ES2610621T3 - Unidad eléctrica de alimentación para propulsión de automóviles - Google Patents

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Santiago Castella Daga
Rafael Luis Cortercero Montanes
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Abstract

Unidad eléctrica de alimentación para propulsión de automóviles, constituida por un conjunto de baterías eléctricas apiladas (1), contenidas en una carcasa exterior (2) que comprende medios de refrigeración, en la que los medios de refrigeración citados están constituidos por un equipo que inyecta aire de refrigeración al interior del apilamiento (3) de baterías (1), desde donde discurre hacia el exterior de dicho apilamiento (3) para su evacuación; comprendiendo dicho equipo una cámara de distribución (4) situada fuera del apilamiento (3) de baterías, la cual tiene una entrada de aire de refrigeración (5) y una serie de salidas (6) para cada una de dichas salidas conectadas a un conducto de alimentación de aire correspondiente (7) que desemboca hacia el interior del apilamiento (3); y comprendiendo además entre el apilamiento (3) de baterías (1) y la carcasa exterior (2) una pared intermedia (12) con perforaciones (13), que circunda el apilamiento (3) de baterías (1), en la que la pared intermedia (12) y dicha carcasa (2) delimitan una cámara colectora de aire caliente (14) que desemboca al exterior a través de una salida (15) que parte de la carcasa exterior (2), y estando dicha unidad eléctrica de alimentación caracterizada por que la carcasa externa (2) que contiene el apilamiento (3) de baterías eléctricas (1) tiene en su exterior, al menos sobre una parte de sus paredes (2A, 2B), aletas de refrigeración (16, 17) que discurren en una dirección paralela al eje longitudinal del vehículo; y por que delante de la carcasa (2) hay un distribuidor de aire frontal (18) que comprende una cámara colectora de aire, que sobresale hacia abajo desde el nivel del suelo de vehículo (20) y está abierta por su pared (19A) dirigida hacia la dirección de marcha del vehículo, y una cámara de alimentación de aire colocada delante de las aletas (16), que está conectada a la cámara colectora y abierta por una pared (22A) orientada hacia dichas aletas (16).

Description

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DESCRIPCION
Unidad electrica de alimentacion para propulsion de automoviles.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una unidad electrica de alimentacion para propulsion de automoviles, constituida por un conjunto de batenas que van adosadas lateralmente entre sf formando un apilamiento compacto que esta provisto de medios de refrigeracion.
La invencion tiene por objeto lograr un enfriamiento uniforme de las batenas que forman el apilamiento dentro de unos margenes muy estrechos, de modo que se logre un correcto funcionamiento de la unidad electrica en su funcion de fuente de alimentacion para la propulsion de automoviles.
Antecedentes de la invencion
Del analisis sobre el estado de la tecnica se observa que existe un problema innato en la utilizacion de grandes grupos de batenas, en concreto la generacion de calor, que es muy perjudicial para la vida de las celdas de batenas.
Dado que la gama de temperaturas en las que las celdas trabajan es pequena, es importante que la refrigeracion de las mismas sea homogenea y constante. De esta manera es posible que todas las celdas trabajen por igual, con el mismo rendimiento y con las mismas prestaciones en cuanto a potencia y capacidad.
En la mayona de los sistemas de refrigeracion actuales de grupos de batenas, el flujo de aire transcurre de fuera hacia dentro de dicho grupo, saliendo finalmente otra vez al exterior, por lo que el flujo de refrigeracion de aire generalmente hace un gran recorrido y en la etapa final el aire se encuentra ya a una temperatura muy elevada, sin que apenas pueda servir como medio de refrigeracion para las batenas que se encuentran al final del recorrido del flujo de aire.
Esta circunstancia impide la homogeneizacion de la temperatura en todo el grupo de celdas de batena que se encuentran apiladas en vanas filas, con el consecuente problema anteriormente descrito. Esto produce un desgaste desigual de las batenas, lo cual supone una reposicion prematura de las mismas y en consecuencia un aumento del costo de la unidad electrica de alimentacion.
Otro inconveniente es la falta de espacio en los vehfculos para el almacenaje de este tipo de batenas, ya que con el sistema de refrigeracion tradicional se requiere un grupo ventilador situado fuera del conjunto de batenas y como consecuencia, se requiere un mayor espacio.
El documento WO 2006/099602 describe una unidad electrica de alimentacion con medios de refrigeracion, comprendiendo una camara de distribucion adosada al apilamiento de batenas y que tiene una entrada de aire de refrigeracion y una serie de salidas, cada una de las cuales esta conectada a un conducto suministrador de aire que desemboca hacia el interior del apilamiento.
