer conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100c y al terminal de electrodo negativo 142 del cuarto conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100d.
Por comodidad, se divulga, en esta realización, que únicamente cuatro conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100a, 100b, 100c, 100d están conectados en serie. Sin embargo, también es posible que los cuatro conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100a, 100b, 100c, 100d estén conectados en serie y en paralelo mediante el uso de una barra colectora 300 doblada en lugar de la barra colectora 300 recta o mediante el ajuste de la posición de conexión de la barra colectora 300. Por tanto, de acuerdo con esta configuración, las conexiones en serie y en paralelo del módulo de batería 10 se realizan en su totalidad en el lado superior, mejorando, de este modo, el aislamiento y la comodidad en la conexión eléctrica.
A título indicativo, las posiciones del terminal de electrodo positivo 133 y el terminal de electrodo negativo 142 expuestos por encima de la cubierta superior de celda 123 se pueden cambiar según se desee en cada conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100. Por ejemplo, si se utilizan dos especies de conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 que tienen terminales de electrodos positivos 133 y terminales de electrodos negativos 142 ubicados en lados opuestos en función de la dirección del eje Y, aunque las dos especies de conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 están dispuestas de modo que los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 adyacentes tengan formas inversas, los terminales de electrodos positivos 133 y los terminales de electrodos negativos 142 de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 no están dispuestos invertidos entre sí. En este caso, dado que los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 que tienen la misma polaridad están dispuestos en una línea que se extiende en la dirección del eje X, la barra colectora 300 que tiene una forma recta se puede utilizar tal como está para una conexión en paralelo, lo que facilita el montaje de la barra colectora 300.
Al mismo tiempo, la porción inferior 110c del conjunto de celdas de baterías cilindricas 100, en concreto, las porciones inferiores 110c de las celdas de baterías cilíndricas 110, puede utilizarse como área de enfriamiento.
En el módulo de batería 10 de esta realización, el disipador térmico 500 está dispuesto en la porción inferior del conjunto de celdas de baterías cilíndricas 100 de modo que el calor generado por las celdas de baterías cilíndricas 110 se emita al exterior a través del disipador térmico 500. Por ejemplo, el disipador térmico 500 puede ser un componente que permite que un refrigerante pase a través de una trayectoria de flujo en este de modo que las celdas de baterías cilíndricas 110 se enfríen indirectamente absorbiendo el calor de las celdas de baterías cilíndricas 110 por medio de contacto térmico.
También, la almohadilla de disipación de calor 400 puede interponerse, además, entre los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 y el disipador térmico 500. La almohadilla de disipación de calor 400 puede tener, además, una porción de captura 410 formada en una superficie superior de esta para capturarse con la porción inferior del conjunto cilíndrico de celdas de batería 100 a fin de mejorar la fuerza de adherencia. En los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas, la porción inferior 110c de las celdas de baterías cilíndricas expuestas por debajo del soporte de celdas 120 puede insertarse en la porción de captura 410 para capturarse con esta.
Si se utiliza la almohadilla de disipación de calor 400, se puede eliminar una capa de aire creada por la diferencia en la rugosidad de superficie entre las celdas de baterías cilíndricas 110 y el disipador térmico 500, es posible mejorar la eficiencia de transferencia de calor y fijar de manera más afianzada los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100.
De acuerdo con la presente divulgación descrita anteriormente, es posible proporcionar el módulo de batería 10, que tiene una estructura de conexión eléctrica que ahorra espacio y es segura, dado que es posible impedir que se produzca un incendio en cadena de las celdas de baterías cilíndricas 110 adyacentes aunque una cualquiera de las celdas de baterías cilíndricas 110 entre en ignición. De manera adicional, la cantidad de conjuntos de celdas de baterías cilíndricas 100 se puede aumentar o disminuir para fabricar el módulo de batería 10 en diversos tamaños y capacidades.
Un paquete de batería de acuerdo con la presente divulgación puede incluir al menos un módulo de batería 10 de la presente divulgación. De manera adicional al módulo de batería 10, el paquete de batería de acuerdo con la presente divulgación puede incluir, además, una caja de paquete para alojar el módulo de batería 10 y diversos dispositivos para controlar la carga y descarga del módulo de batería 10, tal como un sistema de gestión de batería (BMS), un sensor de corriente, un fusible o similares.
