ES2323194T3 - Procedimiento de compresion de un apilamiento de electrodos de un acumulador por una bolsa, acumulador y bolsa correspondientes. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de compresión de un apilamiento (48) de electrodos (24,28) de un acumulador, que comprende una etapa que consiste en colocar el apilamiento en el interior de una cubeta (40) del acumulador, caracterizado porque comprende además las etapas que consisten en: - colocar una bolsa (440) que contiene inicialmente un material elástico (441) poroso comprimido bajo vacío o mecánicamente, siendo la bolsa inicialmente hermética a los gases, entre por lo menos una pared (3, 6) de la cubeta (40) y el apilamiento (48); - formar una abertura en la bolsa (440) deteriorando la bolsa (440), de manera que el material inicialmente comprimido en la bolsa se dilate y ejerza una fuerza de compresión sobre el apilamiento (48) apoyándose sobre la pared (3, 6) de la cubeta (40).
Description
Procedimiento de compresión de un apilamiento de
electrodos de un acumulador por una bolsa, acumulador y bolsa
correspondientes.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de compresión de un apilamiento de electrodos de un
acumulador, que comprende una etapa que consiste en colocar el
apilamiento en el interior de una cubeta del acumulador.
La invención se refiere asimismo a un acumulador
y a una bolsa dispuesta en dicho acumulador.
Es conocido ejercer una fuerza de compresión
sobre un apilamiento de electrodos de un acumulador, utilizado por
ejemplo en el campo automóvil, para mejorar las prestaciones del
acumulador, en particular su resistencia al
ciclado.
ciclado.
Dicho procedimiento y dicho acumulador son
conocidos a partir del documento WO95/15584 por ejemplo. Están
representados esquemáticamente en la figura 1.
La figura 1 representa un acumulador conocido
que comprende una cubeta 40 que contiene un apilamiento 48 de una
pluralidad de electrodos 24 y 28. Cada par de electrodos 24 y 28
está comprendido en una célula y el apilamiento 48 está constituido
por una pluralidad de células. El acumulador comprende además dos
bornes, estando cada borne situado en un extremo del apilamiento 48
de electrodos 24 y 28.
La figura 2 representa esquemáticamente un
ejemplo de una célula del apilamiento 48 de un acumulador. Cada
célula comprende una placa bipolar 20 sobre la cual pasa a apoyarse
un electrodo positivo 28, un separador 30, un electrodo negativo 24
y de nuevo una placa bipolar 20.
El separador puede generalmente estar compuesto
por una capa de polietileno (PE) microporoso para las baterías
denominadas "abiertas", o estar compuesto por una capa de
fieltro de lana de vidrio embebido ("glass mat") según la
terminología inglesa) o también ser un separador ondulado perforado
de policloruro de vinilo (PVC) para las baterías con recombinación
denominadas "estancas". Existen también menos generalmente unas
combinaciones de separadores que combinan varios de estos
materiales; por ejemplo unas hojas de PE combinadas con unas capas
de lana de vidrio, o una combinación según la figura 2. En la figura
2, el separador 30 está compuesto por una capa 31 constituida por
una hoja plana de polietileno microporoso sobre la cual está
colocado un separador ondulado perforado 32. El separador ondulado
32 soporta a su vez una capa 33 de lana de vidrio.
El separador 30 permite separar mecánicamente
los electrodos positivos 28 y negativos 24 permitiendo al mismo
tiempo una unión electrolítica.
La figura 1 ilustra un procedimiento de
disposición del apilamiento de electrodos 48 en la cubeta 40, para
ejercer una fuerza de compresión constante y uniforme entre las
placas bipolares 20 y unos separadores 30 que constituyen el
apilamiento 48.
El apilamiento 48 de electrodos está unido a una
primera placa extrema 41 que constituye un colector de corriente y
una segunda placa extrema 42 que constituye también un colector de
corriente.
La primera placa 41 está fija con respecto a la
cubeta 40.
La segunda placa extrema 42 está soportada por
una pluralidad de resortes 44 que proporcionan una fuerza de
compresión del apilamiento 48. Los resortes 44 permiten ejercer una
fuerza de compresión, en particular sobre los separadores 30.
En el modo de realización conocido de la figura
1, el borne conectado a la placa 42 solicitada por los resortes 44
desliza en unos medios de sellado 47 de la cubeta.
El dispositivo de compresión según la figura 1
que comprende unos resortes 44 adolece de ciertos incon-
venientes.
venientes.
Dicho dispositivo es voluminoso, y su colocación
en una cubeta de un acumulador se realiza en detrimento del número
de células en el apilamiento.