Descripcion de la invencion
El objeto de la presente invencion es resolver los problemas anteriormente expuestos mediante una unidad electrica de alimentacion de acuerdo con la reivindicacion 1, constituida de modo que el conjunto de batenas que la forman pueda ser refrigerado eficazmente, de un modo uniforme y con una organizacion y distribucion de las batenas que permita reducir el espacio ocupado por las mismas.
La unidad electrica de alimentacion de la invencion esta constituida de modo que los medios de refrigeracion incluyan un equipo que inyecte aire de refrigeracion al interior del apilamiento de batenas, desde donde discurre hacia el exterior de dicho apilamiento, pasando previamente por el exterior de todas las batenas.
El equipo de inyeccion mencionado anteriormente comprende una camara de distribucion situada por fuera del apilamiento de batenas, adosada al mismo, la cual dispone de una entrada de aire de refrigeracion y de una serie de salidas para dicho aire, de cuyas salidas parten otros tantos conductos suministradores de aire que desembocan hacia el centro del apilamiento. El conjunto de batenas que constituyen la unidad electrica de alimentacion va encerrado en una carcasa exterior, estando dispuesta entre la carcasa y el apilamiento de batenas una pared intermedia perforada que circunda dicho apilamiento. Entre esta pared perforada y la pared de carcasa externa esta delimitada una camara colectora de aire caliente, la cual desemboca al exterior a traves de una salida prevista en dicha carcasa exterior.
Los conductos suministradores tendran paredes perforadas, de modo que proporcionen una distribucion de aire de refrigeracion que circule entre la totalidad de las batenas que conforman la unidad electrica de alimentacion.
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Preferentemente, los conductos suministradores de aire estaran cerrados por su seccion de salida mediante una pared que dispone de orificios de salida, orificios que tendran un diametro mayor que los orificios de la pared de dichos conductos.
La camara de distribucion anteriormente mencionada queda adosada exteriormente a la carcasa que envuelve el conjunto de batenas, quedando la pared de dicha carcasa atravesada por los conductos suministradores de aire.
De este modo la alimentacion de aire fno de refrigeracion, desde la camara de distribucion mencionada, tiene lugar a traves de los conductos suministradores, teniendo cada uno de ellos una pluralidad de orificios a traves de los que se transportara el aire fno hasta el interior del conjunto de batenas, desde donde saldra hacia el exterior, para ser recogido finalmente por la camara colectora de aire caliente, desde donde es evacuado al exterior.
Con la disposicion descrita, el aire de refrigeracion realiza dos trayectos, uno correspondiente al aire fno y el otro al caliente.
El trayecto del aire fno es el siguiente:
El aire es aspirado del interior del habitaculo de pasajeros del vehuculo, a una temperatura generalmente baja, y, mediante un ventilador electrico convencional, es impulsado hacia la camara de distribucion a traves de la entrada de la misma. El ventilador puede estar situado en la entrada de la camara de distribucion, desde la cual el aire es impulsado y distribuido a traves de los diferentes conductos de paredes perforadas, con los que se asegura el paso del aire de refrigeracion alrededor de la totalidad de batenas que componen la unidad electrica de alimentacion.
El trayecto del aire caliente es el siguiente:
El aire de refrigeracion fluye desde diferentes puntos del centro del grupo de batenas hacia el exterior, haciendo que el aire pase por la superficie externa de todas las batenas, produciendo la refrigeracion de las mismas. Este aire funciona como transportador o vehfculo de energfa calonfica, arrastrando el calor producido en las celdas de batenas. Por ultimo sale a traves de los orificios de la pared intermedia perforada, alcanzando la camara colectora delimitada entre dicha pared intermedia perforada y la carcasa externa de la unidad electrica de alimentacion, desde donde se evacua al exterior a traves de una salida de aire caliente.
Con esta disposicion, se consigue que el aire de refrigeracion recorra una corta distancia, entre la zona central del conjunto de batenas y el exterior de la misma, lo cual permite un efecto potente de refrigeracion en las celdas del conjunto de batenas.
El numero, tamano y posicion de las perforaciones de los conductos de aire fno permitiran dirigir el aire de la manera mas adecuada, tanto para enfriar uniformemente todas las celdas de batenas como para evacuar el aire caliente.
Por otro lado, debido a la especial disposicion entre el conjunto de batenas y los medios de refrigeracion, incluido el ventilador, se consigue reducir considerablemente el espacio ocupado por el conjunto de unidad electrica de alimentacion.
