MX2011006379A - Modulo de bateria electrica termoestabilizada. - Google Patents

Modulo de bateria electrica termoestabilizada.

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Abstract

Celdas eléctricas (6) colocadas dentro de una carcasa (1) están en contacto térmico con una celda de peltier proporcionando transferencia de calor hacia o fuera de un paquete de celdas, donde las placas separadoras termo-conductoras (5) que contactan con al menos una pared lateral (2) se colocan dentro de dicha carcasa con las celdas eléctricas (6) colocada entre las placas (5), y la pared lateral (2) de la carcasa (1) estando en contacto con dichas placas separadoras (5) que se encuentran en contacto térmico con dicha celda de peltier (8).

Description

Módulo de batería eléctrica termoestabilizada Un objeto de esta invención es un módulo termoestabil izado que comprende baterías eléctricas para usarse en dispositivos eléctricos estacionarios y móviles, especialmente en carros con una unidad de accionamiento eléctrica o híbrida.
Los paquetes de baterías eléctricas usados en los carros eléctricos comprenden un número de celdas conectadas en módulos. Para generar una capacidad de energía de las baterías, amperaje o voltaje deseado, las celdas se conectan eléctricamente en serie, paralelo o combinaciones de éstas, es decir un sistema serie-paralelo, y las celdas se apilan para ocupar el menos espacio posible. Para equipar un carro eléctrico con una cabina de pasajeros y una cajuela lo más grande posible, el espacio para colocar los módulos de baterías deben ser minimizados. Por otra parte, el funcionamiento (descarga) así como cargar las baterías genera una cantidad sustancial de energía térmica, y, por lo tanto, el valor de la temperatura de dichos módulos debe ser controlado. Con el fin de ocupar la menos cantidad de espacio las celdas deben apilarse de manera muy ajustada, mientras que para controlar la temperatura se deben proporcionar canales de transferencia de calor adecuados entre las celdas particulares de un paquete de baterías, sin embargo, esto requiere de más espacio para los paquetes de baterías. Estas dos exigencias deben realizarse en el estado del arte mediante soluciones técnicas mutuamente contradictorias. A partir de la descripción de patente E 1753058 se conoce un módulo de baterías eléctricas que tiene canales de flujo de aire entre las celdas en una batería. La batería se enfría por medio de separadores aleteados con aberturas a través de las cuales un medio de enfriamiento puede fluir A partir de la descripción de patente US4314008 se conoce un sistema de termo-estabilización para un módulo de baterías, en el cual un conjunto de celdas eléctricas se puede calentar o enfriar dependiendo de las necesidades. Para este fin las baterías eléctricas termoestabil izadas se localizan en una carcasa aislante y trabajan juntas con una bomba de calor la cual, dependiendo de las condiciones térmicas reales, transfiere calor hacia o fuera de una batería. Cuando se usa una bomba de calor a celda de Peltier que tiene dos planos paralelos entre los cuales se conduce el calor. Esta celda de Peltier hace contacto, en un lado, a través de un bloque termo conductor intermedio, con un paquete de baterías, y en el otro lado, directamente con un radiador, que es un cierre de la carcasa aislante. Al conmutar la polarización y el voltaje de la corriente que fluye hacia la celda de Peltier, se logra el calentamiento o enfriamiento deseado de una batería, y como resultado se logran también mejores parámetros de funcionamiento y una vida más larga de las celdas eléctricas.
A partir de la descripción de patente DE 101 14 960 se conoce la construcción de una carcasa para baterías en donde las celdas de las baterías se colocan en estantes, los estantes estando en contacto térmico con la celda de Peltier que transfieren el calor fuera o al interior de la carcasa para enfriar o calentar las celdas, dependiendo de las necesidades. Además, el dispositivo conocido comprende un intercambiador de calor de canal con un ventilador, el cual se une a la pared lateral de la carcasa.
Es un objeto de esta invención construir un módulo de baterías para permitir la termo- , estabilización de celdas eléctricas sin un incremento sustancial del espacio de almacenamiento del módulo de baterías. Otro objeto de esta invención es construir una carcasa de las celdas eléctricas, que sea fácil de ensamblar y proporcione una transmisión de calor efectiva.
Un objeto adicional de esta invención es construir medios para sujetar una celda de Peltier que facilite ensamblar dicha celda de Peltier en las carcasas de los paquetes de celdas eléctricas.
De acuerdo con la invención, las celdas eléctricas en un módulo de baterías eléctricas termoestabilizado se localizan dentro de una carcasa y se mantienen en contacto térmico con una celda de Peltier, dicho contacto proporcionando la transferencia de calor desde o hacia dicho paquete de celdas eléctricas. La solución se caracteriza porque las placas separadoras térmicamente conductoras las cuales se mantienen en contacto con al menos una pared lateral de la carcasa se sujetan dentro la carcasa con las celdas eléctricas colocadas entre dichas placas separadoras , mientras dicha pared lateral de la carcasa que contacta con las placas separadoras se encuentra en contacto térmico con la celda de Peltier, y las celdas eléctricas se sujetan por medio de las placas térmicamente conductoras con sus caras más grandes, mientras la celda de Peltier se mantiene en contacto térmico con un intercambiador de calor líquido, dicho intercambiador teniendo un radiador así como un colector de fluido de enfriamiento que tiene aberturas de salida y entrada.
También es ventajoso cuando la celda de Peltier y el intercambiador de calor líquido se colocan en un marco de posicionamiento y se presionan a través de una placa de sujeción esencialmente hacia la parte media de la pared lateral de la carcasa por medio de tornillos de doble cara.
En otra modalidad ventajosa, las celdas eléctricas colocadas en la carcasa y separadas por las placas separadoras se sujetan juntas por medio de tornillos de doble cara.
Ventajosamente, las placas separadoras tienen sus bordes traseros flexionados en un ángulo de 90° contactando con la pared lateral y se remachan juntos con dicha pared lateral de la carcasa.
En una solución ventajosa las placas separadoras y la pared lateral de la carcasa se hacen de aluminio.