Es particularmente difícil colocar dicho
dispositivo de comprensión en un acumulador tradicional no bipolar
que comprende una cubeta 40 dividida en varios compartimientos y que
comprende un apilamiento 48 en cada compartimiento, como está
representado esquemáticamente en la figura 3.
En efecto, un espacio 5 entre un apilamiento 48
y unas paredes laterales 3 o internas 6 que delimitan los
compartimientos de la cubeta 40 es a menudo inferior a 5 mm. El
espacio 5 no es suficiente para permitir la instalación del
dispositivo de compresión de la figura 1 o entonces es preciso
suprimir unas células del apilamiento.
Además, la colocación en dispositivo según la
figura 1 en una cubeta 40 según la figura 3 provoca dificultades de
inserción. Dicha inserción es dificultosa y costosa para la
fabricación industrial.
Es necesaria una adaptación de la cubeta para el
montaje de un dispositivo 47 de sellado visible en la figura 1. El
dispositivo 47 es difícil de realizar técnicamente, y es por tanto
oneroso.
Los documentos
US-A-5.670.272 y
US-A-6.040.085 dan a conocer un
acumulador en el cual un material dilatable está introducido en una
bolsa dispuesta en el acumulador.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención propone evitar por lo menos uno de
los inconvenientes citados anteriormente.
A este fin, se propone según la invención un
procedimiento de compresión de un apilamiento de electrodos de un
acumulador según la reivindicación 1.
La invención está ventajosamente completada por
las características de las reivindicaciones 1 a 5, consideradas
solas o en cualquier combinación técnicamente posible.
La invención se refiere asimismo a un acumulador
y a una bolsa de compresión correspondientes.
La invención presenta numerosas ventajas.
La misma permite en particular el montaje fácil
y poco oneroso de un dispositivo de compresión en una cubeta de un
acumulador.
La cubeta del acumulador permanece estándar y no
tiene necesidad de ninguna adaptación aparte de un reforzado de su
espesor o la eventual adición de un sistema exterior de
sostenimiento de los lados.
La invención permite la obtención de una fuerza
de compresión elástica constante. Se permite por lo tanto la
variación del volumen del apilamiento de electrodos, lo cual limita
una fluencia y permite un mejor rendimiento en los ciclos del
acumulador.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras características, objetivos y ventajas de
la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción siguiente, que es puramente ilustrativa y no limitativa,
y que debe ser leída a la vista de los planos adjuntos, en los
que:
- la figura 1, ya comentada, representa
esquemáticamente una sección de un acumulador conocido que comprende
un solo apilamiento de electrodos, y un procedimiento para aplicar
una fuera de compresión a dicho apilamiento;
- la figura 2, ya comentada también, representa
esquemáticamente un par de electrodos conocidos separados por un
separador conocido;
- la figura 3, ya comentada también, representa
una cubeta conocida de un acumulador que comprende una pluralidad
de compartimientos, comprendiendo cada compartimiento un apilamiento
de electrodos;
- la figura 4 representa esquemáticamente un
acumulador según la figura 3 que comprende una bolsa de compresión
según la invención,
- la figura 5 representa una vista de perfil de
una bolsa según la invención;
- las figuras 6a y 6b representan
esquemáticamente una sección transversal de una bolsa según la
figura 5, respectivamente en una posición comprimida y en una
posición dilatada; y
- la figura 7 representa esquemáticamente en
sección un separador que puede ser ventajosamente dispuesto en una
apilamiento de electrodos.
En el conjunto de las figuras, los elementos
similares están designados por referencias numéricas idénticas.
La figura 4 ilustra esquemáticamente un ejemplo
de un procedimiento de compresión utilizado en un acumulador que
comprende por lo menos un apilamiento 48 de electrodos 24 y 28,
dispuestos en células.
En el ejemplo de la figura 4, el acumulador
comprende una cubeta 40 con unas paredes externas longitudinales 3
y unas paredes externas transversales 2.
La cubeta 40 comprende por ejemplo seis
compartimientos, que reciben cada uno un apilamiento 48.
Los compartimientos están delimitados por una
pared interna longitudinal media 6 que intersecciona unas paredes
internas transversales 7. Evidentemente, se pueden prever asimismo
unas cubetas en línea, y el ejemplo de cubeta de la presente
descripción no es limitativo.
Se han referenciado por 10 y 11 las caras
longitudinales de los apilamientos 48.
Unos marcos 8 perpendiculares a las caras 10 y
11 permiten mantener los electrodos 24 y 28 juntos. Los marcos 8,
que aseguran la conexión eléctrica entre los electrodos 24 y 28,
están conectados a una parte 9 (soldadura interelementos) que
permite la conexión eléctrica entre los diferentes elementos de la
batería. Los apilamientos 48 están soportados en cada
compartimiento por los marcos 8 y la parte 9.