La presente divulgación se ha descrito en detalle. Sin embargo, se debería entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican las realizaciones preferentes de la divulgación, se brindan únicamente a modo de ilustración, dado que, para los expertos en la materia, resultarán evidentes diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones a partir de esta descripción detallada.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de celdas de baterías cilindricas (100), que comprende:
una pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110), teniendo cada celda de batería cilíndrica (110) un primer terminal de electrodo formado en un extremo superior y un segundo terminal de electrodo formado en un extremo inferior de esta y dispuestas para situarse de modo que el terminal de electrodo que tiene una misma polaridad esté orientado en una misma dirección;
un soporte de celdas (120) configurado para confinar la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110) como unidad de agrupación;
un primer miembro de conexión de electrodos (130) ubicado en una porción superior del soporte de celdas (120) para conectar eléctricamente los primeros terminales de electrodos; y
un segundo miembro de conexión de electrodos (140) configurado para conectar eléctricamente los segundos terminales de electrodos,
en donde el segundo miembro de conexión de electrodos (140) incluye:
una segunda porción de conexión (141) ubicada en una porción inferior del soporte de celdas y dispuesta para entrar en contacto con los segundos terminales de electrodos; y
una segunda porción de terminal en forma de varilla (142) que se extiende verticalmente desde la segunda porción de conexión (141) a través de un espacio vacío (122) formado dentro del soporte de celdas de modo que un primer extremo de la segunda porción de terminal en forma de varilla (142) esté dispuesto por encima del soporte de celdas (120);
en donde el soporte de celdas (120) incluye unas cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121), teniendo cada cubierta de celda unitaria una forma cilíndrica de modo que la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110) se inserten en esta, respectivamente,
en donde las cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121) están dispuestas en forma triangular de modo que las superficies circunferenciales de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria adyacentes están unidas entre sí; en donde las cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121) se proporcionan de modo que al menos tres cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121) estén integradas y el espacio vacío (122) es una región rodeada por las al menos tres cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121) que están en contacto entre sí.
2. El conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el soporte de celdas (120) incluye, además, una cubierta superior de celda (123) que tiene unos primeros orificios de electrodos (124) para exponer únicamente los primeros terminales de electrodos de la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110) al exterior y provisto para poder montarse en los extremos superiores de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121).
3. El conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121) son más cortas que la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110) de modo que la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110) queda expuesta por debajo de las cubiertas de cuerpo de celda unitaria (121).
4. El conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la cubierta superior de celda (123) tiene, además, un segundo orificio de terminal (125) a través del cual pasa el primer extremo de la segunda porción de terminal en forma de varilla (142).
5. El conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el soporte de celdas (120) está hecho de mica o mica sintética.
6. El conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el primer miembro de conexión de electrodos (130) incluye:
unas primeras porciones de conexión (131) que tienen un tamaño correspondiente a los primeros orificios de electrodos (124) y, respectivamente, encajados en los primeros orificios de electrodos (124) para entrar en contacto con los primeros terminales de electrodos;
un patrón conductor (132) configurado para conectar eléctricamente las primeras porciones de conexión (131); y una primera porción de terminal (133) que sobresale sobre el patrón conductor (132) hasta una misma altura que la segunda porción de terminal en forma de varilla (142).
7. Un módulo de batería (10), que comprende una pluralidad de conjuntos de celdas de baterías cilíndricas (100) definida en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. El módulo de batería (10) de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el primer miembro de conexión de electrodos (130) de cada conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100) tiene una primera porción de terminal (133) que sobresale hasta una misma altura que la segunda porción de terminal en forma de varilla (142), y
en donde los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas (100) están dispuestos en forma triangular, al observarse desde arriba, y están dispuestos muy juntos sucesivamente de modo que los conjuntos de celdas de baterías cilindricas (100) adyacentes estén en forma invertida.
9. El módulo de batería (10) de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende, además:
una placa de aislamiento que tiene unos orificios de inserción (210) formados en posiciones predeterminadas de modo que las primeras porciones de terminal (133) y las segundas porciones de terminal en forma de varilla (142) se inserten en estos, estando la placa de aislamiento (200) configurada para cubrir una porción superior de los conjuntos de celdas cilíndricas (110); y
unas barras colectoras (300) configuradas para conectar selectivamente las primeras porciones de terminal (133) y las segundas porciones de terminal en forma de varilla (142).
10. El módulo de batería (10) de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende, además:
un disipador térmico (500) ubicado en una porción inferior de los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas para absorber el calor de la pluralidad de celdas de baterías cilíndricas (110); y
una almohadilla de disipación de calor (400) interpuesta entre los conjuntos de celdas de baterías cilíndricas (100) y el disipador térmico (500),
en donde la almohadilla de disipación de calor (400) tiene una porción de captura (410) provista en una superficie superior de esta para capturarse con una porción inferior del conjunto de celdas de baterías cilíndricas (100).
11. Un paquete de baterías, que comprende al menos un módulo de batería (10) definido en la reivindicación 7.
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