DE29612571U1 - Mehrzellige Akkumulatorenbatterie mit Kühlung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorenbatterie mit mehreren prismatischen Zellen, die in einem Batterietrog eingesetzt und in einem das Durchströmen eines Kühlmediums gestattenden Abstand angeordnet sind.

Die in elektrochemischen Energiespeichem anfallende Verlustwärme entsteht im Inneren der Zellen in den von Lade- und Entladestrom durchflossenen Teilen als weitgehend Joule'sche Wärme. Sie kann über die Oberfläche durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung (z.B. über den Boden) abgeführt werden.

Bei großen Energiespeichem ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen so ungünstig, daß die im normalen Lade-/Entladebetrieb erzeugte Wärme erst bei Betriebstemperaturen oberhalb der für die Lebensdauer der Energiespeicher zuträglichen Werte abgegeben werden kann. Die Folge ist eine Einschränkung der Nutzung (Abkühlungspausen) oder eine reduzierte Lebensdauer.

Große Batterieeinheiten bestehen in der Regel aus bis zu 50 Zellen, wobei sich zwischen Batteriemitte und Batterierand ein großes Temperaturgefälle einstellen kann. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Zelltemperaturen sollten gering gehalten werden, damit die Zellen des Batterieverbands gleichmäßig altern. Aufgrund unterschiedlicher Zeütemperaturen wird ferner der Vollzustand, durch die Temperaturabhängigkeit von Ladungsaufnahme und Nebenreaktionen wie z.B. Wasserstoffentwicklung oder Sauerstoffrekombination bedingt, zu unterschiedlichen Zeiten erreicht. Bei beschränkter Ladezeit führt dies zum Auseinanderlaufen des Ladezustandes und schließlich nach Überlastung der schlechtgeladenen Zellen zu deren Ausfall.

Dem Aufbau großer Energiespeicher aus mehreren Zellen kommen bereits eine ganze Reihe von Vorschlägen für deren Kühlung entgegen, die vorsehen, die Wärme zwischen den Zellen abzuführen. So ist aus dem Dokument DE-U 7439582 eine Anordnung von Wärmeleitblechen zwischen den einzelnen Zellen bekannt. Von den Blechen ragen vorzugsweise Kühlfahnen über die Zellen hinaus, die von einem Luftstrom gekühlt werden. Gemäß dem Dokument DE-U 8802981 sind zwischen den Einzelzellen einer Akkumulatorenbatterie Trennungspalte belassen und diese mit luftdurchgängägen gutleitenden Kupferstreckmetallen ausgefüllt. Weiterhin sind aus dem Dokument DE-U 9002249 doppelwandige von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Kühlkörper bekannt, die mit den Wänden benachbarter Zeilen in einem engen flächigen Kontakt stehen. Solche Körper lassen es je-

doch häufig an der mechanischen Widerstandsfähigkeit gegenüber den Spannkräften des Batterieverbundes oder den Wandverformungen infolge des Quelldruckes fehlen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mehrzellige Akkumulatorenbatterie verfügbar zu machen, die Abstandshalter besitzt, welche gegenüber den genannten Verformungskräften eine genügende Steifigkeit aufweisen und die durch ihre Ausgestaltung und Anordnung den Wärmeübergang insbesondere bei gasförmigen Kühlmedien begünstigen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Akkumulatorenbatterie gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.

Die zwischen den einzelnen prismatischen Zeilen der Akkumulatorenbatterie angeordneten Abstandshalter besitzen eine mittig zwischen den Zeilen befindliche Trennwand, die beidseitig gleichmäßige Erhebungen aufweist. Diese Erhebungen stellen zum einen den Abstand zwischen den Zellen her und verhindern durch ihre Anordnung zum anderen eine durch den Innendruck bedingte Wandverformung der Zeilen.

Vorzugsweise sind die beidseitigen gleichmäßigen Erhebungen auf den als Trennwand ausgebildeten Abstandhaitem als parallel zueinander verlaufende Rippen geformt, die einen trapezförmigen Querschnitt besitzen, wobei die Basisseiten des trapezförmigen Querschnitts der Rippen sich auf der Trennwand einander gegenüber liegen.

