ES2370000T3 - Módulo de generación de electricidad que comprende una pluralidad de células electroquímicas. - Google Patents

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ES2370000T3 ES06842015T ES06842015T ES2370000T3 ES 2370000 T3 ES2370000 T3 ES 2370000T3 ES 06842015 T ES06842015 T ES 06842015T ES 06842015 T ES06842015 T ES 06842015T ES 2370000 T3 ES2370000 T3 ES 2370000T3
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Abstract

Módulo de generación de electricidad provisto de una pluralidad de células elementales (4) electroquímicas, de platos de soporte (8) de las células elementales, comprendiendo los citados platos medios (29, 30) conductores de electricidad o aislantes para unir eléctricamente lengüetas de conexión de las células elementales, y de medios de puesta en tensión configurados para mantener por presión el posicionamiento relativo de las citadas células elementales y de los platos de soporte y que comprenden placas (35, 36) que se apoyan contra las superficies superiores de los medios (29, 30) conductores de electricidad o aislantes superiores, caracterizado porque los platos de soporte forman tirante para dos células elementales consecutivas, porque comprende elementos (42) deformables elásticamente montados en apoyo contra las caras principales superiores de las células elementales superiores, y porque los medios de puesta en tensión comprenden, además, bridas (33, 34) en contacto contra las células elementales superiores y barras (41) de apoyo transversales, apoyándose las citadas barras (41) contra las caras principales superiores de las células elementales superiores por intermedio de los elementos (42) deformables.

Description

M6dulo de generaci6n de electricidad que comprende una pluralidad de celulas electroqufmicas�
La presente invenci6n concierne al ambito de los m6dulos de generaci6n de electricidad para vehfculo autom6vil, y en particular a un m6dulo de generaci6n de electricidad que comprende una pluralidad de celulas electroqufmicas y que es adecuado para un vehfculo electrico o un vehfculo hfbrido.
Un vehfculo de propulsi6n o tracci6n hfbrida esta equipado generalmente con un motor de tracci6n de combusti6n interna y un motor de tracci6n electrica que es alimentado por un m6dulo de generaci6n de electricidad embarcado a bordo del vehfculo, y esto, con el fin de poder utilizar varias fuentes de energfa.
Tales m6dulos de generaci6n de electricidad, o baterfas, para vehfculos hfbridos o electricos pueden estar provistos de una pluralidad de conjuntos identicos. Cada conjunto comprende celulas elementales electroqufmicas que permiten producir energfa electrica por reacciones qufmicas que se producen en los electrodos.
Tales celulas elementales electroqufmicas son particularmente ventajosas tanto en el plano energetico como econ6micamente. Sin embargo, cada una de las celulas presentan un espesor asf como una resistencia mecanica relativamente pequenos, lo que puede hacer diffcil su ensamblaje y su posicionamiento relativos durante la fabricaci6n de los m6dulos.
Para facilitar la obtenci6n de m6dulos de este tipo, por ejemplo tales como los presentados en los documentos jPA12005302501 y jPA12005302638, se han imaginado ya diferentes soluciones. Por otra parte, el resumen de la solicitud de patente jPA12004227921 describe un soporte para celulas elementales electroqufmicas apiladas provisto de medios de apoyo inferior y superior. Cada medio de apoyo comprende dos barras rectilfneas ensambladas entre sf de manera que forman una cruz y provistas cada una en sus extremidades de un tet6n de fijaci6n, cooperando los tetones de fijaci6n de un medio de apoyo con los tetones de fijaci6n del otro medio de apoyo.
Las barras y los tetones de fijaci6n forman asf soporte para las celulas elementales electroqufmicas que son previamente soldadas entre sf de manera que quedan aplicadas una a otra por sus caras principales. Para mas detalles sobre tecnicas de soldadura de celulas elementales, se podra referir por ejemplo al resumen de la solicitud de patente jPA12004253262.
Un soporte de este tipo para celulas elementales electroqufmicas presenta el inconveniente de proponer una disposici6n que necesita operaciones previas de soldadura de las celulas elementales, que son particularmente largas, diffciles y caras. Ademas, el ensamblaje de las placas en apoyo una contra otra no permite la obtenci6n de un enfriamiento eficaz.
La presente invenci6n tiene entonces por objetivo poner remedio a estos inconvenientes, proponiendo un m6dulo de generaci6n de electricidad que permita el ensamblaje de celulas elementales electroqufmicas de manera particularmente segura, rapida, y eficaz, al tiempo que facilite el enfriamiento de las citadas celulas con el fin de aumentar las prestaciones y la duraci6n de vida de servicio util del m6dulo.
