ES3046033T3 - Electrochemical energy storage device - Google Patents

Electrochemical energy storage device

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ES3046033T3
ES3046033T3 ES22754421T ES22754421T ES3046033T3 ES 3046033 T3 ES3046033 T3 ES 3046033T3 ES 22754421 T ES22754421 T ES 22754421T ES 22754421 T ES22754421 T ES 22754421T ES 3046033 T3 ES3046033 T3 ES 3046033T3
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Peter Heidebrecht
Philipp Thomi
Wolfgang Jabczynski
Daniel Malko
Hideyuki Hamada
Koji Hoshino
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NGK Insulators Ltd
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BASF SE
NGK Insulators Ltd
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Abstract

Dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica La invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que comprende una pluralidad de celdas electroquímicas (15) en un espacio contenedor en una carcasa (43, 47), en donde el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica (1) comprende un primer conducto que corre paralelo a la parte superior o inferior de la carcasa (43, 47) y uno o más miembros de transferencia de calor (17) que están dispuestos en espacios entre las celdas electroquímicas (15), en donde al menos uno de los miembros de transferencia de calor (17) sobresale dentro del primer conducto (21). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCION
[0003] Dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica
[0005] La invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que comprende una pluralidad de celdas electroquímicas en una carcasa, comprendiendo cada celda electroquímica un espacio de ánodo y un espacio de cátodo que están separados por un electrolito sólido.
[0007] Los dispositivos de almacenamiento electroquímico también se denominan, en general, baterías o acumuladores. Las baterías recargables o acumuladores, en particular, se utilizan para permitir el almacenamiento y la utilización de energía eléctrica. Para almacenar grandes cantidades de energía eléctrica se requieren baterías recargables con la potencia correspondiente. Para este fin, es posible utilizar baterías basadas, por ejemplo, en sodio fundido y azufre. Para alcanzar la capacidad correspondiente, en los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica se utilizan generalmente, en este punto, una pluralidad de celdas electroquímicas que están interconectadas eléctricamente. Tales celdas electroquímicas, que funcionan basándose en un metal alcalino fundido como ánodo y un reactivo catódico, generalmente azufre, se describen, por ejemplo, en el documento WO-A 2017/102697. En este punto, el metal alcalino fundido y el reactivo catódico están separados por un electrolito sólido que permite el paso de cationes. En el cátodo se produce una reacción entre el metal alcalino y el reactivo catódico. Cuando se utiliza sodio como metal alcalino y azufre como reactivo catódico, se produce, por ejemplo, la reacción del sodio y el azufre para formar polisulfuro de sodio. Para cargar el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, el polisulfuro de sodio se descompone de nuevo en sodio y azufre en el electrodo mediante la aplicación de energía eléctrica.
[0008] Las celdas electroquímicas individuales se apilan generalmente en "paquetes de baterías" o, como alternativa, se colocan paralelas entre sí en una carcasa. Sin embargo, esta disposición tiene la desventaja de que es difícil controlar uniformemente la temperatura de las celdas individuales. El flujo de un medio de transferencia de calor, en particular si el medio de transferencia de calor fluye perpendicularmente a la orientación de las celdas electroquímicas, provoca un aumento de la temperatura de dicho medio de transferencia de calor y, por lo tanto, una refrigeración deficiente y un envejecimiento acelerado de las celdas electroquímicas con el aumento de la distancia recorrida por el medio de transferencia de calor que fluye, debido a la absorción de calor por parte del medio de transferencia de calor de las celdas individuales. Sin embargo, esto es desventajoso para el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica. En particular, existe el riesgo de que, si el aumento de temperatura es demasiado grande, se produzcan daños en las celdas electroquímicas individuales. Si esto provoca daños en el electrolito sólido, puede dar lugar a una reacción incontrolada, que puede provocar un incendio que solo puede controlarse con dificultad en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica.
[0010] En los documentos JP-A 2000-297989 o US-B 7.955.725, por ejemplo, se describen dispositivos de almacenamiento de energía correspondientes que tienen baterías de sodio-azufre.
[0012] Un problema de los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica conocidos es proporcionar un control uniforme de la temperatura. Para lograr un control uniforme de la temperatura, el documento WO-A 2019/206864 sugiere un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica en el que al menos una celda electroquímica se aloja de manera suspendida en la estructura de soporte. Sin embargo, disponer las celdas electroquímicas de manera suspendida como se describe en el documento WO-A 2019/206864 requiere un diseño complejo. Además, alojar las celdas electroquímicas de forma suspendida tiene la desventaja de que la densidad en la que se pueden empaquetar las celdas electroquímicas es limitada.
[0014] Para controlar la temperatura en baterías de sodio y azufre, se conoce, por ejemplo, a partir de los documentos EP-A 0044 753 o US 5,158,841, proporcionar tubos en la batería que discurren paralelos a las celdas de la batería y a través de los cuales fluye un medio de transferencia de calor. Cada uno de los documentos US-A 2018/0062225 y US-A 2021/0075076 describe la utilización de aletas de refrigeración que están en contacto con las celdas individuales para controlar la temperatura. Debido a los distribuidores y colectores necesarios, los tubos de refrigeración a través de los cuales fluye un medio de transferencia de calor, p. ej. aire, son técnicamente complejos de realizar.
[0016] El objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que permita controlar la temperatura de las celdas electroquímicas con poco esfuerzo técnico y una transferencia de calor suficiente.
[0018] Este objetivo se consigue mediante un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que comprende una pluralidad de celdas electroquímicas en un espacio receptor en una carcasa, en donde el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica comprende un primer conducto que discurre paralelo a la parte superior o inferior de la carcasa y uno o más miembros de transferencia de calor que están dispuestos en espacios entre las celdas electroquímicas, en donde al menos uno de los miembros de transferencia de calor sobresale en el primer conducto.
[0019] Las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor están preferiblemente dispuestos de tal manera que discurren paralelos, de modo que es posible minimizar la distancia entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor y optimizar la transferencia de calor. Además, esta disposición permite configurar una temperatura homogénea en todo el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica.
[0020] Los elementos de transferencia de calor pueden ser de cualquier tipo, por ejemplo elementos eléctricos como elementos de Peltier o elementos calefactores eléctricos. Sin embargo, son particularmente preferibles los elementos de transferencia de calor que tienen forma de placa, forma de varilla sólida o forma de tubo hueco. En este caso, el calor se transfiere desde las celdas electroquímicas a los miembros de transferencia de calor y en los miembros de transferencia de calor por conducción de calor a al menos un extremo del miembro de transferencia de calor en el que el calor se transfiere al primer conducto, a través del cual puede fluir un medio de transferencia de calor, en particular aire. Además del aire, el medio de transferencia de calor también puede ser, por ejemplo, aceite térmico o nitrógeno. Sin embargo, de manera particularmente preferible, el medio de transferencia de calor es aire.
[0022] Los miembros de transferencia de calor pueden tener cualquier forma. Preferiblemente, los miembros de transferencia de calor son placas, varillas sólidas o tubos que tienen cualquier forma de sección transversal, por ejemplo circular, ovalada o poligonal con cualquier número de bordes, preferiblemente de 3 a 8 bordes. Particularmente preferiblemente, los miembros de transferencia de calor son placas, varillas sólidas o tubos que tienen una forma de sección transversal circular.
[0024] Para lograr una calefacción o refrigeración suficiente de las celdas electroquímicas, si los miembros de transferencia de calor tienen forma de tubos, la relación entre el número de celdas electroquímicas y el número de miembros de transferencia de calor está en un intervalo de 4:1 a 1: 10, más preferiblemente, la relación entre el número de celdas electroquímicas y el número de miembros de transferencia de calor está en un intervalo de 2:1 a 1:1 y particularmente 1:1. La relación entre el número de celdas electroquímicas y el número de miembros de transferencia de calor depende, por lo tanto, del tamaño y la forma de las celdas electroquímicas, así como del tamaño y la forma de los miembros de transferencia de calor.
[0026] Preferiblemente, las celdas electroquímicas están dispuestas para formar una retícula cuadrada en vista en planta, y los miembros de transferencia de calor están dispuestos cada uno en una ubicación central de una casilla unitaria de la retícula cuadrada. Particularmente preferiblemente, los miembros de transferencia de calor están cada uno en contacto con cuatro celdas que constituyen la casilla unitaria entre la pluralidad de celdas.
[0027] Independientemente de la disposición de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor, cada miembro de transferencia de calor puede estar dispuesto de tal manera que la distancia entre el miembro de transferencia de calor y cada celda electroquímica adyacente a esa celda electroquímica sea la misma. En este caso, el miembro de transferencia de calor se encuentra en el centro del espacio entre las celdas electroquímicas. Si las celdas electroquímicas no están en contacto con el miembro de transferencia de calor, también es posible que las distancias entre el miembro de transferencia de calor y las celdas electroquímicas adyacentes difieran. Si las distancias entre el miembro de transferencia de calor y las celdas electroquímicas adyacentes difieren, los miembros de transferencia de calor se disponen descentrados. Sin embargo, preferiblemente, los miembros de transferencia de calor se disponen de forma centralizada.
