ES2604903T3 - Batería con dispositivo mezclador de electrólito - Google Patents

Batería con dispositivo mezclador de electrólito Download PDF

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ES2604903T3 ES13725054.4T ES13725054T ES2604903T3 ES 2604903 T3 ES2604903 T3 ES 2604903T3 ES 13725054 T ES13725054 T ES 13725054T ES 2604903 T3 ES2604903 T3 ES 2604903T3
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Abstract

Batería con dispositivo mezclador de electrólito, presentando la batería las siguientes características: - una carcasa de batería (1) con paredes laterales (3, 4), un fondo de carcasa (2) y una tapa, - un electrólito líquido (6), cuyo nivel (7) se encuentra dentro de unos límites de tolerancia (7a, 7b) predeterminados, - unos electrodos (5), que están dispuestos en el electrólito líquido (6), - al menos, junto a una pared lateral (3), está dispuesta una placa de canal de flujo (8) a una determinada distancia de la pared lateral (3) y paralelamente respecto de la misma, de manera que entre la pared lateral (3) de la carcasa de batería (1) y la placa de canal de flujo (8) está formado un canal de flujo (9), estando el extremo superior del canal de flujo (9) configurado como hendidura de salida (9a) y hallándose el extremo inferior del canal de flujo (9) en 10 el tercio inferior del volumen de la batería, - sobre los electrodos está dispuesta una cubeta de mezcla (10) con un fondo de cubeta de mezcla (12) y paredes laterales de cubeta de mezcla (11a, 11b, 11c), - estando configurada como borde de rebosamiento (13) la parte superior de la pared lateral de cubeta de mezcla que linda con la hendidura de salida (9a), - hallándose el fondo de cubeta de mezcla (12) debajo del nivel mínimo (7b) de electrólito líquido (6) previsto para el servicio y - estando prevista en el fondo de cubeta de mezcla (12), al menos, una abertura de fondo (14).

Description

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Baterfa con dispositivo mezclador de electrolito
[0001] La invencion se refiere a una baterfa con electrolito lfquido que se emplea preferentemente en vehfculos en movimiento, como por ejemplo en automoviles, lanchas o aviones, y presenta un dispositivo para mezclar el electrolito.
[0002] Los esfuerzos de la industria de los vehfculos por lograr una construccion ligera afectan tambien al ahorro de peso en las baterfas. Sin embargo, al mismo tiempo aumenta la demanda de una mayor potencia de las baterfas, ya que, ademas de la energfa usual para el arranque por ejemplo de un automovil, tambien se necesita energfa para grupos adicionales, como los elevalunas electricos, los servomotores para regular los asientos o tambien para calentar electricamente los asientos. Ademas, es deseable mantener la potencia de la baterfa dentro de lo posible en un nivel alto constante durante la vida util de la baterfa, ya que cada vez mas se controlan y se accionan electricamente tambien unidades funcionales relevantes para la seguridad, como la direccion y los frenos. En lo que sigue se entiende por potencia de la baterfa la capacidad de la baterfa y la aptitud de la baterfa para el suministro de corriente o para la absorcion de corriente. La potencia de la baterfa se ve influida por distintos factores ya conocidos por el tecnico en la materia.
[0003] En el estado actual de la tecnica se conocen medidas para aumentar la potencia de una baterfa con un electrolito lfquido, como por ejemplo una baterfa de plomo-acido. Un problema particular de las baterfas de plomo- acido es la, asf llamada, estratificacion del acido, es decir que la concentracion de acido no es uniforme en relacion con la superficie de los electrodos. Esto hace que los electrodos se corroan en los puntos en los que la concentracion de acido es demasiado alta, con lo que disminuye la vida util de la baterfa, y que la baterfa no alcance su plena potencia a causa de los puntos de los electrodos en los que la concentracion de acido es demasiado baja.
[0004] En lo que sigue, el electrolito se denominara siempre como acido, ya que en la mayorfa de los casos la aplicacion de esta invencion se trata de baterfas de plomo-acido. Sin embargo, la invencion puede aplicarse a todas las baterfas de electrolito lfquido cuyo electrolito tienda a la estratificacion.
