DE102008064649A1

DE102008064649A1 - Temperiervorrichtung für eine Flüssigelektrolytbatterie

Info

Publication number: DE102008064649A1
Application number: DE200810064649
Authority: DE
Inventors: Günther C. Bauer
Original assignee: IQ Power Licensing AG
Current assignee: IQ Power Licensing AG
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2010-02-18
Also published as: DE102008015622A1; WO2009117999A3; WO2009117999A2; RU2010143852A; DE102008015622B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für eine Flüssigelektrolytbatterie, wie z.B. eine Blei-Säure-Batterie, die z.B. als Starterbatterie in Fahrzeugen eingesetzt wird, wobei die Temperiervorrichtung als Platte 2 ausgebildet ist, auf der die Flüssigelektrolytbatterie steht und pro Batteriezelle in der Platte 2 wenigstens ein Heizelement 6 und ein Kühlelement 7 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für eine Flüssigelektrolytbatterie, wie z. B. eine Blei-Säure-Batterie, die z. B. als Starterbatterie in Fahrzeugen eingesetzt wird. Das Bestreben der Fahrzeugindustrie nach Leichtbauweise betrifft auch die Einsparung von Batteriegewicht. Gleichzeitig steigt jedoch die Anforderung nach höherer Batterieleistung, da neben der herkömmlichen Energie zum Starten z. B. eines PKW auch Energie für zusätzliche Aggregate wie elektrische Fensterheber, Stellmotore zum Verstellen der Sitze oder auch zum elektrischen Beheizen der Sitze benötigt wird. Ferner ist es wünschenswert, die Batterieleistung über die Lebensdauer der Batterie möglichst auf einem konstanten hohen Niveau zu halten, da zunehmend auch sicherheitsrelevante Funktionseinheiten wie Lenkung und Bremsen elektrisch gesteuert und betätigt werden. Unter Batterieleistung wird nachfolgend die Kapazität der Batterie sowie die Fähigkeit der Batterie zur Stromabgabe bzw. zur Stromaufnahme verstanden. Die Batterieleistung wird von verschiedenen, dem Fachmann bekannten Faktoren beeinflusst.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Leistung einer Flüssigelektrolytbatterie, wie z. B. einer Blei-Säure-Batterie zu erhöhen. Ein besonderes Problem bei diesen Batterien ist, dass die Batterieleistung eine starke Abhängigkeit von der Batterietemperatur aufweist. In einem zulässigen Betriebsbereich ist mit einem Kapazitätsrückgang von ca. 0,6 bis 0,8% pro Grad Celsius oder mehr zu rechnen. Wird angenommen, dass eine optimale Betriebstemperatur bei ca. 30 Grad Celsius liegt und die Batterie bei minus 20 Grad Celsius betrieben wird, um z. B. den Anlasser eines Fahrzeugs zu betätigen, dann würde diese Batterie nur noch ca. 60% ihrer Kapazität aufweisen. Es ist jedoch dem Fachmann bekannt, dass weitere Einflussfaktoren die Kapazität der Batterie verringern. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist die sogenannte Stratifikation der Säure, d. h., die Säurekonzentration ist bezüglich der Elektrodenfläche nicht gleichmäßig. Das bewirkt, dass die Elektroden an Stellen, an denen die Säurekonzentration zu hoch ist, korrodieren, so dass sich die Lebensdauer der Batterie vermindert, und an den Elektrodenstellen, an denen die Säurekonzentration zu gering ist, erreicht die Batterie nicht ihre volle Leistung.
Es ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die längere Zeit, z. B. mehr als 8 Stunden, bei Temperaturen unter Null Grad Celsius gestanden haben, sich besser starten lassen, wenn die ausgekühlte Batterie vor dem Start angewärmt wurde.
Daher ist eine Vielzahl von Batterieheizeinrichtungen entwickelt worden, die verschiedene Vor- und Nachteile aufweisen und z. B. in den Dokumenten DE 28 12 876 , US 2,440,369 , DE 1 496 134 , DE 40 27 149 A1 oder DE 100 14 848 beschrieben wurden.
Die Batterieheizvorrichtungen können nach verschieden Gesichtspunkten klassifiziert werden.
Eine Gruppe betrifft die Heizung der Batterie durch Wärmeaustausch. So wurde z. B. vorgeschlagen, an der Außenwand einer Batterie Wärmetauscherrohre vorzusehen, durch die warme Motorkühlflüssigkeit geleitet wird.
Vielfach wurden auch elektrische Heizungen vorgeschlagen, wobei diese Gruppe in zwei Untergruppen geteilt werden kann.
Es gibt eine Reihe von Ideen, Heizfolien oder ähnliche Heizelemente an der Außenwand oder auch in der Batterie selbst anzuordnen und die elektrische Energie extern zuzuführen, z. B. bei einem in einer Garage parkenden Fahrzeug aus einem 220 V – Netzanschluss. Hier steht immer genügend Energie zur Verfügung, sodass die Batterie unabhängig von der Außentemperatur auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann. Ebenso ist es möglich, die Energie aus der Lichtmaschine zu entnehmen, wenn das Fahrzeug fährt.
Bei der zweiten Untergruppe wird die Energie zur Beheizung der Batterie aus dieser selbst entnommen. Das ist dann erforderlich, wenn das Fahrzeug auf der Straße abgestellt ist und keine Möglichkeit besteht, elektrische Energie von außen zuzuführen. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Batterie thermisch gut zu isolieren und mittels der Selbstheizung auf einem möglichst optimalen Temperaturniveau zu halten. Diese Methode ist nur sinnvoll, wenn das Fahrzeug lediglich ca. 8 bis 15 Stunden steht und auskühlt und danach das Fahrzeug wieder benutzt wird, d. h., die thermische Isolation der Batterie muss so gut sein, dass die Batterie in diesen ca. 8 bis 15 Stunden durch die Selbstheizung auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden kann.