[0029] Si los miembros de transferencia de calor tienen forma de placas, es preferible que las celdas electroquímicas estén dispuestas en filas y que los miembros de transferencia de calor se coloquen entre las filas de celdas electroquímicas.
[0031] Además de utilizar miembros de transferencia de calor en forma de tubos o miembros de transferencia de calor en forma de placas, es posible utilizar miembros de transferencia de calor con diferentes formas, por ejemplo, miembros de transferencia de calor en forma de tubos en la parte interior del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica y miembros de transferencia de calor en forma de placas que están dispuestos cerca de las paredes de la carcasa y que discurren paralelos a las paredes de la carcasa. Si los miembros de transferencia de calor en forma de placas se colocan paralelos a las paredes de la carcasa, es posible además colocar los miembros de transferencia de calor en el espacio entre las celdas electroquímicas más externas y las paredes de la carcasa.
[0033] Cada una de las celdas electroquímicas comprende, preferiblemente, un compartimento para un material de ánodo y un compartimento para un material de cátodo, estando los compartimentos para el material de ánodo y para el material de cátodo separados por un electrolito sólido.
[0035] El material de ánodo utilizado en las celdas electroquímicas es preferiblemente un reactivo que es líquido a la temperatura de funcionamiento de la celda electroquímica y que se suministra al lado del ánodo durante la descarga. El material de ánodo es preferiblemente eléctricamente conductor. Los materiales de ánodo preferidos son metales alcalinos como litio, sodio o potasio. El material de ánodo es particularmente preferiblemente sodio o potasio y particularmente sodio.
[0036] El material de cátodo es un reactivo que también es líquido a la temperatura de funcionamiento de la celda electroquímica y que reacciona electroquímicamente con el material de ánodo. El material de cátodo forma convencionalmente una sal por reacción química con el material de ánodo. Los materiales de cátodo adecuados son, por ejemplo, azufre o polisulfuros. También es adecuado como material de cátodo una mezcla de cloruro de sodio y un metal del grupo de transición 8, como por ejemplo hierro, níquel o cobalto, en combinación con un electrolito líquido fundido tal como NaAlCl4.
[0038] Otros materiales de cátodo adecuados en combinación con un metal alcalino como material de ánodo son, por ejemplo, óxidos de nitrógeno (NO o NO2), halógenos, como por ejemplo cloro, yodo o bromo, un haluro metálico, por ejemplo NiCl2 o FeCl3, un haluro de metaloide, por ejemplo SiCl4 o Si2Cl6. También es posible utilizar una sal sólida capaz de cambiar su potencial redox. Un ejemplo de una sal de este tipo es NaFePO4.
[0039] Sin embargo, es particularmente preferible que el material de cátodo sea azufre o un polisulfuro.
[0041] Los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica contienen preferiblemente celdas electroquímicas que tienen una relación entre el diámetro y la longitud en un intervalo de 1:2 a 1: 100, más preferiblemente en un intervalo de 1:3 a 1: 70 y particularmente en un intervalo de 1:4 a 1: 50.
[0043] El área de la sección transversal de las celdas electroquímicas puede tener cualquier forma, sin embargo, es particularmente preferible que la forma del área de la sección transversal sea cilíndrica.
[0045] Si, en el contexto de la presente invención, el término "diámetro" se utiliza para formas no cilíndricas, este término se refiere al diámetro hidráulico que se define por en donde dh es el diámetro hidráulico, A el área de la sección transversal y U el perímetro.
[0047] El número de celdas utilizadas en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica depende del tamaño de las celdas electroquímicas. De manera particularmente preferible, las celdas electroquímicas que se utilizan en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica son celdas de sodio-azufre. Dichas celdas de sodio-azufre son normalmente cilíndricas y tienen un diámetro en un intervalo de 6 a 20 cm y una longitud en un intervalo de 50 a 200 cm. Las celdas de sodio-azufre correspondientes son conocidas por los expertos en la materia y se describen, por ejemplo, en el documento WO-A 2017/102697.
[0049] Para lograr una transferencia de calor suficiente desde las celdas electroquímicas a los miembros de transferencia de calor, es posible que los miembros de transferencia de calor y las celdas electroquímicas estén en contacto. Alternativamente, también es posible que no haya contacto entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor o que solo una parte de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor estén en contacto.
[0051] Independientemente de si las celdas electroquímicas están en contacto con los miembros de transferencia de calor o no, es preferible que el espacio entre los miembros de transferencia de calor y las celdas electroquímicas esté lleno de un material líquido o sólido. Si los espacios están llenos de un material sólido, es particularmente preferible que el material sólido sea un material en partículas, particularmente un material pulverulento. El diámetro medio de las partículas del material en partículas está preferiblemente en un intervalo de 0,1 a 2 mm, más preferiblemente en un intervalo de 0,5 a 1 mm. El material sólido utilizado para llenar los espacios entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor es preferiblemente cualquier material sólido inorgánico que sea estable a la temperatura de funcionamiento, tal como arena, vidrio, metal o cerámica. Un material particularmente preferido es la arena. Es una ventaja adicional que, al llenar el espacio entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor, se mejora la transferencia de calor desde las celdas electroquímicas a los miembros de transferencia de calor.
[0053] La utilización de un material sólido para rellenar los espacios entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor tiene el efecto adicional de que la posición de las celdas electroquímicas se estabiliza y las celdas electroquímicas quedan fijadas. Incluso aunque el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica se mueva, las celdas electroquímicas permanecen en sus lugares y no pueden rebotar entre sí, lo que podría provocar daños en la celda electroquímica. Por lo tanto, es particularmente preferible utilizar un material sólido para rellenar los espacios entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor. El uso de arena como material sólido para rellenar los espacios entre las celdas electroquímicas tiene la ventaja adicional de que, en caso de daño de una celda electroquímica, el material sólido funciona como extintor.
[0055] Normalmente, las celdas electroquímicas generan calor durante su funcionamiento. Este calor se disipa mediante los miembros de transferencia de calor, que en este caso funcionan como elementos de refrigeración. Además, una parte del calor se disipa al ambiente a través de las paredes exteriores del dispositivo de almacenamiento electroquímico. Debido a esta disipación adicional de calor al ambiente, mediante la refrigeración uniforme de todas las celdas electroquímicas, las celdas electroquímicas que están cerca de las paredes del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica son más frías que las celdas electroquímicas que están situadas más cerca del centro del dispositivo de almacenamiento electroquímico. Por lo tanto, para lograr una temperatura uniforme en todas las celdas electroquímicas, es necesario disipar más calor de las celdas electroquímicas situadas cerca del centro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que de las celdas electroquímicas situadas más cerca de las paredes. Esto puede lograrse, por ejemplo, diseñando los miembros de transferencia de calor de tal manera que el área superficial de los miembros de transferencia de calor exteriores que están dispuestos más cerca de las paredes de la carcasa sea menor que el área superficial de los miembros de transferencia de calor interiores que están dispuestos en el centro de la carcasa, o que el flujo volumétrico del medio de transferencia de calor a través de los miembros de transferencia de calor que están dispuestos más cerca de las paredes de la carcasa sea menor que el flujo volumétrico del medio de transferencia de calor a través de los miembros de transferencia de calor que están dispuestos en el centro de la carcasa. Preferiblemente, los miembros de transferencia de calor están diseñados de tal manera que la relación entre el área superficial de los miembros de transferencia de calor exteriores y el área superficial de los miembros de transferencia de calor interiores se encuentra en un intervalo de 0,1 a 1.
[0056] Si los miembros de transferencia de calor son placas que se extienden desde una pared de la carcasa hasta la pared opuesta de la carcasa, el espesor de las placas puede variar para lograr una temperatura homogénea en las celdas electroquímicas adyacentes. Para tal homogeneización de la temperatura en las celdas electroquímicas, es particularmente preferible que las paredes de las placas cercanas a las paredes de la carcasa sean más gruesas. Además, para lograr una temperatura uniforme de las celdas electroquímicas, también es posible proporcionar placas que tengan una mayor distancia entre las paredes opuestas de las placas en la zona central de la carcasa del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica y separar las placas que tienen una menor distancia entre las paredes cercanas a las paredes de la carcasa.
[0058] Además de solo dos tamaños diferentes de los elementos de transferencia de calor, también es posible proporcionar elementos de transferencia de calor en más de dos tamaños diferentes, por ejemplo, tres o cuatro o incluso más tamaños diferentes. El número de tamaños diferentes depende del número de celdas electroquímicas y de la disposición de las celdas. Más de dos tamaños diferentes, por ejemplo, pueden ser ventajosos si no es posible lograr una temperatura esencialmente uniforme en la carcasa.