[0005] Por lo tanto, se han desarrollado distintos dispositivos y procedimientos para mezclar el acido, con el fin de que la concentracion de acido sea, dentro de lo posible, igual de grande en todas las secciones del volumen de la baterfa. En el caso de las baterfas estacionarias, por ejemplo se inyecta aire en el electrolito.
[0006] Para las baterfas de vehfculos se conocen dispositivos de mezcla de acido que aprovechan la inercia de masa del acido durante los procesos de aceleracion. Esta tecnica ya es conocida por el tecnico en la materia, de manera que solamente remitimos, a modo de ejemplo, a los documentos US 4.963.444 y DE 297 18 004.5.
[0007] Existen baterfas de arranque con una forma constructiva muy alta. En estas baterfas de arranque, el acido presente en un canal de ascenso ha de impulsarse de abajo arriba mediante la aceleracion a lo largo de un recorrido mayor, para lo que es necesaria una mayor cantidad de energfa. Dado que la energfa para mover el acido en el canal se genera a traves de la aceleracion del vehfculo, su magnitud es limitada.
[0008] Por lo tanto, el objetivo de la invencion es poner a disposicion una baterfa con un dispositivo mezclador de electrolito que sea tan eficaz que se mezclen bien incluso las baterfas con una forma constructiva alta.
[0009] El objetivo se logra mediante una baterfa segun la reivindicacion 1, presentando la baterfa:
[0010] Una carcasa de baterfa con paredes laterales, un fondo de carcasa y una tapa. Esta disposicion forma un elemento de baterfa. Por regla general, varios de tales elementos de baterfa estan reunidos en una baterfa con una carcasa multiple. En la carcasa de baterfa, preferentemente rectangular, estan dispuestos verticalmente unos electrodos en forma de placas. Los electrodos estan completamente cubiertos de acido.
[0011] Al menos junto a una pared lateral de la carcasa de baterfa esta dispuesta una placa de canal de flujo a una determinada distancia de la pared lateral y paralelamente con respecto de la misma, de manera que entre la pared de la carcasa de baterfa y la placa de canal de flujo esta formado un canal de flujo vertical y hermetico al lfquido. Como alternativa a esta disposicion, el canal de flujo tambien puede estar formado como una placa de canal de flujo de doble pared, es decir como un tubo muy aplastado con una seccion transversal de cavidad en forma de hendidura.
[0012] El extremo superior del canal de flujo es por lo tanto una hendidura de salida. Junto a la hendidura de salida esta prevista una cubeta de mezcla, que presenta paredes laterales verticales y un fondo horizontal. La pared lateral de la cubeta de mezcla que linda con la hendidura de salida, forma el borde de rebosamiento de la hendidura de salida. El fondo de la cubeta de mezcla se halla siempre debajo del nivel mfnimo de acido previsto para el servicio y esta provisto de, al menos, una abertura de fondo con una seccion transversal predeterminada.
[0013] Como se describira mas detalladamente en el ejemplo de realizacion, al producirse una aceleracion del vehfculo, y por lo tanto de la baterfa, una determinada cantidad de acido es impulsada hacia arriba a traves del canal de flujo vertical, de manera que el acido sale de la hendidura de salida y fluye sobre el borde de rebosamiento hasta la cubeta de mezcla. Dado que la placa de canal de flujo se extiende, al menos, hasta el tercio inferior del volumen de acido y el acido presente en el mismo tiene una densidad mayor, se conduce a la cubeta de mezcla acido con esta mayor densidad.
[0014] Simultaneamente con la entrada de acido de mayor densidad en la cubeta de mezcla, durante la aceleracion se impulsa a la cubeta de mezcla a traves de la abertura de fondo tambien acido ligero, es decir acido con menor densidad, que se halla debajo de la cubeta de mezcla.
[0015] Asf pues, en la cubeta de mezcla se produce una mezcla de acido con mayor densidad y acido con menor densidad.
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[0016] En otras palabras, en el estado de reposo de la baterfa hay acido con menor densidad en la cubeta de mezcla, ya que la cubeta de mezcla se comunica con el volumen de acido de la baterfa a traves de la abertura de fondo. Durante la aceleracion se impulsa a la cubeta de mezcla, a traves de la abertura de fondo, mas acido con menor densidad y, al mismo tiempo, se conduce a la cubeta de mezcla, a traves del canal de flujo, acido con mayor densidad procedente de la zona inferior del volumen de la caja de baterfa. Asf pues, durante la aceleracion del vehfculo, y por lo tanto de la baterfa, hay mas acido en la cubeta de mezcla que en el estado de reposo.
