DE102014106647A1

DE102014106647A1 - Batterieblock mit Kühlluftführung

Info

Publication number: DE102014106647A1
Application number: DE102014106647.2A
Authority: DE
Inventors: Gerald Stein
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batterieblock einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit mehreren, in einem Batterietrog (1) angeordneten Batteriezellen (2), die jeweils an ihrer Oberseite elektrische Anschlüsse (3) aufweisen. Um mit geringem Aufwand bei möglichst hohem Energieumsatz während des Ladens und/oder Entladens eine lange Lebensdauer des Batterieblocks zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass eine Kühleinrichtung mit einer den Batterietrog (1) abdeckenden Haube (4) vorgesehen ist, die über mindestens eine Lufteintrittsöffnung (4a) und mindestens eine Luftaustrittsöffnung (4a) verfügt, wobei eine Kühlluftführung zwischen der Haube (4) und der Oberseite der Batteriezellen (2) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Batterieblock einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit mehreren, in einem Batterietrog angeordneten Batteriezellen, die jeweils an ihrer Oberseite elektrische Anschlüsse aufweisen.
Gattungsgemäße Batterieblöcke, wie sie aus der DE 10 2008 060 709 A1 bekannt sind und z.B. als Traktionsbatterien für elektrische Fahrantriebe aber auch für elektrohydraulische Verbraucher eingesetzt werden, erwärmen sich beim Laden und Entladen durch den dabei stattfindenden Energieumsatz. Hierbei erhöht sich in Abhängigkeit von der Stromstärke beim Laden und Entladen die Temperatur in den Batteriezellen. Bei einer als Blei-Säure-Akkumulator (bzw. umgangssprachlich „Blei-Säure-Batterie“) ausgebildeten Batterieblock erwärmen sich die in den Batteriezellen befindlichen Bleiplatten und das Elektrolyt, aber auch durch Wärmeleitung die elektrischen Anschlüsse. An den elektrischen Anschlüssen, die als Kontaktierung mittels Schraubverbindung ausgeführt sind (auf die als Gewindebolzen ausgebildeten Anschlüsse sind Muttern aufgeschraubt, mit denen Verbindungsleitungen fixiert werden) entsteht ferner aufgrund von elektrischen Übergangswiderständen eine Verlustleistung, die ebenfalls temperaturerhöhend wirkt und somit den Batterieblock zusätzlich aufheizt.
Da die Lebensdauer eines Batterieblocks maßgeblich davon abhängt, dass bestimmte Temperaturen nicht überschritten werden, beschränkt dieser Umstand den Energieumsatz beim Laden und beim Entladen, d.h. den Ladestrom und den Entladestrom. Eine zu starke Erwärmung des Batterieblocks durch zu hohe Lade- bzw. Entladeströme würde die Lebensdauer signifikant reduzieren. In der Praxis führt das zu langen Ladezeiten und zu einer Beschränkung der in einer bestimmten Zeitspanne aus dem Batterieblock entnehmbaren Menge an elektrischer Energie.
Bei Batterieblöcken, die als Hochleistungsbatterien ausgebildet und nur in einem beschränkten Temperaturbereich einsetzbar sind, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind zahlreiche Lösungen bekannt, bei denen durch geeignete Temperiereinrichtungen der Batterieblock beheizt und/oder gekühlt wird. Eine dieser Lösungen ist in der DE 10 2007 045 183 A1 beschrieben. Hierbei ist die Batterie in einer mit flüssigem Heiz- und/oder Kühlmedium gefüllten Einhausung angeordnet.
Eine derartige Lösung erfordert einen speziell angepassten Batterieblock und ist daher aufwändig. Herkömmliche, als Blei-Säure-Akkumulatoren ausgebildete Batterieblöcke, wie sie beispielsweise in Flurförderzeugen eingesetzt werden, sind bisher ungekühlt. Mit dem Wunsch nach höherer Leistungsfähigkeit mobiler Arbeitsmaschinen (z.B. bei Flurförderzeugen große zu bewegende Lasten) und dem damit einhergehenden, größer werdenden Energieinhalt von Batterieblöcken tritt die eingangs geschilderte Problematik zunehmend in Erscheinung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Batterieblock der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der mit geringem Aufwand bei möglichst hohem Energieumsatz während des Ladens und/oder Entladens eine lange Lebensdauer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kühleinrichtung mit einer den Batterietrog abdeckenden Haube vorgesehen ist, die über mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung verfügt, wobei eine Kühlluftführung zwischen der Haube und der Oberseite der Batteriezellen gebildet ist.
Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, den Bereich des Batterieblocks, der sich am stärksten und am schnellsten erwärmt, also die Zellendeckel der Batteriezellen und die elektrischen Anschlüsse, gezielt durch eine Kühlluftströmung zu beaufschlagen. Durch die somit erreichbaren hohen Stromstärken beim Laden und Entladen wird einerseits die Ladezeit kurzgehalten und es ist andererseits im Betrieb der Arbeitsmaschine eine hohe Leistungsabgabe möglich. Die erfindungsgemäße Kühlung begrenzt den Temperaturanstieg des Batterieblocks erzielt und damit trotz hohen Energieumsatzes eine lange Lebensdauer. Da der Batterieblock länger funktionsfähig ist, ergibt sich auch eine Kostenersparnis.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
So erweist es sich als günstig, die Kühleinrichtung mit einem Gebläse zu versehen. Dabei wird eine Zwangskühlung durch einen die Oberseite der Batteriezellen überstreichenden Kühlluftstrom erzielt. Das Gebläse kann als Sauggebläse ausgebildet sein, das erwärmte Luft durch die Luftaustrittsöffnung ansaugt, wobei kühle Frischluft in die Lufteintrittsöffnung nachströmt. Auch ein als Druckgebläse wirksames Gebläse ist einsetzbar, bei dem Frischluft durch die Lufteintrittsöffnung in den Bereich zwischen Haube und Batterietrog eingebracht wird und erwärmte Luft durch die Luftaustrittsöffnung abzieht. Der Einsatz eines Gebläses sorgt vorteilhafterweise auch dafür, dass Batteriegase zusammen mit der Kühlluft ausgeblasen werden. Dadurch entfallen Geruchsbelästigungen und unzulässig hohe Konzentrationen von Batteriegas werden vermieden.
Die Haube kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen. Zu diesem Zweck ist es möglich, die Haube beispielsweise in Kunststoff auszuführen. Es bedarf daher keiner gesonderten Isolationselemente an den elektrischen Anschlüssen der Batteriezellen.
Sofern die elektrischen Anschlüsse mit metallischen Kühlkörpern versehen sind, ergibt sich eine besonders wirksame Wärmeabfuhr und Temperaturbegrenzung in diesem Bereich.
Die Kühleinrichtung ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung Bestandteil der Arbeitsmaschine. Hierbei kann der Batterieblock beim Entladen gekühlt werden, also während des Betriebs der damit ausgerüsteten Arbeitsmaschine. Es ist dabei möglich, größere Energiemengen aus dem Batterieblock zu entnehmen, ohne dabei eine die Lebensdauer herabsetzende Aufheizung befürchten zu müssen. Sofern der Batterieblock im eingebauten Zustand, also innerhalb des Fahrzeugs, geladen wird, beispielsweise durch ein in die mobile Arbeitsmaschine integriertes Ladegerät, kann zusätzlich oder alternativ während des Ladevorgangs gekühlt werden.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass die Kühleinrichtung Bestandteil einer Ladestation ist. Hierbei findet der Ladevorgang im ausgebauten Zustand des Batterieblocks statt, wobei durch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung Wärme abgeführt wird. Dadurch ist es möglich, den Ladevorgang mit größeren Ladeströmen durchzuführen und die Ladezeit zu verkürzen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Batterieblock und
2 eine Seitenansicht einer Batteriezelle eines Batterieblocks.
