Batería eléctrica que comprende elementos generadores flexibles y un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de los referidos elementos.

Batería eléctrica que comprende una variedad de elementos (1) generadores de energía eléctrica formados poral menos una célula electroquímica (2) que está acondicionada en una envoltura (3) estanco flexible,

dichabatería comprende además un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de dichos elementos, dichosistema de acondicionamiento forma un cuerpo estructural (9) de material conductor térmico, dicho cuerpopresenta dos largueros (10, 11) y una variedad de traversas (12) que enlazan dichos largueros para formarentre dichas traversas cavidades (13) en las cuales un elemento generador (1) está dispuesto respectivamente,dicho cuerpo integra una vía de circulación de un fluido de acondicionamiento térmico, dicha batería estácaracterizada porque la referida vía comprende dos canales que fluyen hacia arriba (14) y hacia abajo (15)respectivamente que están formados respectivamente en un larguero (10, 11) y pasajes (16) formados en cadauna de las traversas (12), dichos pasajes se comunican continuamente de un lado y del otro respectivamentecanal arriba (14) y canal abajo (15).

Batería eléctrica que comprende elementos generadores flexibles y un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de los referidos elementos La invención se relaciona con una batería eléctrica que está específicamente destinada a la tracción de un vehículo automóvil eléctrico o híbrido, es decir, que comprende un motor eléctrico de accionamiento de las ruedas motrices combinado con un motor térmico de accionamiento de estas ruedas o eventualmente de otras ruedas motrices.

En particular, la invención se aplica para un alto grado de hibridación de los vehículos térmicos que puede llegar hasta una electrificación completa de la cadena de de tracción. En este caso, las baterías ya no son útiles únicamente para asistir a los vehículos en sus fases de aceleración sino igualmente para asegurar el desplazamiento del vehículo de manera autónoma en las distancias más o menos importantes.

Para garantizar los niveles de potencia y energía requeridos para las aplicaciones consideradas, es necesario crear baterías que comprendan una variedad de elementos generadores de energía eléctrica.

Sin embargo, cuando estos elementos se cargan y descargan, ello deriva en una producción de calor que, cuando no es controlada, puede tener como efecto disminuir la duración de la vida de los elementos, inclusive provocar en condiciones extremas, riesgos de embalaje térmico para determinadas composiciones químicas de elementos, lo que conduce al deterioro de la batería.

De esta forma, para optimizar los rendimientos y la duración de vida de las baterías, se integran en las baterías sistemas de acondicionamiento térmico de los elementos. En particular, los sistemas de acondicionamiento térmico pueden comprender una vía de circulación de un líquido de acondicionamiento térmico, la referida vía se forma esencialmente alrededor de los elementos generadores.

Además, en la aplicación automóvil considerada, la eficacia de estos sistemas debe ser importante puesto que los picos de disipación térmica están en función de las densidades de corriente de sus variaciones que pueden alcanzar valores muy elevados, especialmente durante las fases de fuertes aceleraciones, de frenos regenerativos, de recargas rápidas de la batería o de funcionamiento en auto-rutas en modo eléctrico.

Los elementos generadores comprenden clásicamente al menos una célula electroquímica, por ejemplo de tipo Litio - ión o Litio – polímero, que está formada por un apilamiento de capas electro activas reaccionando sucesivamente como cátodos y ánodos, las referidas capas poniéndose en contacto por medio de un electrolito.

Estas células electroquímicas están generalmente acondicionadas en envases rígidos y herméticos a fin de protegerlas de las agresiones exteriores. En particular, estos envases pueden estar fabricados a partir de chapas forjadas en profundidad para formar recipientes que, después de la introducción de un enrollamiento de capas apiladas, pueden ser sellados por soldadura de una tapa.

Este tipo de acondicionamiento presenta ciertos inconvenientes, entre ellos los costos de fabricación elevados así como la necesidad de aislar eléctricamente al menos uno de los electrodos del recipiente metálico y adicionar válvulas de descarga que permitan liberar la presión en caso de sobrecarga o sobrecalentamiento de un elemento.

Para solucionar estos inconvenientes, se propuso formar un elemento generador acondicionando un apilamiento plano de capas electro activas en una envoltura estanco y flexible. Asimismo, este tipo de elementos generadores presenta típicamente una geometría prismática que permite aumentar las superficies de intercambios con el líquido de acondicionamiento térmico.

