Acumulador de lítio.

Un acumulador de litio que contiene electrodos positivos y negativos (4a, 4b) con un espesor mínimo de 0,5 mm, separados por separadores

(5), en el que cada electrodo (4a, 4b) se coloca en un orificio (31) en un bastidor metálico (3), como parte de un conjunto de bastidores (3) dispuestos en una pila entre cubiertas marginales (1a, 1b), con aislamiento eléctrico (55) entre los bastidores (3) de electrodos de polaridad opuesta y colectores de corriente adicionales (51, 53) para electrodos idénticos, caracterizado porque cada bastidor (3) contiene una pluralidad de orificios idénticamente situados (31) para los electrodos y al menos un canal idénticamente posicionado (32) entre dichos orificios (31) para paso de un medio de intercambio de calor, estando los canales (32) en los bastidores individuales (3) interconectados para constituir pasajes (34) para el medio de intercambio de calor y los electrodos (4a, 4b), situados en los orificios (31) en los bastidores (3 ) forman junto con las paredes adyacentes de los bastidores (3), los separadores (5), el material electro-aislante (55) y colectores de corriente módulos de acumuladores individuales

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2011/054109.

Solicitante: HE3DA s.r.o.

Nacionalidad solicitante: República Checa.

Dirección: Beranovych 130 19900 Praha 9-Letnany REPUBLICA CHECA.

Inventor/es: PROCHAZKA, POLIVKA,JAROSLAV, POSTLER,JIRI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Electrodos > H01M4/02 (Electrodos compuestos de un material activo, o que lo contiene)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/04 (Construcción o fabricación en general (H01M 10/058, H01M 10/12, H01M 10/28, H01M 10/38 tienen prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/42 (Métodos o disposiciones para asegurar el funcionamiento o mantenimiento de las celdas secundarias o de las semi-celdas secundarias (H01M 10/60  tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/02 (Detalles (de partes no activas H01M 2/00, de electrodos H01M 4/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Detalles de construcción o procesos de fabricación... > H01M2/40 (con un circuito de circulación exterior (H01M 8/04 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/052 (Acumuladores a litio)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/613 (Enfriamiento o mantenimiento del frio)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/654 (situado dentro de la carcasa más interna de las celdas, p. ej mandriles, electrodos o electrolitos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/663 (el sistema es un aire acondicionado o un motor)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/6554 (Varillas o placas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/647 (Celdas prismáticas o planas, p. ej. celdas de bolsa)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/6557 (disposiciones entre las celdas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/6568 (caracterizado por circuitos de flujo, p. ej bucles, situados externamente a las celdas o que las envuelven)

PDF original: ES-2547779_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Acumulador de lítio.
Ilustración 2 de Acumulador de lítio.
Ilustración 3 de Acumulador de lítio.
Ilustración 4 de Acumulador de lítio.
Ver la galería de la patente con 10 ilustraciones.
Acumulador de lítio.

Fragmento de la descripción:

ACUMULADOR DE LITIO

Campo Técnico 5

La invención se refiere a un acumulador de litio que comprende electrodos positivos y negativos con un espesor mínimo de 0, 5 mm, separados por separadores, donde cada electrodo se coloca en orificios en un bastidor, que es una parte de un conjunto de bastidores dispuestos en una pila entre cubiertas marginales, con aislamiento eléctrico entre los bastidores de electrodos con polaridad opuesta 10 y colectores adicionales de corriente entre los bastidores de la misma polaridad.

Técnica Anterior

El uso de acumuladores y módulos de acumulador de alta capacidad se asocia con un problema 15 de relación entre la potencia y el peso crecientes del acumulador vs. el espacio disponible para la eliminación de calor generado en las reacciones químicas durante la carga y descarga del acumulador. Cualquier sobrecalentamiento importante del acumulador puede provocar un incendio o una explosión. El funcionamiento del acumulador fuera del rango seguro de temperatura puede también reducir significativamente la vida útil del acumulador. El mantenimiento de la temperatura de funcionamiento en 20 un rango seguro para eliminar los accidentes antes descritos requiere equipo adicional para garantizar un mayor intercambio de calor. Dicho equipo también puede ser necesario donde temperaturas extremadamente bajas reduzcan sustancialmente la potencia del acumulador y es necesario para elevar la temperatura de funcionamiento por intercambio de calor.

Una posible solución a la refrigeración de un conjunto de baterías la ofrece la solicitud de PCT WO2006124663. La solicitud describe un sustrato, un cuerpo correspondiente en el que se colocan los grupos de unidades de batería creando un conjunto de batería resistente a vibraciones, y muestra además tubos de medios de transferencia de calor que pasan a través del conjunto de batería.