[0060] Según la invención, el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica comprende un primer conducto que discurre paralelo a la parte superior o inferior de la carcasa y en el que sobresale el miembro de transferencia de calor. Mediante este diseño, se intensifica la transferencia de calor desde los miembros de transferencia de calor a un medio de transferencia de calor, preferiblemente aire, que fluye a través del primer conducto.
[0062] Además, el dispositivo de energía electroquímica también puede comprender un segundo conducto que está situado en la parte inferior de la carcasa, si el primer conducto está situado en la parte superior de la carcasa, o en la parte superior de la carcasa, si el primer conducto está situado en la parte inferior de la carcasa.
[0063] Si el dispositivo de energía electroquímica comprende el segundo conducto adicional, los miembros de transferencia de calor están conectados preferiblemente con el segundo conducto o se extienden hacia el segundo conducto.
[0065] Como en particular para iniciar la carga o descarga del dispositivo de energía electroquímica, puede ser necesario calentar el dispositivo de energía electroquímica, preferiblemente se dispone un calentador en la parte inferior debajo de las celdas, cerca de las paredes de la carcasa, por encima de las celdas, o una combinación de estos. Si se utiliza un calentador inferior, es aún más preferible que el extremo inferior de los miembros de transferencia de calor termine por encima del calentador inferior.
[0067] Para facilitar el montaje del dispositivo de energía electroquímica, es preferible que la carcasa comprenda una caja con una abertura y una tapa para cerrar la abertura. Para reducir el calor que se transfiere al entorno, en particular durante el calentamiento de las celdas electroquímicas, es además preferible que la caja y la tapa tengan capacidad aislante. Para este fin, la caja y la tapa pueden estar equipadas con un material aislante que se monta en el exterior de la caja o en el interior de las paredes de la caja. El material aislante puede ser cualquier material aislante conocido por un experto, por ejemplo, lana mineral, lana de vidrio u otros materiales aislantes inorgánicos y microporosos.
[0069] Preferiblemente, el primer conducto está dispuesto entre la caja y la tapa por encima de las celdas electroquímicas. Esta disposición permite un fácil montaje de la celda electroquímica y, además, un fácil acceso al primer conducto, por ejemplo, para el mantenimiento.
[0071] Para transferir calor a un medio que fluye a través del primer conducto, al menos un miembro de transferencia de calor sobresale en el primer conducto. Particularmente preferiblemente, todos los miembros de transferencia de calor tienen la misma longitud, de modo que todos los miembros de transferencia de calor sobresalen en el primer conducto.
[0073] Los miembros de transferencia de calor que sobresalen en el primer conducto pueden estar en contacto con una superficie del primer conducto opuesta al espacio receptor en una dirección de extensión de los miembros de transferencia de calor.
[0074] Para mejorar la transferencia de calor, es preferible que el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica comprenda además un primer ventilador de admisión capaz de suministrar aire al primer conducto desde el exterior, en donde el primer conducto incluye un primer puerto de admisión al que se suministra aire desde el primer ventilador de admisión, un primer espacio interno para permitir que el calor se transfiera desde los miembros de transferencia de calor al aire suministrado desde el primer puerto de admisión, y un primer puerto de escape desde el que se descarga al exterior el aire que ha pasado a través del primer espacio interno.
[0075] Particularmente, si se proporciona un segundo conducto en la parte inferior del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, es preferible que el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica comprenda además un segundo ventilador de admisión capaz de suministrar aire al segundo conducto desde el exterior, en donde el segundo conducto incluye un segundo puerto de admisión al que se suministra aire desde el segundo ventilador de admisión, un segundo espacio interno al que se suministra aire desde el segundo puerto de admisión, estando situado el segundo espacio interno de manera que el calentador inferior se interpone entre el segundo espacio interno y un intervalo de disposición de los miembros de transferencia de calor en el espacio receptor, y un segundo puerto de escape desde el cual se descarga al exterior el aire que ha pasado a través del segundo espacio interno. El aire que fluye a través del segundo conducto en este caso también mejora la refrigeración de las celdas electroquímicas porque el calor se transfiere al segundo conducto y, mediante el aire que fluye a través del segundo conducto, este calor se disipa al entorno por el aire que sale del segundo conducto.
[0076] Como normalmente el calor se disipa al ambiente a través de las paredes de la carcasa del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica y, por esta razón, las celdas electroquímicas cercanas a la pared de la carcasa necesitan menos refrigeración que las celdas electroquímicas en el centro de la carcasa, los miembros de transferencia de calor internos que están más cerca del centro de la carcasa y los miembros de transferencia de calor externos que están más cerca de las paredes de la carcasa pueden sobresalir en diferentes circuitos de fluido en el primer conducto.
[0077] Además de proporcionar solo dos circuitos de fluido, también es posible proporcionar más de dos circuitos de fluido. El aumento del número de circuitos de fluido permite una configuración más específica de los parámetros de transferencia de calor en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, ya que cada circuito de fluido puede funcionar con parámetros diferentes.
[0078] Si el primer conducto y/o el segundo conducto comprenden más de un circuito de fluido cerrado, para controlar la temperatura, cada circuito de fluido puede comprender al menos un intercambiador de calor externo que está conectado a una entrada en un subconducto del primer conducto y/o del segundo conducto. Si los circuitos de flujo son circuitos de flujo abierto, el primer y/o el segundo conducto pueden estar conectados cada uno con al menos una soplante y, si se requiere calentamiento adicional, también se pueden proporcionar elementos calefactores entre los miembros de transferencia de calor y/o en los miembros de transferencia de calor, los primeros conductos y/o las entradas a los primeros conductos.
[0079] Para una transferencia de calor suficiente, es preferible que los miembros de transferencia de calor estén hechos de un material que tenga buenas propiedades de conducción de calor. Los materiales adecuados a partir de los cuales se pueden fabricar los miembros de transferencia de calor son uno o más tipos de metal seleccionados del grupo que consiste en aluminio, cobre, acero y aleaciones que comprenden al menos uno de estos metales.
[0080] En las figuras se muestran realizaciones ilustrativas de la invención y se explican con más detalle en la siguiente descripción.
[0081] En las figuras:
[0082] la Figura 1
[0083] muestra un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica con un circuito de control de temperatura ilustrado esquemáticamente;
[0084] la Figura 2
[0085] muestra una vista en sección esquemática de un almacenamiento de energía electroquímica;
[0086] la Figura 3
[0087] muestra una vista en planta de un almacenamiento de energía electroquímica según la figura 2;
[0088] las Figuras 4 a 6
[0089] muestran diferentes disposiciones del extremo superior de los miembros de transferencia de calor; las figuras 5 y 6 no son conformes a la invención;
[0090] la Figura 7
[0091] muestra una vista superior de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, siendo los miembros de transferencia de calor placas,
[0092] la Figura 8
[0093] muestra una vista superior de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, siendo los miembros de transferencia de calor tubos en una primera realización;
[0094] la Figura 9
[0095] muestra una vista superior de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, siendo los miembros de transferencia de calor tubos en una segunda realización;
[0096] la Figura 10
[0097] muestra una disposición de las celdas electroquímicas en una retícula triangular;
[0098] la Figura 11
[0099] muestra distribuciones de temperatura como resultado de cálculos de simulación.
[0100] La Figura 1 muestra un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica con un circuito de control de temperatura ilustrado esquemáticamente.
[0101] Un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 comprende una carcasa 3 que encierra celdas electroquímicas y miembros de transferencia de calor. Para aumentar la eficiencia energética del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, es preferible que la carcasa 3 esté diseñada de forma térmicamente aislada. En este punto, el aislamiento térmico puede aplicarse al interior o a las paredes individuales de la carcasa o al exterior. Alternativamente, también es posible fabricar la carcasa 3 a partir de un material térmicamente aislante. A modo de ejemplo, la carcasa 3 puede fabricarse a partir de láminas metálicas, en particular láminas de acero, que están aisladas térmicamente en el interior o en el exterior. En este contexto, para el aislamiento térmico puede utilizarse cualquier material aislante deseado conocido por los expertos en la materia. Como alternativa, también es posible fabricar la carcasa a partir de un material mineral, p. ej., como mampostería. Sin embargo, la ventaja de la carcasa 3 que consiste en láminas de acero es que, en este caso, es posible proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica transportable 1, mientras que un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 en una ubicación fija también puede estar encerrado en una carcasa de ladrillo 3.
