DE2835501A1 - Batterie - Google Patents

Batterie

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DE2835501A1 DE19782835501 DE2835501A DE2835501A1 DE 2835501 A1 DE2835501 A1 DE 2835501A1 DE 19782835501 DE19782835501 DE 19782835501 DE 2835501 A DE2835501 A DE 2835501A DE 2835501 A1 DE2835501 A1 DE 2835501A1
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Description

DAUG 67
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zu Zellenblöcken zusammengefaßten Einzelzellen.
Beim Betrieb von Batterien, die aus einzelnen galvanischen Elementen bestehen, können Betriebszustände eintreten, die eine Erhöhung der Temperatur zur Folge haben. Die Temperaturen können dabei solche Werte erreichen, daß eine Zerstörung der Baumaterialien sowie der aktiven Zellenteile (Elektroden, Elektrolyse) und aber auch daß unzulässige elektrochemische Reaktionsabläufe eintreten können.Andererseits kann es erforderlich sein, daß erst eine bestimmte Temperatur erreicht werden muß, um eine elektrochemische Reaktionsfähigkeit zu erreichen.
Bei galvanischen Batterien, bei denen wenigstens ein Reaktant (Luft, Gas oder flüssige Brennstoffe) oder der Elektrolyt unmittelbar an die eigentliche Zelle herangeführt wird, kann dieses Fluid auch zur Abführung oder Zuführung von Wärme herangezogen werden.
Bei galvanischen Batterien, bei denen die einzelnen Zellen beispielsweise ummantelt sind, oder bei denen mehrere Einzelzellen zu Zellenblöcken (Moduln) zusammengefaßt und beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, wie dies z. B. bei Hochtemperatürakkumulatoren, Nickel-Wasserstoff-Zellen oder anderen Systemen der Fall ist, kann es vorkommen, daß die Zuführung eines aktiven Fluids zu gering für den Wärmetransport ist oder ganz entfällt (Akkumulatoren) .
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DAUG 67 — 5 —
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßige Kühlung oder Heizung an allen Zellenblöcken durchzuführen, und erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils mehrere Einzelzellen zu einem ummantelten Zellenblock zusammengefaßt sind und daß mehrere Zellenblöcke so angeordnet sind, daß die Zwischenräume Kanäle für ein Kühl- oder. Heizmedium, bilden, wobei ein Zuführungskanal für die Kanäle zwischen den Zellenblöcken einen stromab sich verjüngenden Querschnitt aufweist, und ein Sammelkanal für die Ableitung aus den Kanälen einen stromab sich erweiternden Querschnitt aufweist und daß die Zuführung und der Austritt einander diametral gegenüberliegen.
In vorteilhafter Weise kann eine getrennte Zu- und Abführung bzw. Zirkulation des wärmeaufnehmenden oder wärmetragenden Mittels, wie z.B. Luft, Wasser, öl und dergleichen, durchgeführt werden.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich darin, wenn die Zellenblöcke parallel zueinander angeordnet sind.
Dadurch wird eine besonders günstige Strömung des Mediums erzielt weil erreicht wird, daß längs der Kanäle ein nahezu konstanter Druck herrscht und sich gleiche Geschwindigkeiten in den Kanälen einstellen.
Ein sehr einfacher und gut funktionierender Aufbau kann dadurch erreicht werden, daß die Zuführung und der Austritt an diagonal gegenüberliegenden Ecken einer etwa rechteckigen oder parallelogrammartigen Kammer liegen.
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DAUG 67
Die Zellenblöcke können insbesondere in einem sowohl elektrisch als auch wärmeisolierenden Material angeordnet sein, und zur Vereinfachung des Aufbaus können dann die das Medium zuführenden und abführenden Hauptkanäle teilweise in diesem Material ausgebildet sein.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, daß die das Medium zu- und abführenden Hauptkanäle in auf die Batterie aufgesetzten Kammerelementen ausgebildet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Eintrittskanal in einer Ebene unterhalb der Zellenblockunterkante und der Sammelkanal in einer Ebene oberhalb der Zellenblockoberkante liegen. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Hochtemperaturakkumulatoren, wie beispielsweise Na/S-Batterien, sowie Nickel/ Wasserstoffbatterien, die aufgrund ihrer Konstruktion einer besonders wirksamen Kühlung bedürfen. In derartigen Batterien sind gewöhnlich eine oder mehrere Elektrodenstapel zu einem Zellenblock vereinigt und in einem gemeinsamen gasdichten Druckgehäuse eingeschlossen. Diese Zellenblöcke (20) sind in Figur 1 eingezeichnet. Auf eine Wärmeisolierung kann bei Nickel/Wasserstoffbatterien verzichtet werden.
