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Heizvorrichtung für eine Starterbatterie eines Kraftfahrseugen
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Bie Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Mtarterbatterie
eines Kraftfahrzeuges zum Aufrechterhalten einer für die Batterie günstigen Arbeitstemperatur
gegenüber einer niedrigen Umgebungstemparatur, mit einem von der Eatterie selbst
gespeisten und mit dieser in engen Kontakt stehenden Heizelement und mit einen die
Temperatur der Batterie aufneimenden Temperaturfühler oder - schalter, welcher die
Stromzufuhr von der Batterie zum Heizelement in Abhängigkeit von den aufgenem nenen
Temperaturwe ten steuert.
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Mit dem Beginn der Epoche der mittels Batterien startbaren Automobile
kam bei den Autofahrern auch der Wunsch auf, Möglichkeiten zu finden, durch welche
das Kaltstartvermögen verbessert und der verhältnismäßig große
Leistungsabfall
der Starterbatterien bei schr kalten Außenterrter @uren verringert werden kann.
Der allabendliene dasbau der Batterie, um diese mit in die Wohnung zu nekmen, und
zwar erfolgversprechend, jedoch unpraktisch und zeitrnubend.
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Aus diesem Grunde entstanden eine Reihe von Vorschlägen, die Batterien
während der Stendzeit mittels einer elektrischen Meizung zu erwärmen, wobei diese
Heizung von einer weiteren Spannung elle oder von der Batterie selbst versorgt worden
sollte. Dem letzteren Fall liegt folgende Überlegung zugrunde ; Die elektremeterische
kraft einer Starter-Batterie wird bekanntlich aufgrund einer chemischen Reaktion
erzeugt. Bei einer niedrigen Batterietemperatur verringert sich unter Anstieg des
Innenwiderstandesdiese elektromotorische Kraft erheblich, so daß die Leistung der
Batterie für ihren Zweck nicht mehr ausreicht. Dabei kann bei einem Absinken der
Umgobungstemperatur von +20°C auf - 15°C ein Leistungsrückgang der Batterie um etwa
50 @ erfolgen, wobei insbesondere eine nur schwach geladene Batterie bei solchen
niedrigen Temperaturen schnell ihre Entladezchletspannung erreicht. Mit dem Erwärmen
der Batterie kann wieder eine ausreichende Batterieleistung und eine erleichterte
Ladung erreicht werden.
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Zum Zwecke dieser Erwärung ist es beispielsweise bekannt (DE-PS 647
003), in der Batteriewandung Heizelemente vorzusehen,
welche von
der Betterie selbst mit elektrischem Strom versorgt werden.
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Aus der US-PS 2 626 971 ist ein L-förmiges Meizelement bekannt, auf
das die Batterie zum Zwecke der Erwärmung aufgesetzt wird und das oberfalls durch
die Batterie selbst elektrisch vorsorgt wird.
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Aus der GB-PS 894 555 ist eine nach außen hin völlig thermisch isolierte
Batterie bekannt, all deren Bodenseite ein Heizelement mit einem daneben angeordneten
Thermoschalter vorgeschen ist.
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Aus der US-PS 3 440 109 sind in den Elektrolyton eintauchende Heizelemente
bekannt, die ebenfalls von der Batteriespannung versorgt werden.
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Aue der DE-OS 1 771 073 ist schließlich eine Heizvorrichtung für Sammelbatterien
bekannt geworden, bei der entweder ein die Batterie aufnehmender Trog oder eine
um die Batterie lerbare Manschette vorgesehen ist, wobei mindestens zwei Flächen
des Trogs oder der Manschette beheizt sinn.
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Diesen bekannten Vorrichtungen haften zahlreiche Mängel an, was sich
schon dadurch zeigt, daß keine dieser Vorrichtungen
sich jemals
auf dem Narkt durchsetzen kennte. Zum einen sind alle Heisvorrichtungen ungeeignet,
welche eine Veränderung an der Batteris oder an deren Raltonung en KFZ nach sich
ziehen räßte. Zum anderen sind die Vorstellamgen der Heizleistung aufgrund ungonauer
Energichilansen se vage, daß entweder die Heizleistung für eine ausreichende Erwärmung
der Batterie nicht ausgereicht hat oder so groß war, daß die Stromentnahme aus der
Batterie au groß war.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine praktikable i?eisvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der einerseits keinerlei Veränderungen
an der Batterie oder am KFZ vorgenommen werden müßten und andererseits eine ausreichende
Erwärmung der Batterie bei gerigstem Stronbedarf gewährleistet sein soll.
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Diese Aufgabe wird durch die in Kennzeichen des Anspruchs 1 oder 8
beschriebene Erfindung gelöst.
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Mit der Brfindung wird erreicht, daß lediglich die beiden Platten
in den ohnehin freien Raum, gebildet durch Batteriefuß und Batterie-Deckplatte,
eingeschoben und durch die an der Schmalseite vorbeigeführten Verbindungselemente
miteinander
verbunden werden müssen. Sa einem derzrtigen Arbringem der Platte braucht in den
meisten Fällen nicht einmal die Batteriehalterung gelöst zu werdun.