[0102] La carcasa tiene una entrada 5 y una salida 7 para un medio de transferencia de calor. El medio de transferencia de calor puede fluir de arriba hacia abajo, como se muestra en este punto o, como alternativa, de abajo hacia arriba. La entrada está conectada preferiblemente a un distribuidor mediante el cual el medio de transferencia de calor se distribuye a los miembros de transferencia de calor que discurren paralelos a las celdas electroquímicas en la carcasa 3. Para extraer el medio de transferencia de calor del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, los miembros de transferencia de calor están conectados a un colector que está conectado a la salida 7. Como alternativa a la realización mostrada en la Figura 1 con el distribuidor por encima de las celdas electroquímicas y el colector por debajo de las celdas electroquímicas, también es posible disponer tanto el distribuidor como el colector por encima de las celdas electroquímicas o por debajo de las celdas electroquímicas, preferiblemente por encima de las celdas electroquímicas.
[0103] Si se pretende proporcionar al menos dos circuitos de fluido para el medio de transferencia de calor, cada circuito de fluido comprende una entrada 5 y una salida 7 que están conectadas a los miembros de transferencia de calor del circuito de fluido respectivo.
[0104] Para controlar la temperatura, el medio de transferencia de calor extraído de la carcasa 3 a través de la salida 7 se hace pasar a continuación a través de un intercambiador de calor 9, un dispositivo de calentamiento 11 y un dispositivo de suministro 13, y se reintroduce a continuación en la carcasa 3 a través de la entrada 5. En este caso, el intercambiador de calor 9, el dispositivo de calentamiento 11 y el dispositivo de suministro 13 están dispuestos preferiblemente en un canal, en donde el canal puede estar diseñado como un tubo o como un canal con cualquier otra sección transversal, p. ej. como un canal rectangular.
[0105] El intercambiador de calor 9 se utiliza, en particular, para refrigerar el medio de transferencia de calor cuando este se utiliza para refrigerar las celdas electroquímicas, como es necesario, por ejemplo, en el caso de las celdas de metal alcalino-azufre durante el proceso de carga y descarga. Durante este proceso, el medio de transferencia de calor en el intercambiador de calor 9 libera calor a otro medio de transferencia de calor, en donde se puede utilizar agua o cualquier otro medio de transferencia de calor convencional deseado, p. ej. un aceite térmico, como medio de transferencia de calor en este punto, por ejemplo.
[0107] Si se debe suministrar calor para el funcionamiento de las celdas electroquímicas o para poner en marcha las celdas electroquímicas, se proporciona el dispositivo de calentamiento 11. En el dispositivo de calentamiento 11, se calienta el medio de transferencia de calor. En este punto, el calentamiento puede realizarse directa o indirectamente, en donde el calentamiento indirecto se realiza, por ejemplo, utilizando un medio de calentamiento que libera calor al medio de transferencia de calor para controlar la temperatura de las celdas electroquímicas. Sin embargo, en este punto solo es posible utilizar medios de calentamiento que sean estables a temperaturas superiores a la temperatura a la que se debe calentar el medio de transferencia de calor para calentar las celdas electroquímicas. Los medios de calentamiento adecuados serían, por ejemplo, sales fundidas. Por lo tanto, es preferible utilizar un dispositivo de calentamiento en el que el medio de transferencia de calor se calienta eléctricamente o inductivamente o, alternativamente, mediante la combustión de un combustible.
[0109] Como alternativa a la realización ilustrada en este documento, que tiene un intercambiador de calor 9 para la refrigeración y un dispositivo de calentamiento 11 separado, también es posible utilizar un solo intercambiador de calor, que se utiliza tanto para calentar como para refrigerar. Para ello, se puede variar la temperatura del medio de transferencia de calor, ya sea para calentar o para refrigerar, o se utiliza una unidad combinada que refrigera mediante un medio de transferencia de calor y que, además, contiene elementos calefactores eléctricos para calentar, mediante los cuales se puede calentar el medio de transferencia de calor cuando es necesario para controlar la temperatura de las celdas electroquímicas.
[0111] El dispositivo de suministro 13 depende del medio de transferencia de calor utilizado. Para un fluido, que se utiliza preferiblemente, el dispositivo de suministro 13 es, por ejemplo, una bomba. El dispositivo de suministro 13 está dimensionado de tal manera que se puede hacer pasar a través de los miembros de transferencia de calor una cantidad de medio de transferencia de calor suficiente para controlar la temperatura de las celdas electroquímicas.
[0113] Además de la realización mostrada en la Figura 1, que tiene un circuito de fluido cerrado para el medio de transferencia de calor, también es posible proporcionar un circuito abierto. Un circuito abierto de este tipo se utiliza preferiblemente si el medio de transferencia de calor es aire. En este caso, el aire ambiente se introduce a través de la entrada 5 en la carcasa 3 y se elimina de la carcasa a través de la salida 7. A diferencia de la realización mostrada en este documento, el aire se expulsa desde la salida al entorno. Para alimentar el aire a través del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, el dispositivo de suministro 13, en particular una soplante, está conectado a la entrada 5 y/o a la salida 7. Si se desea un calentamiento adicional, es posible proporcionar el dispositivo de calentamiento 11 en la entrada para calentar el aire que es aspirado por la soplante. Alternativamente, es posible disponer el calentador en el distribuidor o en los miembros de transferencia de calor a través de los cuales fluye el aire. Además, también es posible disponer dispositivos de calentamiento entre las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor.
[0115] Las Figuras 2 y 3 muestran una vista en sección de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica y una vista en planta del dispositivo de almacenamiento de energía respectivo, que tiene miembros de transferencia de calor por los que se transfiere el calor por conducción de calor.
[0117] El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 comprende un paquete de baterías 41 que está compuesto por una pluralidad de celdas electroquímicas 15 individuales. Las celdas electroquímicas 15 están colocadas en la carcasa 3, que comprende una caja 43, que preferiblemente tiene una forma paralelepipédica rectangular y encierra el espacio 19 en el que están colocadas las celdas electroquímicas 15. La caja 24 tiene una abertura 45 que está cerrada por una tapa 47. Como se puede ver en la Figura 2, la tapa 47 comprende preferiblemente un borde 49 que se extiende hacia abajo y rodea la parte superior de la caja 43. El tamaño de la tapa 47 es tal que se forma un primer conducto entre la caja 43 y la tapa 47.
[0119] Además del paquete de baterías 41, la caja 43 comprende un segundo conducto 23 debajo de las celdas electroquímicas 15 y los miembros de transferencia de calor 17, que están dispuestos entre las celdas electroquímicas 15. El espacio 19 que no está relleno con las celdas electroquímicas 15 y los miembros de transferencia de calor 17 está preferiblemente relleno con un medio sólido o líquido, en particular un medio sólido en partículas, por ejemplo arena como vermiculita o arena de sílice. El medio líquido o sólido se utiliza particularmente para reducir la influencia del entorno en caso de fallo, tal como rotura, calentamiento anormal o fuga de material activo en una sola celda electroquímica 15.
[0121] Para conectar las celdas electroquímicas 15 para formar el paquete de baterías 41, cada celda electroquímica comprende un terminal de electrodo negativo 51 que se proyecta desde el centro del extremo superior de la celda electroquímica 15 en el estado montado en la carcasa 3, y un terminal de electrodo positivo 53 que se proyecta desde el borde periférico de la celda electroquímica 15. En el paquete de baterías 41, un terminal de electrodo positivo 53 y un terminal de electrodo negativo 51 dispuestos adyacentes entre sí están conectados eléctricamente por un terminal de conexión 55, formando así una cadena en la que se conecta en serie una pluralidad celdas electroquímicas 15. En la Figura 3 se muestra una parte de los terminales de conexión 55. En el paquete de baterías 41, una pluralidad cadenas están conectadas en paralelo para formar un bloque, y los bloques están conectados en serie.
[0123] La caja 43 está montada y fijada en una base 57, que soporta la caja 43 hacia abajo. La caja 43 está compuesta preferiblemente por una placa exterior metálica 59 orientada hacia el exterior, una placa interior metálica 61 orientada hacia el interior y un material aislante térmico 63, que tiene propiedades aislantes eléctricas y que se encuentra entre la placa exterior 59 y la placa interior 61.
[0125] La tapa 47 está preferiblemente fijada de forma desmontable a la caja 43 y se coloca sobre la caja 43 cuando se utiliza el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, y se retira de la caja 43 cuando se introduce y se extrae el paquete de baterías 41.
[0127] La tapa 3 está compuesta preferiblemente por una placa exterior metálica 65 orientada hacia el exterior, una placa interior metálica 67 orientada hacia el interior y un material aislante térmico 69 que se encuentra entre la placa exterior 65 y la placa interior 67.
[0129] Preferiblemente, los materiales aislantes térmicos 63, 69 se utilizan en una atmósfera atmosférica, y la caja 43 y la tapa 47 tienen una estructura aislante térmica atmosférica. Más preferiblemente, la placa exterior 59 y la placa interior 61 se proporcionan en una forma y disposición tales que no entran en contacto entre sí a través del material aislante térmico 63, y la placa exterior 65 y la placa interior 67 también se proporcionan en una forma y disposición tales que no entran en contacto entre sí a través del material aislante térmico 69. Por ejemplo, se adopta una configuración en la que la placa exterior 59 y la placa interior 61, así como la placa exterior 65 y la placa interior 67, incluyen un espacio entre ellas, mediante el cual, además del aislamiento térmico, también se garantiza el aislamiento eléctrico.
