ES3052749T3

ES3052749T3 - Energy storage system

Info

Publication number: ES3052749T3
Application number: ES19702186T
Authority: ES
Inventors: Eirik Børsheim; Tore Berge; Arve Skjetne
Original assignee: Siemens Energy AS
Current assignee: Siemens Energy AS
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2026-01-13
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: US20200403282A1; FI3740998T3; WO2019141609A1; DK3740998T3; EP3740998B1; EP3740998A1; GB201800758D0; CN111602287A; GB2570300B; CA3089635A1; KR20200107973A; GB2570300A

Abstract

Un sistema de almacenamiento de energía (1) comprende al menos un módulo de almacenamiento de energía (10). Cada módulo (10) comprende varios dispositivos de almacenamiento de energía (23). Cada dispositivo de almacenamiento de energía comprende al menos una pestaña de celda conductora (20, 21) conectada eléctricamente a los electrodos del dispositivo, con un extremo de la pestaña de celda que sobresale del dispositivo. El módulo de almacenamiento de energía (10) comprende además un enfriador (22) para cada dispositivo de almacenamiento de energía. Este enfriador comprende uno o más canales de refrigeración cerrados (25) en contacto con una superficie del dispositivo. El enfriador está hecho de un material no conductor de electricidad. Además, comprende una sección de los canales de refrigeración acoplada térmicamente al extremo saliente de la pestaña de celda (20, 21). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema de almacenamiento de energía

[0003] La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento de energía, en particular para módulos de almacenamiento de energía que comprenden una celda electroquímica, o batería, que proporciona energía eléctrica a un usuario final.

[0004] Los módulos de energía eléctrica almacenados, o unidades de energía de varios tipos, se están volviendo cada vez más comunes en muchas aplicaciones, en particular para su uso donde existen preocupaciones ambientales relacionadas con las emisiones en entornos sensibles o preocupaciones de salud pública. Las unidades de energía eléctrica almacenadas se utilizan típicamente para proporcionar energía eléctrica para operar equipos, para evitar emisiones en el punto de uso, aunque esa energía almacenada puede haberse generado de muchas maneras diferentes. La energía eléctrica almacenada también se puede usar para proporcionar un afeitado máximo en sistemas suministrados de otro modo desde la red, o desde varios tipos de sistemas de generación de energía, incluidos generadores diésel, turbinas de gas o fuentes de energía renovables. Las aeronaves, vehículos, buques, plataformas marinas o plataformas y otros equipos motorizados en ubicaciones remotas son ejemplos de usuarios de energía eléctrica almacenada a gran escala. Los conductores de vehículos pueden utilizar la unidad de energía almacenada en los centros de las ciudades y cargar desde un motor de combustión interna en las carreteras principales, para reducir las emisiones nocivas en los pueblos y ciudades, o pueden cargar desde un suministro de electricidad. Los transbordadores que realizan la mayor parte de su viaje relativamente cerca de zonas habitadas, o en entornos sensibles, se están diseñando con sistemas de propulsión híbridos o totalmente eléctricos. Los transbordadores pueden operar con energía almacenada para alimentar el buque cuando están cerca de la costa, utilizando generadores diésel en alta mar para recargar las baterías. En algunos países, la disponibilidad de electricidad de fuentes de energía renovables para cargar la unidad de energía almacenada significa que se puede usar un buque completamente eléctrico, siempre que las unidades de energía almacenadas sean lo suficientemente confiables para las distancias que se cubren, sin diésel u otra fuente de energía no renovable utilizada en absoluto. Ya sean híbridas o totalmente eléctricas, las unidades de energía almacenada pueden cargarse desde un suministro en tierra cuando están acopladas. El desarrollo de tecnología para lograr unidades de energía almacenada que sean lo suficientemente confiables para un uso prolongado como fuente de energía primaria debe abordar ciertos problemas técnicos.

[0005] El documento WO2010053689 describe un sistema de almacenamiento de energía que comprende módulos de almacenamiento de energía.

