Una caja de batería para disponer por capas celdas unitarias, que comprende:

un marco (47, 57) de soporte de bolsa capacitado para soportar una bolsa (34) de una celda unitaria (31) que comprende la bolsa (34), un terminal (32) de ánodo conectado a una placa de ánodo proporcionada en la bolsa (34) y un terminal (33) de cátodo conectado a una placa de cátodo proporcionada en la bolsa (34), extendiéndose desde la bolsa los terminales (32, 33) de ánodo y de cátodo y teniendo extremos doblados en direcciones opuestas con respecto a la bolsa (34);

una pieza (46, 56) de radiación de calor que tiene un extremo que está sujeto a una superficie lateral del marco (47, 57) de soporte de la bolsa y que se extiende desde el mismo, y un segundo extremo opuesto a dicho primer extremo; y

un soporte (42, 52) de terminal, perpendicular a la pieza (46, 56) de radiación de calor y sujeto al segundo extremo de la misma, capacitado para soportar los extremos doblados de los terminales (32, 33) de ánodo y de cátodo de la celda unitaria y capacitado, con la pieza (46, 56) de radiación de calor, para definir un espacio que permite que el calor procedente de la bolsa (34) sea dispersado.

Caja para batería recargable de litio, de alta potencia

5 Campo técnico

La presente invención se refiere a una caja para una celda unitaria para una batería de polímero de litio, de alta potencia.

Más en particular, la presente invención se refiere a una caja que protege una pluralidad de celdas unitarias de polímero de litio flexible, tiene una estructura compacta para reducir el volumen, tiene un proceso de montaje simple, y minimiza el calor generado durante una operación de carga o descarga de alta potencia.

Técnica anterior

En general, una batería de acumuladores puede ser recargada y descargada, a diferencia con una batería de pilas. Se han llevado a cabo investigaciones sobre baterías de acumuladores para adaptar las baterías de acumuladores al campo de la alta tecnología, tal como en las cámaras digitales, los teléfonos celulares, los ordenadores portátiles, o los coches híbridos. Como ejemplos de baterías de acumuladores, existe una batería de níquel-cadmio, una batería híbrida de níquel-metal, una batería de níquel-hidrógeno, una batería de litio recargable, y otras. Entre éstas, la batería de litio recargable tiene una tensión operativa de 3, 6 V o más alta, y se utiliza como fuente de alimentación para equipos electrónicos portátiles. Además, varias baterías de litio recargables se conectan en serie para su uso en un coche híbrido. La tensión operativa en la batería de litio recargable es 3 veces más alta que en la batería de níquel-cadmio o en la batería híbrida de níquel-metal. Además, la batería de litio recargable tiene una elevada densidad de energía por unidad de peso. Por estas razones, el uso de baterías de litio recargables se ha incrementado rápidamente.

La batería de litio recargable puede ser fabricada con varias configuraciones, tal como por ejemplo, una forma cilíndrica o una forma prismática, la cual se utiliza para una batería de ion litio. Una batería de polímero de litio a la que se ha prestado mucha atención recientemente, está fabricada en forma de bolsa flexible, de modo que su configuración puede cambiar de forma variable. Además, la batería de polímero de litio es excelente en cuanto a estabilidad y ligereza de peso, de modo que resulta ventajosa para conseguir un equipamiento electrónico portátil de poco espesor y ligero de peso.

Con referencia a la figura 1, una batería 10 de litio recargable de tipo bolsa convencional incluye una parte de batería 11 y una caja 12. La caja 12 proporciona un espacio 12a para albergar la parte de batería 11 en la misma.

La parte de batería 11 se realiza disponiendo una placa de ánodo, un separador, y una placa de cátodo secuencialmente, y enrollándolos en una dirección, o mediante disposición en capas de una pluralidad de placas de ánodo, separadores y placas de cátodo. Cada placa de electrodo de la parte de batería 11 está eléctricamente conectada a un terminal 13 ó 14 de ánodo o cátodo.