Como muestra la figura 4, un procedimiento según
la invención consiste en colocar por lo menos un material elástico
441, comprimido en una bolsa 440, entre una pared de la cubeta 40 y
el apilamiento 48. La bolsa 440 está sellada y mantiene el material
en un estado comprimido.
Preferentemente, se coloca dicha bolsa 440 entre
una cara 10 y una parte externa 3 y una cara 11 del apilamiento y
una pared interna 6.
Es fácil colocar el material elástico entre la
pared y el apilamiento, debido a que está comprimido en una bolsa.
Se puede insertar la bolsa en un espacio inferior a 5 mm.
Una vez la bolsa 440 en posición entre por lo
menos una pared y el apilamiento, se forma una abertura en la
bolsa. Por ejemplo, se deteriora la bolsa 440.
Formando una abertura, se deteriora la
estanqueidad por ejemplo de la bolsa 440. Un gas o un líquido puede
así penetrar en la bolsa y permitir que el material se dilate y
ejerza una fuerza de compresión sobre el apilamiento 48 apoyándose
sobre la pared de la cubeta.
La presión ejercida por el material corresponde
a una presión de 0,1 a 1 kg/cm^{2}, o sea 0,01 a 0,1 MPa.
Una vez la bolsa 440 abierta o deteriorada, la
dilatación del material 441 permite que se ejerza la fuerza de
compresión elástica sobre el apilamiento, para un mejor rendimiento
y mejores prestaciones del acumulador, en particular su resistencia
al ciclado.
La invención permite un incremento de un factor
comprendido entre 5 y 10 aproximadamente sobre la resistencia al
ciclado.
De forma preferente, el material elástico es un
material poroso inicialmente comprimido bajo vacío o mecánicamente
en una bolsa cuyas caras son inicialmente herméticas a los gases. Se
comprime así el material y se sella la bolsa antes de su colocación
en la cubeta.
Las figuras 5, 6a y 6b representan un modo
preferido de realización de una bolsa según la invención.
La bolsa 440 presenta unas caras 442 herméticas
a los gases pero en las cuales se puede formar una abertura. Las
caras 442 son por ejemplo apropiadas para ser deterioradas.
La bolsa comprende un material 441 elástico
comprimido bajo vacío o mecánicamente en la figura 6a, por ejemplo
un material poroso. La figura 6b muestra que el material 441 es apto
para dilatarse después de la formación de una abertura, por
deterioro por ejemplo de las caras 442 de la bolsa. Se puede también
formar una abertura por otros medios, sin deterioro de las
caras.
Un deterioro de las caras de la bolsa puede
efectuarse desgarrando, cortando por lo menos en parte o perforando
la bolsa. Se rompe así por ejemplo la estanqueidad de la bolsa.
Ventajosamente, la bolsa comprende una lengüeta
443 que facilita el desgarrado de las caras de la bolsa y su
eventual nuevo sellado como se verá a continuación.
\newpage
El acumulador es sometido a unas condiciones de
temperatura muy variables. Globalmente, el material de compresión y
sus características deben ser estables para una gama de temperaturas
comprendida entre -20ºC y +80ºC. Está sumergido en una solución de
ácido sulfúrico cuya concentración varía de 0,5 a 5 mol/L.
El material de compresión debe por tanto ser
estable en medio de ácido sulfúrico. El material de compresión debe
también mantener el conjunto de estas propiedades para una duración
equivalente a la duración de vida calendaria del acumulador, o sea
más de cinco años para una temperatura media del orden de 25ºC.
El material 441 es ventajosamente seleccionado
de entre una espuma de poliuretano reticulado, una espuma abierta
de un elastómero o de un caucho, o una estructura en nido de abejas
de un material citado, a saber un poliuretano reticulado, un
elastómero o un caucho.
Otros materiales son también posibles.
Se sella de nuevo la bolsa después de su
deterioro si el material 441 es medianamente estable en medio ácido
sulfúrico. Se evita así cualquier contacto del material con el ácido
sulfúrico. Se puede también cerrar de nuevo la abertura formada en
la bolsa.
Ventajosamente, las caras de la bolsa son de
polipropileno y/o polietileno, estable en medio ácido sulfúrico.
La figura 7 muestra unos separadores 30
ventajosos dispuestos entre los electrodos 24 y 28 del apilamiento
diferente de los de la figura 2.
Cada separador 30 está compuesto por una
superposición de una capa de fieltro 301 pegada sobre una capa
nervada 302. Ventajosamente, la capa de fieltro 301 es de lana de
vidrio y la capa nervada 302 es de polietileno.