[0006] De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, un sistema de almacenamiento de energía comprende al menos un módulo de almacenamiento de energía, cada módulo comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía; cada dispositivo de almacenamiento de energía comprende al menos una pestaña de celda eléctricamente conductora conectada eléctricamente a electrodos del dispositivo de almacenamiento de energía, un extremo de la pestaña de celda que sobresale del dispositivo de almacenamiento de energía; en donde el módulo de almacenamiento de energía comprende además un enfriador para cada dispositivo de almacenamiento de energía, el enfriador comprende uno o más canales de enfriamiento cerrados en contacto con una superficie del dispositivo de almacenamiento de energía; en donde los canales de enfriamiento del enfriador comprenden un material eléctricamente no conductor; y en donde el enfriador comprende además una sección de los canales de enfriamiento acoplados térmicamente al extremo sobresaliente de la pestaña de celda, en donde las paredes del canal forman además una sección elevada en el extremo del enfriador para conectar la pestaña de celda.

[0007] El uso de un material eléctricamente no conductor para el enfriador evita problemas de cortocircuito o fuga de corriente entre las paredes del enfriador y la pestaña de la celda, además de ser más fácil de fabricar en la forma requerida para el dispositivo de almacenamiento de energía.

[0008] Preferentemente, el enfriador comprende uno o más canales de fluido de enfriamiento entre una entrada de fluido y una salida de fluido que forman una trayectoria de flujo serpenteante, o múltiples trayectorias de flujo paralelas. Preferentemente, el enfriador comprende un material que tiene una conductividad térmica de entre 0,2 W/mK y 50 W/mK, aunque normalmente el material se elige para tener una conductividad térmica de entre 3 W/mK y 5 W/mK. Preferentemente, el material comprende uno de poliamida o termoplástico.

[0009] El material puede formarse en canales para dar la forma más fría requerida más fácilmente que la formación de canales metálicos.

[0010] Las paredes del canal forman además una sección elevada en un extremo del enfriador para conectar la pestaña de la celda.

[0011] Esto permite que la pestaña de la celda se ajuste fácilmente a la pared de los canales de flujo del refrigerante. Preferentemente, el dispositivo de almacenamiento de energía comprende dos pestañas de celda.

[0012] Esto permite que la pestaña de la celda se acople térmicamente a un enfriador a cada lado del cuerpo de la celda de la batería, ya sea ambos al mismo enfriador en un lado, o una pestaña de la celda al enfriador en un lado y una pestaña de la celda al enfriador en el otro lado, aumentando el efecto de enfriamiento dentro de cada dispositivo de almacenamiento de energía.

[0013] Preferentemente, las pestañas de la celda comprenden uno de aluminio o cobre niquelado.

[0014] Preferentemente, el fluido de enfriamiento comprende agua

[0015] Preferentemente, el fluido de enfriamiento comprende además al menos uno de un aditivo inhibidor de la corrosión, un aditivo anticongelante y un aditivo inhibidor del biocrecimiento.

[0016] Ahora se describirá un ejemplo de un sistema de acuerdo con la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

[0017] La Figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema de almacenamiento de energía en el que se puede aplicar la presente invención.

[0018] La Figura 2 ilustra un ejemplo de dispositivos de almacenamiento de energía dentro de un módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención;

[0019] La Figura 3 ilustra un primer ejemplo de dispositivos de almacenamiento de energía de enfriamiento en un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención;

[0020] La Figura 4 ilustra un segundo ejemplo de dispositivos de almacenamiento de energía de enfriamiento en un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención; y,

[0021] La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un método para un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención.

