DE19648353A1 - Elektrochemische Speicherbatterie - Google Patents

Elektrochemische Speicherbatterie

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Speicherbatterie mit einem doppelwandigen, evakuierten Gehäuse. Eine derartige Batterie ist aus der DE 43 23 499 A1 bekannt. Bei derartigen Speicherbatterien, die bevorzugt in Elektrofahrzeu­ gen verbaut werden, ist es erforderlich, die Betriebstemperatur in einem mehr oder weniger kleinen Bereich zu halten. Beispiele hierfür sind Hochtemperaturbatterien wie Na/S- bzw. Na/NiCl2-Batterien sowie Raumtemperaturbatterien, wie Li/C-, Ni/Cd- oder Ni/MeH-Batterien.
Bei bekannten derartigen Speicherbatterien ist das Gehäuse vakuumdicht ver­ schweißt. Da das Vakuum für die Lebensdauer der Batterie intakt bleiben muß, werden an die Schweißverbindungen hohe Anforderungen gestellt. Die Speicherbat­ terien selbst müssen in einigen Betriebszuständen gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt üblicherweise, indem ein Luftstrom durch die Batterie geführt oder eine Öl­ kühlung vorgesehen wird. Bei einer Luftkühlung ist die Homogenität der Kühlung häufig unbefriedigend. Bei der Ölkühlung befinden sich eine oder mehrere Wärme­ tauscherplatten in der Batterie, die schwer zugänglich sind und im Reparaturfall aufwendige und umfangreiche Maßnahmen erfordern.
Speicherbatterien der eingangs genannten Art sind aufgrund der festen Schweiß­ verbindungen mit wirtschaftlichem Aufwand bei Defekten praktisch nicht reparier­ bar. Die im Reparaturfall erforderlichen Maßnahmen wie Aufschneiden der Umhül­ lung, Reparatur, vakuumdichtes Verschweißen und Evakuieren ist mit werkstatt­ mäßigen Werkzeugen schwerlich zu bewerkstelligen. Dies wirkt sich besonders dann aus, wenn eine Reparatur aufgrund eines Trivialproblems, z. B. wegen des Ausfalls eines Temperatursensors erforderlich ist. Bei einer Ölkühlung ist, wie be­ reits ausgeführt, der konstruktive Aufwand erheblich und teuer. Insbesondere bei großvolumigen Speicherbatterien ist die Ölkühlung relativ schwer. Daraus ergeben sich Probleme für die mechanische Stabilität beim Einsatz in einem Elektrofahr­ zeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Speicherbatterie mit einem doppelwandigen evakuierten Gehäuse zu schaffen, die leichter zugäng­ lich ist und bei einer Reparatur einen geringen Aufwand erfordert.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Mit Hilfe der Vakuumpumpe ist es möglich, im Bedarfsfall den Innenraum des Ge­ häuses zu evakuieren. Die Anforderungen an die Fertigungsqualität von Schweiß­ nähten und dergleichen lassen sich dadurch reduzieren, da im Bedarfsfall das Va­ kuum durch die Pumpe eingestellt bzw. verbessert werden kann. Andererseits ist es möglich, das Gehäuse auch gezielt oder beispielsweise durch eine vorhandene relativ geringe Undichtigkeit ungezielt zu belüften, um beispielsweise eine Wärme­ abfuhr aus dem Bereich der Speicherzellen in das Innere des Gehäuses und über eine gegebenenfalls vorhandene Spülung des Innenraums nach außen durchzufüh­ ren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6. Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speicherbatterie und
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform hierzu.
Eine Batterie 1 wird mit einer mindestens doppelwandigen Ummantelung 2, 3 aus vakuumdichtem und, bei Bedarf, temperaturbeständigem Material eingeschlossen. Mit Hilfe einer im Fahrzeug fest installierten, nicht dargestellten Vakuumpumpe werden die Zwischenräume 2', 3' der Ummantelung der Batterie 1 evakuiert. Vaku­ umpumpen werden bereits im Automobilbereich verwendet, z. B. zum Erzeugen eines Unterdrucks für das Bremsaggregat. Diese Pumpe kann auch im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn man die Ummantelung nach Volumina getrennt evakuieren und belüften kann. Hierzu ist ein System von vakuumdichten Ventilen 2'', 3'' vorzu­ sehen. Die Vakuumpumpe wird hierdurch nur im Bedarfsfall betrieben und evakuiert nur die Teilvolumina 2 und 3, deren Vakuum keine ausreichende Wärmeisolierung mehr erzeugt. Andere Teilvolumina werden öfter bedarfsmäßig belüftet und dienen als Wärmetauscher einer Luftheiz-Kühlung (vgl. Fig. 1 und 2). Die Außenflächen der an der Vakuumpumpe anschließbaren Teilvolumina sind die Seitenflächen, wäh­ rend die Teilvolumina, deren Außenflächen die Ober- und Unterseiten bilden, zum Temperieren ausgelegt sind.
