DE19822181A1 - Mehrzelliger Blei-Säure-Akkumulator - Google Patents
Mehrzelliger Blei-Säure-AkkumulatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen mehrzelligen Blei-Säure-Akkumulator, bei dem die einzelnen
Zellen parallel zueinander in einem Blockkasten angeordnet sind und der so gestaltet ist,
daß größere Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Zellen des Akkumulators
vermieden werden.
Mehrzellige Blei-Säure-Akkumulatoren sind insbesondere als Kraftfahrzeug-Bordnetzbatte
rien bekannt. Die Montage dieser als Starterbatterien bezeichneten Energiespeicher erfolgt
üblicherweise unter der Motorhaube in unmittelbarer Nähe zur Verbrennungskraftmaschine.
Dies führt zu einer erheblichen thermischen Belastung, die eine Säuretemperatur bis zu
70°C zur Folge haben kann. Je nach Ausrichtung der Batterie zur Wärmequelle ist diese
thermische Belastung nicht gleichmäßig für alle Zellen des Akkumulators.
Die dem Motor oder den Abgasrohren zugewandte Zelle an der Stirnseite der Batterie ist
besonders stark betroffen und eilt bezüglich ihres Verschleißes, insbesondere durch
Korrosion der Bleistrukturmaterialien den anderen Zellen deutlich voraus.
Darüber hinaus tritt auch durch die Hochstrombelastung beim Anlassen des Verbren
nungsmotors eine Erwärmung der Zellen ein, die vom inneren Widerstand der Zellen ab
hängt. Bei den parallel zueinander in einem Blockkasten angeordneten Zellen kann es also
auch durch unterschiedliche Wärmeabfuhr zu Temperaturunterschieden zwischen den
äußeren und den inneren Zellen kommen.
Neben den unterschiedlich schnellen Verschleißerscheinungen einzelner Batteriezellen
kommt es durch den Einfluß des Temperaturgradienten auch zu unterschiedlichen Lade- und
Entladeeigenschaften. Die Überladung und der damit verbundene Wasserverlust oder
aber die Tiefentladung mit der möglichen Folge eines Anstiegs der galvanischen Leitfähig
keit des Separators haben, auch wenn sie nur in einer Zelle auftreten, einen massiven ne
gativen Einfluß auf die Gebrauchsdauer des gesamten Akkumulators.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen mehrzelligen Akkumulator anzugeben,
dessen meist gefährdete Zellen gegen Wärmeeinflüsse geschützt sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Akkumulator gelöst, wie er in Anspruch 1
angegeben ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 bis 8 dargelegt.
Aus dem Dokument US-A 5,543,248 ist eine Ummantelung von Akkumulatoren bekannt,
die die Temperatur des Akkumulators stabilisieren soll. Eine solche Ummantelung hat zwar
einen dämpfenden Effekt auf kurzzeitiger Änderungen der Umgebungstemperatur des
Akkumulators, sie vermindert die bei der Nutzung des Akkumulators eintretenden
Temperaturunterschiede zwischen inneren und äußeren Zellen aber nur unwesentlich.
Weiterhin sind z. B. aus dem Dokument EP-A 624 916 aktive Systeme bekannt, die es ge
statten, die Zellen eines Akkumulators zu temperieren. Je nach den äußeren Bedingungen
wird dazu ein Wärmeträgermedium, welches mit den einzelnen Zellen in Kontakt steht, er
wärmt oder abgekühlt, um die Zellen des Akkumulators in den für die elektrochemischen
Umsetzungen optimalen Temperaturbereich zu halten. Nachteilig an den aktiven Temperie
rungssystemen sind die erhöhten Anforderungen zu deren Schaffung und ihrem Betrieb.
Die erfindungsgemäße Lösung kommt demgegenüber in konstruktiv einfach zu realisieren
der Weise zu einem Akkumulator, dessen Zellen einen annähernd gleichen Temperaturver
lauf bei Benutzung zeigen und zu einer deutlich erhöhten Gebrauchsdauer des Akkumula
tors führen.
Bei den bekannten mehrzelligen Akkumulatoren hat sich gezeigt, daß der Ausfall des
Akkumulators oft durch die Schädigung der äußeren Zellen bedingt ist. Durch die vorge
schlagene bessere thermische Isolation der Stirnseite des Blockkastens wird ein annähernd
gleicher Temperaturverlauf in allen Zellen des Akkumulators erzielt und damit der vorzeitige
Ausfall des Akkumulators verhindert. Vorzugsweise wird dazu die Wanddicke der
Stirnseiten des Blockkastens gegenüber den anderen Seitenwänden um den Faktor 3 bis 5
erhöht. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Stirnseiten verschlechtert dabei die Wärme
leitzahl gleichfalls um den Faktor 3 bis 5, so daß insgesamt die Wärmeleitung durch die
Stirnseiten des Blockkastens um den Faktor 10 bis 20 verschlechtert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend in fünf Ausgestaltungen anhand der dazugehörigen Figuren
beispielhaft dargelegt.
Fig. 1 zeigt die Teilschnittdarstellung eines Blockkastens mit einer angespritzten Wand
verdickung der Stirnseite gemäß Variante 1.
Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Blockkasten mit einem Isolationskörper gemäß der
Variante 2.
Fig. 4 bis 8 zeigen einen Blockkasten mit einem Isolationskörper sowie die Teildarstel
lungen der Befestigungen des Isolationskörpers am Blockkasten gemäß der Variante 3.