No obstante, con una envoltura tal, se debilita de manera importante la resistencia mecánica de los elementos, lo que va en contra de las restricciones en vigor en la industria del automóvil, específicamente con relación a los accidentes/choques.

Igualmente, el apilamiento es entonces susceptible de deformarse, específicamente con desplazamiento de las capas unas con relación a las otras. En particular, tal deformación puede ser inducida por la evolución del volumen de los materiales activos que sirven como ánodos o cátodos en función de su tasa de inserción en ión litio.

De estos desplazamientos resultan variaciones de las resistencias de contacto entre las referidas capas, las referidas

variaciones produciendo calentamientos suplementarios pudiendo conducir a envejecimientos prematuros, a una limitación de las energías disponibles así como a riesgos de desencadenamiento de embalaje térmico.

Se conoce de los documentos US-2005/170240 y US-2004/069620 una batería según el preámbulo de la reivindicación 1. El documento WO 2006/093010 A presenta igualmente un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de una batería eléctrica.

La invención tiene como objeto perfeccionar la técnica anterior proponiendo una batería eléctrica que combina las ventajas de la utilización de elementos generadores en envoltura flexible con un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico que permite mejorar la duración de vida y la seguridad de la batería tanto del punto de vista del comportamiento electroquímico, como de cara a las restricciones en vigor en la industria del automóvil, y específicamente las relacionadas con los accidentes/choques.

Con este fin, la invención propone una batería eléctrica que comprende una variedad de elementos generadores de energía eléctrica formados por al menos una célula electroquímica que está acondicionada en una envoltura estanco flexible, la referida batería comprende además un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de los referidos elementos, dicho sistema de acondicionamiento forma un cuerpo estructural de material conductor térmico, dicho cuerpo presenta dos largueros y una diversidad de traversas que enlazan dichos largueros para formar entre dichas traversas cavidades en las cuales se dispone un elemento generador respectivamente, dicho cuerpo integra una vía de circulación de un fluido de acondicionamiento térmico, dicha vía comprende dos canales que fluyen respectivamente hacia arriba y hacia abajo que se forman respectivamente en un larguero y las vías formadas en cada una de las traversas, dichos pasos están en comunicación continua de una parte y de otra respectivamente con el canal arriba y el canal abajo.

Otras particularidades y ventajas de la invención se apreciarán en la descripción a continuación, hecha con referencia a las figuras adjuntas en las cuales:

• la figura 1 es una vista parcial en perspectiva parcialmente seccionada de una batería según un modo de realización de la invención, que muestra específicamente el cuerpo estructural del sistema de acondicionamiento mecánico y térmico así como la disposición de los elementos generadores en éste;

• la figura 2 es una vista parcial en perspectiva de la batería de la figura 1, que muestra separado un elemento generador así como la barra conductora y tarjeta electrónica asociadas ;

• la figura 3 es una vista seccionada transversal de la batería de la figura 1, que muestra además el cuerpo dispuesto en un recipiente de protección ;

• la figura 4 es una vista parcial en corte longitudinal de la batería de la figura 1, que muestra también el cuerpo dispuesto en una cubeta de protección ;

• la figura 5 es una vista en corte longitudinal de una célula electroquímica de la batería según la figura 1 ;

• la figura 6 es una vista en perspectiva de uno de los módulos formando el cuerpo estructural de la batería según la figura 1 ;

• la figura 7 es una vista en perspectiva separada que muestra la disposición de un elemento generador entre dos módulos según la figura 6 ;

• la figura 8 es una vista en perspectiva del elemento generador según la figura 7, mostrando la disposición del recubrimiento del referido elemento por una matriz estructural ;

• las figuras 9 son representaciones de un elemento generador dispuesto en una cavidad según una realización vista de frente (figura 9a) y vista en corte AA (figura 9b) , y según una variante vista en corte AA (figura 9c) ;

• la figura 10 es una vista parcial agrandada mostrando la zona ruptura en comunicación con un canal de salida ;

• la figura 11 es una vista en perspectiva de un cuerpo estructural monobloque para una batería según un modo de realización de la invención ;

• la figura 12 es una vista en perspectiva de dos tipos de módulos para formar un cuerpo estructural por ajuste... [Seguir leyendo]

