Una caja de batería que comprende:

una placa inferior pretensada (34) que tiene una superficie superior convexa;

al menos un aislador (40) de vibraciones dispuesto a lo largo de al menos una porción del perímetro de la placa inferior (34);

una pared lateral (32) que tiene una porción inferior en contacto con el aislador (40) de vibraciones, estando aislada la pared lateral de la placa inferior por el aislador de vibraciones; y

al menos una abrazadera (48) que tiene dos porciones extremas, estando unida cada porción extrema a la placa inferior (34), estando configurada la al menos una abrazadera para sujetar una superficie inferior de una envoltura exterior (30) de una batería contra la superficie superior de la placa inferior.

Caja de batería y procedimiento de sujeción de la misma

Antecedentes de la invención

Campo de la invención Las realizaciones descritas en el presente documento versan en general acerca de baterías y, más en particular, acerca de cajas mejoradas de batería y procedimientos para fijar la misma en vehículos eléctricos e híbridos.

En vehículos eléctricos y en vehículos eléctricos híbridos y aplicaciones no vehiculares (por ejemplo, locomotoras, vehículos mineros que no van por carretera, aplicaciones marinas, autobuses y automóviles, y grúas, por nombrar algunas) , las baterías son componentes esenciales usados para almacenar una porción de la energía que es generada durante el frenado para su uso posterior durante la utilización del motor y/o generada para su uso posterior cuando la demanda sea baja, aumentando así la eficiencia del combustible.

La FIG. 1 ilustra un conjunto interno 10 de una batería convencional 11 y la FIG. 2 muestra una vista en corte transversal de la batería convencional 11 que tiene el conjunto interno 10 de la FIG. 1. Tal como se ilustra, el conjunto interno 10 de la batería convencional 11 incluye una placa base 12, también denominada placa de botones, que tiene una pluralidad de botones o salientes 13 configurados para soportar una pluralidad de celdas 14 conectadas eléctricamente entre sí por una pluralidad de barras colectoras (no mostradas) . Separando grupos de células 14, una pluralidad de conductos o placas 16 de refrigeración, suministrados con aire procedente de un colector 18 de refrigeración, está diseñada para mantener las células 14 dentro de un intervalo deseado de temperaturas operativas. Como resultará evidente para una persona con dominio de la técnica, la FIG. 1 se presenta en el presente documento únicamente con el propósito de ilustrar componentes de la batería convencional 11, que incluye solo un número pequeño de células 14 para mayor claridad de las otras características ilustradas y descritas, y no debiera considerarse que limite de ninguna manera las diferentes realizaciones dadas a conocer ni como una ilustración de un producto comercial. Por ejemplo, en algunas baterías convencionales, a diferencia de lo que se ilustra en la FIG. 1, se proporciona una plancha de refrigeración entre cada fila de células 14.

Tal como se ilustra en la FIG. 2, las láminas 20 de mica están empaquetadas entre células adyacentes 14 para aislar las células 14 entre sí y del empaquetado mecánico de la batería convencional 11. El empaquetado mecánico de la batería convencional 11 también incluye una envoltura interna 22, que envuelve el conjunto interno 10, separada de una envoltura externa 24 por una capa de material 26 de aislamiento. Típicamente, el espacio entre la envoltura interna 22 y la envoltura externa 24 se somete a vacío para minimizar la transferencia de calor hacia la batería 11 y desde la misma. Se proporciona un calentador 28 para elevar la temperatura de la batería hasta un nivel operativo deseado.