[0022] Los sistemas de almacenamiento de energía para suministrar energía eléctrica de CC para aplicaciones marinas, como los sistemas a bordo de embarcaciones y plataformas en alta mar, tienen requisitos de alta tensión y corriente. Es posible que deban proporcionar niveles de voltaje de 1KV DC, o superiores, que se logran combinando múltiples módulos de almacenamiento de energía que funcionan a voltajes entre 50V DC y 200V DC, típicamente alrededor de 100V DC. En los ejemplos mostrados, los sistemas de enfriamiento del módulo de almacenamiento de energía están conectados de forma fluida en paralelo y los módulos de almacenamiento de energía están conectados eléctricamente en serie. Alternativamente, los sistemas de enfriamiento pueden conectarse en serie. Cada módulo puede comprender una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía, tales como celdas de batería, conectados entre sí en serie para proporcionar la tensión total requerida del módulo. Por lo general, esto es del orden de 100 V a 150 V CC, utilizando dispositivos de almacenamiento de energía, cada uno con una potencia nominal de entre 3 V y 12 V. Por ejemplo, cada celda de batería solo puede tener un voltaje del orden de 3V, pero en un módulo que tiene veintiocho celdas, conectadas eléctricamente en serie, esto da como resultado un voltaje más cercano a 100V. Se pueden acoplar múltiples módulos para poder proporcionar suficiente voltaje de CC a los sistemas de alimentación en el buque, por ejemplo, 1 KV o más. Las primeras baterías a gran escala eran de plomo ácido, pero más recientemente, las baterías de iones de litio se han desarrollado para el almacenamiento de energía eléctrica para aplicaciones a gran escala. Las baterías de iones de litio suelen estar presurizadas y el electrolito es inflamable, por lo que requieren cuidado durante su uso y almacenamiento. Un problema que puede ocurrir con las baterías de iones de litio es la fuga térmica que puede ser causada por un cortocircuito interno en una celda de batería, creado durante la fabricación. Otras causas, como daños mecánicos, sobrecarga o corriente incontrolada, también pueden causar una fuga térmica, pero el diseño del sistema de baterías generalmente se adapta para evitarlos. Los problemas de fabricación con las celdas no se pueden descartar por completo, por lo que se requieren precauciones para minimizar el efecto en caso de que se produzca una fuga térmica. En un sistema de batería de iones de litio a gran escala, la cantidad de energía que se libera durante una fuga térmica es un desafío de contener. Un evento térmico puede aumentar las temperaturas en una sola celda desde una temperatura de operación estándar en el rango de 20° C a 26° C hasta 700° C a 1000° C. Las temperaturas de funcionamiento seguras están por debajo de los 60 °C, por lo que este es un problema importante.

[0023] Existen regulaciones estrictas en las industrias marítimas y de alta mar con respecto al riesgo para el buque o la plataforma, uno de los requisitos es que no debe haber transferencia de exceso de temperatura de una celda a otra. Si se produce un sobrecalentamiento, entonces debe estar contenido en una sola celda y no se debe permitir que se propague. Además, para aplicaciones marinas y en alta mar, el peso y el volumen de cualquier equipo están severamente restringidos, por lo que se prefieren sistemas compactos y livianos. Es un desafío producir un sistema compacto y liviano que logre el aislamiento térmico requerido y enfríe la celda en la que se produce el exceso de calentamiento, de manera rápida y eficiente.

[0024] En un sistema de batería de iones de litio, es muy importante que la temperatura de las celdas de la batería no exceda la temperatura de funcionamiento prescrita y que la temperatura de la celda en todo el sistema sea uniforme. El funcionamiento sostenido fuera de la ventana de temperatura de funcionamiento prescrita puede afectar gravemente la vida útil de las celdas de la batería y aumentar el riesgo de que se produzca una fuga térmica.

[0025] Para aplicaciones marinas, hay un enfoque particular en el uso de módulos de almacenamiento de energía, como baterías, a su tasa máxima de carga o descarga debido al costo de instalación y al peso y espacio que ocupan los módulos cuando están en un buque o plataforma marina. Además, el mantenimiento y la reparación, o el reemplazo, son complicados y costosos en comparación con los usos terrestres de los sistemas de energía almacenados, por lo que extender la vida útil de los módulos de energía almacenados es particularmente importante. Para el ejemplo de las baterías de iones de litio, estas son sensibles a altas temperaturas, por lo que es importante asegurarse de que la temperatura de funcionamiento y la temperatura ambiente estén controladas para todas las celdas de un sistema de baterías de iones de litio para garantizar que se cumpla la vida útil de diseño. Las variaciones locales o los puntos calientes en una sola celda también pueden comprometer la vida útil total alcanzable.

[0027] Un enfoque común para los sistemas de energía almacenados a gran escala, marinos o en alta mar es usar enfriamiento por aire, con aire que fluye entre las celdas de un sistema de batería. Otra opción es utilizar enfriamiento por agua en combinación con aletas de enfriamiento de aluminio. El enfriamiento por agua se realiza fluyendo sobre intercambiadores de calor y bloques enfriadores y las aletas de enfriamiento de aluminio se proporcionan entre cada celda del sistema de baterías. Sin embargo, este sistema no es particularmente eficiente para eliminar el calor y también agrega un peso sustancial al sistema de almacenamiento de energía. El aluminio se elige por su conductividad térmica y su costo relativamente bajo, en lugar de su ligereza. El calor de las baterías debe pasar a las aletas de enfriamiento de aluminio y esas aletas luego son enfriadas por el líquido que pierde su calor en el intercambiador de calor y se recircula.

