DE2936202A1 - Batteriepol fuer hochtemperaturbatterien - Google Patents

Description

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51

Batteriepol für Hochtemperaturbatterien

Die Erfindung betrifft einen Batteriepol für Hochtemperaturbatterien.

Bei Hochleistungsbatterien, die auf der Basis elektrochemischer Hochtemperatursysteme mit schmelzflUsslgen oder festen Elektrolyten arbeiten, kommt dem Problem der Wärmeisolierung eine besondere ßedeutung zu. Die Betriebstemperatur beispielsweise einer Lithium/Eisensulfid-Batterie mit einem geschmolzenen Lithiumchlorid-Kaliumchlorid-Salzgemisch liegt zwischen 670 und 770°K.

In ihrer allgemeinen AusfUhrungsform ist die einzelne Hochtemperaturzelle ein Stahlbehälter, aus dessen Oberseite lediglich der positive und der negative Elektrodenableiter herausragen. Zweckmäßig ist nur für den positiven, Ableiter eine Durchführung in der Behälterwand vorgesehen, während der negative Ableiter direkt auf den Behälter aufgeschweiet ist, da dieser mit den negativen Elektroden kurzgeschlossen werden kann.

FUr ein mehrere dieser Zellen enthaltendes Batteriegehäuse ergibt sich die Forderung einer wirksamen Wärmedämmung, die einerseits während Standzelten der Batterie ein rasches Erstarren des Schmelzelektrolyten verhindert, andererseits auch den Verbraucher vor zu starker Hitzeeinwirkung schützt. Sine effektvolle thermische Isolierung von Hochtemperaturbatterien ist durch die Verwendung neuer Materialien, vorzugsweise in mehrschichtiger Anordnung (»multifoil»), möglich geworden.

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Ausgenommen von dieser Maßnahme blieben jedoch die Stromzuleitungen bzw. Batteriepole, welche eine durchgehende Strecke mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit vom heißen Innern der Batterie bis zu dem auf Umgebungstemperatur befindlichen Verbraucher bilden.

Da in der Praxis meist hohe Ströme der Größenordnung 100 bis 200 A entnommen werden, ist zur Erzielung eines möglichst niedrigen Leitungswiderstandes ein entsprechend großer Querschnitt des Batteriepols unerläßlich. Diese elektrische Koppelung der heißen Zellen mit dem kalten Verbraucher bedeutet zwangsläufig aber auch eine gute thermische Koppelung, die unerwünscht ist, veil si« zu Wärmeverlusten der Batterie führt, welche in Ruhezeiten durch eine Zusatzheizung ausgeglichen werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu treffen, die es gestattet, in Ruhezeiten der Hochtemperaturbatterie mit einer elektrischen Entkoppelung vom Verbraucher zugleich auch den Wärmeabfluß aus der Batterie über die Pole weitgehend zu unterbinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Batteriepol im Durchführungsbereich durch die Wärmeisolation des Batteriegehäuses als Hohlleiter ausgeführt ist, dessen Hohlraum bei Betrieb der Batterie mit einem leicht schmelzenden Metall ausgefüllt ist.

Durch Auffüllen des Hohlraumes mit einem schmelzflüssigen Metall wird der Durchgang hoher Ströme durch den Batteriepol während der Betriebsphasen sichergestellt. Das Metall kann ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall wie

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Quecksilber sein, doch sind auch niedrigschmelzende Alkalimetalle wie Natrium und Kalium oder Schwermetalle wie Zinn, Blei, Zink und Indium ebenso geeignet. Wesentlich ist, daß ihr Schmelzpunkt niedriger liegt als die Temperatur der Umgebung des Hohlraumes im Batteriepol.

Während Standzeiten der Batterie wird der Hohlraum von dem schmelzflüssigen Metall, das über eine Zuleitung in einen Vorratsbehälter zurückfließt, entleert. Der leere, ggfls. evakuierte oder mit einem Inertgas (Helium,Argon) gefüllte Hohlabschnitt des Batteriepols stellt dann eine Barriere für den Wärmeabfluß aus dem heißen Batterieinnern nach draußen dar. Batterie und Verbraucher sind damit in der heißen Zone des Isoliergehäuses in weitgehendem Maße thermisch entkoppelt.