Según entienden las personas con dominio de la técnica, se sabe que existen muchos tipos diferentes de batería y las realizaciones dadas a conocer en el presente documento no están limitadas a un tipo particular de batería; sin embargo, las baterías actuales de alta temperatura, como las baterías de sodio y cloruro de níquel, son propensas a fallos debidos a la naturaleza flexible de varios de los componentes y a la falta de integridad estructural y/o mecánica, llevando así a un daño prematuro causado por cargas estáticas y/o vibraciones mecánicas dinámicas generadas, por ejemplo, por el uso de un vehículo que lleva la batería 11. Por ejemplo, el vacío aplicado entre la envoltura interna 22 y la envoltura externa 24 tiende a combar estos componentes uno hacia otro en vista de la naturaleza elástica del material 26 de aislamiento, formando por ello una superficie no uniforme para soportar las células 14 y haciendo que la batería repose contra una superficie de soporte solo en los bordes de la envoltura exterior 24. Sin embargo, dada la resistencia a la tracción de una barra colectora típica, solo se precisa una pequeña desviación entre células para romper la conexión eléctrica entre células. Este problema es agrava más por las cargas dinámicas, en las que las vibraciones mecánicas causan un movimiento relativo mutuo de las láminas 20 de mica y las células 14, llevando a una pérdida en la conexión eléctrica entre células debida a fallos en la barra colectora, a la viscofluencia eléctrica y/o a fallos de estratificación debidos a los espacios ajustados, y daño de la propiedad mecánica y aislante de las láminas de mica. El documento US 1 438 130 da a conocer una sujeción para fijar una batería a un vehículo motorizado. La sujeción de batería comprende un soporte alargado para que una batería descanse sobre el mismo. El soporte alargado tiene una abertura en cada extremo para que un miembro de mordaza pase a través de la misma. Los miembros de mordaza consisten en abrazaderas o barras y sus extremos inferiores están roscados y pasan a través de las aberturas del enganche alargado. Se aplica una tuerca al extremo roscado de cada uno de los miembros de mordaza. El extremo superior de cada miembro de mordaza está doblado lateralmente, formando un gancho para acoplarse sobre el borde superior de la batería.

Otros retos tecnológicos conocidos de las baterías convencionales incluyen, sin limitación: fallos de viscofluencia y estratificación debidos a la separación del material de aislamiento eléctrico; resonancia de célula de alta energía y baja frecuencia debida a la base flexible; traslaciones de células grandes debidas a la respuesta resonante de la célula; fallo mecánico de la unión entre la placa base y el conducto de refrigeración, daño interno de las células (células calientes) , fracturas de la barra colectora, daño interno de la caja de la batería y agrietamiento y perforaciones de la placa calentadora debidos a la traslación de células grandes; pérdida de vacío debida a daño interno de la caja de la batería; pérdida de continuidad del calentador debida a agrietamiento y perforaciones de la placa calentadora; pérdida de la capacidad de mantener la debida temperatura de la batería debido a la pérdida de continuidad del calentador, pérdida de la conductividad de la célula (y/o de la debida operación) ; daño a la junta separadora entre células debido a daños internos de la célula; y fuga de sodio líquido debido a daño de la junta separadora entre células. Además, estas baterías son pesadas y pueden operar a tensiones por encima de 10.000 V, requiriendo así equipo especializado de manipulación durante la instalación y el mantenimiento mientras que, a la vez, exponen a los operarios al riesgo de alta tensión cuando conectan y desconectan baterías convencionales en las aplicaciones mencionadas en lo que antecede.

Por lo tanto, sería deseable desarrollar una caja de batería con una resistencia y una integridad mecánicas mejoradas para alojar y aislar debidamente una batería de cargas estáticas y dinámicas para extender la vida útil de las baterías usadas en entornos de vibraciones elevadas de vehículos de transporte eléctricos y/o híbridos, incluyendo locomotoras.

Breve resumen de la invención

Una o más de las necesidad resumidas en lo que antecede, u otras conocidas en la técnica, son abordadas por cajas de baterías que incluyen una placa inferior pretensada que tiene una superficie superior convexa, al menos un aislador de vibraciones dispuesto a lo largo de al menos una porción del perímetro de la placa inferior, una pared lateral que tiene una porción inferior en contacto con el al menos un aislador de vibraciones para que esté aislada de la placa inferior, y al menos una abrazadera que tiene dos porciones extremas, estando unida cada porción extrema a la placa inferior, estando configurada la al menos una abrazadera para sujetar una superficie inferior de una envoltura externa de una batería contra la superficie superior convexa de la placa inferior.

