DE2635427A1

DE2635427A1 - Elektrischer akkumulator

Info

Publication number: DE2635427A1
Application number: DE19762635427
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Steffens
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1978-02-09

Description

Elektrischer Akkumulator
Die Erfindung betrifft ainen elektrischen Akkumulator mit einer Anordnung zur Temperierullg der Elektrolytf1ussigkeit.
Beim Betrieb von Akkumulatoren, beispielsweise von Akkumulatoren, die in Elek trostraßenfahrzeuen eingesetzt werden, treten erhehliche Strombalastungen sowohl im Fahrbetrieb als auch beim Ladebetrieb auf. Die hohe Strombelastung solcher Akkumulatoren utd auch die oft pulsförmige Stromentnahile führen zu hohen elektrischen Varlusten im Akkumulator, die eine starke Erwärmung der batterie zur Folge haben.
Insbesondere Qntriebsbatterien für Elektroi'ahrzeuge besitzen ein großes Volumen und ein hohes Gewicht bei kompakter Bauweise, so daß die natürliche Warmeabfuhr über die Oberfläche des Gehäuses nicht ausreicht. Bei vielzelligen Akkumulatorenbatterien entstehen erhebliche Temperaturdifferenzen zwischen den inneren Zellen des f3atterieverbandes und den außenliegenden Zellen.
Es ist daher auch bereits bekannt, Kühlvorrichtungen bzw. Temperiervorrichtungen bei Akkumulatoren vorzusehen. Beispielsweise werden Kühlschlangen aus Metall oder vorzugsweise aus Kunststoff oberhalb der Akkumulatorenplatten in den Elektrolyten getaucht oder es werden metallische Kühlschlangen mit den Zelienverbindern und/oder Endpolen in enge Berührung gebracht. Die gleichen Anordnungen können selbstverständlich auch zur Beheizung von Akkumulatoren verwendet werden, was 4 nsbesondere bei tiefen Außentemperaturen gegebenenfalls notwendig werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Akkumulator mit einer Temperieranordnung zu entwickeln, bei welcher ain Austausch von großen Wärmemengen zwischen Temperierflüssigkeit und Elektrolyt mäglich ist und welche bei cten verschiedensten arten von Akkumulatoren, seien es Bleiakkumulatoren oder Stahlakkumulatoren (Nickel-Eisen, icke1-Cedmium), verwerldat werden kann.
Diese Aufgabe wird gemBl3 der Erfindung dadurch gelöst, daß der Behälter des Akkumulators zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt ist und daß im dadurch gebildeten Hohlraum zrlr Aufnahme des Temperiermittels ein Zuflußrohr und ein Abflußrchr eingeführt sind, wobei die Mündung des Abflußrohres in einem geringeren Abstand von der oberen Begrenzung des Hohl raumes liegt als die Mündung des Zufluß rohres.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Dahei zeigt Figur 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Akkumulator, Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform dieses hkkumulators und Figur 3 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Deckel des Akkumulators in Figur 2.
Erfindungsgemäß besitzt der Akkumulator ein doppelwandiges GEhäuse, nämlich das Innen gehäuse 5 und das Außengehäuse 6. Das Innengehäuse kann insbesondere aus elektrolytoeständigem Kunststoff oder gegebenenfalls auch aus Gummi bestehen und flexibel seine Im Innengehäuse sind die Elektrodenplatten mit Endpolen 8 sowie der Elektrolyt 10 schematisch dargestellt. Das Außengehäuse 6 besteht ebenfalls aus Kunststoff, gegebenenfalls aber auch aus Hartgummi oder Stahl. Zwischen Innengehäu se und Außengehäuse befindet sich ein Hohlraum 7 zur Aufnahme des Temperiernittels 4. Der Abstand zwischen Innengehäuse und Außengehäuse liegt bei ca. 1 bis 5 mm. Dieser Abstand wird meist bei Zellen von etwa 7000 bis 12000 Ah benutzt, die bei Unterwasserfahrzeugen verwendet und im möglichst engen Batterieeinbau angeordnet werden. Allgemein ist es bei ausreichendem Einbauraum üblich, einen noch größeren Abstand zu wählen, um einen möglichst voluminösen Hohlraum erreichen zu können, da eine dadurch bedingte große Temperiermittelmenge und der schnelle Durchsatz derselben eine wirkungsvolle Temperierung günstig beeinflussen. In diesem H@hlraum ist ein Zuflußrohr 2 und ein i\f)flußrohr 3 ansebracht.