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Durch die Tatsache, daß die Satterie-Pomperttur auf der zum Heiselement
geenüberliegenden Seite aufponomren sind, ist eine direkte Beeinflussung des Tlemt
eschalters darch das Heizelement nicht gegeben, so daß die Amhte Ist-Tr@@@eratur
aufgenormen wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung erpeben sich aus den
Unteransprüchen im Zusammenhang mit dar @sschreibung von Ausführungsbeispielen,
die angand von Flguren eingehend erläutert sind. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht einer Starterie mit den erfindungsgemäßen Isolationsplatten ; Fig. 2 eine
perspektivische Ansicht der Isolationsplatten alleine ; Fig. 3 einen Teilquerschnitt
durch die das Heizelement tragende Isolationsplatte ; Fig. 4 einen Teilquerschnitt
durch die den Thermoschalter tragende Isolationsplatte ;
Fig. 5
eine Ansicht einer anderen Anordnung des Thersoschnlters ; und Fig. 6 eine perspektivische
Ansicht der Gesmitarerdnung mit dem Thermoschalter nach Fig. 5.
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In Figur 1 ist mit 1 eine Starterbatterie bezeichmet, die Polklemmen
2 und 3 besitzt. Die Starterbatterie 1 hat an der Oberseite eine über den Rand an
der längeseite hinausstehende Deckplatte 4, auf der die Verschlüsse für die Alüssikeitskammern
untergebracht sind. Ebenfalls an der längereite sind unten an der Battorie Füße
5 ausgeformt, an deren die Batterie im KFZ durch Klamern oder Backen 6 gehaltert
werden kann An der einen Längsseite der Batterie 1 ist eine erste lselationsplatte
7 und an der gegenüberliegenden Längsseite eine zweite Isolationsplatte 8 angebracht.
Die beiden lse lationsplatte. weisen an ihren seitlichen Ründern Haken, Stifte,
Ösen 9 o.dgl. auf, an welchen ein Verbindungselement 10 eingehängt werden kann.
Somit erstrecken sich an den beiden Schmalseiten der Batterie jeweils ein Vorbindungselement
10, das vorzugsweise stisch ist und entweder von einer Zugfeder, einer Gummilasche
o. dgl. gebildet wird.
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Wie aus Figur 3 zu entnchmen ist, wird die Isolationsplatte 7 durch
zwie schachtelartig ineinandergreifende metalldeckel 7a und 7b gebildet. Nahezu
der @ssamte Innerraum der Isolationsplatte 7 wird durch eine Polystyrelschicht 12
ausgefüllt. Zwischen Polystyrolschicht 12 und der zur Batterie weisenden Metallplatte
7a ist eine sich über die gese@@e Fläche der Isolationsplstte 7 ensureckende Meizfelie
11 augeordnet, deren elektrische Zuleitungen an einer geeigneven Stelle nach außen
gefährt sind. Die Neizfolie 11 ist gegenüber dem Metalldeckel 7a elektrisch iseliert.
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In Figur 4 ist die ähnlich aufgebaute Isolationsplatte 8 mit den Metalldeckeln
8a und 8b wiedergegeben. Die isolation wird durch eine Folystyrolschicht 13 gebildet,
in der Ausmeluaungen für den Thermofühler 14, Ieitungen, Schalter ete. vorgeschen
sind. Der Therrofühler 14 liegt an der auf Katterie weisenden Plattenwand 8a an.
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Die Wirkungsweise der anhand der Figuren 1, 3 und 4 beschriebene Heizvorrichtung
ist am besten aus Figur 2 zu ersehen.
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Zunächst werden die beiden Isolationsplatten 7a und 8a mit ihren innenflächen
7a bzw. 8a an die Längsseiten der Batterie 1 angelegt. Sodann werden die beiden
Verbindungselemente 10
an den beiden Schmalseiten der Butterie
an den Makon 9 der beider Isolationsplatten eingehägt. Sodann erfol@ch roch @rei
elektrisehe inscklüsse : Der eine Anschluß 13 daß Heizfolie 11 wird mit de Fol 2
der Fatterie und der am@@re Anschlul 16 mittels einer Steckverbindung 17 mit dem
einden Ansehrle 18 des Thermeschalters 14 verbunden. Per ardere Ansthl@@@ 19 des
Thermeschalters 14 liegt an einem Schalter 20, d@@@@ anderer Pol 21 an der Polklemme
3 der Batterie an@oschle@@en wird. Mit dem Schalter 20 kann die gesomte Keizverrickturaußer
Hetrieb gesetzt werden. Im Botrieb niumt nurmt run der Te@@reraturschalter 14 die
Ist-Temmeratur der Latterie 1 auf. @ei einer unteren Tomperaturgrenze werden die
Anschlußleiturgel 18 und 1) durchgeschaltet, so daß durch die Meinfelie 11 ein Strom
fließen kann. Fei einer oberen Temperatungrenze wird diese Leitung 18-19 unterbrochen.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung führt zu dem vorteilhaften Ergebnis,
daß der Leistungsverlust der Batterie aufgrund der Reizung Kleirer ist, als der
aufgrund einer zu gravierenden Temperaturerniedrigung. Wenn nun die untere Temperaturgrenze
auf etwa -3° bis +3°C, vorzugsweise 0°C die elere Temperaturgrenze zwischen 7° und
13°C vorzugsweise 10°C eingestellt ist, so sinkt die Batterie einmal schon nicht
unter einen Temperaturwert ab, beidem ihre Leistung bereits wesentlich vermindert
ist.
