ITTO20130424A1 - Unita' per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo - Google Patents
Unita' per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueoInfo
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Description
DESCRIZIONE
“UNITA' PER LA FORNITURA DI ENERGIA ELETTRICA PER MEZZO NAVALE, IN PARTICOLARE MEZZO NAVALE SUBACQUEOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo.
Come à ̈ noto, molti mezzi navali subacquei, ad esempio i siluri, sono propulsi da motori elettrici di elevata potenza che assorbono una corrente estremamente elevata (la corrente di picco può essere dell’ordine di 0,5-1 KA) per un intervallo di tempo estremamente limitato dell’ordine della decina – ventina di minuti.
Per alimentare tali motori elettrici sono normalmente utilizzate delle unità elettriche ad elevata densità di energia quali le pile elettriche di tipo elettrochimico.
Le pile elettriche di tipo elettrochimico generalmente comprendono: una pila elettrica principale di tipo elettrochimico in cui una camera alloggia un elettrolita di tipo anidro (ad esempio idrossido di sodio) ed à ̈ provvista di organi di ammissione controllata di un flusso d’acqua dall’ambiente acquatico, per formare, a seguito dell’esecuzione di un comando di ammissione acqua, un elettrolita liquido e di organi di scarico degli effluenti nell’ambiente acquatico, tipicamente gas, prodotti dalla reazione chimica della pila principale; la camera alloggia un sistema di ricircolo dell’elettrolita fluido verso una pluralità di celle elettrochimiche alloggiate nella camera utilizzante un pompa elettrica; una pila elettrica ausiliaria attivabile in seguito a comando remoto per l’apertura degli organi di ammissione controllata e l’alimentazione della pompa elettrica in modo tale realizzare la formazione ed il ricircolo dell’elettrolita.
Le pile del tipo sopra descritto, come à ̈ evidente dalla descrizione schematica sopra allegata, presentano una struttura estremamente complessa comprendendo organi meccanici, elettrici ed organi atti ad assicurare il flusso di acqua verso ed all’interno della camera. Il malfunzionamento di uno di tali organi può impedire – in tutto o in parte - il funzionamento della pila stessa. Inoltre la reazione chimica che à ̈ alla base della generazione di energia elettrica à ̈ violentemente esotermica; per tale motivo il comportamento delle pile elettrochimiche à ̈ piuttosto “delicato†ed i vari parametri (pressione/temperatura) dell’elettrolita presente nella camera devono essere monitorati con attenzione per prevenire malfunzionamenti e/o funzionamenti potenzialmente pericolosi.
Per risolvere i problemi sopra esposti à ̈ stato proposto l’utilizzo di batterie Litio – ione - Polimeri che vengono normalmente utilizzate in campo automobilistico per la trazione dei veicoli elettrici. Tali batterie forniscono però singolarmente una corrente del tutto insufficiente alla alimentazione del motore elettrico del mezzo; à ̈ pertanto necessario disporre in parallelo più batterie collegando tra di loro i terminali positivi /negativi delle batterie stesse in modo tale da avere una corrente complessiva sufficiente.
Tipicamente le batterie Litio – Ione Polimeri di tipo pouch-cell comprendono un corpo piano di forma rettangolare che alloggia i componenti elettrochimici della batteria stessa ed à ̈ provvisto di un elettrodo positivo /negativo formati da lamelle metalliche (generalmente realizzate rispettivamente in alluminio e rame e di forma rettangolare) che si estendono lungo un lato del corpo piano di forma rettangolare.
Il collegamento di più elettrodi positivi/negativi in forma di lamella tra di loro à ̈ una operazione che comporta una serie di problemi in quanto le resistenze di contatto tra il terminale di uscita ogni singola batteria del parallelo ed il carico, pur presentando valore limitato (ad esempio superiore a 0,02 milli-Ohm), non sono però nulle; a causa delle grandi correnti in gioco tali resistenze possono produrre un forte riscaldamento locale degli elettrodi a lamella (o di parte di essi) danneggiando o rendendo intrinsecamente pericoloso il gruppo di batterie.
Giova infatti ricordare come la “chimica†di tali batterie non sia sicura come quella di altre batterie di uso comune: una batteria Litio Ione polimeri può infatti esplodere se surriscaldata o caricata eccessivamente. Una batteria Litio ione polimeri richiede diversi sistemi di sicurezza obbligatori al suo interno (ad esempio una valvola di sfiato per controllare la pressione interna).
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale in cui sia possibile disporre in sicurezza in parallelo di almeno due batterie di tipo Litio ione Polimeri.