En otra realización de la materia dada a conocer, combinaciones de caja/batería incluyen una batería con una pluralidad de células, una placa de botones que soporta la pluralidad de células y una envoltura exterior; y una caja de batería que incluye una placa inferior pretensada con una superficie superior convexa, aisladores de vibraciones dispuestos en esquinas correspondientes de la placa inferior, paredes laterales aisladas de la placa inferior por aisladores de vibraciones, abrazaderas unidas a la placa inferior, una pluralidad de placas compuestas dispuestas... [Seguir leyendo]

1. Una caja de batería que comprende:

una placa inferior pretensada (34) que tiene una superficie superior convexa; al menos un aislador (40) de vibraciones dispuesto a lo largo de al menos una porción del perímetro de la placa inferior (34) ; una pared lateral (32) que tiene una porción inferior en contacto con el aislador (40) de vibraciones, estando aislada la pared lateral de la placa inferior por el aislador de vibraciones; y al menos una abrazadera (48) que tiene dos porciones extremas, estando unida cada porción extrema a la placa inferior (34) , estando configurada la al menos una abrazadera para sujetar una superficie inferior de una envoltura exterior (30) de una batería contra la superficie superior de la placa inferior.

2. La caja de batería según la reivindicación 1 en la que el al menos un aislador (40) de vibraciones comprende cuatro aisladores de vibraciones en cada esquema de la placa inferior y la al menos un abrazadera comprende cuatro abrazaderas, comprendiendo además la caja de batería:

placas compuestas, estando dispuestas las placas compuestas entre las cuatro abrazaderas y las superficies externas de la batería; y una pluralidad de aisladores de vibraciones dispuestos entre las placas compuestas y la pared lateral.

3. La caja de batería según la reivindicación 1 en la que la pared lateral tiene forma de L y el al menos un aislador de vibraciones está dispuesto en una esquina interior de la pared lateral con forma de L.

4. La caja de batería según la reivindicación 1 que, además, comprende:

puntales conectados a una superficie inferior de la placa inferior.

5. La caja de batería según la reivindicación 4 en la que la pared lateral tiene forma de L, una sección transversal de los puntales tiene forma de C, los puntales están dispuestos sobre la superficie inferior de la placa inferior con un patrón en X, la placa inferior incluye un miembro con forma de S dispuesto a lo largo del perímetro de la placa inferior, el al menos un aislador de vibraciones está dispuesto entre el miembro con forma de S y una esquina interior de la pared lateral con forma de L, y una porción extrema del miembro con forma de S está sustancialmente a ras de una porción inferior de los puntales con forma de C.

6. La caja de batería según la reivindicación 1 que, además, comprende:

una tapa con forma de L, formando una primera porción de la misma una porción de la pared lateral, estando configurada una segunda porción de la tapa con forma de L, perpendicular a la primera, para cubrir la caja de batería, y estando configurada la segunda porción de la tapa superior para deslizarse dentro, y fuera de la caja de batería sobre rieles dispuestos en una porción superior de la pared lateral.

7. La caja de batería según la reivindicación 1 que, además, comprende:

una pluralidad de escuadras unidas a la placa inferior para soportar componentes externos de la batería.

8. La caja de batería según la reivindicación 1 en la que el al menos un aislador de vibraciones es un material elastomérico.