[0131] Al configurar la caja 43 y la tapa 57 como se ha descrito anteriormente, se forma un hueco 71 entre la placa exterior 59 y la placa interior 61 y un hueco 73 entre la placa exterior 65 y la placa interior 67. Si hay aire dentro de la caja 43 y la tapa 47 y se calienta y se expande durante el uso, el aire fluye hacia el exterior a través de los huecos 71, 73. Como resultado, se suprime la deformación de la caja 43 y la tapa 47 debido a la expansión térmica del aire.
[0133] Alternativamente, la caja 43 y/o la tapa 47 pueden tener una estructura de aislamiento térmico al vacío adoptando un panel de aislamiento térmico al vacío como material de aislamiento térmico 63, 69. En este caso, las placas interiores 61, 67 y las placas exteriores 59, 65 están firmemente conectadas.
[0135] Para formar el primer conducto 21 entre la caja 43 y la tapa 47, preferiblemente se dispone un material de amortiguación 75 aislante en la parte del extremo abierto de la caja 43 que tiene el hueco 71 formado en la misma. El primer conducto 21 se forma en el material de amortiguación 75 y se extiende entre la placa exterior 59 de la caja 43 y la placa interior 67 de la tapa 47.
[0137] El primer y segundo conductos 21,23 están provistos respectivamente de un primer ventilador 77 y un segundo ventilador 79 que pueden ser ventiladores eléctricos de admisión. El primer ventilador 77 y el segundo ventilador 79 se proporcionan para suministrar aire exterior al primer conducto 21 y al segundo conducto 23, respectivamente. El funcionamiento del primer y segundo ventiladores 77, 79 puede controlarse mediante una unidad de control de ventiladores.
[0139] Además, se pueden proporcionar calentadores laterales 81 en la superficie de las placas internas 61 a cada lado de la caja 43. Además, se puede proporcionar un calentador inferior 83 en la superficie superior 85 del segundo conducto 23.
[0141] La superficie superior del calentador inferior 83 es horizontal, y el paquete de baterías 41 está dispuesto en la superficie superior del calentador inferior 83. Más concretamente, se interpone un aislante en forma de placa o lámina 87, por ejemplo de mica, entre el calentador inferior 83 y el paquete de baterías 41, asegurando así el aislamiento entre el calentador inferior 83 y el paquete de baterías 41.
[0143] Los calentadores laterales 81 y el calentador inferior 83 son preferiblemente calentadores eléctricos para calentar el interior de la caja 43. Normalmente, los calentadores laterales 81 y el calentador inferior 83 se utilizan para mantener el interior de la caja 43 a una temperatura de funcionamiento tal que el material activo de cada celda electroquímica 15 del paquete de baterías 41 se mantenga en estado fundido cuando el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 se encuentra en un estado de espera, en el que el paquete de baterías 41 no se carga ni se descarga. El funcionamiento de los calentadores laterales 81 y del calentador inferior 83 se controla mediante una unidad de control del calentador.
[0144] Para liberar al exterior del espacio 19 el calor generado en las celdas electroquímicas individuales 15 durante el funcionamiento, se proporcionan miembros de transferencia de calor en forma de varilla 17. En la realización mostrada en las Figuras 2 y 3, que tiene miembros de transferencia de calor para transferir calor por conducción de calor, los miembros de transferencia de calor 17 están hechos de un material que tiene una alta conductividad térmica, normalmente un metal que tiene una alta conductividad térmica. Preferiblemente, se utiliza aluminio como el material de los miembros de transferencia de calor 17. Sin embargo, se puede utilizar aluminio, acero, cobre o una aleación de algunos de estos metales.
[0146] Como se puede ver en la Figura 3, las celdas electroquímicas 15 son circulares en vista en planta. Si los miembros de transferencia de calor funcionan por conducción de calor en el material de los miembros de transferencia de calor, es aún más preferible que cada celda electroquímica 15 esté en contacto con las celdas electroquímicas 15 adyacentes. Las celdas electroquímicas están dispuestas preferiblemente en una retícula rectangular y los miembros de transferencia de calor 17 están dispuestos en el espacio que está rodeado por cuatro celdas electroquímicas 15. Como las celdas electroquímicas 15 adyacentes están en contacto, la distancia entre los centros de dos celdas electroquímicas 15 adyacentes corresponde al diámetro de una celda electroquímica 15. El miembro de transferencia de calor está situado en el punto de intersección de las líneas diagonales de la retícula rectangular.
[0148] Los miembros de transferencia de calor 17 también tienen preferiblemente un área transversal circular y están dispuestos en el espacio rodeado por las celdas electroquímicas 15, de tal manera que los ejes longitudinales de las celdas electroquímicas 15 y los miembros de transferencia de calor 17 discurren paralelos y de manera que los miembros de transferencia de calor 17 están en contacto con todas las celdas electroquímicas 15 que rodean al miembro de transferencia de calor 17 respectivo.
[0150] Sin embargo, si los miembros de transferencia de calor están diseñados como se muestra en la Figura 3, los miembros de transferencia de calor 15 solo están en contacto lineal (contacto puntual en la vista en sección transversal mostrada en la Figura 3) con las celdas electroquímicas circundantes 15. Desde el punto de vista de la mejora del rendimiento de la transferencia de calor, se puede determinar una forma transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los miembros de transferencia de calor 17, de modo que los miembros de transferencia de calor 17 y las celdas electroquímicas 15 estén en contacto superficial. Por ejemplo, todo o la mayor parte del espacio entre las celdas electroquímicas 15 puede ser una región en la que se va a disponer el miembro de transferencia de calor 17 y los miembros de transferencia de calor 17 tienen una forma transversal correspondiente a la forma transversal de esta región. En tal caso, la superficie lateral de los miembros de transferencia de calor 17 está en contacto amplio con la superficie lateral de las celdas electroquímicas 15 y se obtiene un alto rendimiento de transferencia de calor.
[0152] Si se puede obtener una transferencia de calor adecuada de otra manera, es posible además que los miembros de transferencia de calor 17 y las celdas electroquímicas 15 no estén en contacto. En este caso, el calor se transfiere desde las celdas electroquímicas 15 a los miembros de transferencia de calor 17 por conducción de calor a través del medio que se encuentra en el espacio entre las celdas electroquímicas 15 y los miembros de transferencia de calor 17.
[0154] Además de tener una sección transversal circular, los miembros de transferencia de calor 17 también pueden tener cualquier otra forma, por ejemplo, la forma de una columna rectangular, una columna triangular o incluso una forma con irregularidades en el área superficial lateral a lo largo de la dirección longitudinal, de modo que se aumente el área superficial, siempre que los miembros de transferencia de calor 17 puedan disponerse en el espacio entre las celdas electroquímicas 15. Además, también es posible que se disponga una pluralidad de miembros de transferencia de calor 17 en cada espacio entre las celdas electroquímicas 15.
[0156] Los miembros de transferencia de calor 17 pueden tener una forma de tubo hueco o una forma de varilla sólida, siempre que se garantice un buen rendimiento de transferencia de calor. Una forma de tubo hueco es ventajosa no solo en términos de costes, sino también porque se puede rellenar con arena en su interior. Más concretamente, desde el punto de vista de la reducción del interior de la caja 43 con una cierta cantidad de celdas electroquímicas 15, es necesario llenar el interior de la caja 43 con una cantidad predeterminada o más de material arenoso. El tipo de material arenoso con el que se va a llenar en el espacio 19 puede ser el mismo o diferente del tipo de material arenoso con el que se van a llenar los miembros de transferencia de calor en forma de tubo 17. Además, en un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, pueden coexistir miembros de transferencia de calor en forma de tubo 17 y miembros de transferencia de calor en forma de varilla 17.
[0158] Cuando los miembros de transferencia de calor 17 tienen forma de tubo, ambos extremos de los miembros de transferencia de calor 17 pueden estar cerrados o abiertos independientemente. Alternativamente, ambos extremos pueden estar provistos independientemente de una tapa extraíble.
[0160] Además de estar dispuestos en todos los espacios rodeados por celdas electroquímicas 15, como se muestra en la Figura 3, los miembros de transferencia de calor 17 también pueden estar dispuestos solo en los espacios entre las celdas electroquímicas 15 cerca del centro del paquete de baterías 41 y la disposición de los miembros de transferencia de calor 17 puede omitirse en los espacios entre las celdas electroquímicas 15 cercanas a las paredes de la caja 43. Esto es posible porque es más probable que el calor se libere al exterior en las proximidades de las paredes de la caja 43 que en las proximidades del centro de la caja 43.