REIvINDICACIONES

1. Batería eléctrica que comprende una variedad de elementos (1) generadores de energía eléctrica formados por al menos una célula electroquímica (2) que está acondicionada en una envoltura (3) estanco flexible, dicha batería comprende además un sistema de acondicionamiento mecánico y térmico de dichos elementos, dicho sistema de acondicionamiento forma un cuerpo estructural (9) de material conductor térmico, dicho cuerpo presenta dos largueros (10, 11) y una variedad de traversas (12) que enlazan dichos largueros para formar entre dichas traversas cavidades (13) en las cuales un elemento generador (1) está dispuesto respectivamente, dicho cuerpo integra una vía de circulación de un fluido de acondicionamiento térmico, dicha batería está caraclerizada porque la referida vía comprende dos canales que fluyen hacia arriba (14) y hacia abajo (15) respectivamente que están formados respectivamente en un larguero (10, 11) y pasajes (16) formados en cada una de las traversas (12) , dichos pasajes se comunican continuamente de un lado y del otro respectivamente canal arriba (14) y canal abajo (15) .

2. Batería eléctrica según la reivindicación 1, caraclerizada p orque las traversas (12) son adyacentes longitudinalmente de manera de formar las cavidades (13) entre ellas, los canales arriba (14) y abajo (15) extendiéndose longitudinalmente respectivamente en un larguero (10, 11) .

3. Batería eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, caraclerizadaporque los elementos generadores (1) son encolados en las traversas (12) .

4. Batería eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caraclerizada porque el cuerpo estructural (9) está formado por la asociación estanco de módulos (18) , dichos módulos comprenden:

- dos partes de largueros (10, 11) en cada una de las cuales una parte de canal (14, 15) está formada; y

- una traversa (12) en los bordes de la cual respectivamente una parte de largueros (10, 11) está asociada, los pasajes (16) de dicha traversa está en comunicación continua con dichas partes de canal;

la asociación de dichos módulos está preparada para poner en comunicación continua las porciones de canal (14, 15) de manera de formar los canales arriba (14) y abajo (15) de un lado y de otro de los pasajes (16) .

5. Batería eléctrica según la reivindicación 4, caraclerizada porque la traversa (12) comprende una placa hueca (21) que se solidariza de un lado y del otro a un marco hueco (19) formando parte de los largueros (10, 11) .

6. Batería eléctrica según la reivindicación 5, caraclerizada porque los módulos (18) presentan marcos huecos machos (19a) y marcos huecos hembras (19b) , la asociación de dichos módulos se realiza por ajuste de los dichos marcos huecos hembras en dichos marcos huecos machos.

7. Batería eléctrica según la reivindicación 6, caraclerizadaporque comprende un primer tipo de módulos (18a) que presenta dos marcos huecos machos (19a) y un segundo tipo de módulos (18b) que presenta dos marcos huecos hembras (19b) , el cuerpo estructural (9) está formado por el ajuste alternado de cada uno de los tipos de módulos (18a, 18b) .

8. Batería eléctrica según la reivindicación 6, caraclerizada porque cada módulo (18) presenta un marco hueco macho (19a) y un marco hueco hembra (19b) , el cuerpo estructural (9) está formado por el ajuste pies contra cabeza de dichos módulos.

9. Batería eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8, caraclerizada porque al menos una parte del perímetro de la envoltura (3) presenta una parte debilitada mecánicamente que forma zona de ruptura

(29) en caso de una presión muy elevada en el interior de dicha envoltura.

10. Batería eléctrica según la reivindicación 9, caraclerizada porque la zona de ruptura (29) está en comunicación con un canal de escape.

11. Batería eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caraclerizada po rque el sistema de acondicionamiento comprende además una matriz estructural (28) de resina polímero, dicha matriz rellena al menos parcialmente las cavidades (13) para recubrir los elementos generadores (1) .

12. Batería eléctrica según las reivindicaciones 3, 4 y 11, caraclerizada porque cada módulo (18) integra un par de elementos generadores (1) que son encolados respectivamente de un lado de la traversa (12) , dichos elementos están al menos parcialmente recubiertos por la matriz estructural (28) .

13. Batería eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caraclerizada porque comprende medios de alimentación en fluido del canal arriba (14) y medios de evacuación (25) del fluido en el canal abajo (15) después del pasaje de dicho fluido a través de las traversas (12) .

14. Batería eléctrica según la reivindicación 13, caraclerizada po rque los pasajes (16) de cada una de las 10 traversas (12) son alimentados en paralelo por el canal arriba (14) .

15. Batería eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caraclerizada porque comprende una cubeta estanco (17) en la cual el cuerpo estructural (9) y los elementos generadores (1) están dispuestos, el vaciado se realiza en el interior de dicha cubeta.