9. Una combinación que comprende:

una batería que incluye una pluralidad de células interconectadas por medio de una pluralidad de barras colectoras, una placa de botones que soporta la pluralidad de células y una envoltura exterior que rodea la placa de botones y la pluralidad de células; y una caja de batería según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que incluye al menos cuatro aisladores de vibraciones dispuestos en esquinas correspondientes de la placa inferior, paredes laterales aisladas de la placa inferior por al menos cuatro aisladores de vibraciones, cuatro abrazaderas cada una de las cuales tiene dos porciones extremas unidas a la placa inferior, una pluralidad de placas compuestas, una pluralidad de aisladores de vibraciones y una tapa con forma de L, en la que una primera porción de la tapa con forma de L forma una porción de las paredes laterales, una segunda porción de la tapa con forma de L, perpendicular a la primera, está configurada para cubrir la caja de batería, la segunda porción de la tapa superior está configurada para deslizarse dentro, y fuera de la caja de batería sobre rieles dispuestos en una porción superior de las paredes laterales, la pluralidad de aisladores está dispuesta sobre las placas compuestas, las paredes laterales están separadas de las placas compuestas por la pluralidad de aisladores de vibradores, una superficie exterior de la envoltura exterior de la batería está comprimida contra la superficie superior de la placa inferior por las abrazaderas, de tal modo que la pluralidad de células de la batería sea sustancialmente plana, y las placas compuestas están dispuestas entre las abrazaderas y la batería.

10. La combinación según la reivindicación 9 en la que la placa inferior incluye puntales dispuestos sobre una superficie inferior de la misma, las paredes laterales tienen forma de L, una sección transversal de los puntales tiene forma de C, los puntales están dispuestos sobre la superficie inferior de la placa inferior con un patrón en X, y la placa inferior incluye un miembro con forma de S dispuesto a lo largo del perímetro de la placa inferior, los al menos cuatro aisladores de vibraciones están dispuestos entre el miembro con forma de S y una esquina interior de las paredes laterales con forma de L, y una porción extrema del miembro con forma de S está sustancialmente a ras de una porción inferior de los puntales con forma de C.

11. La combinación según la reivindicación 9 en la que los al menos cuatro aisladores de vibraciones están fabricados de un material elastomérico, en la que las propiedades físicas del material elastomérico están seleccionadas del grupo que consiste en una constante elástica, una respuesta dinámica, y se seleccionan combinaciones de las mismas con base en una frecuencia natural de la caja de batería, en una frecuencia natural de la batería, en un espectro de frecuencias de vibraciones transmitidas desde un vehículo que lleva la caja de batería y la batería, o en combinaciones de los mismos.

12. La combinación según la reivindicación 9 que, además, comprende un vehículo, estando dispuesto en el vehículo la caja de batería con la batería en su interior.

13. La combinación según la reivindicación 12, comprendiendo además la caja de batería al menos un saliente para coincidir con un correspondiente surco en al menos una escuadra de montaje en bastidor, conectado a un miembro estructural del vehículo, comprendiendo la al menos una escuadra de montaje en bastidor:

un primer miembro de armazón que tiene una primera porción conectada a un miembro estructural del vehículo, extendiéndose el primer miembro de forma generalmente horizontal desde el miembro estructural; un segundo miembro de armazón que tiene una primera porción extrema conectada al primer miembro de armazón en una segunda porción extrema del primer miembro dispuesta alejándose del miembro estructural, y una segunda porción extrema, que se extiende diagonalmente, conectada al miembro estructural; y un tercer miembro de armazón conectado a la segunda porción extrema del primer miembro que se extiende generalmente hacia abajo desde la misma.

14. La combinación según la reivindicación 13 en la que el al menos una escuadra de montaje en bastidor comprende, además, un cuarto miembro de armazón que se extiende sustancialmente paralelo al primer miembro, y un soporte de canal en C conectado a los miembros de armazón primero y cuarto, en la que el soporte de canal en C está conectado al miembro estructural formando un pasadizo para el cableado y la refrigeración de la batería, y la al menos una escuadra de montaje en bastidor está configurado para mantener dos cajas de batería una encima de la otra.

15. Un procedimiento de fijación de una batería en una caja de batería, comprendiendo el procedimiento:

cubrir al menos una porción de la batería con una placa compuesta; disponer una abrazadera sobre la placa compuesta; fijar porciones extremas de la abrazadera a una placa inferior de la caja de batería; comprimir una superficie inferior de la batería contra una superficie convexa pretensada de la placa inferior de la caja de batería para que las células internas de la batería se mantengan sustancialmente planas; y aislar la batería de vibraciones disponiendo al menos un aislador de las vibraciones a lo largo de al menos una porción del perímetro de la placa inferior.