IT201800007413A1

IT201800007413A1 - “pacco batterie”

Info

Publication number: IT201800007413A1
Application number: IT102018000007413A
Authority: IT
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-01-23
Also published as: WO2020021405A1; EP3826882A1

Description

“PACCO BATTERIE”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce genericamente ad un pacco batterie, in particolare per alimentare un veicolo elettrico come ad es. un’automobile.

Generalmente un pacco-batteria di un’automobile è composto di un gruppo di tante celle collegate in serie e parallelo, per avere tensione e potenza adeguata in uscita, e una scheda elettronica che gestisce il flusso di potenza. Le celle sono fissate a un reticolo di supporto, e a gruppi messe in serie o parallelo da piastre conduttrici.

Nei veicoli ad alte prestazioni spesso le batterie vanno raffreddate dopo e/o durante erogazioni elevate di energia. Parimenti, le batterie vanno riscaldate per veicoli posti in ambienti troppo freddi.

Allo scopo, allora, tra le celle del pacco batterie si snoda un circuito che porta fluido refrigerante o riscaldante, il quale lambisce la superficie esterna delle celle. Ogni cella è un cilindretto formato in realtà da un foglio continuo arrotolato a spirale su se stesso, ove due bordi opposti del foglio rappresentano gli elettrodi di segno opposto della cella. Quindi, lo scambio termico avviene solo con una piccola porzione del foglio, quella corrispondendo alla parte esterna della cella, perché tale porzione scherma tutta la restante zona interna.

In somma, la cella viene raffreddata o riscaldata poco e molto poco uniformemente.

Scopo principale dell’invenzione è migliorare questo stato dell’arte.

Altro scopo è realizzare un pacco batterie in cui lo scambio termico con le celle sia migliore.

Altro scopo è realizzare un pacco batterie che sia semplice da costruire.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un pacco batterie e metodo, secondo la rivendicazione 1 e 10; altre vantaggiose caratteristiche tecniche sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda un veicolo, in particolare elettrico, in particolare un’automobile, dotato del suddetto pacco batterie in una o ciascuna delle varianti qui definite.

Il pacco batterie comprende:

una pluralità di batterie che

hanno un elettrodo superficiale esposto, e

sono disposte tra loro affiancate in modo che l’elettrodo superficiale esposto di ciascuna giaccia su un piano immaginario, e

una piastra (ad es. piatta) in materiale elettricamente conduttore che è

montata giacente su detto piano per collegare assieme gli elettrodi superficiali di uguale polarità della pluralità di batterie, ed è

dotata di almeno un canale interno in cui può scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie.

Grazie alla suddetta piastra viene asportato (portato) calore dalle (alle) batterie partendo da un loro estremo. Il vantaggio è accentuato per le batterie formate da un foglio continuo arrotolato a spirale su se stesso, ove ad es. due bordi opposti del foglio rappresentano gli elettrodi di segno opposto della batteria. Quindi, lo scambio termico con la suddetta piastra può avvenire lungo tutta la lunghezza di un bordo del foglio arrotolato, includendo anche la parte centrale della batteria.

Il vantaggio si trasferisce ad un generico pacco-batteria, che è solitamente composto di un gruppo di tante celle-batteria collegate in serie e parallelo, per avere tensione e potenza adeguata in uscita. Le celle sono fissate a un reticolo di supporto, e a gruppi messe in serie o parallelo da piastre conduttrici.

In particolare il pacco batterie comprende:

una pluralità di batterie che

hanno elettrodi di polarità elettrica opposta rispettivamente esposti ad estremità diametralmente opposte, e

sono disposte tra loro affiancate in modo da avere i poli/elettrodi omologhi (di polarità uguale) su due immaginari piani paralleli, e

una piastra (ad es. piatta) in materiale elettricamente conduttore che è

montata giacente su uno di detti piani per collegare assieme i poli omologhi, ed è dotata di almeno un canale interno in cui può scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie.

Preferibilmente il pacco batterie comprende due piastre, una per ogni polo elettrico, che sono montate giacenti rispettivamente su ognuno di piani.

Le batterie possono avere forma qualsiasi, ad es. cilindrica o prismatica o appiattita.

Le piastre possono essere sagomate per connettere i poli, che nel caso di batteria prismatica o piatta sono spesso solo su un lato.

Per facilità di costruzione, preferibilmente una o ciascuna piastra è formata da due lamine accoppiate una sull’altra e separate solo in corrispondenza di un’intercapedine continua che forma detto canale.

Per facilità di montaggio. una piastra comprende una convessità (ottenuta ad es. per imbutitura) superficiale che è rivolta verso la pluralità di batterie. La convessità ha preferibilmente un’estensione pari circa all’area di estremità di una batteria.

In particolare, vi sono due dette convessità, una per piastra e nello stesso punto. Ancor più in particolare, le due dette convessità sono agli estremi di un segmento ortogonale a detti piani. Così si può montare una batteria tra le due convessità.