Das Zuflußrchr 2 ist durch den Zallondeckel 1 mittels einer Leitungsdichtung 9 durchgeführt und dringt verhältnismäßig tief in den durch das doppelwandige Gehause gebildeten iohlreum ein. Als Leitungsdichtung 9 kann eine übliche 5topbuchse verwendet werden, die es auch ermöglicht, die Eindringtiefe des Zuflußrohres 2 zu verändern.
Das Abflußrohr 3 ist in gleicher Weise im Zellendeckel 1 gelagert. Erfindungsgemäß ist seine Eindringtiefe in den Hohlraum jedoch geringer als die Eindringtiefe des Zuflußrohres. Da zwischen der Mündung des Abflußrohres und der oberen Begrenzung des Hohlraumes 7, die durch den Deckel 1 gebildet ist, stets ein Abstand besteht, bildet sich bei der Füllung des Hohlraumes 7 mit dem Temperiermittel 4 oberhalb der Mündung des Abflußrohres 3 eine Luftblase bzw. ein Gaspolster, die je nach Einfülldruck des Temperiermittels 4 unter einem bestimmten Druck steht und auf die gesamte freie OberFläche des Temperiermittels 4 drückt. Dieser Einfülldruclc heträgt vorzugsweise 0,5 bis 2,5 atü und durch die Luftblase ergibt sich eine gleichmäßige Ausströmung des Temperiermittels 4 aus dem AbfluBrshr 3. Läßt der Druck, mit dem das Temperiermittel in den Akkumulator gepumpt wird, nach oder schwankt dieser Druck, so sorgt die Luftblase für eine Uergleichmäßigung des Flüssigkeitsdruckes, Dies gestattet es, die Wanddicken des Zellengehauses gering zu halten, so daß dadurch auch ein guter Wärmeübergang zwischen Elektrolyt und Temperiermittel gegeben ist. Als Temperiermittel werden zweckmäßigerweise Wasser, leichtflüssige Ö1E oder Mischungen aus beiden Flüssigkeiten verwendet.
Es ist vorteilhaft, den Außenbehälter so auszubilden, daß der Akkumulator an sämtlichen seiner fünf Außenflächen vom Temperiermittel umströmt wird, Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das Außengehäuse so anzuordnen, daß nur drei Flächen umströmt werden.
Wenn das Innengehäuse 5 aus flexiblem Material hergestellt ist, so trägt auch dieses zu einer Vergleichmäßigung des Drucks des Temperiermittels bei. Wird beispielsweise der Temperiermitteldruck plötzlich geringer, so kann das flexible Innengehäuse sich durch den freien Elektrolyten nach allen Seiten ausdehnen. Auch bei ruckartigen Bewegungen des Akkumulators, wie sie insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen auftreten, wird durch die Luftblase im oberen Bereich des Temperiermittelhohlraumes und durch das flexible Innengehäuse der auFtretende Druck weitgehend vergleichmäßigt. Durch die verschiebbaren Zufluß- und Abflußrohre, wobei zumindest das Abflußrohr 3 verschiebbar ausgebildet sein sollte, kann die Größe der Luftblase bzw. des Easpolsters variiert werden und es kann auch die Wärmeabfuhr durch mehr oder weniger tiefes Einschieben des Ptflußrohres beeinflußt werden. Da der Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermittel und dem Elektrolyten, d.h. zwischen Flüssigkeiten, wirkungsvoller ist als beispielsweise zwischen der Temperierflüssigkeit und dem C-as-Luftgemisch im Gasraum, wird die Mündung des Abflußrohres 3 meist 5 bis 20 mm über dem Elektrolytstand in der Ruhelage eingestellt, so daß auch bei zu erwartenden Schwankungen des Elektrolyten ständig ein guter Wärmeaustausch gewährleistet ist.
