PAQUETES DE BATERÍA ADECUADOS PARA SU USO CON APARATOS ALIMENTADOS POR BATERÍA.

Paquete (99) de batería adaptado para conectarse eléctricamente a una herramienta eléctrica y a un cargador de batería,

que comprende: una pluralidad de celdas (72) de batería, teniendo cada celda de batería un primer terminal (72a) de batería y un segundo terminal (72b) de batería, estando ubicadas las celdas (72) de batería unas al lado de otras de modo que conjuntos respectivos de terminales (72a, 72b) de batería conectados eléctricamente están ubicados dentro del mismo plano o sustancialmente el mismo plano, un alojamiento (50, 80) que encierra sustancialmente la pluralidad de celdas de batería, un orificio (52) de entrada de aire de enfriamiento y un orificio (55) de salida de aire de enfriamiento definidos dentro del alojamiento, y al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento que se extiende entre el orificio de entrada de aire de enfriamiento y el orificio de salida de aire de enfriamiento, estando el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento al menos parcialmente definido por al menos una superficie lateral periférica de las celdas (72) de batería y una superficie interna del alojamiento (50, 80), mediante lo cual el aire de enfria- miento puede comunicarse directamente con la al menos una superficie lateral periférica de las celdas de batería, caracterizado por: paredes (86, 87) de fijación primera y segunda que reciben y fijan las celdas (72) de batería dentro del alojamiento (50, 80) y que definen además el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento, estando dispuesta la primera pared de fijación entre el al menos un conducto de aire de enfriamiento y un primer espacio (93) aislado, que está definido al menos parcialmente por la superficie interna del alojamiento, y estando dispuesta la segunda pared de fijación entre el al menos un conducto de aire de enfriamiento y un segundo espacio (95) aislado, que también está definido al menos parcialmente por la superficie interna del alojamiento, en el que los espacios aislados primero y segundo están físicamente aislados o resguardados frente al al menos un conducto de aire de enfriamiento y los terminales (72a, 72b) de batería conectados eléctricamente están dispuestos dentro de los espacios aislados primero y segundo respectivos

Paquetes de batería adecuados para su uso con aparatos alimentados por batería.

La presente invención se refiere a un paquete de batería según el preámbulo de la reivindicación 1. Este paquete de batería está adaptado para acoplarse eléctricamente a un cargador de batería con el fin de cargar las celdas de batería. Además, el paquete de batería está adaptado para conectarse a una herramienta eléctrica con el fin de suministrar corriente a la herramienta.

Hablando en general, los paquetes de batería recargables conocidos se instalan en un cargador de batería con el fin de recargar las baterías. Una pluralidad de baterías individuales o celdas de batería pueden conectarse en paralelo y/o en serie con el fin de proporcionar la corriente de salida y el voltaje de batería deseados. Durante la recarga, las celdas de batería generan normalmente calor, aumentando de ese modo la temperatura de las celdas de batería. Se han propuesto diversas disposiciones para enfriar las celdas de batería durante la operación de recarga.

Las baterías de níquel-hidruro metálico proporcionan una capacidad de batería (densidad de energía) mayor o aumentada en comparación con otras tecnologías de baterías conocidas, tales como baterías de níquel-cadmio, convirtiendo de ese modo las baterías de níquel-hidruro metálico en particularmente adecuadas para accionar herramientas eléctricas. Además, las baterías de níquel-hidruro metálico no incluyen cadmio, proporcionando de ese modo un dispositivo de almacenamiento de potencia más respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, hasta el momento, el uso de baterías de níquel-hidruro metálico se ha limitado en el campo de las herramientas eléctricas, porque las baterías de níquel-hidruro metálico son conocidas por generar una cantidad relativamente grande de calor cuando se utilizan técnicas de carga conocidas para recargar las baterías, especialmente si se realiza una carga relativamente rápida. Si se permite que la temperatura de las celdas de batería de níquel-hidruro metálico llegue a ser superior a una cierta temperatura umbral (normalmente, entre aproximadamente 50º-60ºC para las tecnologías de batería de níquel-hidruro metálico actuales), la vida de la celda de batería puede reducirse significativamente debido al daño interno provocado por la temperatura relativamente alta. Las baterías de níquel-hidruro metálico, por supuesto, también pueden cargarse de manera relativamente lenta con el fin de minimizar la probabilidad de aumentos de temperatura excesivos. Sin embargo, una carga lenta reducirá naturalmente la deseabilidad de utilizar baterías de níquel-hidruro metálico, porque el operador de la herramienta eléctrica debe esperar un tiempo comparativamente más largo para recargar el paquete de batería para un uso adicional.

Por tanto, existe la necesidad desde hace tiempo en el campo de las herramientas eléctricas, así como otros campos que utilizan baterías recargables, de desarrollar diseños de paquete de batería y tecnologías de carga de batería que permitan que las baterías de níquel-hidruro metálico, u otros tipos de baterías que se calienten durante la recarga, se carguen rápidamente sin sobrecalentar ni dañar de ese modo a las celdas de batería.