La capa nervada 302 comprende una placa 304 que
presenta unas nervaduras 303 regularmente separadas. La distancia
306 entre cada nervadura está preferentemente comprendida entre 3,5
y 4 mm. La placa 304 tiene un espesor 305 del orden de 0,5 mm. La
altura total de las nervaduras 303 con respecto a la base de la
placa 304 es una altura 308 del orden de 1,5 a 1,75 mm. El espesor
309 de la capa 301 de fieltro es del orden de 0,7 mm. El espesor
307 total del separador 30 es del orden de 2,2 a 2,45 mm.
Evidentemente, las dimensiones anteriores se proporcionan a título
de ejemplos no limitativos.
Como muestra la figura 4, es posible mejorar el
calado o la precomprensión del apilamiento de electrodos colocando
una cala 12, o bien entre una bolsa 440 y una pared 3 ó 6, o bien
entre una bolsa y un apilamiento 48. Se evita también por la cala
12 la deformación de una cubeta no reforzada.
La figura 4 muestra un ejemplo de acumulador que
comprende seis compartimientos, pero el número de compartimientos
puede ser cualquiera.
Claims (11)
1. Procedimiento de compresión de un apilamiento
(48) de electrodos (24,28) de un acumulador, que comprende una
etapa que consiste en colocar el apilamiento en el interior de una
cubeta (40) del acumulador, caracterizado porque comprende
además las etapas que consisten en:
- colocar una bolsa (440) que contiene
inicialmente un material elástico (441) poroso comprimido bajo vacío
o mecánicamente, siendo la bolsa inicialmente hermética a los
gases, entre por lo menos una pared (3, 6) de la cubeta (40) y el
apilamiento (48);
- formar una abertura en la bolsa (440)
deteriorando la bolsa (440), de manera que el material inicialmente
comprimido en la bolsa se dilate y ejerza una fuerza de compresión
sobre el apilamiento (48) apoyándose sobre la pared (3, 6) de la
cubeta (40).
2. Procedimiento según la reivindicación
anterior, en el que se forma la abertura desgarrando la bolsa,
cortándola por lo menos en parte o perforándola.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se sella de nuevo la bolsa
después de su deterioro.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se colocan unos separadores
(30) entre los electrodos (24, 28) del apilamiento, estando los
separadores compuestos por una superposición de una capa de fieltro
(301) pegada sobre una capa nervada (302).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se coloca una cala (12) entre
la bolsa (440) y la pared (3, 6) o entre la bolsa y el
apilamiento.
6. Bolsa destinada a la compresión de un
apilamiento (48) de electrodos (24, 28) de un acumulador, que
comprende unas caras (442) en las cuales se puede formar una
abertura, que comprende un material elástico (441) comprimido,
siendo el material apto para dilatarse después de la formación de
una abertura en las caras (442) de la bolsa, caracterizada
porque comprende una lengüeta (443) que facilita la formación de la
abertura en las caras (442) o el nuevo sellado de las caras.
7. Bolsa según la reivindicación anterior, en la
que el material está comprimido bajo vacío o mecánicamente.
8. Bolsa según una de las dos reivindicaciones
anteriores, en la que las caras (442) son inicialmente herméticas a
los gases, pero son apropiadas para ser deterioradas para la
formación de la abertura, de manera que el deterioro de las caras
rompe la estanqueidad de la bolsa.
9. Bolsa según una de las tres reivindicaciones
anteriores, en la que las caras (442) son de polipropileno y/o
polietileno, y el material es un material poroso seleccionado de
entre una espuma de poliuretano reticulado, una espuma abierta de
un elastómero o de un caucho, o una estructura en nido de abejas de
poliuretano reticulado, de un elastómero o de un caucho.
10. Acumulador que comprende:
- una cubeta (40),
- por lo menos un apilamiento (48) de electrodos
(24, 28), estando el apilamiento dispuesto en el interior de la
cubeta, y
- por lo menos una bolsa (440) que contiene un
material elástico (441) entre una pared (3, 6) de la cubeta (40) y
el apilamiento (48), de manera que el material ejerce una fuerza de
compresión sobre el apilamiento (48) apoyándose sobre la pared (3,
6) de la cubeta (40), caracterizado porque la bolsa (440) es
según una de las reivindicaciones 6 a 9.
11. Acumulador según la reivindicación anterior,
en el que el apilamiento comprende unos separadores (30) entre los
electrodos (24, 28), estando los separadores compuestos por una
superposición de una capa de fieltro (301) pegada sobre una capa
nervada (302).
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