DE1148287B

DE1148287B - Battery made of gas-tight accumulators in the shape of a button with a device for heating the individual cells

Info

Publication number: DE1148287B
Application number: DEB57950A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hermann
Original assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Current assignee: Boelkow Entwicklungen KG
Priority date: 1960-05-21
Filing date: 1960-05-21
Publication date: 1963-05-09

Description

Batterie aus gasdichten Akkumulatoren in Knopfform mit einer Einrichtung zum Heizen der einzelnen Zellen Es ist bekannt, galvanische Batterien vor ihrer Inbetriebnahme anzuheizen, wenn bei Temperaturen unter dem Nullpunkt die volle Batteriespannung unmittelbar nach dem Einschalten vorhanden sein soll. Zu diesem Zwecke sind bisher entweder chemische Verbindungen verwendet worden, die bei ihrer Aktivierung Wärme abgeben oder aber in engem Kontakt mit der aufzuheizenden Batterie befindliche Heizelemente, die ihre Energie von fremden Stromquellen oder aber auch aus der aufzuheizenden Batterie beziehen.Battery made of gas-tight accumulators in the form of a button with a device for heating the individual cells it is known to use galvanic batteries before their Start-up to heat up when at temperatures below zero the full battery voltage should be available immediately after switching on. For this purpose are so far Either chemical compounds have been used which, when activated, generate heat or heating elements that are in close contact with the battery to be heated, the energy from external power sources or from the to be heated Refer to battery.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Außenheizung der letztgenannten Art zu schaffen, die für Batterien aus gasdichten Akkumulatoren in Knopfform geeignet ist.The invention is based on the object of an improved external heating system of the last-mentioned type to create that for batteries from gas-tight accumulators in button form is suitable.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Heizelemente Heißleiter dienen, die in räumlich engem Kontakt mit den metallischen Außenwänden der einzelnen Zellen stehen und mit ihnen in Reihe geschaltet sind, während ein der Strombegrenzung dienender Kaltleiter die Ausgangsklemmen der Batterie während der Aufheizperiode überbrückt.This is achieved according to the invention in that as heating elements NTC thermistors are used that are in close spatial contact with the metallic outer walls of the individual cells and are connected in series with them while a PTC thermistors, which serve to limit the current, connect the output terminals of the battery during the heating period bridged.

Diese Anordnung wirkt infolge der mit einem negativen Temperaturbeiwert der Heizleistung behafteten Heizelemente bei tiefen Außentemperaturen stärker als bei weniger tiefen und bringt die aufzuwärmende Batterie in verhältnismäßig kurzer Zeit auf die gewünschte Betriebstemperatur, da sich die innere Erwärmung infolge Stromabgabe und die daraus resultierende äußere Heizung in idealer Weise ergänzen. Nach Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur ist bei richtiger Dimensionierung der Heißleiter ihr Widerstand vernachlässigbar klein. Ein Leistungsabfall während der Stromabgabe an den eigentilchen Verbraucher tritt daher, besonders wenn der Kaltleiter abschaltbar ist; kaum in Erscheinung.This arrangement acts as a result of the with a negative temperature coefficient the heating power affected heating elements at low outside temperatures more than at shallower depths and brings the battery to be heated up in a relatively short time Time to the desired operating temperature, as the internal heating as a result Electricity output and the resulting external heating complement in an ideal way. When the desired operating temperature has been reached, the dimensions are correct the thermistor their resistance is negligibly small. A drop in performance during the power output to the actual consumer occurs, especially when the PTC thermistor can be switched off; hardly in evidence.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt daher der Kaltleiter in Reihe mit einem Selbstschalter üblicher Bauart, der beim Abschalten des Kaltleiters die externe Stromabgabe freigibt.According to a preferred embodiment of the invention is therefore the PTC thermistors in series with an automatic switch of the usual type, which is activated when switching off of the PTC thermistor enables the external current output.