[0017] El acido que se ha mezclado en la cubeta de mezcla tras el proceso de aceleracion, denominado en lo que sigue acido mezclado, tiene una densidad ligeramente mayor que el acido que ha afluido a traves de la abertura de fondo y que el acido ya presente en la cubeta de mezcla antes del proceso de mezcla. Al disminuir la aceleracion hacia el valor cero, una mayor parte del acido mezclado presente ahora en la cubeta de mezcla fluye a traves de la abertura de fondo y una menor parte fluye a traves del canal de flujo de vuelta a la caja de la baterfa, hasta que se establece de nuevo el nivel de acido normal.
[0018] Con la mezcla de volumenes de acido de distinta densidad en la cubeta de mezcla se consigue, incluso en las baterfas de mayor altura, una mezcla considerablemente mejor que con las soluciones conocidas en el estado actual de la tecnica.
[0019] Una circulacion mas rapida del electrolito causa tambien una rapida compensacion de temperatura dentro del elemento de baterfa, con lo que se aumenta la vida util de dicha baterfa. Este aspecto es importante cuando la baterfa esta instalada, por ejemplo, en el compartimento de motor de un vehfculo y se calienta por un lado a causa de las radiaciones termicas del motor. En esto, la invencion tiene tambien efectos positivos en las baterfas estandar, como una mayor vida util y un mayor poder por lo que se refiere a la absorcion de corriente y tambien al suministro de corriente.
[0020] Segun la reivindicacion 2 se consigue una mejora adicional de la mezcla, cuando la abertura de fondo de la cubeta de mezcla esta prevista en el punto en el que el acido con la mayor densidad fluye sobre el fondo de la cubeta de mezcla, es decir directamente junto a la hendidura de salida. Dado que el rebosamiento del acido mas denso desde arriba hacia la cubeta de mezcla y la afluencia del acido menos denso desde abajo se realizan casi simultaneamente, los volumenes de acido que se encuentran directamente uno con otro se arremolinan uno con otro y de este modo se mezclan bien.
[0021] Segun la reivindicacion 3 esta prevista, en la pared interior de la cubeta de mezcla, una abertura que mejora aun mas la mezcla.
[0022] Segun la reivindicacion 4 esta prevista una segunda cubeta de mezcla situada a continuacion de la pared interior de la primera cubeta de mezcla, estando prevista en el fondo de la segunda cubeta de mezcla, al menos, una abertura de fondo. De este modo se mejora aun mas la mezcla.
[0023] Segun la reivindicacion 5, el fondo de la segunda cubeta de mezcla se halla a la altura del nivel de acido maximo, es decir que el fondo de la segunda cubeta de mezcla esta situado a mayor altura que el fondo de la primera cubeta de mezcla. De este modo se mejora aun mas la mezcla.
[0024] A continuacion se explica la invencion mas detalladamente por medio de un ejemplo de realizacion.
La figura 1 muestra una vista en seccion transversal de un elemento de caja de baterfa y el nivel de acido en una primera fase.
La figura 2 muestra el objeto segun la figura 1 y el nivel de acido en una segunda fase.
La figura 3 muestra el objeto segun la figura 1 y el nivel de acido en una tercera fase.
La figura 4 muestra el objeto segun la figura 1 y el nivel de acido en una cuarta fase.
La figura 5 muestra el objeto segun la figura 1 y el nivel de acido en una quinta fase, que es identica a la primera
fase.
Las figuras 6a, b muestran el objeto segun la figura 1 en una forma de realizacion modificada y una vista desde arriba del mismo.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva del dispositivo mezclador con dos cubetas de mezcla.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva del dispositivo mezclador con dos cubetas de mezcla en una segunda forma de realizacion.
La figura 9 muestra, en una vista en perspectiva, una caja de baterfa vacfa con 6 elementos.
