ES2239115T3 - Bateria de acumuladores electricos. - Google Patents

Bateria de acumuladores electricos.

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ES2239115T3 ES01500025T ES01500025T ES2239115T3 ES 2239115 T3 ES2239115 T3 ES 2239115T3 ES 01500025 T ES01500025 T ES 01500025T ES 01500025 T ES01500025 T ES 01500025T ES 2239115 T3 ES2239115 T3 ES 2239115T3
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Abstract

Batería de acumuladores eléctricos de plomo-ácido, que comprende un recipiente con tapa, de forma general prismática rectangular, dimensionado para acoplarse en el espacio destinado a tal fin en un vehículo automóvil, caracterizada porque dicho recipiente está subdividido interiormente en mas de 6 celdas, las cuales están repartidas en dos o mas filas paralelas entre las que el citado recipiente conforma huecos de ventilación intermedios que desembocan al exterior a través del fondo y tapa y constituyen pasajes de ventilación.

Description

Batería de acumuladores eléctricos.
La presente invención se refiere a una batería de acumuladores eléctricos, del tipo plomo-ácido, utilizadas, por ejemplo, en el arranque, iluminación y semitracción de vehículos automóviles.
Mas concretamente, la batería de la invención se refiere a una batería del tipo convencional o del tipo de recombinación, que comprende un recipiente de forma general prismática, cerrado superiormente mediante una tapa a través de la que sobresalen las bornas de conexión, estando el recipiente subdividido interiormente en celdas, preferentemente mas de seis celdas, en las que se alojan electrodos positivos y negativos aislados con separadores intermedios.
La evolución actual de los automóviles hacia equipamientos interiores y exteriores cada vez más sofisticados y la necesidad de ahorros en las inversiones necesarias para fabricar estos automóviles, está generando una demanda de energía eléctrica a bordo del vehículo cada vez mayor, lo que se traduce en un uso cada vez más frecuente de la batería, exigiendo una potencia cada vez más alta que a su vez exige un cableado de sección mayor y que además descarga mucho más profundamente la batería, lo que provoca una disminución considerable de la vida de la batería.
El diseño convencional de las baterías utilizadas como fuente de energía en los automóviles está actualmente normalizado en la unión de seis elementos conectados en serie, cada uno de los cuales dispone de un determinado número de electrodos positivos y negativos conectados en paralelo y separados físicamente por un material poroso, que permite la libre circulación de los iones que intervienen en las reacciones electroquímicas de carga y descarga.
Debido a las crecientes demandas de los fabricantes de automóviles en el sentido de aumentar la potencia, respetando o incluso disminuyendo las dimensiones exteriores, los fabricantes de baterías se ven obligados a aumentar el número de electrodos por elemento, disminuyendo su espesor, debido a que la tensión nominal normalizada es de 12 Voltios y a que las dimensiones totales deben ser también respetadas. La disminución del grosor de los electrodos provoca una disminución de la vida en servicio, debido generalmente al efecto destructor de la corrosión de las rejillas que actúan como soporte del material activo de los electrodos y como conductores de la corriente eléctrica generada. Como consecuencia de ello, las baterías de 12 Voltios diseñadas para suministrar una potencia elevada tienen una duración en ciclos de vida muy limitada y dar lugar a fallos prematuros en las condiciones más extremas que demandan los vehículos modernos.
La presente invención tiene por objeto una batería que permita mantener unas dimensiones adecuadas en la arquitectura interna del vehículo al que va a equipar y proporcionar la gran potencia requerida, mayor que los 12 Voltios que han sido los normalizados hasta ahora.
Algunos fabricantes de automóviles están demandando estudios para lograr la utilización de baterías con una tensión nominal superior a los 12 Voltios, nominales normalizados hasta ahora, con la condición de mantener las dimensiones externas normalizadas o bien las dimensiones que sean adecuadas al espacio disponible en el habitáculo del que se dispone en el vehículo para la ubicación de la batería; más concretamente, los fabricantes de automóviles desearían baterías de 36 Voltios nominales, con el fin principal de fiabilizar la función arranque, dado que la corriente necesaria para arrancar el vehículo sería del orden de la tercera parte de la necesaria actualmente, y con el objetivo adicional de abaratar el coste del cableado principal, cuya sección disminuiría de acuerdo con el incremento de tensión.