Die von der Batterie aufzubringende Heizleistung sinkt also sehr rasch von ihrem Maximum gegen einen sehr kleinen Wert.The heating power to be generated by the battery therefore drops very quickly from its maximum to a very small value.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mehr oder minder schematisch dargestellt ist. Im einzelnen zeigt Fig.1 das Schaltschema der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung und Fig. 2 ein Diagramm, bei dem die Heizleistungsabgabe der Batterie als Funktion der Zeit aufgetragen ist.All details about the invention emerge from the following Description in conjunction with the drawing, in which an embodiment of the Invention is shown more or less schematically. In detail, Fig.1 shows the circuit diagram of the heating device according to the invention and FIG. 2 a diagram, in which the heat output of the battery is plotted as a function of time.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind in Reihe mit den einzelnen Zellen z1, z2 bis z" einer Batterie B Heißleiter hl, h2 bis h" geschaltet, die in ihrem kalten Zustand einen Spannungsabfall von etwa 0,5 Volt aufweisen. Diese Heißleiter sind als dünne Plättchen ausgebildet und in räumlich engem Kontakt mit den einzelnen Zellen der Batterie verbunden. über einen Schalter S1 und einen Umschaltkontakt S2 überbrückt ein Kaltleiter R die Außenklemmen der Batterie B. Der Umschaltkontakt S2 kann von einem Selbstschalter bekannter Bauart oder auch von einem Zeitwerk betätigt werden, derart, daß er an Stelle des Kaltleiters R eine Leitung 3 mit der einen Außenklemme der Batterie B verbindet. Die Leitung 3 führt zu einer von zwei Klemmen A, an denen die Nutzleistung abzunehmen ist.As can be seen from Fig. 1, are in series with the individual cells z1, z2 to z "of a battery B thermistor hl, h2 to h" connected in their have a voltage drop of about 0.5 volts when cold. These thermistors are designed as thin plates and in close spatial contact with the individual Cells of the battery connected. via a switch S1 and a changeover contact S2, a PTC resistor R bridges the external terminals of battery B. The changeover contact S2 can be operated by an automatic switch of a known type or by a timer be in such a way that he instead of the PTC thermistor R is a line 3 with the one External terminal of battery B connects. Line 3 leads to one of two terminals A, at which the useful power is to be accepted.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist etwa folgende: Beim Schließen des Schalters Si -im Zeitpunkt to in Fig. 2 - bilden die einzelnen Zellen z1, z2 bis z" mit den Heißleitern hl, h2 bis h" und dem Kaltleiter R einen geschlossenen Stromkreis. Entsprechend der herrschenden Außentemperatur und der Größe der Widerstände bzw. der Kapazität der Batterie entsteht ein Stromfluß in dem vorstehend beschriebenen Stromkreis, der zu einer Erwärmung der Heißleiter und damit zu einer Aufheizung der einzelnen Zellen der Batterie B führt. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur bzw. einer vorgegebenen Zeit - Zeitpunkt t, in Fig. 2 - verbindet der Umschaltkontakt S2 die eine Außenklemme der Batterie B finit der Leitung 3. Über die Klemme A kann nunmehr ein Strom vorbestimmter Spannung entnommen werden. In Fig. 2 zeigt die Kurve 1 die Heizleistungsabgabe der Batterie bei sehr tiefen und die Kurve 2 die Heizleistungsabgabe bei weniger tiefen Außentemperaturen, aufgetragen über der Zeit t.The operation of the described arrangement is approximately as follows:. -In When the switch Si time to in Fig 2 - constitute the individual cells z1, z2 "hl with the thermistors, h2 through h" to z and the PTC thermistor R is a closed circuit. According to the prevailing outside temperature and the size of the resistors or the capacity of the battery, a current flow arises in the circuit described above, which leads to heating of the thermistors and thus to heating of the individual cells of battery B. After a certain temperature or a predetermined time has been reached - time t, in FIG. 2 - the changeover contact S2 connects the one external terminal of the battery B finitely to the line 3. A current of a predetermined voltage can now be taken from the terminal A. In FIG. 2, curve 1 shows the heat output of the battery at very low outside temperatures and curve 2 shows the heat output at less low outside temperatures, plotted over time t.

Soll beispielsweise einer 12-Volt-Batterie mit einer Kapazität von 0,5 Amperestunden bei tiefen Temperaturen 1 Ampere entnommen werden und beträgt der zulässige Spannungsabfall etwa 10%, so sind, eine handelsübliche Batterie von etwa 34 mm Durchmesser vorausgesetzt, Heißleiterscheiben zu wählen von gleichem Durchmesser und einer Dicke von etwa 1,0 mm. Eine derartige Scheibe hat ein Gewicht von etwa 4 g und einen Wärmeinhalt von etwa 2 Ws/' C. Da eine Zelle der vorstehend genannten Batterie etwa 22 g wiegt und einen Wärmeinhalt von etwa 18 Ws/' C aufweist, beträgt der Gesamtwärmeinhalt etwa 20 Ws/' C. Der erforderliche Kaltleiterwiderstand ist so zu dimensionieren, daß er pro Zelle etwa 0,5 S2 aufweist.For example, you want a 12 volt battery with a capacity of 0.5 ampere hours at low temperatures 1 ampere and is the permissible voltage drop is about 10%, so are a standard battery of about 34 mm diameter assuming to choose thermistor disks of the same Diameter and a thickness of about 1.0 mm. Such a disk has a weight of about 4 g and a heat content of about 2 Ws / 'C. Since a cell of the above said battery weighs about 22 g and has a heat content of about 18 Ws / 'C, the total heat content is about 20 Ws / C. The required PTC resistor is to be dimensioned so that it has about 0.5 S2 per cell.

