CN101501924A - 液体电解质电池加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体电解质电池，它在边缘侧可以通过两个加热元件在壳体底板上加热，其中在电池中布置有具有下面的特征的板形的混合装置：在壳体底板(1e)和电极(2)的下棱边(2a)之间这样布置有两个第一板(4a，4b)，使得中心的通流口(5)保持敞开。在垂直的壳体壁和电极(2)的侧面棱边之间布置有两个第二板(4c，4d)，上述第二板与第一板(4a，4b)连接。在电解质液面(3a)上方几毫米处布置有两个溢流板(4e，4f)，其中所述溢流板(4e，4f)的外侧棱边与上述第二板(4c，4d)的上棱边连接，并且所述溢流板(4e，4f)的内侧棱边彼此相距，并空出流入口(6)。

Description

液体电解质电池加热装置
技术领域
本发明涉及一种液体电解质电池加热装置，其具有加热器和与加热器协调一致的液体电解质电池，例如铅酸电池，该铅酸电池例如使用在车辆中。
背景技术
对汽车工业中轻型构造方面的努力亦涉及到电池重量的削减。同时对电池功率的要求也越来越高，因为除了传统的用于启动例如小型汽车的能量之外还需要为附加的设备、例如电动升窗器、用于调节座椅或亦用于电加热座椅的伺服马达提供能量。此外还希望电池功率在电池的整个寿命期间都尽可能保持在一个恒定的较高水平上，因为这样一来也可以对就安全性来讲意义重大的功能单元、例如转向和制动进行电控制和操作。电池功率从下面起可理解为电池的容量以及电池的用于放出电流或用于接收电流的能力。电池功率会受到各种对于技术人员来说已知的因素的影响。
由现有技术已知不同的措施，以提高液体电解质电池，例如铅酸电池的功率。对于这种电池特别的问题是，电池功率对电池温度具有很强的依赖性。在允许的工作范围内，每摄氏度电容下降约0.6至0.8％或者更多。如果假设，最优的工作温度在约30摄氏度并且电池在零下20摄氏度时工作，以操作例如车辆的起动电动机，那么该电池只还具有它的电容的约60％。不过专业人员已知，其它的影响因素也会减小电池的电容。一个重要的影响因素是所谓酸的分层，也就是说，酸浓度相对电极表面是不均匀的。这导致，电极在酸浓度过高的位置上受腐蚀，这样减小了电池的寿命，并且在酸浓度过小的电极位置上电池不能达到它的全部功率。
一般已知，具有内燃机的车辆，当它长时间，例如多于8个小时处于低于零摄氏度的温度下，则如果冷却的电池在起动前被加热，可以更好地起动。
因此开发了许多电池加热装置，它们具有不同的优点和缺点并且例如在文献DE 28 12 876，US 2,440,369，DE 1 496 134，DE 40 27 149A1或者DE 100 14 848中说明。
电池加热装置可以按照不同角度分类。
一种涉及通过热交换加热电池。则例如建议，在电池的外壁上设置热交换管，热的发动机冷却液流过上述热交换管。
更多地还建议电加热，其中这种可以划分成两个分类。
有一系列的构思，将加热膜或者类似的加热元件布置在电池外壁上或者也可以在电池自身当中并且从外部输入电能，例如对于停在车库中的车辆从220V电网连接中输入电能。这里总是提供足够的能量，这样电池可以不依赖外部温度地保持在一个预定的温度。如果车辆行驶，同样可以从汽车发电机获取能量。
对于第二分类来说，用于电池加热的能量从该电池自身获取。如果车辆停放在街道上并且不存在从外部输入能量的可能性，那么这是必需的。已经建议，电池良好隔热并且借助自身加热保持在一个尽可能最优的温度水平。此方法只有当车辆仅仅停放并冷却了约8至15小时并且之后该车辆要重新使用时才有意义，也就是说，电池的隔热必需这样好，使得电池在这个约8至15小时内可以通过自身加热保持在希望的温度水平。