Además, las herramientas eléctricas accionadas por batería generalmente deben hacerse funcionar usando corrientes relativamente grandes con el fin de hacerlas funcionar con la misma eficiencia y eficacia que las herramientas eléctricas accionadas mediante una fuente de potencia de CA comercial. Por tanto, si se desarrolla un cortocircuito dentro del paquete de batería, podrían resultar graves problemas debido a las corrientes relativamente altas que pueden suministrarse mediante baterías de níquel-hidruro metálico. Por tanto, las celdas de batería preferiblemente se aíslan o resguardan frente a la humedad exterior y sustancias extrañas con el fin de evitar o reducir la posibilidad de cortocircuitos dentro del paquete de batería. Además, es preferible enfriar uniformemente las celdas de batería durante la operación de recarga de modo que todas las celdas de batería se mantengan a sustancialmente la misma temperatura. En este caso, es posible evitar la posibilidad de que una o más celdas de batería alcancen una temperatura que provoque un daño permanente a la celda de batería, y de ese modo convierta el paquete de batería en inoperativo para su propósito pretendido.

La publicación de patente europea n.º 0 940 864, que forma la base para el preámbulo de la reivindicación 1, describe una estructura de paquete de batería para celdas de batería de níquel-hidruro metálico. Sin embargo, este diseño conocido se centra principalmente en enfriar las celdas de batería y no enseña ninguna técnica para proteger las celdas de batería frente a la humedad y sustancias extrañas. De hecho, las celdas de batería de la publicación de patente europea n.º 0 940 864 se enfrían poniendo directamente en contacto las celdas de batería con aire forzado suministrado por el cargador de batería y/o la herramienta eléctrica. Por tanto, la humedad o las sustancias extrañas pueden entrar fácilmente en contacto con los terminales de batería y provocar su degradación, lo que puede conducir a cortocircuitos. Adicionalmente, los paquetes de batería de la publicación de patente europea n.º 0 940 864 se basan en disipadores de calor metálicos con el fin de enfriar uniformemente las celdas de batería dentro del paquete de batería. Sin embargo, un disipador de calor metálico aumentará naturalmente el peso global del paquete de batería, así como el coste de fabricación de los paquetes de batería.

En la publicación de patente europea n.º 0 994 523, el presente solicitante propuso un diseño de paquete de batería en el que una pluralidad de celdas de batería se disponen dentro de un alojamiento de pared doble. Una carcasa interna de manera opcional puede estar formada, o bien completa o bien parcialmente, por un material térmicamente conductor, tal como aluminio. Adicionalmente, la carcasa interna puede estar directamente en contacto con las celdas de batería con el fin de enfriar uniformemente las celdas de batería. Además, la carcasa interna puede rodear sustancialmente o encerrar las celdas de batería con el fin de proteger las celdas de batería frente a la humedad exterior y sustancias extrañas. Además, la carcasa interna puede estar alojada o dispuesta dentro de una carcasa externa y un conducto de aire de enfriamiento puede estar definido entre las carcasas interna y externa. Por tanto, el diseño de paquete de batería de la publicación de patente europea n.º 0 994 523 permite enfriar uniformemente las celdas de batería mientras se impide que la humedad y las sustancias extrañas entren en contacto con los terminales de batería. Adicionalmente, el alojamiento doble sirve para proteger al operador de la herramienta eléctrica en el caso de que se produzca un cortocircuito entre las celdas de batería.

Por tanto, la publicación de patente europea n.º 0 994 523 proporciona un diseño de paquete de batería comercialmente útil, que enfría eficazmente las baterías de níquel-hidruro metálico durante la operación de recarga e impide eficazmente la degradación que podría conducir a cortocircuitos peligrosos.

El documento WO 98/31059 A da a conocer un paquete de batería de alta potencia para vehículos eléctricos, que incluye normalmente 2-100 módulos de batería, que contienen cada uno 2-15 celdas de batería, dispuestos en una carcasa de paquete de batería que tiene al menos una entrada de refrigerante y al menos una salida de refrigerante. Cada módulo de batería está separado de las paredes de carcasa y de otros módulos de batería para formar canales de flujo de refrigerante a lo largo de al menos una superficie del paquete de baterías. Los terminales de batería están alineados en un plano y están conectados eléctricamente por medio de una interconexión de cable trenzado, que aumenta el área superficial y por tanto la disipación térmica de la interconexión cuando el fluido refrigerante entra directamente en contacto con la interconexión. La interconexión y los terminales de batería están metalizados con níquel para impedir la corrosión.

El documento WO 99/28736 da a conocer instrumentos eléctricos portátiles para determinar parámetros físicos o biológicos de una muestra biológica. El instrumento eléctrico incluye un elemento compresible dispuesto entre las teclas operadas por el usuario y los terminales internos de un circuito eléctrico,...