Die Übernahme der Stromleitung im Hohlabschnitt des Batteriepols durch ein flüssiges und weniger gut leitendes Metall macht eine Vergrößerung des Querschnitts für dieses Teilstück notwendig, wenn der elektrische Widerstand der gleiche wie am massiven Polende bleiben soll.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind für eine Abschätzung der Querschnittsvergrößerung einige spezifische Widerstände^) von Kupfer und Natrium bei verschiedenen absoluten Temperaturen aufgeführt.

Tab.1 Spezifischer Widerstandβ von Kupfer und Natrium ζί χ cm

298 473 573 673 T [⁰K]

Cu	1,	67	2,	89	3,	57	4	,39
Na	4,	2	13,	50	17,	50	21	,90

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Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist der spezifische Widerstand von flüssigem Natrium bei 673°K nur um den Faktor 5 höher als der von reinem Kupfer. Demnach muß zur Erzielung eines unveränderten Leitungswiderstandes der Hohlabschnitt etwa einen doppelten Durchmesser wie das massive Ende des Kupferpols erhalten.

Figur 1 gibt den Erfindungsgegenstand in einer schematischen Darstellung wieder.

Durch die Batteriegehäusewand 1 ist der Batteriepol 2 so hindurchgefUhrt, daß sein als Hohlleiter 3 ausgebildeter Teilabschnitt im wesentlichen von der Wärmeisolation k des Batteriegehäuses eingebettet ist« Im Batterieinnern, bei 5, nimmt der Batteriepol die Zellenanschlüsse auf. Der Durchmesser eines erfindungsgemäßen Batteriepols beträgt an den massiven Abschnitten beigieisweise 10 mm, am Hohlabschnitt 20 mm, und die Länge etwa 100 mm.

Zur Füllung des Hohlleiters 3 steht das leicht schmelzende Metall 6 im Vorratsbehälter 7 zur Verfügung, aus dem es durch die Rohrleitung 8 in den Hohlraum 9 gelangt.

Die Förderung des flüssigen Metalls 6 kann, wie in der Figur angedeutet, mittels Gasdruck geschehen, indem ein Inertgas von einer externen Pumpe durch den Dreiweghahn über den Gaskanal 11 in den Vorratsbehälter 7 hineingedrUckt wird, nachem der Hohlraum 9 zuvor durch den Gaskanal 12 evakuiert wurde. Während des Betriebes wird durch Aufrechterhaltung des Gasdruckes im Vorratsbehälter das flüssige Metall 6 am Zurückfließen gehindert. Bei Beginn von Standzeiten wird der Gasdruck im Vorratsbehälter 7 über den Dreiweghahn 10 abgebaut, so daß das

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flüssige Metall vermöge seiner eigenen Schwere aus dem Hohlraum 9 ausläuft. Es hinterläßt dort für die Dauer der Standzeit ein wärmedämmendes Vakuum. Dieses kann jedoch auch mit Hilfe des Dreiweghahns 10 durch eine Inertgasfüllung ersetzt werden.

Liegt zwischen dem Innenraum der Batterie und der Umgebung eine Temperaturdifferenz von 480°K_r so ergibt sich über zwei der in der Figur dargestellten Pole aus Kupfer und einer Natrium-Füllung ein Wärmeabfluß von 50 Watt gegenüber 160 Watt bei massiven Polen von 10 mm Durchmesser und 200 mm Länge. Das bedeutet eine Verminderung 5öS Wärmeabflusses um etwa 70 %.

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Claims (2)

Reg.-Nr. 6 FP 338-DT Kelkheim, den 4.9.1979 EAP-Dr.Ns/sd VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51 Patentansprüche

1. Batteriepol für Hochtemperaturbatterien, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriepol (2) im Bereich seiner Durchführung durch die Wärmeisolation (A) des Batteriegehäuses als Hohlleiter (3) ausgeführt ist, dessen Hohlraum (9) bei Betrieb der Batterie Bit einem leicht schmelzenden Metall (6) ausgefüllt ist.

2. Batteriepol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (3) mit einem Vorratsbehälter (7) für das leicht schmelzende Metall (6) im Innern des Batteriegehäuses durch eine Zuleitung (8) verbunden 1st.

3· Batteriepol nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da8 der Schmelzpunkt des leicht schmelzenden Metalls (6) niedriger liegt als die Umgebungstemperatur des Hohlleiters (3)·

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ORIGINAL INSPECTED