DE19822181A1

DE19822181A1 - Mehrzelliger Blei-Säure-Akkumulator

Info

Publication number: DE19822181A1
Application number: DE19822181A
Authority: DE
Inventors: Gerolf Dr Richter; Peter Streuer; Willi Dr Eckers; Hans Georg Schmedes
Original assignee: Volkswagen AG; VB Autobatterie GmbH and Co KGaA
Current assignee: Volkswagen AG; Clarios Germany GmbH and Co KGaA
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-05-16
Publication date: 1999-01-21
Also published as: ES2155744A1; DE29712664U1; ES2155744B1

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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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.

Beispiel 3

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.

Beispiel 4

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.

Beispiel 5

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.

Bezugszeichenliste

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

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.