Un objeto de esta invención se muestra en modalidades ejemplares en un dibujo en el cual La Fig. 1 presenta una sección de una carcasa para celdas eléctricas, así como una celda de Peltier y un intercambiador de calor líquido; La Fig. 2 presenta una sección del intercambiador de calor líquido; La Fig. 3 presenta el intercambiador de calor líquido en una vista en perspectiva despiezada; La Fig. 4 presenta una sección del módulo de baterías eléctricas La Fig. 5 presenta a vista en perspectiva de la carcasa con las celdas eléctricas sobresaliendo parcialmente y con el intercambiador de calor líquido en una vista en despiece; La Fig. 6 presenta una pared lateral de la carcasa; La Fig. 7 presenta una placa separadora de la carcasa; La Fig. 8 presenta la placa base de la carcasa; y La Fig. 9 presenta la placa tapa de la carcasa.
En la modalidad mostrada en Fig. 1 la carcasa 1 del módulo que comprende celdas eléctricas tiene, de acuerdo con la invención, una pared lateral 2 conectada a una placa base 3 y a una placa tapa 4. Ocho placas separadoras paralelas 5 con celdas eléctricas 6 mostradas en Fig. 2 localizadas entre dichas placas separadoras se colocan entre la placa base 3 y la placa tapa 4, en donde la celda eléctrica inferior más externa 6 se localiza en el área entre la placa separadora inferior 5 y la placa base 3 y la celda eléctrica superior más externa 6 se localiza en el área entre la placa separadora superior 5 y la placa tapa 4.
Para proporcionar un contacto térmico entre las placas conectadas a la pared lateral 2 de la carcasa 1 las placas separadoras 5 y la placa tapa 4, así como la placa base 3 se conectan a la pared lateral 2 por medio de remachado. El remachado proporciona una sujeción de dos vías para una transferencia de calor efectiva entre las placas conectadas. La efectividad de la transferencia de calor entre la pared lateral de aluminio 2 y las placas separadoras de aluminio 5 se han incrementado adicionalmente a través de la aplicación de una pasta termo-conductora, la cual se aplica sobre las superficies mutuas de contacto de las placas que se van a remachar.
Además, la placa base 3 y la placa tapa 4 se conectan entre si por medio de cuatro tornillos de doble cara 7. Las celdas eléctricas 6 apiladas dentro de la carcasa 1 y separadas por medio de las placas separadoras 5 se sujetan entre las placas adyacentes por medio de los tornillos de doble cara 7, lo que hace que la totalidad de una celda esté en contacto estrecho con la placa conductora de calor apropiada. La transferencia de calor se aumenta significativamente después de aplicar pasta termo-conductora sobre las superficies donde las celdas 6 están en contacto con las placas separadoras 5.
Una superficie de una celda de Peltier 8 se presiona contra la superficie exterior de la pared lateral de aluminio 2, y la segunda superficie se presiona contra un intercambiador de calor líquido 9 que comprende un radiador 10 y un colector de fluido de enfriamiento 1 1 con aberturas de entrada y salida. El intercambiador de calor líquido 9 antes mencionado se localiza en un marco de posicionamiento 12 y se presiona contra la celda de Peltier 8 a través de una placa de sujeción 13 por medio de tornillos de doble cara 14 atornillados en la pared lateral 2.
La Fig. 3 es una vista en perspectiva detallada despiezada del intercambiador de calor líquido 9. Los tornillos de doble cara 14 se atornillan en la parte media de la placa lateral 2 con el marco de posicionamiento 12, que tiene una abertura cuadrada, posicionando la celda de Peltier 8, que está en contacto con el radiador 10 conectado herméticamente por medio de un anillo de sellado al colector 1 1. Para proporcionar una mejor transferencia de calor una capa de pasta termo-conductora se aplica entre la placa trasera y la celda de Peltier 8 que la contacta, así como entre la celda de Peltier 8 y el intercambiador de calor 9 que lo contacta.
Un módulo completo de baterías eléctricas de acuerdo con esta invención mostrado en Fig. 4 comprende la carcasa 1 en la cual las celdas eléctricas 6 se sujetan entre las placas separadoras 5. La celda de Peltier 8 que contacta con el intercambiador de calor se sujeta por uno de sus lados a la pared lateral 2 de la carcasa 1 , y por el otro lado son visibles sensores de temperatura 15, los cuales se localizan cerca de los conectores de los polos de las celdas 16 junto con una placa 17 que comprende un ensamble electrónico que toma el voltaje de todas las celdas eléctricas 6, dicha placa estando conectada a un sistema de control de baterías.
Una vista en perspectiva pre-ensamblada de los componentes del módulo de acuerdo con la invención se muestra en Fig. 5, con nueve celdas eléctricas 6 que sobresalen parcialmente de la carcasa 1 y una vista despiezada del intercambiador de calor líquido 9 con la celda de Peltier 8.
Como se muestra en la Fig. 6, cuatro tornillos de doble cara 14 se atornillan en la parte media de la pared lateral 2, y es sus lados se hacen cincuenta y cuatro aberturas para sujetar con remaches ocho placas separadoras 5 y la placa tapa 4, mientras la parte inferior de la pared lateral 2 diseñada para conectarse con la placa base se flexiona en un ángulo de 90°. La forma de la placa separadora 5 se muestra en la Fig. 7. la placa separadora 5 tiene su borde trasero 18 flexionado en un ángulo de 90° con abertura para los remaches hechos en este.
Debido a que cada una de las placas separadoras 5 colocadas en la carcasa 1 tiene su borde trasero 18 contactando con la pared trasera 2 y es remachado a esta, la efectividad del intercambio de calor entre las placas conectadas depende principalmente de su superficie de contacto; así, el borde trasero 18 debe ser lo más alto posible, pero debido a razones constructivas esta altura tiene que ser menor que la altura de la celda eléctrica 6 que va a ser apilada sobre la placa separadora 5.
Como se muestra en Fig. 8, la placa base 3 de la carcasa 1 se hace en forma de un elemento de lámina de metal plano con orificios de montaje para el tornillo de doble cara 7, mientras que la placa tapa 4 ilustrada en la Fig. 9 además de las aberturas para los tornillos de doble cara 7 tiene también su borde posterior 19 flexionado en un ángulo de 90° con abertura para los remaches hechos en este.
Basado en si el módulo de baterías eléctricas requiere enfriamiento o calentamiento, el sistema de control de baterías da instrucciones para cambiar la polarización del voltaje de la celda de Peltier 8. Un umbral de temperatura para una señal para comenzar el enfriamiento se establece a 25°C, y para comenzar el calentamiento a 0°C.
Dependiendo del valor real de temperatura indicado por los sensores de temperatura 15, los parámetros de suministro de la celda de Peltier 8, o sea, una polarización del voltaje y un valor de amperaje, s establecen dinámicamente en el intervalo de voltaje de - 12 V a + 12 V, y en intervalo de amperaje de - 6 A a + 6 A. La pared lateral 2 junto con las placas separadoras 5 conectadas con esta, la placa base 3 y la placa tapa 4, y en efecto cada una de las celdas eléctricas 6 colocadas entre dichas placas en la carcasa son en efecto enfriadas o calentadas dependiendo de la polarización de un voltaje a la celda de Peltier 8 en el módulo de acuerdo con la invención.

