ES2939146T3 - Vehículo automóvil eléctrico o híbrido con sistema de refrigeración para módulos de batería desmontables de refrigeración - Google Patents

Vehículo automóvil eléctrico o híbrido con sistema de refrigeración para módulos de batería desmontables de refrigeración Download PDF

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Abstract

Para permitir la refrigeración de los paquetes de baterías (12) de un módulo de batería extraíble (B2) de un sistema de batería modular de un vehículo de motor eléctrico o híbrido (V), el módulo de batería extraíble (B2) comprende una carcasa exterior (10), una primera placa termoconductora (14) que se recibe en el interior de dicha carcasa (10) y sobre la que se disponen los packs de baterías (12), un circuito interno que se extiende por el interior de la primera placa (14) y se llena con un intercambiador de calor fluido, y una segunda placa termoconductora (22) que está conectada de forma fluida a este circuito interno para ser atravesada por el fluido caloportador que circula en este circuito interno y está dispuesta con una cara exterior del mismo (22a) fuera de la carcasa (10) para ponerse en contacto con una placa de expansión directa (26) de un circuito auxiliar de refrigeración (28) instalado en el vehículo a motor (V). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo automóvil eléctrico o híbrido con sistema de refrigeración para módulos de batería desmontables de refrigeración
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un vehículo automóvil con accionamiento eléctrico o híbrido, y más específicamente a un vehículo automóvil provisto de un sistema modular de batería.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, el alto coste de un vehículo eléctrico o híbrido se debe principalmente al alto coste de las celdas de la batería. Para superar este inconveniente, se han introducido sistemas modulares de batería, que comprenden uno o más módulos de batería fijos y uno o más módulos de batería adicionales que pueden instalarse o desinstalarse dependiendo de las necesidades. El documento US2012/13445244 divulga un sistema de batería de vehículo eléctrico de este tipo.
La figura 1 de los dibujos adjuntos muestra una vista desde abajo de un vehículo eléctrico o híbrido, generalmente indicado en V, que está provisto de un conjunto de suministro de energía eléctrica que incluye una pluralidad de módulos de batería recargable B1 y B2, ubicados en un espacio de alojamiento adecuado en el suelo del vehículo, para suministrar un sistema de propulsión eléctrica del vehículo, así como un sistema de gestión de batería BMS al que están conectados los módulos de batería B1 y B2. Los módulos de batería B1 (dos módulos, en el ejemplo ilustrado), en lo sucesivo denominados módulos de batería fijos, están instalados de forma permanente a bordo del vehículo y, por lo tanto, conectados de forma permanente al sistema de gestión de batería BMS, mientras que los módulos de batería B2 (también dos en número, en la realización ilustrada), en lo sucesivo denominados módulos de batería desmontables, se pueden instalar a petición a bordo del vehículo y ser rápidamente reemplazados por simple extracción (lateral, como indican las flechas F en la figura 1, o hacia atrás) desde el vehículo. Los módulos de batería desmontables B2 se pueden conectar a través de conectores N respectivos al sistema de gestión de batería BMS. Se ha comprobado que, cuando una celda de batería está sujeta a un paso de descarga o carga, en particular un ciclo de carga rápido, o a una demanda de alta potencia (por ejemplo durante la aceleración), se disipa una cierta cantidad de energía por efecto Joule en la forma de calor. Para que el rendimiento de las celdas que constituyen una batería se mantenga constante y se incremente su vida útil, el calor así generado debe disiparse adecuadamente. Las soluciones previstas actualmente para la refrigeración de las baterías son las tres siguientes: refrigeración por aire (con la posible utilización de un evaporador secundario), refrigeración líquida (con la posible utilización de un enfriador auxiliar) y refrigeración por expansión directa mediante placa conductora.
Las baterías deben conservarse en un entorno completamente estanco, seguro y resistente a los golpes. Por otro lado, con la excepción de la refrigeración por aire, las otras soluciones de refrigeración conocidas mencionadas anteriormente requieren conexiones entre las baterías y el sistema de refrigeración. Por lo tanto, existe el problema, en un sistema modular de batería como el descrito anteriormente, de garantizar una refrigeración eficaz de los módulos de batería desmontables.
Sumario de la invención
Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema para refrigerar módulos de batería desmontables de un sistema modular de batería de un vehículo automóvil con accionamiento eléctrico o híbrido que, por un lado, permita refrigerar eficientemente los módulos de batería desmontables y, por otro lado, asegura la necesaria estanqueidad al agua de los módulos de batería desmontables.