Um den Mediumdurchsatz zu erhöhen, kann an der Medieneinlaßseite ein Gebläse vorgesehen sein. Falls eine Heizung erwünscht ist, kann an der Medieneinlaßseite eine Heizung vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 und 2 Schnittansichten einer Batterie.
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DAUG 67
Aus Fig» 1 ist zu erkennen, daß die Einzelzellen 1, beispielsweise Elektrolytrohre von Na/S-Zellen, senkrecht zur Zeichenebene und parallel zueinander angeordnet sind. Jeweils eine Reihe solcher z.B. elektrisch parallelgeschalteter Einzelzellen ist zu einem Zellenblock 2 zusammengefaßt, welcher mit einem Blechgehäuse umschlossen ist. Es kann aber auch eine Anordnung gewählt werden, bei der jeweils einzelne konzentrisch ummantelte Zellen in einer Reihe bautechnisch zu einem Zellenblock zusammengefaßt werden. Es ist auch eine Anordnung möglich, bei der die einzelnen Zellen liegend, statt stehend angebracht sind. Eine solche Anordnung ist in der Mitte der Fig. 1 für eine Ni/H~-Batterie gezeigt, wobei die Zellenblöcke mit 20 und die Zwischenräume mit 30 bezeichnet sind. Bei Ni/H2-Batterien besteht ein Zellenblock aus mehreren Plattenpaaren einzelner positiver und negativer Platten und wird auch als Modul bezeichnet. Der Einfachheit halber soll im übrigen zur Darstellung lediglich ein geschlossener Kasten angedeutet werden. Um eine möglichst hohe Batteriespannung zu erhalten, würden dann viele solcher Zellenblöcke in Serie geschaltet werden. Die Zellenblöcke 2 sind parallel und mit kleinen Abständen zueinander angeordnet, und diese Zwischenräume bilden zwischen den Zellenblöcken 2 verlaufende Kanäle 3. Eine Vielzahl solcher Zellenblöcke bilden einen Batterieblock 4. Je nach der notwendigen Anzahl von Zellenblöcken werden ein oder mehrere Batterieblöcke 4 zu einer Batterie zusammengefaßt (im vorliegenden Beispiel drei ).
Na/S-Batterien arbeiten vorzugsweise bei einer Temperatur von bis 3500C. Ist die Batterie vollgeladen, muß die Temperatur wenigstens 116°C erreichen, damit die beiden Reaktionspartner Natrium und Schwefel reaktionsfähig (flüssig)sind. Deshalb muß die Batterie zuerst auf die Betriebstemperatur gebracht werden, was beispielsweise über eine einschaltbare elektrische Heizwicklung 5/ die einem Gebläse 6 nachgeschaltet ist, erfolgen kann.