Fig. 9 bis 13 zeigen einen Blockkasten mit Isolationskörper sowie die Teildarstellungen
der Befestigungen des Isolationskörpers am Blockkasten gemäß der Variante 4 und
Fig. 14 bis 17 zeigen einen Blockkasten mit Isolationskörper sowie die Teildarstellungen
der Befestigungen gemäß der Variante 5 der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Teilschnittdarstellung des Blockkastens 1 im Bereich der Stirnseite 2 und
der Seitenwandung. Dem thermoplastischen Kunststoff wird dabei ein Gasungsmittel zuge
setzt, welches in den Formabschnitten mit einem größeren Querschnitt zu einem Auf
schäumen des Materials führt. Dabei wird der Spritzprozeß so geführt, daß eine geschlos
sene Oberfläche des Spritzteils erhalten wird, wie sie aus Integralschaumprodukten be
kannt ist. Die Herstellung der thermisch isolierenden Stirnseiten 2 kann auch durch Einsatz
der Gasinnendrucktechnik bei der Spritzgußformung des Blockkastens 1 erfolgen. Im Be
reich der Stirnseiten 2 wird dazu ein inertes Gas koaxial zum Spritzgußmaterial extrudiert,
so daß die Stirnseiten als gasgefüllte Hohlkörper aufgefaßt werden können.
Fig. 2 zeigt die Ansicht der Stirnseite eines Blockkastens 1 mit einem Isolationskörper 3.
Der Isolationskörper 3 ist, wie Fig. 3 (eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A) zeigt,
auf der Stirnseite des Blockkastens 1 befestigt. Dabei greifen Haltenasen 5,6 in die Boden
leiste 4 und unter den Deckel 7 des Blockkastens 1 ein.
Die Fig. 4 bis 8 zeigen die Befestigung des Isolationskörpers 3 durch mit Widerhaken
versehene Befestigungselemente auf den Stirnseiten 2 des Blockkastens 1.
Fig. 4 zeigt die Ansicht der Stirnseite 2 eines Blockkastens 1 mit einem darauf befestigten
Isolationskörper 3. Fig. 5 ist zu entnehmen, daß der Isolationskörper 3 sich teilweise über
die Seitenwandung des Blockkastens 1 erstreckt. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine
Stirnseite 2 des Blockkastens 1 mit dem daran befestigten Isolationskörper 3. Die Befesti
gung erfolgt wie in Fig. 7 dargestellt wird, durch Rastnasen, die mit Widerhaken 8 in einen
Dämmstoff 9 eingedrückt werden. Der Dämmstoff 9 wird auf die Stirnseite 2 des Block
kastens 1 aufgeklebt. Die Befestigung des Isolationskörpers 3 kann auch dadurch erfolgen,
daß der Dämmstoff 9 auf den Isolationskörper 3 aufgebracht wird und Haltestifte 11, die an
der Stirnseite 2 des Blockkastens 1 angespritzt sind, in einen in den Dämmstoff 9 eingebet
teten Rastkörper mit Widerhaken 8 eingedrückt werden.
Die Befestigung des Isolationskörpers 3 auf den Stirnseiten 2 des Blockkastens 1 erfolgt
erfindungsgemäß auch in der Weise, daß Haltestifte 11, die sich auf der Stirnseite 2 des
Blockkastens 1 befinden, in Löcher 10 im Isolationskörper 3 eingeclipst werden. Fig. 9
bis 13 veranschaulichen diese Art der Befestigung, die ein zerstörungsfreies Entfernen des
Isolationskörpers 3 von den Stirnseiten 2 des Blockkastens 1 gestattet.
Eine Befestigung der Isolationskörper 3 auf den Stirnseiten 2 des Blockkastens 1 wird er
findungsgemäß auch in der Weise vorgenommen, daß Haltestifte 11 durch die Löcher 10
im Isolationskörper 3 gedrückt und zu einem Nietpunkt 12 abgeplattet werden. Die Fig.
14 bis 17 stellen diese Befestigungsart dar.
1
Blockkasten
2
Stirnwand
3
Isolationskörper
4
Bodenleiste
5
,
6
Haltenasen
7
Deckel
8
Widerhaken
9
Dämmstoff
10
Löcher im Isolationskörper
3
11
Haltestifte
12
Nietpunkt
Claims (9)
1. Mehrzelliger Blei-Säure-Akkumulator, bei dem die einzelnen Zellen parallel zueinander in
einem Blockkasten (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung an
den Stirnseiten (2) des Blockkastens (1) ein höheres thermisches Isolationsvermögen
besitzt als die übrigen Seitenwandungen des Blockkastens (1).
2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung an den
Stirnseiten (2) des Blockkastens (1) aufgeschäumt ist.
3. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolation der
Stirnseiten (2) des Blockkastens (1) durch einen die Stirnseiten (2) des Blockkastens (1)
bedeckenden Isolationskörper (3) erfolgt.
4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (3)
Haltenasen (5, 6) besitzt, die in die Bodenleiste (4) des Blockkastens (1) und unter den
Deckel (7) des Blockkastens (1) eingreifen.
5. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (3)
durch mit Widerhaken versehene Befestigungselemente mit der Wandung des Block
kastens (1) verbunden ist.
6. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (3)
Löcher (10) besitzt, durch die die Befestigung an den Stirnseiten (2) des Blockkastens
(1) erfolgt.
7. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung durch
Haltestifte (11) an der Wandung des Blockkastens (1) erfolgt, die in die Löcher (10) des
Isolationskörpers (3) eingeclipst sind.
8. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung durch
Haltestifte (11) an der Wandung des Blockkastens (1) erfolgt, die in den Löchern (10) des
Isolationskörpers (3) zu einem Nietpunkt (12) verformt sind.
9. Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten (2) des Blockkastens (1) eine um den Faktor 10 bis 20 geringere
Wärmeleitfähigkeit als die anderen Seitenwände des Blockkastens (1) besitzen.
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