[0029] Como se mencionó anteriormente, las celdas de batería de iones de litio dependen mucho de la temperatura en términos de lograr una larga vida útil en aplicaciones industriales. En más del 90 % de las aplicaciones del mercado, la vida útil es un factor importante para determinar el tamaño del sistema de baterías. Si la vida útil de la batería se puede prolongar, el costo de inversión y la huella se pueden reducir. Los fabricantes de baterías de iones de litio continúan aumentando el tamaño de la celda y la densidad de energía específica en las celdas de la batería, por lo que las celdas son cada vez más grandes y gruesas. Tanto el tamaño como el grosor hacen que estas celdas de la batería sean más difíciles de enfriar de manera uniforme en todo el volumen, pero el grosor en particular. Los puntos calientes locales formados dentro de la celda degradan la capacidad de la celda, disminuyendo así su vida útil. Por lo general, las celdas solo se enfrían en un lado, ya que el diseño mecánico tiene que tener en cuenta la hinchazón natural de la celda. Esto hace que la celda experimente una temperatura delta bastante drástica sobre el cuerpo celular, que puede ser de hasta 5° C a 10° C al final de la vida. Esto a su vez acelera el envejecimiento.

[0030] Algunos proveedores utilizan materiales costosos y soluciones mecánicas complicadas para lograr cierto enfriamiento en el "lado opuesto" de la celda de la batería enfriada. Otros aplican materiales flexibles con propiedades térmicas decentes, pero estos materiales son raros y caros. Algunos sistemas industriales pueden tener enfriamiento al aire libre, por lo que carecen de omisión de la presión externa en la pared celular. El diseño no permite la presión mecánica, ya que el aire fluye directamente en contacto con la celda. Algunos sistemas enfriados por aire se enfrían con aletas, lo que permite mantener cierta presión. La falta de presión sobre la pared celular puede tener un efecto negativo en la vida celular, pero permite reducciones significativas en los costos de diseño. Aunque se puede adaptar un sistema enfriado por aire para enfriar las pestañas, siempre que el aire se transfiera directamente al cuerpo de la celda y a la pestaña, esto no es aplicable para aplicaciones marinas, ya que los requisitos de seguridad no permiten que los sistemas completamente abiertos que dependen de la extinción externa apaguen una fuga térmica.

[0032] Un ejemplo de un sistema de almacenamiento de energía en el que se puede aplicar la presente invención se ilustra en la Figura 1. El sistema 1 comprende una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía 10 conectados eléctricamente en serie por buses 2 y controlados por un controlador central 3. Cada uno de los módulos de almacenamiento de energía se enfría mediante fluido de enfriamiento, que circula desde el sistema de enfriamiento 5 a través de las tuberías de entrada 6 y las tuberías de salida 7. El fluido refrigerante suele ser agua, que es barata y más fácil de obtener y desechar que los enfriadores sintéticos. Se pueden proporcionar aditivos, por ejemplo, para inhibir la congelación, el biocrecimiento o la corrosión. Típicamente, la proporción de aditivo está determinada por el aditivo elegido, por ejemplo, 20 % de inhibidor de escarcha.