Este y otros objetos se logran completamente de acuerdo con la presente invención en virtud de un vehículo automóvil con un sistema modular de batería como se define en la reivindicación independiente adjunta 1.
En definitiva, la presente invención se basa en la idea de dotar al vehículo automóvil de un sistema modular de batería que tenga al menos un módulo de batería desmontable que comprenda
una carcasa exterior,
una primera placa térmicamente conductora recibida en el interior de dicha carcasa,
uno o más paquetes de batería recibidos dentro de dicha carcasa y dispuestos en contacto con dicha primera placa térmicamente conductora,
un circuito interno que se extiende por el interior de dicha primera placa termoconductora y está lleno de un fluido de transferencia de calor, y
una segunda placa termoconductora que está conectada de forma fluida a dicho circuito interno para ser atravesado por el fluido de transferencia de calor que fluye en dicho circuito interno y está dispuesta con una cara exterior de la misma fuera de dicha carcasa, y
dotar también al vehículo automóvil de un circuito auxiliar de refrigeración que tenga al menos una placa de expansión directa fijada al vehículo automóvil y adaptada para ponerse en contacto con la segunda placa de al menos dicho módulo de batería desmontable, cuando este último está instalado en el vehículo automóvil.
Debido a tal configuración del módulo de batería, el calor generado por el paquete (o paquetes) de batería se transmite por conducción a la primera placa y, a través del fluido de transferencia de calor que fluye en el circuito interno, se transporta desde la primera placa a la segunda. placa, donde puede disiparse por conducción fuera del módulo de batería por contacto de la cara exterior de la segunda placa con una cara correspondiente de una placa de expansión directa fijada al vehículo en tal posición que entre en contacto con la segunda placa del módulo de batería cuando este está instalado en el vehículo.
Se obtiene así un sistema de refrigeración para refrigerar los módulos de batería desmontables, que en primer lugar permite minimizar el aumento de peso y costes del vehículo, dado que la mayoría de los componentes del sistema de refrigeración están instalados en el propio módulo de batería. Además, dicho sistema de refrigeración, aunque usa un fluido de transferencia de calor, no requiere conexiones entre el circuito interno del módulo de batería y el sistema de aire acondicionado del vehículo, y por lo tanto permite asegurar la estanqueidad del módulo de batería. Otra ventaja de la presente invención es la alta eficiencia de refrigeración debido al uso de un fluido de transferencia de calor para transferir calor desde la primera placa a la segunda placa y, por lo tanto, desde el interior hacia el exterior de la carcasa del módulo de batería.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dada únicamente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 es una vista desde abajo de un vehículo automóvil eléctrico o híbrido provisto de un sistema modular de batería;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un módulo de batería desmontable de acuerdo con la presente invención, que se puede usar en el sistema modular de batería del vehículo automóvil de la figura 1;
la figura 3 es una vista frontal del módulo de batería desmontable de la figura 2; y
la figura 4 es una vista esquemática del sistema de aire acondicionado del vehículo automóvil de la figura 1 y del circuito de refrigeración asociado al módulo de batería desmontable de las figuras 2 y 3.
Descripción detallada
Con referencia primero a las figuras 2 y 3, un módulo de batería desmontable que se puede usar en un sistema modular de batería como el descrito anteriormente con referencia a la figura 1 se indica generalmente con B2. Como ya se ha explicado anteriormente, el módulo de batería B2 se puede montar a bordo del vehículo introduciéndolo en una dirección dada, preferentemente una dirección horizontal (en particular, una dirección longitudinal o una dirección transversal), y se puede desmontar del vehículo mediante extracción en la dirección opuesta a la de la inserción. El módulo de batería B2 comprende en primer lugar una carcasa exterior 10 y uno o más paquetes 12 de batería (recargables) recibidos dentro de la carcasa 10. En la realización ilustrada en los dibujos, el módulo de batería B2 comprende dos paquetes 12 de batería, pero, por supuesto, se puede proporcionar un número diferente de paquetes de batería.
Los paquetes 12 de batería están dispuestos en contacto con una primera placa termoconductora 14 (en lo sucesivo denominada simplemente "primera placa") también recibida dentro de la carcasa 10. Preferiblemente, la primera placa 14 está dispuesta sobre una pared inferior 10a de la carcasa 10 y los paquetes 12 de batería descansan sobre una cara superior 14a de la primera placa 14.
