ES2286182T3 - Bateria de acumuladores. - Google Patents

Abstract

Batería de acumuladores con varias celdas electroquímicas de acumulador que están dispuestas en una caja común de la batería, existiendo entre las celdas de acumulador espacios intermedios en forma de ranuras para un medio de refrigeración, caracterizada porque la caja (1) de la batería presenta varios orificios laterales (2) de entrada, dispuestos uno sobre otro, para el medio de refrigeración.

Description

Batería de acumuladores.

La invención se refiere a una batería de acumuladores con varias celdas electroquímicas de acumulador, dispuestas en una caja común de la batería, con espacios intermedios para un medio de refrigeración que están previstos en forma de ranura entre las celdas de acumulador.

Durante el funcionamiento de las celdas de acumulador que trabajan en una interconexión de batería y están instaladas en una caja común de la batería, la pérdida inevitable de calor puede provocar un calentamiento considerable del sistema. Aquí se pueden alcanzar valores de temperatura que provocan el daño de los componentes de la celda y, dado el caso, de los materiales activos, así como que pueden dar lugar, al menos, a cambios visibles en el comportamiento eléctrico de las celdas. Por este motivo, resulta indispensable la refrigeración de una unidad de este tipo.

Especialmente en este caso aparecen desigualdades en el funcionamiento conjunto de las celdas, y correspondientemente también de los módulos en conjuntos mayores de baterías, si su refrigeración no se realiza de manera uniforme. Debido a la dependencia que tiene la temperatura de la toma y la entrega de corriente, las celdas refrigeradas de modo no uniforme poseen capacidades diferentes y, por tanto, no todas finalizan la descarga al mismo tiempo.

En el caso de las celdas alojadas en un depósito grande o caja de batería, como ocurre especialmente en las baterías de arranque de los vehículos eléctricos, la refrigeración se realiza sólo en menor medida a través de la irradiación de calor. Más bien, las celdas se deben refrigerar por convección forzada mediante una corriente de medio refrigerante, preferentemente una corriente de aire. Para poder llevar el medio de refrigeración a las distintas celdas o módulos de celdas, éstas se montan separadas entre sí en el depósito. Aquí la forma y el equipamiento del depósito, del orificio de entrada y salida del aire de refrigeración y los ventiladores existentes tienen que estar en correspondencia con los requerimientos respecto a la potencia de refrigeración.

En la mayoría de los dispositivos de refrigeración conocidos, diseñados para un conjunto mayor de celdas, falta, sin embargo, una potencia uniforme de refrigeración para las distintas celdas. Normalmente, el aire de refrigeración se conduce a lo largo de una hilera más grande de celdas, entrando en contacto las celdas, situadas delante en la hilera, con el medio de refrigeración fresco y las celdas siguientes, con el medio de refrigeración ya caliente. Por esta razón, también la temperatura promedio de las celdas, situadas delante en la hilera, es menor que la de las celdas dispuestas a continuación.

Por tanto, la potencia de refrigeración está escalonada en correspondencia con la disposición de la celda en la corriente de aire. El escalonamiento de la potencia de refrigeración es más lineal, mientras más exactamente se conduzca el medio de refrigeración de celda en celda. Esto mismo ocurre con el escalonamiento de las temperaturas promedio que se van a regular en las celdas.

Como se conoce, por ejemplo, del documento DE4029018A1, la desigualdad de la potencia de refrigeración se puede disminuir mediante la ramificación de las corrientes de aire de refrigeración, aunque no se puede eliminar. Si la corriente del medio de refrigeración discurre paralelamente al eje longitudinal de los módulos de celdas, también se crea un gradiente de temperatura en esta dirección. Siempre que la misma corriente del medio de refrigeración circule por las celdas una después de otra, existirá la misma distribución no uniforme de la temperatura.

Este concepto se aplica también en las distintas medidas para la evacuación del calor de una batería de alta energía según el documento DE4029901A1.

De acuerdo con los documentos EP0918358A1 y EP0964470A1 se puede lograr una evacuación más uniforme del calor de las celdas a través de una separación parcialmente termoaislante entre la superficie de la batería y las celdas mejor refrigeradas, así como una aceleración de la corriente del medio de refrigeración en las celdas menos refrigeradas.

