Sistema de almacenamiento de energía eléctrica.

Sistema de almacenamiento de energía eléctrica (100) que comprende por lo menos un elemento bobinado dealmacenamiento de energía eléctrica colocado en el interior de una envolvente (200),

conteniendo dicha envolvente(200) el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica en un cuerpo principal (210) de la envolvente(200) y comprendiendo por lo menos una tapa (230, 240), caracterizado porque dicha tapa (230, 240) dispuesta enun extremo del cuerpo principal de la envolvente (200) y conectada eléctricamente por unos medios de unióneléctrica (280) al elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica se fija al cuerpo principal (210) de laenvolvente (200) por un medio de pegado (600).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/067210.

Solicitante: BATSCAP.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: ODET 29500 ERGUÉ-GABÉRIC FRANCIA.

Inventor/es: CAUMONT,OLIVIER, HUIBANT,RENÉ, MINARD,JEAN-FRANÇOIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01G9/06 ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › H01G 9/00 Condensadores electrolíticos, rectificadores electrolíticos, detectores electrolíticos, conmutadores, dispositivos de conmutación electrolíticos, dispositivos electrolíticos fotosensibles o sensibles a la temperatura; Procesos para su fabricación. › Montaje en los recipientes.
  • H01G9/08 H01G 9/00 […] › Cajas; Encapsulación.

PDF original: ES-2399107_T3.pdf

 

Sistema de almacenamiento de energía eléctrica.

Fragmento de la descripción:

Sistema de almacenamiento de energía eléctrica.

Campo de la invención La presente invención se refiere a los conjuntos de almacenamiento de energía eléctrica. Se aplica en particular, pero no de forma limitativa, a los supercondensadores, condensadores y generadores o baterías. Más precisamente, la presente invención se refiere a la estanqueidad y a la conexión eléctrica de un conjunto de almacenamiento de energía eléctrica.

Presentación de la técnica anterior

Se han propuesto recientemente un número importante de conjuntos de almacenamiento de energía eléctrica, denominados de alta potencia, como, por ejemplo, los supercondensadores.

No obstante, los dispositivos conocidos no son totalmente satisfactorios en cuanto a su estanqueidad y su conexión de potencia.

De manera convencional, un supercondensador comprende un elemento bobinado constituido por un apilamiento de hojas (ánodo, colector, ánodo, separador, cátodo, colector, cátodo, separador) arrollado sobre sí mismo y del cual sobresale en cada extremo una de las hojas denominada colector de corriente. Este elemento bobinado está colocado en una envolvente que comprende un cuerpo principal cerrado, por lo menos en uno de sus dos extremos, por una tapa.

Según el estado de la técnica, para realizar dicho conjunto de almacenamiento de energía eléctrica, la tapa se fija al cuerpo principal de la envolvente por un ensamblaje mecánico, tal como por engaste, atornillado o arrollamiento (rebatimiento del borde del cuerpo principal sobre la tapa aplastando una junta de estanqueidad situada entre los dos) .

Por otra parte, se citará asimismo la utilización regular de piezas de unión eléctrica para realizar la conexión eléctrica, en el interior del cuerpo principal de la envolvente, entre cada tapa provista de un contacto de unión eléctrica y el elemento bobinado.

Ciertas concepciones utilizan como pieza de unión eléctrica el colector de corriente que sobresale del elemento bobinado y cortado para formar uno o varios apilamientos de lengüetas colectoras de corriente, uniéndose a continuación estas lengüetas al contacto de unión eléctrica de la tapa.

No obstante, estas formas de realización son complejas y conducen a conjuntos de almacenamiento de energía eléctrica voluminosos.

Por otra parte, la corriente no se distribuye uniformemente en el elemento bobinado debido a que todas las espiras no están conectadas al contacto de unión eléctrica. Esta característica favorece las concentraciones iónicas y electrónicas en ciertas espiras en detrimento de otras, conduciendo entonces a:

- un aumento de resistencia en serie que tiene unas consecuencias nefastas sobre las prestaciones del elemento de almacenamiento de energía (bajada de la energía y de la potencia disponibles) ,

- un calentamiento favorecido por una mala evacuación del calor interno por los colectores de corriente, y

- una localización e incluso una aceleración del envejecimiento del elemento de almacenamiento de energía.

Otras formas de realización proponen entonces la soldadura (véase el documento GB-A-846 083) , por una técnica de láser por transparencia, de una pieza de conexión eléctrica intermedia colocada entre el elemento bobinado y cada una de las tapas.

No obstante, estas concepciones son complejas debido a la multiplicación de las acciones a realizar. Además, la presencia de esta pieza intermedia sobrecarga la concepción del conjunto de almacenamiento de energía eléctrica en términos de masa.