El m6dulo de generaci6n de electricidad de acuerdo con la invenci6n esta descrito en la reivindicaci6n 1.
Con una disposici6n de este tipo, se hace entonces posible obtener un m6dulo de generaci6n de electricidad en el cual las celulas electroqufmicas quedan situadas una respecto de otra de manera facil y rapida, al tiempo que se asegura un enfriamiento satisfactorio de las citadas celulas.
En efecto, la previsi6n de tales platos o placas permite no solamente asegurar el posicionamiento relativo de las celulas, sino igualmente conservar un espaciamiento constante entre ellas, con miras a una circulaci6n de un gas de enfriamiento, por ejemplo aire.
Ademas, la utilizaci6n de medios de puesta en tensi6n que mantienen por presi6n el posicionamiento relativo de las celulas elementales y de los platos de soporte permite liberarse de las operaciones de ensamblaje de las celulas entre sf particularmente diffciles y caras, tales como la soldadura, lo que facilita la obtenci6n de un dispositivo particularmente econ6mico.
Preferentemente, cada plato de soporte esta asociado al menos a dos celulas elementales dispuestas una a continuaci6n de otra.
Ventajosamente, el m6dulo esta provisto de elementos de fricci6n montados entre las celulas elementales y los platos de soporte asociados. Tales elementos de fricci6n permiten aumentar la seguridad de mantenimiento en posici6n de las celulas elementales con respecto a los platos de soporte.
En un modo de realizaci6n preferido, los elementos de fricci6n estan constituidos por los platos de soporte, presentando los citados platos una rugosidad sensiblemente superior a la de las celulas elementales.
El m6dulo comprende al menos un elemento deformable elasticamente montado en apoyo contra una celula elemental superior.
La utilizaci6n de un elemento deformable elasticamente de este tipo permite, asf, liberarse de eventuales dilataciones termicas diferenciales entre las celulas elementales, los platos de soporte y los medios de puesta en tensi6n. Ademas, este elemento deformable elasticamente permite igualmente absorber los defectos de tolerancias en el espesor de las celulas elementales, asf como de eventuales variaciones del citado espesor en funci6n de la carga o de la descarga de la celula.
Preferentemente, el elemento deformable esta realizado de material sintetico flexible, estando realizados los platos de soporte de material sintetico rfgido.
Los platos de soporte comprenden medios conductores de electricidad o aislantes.
Los citados medios pueden estar realizados formando una sola y misma pieza con los platos de soporte, con el fin de simplificar el montaje del m6dulo.
Preferentemente, el m6dulo comprende una base sobre el cual estan montados los medios de puesta en tensi6n para el posicionamiento relativo de las citadas celulas elementales y de los platos de soporte.
Ventajosamente, los platos de soporte estan constituidos por ensamblaje de un marco de soporte de las celulas y de al menos una parte de conexi6n para unir electricamente entre sf las citadas celulas.
La presente invenci6n y sus ventajas se comprenderan mejor con el estudio de la descripci6n detallada de un modo de realizaci6n tomado a tftulo de ejemplo en modo alguno limitativo e ilustrado por los dibujos anejos, en los cuales:
la figura 1 es una vista desde arriba esquematica de un m6dulo de generaci6n de electricidad de acuerdo con un aspecto de la invenci6n, y
las figuras 2 y 3 son respectivamente secciones segun los ejes IIII y IIIIII del m6dulo de generaci6n de electricidad de la figura 1.
Refiriendose a las figuras 1 a 3, se va a describir ahora un modo de realizaci6n del m6dulo de generaci6n de electricidad designado por la referencia numerica general 1, y destinado especialmente a un vehfculo autom6vil electrico o tambien a un vehfculo autom6vil hfbrido.
El m6dulo 1 presenta, en vista desde arriba, una forma general rectangular y comprende aquf dos conjuntos 2 y 3 conectados entre sf y provistos cada uno de una pluralidad de celulas 4 elementales electroqufmicas identicas. Las celulas 4 estan dispuestas de manera que forman, en cada uno de los conjuntos 2 y 3, dos filas verticales identicas. Asf, las celulas 4 de una fila estan alineadas horizontalmente con las celulas de la otra fila de manera que forman pares de celulas. En la figura 1, una de las filas de celulas 4 del conjunto 2 no ha sido representada, en la zona inferior izquierda.
Para producir energfa, cada celula 4 comprende, de manera tradicional, un catodo 5 y un anodo 6 separados por un electrolito 7. El electrolito 7 puede estar constituido por un separador polfmero del tipo membrana, empapado en un polfmero electrolito lfquido de tipo de disolvente organico con sal de litio.