Segun otro aspecto de la invencion, la carcasa que contiene el conjunto de batenas tiene en su exterior, al menos en parte de sus paredes, aletas de refrigeracion que funcionan en una direccion paralela al eje longitudinal del vehuculo, de tal manera que se produce una corriente de aire del aire ambiente entre dichas aletas debido al movimiento de dicho vehuculo. Para aumentar esta corriente de aire, en la parte delantera de la carcasa hay un distribuidor de aire frontal que comprende una camara colectora de aire, que sobresale hacia abajo desde el suelo del vehuculo y que esta abierto por la superficie dirigida hacia la direccion de marcha de vehuculo, y una camara suministradora de aire colocada delante de las aletas, que esta conectada a la camara colectora y abierta por la pared dirigida hacia dichas aletas.
En el distribuidor de aire frontal, la corriente entrara por la abertura de la camara colectora, siendo dicha corriente de aire producida por el efecto del movimiento del vehuculo, y esta corriente llegara a la camara de alimentacion de aire y saldra por las aberturas, dirigida hacia las aletas de refrigeracion.
La carcasa puede colocarse detras de la placa de base del asiento trasero, con las bases y las paredes verticales dirigidas en una direccion paralela al eje longitudinal del vehuculo. Las paredes verticales y la base inferior pueden tener aletas de refrigeracion.
Segun una realizacion, el distribuidor de aire frontal esta constituido por una tubena preferiblemente cuadrada o rectangular que describe un recorrido en forma de C, con secciones rectas. La seccion central de esta tubena se desplaza horizontalmente bajo el suelo del vehuculo y esta abierta por la pared dirigida hacia la direccion de marcha de dicho vehuculo, constituyendo la camara colectora en la que la corriente de aire producida como consecuencia del movimiento del vehfculo penetrara a traves de su abertura delantera. En cuanto a las secciones laterales de la
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tubena en forma de C, se desplazan por delante de las aletas de refrigeracion de las paredes verticales y estan abiertas por la pared orientada hacia dichas aletas, constituyendo otras camaras de alimentacion.
Las aletas de refrigeracion de la base inferior de la carcasa pueden colocarse entre la parte inferior del vehnculo y la parte central de la tubena en forma de C, o incluso pueden colocarse debajo de dicha seccion central, de tal manera que en cualquier caso reciben directamente la corriente de aire producida por el efecto del movimiento del vehnculo.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos adjuntos, se representa una unidad electrica de alimentacion para la propulsion de automoviles, constituida de acuerdo con la invencion, dada a tftulo de ejemplo no limitativo, donde:
La figura 1 es una vista en perspectiva de la unidad electrica de alimentacion, con la pared de la carcasa parcialmente suprimida para mostrar la disposicion interior del conjunto de batenas y medios de refrigeracion.
La figura 2 es una vista en perspectiva similar a la figura 1, en la que se ha suprimido la carcasa de la unidad electrica de alimentacion.
La figura 3 es una vista en perspectiva similar a la figura 2, desde un angulo opuesto y sin la pared intermedia perforada.
La figura 4 es una vista en seccion de la unidad electrica de alimentacion, tomada segun la lmea de corte IV-IV de la figura 1.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva los medios de refrigeracion de la unidad electrica de alimentacion de la invencion.
La figura 6 es una vista en perspectiva de la unidad de alimentacion, desde el lado opuesto al de la figura 1.
La figura 7 es una vista similar a la figura 6, que muestra el distribuidor de aire frontal.
La figura 8 es una vista posterior del distribuidor de aire.
La figura 9 corresponde a la seccion IX-IX de la figura 2, en una escala mayor.
Descripcion detallada de una realizacion preferida
La constitucion y ventajas de la unidad electrica de alimentacion de la invencion podran comprenderse mejor con la siguiente descripcion, hecha con referencia al ejemplo de realizacion mostrado en los dibujos antes mencionados.
La unidad electrica de alimentacion de la invencion es del tipo constituido por un conjunto de batenas electricas 1 apiladas, contenidas en una carcasa exterior 2, figura 1, y provista de medios de refrigeracion.
Las batenas 1 estan dispuestas de modo que conforman un apilamiento al cual van adosados medios de refrigeracion, mediante los que se inyecta aire de refrigeracion al interior del apilamiento 3 de batenas 1, desde donde discurre hacia el exterior del mismo.