Dentro de la primera placa 14 se proporciona un circuito interno lleno de un fluido de transferencia de calor (por ejemplo, agua). Se hace que el fluido de transferencia de calor fluya en el circuito interno mediante una bomba 16, también recibida dentro de la carcasa 10. El circuito interno comprende un tubo 18 de entrada, que se extiende desde el puerto de entrega de la bomba 16 hacia el interior de la primera placa 14, y un tubo 20 de salida, que se extiende desde la primera placa 14.
Como se muestra en la figura 1, una vez montado a bordo del vehículo, el módulo de batería B2 se conecta mediante un conector N al sistema de gestión de batería BMS del vehículo. Además de gestionar el flujo de energía eléctrica hacia y desde los paquetes 12 de batería del módulo de batería B2, el conector N también asegura las conexiones eléctricas y electrónicas necesarias por un lado para suministrar la bomba 16 y por otro para controlar la temperatura de los paquetes 12 de batería.
El módulo de batería B2 comprende además una segunda placa térmicamente conductora 22 (en lo sucesivo denominada simplemente "segunda placa"), que está en comunicación fluida con el circuito interno para que fluya a través del fluido de transferencia de calor que fluye en el circuito interno. Más concretamente, la segunda placa 22 está conectada por un lado al tubo 20 de salida y por el otro a la entrada de la bomba 16 a través de un tramo de tubo 24 de conexión. El fluido de transferencia de calor entra entonces en la segunda placa 22 a través del tubo 20 de salida y sale de esta placa a través del tubo 24 de conexión, para luego hacer que fluya mediante la bomba 16 en la parte restante del circuito que se extiende dentro de la primera placa 14.
La segunda placa 22 es integral con la carcasa 10 y está dispuesta con una cara exterior 22a de la misma en el exterior de la carcasa 10, de manera que asegura una perfecta estanqueidad al agua del módulo de batería B2 y puede ponerse en contacto con una cara 26a de un respectiva placa 26 de expansión directa montada fijamente a bordo del vehículo, como se explicará en detalle a continuación.
Ventajosamente, se proporciona una capa de material conductor blando entre la segunda placa 22 y la placa 26 de expansión directa para compensar las tolerancias y un posible paralelismo no perfecto entre las respectivas caras 22a y 26a en contacto entre sí.
Como se muestra en la figura 4, la placa 26 de expansión directa está instalada a lo largo de un circuito 28 de refrigeración auxiliar en el que se hace que el gas de refrigeración fluya. El circuito 28 de refrigeración auxiliar comprende una válvula 30 de expansión termostática (comúnmente conocida, y en adelante indicada como válvula TXV) dispuesta en serie con la placa 26 de expansión directa para refrigerar esta última, así como la segunda placa 22 del módulo de batería B2.
Todavía con referencia a la figura 4, el circuito 28 de refrigeración auxiliar para refrigerar los módulos de batería desmontables B2 está ventajosamente integrado con un sistema de aire acondicionado para acondicionar el aire en el compartimento de pasajeros del vehículo. En particular, en la realización que se propone en el presente documento, el circuito auxiliar 28 de refrigeración está conectado mediante una válvula 32 de tres vías y una válvula 34 de retención a un circuito principal 36 de refrigeración del sistema de aire acondicionado del vehículo, que comprende, en una manera en sí conocida, un compresor 38, un condensador 40, una válvula 42 de expansión termostática y un evaporador 44 dispuestos en serie entre sí. Controlando adecuadamente la válvula 32 de tres vías, se puede hacer que el gas refrigerante del circuito principal 36 de refrigeración fluya también en el circuito auxiliar 28 de refrigeración para refrigerar los módulos de batería desmontables B2. Naturalmente, la válvula 32 de tres vías será controlada para conectar el circuito principal 36 de refrigeración con el circuito auxiliar 28 de refrigeración, y así permitir el flujo del gas refrigerante en el interior de este último, una vez que el sistema de gestión de batería BMS haya reconocido la presencia de al menos un módulo de batería desmontable B2.
Incluso si solo se muestra un módulo de batería desmontable en la realización de la figura 4, se pueden proporcionar varios módulos de batería desmontables, como ya se anticipó anteriormente, en cuyo caso una única placa de expansión directa, dispuesta para cooperar con los módulos de batería orientados hacia ella, o se pueden prever varias placas de expansión directa, una para cada módulo de batería. Todas las placas de expansión directa se instalarán a lo largo del circuito auxiliar 28 de refrigeración.