Claims (7)

Reivindicaciones
1. Un módulo de batería eléctrica termoestabilizada en el cual las celdas eléctricas (6) se colocan dentro de una carcasa (1) y se encuentran en contacto térmico con una celda de Peltier (8) que transfiere calor desde o hacia un paquete de celdas eléctricas, caracterizado porque placas separadoras térmicamente conductoras (5) que se mantienen en contacto con al menos una pared lateral (2) de la carcasa ( 1 ) se sujetan dentro de la carcasa (1 ) con las celdas eléctricas (6) colocadas entre dichas placas separadoras (5), mientras que dicha pared lateral (2) de la carcasa (1 ) que contacta con las placas separadoras (5) está en contacto térmico con la celda de Peltier (8) y las celdas eléctricas (6) se sujetan por las placas térmicamente conductoras (5) con sus caras más grande, mientras la celda de Peltier (8) está en contacto térmico con un intercambiador de calor líquido (9).
2. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el intercambiador de calor líquido (9) comprende un radiador (10) y un colector de fluido de enfriamiento (1 1 ) con aberturas de entrada y salida.
3. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la celda de Peltier (8) junto con el intercambiador de calor líquido (9) se colocan en un marco de posicionamiento (12) y se presionan por medio de tornillos de doble cara (14) a través de una placa de sujeción (13) esencialmente contra una parte media de la pared lateral (2) de la carcasa (1 ).
4. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque las celdas eléctricas (6) colocada en la carcasa (1 ) y separadas por las placas separadoras (5) se sujetan juntas por medio de tornillos de doble cara (7).
5. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque las placas separadoras (5) tienen sus bordes traseros (18) flexionados en un ángulo de 90° contactando con la pared lateral (2).
6. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque las placas separadoras (5) se remachan juntas con la pared lateral (2) de la carcasa (1).
7. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque las placas separadoras (5), así como la pared lateral (2) de la carcasa (1 ) se hacen de aluminio.
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