ES2246887T3 - Dispositivo para llenar de electrolito las celdas de un acumulador. - Google Patents

Dispositivo para llenar de electrolito las celdas de un acumulador.

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Abstract

Dispositivo (10) para llenar de electrolito al menos una celda de un acumulador (12), que comprende una bomba de vacío (14) para la puesta bajo vacío de la celda del acumulador (12), un equipo de llenado (16) para introdu cir el electrolito en una abertura de llenado (32) de una celda y un recipiente (18) para dar alojamiento a todo el acumulador (12), en donde el recipiente (18) está unido con la bomba de vacío (14) a través de una conexión (20), de modo que el acumulador (12) como un todo puede ser puesto bajo vacío, y el equipo de llenado (16) presenta al menos una tubería de alimentación (22) para el electrolito que está introducida de manera hermética al vacío en el recipiente (18), caracterizado porque la tubería de alimentación (22) presenta en su extremo una respectiva cabeza de llenado (34) con un racor de salida (36) y el racor de salida (36) encaja con holgura en la abertura de llenado (32) de una celda, de modo que las distintas celdas pueden ser ya puestas primero bajo vacío con la cabeza de llenado o el racor de llenado situado en la posición de llenado y pueden ser después llenadas de electrolito.

Description

Dispositivo para llenar de electrolito las celdas de un acumulador.
La invención concierne a un dispositivo para llenar de electrolito al menos una celda de un acumulador, que comprende una bomba de vacío para hacer el vacío en la celda del acumulador, un equipo de llenado para introducir el electrolito en una abertura de llenado de una celda, y un recipiente para dar alojamiento a todo el acumulador, estando unido el recipiente con la bomba de vacío a través de una conexión, de modo que el acumulador puede ser puesto como un todo bajo vacío y el equipo de llenado presenta al menos una tubería de alimentación para el electrolito que está introducida herméticamente al vacío en el recipiente.
En una serie de acumuladores es necesaria una puesta bajo vacío de las celdas antes del llenado con electrolito. La razón de ello es que la carga del electrolito, que puede presentarse también, por ejemplo, en forma de gel, ha de realizarse en un período de tiempo tolerablemente corto. Además, con la puesta bajo vacío de las celdas se pretende evitar que se formen oclusiones de aire en las celdas llenas de electrolito, por ejemplo, en forma de gel.
Hasta ahora, la puesta bajo vacío de, especialmente, acumuladores de varias celdas se ha realizado poniendo bajo vacío por separado cada celda del acumulador, a través del taladro de llenado, por medio de un racor de vacío y efectuándose la introducción del electrolito en la celda a través del mismo racor de conexión cuando se alcance el vacío correspondiente. En estos dispositivos conocidos es desventajoso el hecho de que, debido al vacío que reina en las distintas celdas, se pueden producir deformaciones de todo el acumulador. Estas deformaciones conducen a cargas considerables en la carcasa del acumulador, por ejemplo en sus sitios de soldadura, con lo que, en ciertas circunstancias, la carcasa del acumulador puede resultar dañada o incluso destruida. Asimismo, debido a la puesta bajo vacío de únicamente celdas individuales del acumulador, los insertos, por ejemplo las placas de plomo, pueden ser presionadas o impulsadas fuertemente una contra otra, de modo que con este dispositivo convencional no pueden excluirse tampoco daños del separador. Un problema importante consiste en que a menudo, debido a la deformación de todo el acumulador, no es posible introducir el volumen necesario de electrolito en las distintas celdas. Además, el dispositivo conocido es de construcción muy complicada en el aspecto mecánico. La abertura de llenado de cada celda ha de ser sellada de forma individual. Lo mismo se aplica para los taladros de purga de aire.
Se conoce por el documento US 4 061 163 A un dispositivo con las características citadas al principio. El dispositivo presenta un recipiente en el que pueden disponerse una o varias pilas de litio para su llenado con electrolito. En este caso, las pilas de litio se posicionan sobre un soporte dentro del recipiente con su única abertura de llenado mirando hacia abajo. A continuación, se hace el vacío en el recipiente para retirar agua y vapor de agua de las pilas. Seguidamente, se reduce la depresión, con lo que ésta queda situada por encima del punto de ebullición del electrolito líquido que se ha de cargar. A continuación, se llena el recipiente con electrolito, sumergiéndose las aberturas de entrada de las pilas de litio en el electrolito. A continuación, se aumenta la depresión en el recipiente hasta la presión atmosférica y seguidamente hasta una sobrepresión, con lo que el electrolito puede entrar en la pila de litio a través de la abertura de entrada. Después de llenado, se sella herméticamente la abertura de entrada y la pila de litio está lista para su utilización.
Asimismo, es conocido por el documento US 5 356 733 A un dispositivo de llenado con electrolito. En este caso, se exponen primero una o más pilas de una batería a una depresión para ser llenadas a continuación por medio de un electrolito. Lo especial de este dispositivo reside en que por debajo de la abertura de llenado de la pila está prevista una placa de desviación que impide que el electrolito no incida directamente sobre las placas del acumulador o sobre los separadores de esterilla de vidrio dispuestos entre ellas. De este modo, se pretende evitar en muy amplio grado que resulten dañadas las pilas al entrar el electrolito. Sin embargo, no puede deducirse de este documento que el acumulador pueda ser puesto bajo vacío como un todo ni que esté dispuesto en su conjunto dentro de un recipiente.
