BATERIA DE ELECTROLITO LIQUIDO CON MEZCLA DINAMICA Y PROTECCION CONTRA SOBRECALENTAMIENTO.

Batería de electrolito líquido con mezcla dinámica de electrolito y protección contra sobrecalentamiento,

que presenta:

- una carcasa (1) con un fondo (1e),

- electrodos (2) que están dispuestos en posición vertical en la carcasa (1),

- un electrolito líquido (3) y

- un calentador (4) dispuesto junto al fondo de carcasa (1e), caracterizada porque

- el calentador (4) está configurado de tal modo que

- la zona calentada del fondo de carcasa (1e) corresponde a lo sumo al 60% de la superficie del fondo de carcasa (1e) y

- la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) se extiende en ángulo recto y centrada con respecto a todas las placas de electrodos (2),

- dentro de la carcasa de batería está dispuesto un dispositivo de mezcla con una protección contra sobrecalentamiento con las siguientes características:

- entre el fondo de carcasa (1e) y el borde inferior (2a) de los electrodos (2) está dispuesta una placa de protección térmica (5), siendo la superficie de la placa de protección térmica (5) al menos un 20% mayor que la superficie de la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) y estando dispuesta la placa de protección térmica (5) de tal modo que la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) está cubierta uniformemente por todas partes,

- entre las paredes verticales de la carcasa y los bordes laterales de los electrodos están dispuestas dos placas (6a, 6b) cuya zona superior está configurada como un embudo extractor (7a, 7b), sobresaliendo el borde superior del embudo extractor (7a, 7b) unos milímetros por encima del nivel del electrolito (3a), de modo que, con el movimiento de la batería que se produce típicamente en un vehículo, el electrolito (3) salta al interior de los embudos extractores (6a, 6b)

Batería de electrolito líquido con mezcla dinámica y protección contra sobrecalentamiento.

La invención se refiere a una batería de electrolito líquido, como por ejemplo una batería de plomo-ácido, utilizada por ejemplo como batería para arranque de vehículos.

El esfuerzo de la industria automovilística para lograr una construcción ligera afecta también al ahorro de peso en las baterías. Sin embargo, al mismo tiempo aumenta la exigencia de un mayor rendimiento de las baterías, ya que, además de la energía usual para el arranque, por ejemplo de un automóvil de turismo, también se requiere energía para equipos adicionales, tales como elevalunas eléctricos, servomotores para regular los asientos o también para la calefacción eléctrica de los asientos. Además es deseable mantener el rendimiento de la batería en un nivel alto y constante a lo largo de la vida útil de ésta, ya que también es creciente el empleo de controles y accionamientos eléctricos para unidades funcionales relevantes para la seguridad, tales como la dirección y los frenos. En adelante, por "rendimiento de batería" se entiende la capacidad de la batería y también su poder para suministrar corriente o para absorber corriente. Existen distintos factores, conocidos por los especialistas, que influyen en el rendimiento de las baterías.

En el estado actual de la técnica se conocen diversas medidas para aumentar el rendimiento de una batería de electrolito líquido, como por ejemplo una batería de plomo-ácido. Un problema específico de estas baterías consiste en que su rendimiento depende en gran medida de la temperatura de batería. En un régimen de funcionamiento admisible se ha de contar con una disminución de la capacidad de aproximadamente el 0,6 al 0,8% o más por grado Celsius. Si se supone que una temperatura de servicio óptima es de aproximadamente 30 grados Celsius y que la batería se utiliza a -20 grados Celsius, por ejemplo para accionar el motor de arranque de un vehículo, esta batería ya sólo presenta un 60% de su capacidad. No obstante, los especialistas saben que existen otros factores de influencia que reducen la capacidad de la batería. Un factor de influencia esencial consiste en la, así llamada, estratificación del ácido, es decir, la concentración del ácido no es uniforme con respecto a la superficie de los electrodos. A causa de ello, los electrodos se corroen en aquellos lugares en los que la concentración del ácido es muy alta, lo que reduce la vida útil de la batería, y en los lugares de los electrodos en los que la concentración del ácido es demasiado baja la batería no alcanza su pleno rendimiento.

Como es sabido, los vehículos con motor de combustión interna que han estado parados a temperaturas inferiores a cero grados Celsius durante un tiempo prolongado, por ejemplo más de 8 horas, se arrancan mejor si la batería enfriada se calienta antes del arranque.

Por ello se han desarrollado numerosos dispositivos de calentamiento de baterías que presentan diferentes ventajas y desventajas y que se describen, por ejemplo, en los documentos DE 2812876, US 2440369, DE 1496134, DE 4027149 A1 o DE 10014848.

Los dispositivos de calentamiento de baterías se pueden clasificar desde distintos puntos de vista.

Un grupo está relacionado con el calentamiento de la batería por intercambio térmico. Por ejemplo se ha propuesto disponer tubos de intercambio térmico en la pared exterior de una batería, a través de los cuales se conduce líquido refrigerante caliente del motor.

También existen múltiples propuestas de calefacciones eléctricas, pudiendo dividirse este grupo en dos subgrupos.

Existe una serie de ideas consistentes en disponer láminas de calefacción en la pared exterior de la batería o incluso dentro de la misma, y suministrar la energía eléctrica desde una fuente externa, por ejemplo desde una conexión a la red de 220 V en caso de un vehículo aparcado en un garaje. Aquí siempre hay suficiente energía disponible, de modo que la batería se puede mantener a una temperatura predeterminada independientemente de la temperatura exterior. También es posible obtener la energía del alternador cuando el vehículo está en marcha.