Preferibilmente una o ciascuna piastra comprende almeno due di detti canali, ciascuno dotato di un percorso isolato da quello dell’altro canale e ad es. dotato di ingresso e uscita distinti tra loro e da quelli dell’altro percorso. Così è possibile ottimizzare lo scambio termico fra piastra e batterie, ad es. facendo circolare fluido nei percorsi in controcorrente.

Preferibilmente gli almeno due di detti canali, sono distribuiti per coprire uniformemente la superficie della piastra, per massimizzare lo scambio termico.

Per semplificare il circuito di fluido, gli ingressi e le uscite dei canali di una piastra sono tutti collegati in derivazione ad un unico circuito collettore di fluido.

Per generare tensioni diverse, dettate dall’applicazione specifica, il pacco batterie comprende in una variante

due o più moduli ciascuno formato da due dette piaste parallele tra cui e a cui sono collegate elettricamente una pluralità di batterie,

ove le piastre dei moduli sono collegate elettricamente tra loro in serie o parallelo.

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda un metodo per costruire un pacco batterie formato da una pluralità di batterie che

hanno un elettrodo superficiale esposto, e

sono disposte tra loro affiancate in modo che ciascuna abbia l’elettrodo superficiale giacente su uno stesso piano immaginario,

con le fasi di

collegare detti elettrodi con una piastra (ad es. piatta) in materiale elettricamente conduttore, in modo che la piastra giaccia su detto piano per collegare assieme i detti elettrodi delle batterie,

ove la piastra è dotata di almeno un canale interno in cui può scorrere o scorre fluido atto allo scambio termico con le batterie.

Come variante, nel metodo le batterie hanno elettrodi di polarità elettrica opposta rispettivamente esposti ad estremità diametralmente opposte, e sono disposte tra loro affiancate in modo da avere i poli omologhi su due immaginari piani paralleli. Il metodo comprende le fasi di racchiudere a sandwich la pluralità di batterie tra due piastre piatte in materiale elettricamente conduttore, in modo che una piastra giaccia su ciascuno di detti piani per collegare assieme i poli omologhi della pluralità di batterie, ove ogni piastra è dotata di almeno un canale interno in cui può scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie.

Per evitare un cortocircuito indotto dal liquido di raffreddamento (ad esempio acqua o acqua/glicole) che circola tra piastre a tensioni diverse . ad es. nel caso di piastre collegate in serie, il fluido utilizzato è preferibilmente un liquido con caratteristiche elettricamente isolanti (ad esempio 3M™ Novec™ Engineered Fluids).

Ulteriori vantaggi risulteranno chiari dalla descrizione seguente, che si riferisce ad un esempio di realizzazione preferito di pacco batterie in cui:

- la figura 1 mostra una vista laterale parziale del pacco batterie;

- la figura 2 mostra una vista in pianta del pacco batterie.

Il pacco batterie 10 comprendente una pluralità di batterie 12, ad es. di forma cilindrica, che hanno elettrodi 14, 16 di polarità elettrica opposta (+, -) rispettivamente esposti ad estremità diametralmente opposte. Le batterie 12 sono preferibilmente di uguale lunghezza, e sono disposte tra loro affiancate in modo da avere tutti i poli omologhi 12, 14 giacenti su due immaginari piani paralleli P1, P2. Quindi tutti i poli della pluralità di batterie 12 stano ad es. in alto in fig.1, mentre i poli -+ stanno in basso in fig.1.

Una piastra piatta 30 in materiale elettricamente conduttore è montata giacente su ciascuno di detti piani immaginari P1, P2 per collegare assieme i poli omologhi 14, 16 una pluralità di batterie 12. Quindi le batterie 12 sono collegate in parallelo tra loro dalle piastre 30. Ci può anche essere una piastra 30 sola per un solo lato delle batterie 30.

Una o ogni piastra 30 è dotata di almeno un canale interno 36 per farvi scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie 12. Il numero di canali 36 per ogni piastra 30 può variare, ed essere infittito secondo la necessità.

Preferibilmente ciascun canale 36 ha percorso che non si interseca con quello di un altro canale 36, per non mescolare il fluido di scambio termico e massimizzare lo scambio termico. Per lo stesso scopo, si preferisce dotare ogni canale 36 di ingresso e uscita distinti rispetto a quelli di ogni altro canale adiacente.

Si comprende allora da fig.1 che la circolazione nei canali 36 di fluido (ad es. liquido refrigerante) consente un elevato scambio termico con tutta la batteria 12, la quale cede o assorbe calore lungo l’asse geometrico che congiunge gli elettrodi. Soprattutto, la batteria 12 cede o assorbe calore anche dal centro, che in questa configurazione “vede” la stessa impedenza termica dei bordi.

Secondo una preferita forma di esecuzione, la piastra 30 è formata da due lamine 32, 34 accoppiate una sull’altra e separate solo in corrispondenza di un’intercapedine continua che forma detto canale 36. In pratica una o ciascuna delle due lamine 32, 34 si solleva e si incurva localmente rispetto all’altra per creare lo spazio del canale 36.