Un extremo de cada uno de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo sobresale por fuera de una superficie 12b de sellado de la caja 12. Los extremos sobresalientes de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo están conectados a 45 terminales de una placa de circuito protectora, que no ha sido representada en los dibujos.

Una cinta 15 de sellado se encuentra arrollada alrededor de una unión de la superficie externa de cada uno de los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo y de la superficie 12b de sellado con el fin de evitar un cortocircuito entre la caja 12 y los terminales 13 y 14 de electrodo.

La caja 12 no tiene una estructura a modo de bote cilíndrico o prismático fabricado con un material grueso de oro, sino que tiene una estructura en forma de bolsa que posee una hoja metálica en una capa intermedia y capas externas sujetas a las superficies opuestas de la hoja metálica y realizadas con una película aislante. En cambio, la caja a modo de bolsa tiene una maleabilidad excelente, de modo que ésta puede ser doblada según se desee. Tal y 55 como se ha descrito en lo que antecede, la caja 12 tiene el espacio 12a para albergar la parte de batería 11 en el mismo, y la superficie 12b de sellado ha sido proporcionada sobre una superficie que está fundida térmicamente a lo largo del borde del espacio 12a.

La figura 2 es una vista a mayor escala tomada a lo largo de la línea 1-1 de la figura 1.

Haciendo referencia a los dibujos, la caja 12 comprende una película compuesta que tiene una capa 12c intermedia y capas 12d y 12e interna y externa. La capa 12c intermedia está hecha de hoja metálica, por ejemplo hoja de aluminio. Las capas 12d y 12e interna y externa comprenden películas aislantes que están sujetas a las superficies interna y externa de la capa 12c intermedia, para proteger la capa 12c intermedia.

65 La parte de batería 11, que tiene la placa 11a de ánodo, el separador 11c y la placa 11b de cátodo dispuestos secuencialmente, se aloja en el espacio 12a definido en la caja 12. El terminal 13 de ánodo y el terminal 14 de cátodo se extienden desde la placa 11a de ánodo y la placa 11b de cátodo, según se muestra en la figura 1. Los extremos de los terminales 13 y 14 de electrodo están expuestos al exterior a través de la superficie 12b de sellado de la caja 12. La cinta 15 de sellado rodea la superficie externa de cada uno de los terminales 13 y 14 de electrodo en la superficie 12b de sellado.

La parte de batería 11 de la batería 10 de litio recargable de tipo bolsa, construida según se ha descrito en lo que antecede, se obtiene por medio del proceso que sigue. En primer lugar, los terminales 13 y 14 de ánodo y cátodo se conectan eléctricamente a las placas 11a y 11b de ánodo y cátodo. A continuación, la placa 11a de ánodo, el separador 11c y la placa 11b de cátodo, se disponen secuencialmente. En ese estado, éstos son arrollados en una dirección, de modo que se completa la parte de batería 11.

La parte de batería 11 completada se monta en la caja 12 que dispone del espacio 12a, por medio de un proceso de arrastre. Durante la operación de montaje, un extremo de cada uno de los terminales 13 y 14 de electrodo queda 15 expuesto al exterior de la caja 12. En ese estado, se aplica una cantidad predeterminada de calor y presión a la superficie 12b de sellado de la caja 12, de modo que se realiza una fusión térmica. Con ello, se completa la batería 10 de litio recargable de tipo bolsa. La batería 10 de litio recargable de tipo bolsa completada se somete a una serie de procesos de conformación, incluyendo una operación de carga, una operación de envejecimiento, y una operación de descarga, detectando de ese modo las baterías defectuosas y estabilizando la estructura de la batería.

La técnica anterior que trata del método de estuchar la batería de litio recargable de tipo bolsa, ha sido divulgada en la Publicación de patente coreana abierta al público núm. 2005-594. De acuerdo con el citado documento, la batería de litio recargable de tipo bolsa aplica el mismo potencial positivo a una capa metálica de la caja y al terminal de ánodo, destruyendo de ese modo la capa interna de la caja. Debido a la destrucción de la capa interna, se provoca un cortocircuito cuando el terminal de cátodo y la capa metálica de la caja contactan entre sí, de modo que se puede detectar fácilmente una diferencia de la tensión en circuito abierto.