El documento US 5 731 099 A o el documento DE 26 04 622 A1 revelan dispositivos con los que cada celda del acumulador es puesta bajo vacío por separado, a través del taladro de llenado, por medio de un racor de conexión y la introducción del electrolito en la celda se efectúa a través del mismo racor de conexión cuando se ha alcanzado el vacío correspondiente.
Por último, se conoce por el documento DE 39 12 846 C1 un procedimiento para llenar pilas electroquímicas, especialmente pilas de alta potencia, como pilas de litio, con un electrolito, en donde la pila es puesta primero bajo vacío y al mismo tiempo es comprobada en cuanto a cortocircuitos, y se interrumpe el proceso de llenado adicional cuando se detecta un cortocircuito. Una vez alcanzado el vacío final, se llena a continuación la pila con el electrolito y al mismo tiempo se vigila la tensión eléctrica aplicada a la pila, interrumpiéndose el proceso de llenado cuando se detecte una desviación de la tensión.
Frente a esto, la presente invención se basa en el problema de perfeccionar un dispositivo de la clase citada al principio en el sentido de que, evitando los inconvenientes antes citados, se hagan posibles una sencilla y rápida puesta bajo vacío y un sencillo y rápido llenado de las celdas del acumulador con electrolito.
Este problema se resuelve por medio de un dispositivo según las características de la reivindicación 1.
Las ventajas que pueden obtenerse con el dispositivo según la invención consisten en que, debido a la aplicación del vacío a todo el acumulador, éste no está expuesto a cargas de ninguna clase y, por tanto, no pueden presentarse tampoco deformaciones en la carcasa del acumulador. Como consecuencia, el recinto completo de las celdas o de las aberturas de llenado está disponible para el llenado con electrolito. Por consiguiente, el proceso de llenado puede realizarse con más rapidez y se puede optimizar la cantidad de llenado. Además, en el recipiente se puede alcanzar también un vacío más alto que con el dispositivo convencional, ya que el recipiente puede estar construido de manera que sea extraordinariamente hermético al vacío. Se suprime también el elevado coste para el sellado de las aberturas de llenado para las distintas celdas, así como de los taladros de purga de aire. Hay que cuidar únicamente de que el propio recipiente esté sellado. Se contrarrestan también en medida elevada las oclusiones de aire en el electrolito, ya que con el dispositivo según la invención se puede conseguir un vacío más alto. De este modo, se mejora considerablemente la calidad del acumulador, especialmente con vistas a la autocarga. Dado que en el dispositivo según la invención la conexión de la bomba de vacío no está dispuesta directamente en la zona de la tubería de alimentación para el electrolito, se puede prescindir, además, de un separador de ácido necesario en otros casos, antepuesto a la bomba de vacío. Asimismo, la carcasa del recipiente actúa como protección contra salpicaduras para el usuario, ya que el acumulador está abrazado herméticamente por la carcasa del recipiente durante el proceso de llenado.
Para facilitar el proceso de llenado las tuberías de alimentación presentan de manera especialmente ventajosa en su extremo una respectiva cabeza de llenado con un racor de salida. El racor de salida encaja con holgura en las aberturas de llenado de las celdas del acumulador, de modo que las distintas celdas pueden ser puestas ya bajo vacío con la cabeza de llenado o el racor de salida situado en la posición de llenado y pueden ser llenadas entonces con el electrolito.
Según una primera ejecución ventajosa de la invención, el recipiente puede depositarse de manera hermética al vacío sobre una placa de fondo portadora del acumulador. Gracias a esta medida, se crea una superficie de sellado constructivamente sencilla entre el recipiente y la placa de fondo, de modo que con medios de sellado relativamente sencillos se puede conservar un alto vacío dentro del recipiente.
El recipiente lleva asociado de manera especialmente ventajosa un dispositivo de elevación por medio del cual el recipiente puede ser elevado o separado de la placa de fondo. Después de concluido el proceso de llenado, el acumulador es retirado de la placa de fondo y sustituido por un nuevo acumulador que deba ser llenado. A este fin, se eleva primero el recipiente por medio del dispositivo de elevación y, después de cambiar los acumuladores, se le hace descender de nuevo sobre la placa de fondo, a la cual se aplica entonces el recipiente de manera hermética al vacío.
El recipiente presenta ventajosamente según otra ejecución de la invención una forma sustancialmente adaptada al acumulador y está configurado sustancialmente en forma de una carcasa paralelepipédica que es sólo ligeramente más grande que el propio acumulador. Respecto de las dimensiones, hay que cuidar únicamente de que las tuberías de alimentación para el electrolito tengan espacio suficiente en el recipiente. Esta medida de configurar lo más pequeño posible el recipiente en cuanto a su contenido en volumen cuida de que no tenga que bombearse hacia las celdas del acumulador una cantidad innecesariamente grande de aire para generar el vacío, con lo que también se reduce aún más el período de tiempo del proceso de llenado.
Es especialmente importante que la una o más tuberías de alimentación se extiendan a través de una pared de la carcasa del recipiente hacia aberturas de llenado de las celdas del acumulador.
Siempre que el acumulador presente varias celdas con una respectiva abertura de llenado, lo que ocurre generalmente en los presentes acumuladores, es de importancia especial que esté asociada a cada abertura de llenado o celda una tubería de alimentación con cabeza de llenado o racor de salida.