[0034] La Figura 2 ilustra un ejemplo de una configuración de enfriador de batería enfriado directamente con conexiones de pestaña soldada en la parte superior de un enfriador de celda. Cada módulo de almacenamiento de energía 10 comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía, por ejemplo, celdas de batería, conectadas eléctricamente en serie. En un lado de cada cuerpo de celda de batería 23 se proporciona un enfriador de celda de batería 22 que recibe fluido de enfriamiento del sistema de enfriamiento 5 a través de las tuberías de entrada 6 y las tuberías de salida 7 para enfriar el cuerpo de celda de batería. Los cuerpos de las baterías y los enfriadores de celdas se alternan a través del módulo, de modo que la mayoría de los cuerpos de las baterías 23 tienen un enfriador en ambos lados. El enfriamiento se proporciona en ambos lados de la celda, ya que no hay necesidad de aislamiento térmico adicional entre las celdas, lo cual es común en los sistemas de baterías convencionales. Típicamente, un lado de la celda está provisto de un material flexible para permitir el hinchamiento natural de la celda, por lo que el enfriamiento en el lado con el material flexible es menos efectivo. El material flexible garantiza que la presión correcta se mantenga a lo largo del tiempo a medida que la celda se hincha. Cada cuerpo de celda de batería 23 tiene al menos una pestaña de batería, pero un cuerpo 23 puede tener dos pestañas de batería 20, 21, cada una de las cuales está acoplada térmicamente a un enfriador de celdas 22 en un lado o en el otro lado del cuerpo de celda de batería, para aumentar el efecto de enfriamiento dentro de cada batería. El enfriador de celdas comprende una tubería para que el fluido de enfriamiento fluya, que es un material eléctricamente no conductor, típicamente un material sintético, tal como plásticos poliméricos, por ejemplo, polietileno, poliamida, tal como plásticos PA66, o termoplásticos tales como TCE2, TCE5 u otros materiales adecuados, que pueden moldearse o extruirse a la forma requerida y pueden soportar las temperaturas de funcionamiento normales de los módulos de almacenamiento de energía. La forma así formada puede elegirse para evitar bordes afilados para reducir la posibilidad de daños a un operador al manipular los módulos. La naturaleza eléctricamente aislante de los enfriadores que forman el módulo también ayuda a proteger al operador. La celda se enfría directamente haciendo fluir fluido refrigerante sobre una parte sustancial de la superficie celular, con muy poca resistencia térmica. La baja conductividad del material del que está hecho el tubo de fluido refrigerante ayuda a evitar que el calor se propague dentro del módulo en caso de fuga térmica en una celda.

[0035] Para las celdas de bolsa de iones de litio, las pestañas de la batería 20, 21 son típicamente pestañas metálicas con un área de superficie sustancial que tienen una conexión metálica directa que proporciona un buen contacto térmico con los electrodos y los colectores de corriente (no mostrados) distribuidos dentro de la celda de la batería 23. Por ejemplo, en una celda de batería de 16 mm de espesor, normalmente hay entre 40 y 100 electrodos individuales distribuidos uniformemente dentro de la celda. Al enfriar la pestaña de la celda de la batería 20, 21 usando el enfriador 22 del dispositivo de almacenamiento de energía, los puntos calientes en la batería pueden enfriarse de manera efectiva. La buena conexión térmica a las capas distribuidas dentro de la celda permite enfriar directamente las zonas más calientes de la celda. Además de enfriar los puntos calientes de la batería de manera efectiva, otro beneficio de enfriar las pestañas de la celda de la batería 20, 21 es que la resistencia eléctrica en los colectores de corriente y las pestañas de la celda disminuye, debido a que la temperatura se mantiene baja. Típicamente, los dispositivos de almacenamiento de energía se mantienen enfriados a alrededor de 25° C en funcionamiento normal.

[0037] En un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención, hay al menos un módulo de almacenamiento de energía 10, aunque más generalmente, hay varios, por ejemplo, hasta 10 módulos de almacenamiento de energía acoplados eléctricamente en serie para proporcionar hasta 100 V CC en un cubículo de almacenamiento de energía. Se pueden operar varios cubículos juntos para proporcionar una tensión de alimentación de CC de 1 KV o superior. Cada módulo 10 comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía 23 que pueden funcionar típicamente entre 3V y 12V. Cada dispositivo de almacenamiento de energía comprende al menos una pestaña de celda eléctricamente conductora 20, 21 conectada eléctricamente a los electrodos del dispositivo de almacenamiento de energía. Un extremo de la pestaña de celda 20, 21 sobresale del dispositivo de almacenamiento de energía 23 para permitir que los dispositivos se conecten eléctricamente entre sí. El módulo de almacenamiento de energía 10 comprende además un enfriador 22 para cada dispositivo de almacenamiento de energía, el enfriador comprende una pluralidad de tubos o canales de enfriamiento cerrados, cuyas paredes están en contacto térmico con una superficie del dispositivo de almacenamiento de energía. El enfriador comprende además una sección de los canales de enfriamiento acoplados térmicamente al extremo sobresaliente de la pestaña de celda.