Se puede citar asimismo una concepción de conjunto de almacenamiento de energía eléctrica en la que el elemento bobinado está directamente aplicado y soldado contra las tapas para optimizar el volumen del conjunto.

No obstante, en este caso, los cierres mecánicos de las tapas impiden que las zonas de soldadura presentes sobre las tapas entren en contacto con todas las espiras del elemento bobinado y limitan entonces asimismo la cantidad de espiras soldadas.

Por otra parte, todas estas formas de realización de supercondensadores tienen como punto en común que presentan defectos de estanqueidad.

En efecto, el envejecimiento de estos conjuntos de tipo supercondensadores conduce a una generación de gas en la envolvente del elemento de almacenamiento de energía eléctrica que conlleva una elevación de presión en el interior de la envolvente.

Los cierres clásicos por arrollado o por atornillado de las tapas sobre el cuerpo principal de la envolvente no son aptos para resistir estas subidas de presión y generan pérdidas de estanqueidad del conjunto de almacenamiento de energía eléctrica, de lo cual se derivan a veces fugas de disolvente e incluso, en el peor de los caos, su apertura brutal.

Por otra parte, en la actualidad, estos ensamblajes mecánicos de conjuntos de almacenamiento de energía eléctrica necesitan, durante la puesta en módulo de los conjuntos, la adición de una pieza de unión eléctrica entre cada par de conjuntos próximos con vistas a conectarlos eléctricamente.

En ciertas concepciones, estas piezas de tipo barra dura o flexible, trenza o apilamiento de flejes, son atornilladas en cada uno de los contactos de unión eléctrica respectivos de un par de conjuntos de almacenamiento de energía eléctrica.

Estas concepciones de módulos necesitan frecuentemente un tratamiento costoso de las piezas, tal como el estañado o el niquelado, para asegurar un contacto eléctrico óptimo por atornillado.

Otras formas de realización prevén la soldadura de estas piezas. No obstante, las elevaciones de temperatura creadas por la soldadura limitan a menudo su realización en elementos no acabados y conducen la mayor parte del tiempo a ensamblar los módulos antes de la fase de llenado de electrolito, lo cual complica en gran medida el procedimiento de fabricación.

La realización de estos ensamblajes de módulos por adición de piezas de conéctica es larga y compleja.

La invención tiene por objetivo, en particular, evitar los inconvenientes de la técnica anterior.

Otro objetivo de la presente invención es proponer un sistema de almacenamiento de energía eléctrica que presente una configuración fácil de realizar, a la vez que se propone una conexión eléctrica simple y securizada.

Otro objetivo de la presente invención es proponer un sistema de almacenamiento de energía eléctrica que presente un sistema de estanqueidad fiable en el tiempo, resistente a presiones internas muy elevadas, y cuya estanqueidad ajustable pueda alcanzar valores inferiores a 10-9 mbar.l.s-1.

Es deseable asimismo proponer sistemas de almacenamiento de energía eléctrica que ofrezcan una economía en términos de costes, de peso, de espacio y de tiempo en su realización.

Otro objetivo de la presente invención es proponer un sistema de almacenamiento de energía eléctrica que facilite su asociación con otros sistemas similares para formar un módulo de almacenamiento de energía eléctrica.

Sumario de la invención Estos objetivos se alcanzan según la invención gracias a un sistema de almacenamiento de energía eléctrica que comprende por lo menos un elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica colocado en el interior de una envolvente, conteniendo dicha envolvente el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica en un cuerpo principal de la envolvente y comprendiendo por lo menos una tapa, caracterizado porque dicha tapa, dispuesta en un extremo del cuerpo principal de la envolvente y conectada eléctricamente por unos medios de unión eléctrica al elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica, se fija al cuerpo principal de la envolvente por un medio de pegado.

Según otra característica ventajosa de la invención, el medio de pegado está dispuesto de manera que corone una junta de posicionamiento intercalada entre el cuerpo principal de la envolvente y la tapa.

Según otra característica ventajosa de la invención, la junta de posicionamiento y el medio de pegado están dispuestos en una garganta anular delimitada por el cuerpo principal de la envolvente y una brida presente en dicha tapa.

Según otra característica ventajosa de la invención, por lo menos dos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica según la invención pueden formar un módulo de almacenamiento de energía eléctrica utilizando una pieza única eléctricamente conductora que comprende dos o varias tapas, formadas en una sola pieza o solidarias por ensamblaje, que contienen respectivamente unos elementos bobinados de almacenamiento de energía eléctrica dispuestos en unos cuerpos principales de envolvente yuxtapuestos.