1. Paquete (99) de batería adaptado para conectarse eléctricamente a una herramienta eléctrica y a un cargador de batería, que comprende:

una pluralidad de celdas (72) de batería, teniendo cada celda de batería un primer terminal (72a) de batería y un segundo terminal (72b) de batería, estando ubicadas las celdas (72) de batería unas al lado de otras de modo que conjuntos respectivos de terminales (72a, 72b) de batería conectados eléctricamente están ubicados dentro del mismo plano o sustancialmente el mismo plano,

un alojamiento (50, 80) que encierra sustancialmente la pluralidad de celdas de batería,

un orificio (52) de entrada de aire de enfriamiento y un orificio (55) de salida de aire de enfriamiento definidos dentro del alojamiento, y al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento que se extiende entre el orificio de entrada de aire de enfriamiento y el orificio de salida de aire de enfriamiento, estando el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento al menos parcialmente definido por al menos una superficie lateral periférica de las celdas (72) de batería y una superficie interna del alojamiento (50, 80), mediante lo cual el aire de enfria- miento puede comunicarse directamente con la al menos una superficie lateral periférica de las celdas de batería,

caracterizado por:

paredes (86, 87) de fijación primera y segunda que reciben y fijan las celdas (72) de batería dentro del alojamiento (50, 80) y que definen además el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento,

estando dispuesta la primera pared de fijación entre el al menos un conducto de aire de enfriamiento y un primer espacio (93) aislado, que está definido al menos parcialmente por la superficie interna del alojamiento, y estando dispuesta la segunda pared de fijación entre el al menos un conducto de aire de enfriamiento y un segundo espacio (95) aislado, que también está definido al menos parcialmente por la superficie interna del alojamiento, en el que los espacios aislados primero y segundo están físicamente aislados o resguardados frente al al menos un conducto de aire de enfriamiento y los terminales (72a, 72b) de batería conectados eléctricamente están dispuestos dentro de los espacios aislados primero y segundo respectivos.

2. Paquete de batería según la reivindicación 1, en el que la primera pared (86) de fijación es sustancialmente paralela a la segunda pared (87) de fijación y la distancia entre las paredes de fijación primera y segunda en una parte aguas arriba del al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento es menor que la distancia entre las paredes de fijación primera y segunda en una parte aguas abajo del al menos un conducto de aire de enfriamiento.

3. Paquete de batería según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además un sensor de temperatura (TH) dispuesto dentro del primer espacio (93) aislado que está aislado frente al al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento, estando el sensor de temperatura en comunicación con al menos una celda (72) de batería.

4. Paquete de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que las celdas (72) de batería son alargadas y el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento se extiende transversalmente a la dirección longitudinal de las celdas de batería alargadas.

5. Paquete de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además material (75) aislante dispuesto proximal a al menos una celda (72) de batería dispuesta en una parte aguas arriba del al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento.

6. Paquete de batería según la reivindicación 5, en el que el material (75) aislante comprende una cubierta (75) relativamente rígida dispuesta sobre la superficie lateral periférica de la al menos una celda (72) de batería.

7. Paquete de batería según la reivindicación 6, que comprende además un hueco (75a) de aire definido entre la superficie lateral periférica de la al menos una celda (72) de batería y la cubierta (75) relativamente rígida, proporcionando el hueco de aire una capa de aire aislante entre la al menos una celda de batería y el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento.

8. Paquete de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además material (120) disipador de calor dispuesto en una parte aguas abajo del al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento, estando ubicado el material disipador de calor para evacuar calor de una o más celdas (72) de batería aguas abajo.

9. Paquete de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende además al menos un elemento (83, 84, 85) de cambio de dirección de aire dispuesto dentro del al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento, dirigiendo o guiando el al menos un elemento de cambio de dirección de aire, aire de enfriamiento que fluye a través del al menos un conducto de aire de enfriamiento hacia al menos una superficie lateral periférica de al menos una celda (72-6, 72-8, 72-10) de batería aguas abajo.

10. Paquete de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que la parte de la superficie interna del alojamiento (50, 80) que define al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento incluye una superficie (83, 84, 85) que se inclina hacia la superficie lateral periférica de al menos una celda (72-6, 72-8, 72-10) de batería aguas abajo.

11. Paquete de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el área de las superficies laterales periféricas de celdas (72-1, 72-2, 72-4) de batería aguas arriba que se comunica directamente con el al menos un conducto (91, 92) de aire de enfriamiento es menor que el área de las superficies laterales periféricas de celdas (72-6, 72-8, 72-10) de batería aguas abajo que se comunica directamente con el al menos un conducto de aire de enfriamiento.

12. Paquete de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende además material (79) impermeable al agua dispuesto al menos parcialmente alrededor de al menos una celda (72) de batería.

13. Paquete de batería según la reivindicación 12, que comprende además material (77) absorbente de la humedad dispuesto entre la al menos una celda (72) de batería y el material (79) impermeable al agua.

14. Paquete de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que el al menos un conducto de aire de enfriamiento comprende un primer conducto (91) de aire de enfriamiento y un segundo conducto (92) de aire de enfriamiento, en el que la pluralidad de celdas (72) de batería están dispuestas entre los conductos de aire de enfriamiento primero y segundo.

15. Paquete de batería según la reivindicación 14, en el que el primer conducto (91) de aire de enfriamiento es más corto que el segundo conducto (92) de aire de enfriamiento y la resistencia al flujo de aire del primer conducto de aire de enfriamiento es mayor que el segundo conducto de aire de enfriamiento.