Die Abstandshalter, die parallel zu den größten Flächen der prismatischen Zellen angeordnet sind, sind weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Abstand von 1/10 bis 1/5 der Zellendicke aufweisen und die Dicke der Trennwand etwa 1/5 des Zellenabstandes entspricht. Gleichartige Abstandshalter können auch zwischen den Schmalseiten der Zellen verwendet werden.

Vorzugsweise haben die Abstandshalter, die zwischen den Zeilen und den Batterietrogwänden angeordnet sind, nur auf der den Zellen zugewandten Seiten Erhebungen und gewährleisten somit einen etwa halb so großen Abstand, wie die anderen Abstandshalter, so daß die Spalthöhe für die Strömung des Kühlmediums überall gleich ist.

Die Abstandshalter sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt oder weisen eine elektrisch isolierende Zwischenschicht auf.

Vorzugsweise werden die Abstandhalter und die Zellengefäße aus schwarzem oder geschwärztem Material hergestellt.

Einzelheiten der Erfindung sowie Varianten werden anhand nachfolgender Figuren erläutert.

Figur 1a) zeigt die Draufsicht auf eine mehrzellige Akkumulatorenbatterie in einem Batterietrog.

Figur 1b) zeigt die Draufsicht auf eine mehrzellige Akkumulatorenbatterie, die keinen Abstandshalter an den Schmalseiten der prismatischen Zellen aufweisen, sondern nur elektrisch isolierend angeordnet sind.

Die Figuren 2a) und 2b) zeigen Querschnitte durch doppe!- bzw. einseitige Abstandhalter. Figur 2c) zeigt die Seitenansicht dieser Abstandshalter.

Die Figuren 3a) und 3b) zeigen die Querschnitte durch doppel- bzw. einseitige Abstandshalter, die aus Verbundmaterialien hergestellt werden.
Figur 3c) zeigt die Seitenansicht solcher Abstandshalter.

In den Figuren 1a) und 1b) sind mehrzellige Akkumulatorenbatterien dargestellt, bei denen die einzelnen prismatischen Zellen (3) sich in einem Batterietrog (4) befinden, wobei die Einzelzellen (3) durch Abstandshalter (1) mit auf einer Trennwand angeordneten Rippen (2) getrennt sind.

Die Rippen (2) weisen, wie die Figuren 2a) und 2b) zeigen, vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei sich die Rippen (2) auf den zwischen den Zellen angeordneten Abstandhaltern (1) mit ihrer Basisseite auf der Trennwand einander gegenüber Hegen.
Die Figuren 3a) - c) zeigen Abstandshalter, bei denen die Trennwand (6) aus einem elektrisch isolierenden Material wie einem Glasfaserlaminat, hergestellt ist. Die Rippen (2) werden durch eine entsprechend geformte Aluminiumplatte (5) erzeugt, die auf die Trennwand (6) aufgeklebt ist.

Claims (7)

Ansprüche

1. Mehrzellige Akkumulatorenbatterie, deren in einem Batterietrog eingesetzte prismatische Zellen in einem das Durchströmen des Kühlmediums gestattenden Abstand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Zellen sowie zwischen den Zellen und den Trogwänden durch Abstandhalter erzeugt werden, die eine Wand aufweisen, auf der sich gleichmäßig Erhebungen befinden.

2. Akkumulatorenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichmäßigen Erhebungen auf den als Trennwand ausgebildeten Abstandhaltern als parallel zueinander verlaufende Rippen geformt sind.

3. Akkumulatorenbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen einen trapezförmigen Querschnitt besitzen.

4. Akkumulatorenbatterie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter, welche parallel zu den größten Flächen der prismatischen Zellen angeordnet sind, einen Abstand von 1/10 bis 1/5 der Zellendicke gewährleisten und die Dicke der Trennwand etwa 1/5 des Zellenabstands entspricht.

5. Akkumulatorenbatterie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter zwischen den Zellen und den Batterietrogwänden nur auf der den Zellen zugewandten Seite Erhebungen aufweisen.

6. Akkumulatorenbatterie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sind oder eine elektrisch isolierende Zwischenschicht aufweisen.

7. Akkumulatorenbatterie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter und/oder die Zellengefäße aus schwarzem oder geschwärztem Material hergestellt sind.