En el segundo subgrupo, la energía para calentar la batería se obtiene de la propia batería. Esto es necesario cuando el vehículo está estacionado en la calle y no existe ninguna posibilidad de suministrar energía eléctrica desde una fuente externa. Ya se ha propuesto dotar la batería de un buen aislamiento térmico y mantenerla a una temperatura a ser posible óptima mediante auto-calentamiento. Este método únicamente tiene sentido si el vehículo sólo está parado y se enfría durante aproximadamente 8 a 15 horas y después vuelve a ser utilizado, es decir, el aislamiento térmico de la batería ha de ser tan bueno que ésta se debe poder mantener al nivel de temperatura deseado mediante auto-calentamiento durante estas aproximadamente 8 a 15 horas.

Sin embargo, si el vehículo está parado durante varios días, la energía contenida en la batería no es suficiente para mantener ésta a la temperatura deseable, ni siquiera en caso de una batería bien aislada. En estos casos, la batería no se ha de calentar hasta que esté previsto arrancar el vehículo.

Por ello se ha propuesto en varias ocasiones no calentar la batería fría hasta poco antes del arranque del vehículo. Una de las diversas posibilidades de calentar rápidamente una batería consiste en una aportación de calor en el fondo de la batería.

Por ello, en el documento DE 10014848 C2 se propone disponer la batería sobre una placa calefactora. En este contexto no importa si se trata de una placa calefactora usual que se puede calentar eléctricamente o -como en el caso descrito en el documento DE 10014848 C2- de una unidad electrónica que genera calor residual y que en realidad se utiliza para otros fines.

Como todo cuerpo material, una batería de arranque tiene una capacidad térmica predeterminada. Para calentar una batería fría hasta un nivel de temperatura predeterminado se ha de aportar una energía térmica predeterminada. Es deseable que la batería se pueda calentar en el menor tiempo posible. Esto sólo es posible si la placa calefactora se calienta con la intensidad adecuada.

Sin embargo, dado que el calor se distribuye de forma relativamente lenta debido a la mala conducción térmica del ácido, es decir, dado que la compensación de la temperatura tiene lugar lentamente, en los lugares en los que se aporta la energía térmica se pueden producir daños en los electrodos. Los especialistas saben que una batería de plomo-ácido se puede deteriorar de forma irreversible en caso de sobrecalentamiento, aunque sea breve, por ejemplo por encima de 50 grados Celsius.

Por ello, frente a la exigencia de un calentamiento rápido de la batería está la exigencia de que la batería se debería calentar con el mayor cuidado posible, es decir, lentamente, para que no se deteriore. La solución a esta contradicción técnica constituye el objeto de la invención.

Este objetivo se ha resuelto con una batería de electrolito líquido de acuerdo con la reivindicación 1.

Esta batería presenta una mezcla dinámica de electrolito con una protección contra sobrecalentamiento. En una carcasa con un fondo de carcasa están dispuestos unos electrodos en posición vertical. La carcasa está llena de un electrolito líquido. En el fondo de la carcasa está dispuesto una barra calefactora eléctrica. Esta barra calefactora está configurada de tal modo que la zona susceptible de calentarse del fondo de la carcasa corresponde a lo sumo al 60% de la superficie del fondo de la carcasa y la barra calefactora se extiende en ángulo recto y centrada con respecto a las placas de electrodos, lo que se explica más detalladamente en el ejemplo de realización.

También está previsto un dispositivo de mezcla con una protección contra sobrecalentamiento con las siguientes características:

Entre el fondo de la carcasa y el borde inferior de los electrodos está dispuesta una placa de protección térmica a lo largo de la barra calefactora y centrada con respecto a ésta. La superficie de la placa de protección térmica es al menos un 20% mayor que la superficie de la barra calefactora, que está en contacto directo con el fondo de la carcasa de la batería.

Entre las paredes verticales de la carcasa y los bordes laterales de los electrodos están dispuestas dos placas cuya zona superior está configurada como un embudo extractor,...

1. Batería de electrolito líquido con mezcla dinámica de electrolito y protección contra sobrecalentamiento, que presenta:

- una carcasa (1) con un fondo (1e),

- electrodos (2) que están dispuestos en posición vertical en la carcasa (1),

- un electrolito líquido (3) y

- un calentador (4) dispuesto junto al fondo de carcasa (1e),

caracterizada porque

- el calentador (4) está configurado de tal modo que

- la zona calentada del fondo de carcasa (1e) corresponde a lo sumo al 60% de la superficie del fondo de carcasa (1e) y

- la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) se extiende en ángulo recto y centrada con respecto a todas las placas de electrodos (2),

- dentro de la carcasa de batería está dispuesto un dispositivo de mezcla con una protección contra sobrecalentamiento con las siguientes características:

- entre el fondo de carcasa (1e) y el borde inferior (2a) de los electrodos (2) está dispuesta una placa de protección térmica (5), siendo la superficie de la placa de protección térmica (5) al menos un 20% mayor que la superficie de la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) y estando dispuesta la placa de protección térmica (5) de tal modo que la zona susceptible de calentarse del fondo de carcasa (1e) está cubierta uniformemente por todas partes,

- entre las paredes verticales de la carcasa y los bordes laterales de los electrodos están dispuestas dos placas (6a, 6b) cuya zona superior está configurada como un embudo extractor (7a, 7b), sobresaliendo el borde superior del embudo extractor (7a, 7b) unos milímetros por encima del nivel del electrolito (3a), de modo que, con el movimiento de la batería que se produce típicamente en un vehículo, el electrolito (3) salta al interior de los embudos extractores (6a, 6b).

2. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque la placa de protección térmica (5) presenta agujeros (8).