Der in 1 dargestellte Batterieblock weist einen Batterietrog 1 auf, in dem mehrere Batteriezellen 2 angeordnet sind. Jede Batteriezelle 2 ist an der Oberseite mit zwei elektrischen Anschlüssen 3 versehen, von denen einer als Pluspol und der andere als Minuspol dient. Die Batteriezellen 2 verfügen über eine bestimmte Zellenspannung und eine bestimmte Zellenkapazität. Durch Serienschaltung von Batteriezellen 2 zu Zellengruppen und Parallelschaltung der Zellengruppen ergibt sich für den dadurch gebildeten Batterieblock ein bestimmtes Spannungsniveau bei einer zugehörigen Speicherkapazität. Zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen 3 jeweils einer Batteriezelle 2 ist ein Nachfüllstutzen S angeordnet, über den Elektrolyt nachfüllbar ist und Batteriegas entweichen kann.
Auf dem Batterietrog 1 befindet sich eine Haube 4, die mit zumindest einer Lufteintrittsöffnung 4a und zumindest einer Luftaustrittsöffnung 4b versehen ist. Die Haube 4 ist Bestandteil einer Kühleinrichtung des Batterieblocks und bildet eine Kühlluftführung zwischen der Innenseite der Haube 4 und der Oberseite der Batteriezellen 2. Hierbei kann Wärme von den oberen Zellenwänden und den elektrischen Anschlüssen 3 der Batteriezellen 2 an die in der Kühlluftführung befindliche Luft abgegeben werden. Die erwärmte Luft wird durch die Luftaustrittsöffnung 4b abgeführt, kühle Frischluft strömt durch die Lufteintrittsöffnung 4a nach (in der 1 durch Pfeile dargestellt).
Dieser Vorgang wird durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gebläse (Druckgebläse vor der Lufteintritttsöffnung 4a oder Sauggebläse nach der Luftaustrittsöffnung 4b) unterstützt. An die Lufteintrittsöffnung 4a und die Luftaustrittsöffnung 4b können Luftführungskanäle der Kühleinrichtung angeschlossen sein.
Die Haube 4 besteht bevorzugt aus Kunststoff oder einem anderen, elektrisch nicht leitenden Material. Auf die an sich übliche Kunststoffisolierung der als Schraubenkopf ausgebildeten elektrischen Anschlüsse 3 kann daher verzichtet werden. Dadurch wird der Wärmeübergang von den elektrischen Anschlüssen 3 zur Kühlluft verbessert. Diesem Ziel dient auch eine in 2 dargestellte Ausgestaltung, gemäß der die elektrischen Anschlüsse 3 jeweils mit einem metallischen Kühlkörper 5 versehen sind, der die Wärmeableitung aus den Batteriezellen 2 verbessert.
Die Kühleinrichtung kann Bestandteil der Arbeitsmaschine sein, um den Batterieblock beim Entladen zu kühlen, also während des Betriebs der damit ausgerüsteten Arbeitsmaschine. Wird der Batterieblock im eingebauten Zustand, also innerhalb des Fahrzeugs, geladen, beispielsweise durch ein integriertes Ladegerät, dann kann während des Ladevorgangs gekühlt werden.
Die Kühleinrichtung kann auch Bestandteil einer externen Ladestation sein. Hierbei findet der Ladevorgang im ausgebauten Zustand des Batterieblocks statt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008060709 A1 [0002]
DE 102007045183 A1 [0004]

Claims

Batterieblock einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit mehreren, in einem Batterietrog angeordneten Batteriezellen, die jeweils an ihrer Oberseite elektrische Anschlüsse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung mit einer den Batterietrog (1) abdeckenden Haube (4) vorgesehen ist, die über mindestens eine Lufteintrittsöffnung (4a) und mindestens eine Luftaustrittsöffnung (4a) verfügt, wobei eine Kühlluftführung zwischen der Haube (4) und der Oberseite der Batteriezellen (2) gebildet ist.
Batterieblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung mit einem Gebläse versehen ist.
Batterieblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (4) aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material besteht.
Batterieblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (3) mit metallischen Kühlkörpern (5) versehen sind.
Batterieblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung Bestandteil der Arbeitsmaschine ist.
Batterieblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung Bestandteil einer Ladestation ist.