Il precedente scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto questa à ̈ relativa ad una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo comprendente: un involucro isolante atto ad alloggiare una pluralità di batterie al Litio – Ione Polimeri ciascuna delle quali comprende un corpo piano di forma rettangolare che alloggia i componenti elettrochimici della batteria stessa ed à ̈ provvista di un elettrodo negativo/positivo formati da rispettive lamelle metalliche che si estendono lungo un lato del corpo piano di forma rettangolare, caratterizzato dal fatto che le dette batterie comprendono:un primo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista almeno una prima batteria ed una seconda batteria disposte con i rispettivi corpi piani affacciati tra di loro; un secondo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista almeno una prima batteria ed una seconda batteria disposte con i rispettivi corpi piani affacciati tra di loro; il primo ed il secondo gruppo essendo disposti in serie tra di loro; mezzi di interconnessione elettrica e meccanica del primo e del secondo gruppo di batterie comprendenti: un primo conduttore metallico piano portato dal detto involucro; gli elettrodi a lamella delle prime batterie del primo e secondo gruppo essendo disposti con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del primo conduttore metallico; un secondo conduttore metallico sovrapposto al primo conduttore metallico e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella delle prime batterie del primo e del secondo gruppo; gli elettrodi a lamella delle seconde batterie del primo e secondo gruppo essendo disposti con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del secondo conduttore metallico;un terzo conduttore metallico sovrapposto al primo ed al secondo conduttore e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella delle seconde batterie del primo e del secondo gruppo;
un dispositivo di serraggio atto ad applicare una forza alla struttura stratificata formata dal primo, dal secondo e dal terzo conduttore metallico e dagli elettrodi interposti tra i conduttori metallici stessi.
L’invenzione verrà ora illustrata con particolare riferimento ai disegni allegati che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo in cui:
la figura 1 illustra, in vista prospettica, una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale realizzata secondo la presente invenzione;
la figura 2 illustra, in vista esplosa, l’unità di figura 1;
la figura 3 illustra, in scala ingrandita, una porzione dell’unità di figura 2; e
la figura 4 illustra uno schema elettrico equivalente dell’unità di figura 1.
Nella figura 1 à ̈ indicato con 1, nel suo insieme, una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo (siluro).
L’unità 1 comprende un involucro isolante 3 comprendente un corpo a tazza 4 richiudibile con un coperchio isolante piano 5 ed atto ad alloggiare una pluralità di batterie al Litio – Ione Polimeri 7.
Ciascuna batteria 7 (di tipo noto) comprende un corpo piano 11 di forma rettangolare che alloggia i componenti elettrochimici della batteria stessa ed à ̈ provvista di un elettrodo negativo/positivo 12, 13 formati da rispettive lamelle metalliche (normalmente rispettivamente realizzate in alluminio e rame) che si estendono lungo un lato del corpo piano di forma rettangolare 11.
All’interno del corpo a tazza 4 sono alloggiati una pluralità di gruppi di batterie 7 (ad esempio nove gruppi) disposti in serie, inoltre ciascun gruppo comprende (ad esempio tre) batterie disposte in parallelo tra di loro.
Il coperchio isolante piano 5 presente una pluralità di scanalature 14 (figura 1) per permettere l’uscita degli elettrodi positivi / negativi 12,13 dall’involucro 3.
Nell’esempio seguente verranno illustrati due gruppi di batterie disposti in serie, ciascuna gruppo di batterie 7 à ̈ formato da tre batterie disposte in parallelo tra di loro.
Secondo tale esempio à ̈ previsto:
un primo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista una prima batteria 7-a, una seconda batteria 7-b, una terza batteria 7-c disposte con i rispettivi corpi piani 11 affacciati tra di loro in modo tale da realizzare un pacco di batterie avente ingombro ridotto;
un secondo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista una prima batteria 7-d, una seconda batteria 7-e, una terza batteria 7-f disposte anche esse con i rispettivi corpi piani 11 affacciati tra di loro in modo tale da realizzare un pacco di batterie avente ingombro ridotto;
un dispositivo di interconnessione 15 (figure 2 e 3) elettrica e meccanica del primo e del secondo gruppo di batterie comprendente:
un primo elemento conduttore metallico rettangolare piano 20 disposto su una superficie esterna del coperchio 5 dell’involucro 3; il primo elemento conduttore metallico piano à ̈ formato da una piastra di rame ricoperta d’argento; rispettive scanalature 14 (figura 1) si estendono lungo lati maggiori del conduttore metallico piano 20.