Die Wände der Ummantelung müssen durch geeignete Maßnahmen, z. B. Abstand­ haltern aus Isoliermaterial, vor dem Kollabieren des Zwischenraums durch den äu­ ßeren Luftdruck geschützt werden. Wenn die Strahlungsverluste nicht vernachläs­ sigbar sind, müssen Abhilfemaßnahmen, wie z. B. Verspiegeln der Wände, erfolgen.
Einige Flächen, z. B. der Deckel 3 und die Bodenfläche (nicht dargestellt) können, wie bereits erwähnt, auch als Wärmetauscher zum Temperieren der Batterie 1 die­ nen. Bei Luft als Medium müssen diese Flächen konstruktiv so ausgelegt sein, daß man ausreichend Luft durchblasen kann. Ist Öl als Medium erforderlich, können Ölwärmetauscher integriert werden. Reicht die hiermit erzeugte Heizleistung nicht aus, dann kann wie an sich bekannt, eine oder mehrere elektrische Heizplatten im Batterieinneren verlegt werden. Diese Platten sollten jedoch möglichst wärmedurch­ lässig sein, um die Wirkung der Mantelflächen nicht zu beeinträchtigen.
Vorteilhaft ist eine Realisierung, bei der die Vakuumpumpe im Bedarfsfall auch die Kühl- oder Heizluft durch die Teilvolumina 2', 3' der Ummantelung blasen und man die Teilvolumina zur Wärmeisolierung evakuieren kann (Siehe Fig. 2). Wenn dies nicht mit vertretbarem Aufwand realisiert werden kann oder der Temperaturbereich ungünstig ist, wird ein zusätzliches Gebläse benötigt.
Aufwendiger ist eine Realisierung, wenn man den Innenraum der Ummantelung nicht auch zur Wärmeisolierung durch Evakuieren verwenden kann, weil z. B. die durchströmende Luft die Verspiegelung verschmutzt. Dann kann ein separater Wärmetauscher 5 in Verbindung mit einem Teilvolumen (hier 3) angeordnet sein (Fig. 2). In diesem Fall sind die betroffenen Teile der Ummantelung mindestens dreiwandig. Außerdem können dann andere Kühl-/Wärmemittel als Luft, wie z. B. Öl, verwendet werden, wenn z. B. die Leistung der Temperierung durch Luft nicht aus­ reicht, oder Geräuschprobleme entstehen.
Durch eine geeignete Steuerung der Ventile 2'', 3'' wird ein bedarfsgerechtes Eva­ kuieren und Belüften/Temperieren der Teilvolumina 2', 3' erreicht. Die benötigte Temperaturdifferenz wird, je nach Anwendung, z. B. mit Heizung, Klimaanlage, Wärmepumpe, sekundärem Wärmetauscher oder einfach mit Luft mit Umgebungs­ temperatur erzeugt.
Besondere Bedeutung kommt der Konstruktion des Deckels 3 und seiner Auflage­ fläche 4 auf dem Rand des unteren Teils 2 des Batteriebehälters zu (Siehe Fig. 1 und 2). Der Deckel 3 ist längs dieser Auflagefläche offen, so daß der Deckel beim Evakuieren vakuumdicht gegen eine Dichtung 6 im Rand des Behälterunterteils 2 gepreßt wird (siehe Zeichnung). Zweckmäßig ist eine Führung, die ein seitliches Verrutschen des Deckels 3 verhindert. Damit der Deckel im belüfteten Zustand nicht abhebt, ist eine Arretierung vorzusehen. Durch diese Deckelkonstruktion ist das Innere der Batterie 1 für Reparaturen leicht zugänglich und kann anschließend ohne großen Aufwand wieder verschlossen werden. Möglicherweise muß die Dichtung 6, die als wärmebeständiger Dichtring ausgebildet ist, ausgetauscht werden.
Die Bodenfläche (nicht dargestellt) kann genau so wie der Deckel 3 konstruiert wer­ den, wobei auf die mechanische Stabilität wegen des Gewichts der Batteriezellen zu achten ist. In dieser Realisierung können auch die Seitenwände im Reparaturfall problemlos entfernt werden. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch zu empfehlen, Sei­ tenwände und Bodenfläche fest miteinander zu verbinden, so daß im Störfall diese Einheit als Auffangwanne dienen kann.

Claims (6)

1. Elektrochemische Speicherbatterie mit einem doppelwandigen evakuierten Ge­ häuse, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (2', 3') des Gehäuses (2, 3) an eine Vakuumpumpe an­ schließbar ist.
2. Speicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus mehreren Teilen (2, 3) besteht, die jedes für sich an der Vakuumpumpe anschließbar sind.
3. Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse belüftbar ist (Ventile 2'', 3'').
4. Speicherbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses als Wärmetauscher einer Luft­ heiz-/kühlvorrichtung dient.
5. Speicherbatterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein abnehmbares Teil (3) besitzt, in dem auch ein separates Volumen (3') für ein Wärmetauschermedium vorhanden ist.
6. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gehäuse-Innenraums verspiegelt sind.
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