El equipo de refrigeracion esta constituido, segun puede apreciarse mejor en la figura 5, por una camara de distribucion 4 que tiene una entrada 5 de aire fno, por ejemplo procedente del habitaculo del vehnculo y suministrado por un ventilador, y una serie de salidas 6, de cada una de las cuales parte un conducto 7 que discurre hacia el interior del apilamiento 3 de batenas 1, segun se aprecia, por ejemplo, en la figuras 2, 4 y 5. La pared de estos conductos 7 presenta perforaciones 8, al menos en las secciones y paredes dirigidas hacia el conjunto 3 de batenas 1. Tambien estos conductos 7 pueden estar cerrados por sus extremos mediante una pared 9 provista de aberturas u orificios de salida 10, con un diametro superior al de los orificios 8 de las paredes de conducto.
En la figura 4 se aprecia como los conductos 7 llegan hasta el centro del apilamiento 3 de batenas 1, de modo que el aire suministrado a traves de la entrada 5 de la camara de distribucion 4 y los conductos 7 discurrira desde el interior del apilamiento 3 de batenas 1 hacia el exterior del mismo, segun se representa mediante las lmeas de flujo 11.
Segun puede apreciarse mejor en la figura 2, el apilamiento 3 de batenas 1 queda circundado por una pared 12 provista de perforaciones 13, quedando delimitada entre esta ultima y la pared de carcasa 2, segun se muestra en la figura 4, una camara colectora de aire caliente 14 que desemboca al exterior a traves de una salida 15 de la carcasa.
De este modo, el aire fno suministrado a traves de la entrada 5 de la camara de distribucion 4 y que puede proceder del habitaculo del vehnculo, discurrira a traves de los conductos 7 para salir a traves de los orificios 8 de las paredes
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laterales de dichos conductos y de los orificios 10 de la pared 9 que cierra la seccion de salida de dichos conductos 7. Este aire fno circulara a traves de las batenas 1 del conjunto de batenas, como se representa en la figura 4 mediante las lmeas 11, alcanzando la camara colectora 14 a traves de los orificios 13 de la pared 12, para salir finalmente a traves de la salida 15 de la carcasa 2.
En las figuras 2 y 3 puede verse como la disposicion del apilamiento 3 de batenas 1 y los medios de refrigeracion compuestos por la camara de distribucion 4 y el conducto 7, forman un conjunto compacto que queda finalmente envuelto por la carcasa 2, figura 1, fuera de la cual queda solamente la camara de distribucion 4 con su entrada 5, constituyendo asf un conjunto de volumen reducido.
Segun otra caractenstica de la invencion, la carcasa 2 puede tener en su exterior aletas de refrigeracion 16, en su base inferior 2A, y aletas de refrigeracion 17, en sus paredes verticales 2B, como se muestra en la figura 6.
De preferencia, la carcasa 2, con el conjunto de batenas electricas 1 apiladas en su interior, se colocara detras de la placa de base del asiento posterior del vetnculo, con la base inferior 2A y las paredes verticales 2B dirigidas en una direccion paralela al eje longitudinal del vetnculo. Con esta disposicion, las paredes verticales 2B de la carcasa 2 tendran aletas de refrigeracion longitudinales 16 y la base inferior 2A tendra en su exterior tambien aletas de refrigeracion 17. La corriente de aire producida por el movimiento del vetnculo discurrira a traves de las aletas 16, 17.
Para aumentar esta corriente de aire de refrigeracion a traves de las aletas 16, delante de la carcasa 2 hay un distribuidor de aire frontal 18, figura 7, que puede estar constituido por una tubena cuadrada o rectangular, que describe un recorrido en forma de C. La seccion central 19 de esta tubena en forma de C discurre horizontalmente por debajo del nivel del suelo de vetnculo 20 y tiene en su pared 19A dirigida hacia la direccion de marcha del vetnculo, una abertura longitudinal 21. Esta seccion 19 con la abertura 21 define una camara colectora de aire caliente en la que la corriente de aire producida como consecuencia del movimiento del vetnculo, penetrara a traves de la abertura 21. Las aletas longitudinales 17 pueden colocarse entre esta seccion central 19 de la tubena y la base inferior 2A de la carcasa 2. Las secciones laterales 22 de la tubena en forma de C discurren por delante de las aletas de refrigeracion 16 de las paredes verticales 2B y tienen aberturas 23, figura 8, en las paredes 22A orientadas hacia dichas aletas 16. Unas secciones 22 estan conectadas a la seccion central 21 y constituyen otras camaras de alimentacion de aire a las aletas 16. El conjunto de la seccion central 19 y las secciones laterales 22 de la tubena en forma de C forman asf un distribuidor de aire frontal 18 que captura la corriente de aire producida por el efecto del movimiento del vetnculo y la dirige hacia las aletas de refrigeracion 16.