En funcionamiento, el calor generado por los paquetes 12 de batería se transmite por conducción a la primera placa 14 y, a través del fluido de transferencia de calor que fluye en el circuito interno que se extiende dentro de la primera placa 14, se transporta desde la primera placa 14 a la segunda placa 22, donde puede disiparse por conducción (o más bien, principalmente por conducción) fuera del módulo de batería B2 por contacto de la cara exterior 22a de la segunda placa 22 con la correspondiente cara 26a de la placa 26 de expansión directa. El flujo del fluido de transferencia de calor en el circuito es controlado por la bomba 16 bajo el control del sistema de gestión de batería BMS para mantener la temperatura de los paquetes 12 de batería dentro de un rango de temperatura óptimo dado.
Cabe señalar que la realización propuesta de la presente invención es puramente a modo de ejemplo y no limitativa. Un experto en la técnica puede llevar a cabo fácilmente la invención de acuerdo con diferentes realizaciones que no se apartan de los principios establecidos en el presente documento y que, por lo tanto, deben considerarse dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Esto se aplica en particular a la posibilidad de proporcionar un número y/o una disposición de los módulos de batería desmontables diferentes de los que se ilustran en el presente documento.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. - Vehículo automóvil eléctrico o híbrido (V) con un sistema modular de batería que comprende al menos un módulo de batería fijo (B1), instalado permanentemente a bordo del vehículo (V), al menos un módulo de batería desmontable (B2), y un sistema de gestión de batería (BMS) configurado para gestionar el funcionamiento de dichos módulos de batería (B1, B2),
en el que al menos dicho módulo de batería desmontable (B2) comprende una carcasa exterior (10), una primera placa termoconductora (14) recibida dentro de dicha carcasa (10), al menos un paquete (12) de batería recargable, que se recibe dentro de dicha carcasa (10) y se pone en contacto con dicha primera placa (14), un circuito interno que se extiende por el interior de dicha primera placa (14) y está lleno de un fluido de transferencia de calor, y una segunda placa termoconductora (22) que está conectada de forma fluida a dicho circuito interno para ser atravesado por el fluido de transferencia de calor que fluye en dicho circuito interno y está dispuesto con una cara exterior (22a) del mismo fuera de dicha carcasa (10) y
en el que el vehículo automóvil comprende además un circuito auxiliar (28) de refrigeración que tiene al menos una placa (26) de expansión directa que se fija al vehículo automóvil (V) y está adaptada para ponerse en contacto con dicha segunda placa (22) de al menos dicho módulo de batería desmontable (B2), cuando al menos dicho módulo de batería desmontable (B2) está instalado en el vehículo automóvil (V).
2. - Vehículo automóvil de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos dicho módulo de batería desmontable (B2) comprende además una bomba (16) que es recibido en el interior de dicha carcasa (10) y es operativa para hacer que el fluido de transferencia de calor fluya en dicho circuito interno.
3. - Vehículo automóvil de acuerdo con la reivindicación 2, en el que al menos dicho módulo de batería desmontable (B2) comprende además un medio de sensor para proporcionar una señal indicativa de la temperatura de al menos dicho paquete (12) de batería y medios de conexión eléctrica y electrónica (N) configurados para permitir la transmisión de la señal proporcionada por dichos medios de sensor a dicho sistema de gestión de batería (BMS) y para permitir el suministro de dicha bomba (16).
4. - Vehículo automóvil de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito auxiliar (28) de refrigeración comprende además una válvula (30) de expansión termostática dispuesta en serie con al menos dicha placa (26) de expansión directa.
5. - Vehículo automóvil de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un circuito principal (36) de refrigeración para acondicionar el aire en el compartimento del vehículo automóvil, en el que dicho circuito auxiliar (28) de refrigeración está conectado a dicho circuito principal (36) de refrigeración a través de medios (32, 34) de válvula de control de flujo para controlar el flujo de un gas refrigerante entre dicho circuito principal (36) de refrigeración y dicho circuito auxiliar (28) de refrigeración.
6. - Vehículo automóvil de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho sistema de gestión de batería (BMS) está dispuesto para controlar dichos medios (32, 34) de válvula de control de flujo para poner dicho circuito principal (36) de refrigeración en comunicación fluida con dicho circuito auxiliar (28) de refrigeración cuando al menos un módulo de batería desmontable (B2) está instalado en el vehículo (V).
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