El diseño de una batería de 36 Voltios puede realizarse, según la presente invención, mediante la unión en serie de 18 elementos con electrodos que pueden ser planos o de otro tipo, como por ejemplo en forma de espiral, en los que el aumento de la superficie del electrodo está limitado por la geometría interna de cada elemento y por el grosor de las placas y separadores.
Es una práctica habitual la fabricación de baterías de 12 Voltios y por tanto sería tan simple como la unión de tres baterías en serie el lograr una batería de 36 Voltios. La presente invención se refiere a una batería de más de 12 Voltios, generalmente de 36 Voltios en un solo recipiente, que además se adapte a las necesidades del espacio que permiten los fabricantes de vehículos modernos.
Por otro lado, la fabricación de una batería de más de 12 Voltios en un espacio reducido, obliga a adosar unos con otros los elementos originando diferencias térmicas por la dificultad de tener una refrigeración homogénea; es bien conocido que la alta temperatura causada por el motor del vehículo influye fuertemente en la duración de vida de las baterías, debido, entre otras causas a la mayor concentración del electrolito provocada por la mayor evaporación de agua experimentada al aumentar la temperatura, debido también al incremento de corriente de carga experimentado al circular el vehículo, que a su vez es la causa de un efecto de sobrecarga por el que se descompone mayor cantidad del agua contenida en el electrolito, lo que a su vez provoca un deterioro prematuro de la batería; así pues los elementos que estén menos expuestos a la refrigeración se deteriorarán antes que los más refrigerados y causarán la destrucción prematura del conjunto, aunque haya otros elementos que estén incólumes.
El objeto de la presente invención es lograr una batería que, teniendo una tensión nominal mayor de 12 Voltios, generalmente de 36 Voltios, se ubique o bien en un tamaño estándar normalizado para su uso en vehículo, o bien sea de un tamaño adecuado a las exigencias de espacio en el habitáculo de los vehículos automóviles, con la condición de que sea capaz de mantener refrigerados los elementos o celdas anteriores para evitar las diferencias térmicas causantes de los fallos prematuros de las baterías.
Para ello, de acuerdo con la invención, el recipiente de la batería está subdividido interiormente en seis celdas y preferentemente en diez y ocho celdas, las cuales irán repartidas en dos filas paralelas entre las que el recipiente conforma uno o mas huecos intermedios, que desemboca, a través del fondo y tapa y constituyen pasajes de ventilación.
Además la tapa del recipiente conforma en dos de sus cantos opuestos, por debajo de la superficie superior de dicha tapa, cavidades que están dimensionadas para permitir la introducción de los dedos y servir como asideros que facilitarán el manejo y transporte de la batería.
Las características y ventajas expuestas podrán comprenderse más fácilmente con la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra un ejemplo de realización no limitativo.
En los dibujos:
La figura 1 es una vista en planta de una batería de electrodos planos, constituida de acuerdo con la invención, sin la tapa superior para mostrar la distribución de las celdas.
La figura 2 es una sección vertical transversal de la batería de la figura 1.
La figura 3 es una vista en planta de la batería de la figura 1 con la tapa.
La figura 4 es una vista en perspectiva de recombinación de electrolito, con electrodos en espiral, que incorpora las características de la invención.
La figura 5 es una vista en planta de la batería de la figura 4.
La figura 6 es una vista similar de la figura 5, mostrando una variante de ejecución.
La figura 7 muestra en perspectiva otro modo de realización.
La figura 8 es una vista similar a la figura 4, mostrando una variante de ejecución.
La figura 9 muestra en perspectiva un ejemplo mas de realización.
La batería representada en la figura 1 incluye un recipiente 1 de configuración prismática recta rectangular, que está interiormente subdividido en un total de 18 celdas, que se referencian con el número 2, las cuales van distribuidas en dos filas longitudinales. Estas dos filas quedan separadas por un hueco longitudinal intermedio 3 que desemboca a través del fondo del recipiente y también a través de la tapa, tal y como se aprecia en la figura 3, determinando un pasaje de ventilación, mediante el que se logra una refrigeración mas intensa de las diferentes celdas.