Secondo una preferita forma di esecuzione, la piastra 30 comprende una convessità superficiale 38 (ottenuta ad es. per imbutitura) che è rivolta verso le batterie 12. La convessità 38 ha una area pari circa all’area di estremità di una batteria 12, e serve come migliorato punto di appoggio sulla piastra 30 per una batteria 12.

Preferibilmente ogni piastra 30 ha nello stesso punto una convessità 38, in particolare piazzate agli estremi di un segmento o asse X ortogonale a detti piani. Quando il segmento o asse X è “occupato” da una batteria 12, essa contatta le piastre 30 tramite due convessità 38 allineate e affacciate.

Per migliorare l’efficienza del fluido circolante nel circuito di riscaldamento e/o raffreddamento, ogni piastra 30 ha una pluralità di canali 36, e distribuiti sulla superficie della piastra 30 per tassellarla uniformemente. Ad es. i canali 36 formano una serpentina.

La struttura di fig.1 consente facilmente di mettere in parallelo e/o in serie varie piastre 30, onde aumentare la tensione o l’amperaggio della batteria totale equivalente. Oppure, con piastre 30 sempre complanari, basta invertire l’orientamento delle batterie 12.

Si veda ad es. in fig.2 la disposizione planare di varie piastre 30 collegate elettricamente fra loro da porzioni comuni 80.

Per massimizzare l’efficienza dello scambio termico, preferibilmente gli ingressi 42 e le uscite 44 dei canali 36 di una piastra 30 sono tutti collegati in derivazione ad un unico circuito 50 collettore di fluido, v. fig.2, formato da due condotti 52, 54 di fluido, andata e ritorno. Così il fluido circolante che interagisce con le batterie 12 percorre canali più corti, e il sistema complessivamente è più semplice.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pacco batterie (10) comprendente: - una pluralità di batterie (12) che hanno un elettrodo superficiale esposto (14, 16), e sono disposte tra loro affiancate in modo che l’elettrodo esposto di ciascuna giaccia su un piano immaginario (P1, P2), e - una piastra (30) in materiale elettricamente conduttore che è montata giacente su detto piano (P1, P2) per collegare assieme gli elettrodi (14, 16) della pluralità di batterie, ed è dotata di almeno un canale interno (36) in cui può scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie (12).
2. Pacco batterie (10) secondo la rivendicazione 1, in cui le batterie hanno elettrodi superficiali (14, 16) di polarità elettrica opposta rispettivamente esposti ad estremità diametralmente opposte, e sono disposte tra loro affiancate in modo da avere elettrodi di uguale polarità su due rispettivi immaginari piani paralleli (P1, P2), il pacco batterie comprendendo una piastra (30) in materiale elettricamente conduttore che è montata giacente su uno di detti piani per collegare assieme gli elettrodi di uguale polarità, ed è dotata di almeno un canale interno (36) in cui può scorrere fluido atto allo scambio termico con le batterie.
3. Pacco batterie (10) secondo la rivendicazione 2, comprendente due dette piastre (30), una per ciascuna polarità di elettrodi di uguale polarità, che sono montate giacenti rispettivamente su ognuno di detti piani (P1, P2).
4. Pacco batterie (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui una o ciascuna piastra (30) è formata da due lamine (32, 34) accoppiate una sull’altra e separate solo in corrispondenza di un’intercapedine continua che forma detto canale (36).
5. Pacco batterie (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui una o ciascuna piastra (30) comprende una convessità superficiale (38) che è rivolta verso la pluralità di batterie ed ha un’estensione pari circa all’area di estremità di una batteria (12).
6. Pacco batterie (10) secondo la rivendicazione 5, comprendente due dette convessità (38), una per piastra, che sono agli estremi di un segmento (X) ortogonale a detti piani.
7. Pacco batterie (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui una o ciascuna piastra (30) comprende almeno due di detti canali (36), ciascuno dotato di un percorso isolato da quello dell’altro canale e dotato di ingresso e uscita distinti tra loro e da quelli dell’altro percorso.
8. Pacco batterie (10) secondo la rivendicazione 7, in cui gli almeno due di detti canali sono distribuiti per coprire uniformemente la superficie della piastra.
9. Pacco batterie (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente: due o più moduli ciascuno formato da due di dette piaste (30) parallele tra cui e a cui sono collegate elettricamente una pluralità di batterie (12), ove le piastre dei moduli sono collegate elettricamente tra loro in serie o parallelo.
10. Metodo per costruire un pacco batterie (10) formato da una pluralità di batterie (12) che hanno un elettrodo superficiale esposto (14, 16), e sono disposte tra loro affiancate in modo che ciascuna abbia l’elettrodo superficiale giacente su uno stesso piano immaginario (P1, P2), con le fasi di collegare tra loro gli elettrodi con una piastra (30) in materiale elettricamente conduttore, in modo che la piastra giaccia su detto piano per collegare assieme gli elettrodi delle batterie, ove la piastra è dotata di almeno un canale interno (36) in cui può scorrere o scorre fluido atto allo scambio termico con le batterie.