gli elettrodi a lamella 12,13 delle prime batterie 7-a, 7-d del primo e secondo gruppo impegnano rispettive scanalature 14 e sono disposte ripiegate con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del primo elemento conduttore metallico piano 20;
un secondo elemento conduttore metallico rettangolare piano 21 (il secondo elemento conduttore metallico piano à ̈ formato da una piastra di rame ricoperta d’argento) sovrapposto al primo elemento conduttore piano 20 e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella 12, 13 delle prime batterie 7-a, 7-d del primo e del secondo gruppo;
gli elettrodi a lamella 12, 13 delle seconde batterie 7-b, 7-7-e del primo e secondo gruppo impegnano rispettive scanalature 14 e sono disposte ripiegate a contatto con lati opposti del secondo elemento conduttore metallico piano 21;
un terzo elemento conduttore metallico rettangolare piano 22 (il terzo elemento conduttore metallico piano à ̈ formato da una piastra di rame ricoperta d’argento) sovrapposto al primo ed al secondo elemento conduttore piano 20, 21 e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella 12, 13 delle seconde batterie 7-b, 7-e del primo e del secondo gruppo;
gli elettrodi a lamella delle terze batterie 7-c, 7-f del primo e secondo gruppo impegnano rispettive scanalature 14 e sono disposte ripiegate con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del terzo elemento conduttore metallico piano 22;
un quarto elemento conduttore metallico rettangolare piano 24 (il quarto elemento conduttore metallico piano à ̈ formato da una piastra di rame ricoperta d’argento) sovrapposto al primo, al secondo ed al terzo elemento piano e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella delle terze batterie 7-c, 7-f del primo e del secondo gruppo; e
un quinto elemento conduttore metallico piano 25 sovrapposto al quarto elemento conduttore 24 e formato da una piastra di alluminio anodizzato.
E’ previsto un dispositivo di serraggio 26 atto ad applicare una forza alla struttura stratificata formata dal primo, dal secondo, dal terzo, dal quarto e dal quinto elemento conduttore metallico piano e dagli elettrodi 12, 13 interposti tra gli elementi stessi.
Il dispositivo di serraggio à ̈ configurato per assicurare la assoluta complanarità degli elementi conduttori metallici piani della struttura stratificata e degli elettrodi a lamella 12,13 ripiegati ed interposti tra coppie di elementi piani 20-24.
Il dispositivo di serraggio 26 comprende una pluralità di viti 27 ciascuna delle quali comprende una testa 28 atta ad andare in battuta con l’elemento conduttore metallico piano più esterno della struttura stratificata (nell’esempio il quinto elemento conduttore 25) ed uno stelo 29 atto ad avvitarsi in un foro filettato del primo elemento conduttore metallico 20; gli elementi intermedi della struttura stratificata (nell’esempio il secondo, il terzo, il quarto ed il quinto) sono provvisti di fori passanti per il passaggio delle viti 27.
Gli elementi conduttori del primo / del secondo gruppo non facenti parte della serie possono essere collegati tra di loro con dispositivo di interconnessione simile a quello illustrato e comprendente una struttura stratificata in cui à ̈ prevista un primo elemento conduttore 20-u, un elettrodo di una prima batteria che impegna una scanalatura 14 ed à ̈ ripiegato sul primo conduttore, un secondo elemento conduttore sovrapposto al primo, un elettrodo di una seconda batteria che impegna la scanalatura 14 ed à ̈ ripiegato sul secondo conduttore, un terzo elemento conduttore sovrapposto al secondo, un elettrodo di una terza batteria che impegna la scanalatura 14 ed à ̈ ripiegato sul terzo conduttore,un quarto elemento conduttore che preme sul’elettrodo della terza batteria ed un quinto elemento conduttore che à ̈ affacciato al quarto elemento ed assicura, grazie alla presenza delle viti, la stabilità della struttura stratificata.
Il conduttore 20-u può essere collegato con un cavo di alimentazione 30 (indicato con il tratteggio) di potenza per la fornitura di energia elettrica al motore del mezzo.
In base ai test effettuarti dalla richiedente la unità sopra descritta assicura:
- una bassa resistenza di contatto tra gli elettrodi delle batterie disposte in parallelo tra di loro e tra i gruppi di batterie disposti in serie;
- un buon comportamento termico (a causa della bassa resistenza di contatto le perdite per effetto joule diminuiscono sensibilmente);
- un buon collegamento meccanico tra le parti anche in presenza di sollecitazioni (ad esempio vibrazioni).