Una solución similar con una disposición un tanto diferente de unidades de baterías y tubos de transferencia de calor que pasan a lo largo de secciones individuales de las unidades de batería se divulga en WO2010028692.

En ambos sistemas descritos, el calor se transfiere desde la carcasa de acumulador, no 35 directamente de su espacio interior. Esto reduce lógicamente la tasa de intercambio de calor entre el núcleo de la batería y el medio de enfriamiento.

Según la solicitud de patente alemana DE 10 2008 034 867, la refrigeración del acumulador es proporcionada por los colectores de corriente en células que constan de electrodos de litio planos de 40 película delgada. Los colectores transfieren las pérdidas de calor de la batería a través de una película electro-aislante, térmicamente conductora, a una placa de intercambio de calor en la parte superior del acumulador, que eventualmente puede estar conectada a un sistema de refrigeración de vehículo. En esta disposición, el calor se elimina a través de los colectores de corriente directamente desde el interior del acumulador. El problema sigue estando en una mayor transferencia de calor de estos colectores 45 laminares de corriente al sistema real de intercambio de calor. Por otra parte, la transferencia de calor se reduce usando una película electro-aislante y la capacidad de transferencia de calor está limitada a una placa individual de intercambio de calor.

La solicitud de PCT WO2010031363 da a conocer un acumulador de litio que comprende 50 bastidores de metal dispuestas en una pila, donde cada bastidor contiene una perforación, en la que se coloca un electrodo tridimensional (3D) grueso, y en el que los electrodos de polaridad opuesta están separados por separadores y los bastidores con electrodos de polaridad opuesta están aislados entre sí. Aunque los bastidores metálicos permiten una mejor transferencia de calor desde el interior de la pila de acumuladores, no garantizan una transferencia de calor fiable desde electrodos de gran tamaño y, 55 especialmente, desde módulos con series de pilas dispuestas adosadas entre sí.

Problema Técnico

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un acumulador con un sistema de intercambio de calor que permita la transferencia más eficiente del calor desde el interior de un 5 acumulador, creando así condiciones para la refrigeración intensiva de todos los tipos de acumuladores basados en electrodos tridimensionales, incluyendo sistemas de alta capacidad de almacenamiento.

Otro objetivo de la invención es crear un acumulador que, en conexión con un sistema específico de intercambio de calor ofrezca mayor vida útil y alta seguridad de funcionamiento. 10

Solución técnica

El objeto de esta invención puede lograrse y las deficiencias descritas superarse por un acumulador de litio que contiene electrodos positivos y negativos con un espesor mínimo de 0, 5 mm, 15 separados por separadores, en el que cada electrodo se coloca en un orificio en un bastidor metálico, como una parte de un conjunto de bastidores dispuestos en una pila entre cubiertas marginales, con aislamiento eléctrico entre los bastidores de electrodos de polaridad opuesta y colectores adicionales de corriente para electrodos idénticos, caracterizado porque cada bastidor contiene una pluralidad de orificios situados idénticamente para los electrodos y al menos un canal posicionado de forma idéntica 20 entre dichos orificios para paso de un medio de intercambio de calor, los canales en las bastidores individuales estando interconectados para constituir pasos para el medio de intercambio de calor y los electrodos colocados en los orificios en los bastidores forman junto con las paredes adyacentes de bastidores separadores, material electro-aislante y módulos de acumulador individuales colectores de corriente. 25

De aquí en adelante, se describen otras realizaciones ventajosas de la invención que adicionalmente desarrollan o especifican con más detalle sus características esenciales, pero sin limitar el alcance de la invención.

Las cubiertas incluyen un sistema de ranuras interconectadas en el lado interno, en donde al menos una cubierta está conectada a la entrada de electrolito.

Un tablero de distribución con orificios que conectan el sistema de ranuras con las aberturas en el bastidor se coloca entre la cubierta y el primer bastidor adyacente. Tubos que terminan en los orificios en 35 la placa de distribución se encuentran dentro de los pasajes y conectados al sistema de distribución de medios de intercambio de calor. Se puede utilizar metal expandido o una rejilla en lugar de la placa de distribución en algunos casos.

El sistema de distribución de medio intercambiador de calor puede incluir una bomba y un 40 intercambiador de calor externo.