[0039] La Figura 3 ilustra un ejemplo de un sistema típico de batería de litio enfriada directamente con conexiones soldadas. Las pestañas de la celda pueden soldarse, presionarse o remacharse entre sí, o conectarse de otra manera de cualquier manera adecuada. El fluido de enfriamiento entra en los canales de enfriamiento 25 y fluye desde la entrada 6 hasta la salida 7 tomando calor de la superficie del cuerpo de la celda de la batería 23 (omitido para mayor claridad), así como tomando calor de la conexión de la pestaña de la celda soldada 20, 21. Al aplicar enfriamiento líquido con enfriadores de celdas entre todas las celdas, de modo que haya transferencia de calor a través de la pared térmicamente conductora del cuerpo de la celda al fluido de enfriamiento en los canales de fluido del enfriador, el cuerpo de la celda puede enfriarse de manera efectiva. Si los enfriadores de celdas estuvieran hechos de un material eléctricamente conductor como se ha hecho convencionalmente, como con aletas de enfriamiento e intercambiadores de calor, entonces el material eléctricamente aislante requerido cuando la pared de la celda está hecha de un metal limita la efectividad de la transferencia térmica y el enfriamiento aplicado a las pestañas. En la presente invención, los canales de fluido del enfriador son eléctricamente aislantes, por lo que no se requiere material adicional, lo que proporciona ahorros adicionales en peso y costo además de los que conlleva el uso de un material ligero y fácilmente moldeable.

[0041] La presente invención aborda este problema mediante el uso de un material para el cuerpo del enfriador 22 que no es eléctricamente conductor. La Figura 4 ilustra el uso de termoplásticos térmicamente conductores que también son eléctricamente no conductores para enfriar la pestaña. En lugar de la pared superior plana 26 de la Fig.3, en la que está montada la pestaña de celda 20, 21 a través del aislador eléctrico 24, el ejemplo de la Fig.4 utiliza un material refrigerante térmicamente conductor 27 que está conformado para permitir que el flujo de fluido refrigerante entre en mejor contacto con la conexión de pestaña de celda soldada 20, 21. Al fabricar el enfriador a partir de un material eléctricamente aislante, por ejemplo, polímeros, como poliamidas, o termoplásticos sin aditivos, los canales de enfriamiento pueden adaptarse simplemente en forma para que entren en contacto con el material de la pestaña, así como con el lado del cuerpo de la celda de la batería, para enfriar la pestaña de la celda. Los canales o tubos de fluido de enfriamiento tienen un grosor general típico en el intervalo de 5 mm a 20 mm, con un grosor de pared en el intervalo de 1 mm a 5 mm y preferiblemente, no más de 3 mm para un material plástico polimérico. Los canales pueden tener una sección transversal cuadrada, circular u otra adecuada.

[0043] La transferencia de calor directa efectiva de la celda al fluido de enfriamiento se hace posible mediante la construcción de los canales de enfriamiento a partir de tubos que tienen una pared suficientemente delgada para que la conductividad térmica del material no sea una consideración significativa. Los termoplásticos eléctricamente no conductores, pero térmicamente conductores, utilizados para el enfriador 22 significan que la pestaña puede enfriarse efectivamente mediante el mismo circuito de enfriamiento que enfría el cuerpo de la celda de la batería. El enfriamiento por tabulación en combinación con un material más frío eléctricamente no conductor permite una amplia selección de materiales, ya que el material solo necesita tener una conductividad térmica superior a 0,2W/mK. Los materiales adecuados pueden tener una conductividad térmica en el rango de 3 W/mK a 5 W/mK, pero los materiales con conductividad térmica entre 0,2 W/mK y 50 W/mK ofrecen una amplia variedad. Esto puede permitir la optimización de las cualidades mecánicas y el precio del material utilizado, de modo que se puedan lograr ahorros en sistemas de alto volumen. Por el contrario, los métodos de enfriamiento que requieren metales u otros conductores térmicos extremadamente buenos, con una conductividad térmica superior a 100 W/mK, conducen a una elección relativamente limitada del material. Además, hay ahorros de costos debido a la vida útil mejorada, si las celdas de la batería se enfrían de manera más efectiva. Otra ventaja de usar un material eléctricamente no conductor es que no hay volumen por el cual se pueda transferir el ruido electromagnético, por lo que cumplir con los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) para el sistema de almacenamiento de energía es más fácil de lograr que con placas o canales de enfriamiento metálicos.