En el documento DE2835501C2 se logra una refrigeración uniforme de los módulos de celdas al estar previstos como canales para el medio de refrigeración espacios intermedios entre los módulos y al presentar el canal de alimentación una sección transversal, que se estrecha a favor de la corriente, y el canal colector para el medio de refrigeración caliente, una sección transversal, que se ensancha a favor de la corriente.

En el documento DE4116253A1 se usa un procedimiento similar de refrigeración, según el que la corriente de aire se ramifica a través de una disposición escalonada de las distintas celdas de tal modo, que cada celda se alimenta con una corriente parcial de medio fresco de refrigeración. Dado que en cada canal de aire impera la misma resistencia a la corriente, circulan corrientes con igual volumen por todas las celdas y existen las mismas condiciones de refrigeración.

Según el documento US5015545 se alcanza el mismo efecto mediante la disposición inclinada de dos hileras de módulos prismáticos de celdas dispuestos uno sobre otro. Debido a la ranura de aire que se estrecha entre las hileras de módulos, aumenta la velocidad de las corrientes de aire de manera inversamente proporcional al incremento de la temperatura. Por esta razón se obtiene una potencia uniforme de refrigeración de las distintas celdas.

Del documento DE10064648A1 se puede extraer, por una parte, la estructura según el documento DE2835501A1. Por otra parte, se propone una disposición en prisma de las celdas o los módulos de celdas montados en hileras. El espacio interior del prisma forma el canal de alimentación para el medio de refrigeración.

Las construcciones descritas exigen grandes canales de alimentación. El gran volumen de la batería de acumuladores, vinculado a esto, no resulta aceptable para cada aplicación, pues de esta forma disminuye el contenido de energía relacionado con el volumen constructivo.

En el documento EP0639867A1 se logra una temperatura uniforme de los módulos de celdas mediante una refrigeración de inversión. El montaje, necesario para este fin, de ventiladores giratorios o de canales conmutables para el medio de refrigeración hace que la solución sea trabajosa y costosa.

La invención tiene el objetivo de lograr una uniformidad de la refrigeración durante la refrigeración de las baterías de acumuladores.

Este objetivo se logra, según la invención, en una batería de acumuladores del tipo genérico mencionado al inicio mediante las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se indican configuraciones ventajosas de la batería de acumuladores.

La invención se describe detalladamente a continuación mediante las figuras. Muestran:

Fig. 1 una vista de la nueva batería de acumuladores,

Fig. 2 una vista de la caja de la batería y

Fig. 3 una vista de la tapa de la batería.

La batería de acumuladores según la invención, especialmente una batería de níquel-hidruro metálico, dispone de una caja 1 de batería que presenta varios 5 orificios laterales 2 de entrada, situados uno sobre otro, para el medio de refrigeración, especialmente aire. Así, el medio de refrigeración ya no circula por las celdas exclusivamente una detrás de otra o una a una, pues en dependencia de la demanda se adiciona medio de refrigeración fresco a través de los orificios laterales 2 de entrada, conformados en correspondencia. Otra uniformidad de la temperatura se alcanza mediante un control planificado de la cantidad de medio de refrigeración, que entra a través de los orificios inferiores de entrada y circula después en contra de la corriente, por ejemplo, mediante una placa adicional con orificios para el medio de refrigeración por debajo de las celdas.

La caja 1 de la batería y la tapa 3 de la batería se fabrican preferentemente de un plástico resistente a golpes, por ejemplo, polipropileno, con las medidas convencionales normalizadas para baterías de arranque. En estas cajas de batería se disponen acumuladores electroquímicos en hilera uno al lado de otro y uno detrás de otro desde el punto de vista constructivo. Por ejemplo, una pluralidad de celdas redondas están dispuestas en dirección longitudinal a la caja de la batería una al lado de otra y una sobre otra, dejándose espacios intermedios. Asimismo, varias celdas redondas pueden estar situadas, en cada caso, una detrás de otra en dirección longitudinal. Los acumuladores electroquímicos pueden ser preferentemente celdas redondas de níquel/hidruro metálico con electrodos arrollados que están montados en paralelo a los lados longitudinales de la caja 1 de la batería. Entre las distintas celdas hay separaciones en forma de ranura, de modo que alrededor de su carcasa puede circular un medio de refrigeración. Es muy ventajoso instalar las celdas, situadas en las paredes exteriores, sólo un poco separadas o no separadas de la pared exterior.