[0025] La figura 1 muestra una vista en seccion transversal de un elemento de caja de baterfa. El elemento de caja de baterfa 1 presenta una seccion transversal rectangular con un fondo 2 y cuatro paredes laterales, pudiendo verse en esta representacion solo las paredes laterales 3 y 4. Con el numero de referencia 5, se indican los electrodos en forma de placas y con el numero de referencia 6 el acido de la baterfa, cuyo nivel 7 se halla entre un nivel maximo 7a y un nivel mfnimo 7b. Como puede verse en el dibujo, el nivel dibujado se halla en la marca del nivel maximo 7a.
[0026] Entre la pared lateral 3 y los electrodos 5, esta dispuesta verticalmente una placa de canal de flujo 8, de
manera que se forma un canal de flujo 9. El final del canal de flujo 9 es por lo tanto una hendidura de salida 9a.
[0027] Junto a la hendidura de salida 9a esta prevista una cubeta de mezcla 10, que presenta unas paredes
laterales 11a, 11b, 11c y un fondo 12, pudiendo verse las paredes laterales 11a y 11b solo en el dibujo en
perspectiva de la figura 8. El extremo superior de la placa de canal de flujo 8, forma un borde de rebosamiento 13. El fondo 12 de la cubeta de mezcla 10 se halla siempre debajo del nivel mfnimo 7b del acido de baterfa 7 previsto para el servicio y esta provisto de, al menos, una abertura de fondo 14 con una seccion transversal predeterminada. Junto a la cubeta de mezcla 10, esta prevista otra cubeta de mezcla 15 con una abertura de fondo 16, que no obstante es opcional y sirve solamente para mejorar aun mas la mezcla.
[0028] A continuacion se describe el funcionamiento del dispositivo mezclador:
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[0029] La figura 1 muestra una baterfa en reposo, con un nivel de electrolito 7 horizontal. Se supone que en la baterfa se ha producido una estratificacion del acido, es decir que el acido del fondo de la baterfa tiene una densidad mayor que el acido de la seccion superior de la baterfa y que el acido que se halla en la cubeta de mezcla.
[0030] La figura 2 muestra el movimiento del acido en caso de una aceleracion positiva del vehfculo en la direccion de la flecha, hacia la derecha. El mismo efecto se produce en caso de una aceleracion negativa hacia la izquierda, es decir durante un frenado del vehfculo que se mueve en la direccion de la flecha. Con ello se establece en la cubeta de mezcla 10 un nivel de acido 7 que se extiende oblicuamente. A traves del canal de flujo 9 fluye acido con mayor densidad hacia arriba y sobre el borde de rebosamiento 13 a la cubeta de mezcla 10. En esta fase de movimiento a la cubeta de mezcla 10 fluye tambien acido con menor densidad a traves de la abertura de fondo 14. Asf pues, la cubeta de mezcla 10 contiene ahora un acido mezclado, cuya densidad es menor que la densidad del acido en el fondo de la baterfa y mayor que la densidad del acido en la zona del nivel de acido.
[0031] En la cubeta de mezcla 15, que es opcional, el nivel de acido que se extiende oblicuamente hace que se conduzca algo de acido hacia abajo, a traves de la abertura de fondo 16.
[0032] La figura 3 muestra la situacion en la que aun actua la aceleracion constante, pero ya no tienen lugar flujos de compensacion. Por lo tanto, tampoco se han dibujado flechas de flujo.
[0033] La figura 4 muestra la situacion en la que la aceleracion es igual a cero, es decir cuando el vehfculo se mueve a una velocidad constante o esta parado. Por consiguiente, los niveles de acido estan horizontales. Las flechas de flujo indican que se realiza una compensacion de nivel a traves de las 3 aberturas 9a, 14 y 16. Hay que mencionar en particular que, gracias a la distribucion espacial de estas aberturas, el acido entra y sale en distintos puntos y de este modo la mezcla se realiza mas rapidamente.
[0034] La figura 5 muestra una situacion como la de la figura 1, en la que los niveles se han igualado, pero el acido esta ahora mezclado.