Dentro de cada una de las celdas 2 se alojan placas positivas y negativas, referenciadas con los números 4 y 5, entre las que van dispuestos separadores 6. Con el fin de aprovechar al máximo el espacio de las celdas 2, los separadores 6 se montan en forma de bolsa, dentro de la cual siempre va la placa de una polaridad. Con las referencias 7 y 8 se indican los terminales de la batería.
Las placas de igual polaridad quedan unidas en cada celda por los puentes 9. A su vez los puentes de diferente polaridad pertenecientes a celdas consecutivas se conectan eléctricamente mediante los puentes 10.
Tal y como se aprecia en al figura 1, el pasaje 3 discurre entre una de las paredes transversales 11 del recipiente y la celda extrema 12 de las dos filas de celdas, las cuales quedan separadas por un tabique intermedio 13 a través del que se efectúa la conexión eléctrica mediante los puentes 9a.
En la figura 2 se aprecian los electrodos 4 y 5 y el separador 6, la posición del terminal 7, puentes 9 de unión entre placas y puentes 10 de interconexión entre celdas consecutivas. Entre las dos filas de celdas 2 queda situado el hueco 3 que desemboca a través del fondo del recipiente y de la tapa 14. Los terminales 7 y 8 finalizan en bornas 15 de toma exterior de corriente.
La tapa 14 dispone, a partir de dos de sus cantos opuestos y bajo la superficie superior, de cavidades 16 dimensionadas para permitir la introducción de los dedos y servir como asas, sin que las mismas influyan negativamente, debido a su posición, en otras características de la batería, tales como su apilabilidad, condición importante para el almacenaje de las baterías.
La tapa 14 dispone de un rehundido central en el que quedan situados los orificios 17 para la salida de gases de las celdas, con laberinto que permite el llenado de electrolito y la salida de gases de las celdas. El sistema de laberinto impide el derrame del líquido, aunque la batería se incline excesivamente, al mismo tiempo que impide la posible salida de gotas de líquido que pudieran ser arrastradas por los gases generados por la batería. El rehundido de la tapa 14 se cierra mediante una tapeta 18.
La tapeta 18 dispone de una ranura longitudinal 19 enfrentada al hueco intermedio 3, para permitir la circulación de aire de refrigeración y que en caso necesario puede ser una circulación forzada, por ejemplo mediante aire suministrado por un ventilador o similar.
Las figuras 4 y 5 muestran en perspectiva y planta una batería de recombinación de electrolito, con electrodos en espiral y con una disposición de forma prismática. Los terminales 7 y 8 van dispuestos en vértices opuestos. La figura 4 incluye una sección de la zona inferior del recipiente de la batería, para poder apreciar las celdas 2 y los espacios vacíos 20, limitados entre estas celdas, que sirven como canales de refrigeración para la homogeneización de la temperatura, de acuerdo con la presente invención, y que equivalen en su función al hueco 3 de la batería representada en las figuras 1 a 3.
Como en el caso de las figuras 1 y 3, las placas de las diferentes celdas van conectadas mediante puentes 9. Los puentes de diferente polaridad pertenecientes a celdas consecutivas se conectan mediante los puentes 10. Con el número 23 se indica uno de los conectores de soldadura de placas diferente a los puentes lo por exigencias del diseño.
En la figura 6 se muestra en planta una batería con electrodos en espiral en la que se muestran los terminales 7 y 8, situados hacia el mismo lado de la tapa de la batería, para solucionar el requerimiento de determinados constructores de automóviles. Para lograr esta disposición se ha diseñado un conector en forma de S referenciado con el número 24. En esta realización, al igual que todas aquellas que responden a las características de la presente invención, se prevén orificios de refrigeración 20.
En la figura 7 se representa otro modelo de batería con electrodos en espiral y con los terminales 7 y 8 para las tomas de corriente situados en uno de los lado de menor longitud de la batería. Esta construcción permitiría la refrigeración de la periferia de todos los elementos o celdas. Además existe el ensanchamiento periférico 25, que sobresale suficientemente para permitir la introducción de los dedos o herramientas de manipuladores robotizados.
El conjunto mostrado en la figura 8, que es una variante de la batería de la figura 4, incluye una pared lateral 26 que permite la refrigeración de cada uno de los elementos o celdas, no solo por los pasajes intermedios 20, sino por los pasajes 20a limitados entre cada dos elementos o celdas extremas consecutivas.
Por último, la figura 9 representa el conjunto de la figura 7 dentro de la pared o recipiente 27.