Para claridad de las figuras 2 y 3, los conjuntos 2 y 3 han sido representados cada uno con ocho celulas 4 elementales. Naturalmente, el numero de celulas generalmente previsto en total es sensiblemente diferente. En efecto, la potencia necesaria para arrastrar un vehfculo autom6vil es de varias decenas de kilovatios, lo que necesita apilar un gran numero de celulas 4.
Para el conjunto 2 del m6dulo 1, a cada par de celulas 4 elementales esta asociado un plato 8 de manera que asegura el soporte y el posicionamiento relativo de estas celulas 4. Los platos 8 de soporte, de forma general rectangular, pueden presentar un espesor relativamente reducido con respecto al de las celulas 4 con el fin de obtener un dispositivo 1 compacto. El citado espesor puede ser, por ejemplo, del orden del milfmetro.
El plato 8 esta constituido por un marco 9 de soporte y dos piezas laterales 10, 11 sensiblemente similares que se ensamblan al citado marco, por ejemplo por enclavamiento, para formar un conjunto unitario.
El marco 9 de forma general rectangular esta provisto de una primera banda 12 central que une sus bordes laterales de lado grande y de segunda y tercera bandas 13, 14 que unen sus bordes laterales de lado pequeno y dispuestas cada una en la proximidad de uno de los citados bordes de lado grande. La banda 12 delimita asf dos aberturas 9a identicas, siendo solo una de las aberturas visible en la figura 1. Estas aberturas 9a permiten especialmente realizar la conexi6n de bornes de celulas 4.
El marco 9 esta provisto, a nivel del borde lateral de lado grande opuesto al conjunto 3, de un reborde 15 vertical que se extiende hacia arriba, y de una pestana 16 vertical que se extiende a una y otra parte de las caras principales del citado marco. El reborde 15 y la pestana 16 se extienden en toda la longitud del marco 9. La pestana 16 esta dispuesta en el lado exterior del citado borde del marco 9. El reborde 15 esta situado en el lado interior del citado borde y provisto de una superficie troncoc6nica superior.
En el borde lateral opuesto de lado grande, el marco 9 comprende igualmente un reborde 19 y una pestana 20 similares a los descritos anteriormente. Las superficies troncoc6nicas de los rebordes 15, 19 estan destinadas a soportar las caras inferiores de un par de celulas 4, formando las pestanas 16, 20 apoyos para las citadas caras inferiores.
La pieza lateral 10 se presenta en forma de una pieza de forma general rectangular, y prolonga horizontalmente hacia el exterior al marco 9 a partir de la pestana 16. �sta comprende una moldura 17 vertical dispuesta en el contorno del borde exterior de lado grande y de los bordes de lado pequeno. La moldura 17 se extiende a una y otra parte de las caras principales de la pieza 10. La pieza lateral 10 comprende dos vaciados 18 dispuestos en la proximidad de la moldura 17 y asociados cada uno a una de las filas de las celulas.
La pieza lateral 11 se presenta igualmente en forma de una placa rectangular, de estructura sin embargo ligeramente diferente a la de la pieza lateral 10. En efecto, la pieza lateral 11 esta destinada a ser utilizada para un par de celulas 4 del conjunto 2, pero igualmente para el par correspondiente de celulas 4 del conjunto 3. La pieza lateral 11 es, por tanto, comun a los conjuntos 2 y 3 del m6dulo. Asf, la pieza 11 comprende dos molduras verticales �no indicadas� dispuestas en el contorno de los bordes de lado pequeno. La pieza 11 comprende igualmente dos vaciados 23 dispuestos de manera analoga a los de la pieza 10.
La concepci6n del conjunto 3 es identica a la del conjunto 2. Naturalmente, el numero de conjuntos del m6dulo 1 es adaptable en funci6n de la potencia o de la energfa deseada.
Se va a describir ahora la disposici6n relativa de los platos 8 de soporte y de las celulas 4 elementales del conjunto
2.
El plato 8 de soporte inferior esta montado en apoyo contra una base 24 por intermedio de los tetones 25 a 28. Los tetones 25 a 28 estan respectivamente en apoyo contra caras inferiores de la pestana 16 y de la moldura 17, de la banda 13, de la banda 14, y de la pestana 20. La cara principal inferior de cada una de las dos celulas 4 inferiores esta en apoyo contra el citado plato a nivel de las superficies superiores de las bandas 12 a 14 y de los rebordes 15,
19.