[0162] Como se puede ver en la Figura 2, el extremo inferior 89 de cada miembro de transferencia de calor 17 está en contacto con el aislante 87. Por otro lado, el extremo superior 91 de los miembros de transferencia de calor 17 está dispuesto de manera que sobresalga al menos parcialmente en el primer conducto 21. Preferiblemente, el extremo superior 91 del miembro de transferencia de calor 17 está dispuesto de manera que esté cerca de la placa interior 67 de la tapa 47 que forma la superficie superior del primer conducto 21, y en particular de manera que esté en contacto con la superficie superior del primer conducto 21.
[0164] Para controlar la celda electroquímica, es preferible proporcionar un controlador para controlar el funcionamiento de cada parte. El controlador puede estar constituido por un ordenador de uso general o especial que tenga una<c>P<u>, ROM, RAM o similares, y que funcione como controlador ejecutando un programa operativo almacenado en un medio de almacenamiento predeterminado incorporado en el ordenador o conectado externamente al mismo. El controlador incluye principalmente una unidad de control de funcionamiento de la batería y una unidad de control de temperatura como componentes virtuales realizados mediante la ejecución del programa operativo.
[0166] La unidad de control de funcionamiento de la batería controla las operaciones de carga y descarga del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 en el paquete de baterías 41, las operaciones de suministro y recepción de energía entre el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 y el exterior, y similares.
[0168] La unidad de control de temperatura controla la temperatura dentro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 (en particular, la temperatura del espacio 19) durante el funcionamiento (carga y descarga) y la espera del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 basándose en una señal de salida (señal de temperatura) de un sensor de temperatura proporcionado en una posición predeterminada de la caja 43. La unidad de control de temperatura incluye una unidad de control del ventilador para controlar el funcionamiento del primer ventilador 77 y del segundo ventilador 79, y una unidad de control del calentador para controlar el funcionamiento de los calentadores laterales 81 y del calentador inferior 83.
[0170] Durante el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, las operaciones de carga y descarga en el paquete de baterías 41, las operaciones de suministro y recepción de energía entre el paquete de baterías 41 y el exterior se ejecutan bajo el control de la unidad de control de funcionamiento de la batería, y en este momento, la unidad de control de los ventiladores hace funcionar adecuadamente el primer ventilador 77 y el segundo ventilador 79 para soplar aire a baja temperatura desde el exterior hacia el primer conducto 21 y el segundo conducto 23, manteniendo así la temperatura de funcionamiento en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1. De este modo, la operación de carga/descarga y la operación de suministro/recepción de energía se realizan mientras se mantiene la temperatura de funcionamiento.
[0172] Por otro lado, durante el modo de espera, el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica se mantiene a la temperatura de funcionamiento principalmente encendiendo/apagando los estados de energización de los calentadores laterales 81 y del calentador inferior 83 basándose en la señal de salida del sensor de temperatura por la unidad de control del calentador.
[0174] Durante el funcionamiento, se genera calor de reacción en cada celda electroquímica 15. El calor de reacción se transfiere a la periferia de la celda electroquímica respectiva 15 y, a continuación, se transfiere al miembro de transferencia de calor 17 que tiene una conductividad térmica más alta que el medio que llena el espacio 19. El calor transferido desde la celda electroquímica 15 al miembro de transferencia de calor 17 se indica mediante las flechas 93 en la Figura 2.
[0176] Como se muestra mediante las flechas 95 y 97, el calor transferido al miembro de transferencia de calor 17 se desplaza rápidamente hacia el extremo superior 91 y el extremo inferior 89 del miembro de transferencia de calor 17.
[0178] Durante el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, se introduce aire externo 99 con una temperatura inferior a la temperatura dentro de la caja 43 en el primer conducto 21 activando el primer ventilador 77. El aire fluye a través del primer conducto 21 como se muestra con la flecha 101. El aire que fluye a través del primer conducto 21 absorbe el calor generado por las celdas electroquímicas 15 refrigerando la superficie inferior del primer conducto 21. Además, los extremos superiores 91 de los miembros de transferencia de calor 17 se refrigeran mediante el aire que fluye a través del primer conducto 21. El aire así calentado se libera entonces al entorno, como se muestra con las flechas 103.
[0180] Si está presente, también se acciona el segundo ventilador 79 durante el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 para introducir aire exterior 105 en el segundo canal 23. El aire fluye a través del segundo canal 23 como se indica con la flecha 107, refrigerando así la superficie superior del segundo conducto 23 y, por lo tanto, el espacio 19 que contiene el paquete de baterías 41 y también el extremo inferior 89 de los miembros de transferencia de calor 17. La transferencia de calor desde el espacio 19 al aire que fluye a través del segundo conducto 23 es posible a pesar de que el aislante 87 y el calentador inferior 83, que no está en funcionamiento durante el funcionamiento normal del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, se proporcionan entre las celdas electroquímicas 15 y los miembros de transferencia de calor 17 debido a las altas diferencias de temperatura entre las celdas electroquímicas en funcionamiento y el aire externo.
[0182] Para mejorar aún más la transferencia de calor desde los miembros de transferencia de calor 17 al aire que fluye a través del segundo conducto 23, es posible diseñar los miembros de transferencia de calor 17 de tal manera que el extremo inferior 89 de los miembros de transferencia de calor 17 sobresalga en el segundo conducto 21.
[0184] Otra ventaja de los miembros de transferencia de calor 17 es que, también durante el modo de espera del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1, cuando el paquete de baterías 41 se calienta mediante los calentadores laterales 81 y el calentador inferior 83, el calor del calentador inferior 83 se transfiere a las celdas electroquímicas 15 mediante la transferencia de calor a través de los miembros de transferencia de calor 17, manteniendo así la temperatura de manera más eficiente en las celdas electroquímicas 15.
[0185] Según la invención, al menos un miembro de transferencia de calor sobresale en el primer conducto. Los demás miembros de transferencia de calor pueden estar dispuestos como se muestra en las Figuras 4 a 6.
[0187] La disposición mostrada en la Figura 4 corresponde a la disposición de la Figura 2, en la que todos los miembros de transferencia de calor 17 sobresalen en el primer conducto 21 y en la que los miembros de transferencia de calor 17 se refrigeran mediante el aire que fluye alrededor del extremo superior 91 de los miembros de transferencia de calor 17 que sobresalen en el primer conducto 21, asegurando así la disipación del calor durante el funcionamiento.
[0189] Sin embargo, incluso si al menos uno de los miembros de transferencia de calor 17 no sobresale en el primer conducto 21, se puede realizar una disipación de calor suficiente por los miembros de transferencia de calor 17. Los miembros de transferencia de calor pueden tener una longitud como se muestra en la Figura 5, que no es conforme a la invención, donde el extremo superior de los miembros de transferencia de calor 17 está en contacto con la superficie inferior del primer conducto 21. En este caso, la superficie inferior del primer conducto 21 no necesita ningún orificio pasante a través del cual se guíen los miembros de transferencia de calor 17. En esta realización, el calor se transfiere desde el extremo superior de los miembros de transferencia de calor 17 a la superficie inferior del primer conducto 21 y desde la superficie inferior del primer conducto 21 al aire que fluye a través del primer conducto.
[0191] Incluso puede ser suficiente, como se muestra en la Figura 6, tampoco conforme a la invención, si el extremo superior de al menos un miembro de transferencia de calor 17 termina a una distancia d por debajo de la superficie inferior del primer conducto 21. En este caso, el calor es transferido por el medio entre el extremo superior de los miembros de transferencia de calor 17 y la superficie inferior del primer conducto 21 a la superficie inferior del primer conducto 21 y, a continuación, desde la superficie inferior del primer conducto 21 al aire que fluye a través del primer conducto 21. Si los miembros de transferencia de calor 17 tienen una longitud como se muestra en las Figuras 5 y 6, es posible fabricar el conducto superior 21 sin los orificios pasantes para los miembros de transferencia de calor 17.
[0193] Por ejemplo, teniendo en cuenta que la temperatura en las proximidades del centro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 tiende a ser más alta que en la parte periférica exterior, los miembros de transferencia de calor 17 en las proximidades del centro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica pueden sobresalir en el primer conducto 21 y no sobresalir en el primer conducto 21 en la parte periférica exterior.
[0195] Como alternativa o adicionalmente, también es posible proporcionar miembros de transferencia de calor sólidos 17 cerca del centro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 y miembros de transferencia de calor en forma de tubo 17 en la parte periférica exterior, y/o proporcionar miembros de transferencia de calor 17 que tengan un área transversal mayor más cerca del centro del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica y que tengan un área transversal menor si se encuentran en la parte periférica exterior.
[0197] De esta manera, utilizando selectivamente los miembros de transferencia de calor 17 que tienen geometrías diferentes y, por lo tanto, capacidades de refrigeración diferentes, dependiendo de las ubicaciones de acuerdo con el rendimiento de refrigeración requerido, se puede hacer uniforme la distribución de la temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1 en su conjunto.