Resultan adecuados como medio de refrigeración, ya que sólo entran en contacto con las carcasas herméticamente cerradas de las celdas, líquidos como el agua, el aceite o el glicol y los gases. Sin embargo, el medio preferido de refrigeración es el aire que se aspira o presiona mediante al menos un ventilador a través de la caja 1 de la batería.

Para la instalación de ventiladores eléctricos se propone preferentemente una tapa 3 de batería, conformada en correspondencia, de la caja 1 de la batería. Los ventiladores aspiran el aire a través de los orificios laterales 2 de entrada hacia el interior de la caja 1 de la batería y a lo largo de las celdas y expulsan hacia fuera el aire caliente a través de los orificios 4 de salida en la tapa 3 de la batería. Se puede usar cualquier forma de orificios 2 de entrada que originan una corriente del medio adicional de refrigeración que disminuye hacia el orificio 4 de salida. Esto puede ocurrir ventajosamente mediante una reducción de la relación del porcentaje de la superficie del orificio 2 de entrada respecto al porcentaje de la superficie externa en dirección al orificio 4 de salida. Los orificios 2 de entrada pueden tener superficies diferentes y/o separaciones diferentes entre sí. En relación con el suministro de corriente de los ventiladores es muy ventajoso asignarlos a la batería que se va a refrigerar. Debido a la corriente continua, disponible aquí, se preverán motores de corriente alterna para el accionamiento de los ventiladores.

En los lados longitudinales de la caja 1 de la batería se pueden observar los orificios 2 de entrada, preferentemente en forma de ranura, para el aire de refrigeración. El orificio inferior 2 de entrada para el aire de refrigeración es el orificio principal con la mayor superficie. En la tapa de la batería están integrados dos orificios 4 de salida, en los que se pueden instalar ventiladores que aspiran ventajosamente. De forma similar a una batería convencional de arranque, en la batería de acumuladores están previstos bornes terminales para la unión con una red eléctrica de suministro.

La figura 2 muestra una vista de la caja nueva 1 de la batería abierta que presenta orificios laterales de entrada en al menos dos lados opuestos. En la forma preferida de realización están previstos orificios 2 de entrada en forma de ranuras en ambos lados longitudinales.

La figura 3 muestra la tapa de la batería con dos orificios 4 de salida que están preparados para la instalación de ventiladores aspirantes. Además de los orificios para los dos bornes terminales, en la construcción de la tapa 3 de la batería se pueden integrar también orificios para tomas adicionales que están destinadas a fines de suministro o al control de la batería de acumuladores.

Claims (7)

1. Batería de acumuladores con varias celdas electroquímicas de acumulador que están dispuestas en una caja común de la batería, existiendo entre las celdas de acumulador espacios intermedios en forma de ranuras para un medio de refrigeración, caracterizada porque la caja (1) de la batería presenta varios orificios laterales (2) de entrada, dispuestos uno sobre otro, para el medio de refrigeración.

2. Batería de acumuladores según la reivindicación 1, caracterizada porque los orificios laterales (2) de entrada tienen superficies diferentes.

3. Batería de acumuladores según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los orificios laterales (2) de entrada tienen separaciones diferentes entre sí.

4. Batería de acumuladores según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la caja (1) de la batería presenta orificios laterales (2) de entrada en al menos dos lados opuestos.

5. Batería de acumuladores según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el medio de refrigeración es aire.

6. Batería de acumuladores según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque en la tapa (3) de la batería está integrado al menos un orificio (4) de salida.

7. Batería de acumuladores según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque está integrado al menos un ventilador aspirante en un orificio (4) de salida en la tapa (3) de la batería.