Wenn das Fahrzeug jedoch mehrere Tage steht, reicht der Energiegehalt der Batterie nicht aus, um selbst eine gut isolierte Batterie auf der wünschenswerten Temperatur zu halten. Es ist für solche Fälle notwendig, die Batterie erst dann zu erwärmen, wenn ein Start des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Es wurde daher mehrfach vorgeschlagen, die kalte Batterie erst kurz vor dem Start des Fahrzeugs zu erwärmen. Eine von mehreren Möglichkeiten, eine Batterie schnell zu erwärmen, ist ein Wärmeeintrag am Batterieboden.
Es wurde daher in der DE 100 14 848 C2 vorgeschlagen, die Batterie auf eine Wärmeplatte zu stellen, wobei es in diesem Zusammenhang unerheblich ist, ob es sich um eine herkömmliche elektrisch beheizbare Wärmeplatte handelt oder – wie bei der DE 100 14 848 C2 – um eine Abwärme erzeugende elektronische Baugruppe, die eigentlich für andere Zwecke eingesetzt wird.
Eine Starterbatterie hat wie jeder materielle Körper eine vorbestimmte Wärmekapazität. Um eine kalte Batterie auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau anzuheben, muss eine vorbestimmte Wärmeenergie möglichst schnell eingebracht werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, für eine Flüssigelektrolytbatterie eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels der sich die Flüssigelektrolytbatterie schnell erwärmen, aber auch kühlen lässt, d. h. temperieren lässt.
Diese Aufgabe wurde mit einer Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Temperiervorrichtung als Platte ausgebildet ist, auf der die Flüssigelektrolytbatterie steht und pro Batteriezelle in der Platte wenigstens ein Heizelement und ein Kühlelement vorgesehen ist. Wenn z. B. eine Batterie 6 Batteriezellen hat, ist die Temperierplatte so ausgebildet, dass unter jeder Batteriezelle wenigstens ein Heiz- und ein Kühlelement angeordnet sind. Dadurch kann je nach Anforderung, eine Erwärmung des Elektrolyten oder eine Abkühlung vorgenommen werden.
Nach Anspruch 2 ist auf der Temperierplatte, d. h. zwischen dem Batterieboden und der Temperierplatte eine Temperaturausgleichsplatte angeordnet ist, sodass eine Temperaturausgleichsfunktion bewirkt wird. Diese Temperaturausgleichsplatte kann z. B. eine Aluminiumplatte sein. Damit wird gewährleistet, dass die Temperatur gleichmäßig in die Batterie eingeleitet wird.
Es ist klar, dass die Erfindung auf jede Art von Batterie mit einem flüssigen Elektrolyten angewendet werden kann, wenn sowohl im Sommer als auch im Winter eine Temperierung des Elektrolyten erzielt werden soll, um die Leistung der Batterie zu verbessern.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Batteriekastens mit 6 Zellen.
2 zeigt eine Schnittansicht einer einzelnen Batteriezelle mit der Erfindung.
Die 1 zeigt einen Batteriekasten 1 mit 6 leeren Zellen mit den Seitenwänden 1a bis 1d. Der Batteriekasten besteht aus säurefestem Kunststoff und steht auf einer Temperierplatte 2. Die Temperierplatte 2 und Batteriekastenboden sind eben. Wenn sich die Temperierplatte 2 beim Anschließen einer Stromquelle erwärmt, wird auch der 2,5 mm dicke Batteriekastenboden an seiner Unterseite erwärmt und danach auch die Säure in der Batteriezelle. Die Erwärmung der Batteriezelle wird beschleunigt, weil auf der Innenseite des Batteriekastenbodens die Wärmetauschervorsprünge angeordnet sind.
Die 2 zeigt den Querschnitt der ersten Zelle. Der Säurepegelstand ist mit 3 und das Elektrodenpaket ist mit 4 bezeichnet. Auf dem Batteriekastenboden sind auf seiner Innenseite Y-förmige Wärmetauschervorsprünge 5 vorgesehen, die wärmetechnisch mit dem Material des Batteriekastenbodens verbunden sind. Die Temperierplatte 2 enthält zwei Heizelemente 6 und zwei Kühlelemente 7. Zum Temperaturausgleich ist eine Temperaturausgleichsplatte 8 aus Aluminium vorgesehen. Wenn die Heizelemente Wärme in die Temperaturausgleichsplatte 6 abgeben, wird die Wärme aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums näherungsweise gleichmäßig über die gesamte Temperaturausgleichsplatte verteilt, sodass auch der Batterieboden gleichmäßig erwärmt wird. Gleiches gilt bei der Aktivierung der Kühlelemente 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2812876 [0004]
- US 2440369 [0004]
- DE 1496134 [0004]
- DE 4027149 A1 [0004]
- DE 10014848 [0004]
- DE 10014848 C2 [0012, 0012]

Claims

Temperiervorrichtung für eine Flüssigelektrolytbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung als Platte (2) ausgebildet ist, auf der die Flüssigelektrolytbatterie steht und pro Batteriezelle in der Platte (2) wenigstens ein Heizelement (6) und ein Kühlelement (7) vorgesehen ist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über der Platte (2) eine Temperaturausgleichsplatte (8) angeordnet ist, sodass eine Temperaturausgleichsfunktion bewirkt wird.