[0199] Cuando el miembro de transferencia de calor 17 penetra en el primer conducto 21, se puede fijar al menos una aleta de radiación de calor a la parte del miembro de transferencia de calor 17 que sobresale en el primer conducto 21. En este caso, se mejora aún más la disipación de calor del miembro de transferencia de calor 17 en el primer conducto 21.
[0200] Los miembros de transferencia de calor 17 utilizados en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica pueden tener cualquier forma transversal adecuada. En las Figuras 7 a 9 se muestran ejemplos de formas posibles.
[0202] La Figura 7 muestra una vista superior de las celdas electroquímicas y los miembros de transferencia de calor de un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica, siendo los miembros de transferencia de calor placas.
[0204] Si los miembros de transferencia de calor 17 tienen forma de placas, como se muestra en la Figura 7, las celdas electroquímicas 15 están dispuestas en filas y los miembros de transferencia de calor 17 están dispuestos entre las filas de las celdas electroquímicas 15.
[0206] En las Figuras 8 y 9 se muestran realizaciones con miembros de transferencia de calor 17 que son tubos o varillas. Para lograr una transferencia de calor suficiente desde las celdas electroquímicas 15 a los miembros de transferencia de calor 17, las celdas electroquímicas 15 se disponen alrededor de los miembros de transferencia de calor 17. Además de disponer cuatro celdas electroquímicas 15 alrededor de un miembro de transferencia de calor 17, también es posible disponer cualquier otro número de celdas electroquímicas 15 alrededor de un miembro de transferencia de calor 17, por ejemplo, 3, 5, 6 u 8 celdas electroquímicas 15. El número de celdas electroquímicas 15 dispuestas alrededor de un miembro de transferencia de calor 17 depende particularmente de los diámetros de los miembros de transferencia de calor 17 y de las celdas electroquímicas 15. Cuanto mayor es el diámetro de las celdas electroquímicas 15 y menor es el diámetro de los miembros de transferencia de calor 17, menor es el número de celdas electroquímicas 15 que pueden disponerse alrededor de un miembro de transferencia de calor 17 sin formar un espacio que sea demasiado grande para una transferencia de calor satisfactoria.
[0208] Las realizaciones mostradas en las Figuras 8 y 9 difieren en la forma de la sección transversal de los miembros de transferencia de calor 17. En la realización mostrada en la Figura 8, los miembros de transferencia de calor 17 tienen una forma de sección transversal circular y en la realización mostrada en la Figura 9, los miembros de transferencia de calor 17 tienen una forma de sección transversal cuadrada.
[0210] Además de las formas mostradas en las Figuras 8 y 9, los miembros de transferencia de calor 17 pueden tener cualquier otra forma, por ejemplo ovalada, o poligonal con cualquier número de bordes. Sin embargo, de manera particularmente preferible, los miembros de transferencia de calor 17 tienen una forma transversal circular como se muestra en la Figura 8.
[0212] Si los miembros de transferencia de calor 17 son tubos, es posible utilizar tubos que tienen diferentes formas transversales y/o diferentes diámetros en un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica. Sin embargo, es particularmente preferible que todos los miembros de transferencia de calor 17 tengan la misma forma. Se pueden preferir diferentes diámetros si la cantidad de calor que deben disipar los miembros de transferencia de calor o que deben suministrar los miembros de transferencia de calor es diferente en diferentes posiciones en el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica 1. En este caso, para eliminar una mayor cantidad de calor, se prefiere un diámetro mayor en aquellas áreas del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica donde se produce la mayor cantidad de calor. En consecuencia, para suministrar una mayor cantidad de calor, es preferible un diámetro mayor en aquellas zonas en las que se necesita una mayor cantidad de calor.
[0214] En las realizaciones mostradas anteriormente, las celdas electroquímicas 15 están dispuestas adyacentes entre sí en una retícula rectangular. Sin embargo, la disposición de las celdas electroquímicas 15 no está limitada a ello.
[0216] Por ejemplo, las celdas electroquímicas pueden estar dispuestas de manera que se apilen lo más cerca posible. Esto se muestra en una vista en planta en la Figura 10. En este caso, las celdas electroquímicas que tienen una forma transversal circular se disponen en una retícula triangular equilátera. Los miembros de transferencia de calor 17 se disponen entonces de tal manera que entran en contacto con tres celdas electroquímicas 15.
[0217] Sin embargo, además de la retícula rectangular y la retícula triangular mostradas en este documento, las celdas electroquímicas pueden disponerse en cualquier otra forma de retícula.
[0219] Ejemplos
[0221] Se llevó a cabo un experimento de simulación para evaluar el efecto de la presencia o ausencia del miembro de transferencia de calor 17 que transfiere calor por conducción de calor en el material sólido y la relación posicional entre el miembro de transferencia de calor 17 y el primer conducto 21 sobre las características de temperatura en el momento de la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica.
[0222] Por ejemplo, en los ejemplos 1 a 3, se dispusieron 25 celdas electroquímicas individuales 15, cada una con un diámetro de aproximadamente 100 mm y una longitud de 500 mm, adyacentes entre sí en una rejilla de 5 por 5, como se muestra en las Figuras 2 y 3, en un espacio de almacenamiento 19 de una caja 43 cerrada por una tapa 47, cada una de acero inoxidable (SUH409L, conductividad térmica 27 W/m*K). Se dispuso un miembro de transferencia de calor en forma de tubo hueco 17 con un radio exterior de 38 mm y un radio interior de 32 mm en los 16 espacios formados de esta manera. El espacio de almacenamiento restante 19 se rellena con material arenoso. En los ejemplos 1 a 3, solo la disposición de los miembros de transferencia de calor 17 es diferente entre sí. Obsérvese que cada celda electroquímica 15 puede descargarse continuamente durante cuatro horas con una potencia de 280 W/CC.
[0224] En el ejemplo 1, los miembros de transferencia de calor 17 penetran en el primer conducto 21 y el extremo superior 91 se pone en contacto con la superficie superior del primer conducto 21, como se muestra en la Figura 4.
[0226] En el ejemplo 2, que no es conforme a la invención, los miembros de transferencia de calor 15 no pasan al primer conducto 21 y el extremo superior 91 de los miembros de transferencia de calor 17 se pone en contacto con la superficie inferior del primer conducto 21, tal como se muestra en la Figura 5.
[0228] Según el ejemplo 3, que no es conforme a la invención, el extremo superior 91 de los miembros de transferencia de calor 17 está separado de la superficie inferior del primer conducto 21 por una distancia d = 5 mm, como se muestra en la Figura 6.
[0230] A modo de comparación, se utiliza un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica en el que las celdas electroquímicas se dispusieron de la misma manera que en los ejemplos 1 a 3 y que no contiene miembros de transferencia de calor.
[0232] Con respecto a estos ejemplos y al ejemplo comparativo, se simularon las distribuciones de temperatura en tres posiciones de altura diferentes de la celda electroquímica 15, es decir, "parte superior", "parte central" y "parte inferior", en el caso de que la descarga se realizara a una temperatura objetivo de 305 °C. La "parte superior", la "parte central" y la "parte inferior" se establecen respectivamente en la posición de 400 mm, 250 mm y 20 mm desde la superficie inferior de la celda electroquímica 15.
[0234] La Figura 11 es una vista que muestra las distribuciones de temperatura en la "parte superior", la "parte central" y la "parte inferior" para los ejemplos 1 a 3 y el ejemplo comparativo obtenido por simulación, y la temperatura máxima en la distribución de temperatura. Como se muestra en la parte inferior de la figura, en cada distribución de temperatura, el paquete de baterías 41 compuesto por 25 celdas electroquímicas 15 está dispuesto en el espacio de almacenamiento 19 rodeado por la caja 43. Sin embargo, se omite la ilustración del miembro de transferencia de calor 17.
[0236] Además, en la parte del paquete de baterías 41 que ocupa la parte central del espacio de almacenamiento 19, la temperatura aumenta a medida que el color se vuelve más oscuro. El círculo blanco indica la posición de la temperatura máxima.
[0238] A partir de la Figura 11, se puede observar que la temperatura tiende a ser más alta aproximadamente en el centro de cualquier celda electroquímica y en cualquier posición de altura.
[0240] Además, en el ejemplo comparativo en el que no se proporcionan miembros de transferencia de calor 17, la temperatura máxima supera los 400 °C independientemente de la posición en altura, mientras que en la primera a la tercera realizaciones en las que se proporcionan miembros de transferencia de calor 17, la temperatura se mantiene a 340 °C o menos como máximo. Estos resultados indican que proporcionar los miembros de transferencia de calor 17 es eficaz para la disipación del calor durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica.