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Damit das Hartgummi - baw. Kunststoffgekässe der Ritterie thermisch
nicht angegriffan wir, ist tei dan Auslegur der Keizleistung zu beachten, daß die
Feiafelis 11 eine Temperatur von etwa 70° bis 80°, nicht äterchnist. lemit ist bereits
eine obere Granse der Heisleistung festselegt.
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Besüglich der optimalen Heizleitstung wurden zahlreiche Vorsuche durchgeführt,
wobei die an sich schlecht wäntl itenden Gehäusewände verschiedener Batlerier tr@@@@t.
@vorder sind. Es hat sich dabei houkusgestellt, daß eine Meitleistung von 7 bis
8 Watt/dm² des Kelzelenentes die gä@@tgrte Energiebilanz erbringt. Eine geringere
Leistung erwä@ die öatterie zu langsam, d.h., der Ladungsverlust ist gegeräler der
Srwärmmung zu hoch. Bei einer höheren Leistung wira u.B.
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die o.o. Oberflächentemneratur von 80° überselmitten.
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Bei einer mittleren Heizloistung von etwa 7. W/cm² ergibt sich bei
einer 12V-Batterie mit einer Langseitepfllche von ca.
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3 dm semit ein Entladestrom von 1.75 A. Bei ei ber narimelen Meizseit
von etwa 6 Stunden pro Macht werden der Batterie also 10.5 Abentnommen. Einer 6V-Batterie
mit ehner Längsfläche von etwa 2 dm wird bei gleicher Heizleirtung ein
@@rem
von 2.3 A, in 6 Stunden also en. 14 Ahentnemech. Diete Entnahme becinträchtigt die
Leistungefüligkeit eines Mattert nicht, wenn sie eine Temperatur von etwa + 10°C
hesitst.
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Die Neizseit von 6 Stunden ist außerdem ein Extremvert, der im allgeneinen
nur bei Femperaturen von - 20° bis - 15°C zetrifft. Rei einer Standseit von 12 Stunden
sind gekäh@@ie Keizzeiten von 4 bis 5 Stunden ausreichend, da drneb die Isolation
die Erwärmung rascher und die Abkühlung Fangsaner erfolgt und die Batterietomperatur
schon gar nicht unter - 3°C abgesunken ist.
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In Figur 2 ist eine Ausgestaltung der Erfindung darmestell, bei der
der Thermoschalter 14' und der Mauptschalter 20' in einem einheitlichen Bauteil
22 zussmmengefaßt sind. Bieses Bauteil 22 weist die Schraub- bzw. Steckelemonte
eines Verschlusses einer Flüssigkeitskarmer auf. Der Thermoschalter
14'
taucht in die Flüssigkeit der Batterie ein, wogegen der Mauptschalter 20' der Oberseite
des Dautailes 22 angeordnet ist. Im übrigen bürren Naentschalter 20', Ehermoschalter
14' sodie die einselnen Leitongen Ferart in der iauteil 22 ntegricert sein, daß
die beiden Leitungen 15' und 16' der Leitfolie 11 in einem gemeinsamen N el an eine
Seite und die beiden l'ele 2 und 3 der Ratterie 1 an die anders Seite des Kauteils
22 herargeführt sind, wie dies aus Figur 6 an besten schen ist.
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Bei der Integration des Thermoschalters 14' in dem Bauteil 22 kann
die Isolierplatte 8' völlig mit Isoliermsverial gefüllt sein.
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In einer Abwandlung der Erfindung kann der Schalter 20, der die Aufgabe
hat, die Aufheiamimik dann abzuschalten, wann sie micht gebraucht wird - beispielsweise
dann, wenn das KFZ bei Kälte nicht nur für dne Macht, sondern für längere Zeit abgestellt
werden - , mit einer elektronischen Ladargsanzeige in Verbindung stehen. Diese Ladungsanzeige
sell den Schalter so betätigen, daß on bei zu langer Aufheizzeit der Einrichtung
außer Betrieb gesetzt wird, bevor die Batterie vollständig entladen ist. Dies kann
dann von Bedeutung sein, wenn beispielsweise vor einem
Wocherende
im Winter der Schalter 20 zu betätigen vergessen worden ist. Außerder kann der Schalter
20 statt in der Isolierplatte 8 bzw. in dem Bauteil 22 integriert su sein, im Wageninnern
am Amaturenbrett vorgesehen werden.