ES2234535T3 - Dispositivo de regulacion termica para cadena de traccion de un vehiculo automovil. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de regulación térmica de una cadena de tracción de un vehículo equipado con un generador de energía eléctrica, una batería y un depósito de fluido de alimentación del generador, estando el citado depósito (1) y el generador unidos hidráulicamente por un circuito de alimentación (11), caracterizado porque el circuito de alimentación del generador coopera térmicamente con un circuito de enfriamiento (61) de la batería a través de un intercambiador (8).

Description

Dispositivo de regulación térmica para cadena de tracción de un vehículo automóvil.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo de regulación térmica para una batería de vehículo automóvil. Este dispositivo puede ser puesto en práctica, de modo muy particular, en un vehículo eléctrico o híbrido que comprenda una pila de combustible.

La reacción electroquímica que se produce en una pila de combustible entre el oxígeno del aire y el hidrógeno genera corriente eléctrica y agua. La electricidad es almacenada, en parte, en una batería intermedia.

Sin embargo, el hidrógeno es almacenado frecuentemente en un depósito en forma líquida a una temperatura de, aproximadamente, -250ºC, ahora bien, es necesario que el flujo de hidrógeno que entra en la pila esté a una temperatura superior a 0ºC a fin de evitar cualquier problema de formación de hielo en la pila de combustible.

La publicación US-5.577.747 expone un sistema en el cual el recalentamiento del hidrógeno está asegurado a través de un intercambiador por un fluido portador de calor de enfriamiento de componentes auxiliares (aceite, ondulador).

Sin embargo, la batería del vehículo se mantiene enfriada por aire, que solamente se considera eficaz si la temperatura exterior permanece inferior a la temperatura óptima de funcionamiento de la batería. En efecto, una temperatura de funcionamiento demasiado elevada de la batería se traduce en una pérdida de rendimiento durante la carga, incluso en una imposibilidad de cargar la batería, si la temperatura exterior es demasiado elevada, y/o en una degradación de su vida útil de servicio y de su autonomía. Además, el enfriamiento por aire pone en práctica, principalmente, un mecanismo de transferencia de calor por convección, el cual implica un importante gradiente de temperatura en la proximidad de las paredes y un aumento del tiempo característico de la transferencia de calor, lo que se traduce en el almacenamiento del calor producido en la capacidad térmica de la batería.

Además, la potencia térmica media generada en una batería de tracción de un vehículo eléctrico durante un recorrido tipo, corresponde, sensiblemente, a la potencia necesaria para llevar de -250ºC a +10ºC la temperatura del flujo de hidrógeno que alimenta una pila de combustible clásica (caudal medio típico del orden de 0,2 g/s).

Por tanto, es interesante poder utilizar la potencia térmica producida por la batería para recalentar el flujo de hidrógeno que alimenta la pila de combustible, siendo el orden de magnitud de las potencias puestas en juego similar.

Con este fin, la invención tiene por objeto un dispositivo de regulación térmica de una cadena de tracción de un vehículo equipado con un generador de potencia, una batería y un depósito de fluido de alimentación del generador, estando el citado depósito y el generador unidos hidráulicamente por un circuito de alimentación, caracterizado porque el circuito de alimentación del generador coopera térmicamente con un circuito de enfriamiento de la batería.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, el circuito de enfriamiento de la batería y el circuito de alimentación cooperan térmicamente a través de un intercambiador.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, el circuito de enfriamiento de la batería puede estar unido hidráulicamente a través de un circuito de derivación a un circuito de enfriamiento de accesorios de la cadena de tracción.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, la activación del circuito de derivación resulta del rebasamiento de un umbral de la temperatura de la batería.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, el circuito de enfriamiento de la batería y el circuito de enfriamiento de los accesorios están interconectados a través de una válvula de tres vías mandada por una señal representativa de la temperatura de la batería.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, en el circuito de enfriamiento de la batería está incorporada una resistencia de calentamiento.

De acuerdo con otra característica de la presente invención, en el circuito de derivación está incorporada una compuerta antirretorno.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán mejor de manifiesto con la lectura de la descripción que sigue y refiriéndose a la figura única aneja que representa esquemáticamente un dispositivo de regulación térmica de una cadena de tracción de un vehículo automóvil de acuerdo con la presente invención.

Refiriéndose a la figura única, se ha representado una parte de una cadena de tracción de un vehículo automóvil que comprende un depósito 1 de fluido de alimentación de un generador de potencia 2 para un grupo motopropulsor 3. De acuerdo con un modo preferente de realización de la invención, el generador de potencia está constituido por una pila de combustible alimentada de aire A y de hidrógeno H2, a través de un circuito de alimentación 11, a una temperatura superior a 0ºC para evitar la formación de hielo en la pila de combustible.