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Um beim Betrieb oder während Betriebspausen die notwendige Temperatur aufrechtzuerhalten, ist die gesamte Batterie mit einer Wärmeisolierung 7 ummantelt. Während der Abgabe von elektrischer Leistung entsteht in den Zellen Verlustwärme. Diese wird über den Kühlluftstrom 8 nach außen gebracht. Die zur Führung des Kühlluftstroms notwendigen Hauptkanäle 9, 10, 11 und 12 (s. auch Figur 2) sind dabei teilweise in die Isolierung 7 eingelassen. Der Kanal 9 ist dabei so gestaltet, daß er in einer Ebene unterhalb der Zellenblockunterkante 13 (Fig. 2) zu liegen kommt und sich vom Eintrittsquerschnitt kontinuierlich nach hinten verjüngt. Die Luft kann nun quer zu diesem Kanal 9 in den unteren Verteilerkanal 10 einströmen. Dieser Kanal verjüngt sich ebenfalls in Strömungsrichtung und stellt den eigentlichen Verteilerkanal für die Luftströmung in die Zellenblöcke dar. Vom unteren Verteilerkanal 10 strömt die Luft durch die Zwischenräume 3 bzw. 30 zwischen den Zellenblöcken hindurch in den oberhalb der Zellenblöcke gelegenen Sammelkanal 11, wobei die Zellenblöcke als Leitelemente dienen und der Sammelkanal sich in Strömungsrichtung kontinuierlich erweitert. Die zwischen den Zellenblöcken hindurchströmende Luft findet eine große Oberfläche vor, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen den Zexlenwänden und der durchströmenden Luft stattfindet. Vom Sammelkanal 11 strömt die Luft auf der gesamten Länge in den parallel zum Eintrittskanal· 9 gelegenen Austrittskanal 12, der sich in einer Ebene oberhalb der Zellenblockoberkante 14 und in Strömungsrichtung erweiternd erstreckt. Von dort gelangt der Luftstrom ins Freie oder in einen zusätzlichen Führungskanal oder in ein Kanalsystem und kann beispielsweise in ein Zirkulationssystem (z.B. Fahrzeugheizung) eingegliedert werden.
Die im vorliegenden Beispiel gezeigte Anordnung schließt die Verwendung anderer wärmeauf- und -abgebender Medien nicht aus.
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Aufgrund der symmetrischen Anordnung für die Strömungsführung ist auch ein Wechselbetrieb möglich, d.h. ein oder mehrere Medien können abwechselnd in der beschriebenen Richtung vom Austritt zum Eintritt strömen.
Anstelle der erwähnten, zu Zellenblöcken zusammengefaßten galvanischen Einzelzellen können im Prinzip auch andere Reaktionssysteme treten, die z.B. während ihrer Reaktion Wärme abgeben oder aufnehmen.
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Claims (10)

  1. DAUG 67
    Deutsche Automobilgesellschaft
    mit beschränkter Haftung
    Hannover
    Batterie
    Patentansprüche
    . Batterie mit zu Zellenblöcken zusammengefaßten Einzelzellen, wobei mehrere Einzelzellen (.1) zu einem ummantelten Zellenblock (2) zusammengefaßt sind und mehrere Zellenblöcke (2) so angeordnet sind, daß die Zwischenräume Kanäle (3) für ein Kühl- oder Heizmedium bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuführungskanal (9, 10) für die Kanäle (3) zwischen den Zellenblöcken (2) einem stromab sich verjüngenden Querschnitt aufweist, daß ein Sammelkanal (11) für die Ableitung aus den Kanälen (3) einen stromab sich erweiternden Querschnitt aufweist und daß die Zuführung (9) und der Austritt (12) einander diametral gegenüberliegen.
  2. 2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenblöcke (2) parallel zueinander angeordnet sind.
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    DAUG 67
  3. 3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (9) und der Austritt (12) an diagonal gegenüberliegenden Ecken einer etwa rechteckigen oder parallelogrammartigen Kammer liegen.
  4. 4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenblöcke (2) sowohl in einem elektrisch- als auch wärmeisolierenden Material (7) angeordnet sind und die das Medium zuführenden und abführenden Hauptkanäle (9, 10, 11, 12) teilweise in diesem Material ausgebildet sind.
  5. 5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Medium zu- und abführenden Hauptkanäle in auf die Batterie aufgesetzten Kammerelementen ausgebildet sind.
  6. 6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal (9, 10) in einer Ebene unterhalb der Zellenunterkante (13) und der Sammelkanal
    (11) in einer Ebene oberhalb der Zellenblockoberkante (14) liegen.
  7. 7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie eine Na/S-Batterie ist.
  8. 8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie eine Nickel/Wasserstoffbatterie ist.
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    DAUG 67
  9. 9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Mediumeinlaß ein Gebläse (6) vorgesehen ist.
  10. 10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Mediumeinlaß eine Heizung (5) vorgesehen ist.
    030008/0454
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