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Reivindicaciones:

1. Sistema de almacenamiento de energía eléctrica (100) que comprende por lo menos un elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica colocado en el interior de una envolvente (200) , conteniendo dicha envolvente

(200) el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica en un cuerpo principal (210) de la envolvente

(200) y comprendiendo por lo menos una tapa (230, 240) , caracterizado porque dicha tapa (230, 240) dispuesta en un extremo del cuerpo principal de la envolvente (200) y conectada eléctricamente por unos medios de unión eléctrica (280) al elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica se fija al cuerpo principal (210) de la envolvente (200) por un medio de pegado (600) .

2. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque el medio de pegado (600) está dispuesto de modo que corona una junta de posicionamiento (500) intercalada entre el cuerpo principal (210) de la envolvente (200) y la tapa (230, 240) .

3. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque la junta de posicionamiento (500) y el medio de pegado (600) están dispuestos en una garganta anular (236, 246) delimitada por la pared externa del cuerpo principal (210) de la envolvente (200) y la cara interna de una brida (232, 242) presente sobre dicha tapa (230, 240) .

4. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque la junta de posicionamiento (500) y el medio de pegado

(600) están dispuestos en una garganta anular (236, 246) delimitada por la pared interna del cuerpo principal (210) de la envolvente (200) y la cara externa de una brida (232, 242) presente sobre dicha tapa (230, 240) .

5. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque la junta de posicionamiento (500) y el medio de pegado (600) están dispuestos en una garganta anular (236, 246) delimitada por la pared del cuerpo principal (210) de la envolvente (200) y una doble brida (232, 233; 242, 243) soportada por la tapa (230, 240) .

6. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque la junta de posicionamiento (500) y el medio de pegado (600) están dispuestos en una garganta anular (236, 246) delimitada por una brida (232, 242) solidaria a una tapa (230, 240) y por una doble brida (213, 215) soportada por el cuerpo principal (211) de la envolvente (200) .

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la junta de posicionamiento (500) está realizada en un material eléctricamente no conductor.

8. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de pegado (600) es una cola eléctricamente aislante.

9. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de pegado (600) es una cola estanca a los gases y a los fluidos.

10. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de pegado (600) es una cola de tipo epoxi termoendurecible.

11. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada tapa (230, 240) comprende un disco de conexión eléctrica provisto de zonas de conexión (280) como medios de unión eléctrica (280) y de zonas de rigidez (290) .

12. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la tapa (230, 240) a nivel de zonas de conexión (280) es del orden de 0, 4 mm a 1 mm, realizándose la conexión por soldadura.

13. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la tapa a nivel de zonas de conexión (280) es del orden de 0, 4 mm a 3 mm, realizándose la conexión por soldadura fuerte.

14. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la tapa a nivel de las zonas de conexión (280) es del orden de 0, 4 mm a 3 mm, realizándose la conexión por soldadura fuerte-difusión.

15. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las zonas de soldadura (280) se presentan en forma de protuberancias convexas hacia el interior del cuerpo principal (210) de la envolvente (200) .

16. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica comprende unos tramos colectores de corriente que comprenden unas zonas de deformación cóncava complementarias de las protuberancias convexas de la tapa (230, 240) .

17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la tapa (230, 240) posee un fondo interior plano, estando unas zonas de conexión (280) realizadas en forma de cavidades en la cara exterior de la tapa.

18. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la tapa (230) posee un fondo interior plano, estando unas zonas de rigidez formadas por unos nervios (292) en relieve en la cara exterior de la tapa.

19. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la tapa (230) posee un fondo interior plano, y porque la conexión eléctrica entre el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica y la tapa se realiza por medio de por lo menos una barra de unión (295) dispuesta entre la tapa (230) , en el interior del cuerpo principal de la envolvente (200) , y el tramo colector de corriente del elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica.

20. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque la barra de unión eléctrica (295) se presenta en forma de una pieza que presenta una cara externa (296) plana conectada eléctricamente a la tapa y una cara interna

(297) que comprende una protuberancia (298) conectada eléctricamente a los tramos colectores de corriente del elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica.

21. Sistema según una de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado porque la barra de unión eléctrica (295) se presenta en forma de una estrella que reagrupa varias piezas que presentan unas protuberancias (298) organizadas radialmente alrededor del centro de la estrella.

22. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, entre los tramos colectores del elemento bobinado y la parte interior de la tapa, por lo menos una capa de lámina metálica conductora delgada, que recubre por lo menos la superficie de las zonas de conexión tapa-tramos colectores y añadida para compensar las faltas eventuales de material de conexión durante la soldadura de la tapa sobre los tramos colectores.

23. Sistema según la reivindicación 22, caracterizado porque la lámina metálica delgada está realizada en forma de una estrella cuyas ramas recubren la superficie de las zonas de conexión tapa-tramos colectores.

24. Sistema según una de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque comprende varias capas de láminas metálicas delgadas aptas para aportar una cantidad importante de material de conexión sin necesitar un aporte energético importante para soldarlas.

25. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores en combinación con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende un aporte de material sobre los tramos colectores de corriente del elemento bobinado por metalización de dichos tramos colectores.

26. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las zonas de conexión de los tramos colectores del elemento bobinado están realizadas por tumbado radial de los tramos colectores desde el centro hacia el exterior del elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica.

27. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque unas zonas de conexión se vuelven estancas a los fluidos después de su conexión por aporte de una capa de cola o de resina sobre toda su superficie.

28. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos un fuelle

(225) de seguridad antiapertura en caso de sobrepresión interna, dispuesto sobre el cuerpo principal de la envolvente (200) .

29. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos un fuelle (225) de seguridad antiapertura en caso de sobrepresión interna, dispuesto sobre una tapa (230, 240) entre una zona de pegado de la tapa y el interior de ésta.

30. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un canal circular central

(150) dispuesto en el interior del bobinado del elemento bobinado de almacenamiento de energía, desembocando dicho canal (150) a una y otra parte a través de por lo menos una de las tapas (230, 240) para permitir la circulación de un fluido caloportador con fines de regulación térmica del sistema.

31. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque el canal central (150) está formado por un tubo (152) de aluminio hueco solidario a una de las tapas (230, 240) y pegado sobre la otra tapa por un medio de pegado que coopera con una brida central perteneciente a dicha otra tapa.

32. Módulo de almacenamiento de energía eléctrica (110) que comprende por lo menos dos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (100) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos dos tapas (230) que contienen dos elementos bobinados de almacenamiento de energía eléctrica dispuestos en dos cuerpos principales de envolventes (210) yuxtapuestos, forman una pieza (900) bitapa, común a los dos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (100) , estando los elementos que constituyen dicho módulo, cerrados en su extremo opuesto por unas tapas (240) respectivas.

33. Modulo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la pieza (900) bitapa comprende una paleta (910) provista, en sus dos extremos, de dos tapas (230) unidas por una barra de unión, estando cada una de las dos tapas destinada a ensamblarse con uno de los dos cuerpos principales de envolventes (210) .

34. Módulo según una de las reivindicaciones 32 o 33, de n sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (100) en asociación en serie, siendo n superior o igual a 2, caracterizado porque los sistemas están unidos entre ellos por parejas por medio de n-1 bitapas (900) , uniendo las bitapas (900) dos sistemas por pares consecutivos, estando los sistemas dispuestos en los extremos de la asociación en serie que constituye el módulo, unidos a la aplicación externa por medio de tapas individuales (230, 240) .

35. Módulo según una de las reivindicaciones 32 o 33, de n sistemas de almacenamiento de energía eléctrica en asociación paralela, siendo n superior o igual a 2, caracterizado porque todos los extremos isopotenciales de los sistemas están unidos entre ellos en un mismo lado por una tapa única que comprende tanto medios de conexión, brida (232, 242) , junta de posicionamiento (510, 520) , cola (610, 620) , como sistemas a conectar en paralelo.

36. Módulo según una de las reivindicaciones 32 a 35, que comprende por lo menos una combinación de puestas en serie o de puestas en paralelo de sistemas o de grupo de sistemas, caracterizado porque comprende unas piezas bitapas (900) combinadas para permitir dichas puestas en serie o en paralelo de dichos sistemas o grupos de sistemas.

37. Procedimiento de realización de un sistema de almacenamiento de energía eléctrica utilizado por lo menos por un elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica colocado en el interior de una envolvente (200) , comprendiendo dicha envolvente (200) por lo menos una tapa (230, 240) que contiene el elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica en un cuerpo principal de la envolvente (200) , caracterizado porque comprende por lo menos una etapa (870) de fijación de la tapa (230, 240) , a un extremo del cuerpo principal de la envolvente (200) , por un medio de pegado (600) que corona una junta de posicionamiento (500) intercalada entre el cuerpo principal de la envolvente (200) y dicha tapa (230, 240) .

38. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la etapa de fijación (870) se realiza antes o después de una etapa de conexión eléctrica (860) de dicha tapa (230, 240) por unos medios de unión eléctrica (280) al elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica.

39. Procedimiento según una de las reivindicaciones 37 o 38, caracterizado porque la etapa de conexión eléctrica

(860) comprende una etapa de soldadura láser por transparencia bajo presión de los tramos colectores de corriente del elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica con unas zonas de soldadura (280) sobre la tapa (230, 240) .

40. Procedimiento según una de las reivindicaciones 37 o 38, caracterizado porque la etapa de conexión eléctrica (860) comprende una etapa de soldadura fuerte/difusión que realiza un depósito de galio sobre la tapa (230, 240) antes de la soldadura fuerte del conjunto de tapa (230, 240) y tramos colectores de corriente del elemento bobinado de almacenamiento de energía eléctrica.


 

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