El hidrógeno es almacenado en forma líquida a una temperatura de, aproximadamente, -250ºC en el depósito 1. Antes de ser inyectado en la pila de combustible, el hidrógeno líquido es recalentado por un fluido portador de calor de enfriamiento de una batería 4 a nivel de un intercambiador 8. El fluido portador de calor de enfriamiento de la batería circula por un circuito 61. Una resistencia de calentamiento 6 integrada en el circuito 61 permite recalentar el fluido portador de calor cuando la temperatura de la batería es insuficiente, especialmente en el arranque. El grupo motopropulsor 3 está unido a la pila de combustible 2 y a la batería 4, respectivamente, por conexiones eléctricas 32 y 31.

Se ha representado un circuito 5 de enfriamiento de elementos auxiliares 52 del vehículo, tales como, por ejemplo, un ondulador, un compresor y un radiador 51. Un fluido portador de calor circula por el circuito 5, pudiendo ser conectado éste último a través de una válvula de tres vías 7. Esta válvula 7 es mandada por un captador 410 de temperatura de la batería 4 a través de una conexión 41. La válvula 7 y una compuerta antirretorno 9 aseguran una estanqueidad total entre los circuitos 5 y 71 cuando los dos circuitos deben funcionar independientemente uno de otro.

Se va a exponer ahora el funcionamiento del dispositivo.

Las solicitaciones a las cuales es sometida la batería provocan su calentamiento interno que necesita su enfriamiento para que la batería funcione en condiciones óptimas de utilización.

Cuando el calentamiento de la batería es suficiente, los dos circuitos 5 y 61 están aislados por la válvula 7 y la compuerta 9. El calor extraído a la batería por el fluido portador de calor que circula por el circuito 61 es suficiente, entonces, para asegurar él solo, a nivel del intercambiador 8, el paso del hidrógeno a un nivel entálpico suficiente para ser utilizable por la pila 2. El enfriamiento de los auxiliares 52 queda, entonces, asegurado únicamente por el radiador 51.

Cuando la batería está poco solicitada, ésta produce demasiado poco calor para asegurar el calentamiento correcto del hidrógeno. Una parte del fluido portador de calor del circuito 5 de los auxiliares 52 es derivada, entonces, al circuito 61 a través de la válvula 7 mandada por el captador 410 de tal modo que la temperatura de la mezcla de los dos flujos a la entrada del intercambiador 8 sea suficiente para recalentar el hidrógeno.

La combinación de los dos circuitos 5 y 61 permite una transferencia de calor de los auxiliares al hidrógeno, lo que permite responder a las exigencias de utilización de temperatura de la batería y de recalentar suficientemente el hidrógeno antes de su entrada en la pila de combustible.

Cuando se arranca el vehículo, el calor disipado por los auxiliares y la batería puede ser temporalmente insuficiente para recalentar suficientemente el hidrógeno. Para resolver este problema, los dos circuitos 5 y 61 están aislados por la válvula 7 y la compuerta 9 y el fluido portador de calor del circuito 61 es llevado a una temperatura suficiente para recalentar el hidrógeno por la resistencia 6 alimentada por la batería 4. En cuanto la temperatura del fluido portador de calor a la entrada del intercambiador 8 sea suficiente, la resistencia 6 no será alimentada por la batería 4.

El dispositivo de acuerdo con la invención permite, no solamente enfriar eficazmente la batería, liberándose del requisito de la temperatura del aire exterior que es muy penalizante para los sistemas de enfriamiento con aire, sino, también, recalentar el hidrógeno cualquiera que sea la solicitación de la batería.

Además, el dispositivo de acuerdo con la invención puede aplicarse a cualquier vehículo que tenga una fuente fría a baja temperatura.

Naturalmente, la invención no está limitada en modo alguno al modo de realización descrito e ilustrado, que se ha dado solamente a título de ejemplo.

Es decir, que la invención comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos, así como sus combinaciones, si éstas entran en el marco de las reivindicaciones que siguen.

Claims (6)

1. Dispositivo de regulación térmica de una cadena de tracción de un vehículo equipado con un generador de energía eléctrica, una batería y un depósito de fluido de alimentación del generador, estando el citado depósito (1) y el generador unidos hidráulicamente por un circuito de alimentación (11), caracterizado porque el circuito de alimentación del generador coopera térmicamente con un circuito de enfriamiento (61) de la batería a través de un intercambiador (8).

2. Dispositivo de regulación de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el circuito de enfriamiento (61) de la batería (4) puede ser unido hidráulicamente a través de un circuito de derivación (71) a un circuito de enfriamiento (5) de accesorios de la cadena de tracción.

3. Dispositivo de regulación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado la activación del circuito de derivación (71) resulta del rebasamiento de un umbral de la temperatura de la batería (4).

4. Dispositivo de regulación de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el circuito de enfriamiento de la batería y el circuito de enfriamiento de los accesorios están interconectados a través de una válvula de tres vías (7) mandada por una señal representativa de la temperatura de la batería.

5. Dispositivo de regulación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el circuito de enfriamiento de la batería está incorporada una resistencia de calentamiento (6).

6. Dispositivo de regulación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el circuito de derivación (71) está incorporada una compuerta antirretorno (9).