Claims (11)

1. Batería de acumuladores eléctricos de plomo-ácido, que comprende un recipiente con tapa, de forma general prismática rectangular, dimensionado para acoplarse en el espacio destinado a tal fin en un vehículo automóvil, caracterizada porque dicho recipiente está subdividido interiormente en mas de 6 celdas, las cuales están repartidas en dos o mas filas paralelas entre las que el citado recipiente conforma huecos de ventilación intermedios que desembocan al exterior a través del fondo y tapa y constituyen pasajes de ventilación.
2. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque las celdas intermedias están repartidas en dos filas entre las que queda situado un hueco de ventilación, el cual discurre entre una de las paredes transversales del recipiente y la última celda de las dos filas, las cuales quedan separadas por un tabique intermedio, a través del que pasa un puente de conexión eléctrica entre placas.
3. Batería según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la tapa del recipiente conforma en dos de sus lados opuestos y por debajo de la superficie superior, cavidades dimensionadas para permitir la introducción de los dedos.
4. Batería según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los huecos de ventilación citados están situados entre cada cuatro celdas centrales adyacentes, permitiendo la homogeneidad en la temperatura de dichas celdas.
5. Batería según las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque los huecos de ventilación están delimitados entre cada tres celdas adyacentes.
6. Batería según las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque los huecos de ventilación están delimitados entre cada dos celdas extremas consecutivas.
7. Batería según las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque las placas positivas y negativas que constituyen los electrodos, son del tipo plano esponjoso, en la que todas las placas de la misma polaridad están contenidas en un separador para aislarlas físicamente de las placas de polaridad opuesta.
8. Batería según las reivindicaciones 1-7, caracterizada porque el separador que aísla las placas de una polaridad de las placas de la polaridad opuesta es del tipo de microfibra de vidrio y porque la tapa tiene al menos una válvula de seguridad frente a la presión de gases, constituyendo una batería del tipo de recombinación con electrolito inmovilizado en el separador de microfibra de vidrio.
9. Batería según las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque la tapa tiene al menos una válvula de seguridad frente a la presión de gases y porque el electrolito está inmovilizado en el interior de cada elemento por la formación de un gel, constituyendo así una batería del tipo de recombinación con electrolito sólido inmovilizado.
10. Batería según las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque las placas positivas y negativas que constituyen los electrodos de cada celda están enrollados formando una espiral y están separadas por una envoltura de microfibra de vidrio, constituyendo así una batería del tipo de recombinación por electrolito inmovilizado en un separador de microfibra de vidrio, cuya tapa tiene al menos una válvula de seguridad frente a la presión de gases.
11. Batería de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en la que dicho recipiente está internamente subdividido en 18 celdas.
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