El plato 8 de soporte inmediatamente superior se apoya contra las caras principales superiores de las dos celulas 4 inferiores, respectivamente por intermedio de las dos caras inferiores de las pestanas 16, 20 y de las bandas 12 a
14. El citado plato 8 forma asf soporte para la celula 4 inmediatamente superior a la celula elemental inferior, pero igualmente tirante entre las citadas celulas con el fin de mantener un espaciamiento sensiblemente constante entre estas celulas y permitir asf una circulaci6n de gas para el enfriamiento.
El posicionamiento de los otros seis platos 8 de soporte y celulas 4 del conjunto 2 es similar al descrito anteriormente. Ademas, la disposici6n relativa de los platos 8 de soporte y de las celulas 4 elementales del conjunto 3 es identica a la del conjunto 2.
Con el fin de realizar la conexi6n electrica de las diferentes celulas 4 entre sf, medios 29, 30 conductores o aislantes estan fijados respectivamente al interior de los vaciaos 18 y 23 de cada una de las piezas 10, 11. La utilizaci6n de medios 29, 30 conductores o aislantes esta determinada en funci6n de la conexi6n electrica en serie o en paralelo deseada de las celulas 4.
A tal efecto, cada celula 4 comprende dos leng�etas de conexi6n 31 y 32 unidas a cada una de sus extremidades, y que se presentan en forma de hojas finas metalicas de anchura ligeramente inferior a la anchura de la celula correspondiente. Para claridad de las figuras, las leng�etas 31 y 32 estan unidas aquf al electrolito 7. Naturalmente, se concibe facilmente que la celula 4 comprenda en realidad una envuelta exterior �no representada� a la cual esten conectadas las leng�etas 31 y 32 representadas. Los medios 30 permiten unir electricamente las celulas 4 del conjunto 3 con las celulas del conjunto 2. El marco 9 permite, asf realizar el soporte de las celulas 4, estando previstas las partes 10 y 11 para la conexi6n electrica entre sf de las citadas celulas.
Con el fin de mantener el posicionamiento relativo de las celulas elementales 4 y de los platos 8 apilados del conjunto 2, el m6dulo 1 comprende igualmente medios de puesta en tensi6n por presi6n de los citados platos y celulas. Los medios de puesta en tensi6n estan provistos de bridas 33, 34 en contacto contra las celulas 4 superiores, de placas 35, 36 de presi6n, asociadas a las bridas, y de vastagos de fijaci6n 37, 38.
Las bridas 33, 34 presentan dimensiones adaptadas para recubrir respectivamente a las piezas 10, 11 laterales superiores. �stas estan en apoyo contra celulas 4 superiores y comprenden cada una vaciados �no indicados� para el paso de los medios 29, 30 superiores de manera que las caras superiores de las citadas bridas estan desplazadas verticalmente hacia abajo con respecto a las de los citados medios 29, 30.
A cada brida 33, 34 estan asociadas dos placas 35, 36 de dimensiones ligeramente superiores a las de los medios 29, 30 y dispuestas de manera que se apoyan respectivamente contra las superficies superiores de los medios 29, 30 superiores. Entre las placas 35, 36 y los medios de apoyo 29, 30 superiores estan montadas barras metalicas �no representadas� para asegurar un contacto electrico entre dos filas de celulas 4 adyacentes.
Los vastagos 37 de fijaci6n fileteados, aquf en numero de cuatro, para cada placa 35 pasan a traves de las citadas placas, asf como a traves de los platos 8, por intermedio de perforaciones previstas a tal efecto, y permiten sujetar los platos 8 de soporte y las celulas con respecto a la base 24, respectivamente a nivel del tet6n 25. A tal efecto, tuercas 39 estan montadas en los citados vastagos en apoyo contra superficies superiores de las placas 35.
�e manera analoga, los vastagos 38 y las tuercas 40 permiten realizar, por intermedio de la brida 34, la fijaci6n de los platos 8 y de las celulas con respecto a la base 24, a nivel del tet6n 28. Asf, la brida 34 permite en parte la fijaci6n de las celulas del conjunto 2 y la del conjunto 3. En el lado opuesto a la brida 34, el conjunto 3 comprende igualmente otra brida �no indicada� para la fijaci6n de la otra extremidad de las celulas 4.
Para cada conjunto del m6dulo 1, los medios de puesta en tensi6n estan provistos igualmente de dos barras de apoyo 41 transversales que se apoyan contra las superficies superiores de las celulas superiores, por intermedio de elementos 42 deformables elasticamente. Las barras de apoyo 42 son identicas entre sf y presentan una longitud sensiblemente igual a la de los lados grandes del marco 9. �stas estan alineadas verticalmente con respecto a los tetones 26 y 27.