[0045] La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el montaje típico de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la invención. Cada uno de una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía 23 que componen un módulo de almacenamiento de energía, está provisto 40 de enfriadores 22. Los pares de enfriadores del dispositivo así formados están alineados, de modo que un lado de cada dispositivo está en contacto térmico con un lado de su enfriador. Los enfriadores están en comunicación fluida con el suministro de fluido del sistema de enfriamiento 5 en paralelo y los dispositivos de almacenamiento de energía 23 están conectados eléctricamente en serie. Aparte de en los extremos de la fila de pares de dispositivo-enfriador dentro de un módulo 10, el otro lado del dispositivo de almacenamiento de energía es adyacente a la otra superficie del enfriador del siguiente par en línea. Si se requiere una pared de presión, el efecto de enfriamiento en la superficie del dispositivo de almacenamiento de energía del siguiente enfriador 22 en línea se reduce en comparación con el efecto de su propio enfriador. Sin embargo, las pestañas de celda de cada dispositivo de almacenamiento de energía están dispuestas 43 para estar en contacto térmico con ambos enfriadores adyacentes 22.

[0047] El diseño es preferible a proporcionar un bucle de enfriamiento adicional dentro del módulo dirigido a las pestañas, ya que esto sería mecánicamente difícil de diseñar alrededor de los sensores que se pueden colocar en la parte superior de la celda. Incluso agregar una rejilla de tuberías de enfriamiento en un material no conductor debajo del punto de soldadura de la pestaña de la celda de la batería agregaría costo y complejidad en comparación con el uso o la adaptación del enfriador de la celda de la batería como se describió anteriormente.

[0049] Aunque los ejemplos detallados se han proporcionado con respecto a celdas electroquímicas, tales como baterías, por ejemplo baterías de iones de litio, alcalinas o de NiMh, u otras, la invención no se aplica a otros tipos de unidades de energía almacenada, en particular condensadores no cilíndricos, ultracondensadores o supercondensadores, celdas de combustible u otros tipos de almacenamiento de energía que tienen una superficie que puede ser enfriada por un enfriador y que también puede sufrir si la temperatura de los módulos de las unidades de energía almacenada se sale regularmente de un rango de operación preferido, reduciendo la vida útil general y aumentando.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un sistema de almacenamiento de energía, el sistema comprende al menos un módulo de almacenamiento de energía, cada módulo comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía; en donde el dispositivo de almacenamiento de energía está diseñado como una celda de batería; cada dispositivo de almacenamiento de energía comprende al menos una pestaña de celda eléctricamente conductora conectada eléctricamente a electrodos del dispositivo de almacenamiento de energía, un extremo de la al menos una pestaña de celda eléctricamente conductora que sobresale del dispositivo de almacenamiento de energía; en donde el módulo de almacenamiento de energía comprende además un enfriador para cada dispositivo de almacenamiento de energía, el enfriador comprende uno o más canales de enfriamiento cerrados en contacto térmico con una superficie del dispositivo de almacenamiento de energía;

en donde los canales de enfriamiento del enfriador comprenden un material eléctricamente no conductor; en donde el material de los canales de enfriamiento es térmicamente conductor y en donde el enfriador comprende además una sección de los canales de enfriamiento acoplados térmicamente al extremo sobresaliente de la pestaña de celda,

en donde las paredes del canal forman además una sección elevada en un extremo del enfriador para conectar la pestaña de celda.

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el enfriador comprende uno o más canales de fluido de enfriamiento entre una entrada de fluido y una salida de fluido que forman una trayectoria de flujo serpenteante, o múltiples trayectorias de flujo paralelas.

3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el enfriador comprende un material que tiene una conductividad térmica de entre 0,2 W/mK y 50 W/mK.

4. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material comprende uno de poliamida o termoplástico.

5. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el dispositivo de almacenamiento de energía comprende dos pestañas de celda.

6. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde las pestañas de celda comprenden uno de aluminio o cobre niquelado.

7. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el fluido de enfriamiento comprende agua.

8. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el fluido de enfriamiento comprende además al menos uno de un aditivo inhibidor de la corrosión, un aditivo anticongelante; y un aditivo inhibidor del biocrecimiento.

9. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las celdas comprenden celdas de iones de litio.