Nach dem Einschalten einer derartigen Batterie bei einer Temperatur von etwa -30° C fließt ein Strom von etwa 0,8 Ampere. Je Heißleiterscheibe tritt dabei eine Spannung von etwa 0,35 Volt auf, während die Restspannung als innere Leistung in den Zellen und als äußere Leistung am Kaltleiterwiderstand auftritt. Es werden also zunächst etwa je Zelle 1 Watt Heizleistung erzeugt, so daß die Batterie sich nach etwa 10 Minuten auf 0° C erwärmen würde. Infolge der Nichtlinearität der Heizelemente sinkt die Heizleistung mit zunehmender Temperatur ab, wogegen die Erwärmung immer noch zunimmt. Oft genügt es aber bereits, die in Frage stehende Batterie nur um einige Grad zu erwärmen, um ihre Leistungsfähigkeit in ausreichender Weise zu erhöhen.After turning on such a battery at a temperature from about -30 ° C a current of about 0.8 amperes flows. Each thermistor disk occurs thereby a voltage of about 0.35 volts, while the residual voltage as internal Power occurs in the cells and as external power at the PTC resistor. So there are initially generated about 1 watt heating power per cell, so that the battery would warm to 0 ° C after about 10 minutes. Due to the non-linearity of the Heating elements, the heating output decreases with increasing temperature, whereas the heating still increasing. Often, however, it is already sufficient to only use the battery in question by a few degrees in order to sufficiently improve their performance raise.

Als Werkstoff für die Heißleiter sollte ein Material verwendet werden, dessen Feldstärke-Stromdichte-Kennlinie ein Maximum bei der für die Batterie kritischen Temperatur - also beispielsweise bei etwa -30 bis -10° C - aufweist. Hierdurch werden wesentlich günstigere Werte erzielt als in dem vorstehend ausgeführten Beispiel, dem handelsübliche Heißleiter zugrunde gelegt worden sind, deren Kennlinienmaximum bei etwa -I-45° C liegt.A material should be used as the material for the NTC thermistor whose field strength-current density characteristic has a maximum at that which is critical for the battery Temperature - for example at about -30 to -10 ° C - has. This will be significantly more favorable values achieved than in the example given above, the commercially available NTC thermistors are based on their characteristic maximum is around -I-45 ° C.

Dasselbe gilt für den als Kaltleiter zu verwendenden Werkstoff; dessen Strommaximum ebenfalls bei der kritischen Temperatur der in Frage stehenden Batterie liegen sollte.The same applies to the material to be used as a PTC thermistor; whose Current maximum also at the critical temperature of the battery in question should lie.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Battery made of gas-tight accumulators in the shape of a button with a device for heating each cell using its own Battery current, characterized in that thermistors (h1, h2 to h "), which are in close spatial contact with the metallic outer walls of the individual cells (El, z2 to z ") and are connected in series with them, while a PTC thermistor (R) serving to limit the current, the output terminals (A) the battery (B) bridged during the heating-up period. z. Battery according to claim 1, characterized in that the PTC thermistor (R) in series with an automatic switch (S2), which when the PTC thermistor (R) is switched off, the external current draw circuit via the terminals (A). 3. Battery according to claims 1 and 2, characterized characterized in that a material whose field strength-current density characteristic is used as the thermistor a maximum at the critical temperature for the battery, preferably at about -30 to -10 ° C. 4. Battery according to claims 1 and 2, characterized in that that a material is used as a PTC thermistor, the current of which is at its maximum for the battery critical temperature, preferably about -30 to -10 ° C. Considered Publications: German Patent Nos. 647 003, 717 389; U.S. Patents No. 2,418,792, 2,626,971, 2700064.