[0242] En particular, con respecto al ejemplo 1 en el que los miembros de transferencia de calor 17 penetran en el primer conducto 21, aunque la temperatura máxima en la "parte central" superó ligeramente los 300 °C, la temperatura fue de casi 300 °C o menos independientemente de la posición en altura, y fue inferior a la temperatura objetivo de 305 °C. Además, la diferencia de temperatura en el plano era pequeña. Esto demuestra que la configuración de la primera realización es extremadamente eficaz para la disipación del calor durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica.
[0244] Por otro lado, en los ejemplos 2 y 3, aunque la temperatura máxima era más alta que en el ejemplo 1 y superaba la temperatura objetivo de 305 °C, la diferencia de temperatura con respecto a la del ejemplo comparativo era significativa. En los ejemplos 2 y 3, la temperatura en la "parte inferior" tendía a ser más baja que en la "parte superior" y la "parte central", y en la "parte superior" y la "parte central", la diferencia de temperatura entre la parte central y la parte periférica era relativamente notable. Estos resultados indican que las configuraciones de los ejemplos 2 y 3 también son eficaces hasta cierto punto para la disipación del calor durante la descarga de la batería modular.
[0246] Lista de números de referencia
[0248] 1 dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica
[0249] carcasa
[0250] entrada para el medio de control de temperatura
[0251] salida para el medio de control de temperatura
[0252] intercambiador de calor
[0253] dispositivo de calentamiento
[0254] dispositivo de suministro
[0255] celda electroquímica
[0256] miembro de transferencia de calor
[0257] espacio (relleno con medio sólido o líquido)
[0258] primer conducto
[0259] segundo conducto
[0260] blindaje
[0261] tubo interior
[0262] tubo exterior
[0263] extremo cerrado
[0264] hueco
[0265] primera pared
[0266] segunda pared
[0267] espacio
[0268] paquete de baterías
[0269] caja
[0270] abertura
[0271] tapa
[0272] borde
[0273] terminal de electrodo negativo
[0274] terminal de electrodo positivo
[0275] terminal de conexión
[0276] base
[0277] placa exterior
[0278] placa interior
[0279] material aislante térmico
[0280] placa exterior
[0281] placa interior
[0282] material aislante térmico
[0283] hueco
[0284] hueco
[0285] material amortiguador aislante
[0286] primer ventilador
[0287] segundo ventilador
[0288] calentador lateral
[0289] calentador inferior
[0290] superficie superior del segundo conducto 23
[0291] aislante
[0292] extremo inferior del miembro de transferencia de calor 17
[0293] extremo superior del miembro de transferencia de calor 17
[0294] calor transferido desde la celda electroquímica al miembro de transferencia de calor calor transferido al extremo superior 91
[0295] calor transferido al extremo inferior 89
[0296] aire externo
[0297] flujo de aire a través del primer conducto 21
[0298] aire liberado al ambiente
[0299] aire externo
[0300] flujo de aire a través del segundo conducto 23

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que comprende una pluralidad de celdas electroquímicas (15) en un espacio receptor en una carcasa (3), en donde el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica (1) comprende un primer conducto que discurre paralelo a la parte superior o inferior de la carcasa (3) y uno o más miembros de transferencia de calor (17) que están dispuestos en espacios (19) entre las celdas electroquímicas (15), caracterizado por que al menos uno de los miembros de transferencia de calor (17) sobresale en el primer conducto (21).
2. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según la reivindicación 1, en donde los espacios (19) que rodean las celdas electroquímicas (15) y los miembros de transferencia de calor (17) están llenos de un líquido o un material sólido, siendo el material sólido preferiblemente un material en partículas, que se selecciona preferiblemente de arena, metal, cerámica o vidrio.
3. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según la reivindicación 1 o 2, en donde los miembros de transferencia de calor (17) son placas, varillas sólidas con cualquier forma de sección transversal o tubos con cualquier forma de sección transversal.
4. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según la reivindicación 1 o 2, en donde los miembros de transferencia de calor (17) son tubos o varillas con cualquier forma de sección transversal y la relación entre el número de celdas electroquímicas (15) y el número de miembros de transferencia de calor (17) está en un intervalo de 1:4 a 10:1.
5. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el área superficial de los miembros de transferencia de calor exteriores (17) que están dispuestos más cerca de las paredes de la carcasa (3) es menor que el área superficial de los miembros de transferencia de calor interiores (17) que están dispuestos en el centro de la carcasa (3).
6. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la relación entre el área superficial de los miembros de transferencia de calor exteriores (17), que están dispuestos más cerca de las paredes de la carcasa (3), y el área superficial de los miembros de transferencia de calor interiores (17), que están dispuestos en el centro de la carcasa (3), está en un intervalo de 0,1 a 1.
7. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además un segundo conducto que está dispuesto en la parte superior o inferior de la carcasa.
8. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según la reivindicación 7, en donde el dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica comprende el segundo conducto en la parte inferior y un calentador inferior está dispuesto en el segundo conducto.
9. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según la reivindicación 8, que comprende además un segundo ventilador de admisión capaz de suministrar aire al segundo conducto desde el exterior, en donde el segundo conducto incluye un segundo puerto de admisión al que se suministra aire desde el segundo ventilador de admisión, un segundo espacio interno al que se suministra aire desde el segundo puerto de admisión, estando situado el segundo espacio interno de manera que el calentador inferior se interpone entre el segundo espacio interno y un intervalo de disposición de los miembros de transferencia de calor en el espacio receptor, y un segundo puerto de escape desde el cual se descarga al exterior el aire que ha pasado a través del segundo espacio interno.
10. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la carcasa comprende una caja con capacidad aislante, teniendo la caja una abertura ocluida por una tapa con capacidad aislante.
11. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según las reivindicaciones 1 a 10, en donde el primer conducto está dispuesto entre la caja y la tapa por encima de las celdas electroquímicas.
12. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde los miembros de transferencia de calor que sobresalen en el primer conducto están en contacto con una superficie del primer conducto opuesta al espacio receptor en una dirección de extensión de los miembros de transferencia de calor.
13. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende además un primer ventilador de admisión capaz de suministrar aire al primer conducto desde el exterior, en donde el primer conducto incluye un primer puerto de admisión al que se suministra aire desde el primer ventilador de admisión, un primer espacio interno para permitir que el calor se transfiera desde los miembros de transferencia de calor al aire suministrado desde el primer puerto de admisión, y un primer
puerto de escape desde el cual se descarga al exterior el aire que ha pasado a través del primer espacio interno.
14. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde los miembros de transferencia de calor están hechos de uno o más tipos de metal seleccionados del grupo que consiste en aluminio, cobre, acero y aleaciones que comprenden al menos uno de estos metales.
15. El dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde las celdas electroquímicas están dispuestas para formar una retícula cuadrada en vista en planta, y cada uno de los miembros de transferencia de calor está dispuesto en una ubicación central de una casilla unitaria de la retícula cuadrada, estando cada uno de los miembros de transferencia de calor preferiblemente en contacto con cuatro celdas que constituyen la casilla unitaria entre la pluralidad de celdas.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024117410A1 (de) * 2024-06-20 2025-12-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zellanordnung für eine Energiespeichervorrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug, Energiespeichervorrichtung, Kraftfahrzeug

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7309281A (en) 1980-07-23 1982-01-28 Chloride Silent Power Ltd. Electrochemical storage batteries and modules therefor
DE4013269A1 (de) 1990-04-26 1991-10-31 Abb Patent Gmbh Hochtemperaturspeicherbatterie
JP2000297989A (ja) 1999-04-12 2000-10-24 Ngk Insulators Ltd 熱風循環式加熱炉及び、これを用いたナトリウム−硫黄単電池の検査方法
US7398819B2 (en) * 2004-11-12 2008-07-15 Carrier Corporation Minichannel heat exchanger with restrictive inserts
WO2008079135A1 (en) * 2006-12-26 2008-07-03 Carrier Corporation Heat exchanger design for improved performance and manufacturability
JP5080829B2 (ja) 2007-03-08 2012-11-21 日本碍子株式会社 ナトリウム−硫黄電池用パッケージ
KR20120012303A (ko) * 2010-07-30 2012-02-09 삼성전자주식회사 균일한 온도분포를 갖는 연료전지 스택 및 그 구동방법
WO2017052194A1 (ko) 2015-09-21 2017-03-30 주식회사 엘지화학 서로 다른 두께를 가진 쿨링 핀들의 배열을 포함하는 전지 모듈
EP3182480A1 (de) 2015-12-14 2017-06-21 Basf Se Vorrichtung zur speicherung elektrischer energie sowie verfahren zu deren montage und inbetriebnahme und zu deren betrieb
EP3785310B1 (de) 2018-04-27 2025-09-03 Basf Se Elektrochemischer energiespeicher
JP7083792B2 (ja) 2019-09-10 2022-06-13 矢崎総業株式会社 車両用電池パック

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