Ventajosamente, las tuberías de alimentación o las cabezas de llenado están fijadas en la carcasa del recipiente, preferiblemente en barras o medios de retención similares. La disposición de las tuberías de alimentación o las cabezas de llenado en la carcasa del recipiente se efectúa en este caso de tal manera que las aberturas de alimentación o las cabezas de llenado penetren automáticamente en las aberturas de llenado de las celdas cuando se hace descender el recipiente sobre la placa de fondo y sean alojadas con holgura en las aberturas de llenado cuando el recipiente está asentado sobre la placa de fondo. Una vez concluido el proceso de descenso, se genera entonces un vacío por medio de la bomba de vacío en el recipiente y, por tanto, también en las celdas del acumulador. Una vez alcanzado un valor límite de vacío prefijado, se carga el electrolito en las celdas a través de las tuberías de alimentación y las cabezas de llenado. Después de concluido el proceso de llenado, se ventila el recipiente y se le separa de la placa de suelo por medio del dispositivo de elevación, con lo que las tuberías de alimentación o las cabezas de llenado son retiradas de nuevo automáticamente de las aberturas de llenado. Después de cambiar el acumulador llenado por un acumulador aún sin llenar, se hace descender nuevamente el recipiente, con lo que las tuberías de alimentación o las cabezas de llenado entran de nuevo automáticamente en las aberturas de llenado de las celdas para iniciar de nuevo el proceso de puesta bajo vacío y de llenado.
Por tanto, se propone que las cabezas de llenado estén dispuestas de manera correspondiente a la disposición de las aberturas de llenado del acumulador en el recipiente o en su carcasa.
Asimismo, existe la posibilidad de fijar las cabezas de llenado o las tuberías de alimentación a los medios de retención o barras de manera que puedan ser desplazadas una con relación a otra, con lo que el dispositivo puede adaptarse también a formas de construcción diferentes de acumuladores, en las que las aberturas de llenado estén dispuestas, por ejemplo, a otras distancias.
Por último, según otra característica ventajosa de la invención, la conexión para el dispositivo de puesta bajo vacío está colocada en el lado del borde del recipiente en una zona de esquina alejada de las aberturas de llenado del acumulador o de las cabezas de llenado. Debido a esta medida, la conexión para la bomba de vacío está dispuesta lo más alejada posible de las aberturas de llenado o de las cabezas de llenado, con lo que se previene eficazmente el riesgo de entrada de electrolito en la conexión para la bomba de vacío.
Otras ventajas, posibilidades de aplicación y ejecuciones de la invención se desprenden de la descripción siguiente de un ejemplo de ejecución.
Muestran:
La Figura 1, un ejemplo de ejecución del dispositivo según la invención en vista en perspectiva, con carcasa de recipiente parcialmente arrancada y en posición elevada del recipiente, y
La Figura 2, el dispositivo según la Figura 1, habiéndose bajado el recipiente hasta dejarlo sobre la placa de fondo.
En las Figuras se ha representado un dispositivo 10 para llenar de electrolito las celdas de un acumulador 12. Para poner bajo vacío las celdas del acumulador 12 se ha previsto una bomba de vacío designada simbólicamente con el número de referencia 14. Además, el dispositivo 10 presenta un equipo de llenado 16 para introducir el electrolito en las celdas del acumulador 12.
El acumulador 12 está completamente alojado en un recipiente 18, estando unido el recipiente 18 con la bomba de vacío 14 a través de una conexión 20. De este modo, es posible que el acumulador 12 como un todo pueda ser puesto bajo vacío. El equipo de llenado 16 presenta al menos una y preferiblemente varias tuberías de alimentación 22 para el electrolito, introduciéndose las tuberías de alimentación 22 en el recipiente 18 de una manera hermética al vacío.
Como puede deducirse especialmente de la Figura 2, el recipiente 18 puede ser depositado de manera hermética al vacío sobre una placa de fondo 24 portadora del acumulador 12. Además, el recipiente 18 lleva asociado un dispositivo de elevación 26 que está representado simbólicamente mediante flechas, con el cual el recipiente 18 puede ser subido o bajado. El recipiente 18 presenta en este caso una forma sustancialmente adaptada al acumulador 12 y está configurado en conjunto como una carcasa 28 abierta hacia abajo, sustancialmente de forma paralelepipédica, la cual es sellada por la placa de fondo 24 en la posición bajada según la Figura 2. Las tuberías de alimentación 22 se extienden a través de una pared 30 de la carcasa del recipiente 18 hasta aberturas de llenado 32 de las celdas del acumulador 12. Las tuberías de alimentación 22 poseen en su extremo una respectiva cabeza de llenado 34 con un racor de salida 36. El racor de salida 36 está alojado con holgura en la abertura de llenado 32 en la posición bajada del recipiente
18.
Las tuberías alimentación 22 o las cabezas de llenado 34 están fijadas de manera especialmente ventajosa en la carcasa 28 del recipiente 18, preferiblemente en barras 38 o medios de retención similares. El posicionamiento de las cabezas de llenado 34 se corresponde en este caso con la disposición de las aberturas de llenado 32 del acumulador. Asimismo, las cabezas de llenado 34 están fijadas en los medios de retención o las barras 38 de manera que pueden ser desplazadas una con relación a otra, con lo que la posición de las cabezas de llenado 34 puede ser adaptada a formas individuales de construcción de los acumuladores.
La conexión 20 para la bomba de vacío 14 está dispuesta en el borde del recipiente 18 en una zona de esquina alejada de las aberturas de llenado 32.
Símbolos de referencia
10
Dispositivo
12
Acumulador
14
Bomba de vacío
16
Equipo de llenado
18
Recipiente
20
Conexión
22
Tubería de alimentación
24
Placa de fondo
26
Dispositivo de elevación
28
Carcasa
30
Pared de la carcasa
32
Abertura de llenado
34
Cabeza de llenado
36
Racor de salida
38
Barra