Ventajosamente, el medio de intercambio de calor es un electrolito y los bastidores que llevan electrodos idénticos se proveen con ranuras en su lado adyacente conectando los pasajes con los orificios de electrodos. 45

En una realización sencilla del acumulador con un electrolito como un medio de intercambio de calor, pero sin sistema externo de medio de intercambio de calor, una cubierta comprende una entrada de electrolito y la otra cubierta está provista de una rama de entrada para conectar a una válvula de alivio de aire . Cuando se utiliza el sistema de refrigeración externo de electrolito, una cubierta está conectada 50 a la tubería de entrada del sistema de distribución de electrolito y la otra cubierta está conectada a la tubería de retorno del sistema de distribución de electrolito. El sistema de distribución de electrolito incluye una bomba y un intercambiador de calor externo, donde una unidad de regeneración de electrolito también se puede incorporar en la tubería de retorno.

Los bastidores tienen contactos eléctricos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un acumulador de litio que contiene electrodos positivos y negativos (4a, 4b) con un espesor mínimo de 0, 5 mm, separados por separadores (5) , en el que cada electrodo (4a, 4b) se coloca en un orificio (31) en un bastidor metálico (3) , como parte de un conjunto de bastidores (3) dispuestos en una pila entre 5 cubiertas marginales (1a, 1b) , con aislamiento eléctrico (55) entre los bastidores (3) de electrodos de polaridad opuesta y colectores de corriente adicionales (51, 53) para electrodos idénticos, caracterizado porque cada bastidor (3) contiene una pluralidad de orificios idénticamente situados (31) para los electrodos y al menos un canal idénticamente posicionado (32) entre dichos orificios (31) para paso de un medio de intercambio de calor, estando los canales (32) en los bastidores individuales (3) 10 interconectados para constituir pasajes (34) para el medio de intercambio de calor y los electrodos (4a, 4b) , situados en los orificios (31) en los bastidores (3 ) forman junto con las paredes adyacentes de los bastidores (3) , los separadores (5) , el material electro-aislante (55) y colectores de corriente módulos de acumuladores individuales.

2. El acumulador de litio de la reivindicación 1 en el que las cubiertas (1a, 1b) están provistas de un sistema de ranuras interconectadas (11) en el lado interior, opuestas a los orificios (31) , donde al menos una cubierta (1a) está conectada a la entrada de electrolito (12) .

3. El acumulador de litio de la reivindicación 2 en el que una placa de distribución (2a 2b, ) con aberturas 20 (21) que conectan las ranuras (11) con los orificios (31) en el bastidor (3) está dispuesta entre la cubierta (1a, 1b) y el bastidor adyacente (3) .

4. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en el que se sitúan tuberías de distribución (14) dentro de los pasajes (34) y los extremos de las tuberías de distribución (14) 25 están conectados a un sistema de distribución del medio de intercambio de calor.

5. El acumulador de litio de la reivindicación 4 en el que el sistema de distribución del medio de intercambio de calor incluye una bomba (8) y un intercambiador de calor (18) .

6. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3 en el que el medio de intercambio de calor es electrolito.

7. El acumulador de litio de la reivindicación 6 en el que los bastidores (3) que llevan electrodos idénticos (4a, 4b) están provistos de ranuras (38) en sus superficies adyacentes para conectar los pasajes (34) con 35 los orificios (31) .

8. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones precedentes 6 a 7 en el que una cubierta (1d) comprende una entrada (12) de electrolito y la otra cubierta (1c) está provista de una rama de entrada (16) para conexión a una válvula de alivio de aire. 40

9. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones precedentes 6 a 7 en el que una cubierta (1c) está conectada a una tubería de entrada (81) del sistema de distribución de electrolito y la otra cubierta (1d) está conectada a una tubería de retorno (82) del sistema de distribución de electrolito.

10. El acumulador de litio de la reivindicación 9 en el que el sistema de distribución de electrolito incluye una bomba (8) y un intercambiador de calor (18) .

11. El acumulador de litio de la reivindicación 10 en el que una unidad de regeneración de electrolito (19) está incorporada en la tubería de retorno (82) . 50

12. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11, en donde los bastidores (3) están provistos de contactos eléctricos (57, 58) y láminas conductoras de electricidad (51, 53) se insertan entre los bastidores (3) de polaridad idéntica, con lo cual los bastidores (3) con los contactos (57, 58) de electrodos idénticos (4a, 4b) forman polos de acumulador (52, 54) . 55

13. El acumulador de litio de la reivindicación 12 en el que las láminas conductoras de electricidad (51, 53) están perforadas (56) .

14. El acumulador de litio de la reivindicación 1 a 13 en donde el material electro-aislante (55) es elegido del grupo de óxidos cerámicos Al2O3, SiO2, ZrO2, politetrafluoroetileno, polifluoruro-hexafluoropropeno, policicloolefina.

15. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 14 en donde el material electro-aislante (55) es un material poroso electro-aislante recubierto de plasma.

16. El acumulador de litio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 15 en el que las cubiertas (1c, 1d) están conectadas a un polo del acumulador (52) . 10