El flujo del aire que penetra por la abertura 21 de la seccion central 19 de la tubena, alcanza las secciones laterales 22 desde donde sale por las aberturas 23 dirigido hacia las aletas 16.
A traves del conjunto que comprende las aletas de refrigeracion 16 y 17 y el distribuidor de aire frontal 18 descritos, se logra un mayor efecto del apilamiento 3 de batenas 1 contenidas en la carcasa 2 y todo ello es posible gracias a la eliminacion del calor producido por radiacion, conveccion y conductividad desde las batenas 1.
Al estar la seccion central 19 de la tubena 18 y las aletas de refrigeracion 17 colocadas por debajo del nivel del suelo de vetnculo 20, estos componentes quedan expuestos a la corriente de aire producida como consecuencia del movimiento del vetnculo.
Como puede verse en la figura 9, unos separadores 24 pueden colocarse entre las batenas apiladas 1 con el fin de crear el espacio por el que circula el flujo de aire de refrigeracion suministrado por los medios de refrigeracion descritos con referencia a las figuras 1 a 5.

Claims (4)

  1. 5
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    15
    20
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    REIVINDICACIONES
    1. Unidad electrica de alimentacion para propulsion de automoviles, constituida por un conjunto de batenas electricas apiladas (1), contenidas en una carcasa exterior (2) que comprende medios de refrigeracion, en la que los medios de refrigeracion citados estan constituidos por un equipo que inyecta aire de refrigeracion al interior del apilamiento (3) de batenas (1), desde donde discurre hacia el exterior de dicho apilamiento (3) para su evacuacion; comprendiendo dicho equipo
    una camara de distribucion (4) situada fuera del apilamiento (3) de batenas, la cual tiene una entrada de aire de refrigeracion (5) y una serie de salidas (6) para cada una de dichas salidas conectadas a un conducto de alimentacion de aire correspondiente (7) que desemboca hacia el interior del apilamiento (3); y comprendiendo ademas entre el apilamiento (3) de batenas (1) y la carcasa exterior (2)
    una pared intermedia (12) con perforaciones (13), que circunda el apilamiento (3) de batenas (1), en la que la pared intermedia (12) y dicha carcasa (2) delimitan una camara colectora de aire caliente (14) que desemboca al exterior a traves de una salida (15) que parte de la carcasa exterior (2),
    y estando dicha unidad electrica de alimentacion caracterizada por que la carcasa externa (2) que contiene el apilamiento (3) de batenas electricas (1) tiene en su exterior, al menos sobre una parte de sus paredes (2A, 2B), aletas de refrigeracion (16, 17) que discurren en una direccion paralela al eje longitudinal del vetuculo; y por que delante de la carcasa (2) hay un distribuidor de aire frontal (18) que comprende una camara colectora de aire, que sobresale hacia abajo desde el nivel del suelo de vetuculo (20) y esta abierta por su pared (19A) dirigida hacia la direccion de marcha del vetuculo, y una camara de alimentacion de aire colocada delante de las aletas (16), que esta conectada a la camara colectora y abierta por una pared (22A) orientada hacia dichas aletas (16).
  2. 2. Unidad electrica segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la carcasa (2) esta colocada detras de la placa de base del asiento posterior de vetuculo, con una base inferior (2A) y paredes verticales (2B) dirigidas en una direccion paralela al eje longitudinal del vetuculo, teniendo las paredes verticales (2B) y la base inferior (2A) aletas de refrigeracion (16) y (17), respectivamente.
  3. 3. Unidad electrica segun la reivindicacion 2, caracterizada por que el distribuidor de aire frontal (18) consiste en una tubena que describe un recorrido en forma de C, con secciones rectas (19, 22), en la que dichas secciones (19, 22) comprenden una seccion central (19) que discurre horizontalmente por debajo del nivel del suelo de vetuculo (20) y tiene una abertura longitudinal (21) dirigida hacia la direccion de marcha del vetuculo, constituyendo una camara colectora de aire; y secciones laterales (22) que discurren por delante de las aletas de refrigeracion (16) de las paredes verticales (2B) y tienen aberturas (23) orientadas hacia dichas aletas (16), constituyendo otras camaras de alimentacion de aire.
  4. 4. Unidad electrica segun las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada por que las aletas de refrigeracion (17) de la base inferior (2A) de la carcasa (2) estan colocadas entre el nivel del suelo de vehfculo (20) y la seccion central (19) de la tubena en forma de C.
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