Claims (10)

1. Dispositivo (10) para llenar de electrolito al menos una celda de un acumulador (12), que comprende una bomba de vacío (14) para la puesta bajo vacío de la celda del acumulador (12), un equipo de llenado (16) para introducir el electrolito en una abertura de llenado (32) de una celda y un recipiente (18) para dar alojamiento a todo el acumulador (12), en donde el recipiente (18) está unido con la bomba de vacío (14) a través de una conexión (20), de modo que el acumulador (12) como un todo puede ser puesto bajo vacío, y el equipo de llenado (16) presenta al menos una tubería de alimentación (22) para el electrolito que está introducida de manera hermética al vacío en el recipiente (18), caracterizado porque la tubería de alimentación (22) presenta en su extremo una respectiva cabeza de llenado (34) con un racor de salida (36) y el racor de salida (36) encaja con holgura en la abertura de llenado (32) de una celda, de modo que las distintas celdas pueden ser ya puestas primero bajo vacío con la cabeza de llenado o el racor de llenado situado en la posición de llenado y pueden ser después llenadas de electrolito.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el recipiente (18) puede ser depositado de manera hermética al vacío sobre una placa de base (24) portadora del acumulador (12).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente (18) es subido y bajado por medio de un dispositivo de elevación asociado (26).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el recipiente (18) presenta una forma adaptada sustancialmente al acumulador (12) y está configurado sustancialmente como una carcasa (28) de forma de paralelepípedo, en particular abierta hacia abajo.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la una o más tuberías de alimentación (22) se extienden a través de una pared (30) de la carcasa del recipiente (18) hasta la abertura de llenado (32) de una celda del acumulador (12).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acumulador (12) presenta varias celdas con una respectiva abertura de llenado (32), estando asociada a cada abertura de llenado (32) una tubería de alimentación (22) con cabeza de llenado (34) y racor de salida (36).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las tuberías de alimentación (22) o las cabezas de llenado (34) están fijadas en la carcasa (28) del recipiente (18), preferiblemente en barras (38) o medios de retención similares.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las cabezas de llenado (34) están fijadas en o junto al recipiente (18) de manera correspondiente a la disposición de las aberturas de llenado (32) del acumulador (12).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las cabezas de llenado (34) o las tuberías de alimentación (22) están fijadas a los medios de retención o las barras (38) de manera que pueden ser desplazadas una con relación a otra.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la conexión para el equipo de vacío está dispuesta en el borde del recipiente (18) en una zona de esquina alejada de las aberturas de llenado (32).
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