不过如果车辆停放几天，电池的能量含量不足够自己良好隔热的电池保持在希望的温度。对这种情况，只有当车辆要被起动时，电池才有必要加热。
因此一再建议，冷的电池在车辆快要起动之前才加热。电池快速加热的多种可能性中的一种是在电池底部上引入热量。
在DE 100 14 848 C2中建议，将电池放在加热板上，其中就此而言它是否涉及传统的可电加热的加热板，或者如在DE 100 14 848 C2中，涉及本来应用于其它目的产生余热的电子部件，是不重要的。
起动电池如其它的材料体一样具有预定的热容。为了将冷的电池加热到预定的温度水平，必需引进预定的热能。希望电池能够在尽可能最短的时间内加热。这只有当加热板相应强地加热时才能实现。
不过由于酸的差的导热热量只能相对慢地分散，也就是说，温度补偿只能缓慢进行，这可能在热能引入的位置上导致电极损坏。专业人员已知，铅酸电池在短时间的过热时，例如在超过50摄氏度时已经可能不可逆转地损坏。
发明内容
因此对电池快速加热的要求与电池尽可能保护好，也就是说应该缓慢加热(由此它不被损坏)的要求对立。此技术矛盾的解决构成本发明的任务。
该任务利用按照权利要求1的液体电解质电池加热装置解决。
该电池具有带有过热保护的热电解质混合，其中该电池安放在两个轨形的加热元件上，这样电池底板的加热只在边缘上进行。该电池具有壳体，电极垂直地布置在该壳体中。电解质被加注直至超过电极的上棱边。该电池这样安放在加热轨上，使其与电极板成90度角延伸，这在实施例中还要详细说明。
根据本发明建议，在电池中布置一个板形的具有下面的特征的混合装置：在壳体底板和电极的下棱边之间这样布置两个第一板，使得中心的通流口保持敞开。在垂直的壳体壁和电极的侧面棱边之间布置有另外两个板，它们与第一板连接。优选在电解质的电解质液面上方几毫米处布置两个溢流板，其中该溢流板的外侧棱边与第二板的上棱边连接并且溢流板的内侧棱边彼此相距，并且空出流入口。
如果根据本发明的轨形加热元件加热了电池壳体的底板侧的边缘区域，则在垂直的壳体壁和第二板之间分别产生垂直的流动通道，已加热的电解质通过该流动通道向上流动，无需使热的电解质直接与电极接触。因为电解质被强烈加热，它大约在从流动通道中出来时涌出并且由此在溢流板上流向流入口，并且由此回到电解质体积中，热的电解质在这里面立刻冷却。冷的电解质通过通流口向下流向壳体的边缘并且在那里被加热。
利用本发明实现两个重要的优点：
电解质可以强烈地加热，无需由此损坏热敏感的电极板。这由此避免，因为热的电解质相对电极屏蔽。由此可以快速加热电池。
此外产生向上的电解质流动，这样产生了电解质的快速均匀的混合。由此不仅阻止了有害的温度梯度，而且阻止了电解质的不希望的分层，这种分层特别对铅酸电池是已知的。
按照权利要求2，所述溢流板具有孔，热的电解质通过这些孔在整个电解质表面上分配。由此实现更好的混合。
按照权利要求3，所述孔这样设计，使得它们从电池壳体壁出发向着流入口渐增地变大。由此实现还要更好的混合。
很明显，本发明可以应用在每个具有液体的电解质电池类型上，只要这种类型的电池的底板侧在加热时存在电极由于与太热的电解质接触而热损坏的危险。
专业人员可以通过几何参数的选择，例如孔大小和它们的分布以及在考虑规定的加热功率的情况下找到电池快速加热的最优值，无需在这种情况下热地损坏电池。对此只需要，例如借助热元件获取在过热保护上的温度剖面并且这样构造和布置孔，即在电池内部的任意位置以及在任意情况下使酸或者电解质不能到可能损坏电极这么热。
附图说明
本发明其它的措施和优点由下面的实施例说明结合所附示意图给出。
图1示出了本发明的第一实施例的侧面剖视图，
图2示出了本发明的第二实施例的侧面剖视图，
图3示出了根据现有技术的空的电池箱。