Gemflß Figur 2 ist zusätzlich auch der Deckel doppelwandig ausgebildet und besteht aus einem Zellenunterdeckel 12 und einem Zellenoberdeckel 11. Ein Gasdom 14 ragt als Teil des Zellenunterdeckels 12 durch den Zellenoberdeckel und der Zellenunterdeckel 12 ist formgerecht dem Werlauf der Oberfläche des Plattenblockes mit Polbrücken und Polbolzen angepaßt. Durch das durch den Zellenoberdeckel 11 und durch den Zellenunterdeckel 12 geführte Zuflußrohr 2 wird das Temperiermittel 4 zuerst in den Hohlraum 7 zwischen Innengehäuse und Auße;ngehäuse geleitet. Am Zellenunterdeckel befindet sich ein Zwischenrohr 13, dessen Eingangsöffnung vorzugsweise in beliebig einstellbarer Länge in den Hohlraum 7 ragt und dessen Ausgangsöffnung in den freien Deckelinrienraum mündet.
Auch hier bildet sich je nach dem Abstand zwischen Mündung des Abflußrohres 13 und Zellenunterdeckel 12 ein mehr oder weniger großes Gaspolster bzw. eine Luftblase. Das Temperiermittel strömt dann durch den freien Innenraum des doppelwandigen Deckels und wird durch die AusfluB-öffnung 3 abgeleitet. Zweckmäßigerweise kann dieser Innenraum des Dekkels durch Kanalwände 16 gemäß Figur 3 so abgeteilt werden, daß bei gleichem Durchströmquerschnitt etwa gleiche Temperiermittelmengen/ Zeiteinheit an die zu temperierenden Flächen, an die Polbolzen 8 und an den Gasdom 14 gelangen. Der Gasdom 14 kann mit einem Ventil 15 versehen sein und die Elektrolytmenge im Akkumulator kann so bemessen werden, daF der Elektrolyt sich weitgehend in den Gaadom hinein erstreckt und so am Zellenuntardaskel große Temperierflächen zur Verfügung stehen. Der Zellenuntardaskel 12 und der Ga-dom 14 aind in ihrer Form so gestaltet, den sie eng am Plattanbloc@ solide an den Polbolzen 8 an-1l E n.
Selbstvarständlich ist es möglich, das Temperiermittel zuerst durch dan dappalwandigen Deckel au leiten und von dart aus in den Hahlraum zwischen Zelleninnengehäuse und -außengehäuse zu führen. Dies hringt den Vorteil mit sich, daß zuerst der Elektrolytteil temperiert wird, der sich oben in der Zelle befindet und der erfahrungsgemäß die höchste Temperatur basitzt Der Zellenoberdackel 11 kann dabei aus transparentem Material bestehen, um eine ungehinderte Sichtkontrolle des Temperiermittelflusses zu gewährleisten. Durch die Verwendung des Doppeldeckels ist eine allseitige Temperierung bzw. Kühlung und Heizung des Akkumulators möglich. Bei beiden oben beschriebenen Verfahren mit einam Doppeldeckel ergibt sich der große Vorteil, daß alle sechs Gehäuseflächen und die Polbolzen sowie der Gasraum temperiert werden. Durch das erfindungsgemäße gaspolster im Temperiermittelraum werden Schwankungen im Druck des Temperiermittels weItgehend ausgeglichen und durch einfachstes Verstellen der Große dieses Gaspolsters kann der Temperatureinwirkungsbereich beliebig gewählt werden.
- Patentansprüche -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Elektrischer Akkumulator mit einer Anerdnung zur Temperierung der Elektrolytflüssigkeit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der @ahälter des Akkamulstors zumindest teilwaise doppelwandig ausgeführt ist und daß im dadurch gebildeten Kohlraum (7) zu AufnahmF des Temperiermittels (4) ein Zuflußrohr (2) und ein Ab-Flußrohr (3) eingeführt sind, wobei die Mündung des Abflußrohres (3) in einem geringeren Abstand von dor oberen Begranzung des Hohlraumes (7) liegt als die Mündung des Zuflußrohres (2) 2. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Abflußrohr (3) verschie@bar ist.

3. Elektrischr Akkumulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11, 12) doppelwandig ausgebil det ist und mit dam Temperierkreislauf in Verbindung steht.

4. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel Kanalwände (16) zur Führung des Temperiermittels vorgesehen sind.