Si segnala come, in teoria, gli elementi piani 20 e 25 potrebbero anche essere realizzati in materiale non conduttivo, dato che la bassa resistenza di contatto à ̈ garantita dagli elementi conduttori 21,22,24 che forniscono un passaggio di corrente diretto tra gli elettrodi della batteria.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.- Unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo comprendente: un involucro isolante (3) atto ad alloggiare una pluralità di batterie al Litio – Ione Polimeri (7) ciascuna delle quali comprende un corpo piano di forma rettangolare (11) che alloggia i componenti elettrochimici della batteria stessa ed à ̈ provvista di un elettrodo negativo/positivo (12,23) formati da rispettive lamelle metalliche che si estendono lungo un lato del corpo piano di forma rettangolare, caratterizzato dal fatto che le dette batterie comprendono: un primo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista almeno una prima batteria (7-a) ed una seconda batteria (7-b) disposte con i rispettivi corpi piani (11) affacciati tra di loro; un secondo gruppo di batterie in cui à ̈ prevista almeno una prima batteria (7-d) ed una seconda batteria (7-e) disposte con i rispettivi corpi piani affacciati tra di loro; il primo ed il secondo gruppo essendo disposti in serie tra di loro; mezzi di interconnessione elettrica e meccanica (15) del primo e del secondo gruppo di batterie comprendenti: un primo elemento piano (20) portato dal detto involucro (5); gli elettrodi a lamella delle prime batterie (7-a; 7-d) del primo e secondo gruppo essendo disposti con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del primo elemento piano (20); un secondo elemento conduttore piano (21) sovrapposto al primo elemento piano (20) e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella (12,13) delle prime batterie del primo e del secondo gruppo; gli elettrodi a lamella (12,13) delle seconde batterie (7-b;7-e) del primo e secondo gruppo essendo disposti con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del secondo elemento conduttore piano (21); un terzo elemento conduttore piano (22) sovrapposto al primo ed al secondo elemento e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella (12,13) delle seconde batterie (7-d; 7-e) del primo e del secondo gruppo; un dispositivo di serraggio (26) atto ad applicare una forza alla struttura stratificata formata dal primo, dal secondo e dal terzo elemento piano e dagli elettrodi interposti tra i conduttori metallici stessi. 2.- Unità secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun primo / secondo gruppo comprende una terza batteria (7-c; 7-f) disposta con il proprio corpo piano affacciato al corpo piano della seconda batteria; gli elettrodi a lamella (12, 13) delle terze batterie del primo e secondo gruppo essendo disposti con una loro faccia inferiore a contatto con lati opposti del terzo elemento conduttore piano (22); un quarto elemento conduttore piano (24) sovrapposto al primo, al secondo ed al terzo conduttore e disposto a contatto con una faccia superiore degli elettrodi a lamella (12,13) delle terze batterie del primo e del secondo gruppo; il detto dispositivo di serraggio essendo atto ad applicare una forza alla struttura stratificata formata dal primo, dal secondo, dal terzo e dal quarto elemento piano e dagli elettrodi interposti tra gli elementi piani stessi. 3.- Unità secondo la rivendicazione 1 in cui à ̈ previsto un quinto elemento piano (25) sovrapposto al quarto elemento piano; il detto dispositivo di serraggio essendo atto ad applicare una forza alla struttura stratificata formata dal primo, dal secondo, dal terzo, dal quarto e dal quinto elemento piano e dagli elettrodi interposti tra gli elementi piani. 4.- Unità secondo la rivendicazione 3, in cui il primo, il secondo, il terzo, ed il quarto elemento sono realizzati da piastre di rame ricoperte di argento; il quinto elemento piano essendo realizzato in alluminio anodizzato. 5.- Unità secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , in cui il dispositivo di serraggio comprende una pluralità di viti (27) ciascuna delle quali comprende una testa (28) atta ad andare in battuta con l’elemento piano più esterno (24) della struttura stratificata ed uno stelo atto ad avvitarsi in un foro filettato del primo elemento piano (20); gli elementi piani intermedi della struttura stratificata essendo provvisti di fori passanti per il passaggio delle dette viti. 6.- Unità secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo, il secondo e il terzo elemento piano presentano in pianta forma rettangolare. 7.- Unità secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui, l’involucro isolante (3) comprende un corpo a tazza (4) richiudibile con un coperchio isolante piano (5) ed atto ad alloggiare le batterie al Litio – Ione Polimeri (7); rispettive scanalature (14) si estendono lungo lati maggiori del prime conduttore metallico piano (20) per consentire il passaggio degli elettrodi.
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