本发明的下面的说明以根据图3的现有技术开始，因为由此本发明更容易理解。
具体实施方式
图3示出了具有6个电芯的电池箱。如果这个电池箱以它的底面安放在两个加热轨上，则其中每个电芯在边缘侧都在底板上被加热。不过所有下面的说明只涉及一个唯一的电芯，其中这个电芯在图1和2中从在图3中利用标记1c标明的方向示出。因为该电芯也是独立的电池，下面只讨论电池。
图1示出了具有壳体1的电池，该壳体利用液体电解质3填充并且在该壳体中布置有垂直竖立的电极2。该电池安放在两个可电加热的加热轨8a、8b上。如果电池过渡冷却了，该加热轨就电加热。加热轨的能量可以由电池自身获取或者由外部的能量源获取。加热轨是温度调节的，这样不会超出预定的最高温度。
两个第一塑料板4a和4b布置在壳体底板1e和电极2之间，其中两个板端部朝着壳体中心的方向彼此相距，这样保持通流口5敞开。在垂直的电池壁1和电极2的垂直棱边之间布置有另外两个板4c和4d，它们与第一板4a、4b连接。在电解质3的电解质液面3a上方几毫米处布置有两个溢流板4e、4f，其中溢流板4e和4f的外侧棱边与第二板4c和4d的上棱边连接，并且溢流板(4e，4f)的内侧棱边彼此相距，并且空出流入口(6)。
在加热轨8a和8b接通后，在壳体的外侧边缘处的底板侧的电解质层被加热。电解质3的自己构成的向上取向的对流流动通过流动箭头表示，也就是说，电解质向上流动并且然后在溢流板4e和4f上流向流入口6的方向，并且通过该流入口回到电解质体积中。专业人员可以看出，由此在每个下面布置有加热轨8a和8b的壳体侧上都产生电解质流动循环，这导致电解质的好的混合。
图2示出了本发明的变型的实施方式。在溢流板4e和4f中设有一些孔7。这些孔大小朝着壳体中心变大，这样电解质近乎均匀地在电解质的表面上分配并且由此实现特别好的混合。最小的孔具有约1mm的直径并且最大的孔具有2.5mm的直径。孔大小根据电解质的稠度选择。
该实施方式是本发明的最好的实施方式。借助所述的实施方式专业人员可以完全获取本发明的技术理论。很明显，该实施方式可以通过专业人员借助根据本发明的理论进一步开发和改变或者组合。因此这些未明确列举或者示出的其它的实施方式也在下面的权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.具有热混合的液体电解质电池加热装置，它具有：
a.两个加热元件(8a，8b)，作为用于液体电解质电池的安放面，
b.液体电解质电池，该液体电解质电池具有：
-壳体(1)，该壳体具有可在边缘侧加热的壳体底板(1e)，
-电极(2)，该电极垂直布置在壳体(1)中，以及
-液体电解质(3)，其特征在于，
在所述电池中布置有具有下述特征的板形的混合装置：
-在壳体底板(1e)和电极(2)的下棱边(2a)之间这样布置有两个第一板(4a，4b)，使得中心的通流口(5)保持敞开，
-在垂直的壳体壁(1a，1b)和电极(2)的侧面棱边之间布置有两个第二板(4c，4d)，上述第二板与第一板(4a，4b)连接，并且
-在电解质(3)的电解质液面(3a)上方几毫米处布置有两个溢流板(4e，4f)，其中所述溢流板(4e，4f)的外侧棱边与上述第二板(4c，4d)的上棱边连接，并且所述溢流板(4e，4f)的内侧棱边彼此相距，并空出流入口(6)。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述溢流板(4e，4f)具有孔(7)。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述孔(7)从壳体出发向着流入口(6)渐增地变大。
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