[0035] Las figuras 6a y 6b muestran una forma de realizacion modificada de la invencion en una vista lateral y una vista desde arriba. En la cubeta de mezcla 10, el agujero de fondo 14 esta dispuesto cerca de la hendidura de salida 9a. Esto hace que la mezcla de los volumenes de acido de distinta densidad que fluyen uno hacia otro sea particularmente eficaz, lo que esta simbolizado con la flecha anular. En la segunda cubeta de mezcla 15 estan previstas ademas tres aberturas de fondo 16. Estas aberturas estan formadas por unos tubitos insertados oblicuamente en el fondo, para producir una resistencia al flujo y provocar asf una fluidizacion adicional y mejorar la mezcla de los acidos. Este efecto se aumenta aun mas con la posicion oblicua de los tubitos 17.
[0036] La figura 7 muestra una vista en perspectiva del dispositivo mezclador con dos cubetas de mezcla 10 y 15, hallandose el fondo 18 de la segunda cubeta de mezcla 15 en el plano del nivel maximo del acido de la baterfa y presentando dicho fondo 18 una escotadura 19.
[0037] La figura 8 muestra un dispositivo mezclador segun la figura 7, pero que se diferencia del de dicha figura 7 en que la pared lateral interior de la primera cubeta de mezcla 10, esta provista de una abertura en forma de hendidura 20.
[0038] Ha de senalarse que el tecnico en la materia puede optimizar las secciones transversales de las aberturas de fondo y laterales de la primera cubeta de mezcla 10. La forma en seccion transversal de las aberturas de fondo y laterales no ha de ser necesariamente circular. En las baterfas de automovil convencionales, las secciones transversales de las aberturas presentes en el fondo y en las paredes laterales corresponden a las secciones transversales de agujeros circulares con un diametro de 1,2 a 10 mm y en las baterfas de camion agujeros con un diametro de 5 a 20 mm.
[0039] La figura 9 muestra una caja de baterfa vacfa con 6 elementos, pudiendo disponerse en cada elemento un dispositivo mezclador por ejemplo segun la figura 8.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Baterfa con dispositivo mezclador de electrolito, presentando la baterfa las siguientes caracterfsticas:
    - una carcasa de baterfa (1) con paredes laterales (3, 4), un fondo de carcasa (2) y una tapa,
    - un electrolito lfquido (6), cuyo nivel (7) se encuentra dentro de unos lfmites de tolerancia (7a, 7b) predeterminados,
    - unos electrodos (5), que estan dispuestos en el electrolito lfquido (6),
    - al menos, junto a una pared lateral (3), esta dispuesta una placa de canal de flujo (8) a una determinada distancia de la pared lateral (3) y paralelamente respecto de la misma, de manera que entre la pared lateral (3) de la carcasa de baterfa (1) y la placa de canal de flujo (8) esta formado un canal de flujo (9), estando el extremo superior del canal de flujo (9) configurado como hendidura de salida (9a) y hallandose el extremo inferior del canal de flujo (9) en el tercio inferior del volumen de la baterfa,
    - sobre los electrodos esta dispuesta una cubeta de mezcla (10) con un fondo de cubeta de mezcla (12) y paredes laterales de cubeta de mezcla (11a, 11b, 11c),
    - estando configurada como borde de rebosamiento (13) la parte superior de la pared lateral de cubeta de mezcla que linda con la hendidura de salida (9a),
    - hallandose el fondo de cubeta de mezcla (12) debajo del nivel mfnimo (7b) de electrolito lfquido (6) previsto para el servicio y
    - estando prevista en el fondo de cubeta de mezcla (12), al menos, una abertura de fondo (14).
  2. 2. Baterfa segun la reivindicacion 1, en la que la abertura de fondo (14) de la cubeta de mezcla (10) esta prevista en el punto en el que el electrolito lfquido fluye hacia el fondo de la cubeta de mezcla al rebosar por el borde de rebosamiento (13).
  3. 3. Baterfa segun la reivindicacion 2, en la que en la pared lateral interior (11c) de la cubeta de mezcla esta prevista una abertura.
  4. 4. Baterfa segun la reivindicacion 1, en la que esta prevista una cubeta de mezcla (15) como segunda cubeta de mezcla, que esta situada a continuacion de la pared lateral interior (11c) de la primera cubeta de mezcla (10), y presentando el fondo (18) de la segunda cubeta de mezcla, al menos, una abertura de fondo (16, 19).
  5. 5. Baterfa segun la reivindicacion 4, en la que el fondo (18) de la segunda cubeta de mezcla (15) esta dispuesto a la altura del nivel maximo (7a) del acido (6).
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