Entretanto, cuando se requiere una batería de litio de alta potencia, como en un coche híbrido, varias decenas o centenas de baterías de tipo bolsa, mostradas en las figuras 1 y 2, son dispuestas por capas y conectadas en serie con el fin de proporcionar una tensión elevada.

Puesto que la batería de polímero de litio de tipo bolsa comprende una bolsa de aluminio frágil que se dobla o se curva fácilmente, la bolsa debe estar protegida por una caja resistente de modo que pueda ser usada durante un período de tiempo largo. De acuerdo con la técnica anterior, con el fin de conectar bolsas en serie, los terminales de ánodo y cátodo de cada bolsa están conectados por medio de una PCB (Placa de Circuito Impreso) que tiene un patrón de circuito. Las bolsas conectadas son colocadas después en la caja.

Sin embargo, el método convencional de provisión de la batería de litio de alta potencia disponiendo en capas las bolsas de polímero de litio resulta problemático debido a que es difícil proteger perfectamente las frágiles bolsas de polímero de litio. Además, el método de disponer en capas varias bolsas y conectar las... [Seguir leyendo]

1. Una caja de batería para disponer por capas celdas unitarias, que comprende:

un marco (47, 57) de soporte de bolsa capacitado para soportar una bolsa (34) de una celda unitaria (31) que comprende la bolsa (34) , un terminal (32) de ánodo conectado a una placa de ánodo proporcionada en la bolsa (34) y un terminal (33) de cátodo conectado a una placa de cátodo proporcionada en la bolsa (34) , extendiéndose desde la bolsa los terminales (32, 33) de ánodo y de cátodo y teniendo extremos doblados en direcciones opuestas con respecto a la bolsa (34) ;

una pieza (46, 56) de radiación de calor que tiene un extremo que está sujeto a una superficie lateral del marco (47, 57) de soporte de la bolsa y que se extiende desde el mismo, y un segundo extremo opuesto a dicho primer extremo; y un soporte (42, 52) de terminal, perpendicular a la pieza (46, 56) de radiación de calor y sujeto al segundo extremo de la misma, capacitado para soportar los extremos doblados de los terminales (32, 33) de ánodo y de cátodo de la celda unitaria y capacitado, con la pieza (46, 56) de radiación de calor, para definir un espacio que permite que el calor procedente de la bolsa (34) sea dispersado.

2. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el marco (47, 57) de soporte de bolsa comprende una rejilla (43, 53) de soporte en el mismo, para soportar la bolsa (34) .

3. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que el soporte (42, 52) de terminal comprende una pieza (45, 55) de enclavamiento de terminal que permite que los 25 terminales (32, 33) de ánodo y de cátodo de la celda unitaria (31) sean fijados al soporte (42, 52) de terminal.

4. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con la reivindicación 3, en la que la pieza (45, 55) de enclavamiento de terminal está capacitada para recibir un tornillo o un perno para fijar el extremo doblado del terminal (32, 33) de ánodo o de cátodo de la celda unitaria (31) al soporte (42, 52) de terminal.

3.

5. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el soporte (42, 52) de terminal comprende una pieza (48a, 48b, 58a, 58b) de conexión de marco, siendo dicha pieza de conexión de marco conectable a una pieza de conexión de marco de otro marco.

3.

6. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el marco (47, 57) de soporte de bolsa comprende una pieza (44a, 44b, 54a, 54b) de enclavamiento de marco, que permite que una pluralidad de cajas de batería sean fijadas entre sí.

7. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el soporte (42, 52) de terminal comprende una pieza (44c, 54c) de enclavamiento de marco, que permite que una pluralidad de cajas de batería sean fijadas entre sí.

8. La caja de batería para disponer por capas celdas unitarias de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en la que la 45 pieza (44a, 44b, 44c, 54a, 54b, 54c) de enclavamiento de marco está capacitada para recibir un tornillo o un perno con el fin de conectar una pluralidad de cajas de batería entre sí.