Los elementos 42 deformables se presentan en forma de bandas rectangulares de longitudes iguales a las de las barras de apoyo 41. Ventajosamente, los citados elementos son realizados de material sintetico flexible, por ejemplo de etileno�propileno�mon6mero dienico �EP�M�. Vastagos 43 fileteados y tuercas 44, aquf en numero de tres en cada una de las barras 41, estan previstos igualmente para mantener la fijaci6n de los platos 8 y de las celulas 4 sobre la base 24. Las extremidades inferiores de los vastagos 43 estan montadas aquf a nivel de los tetones 26 y
27.
La previsi6n de tales elementos 42 en apoyo contra las celulas 4 superiores permite asf aplicar una presi6n sobre las celulas 4 con miras a limitar sensiblemente el riesgo de un eventual desplazamiento relativo de los platos 8 y de las citadas celulas, al tiempo que se libera de eventuales dilataciones termicas diferenciales entre las celulas 4 elementales, los platos 8 de soporte, y los vastagos 43 Tales elementos 42 permiten igualmente absorber eventuales variaciones de espesores de las celulas en funci6n de sus cargas o descargas.
Con el fin de aumentar la seguridad del mantenimiento en posici6n de los platos 8 con respecto a las celulas 4 al tiempo que se conserve un m6dulo 1 compacto, los platos 8 pueden estar realizados de material sintetico rfgido, por ejemplo de polipropileno �PP� para obtener un coeficiente de frotamiento entre los citados platos y las celulas 4 adaptado para conservar por fricci6n el posicionamiento horizontal de las celulas 4 con respecto a los platos.
Naturalmente, podrfa considerarse igualmente prever elementos especfficos previstos a tal efecto dispuestos entre las celulas 4 y los platos 8.
El m6dulo de generaci6n de electricidad permite asf obtener un ensamblaje particularmente facil y fiable de las diferentes celulas elementales en el cual las celulas estan especialmente espaciadas una de otra, lo que permite prever una circulaci6n de gas de enfriamiento con miras a un funcionamiento 6ptimo del m6dulo. Ademas, el numero de conjuntos del m6dulo asf como el numero de celulas de cada uno de los citados conjuntos pueden ser facilmente adaptados en funci6n de la potencia y de la energfa deseadas.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    M6dulo de generaci6n de electricidad provisto de una pluralidad de celulas elementales �4� electroqufmicas, de platos de soporte �8� de las celulas elementales, comprendiendo los citados platos medios �29, 30� conductores de electricidad o aislantes para unir electricamente leng�etas de conexi6n de las celulas elementales, y de medios de puesta en tensi6n configurados para mantener por presi6n el posicionamiento relativo de las citadas celulas elementales y de los platos de soporte y que comprenden placas �35, 36� que se apoyan contra las superficies superiores de los medios �29, 30� conductores de electricidad o aislantes superiores, caracterizado porque los platos de soporte forman tirante para dos celulas elementales consecutivas, porque comprende elementos �42� deformables elasticamente montados en apoyo contra las caras principales superiores de las celulas elementales superiores, y porque los medios de puesta en tensi6n comprenden, ademas, bridas �33, 34� en contacto contra las celulas elementales superiores y barras �41� de apoyo transversales, apoyandose las citadas barras �41� contra las caras principales superiores de las celulas elementales superiores por intermedio de los elementos �42� deformables.
  2. 2.
    M6dulo de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual cada plato �8� de soporte soporta al menos dos celulas �4� elementales dispuestas una a continuaci6n de otra.
  3. 3.
    M6dulo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, provisto de elementos de fricci6n montados entre las celulas elementales y los platos de soporte asociados.
  4. 4.
    M6dulo de acuerdo con la reivindicaci6n 3, en el cual los elementos de fricci6n estan constituidos por los platos de soporte, presentando los citados platos una rugosidad superior a la de las celulas elementales.
  5. 5.
    M6dulo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual los elementos deformables estan realizados de material sintetico flexible, estando realizados los platos de soporte de material sintetico rfgido.
  6. 6.
    M6dulo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una base �24� sobre la cual estan montados los medios de puesta en tensi6n para el posicionamiento relativo de las citadas celulas elementales y de los platos de soporte.
  7. 7.
    M6dulo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual los platos de soporte estan constituidos por ensamblaje de un marco �9� de soporte de las celulas y por al menos una parte �10, 11� de conexi6n para unir electricamente las citadas celulas entre sf.
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