-
-
Hochtemperatur-Seicherbatterie
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Speicherbatterie
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Solche Hochtemperatur-Speicherbatterien, die mit elektrochemischen
Speicherzellen aufgebaut sind, werden in vermehrtem Maße für den Elektroantrieb
von Fahrzeugen eingesetzt.
-
Für die Herstellung von Hochtemperatur-Speicherbatterien von Flektrofahrzeugen
die einen Energieinhalt von etwa 40 kWh besitzen sollen, werden mehr als 100 Speicherzellen
benötigt. Eine solche Hochtemperatllr-Speicherbatterie arbeitet bei einer Temperatur
von 350ob. Um Wärmeverluste hier vermeidcn,sind ihre Speicherzellen von einer thermischen
Isolierung umgeben. Eine solche Hochtemperatur-Speicherbatterie weist andererseits
jedoch auch eine Kühleinrichtung auf, die innerhalb der ESochtempeXratur-Spe.icherbatterie
dafür sorgt, daß die
Betriebstemperatur der Speicherze)len nicht
Uberschritten wird und es zu keiner Beschädigung derselben kommen kann.
-
Aus der GS-PS 13 86 525 ist eine Hochtemperatur-Speicherbatterie auf
der Basis von Natrium und Schwefel bekannt, die von einer Isolierung umgeben ist.
Die Iso lierung wird durch ein doppelwandiges Gehäuse gebildet, in dessen Innenraum
die Speicherzellen angeordnet sind.
-
Zwischen den beiden Wänden des die Isolierung bildenden Gehäuses ist
ein Isoliermaterial angeordnet. Der Innenraum der Isolierung weist eine Zu- und
eine Ableitung für ein Kühlmedium auf.
-
Von Nachteil ist hierbei., daß die Zuleitung für das Kühlmedium am
einen Ende und die Ableitung am anderen Ende angeordnet ist. Dies bedeutet, daß
das in die Hochtemperatur-Speicherbatterie eingeleitete Kühlmedium die Speicherzellen,
die in der Nähe der Eintrittsöffnung angeordnet sind, besser kühlen kann als die
Speicherzellen, die in der Nähe der Austrittsöffnung des Kühlmediums angeordnet
sind, da sich das Kühlmedium beim Vorbei strömen an den ersten Speicherzeilen bereits
erwärmt und damit die von den übrigen Speicherzellen abgegebene Warme nicht vollständig
aufnehmen kann. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Speicherzellen
bei dieser Hochtemperatur-Speicherbatterie sehr eng aneinander gesetzt sind, so
daß das Kühlmedium nicht zwischen den Speicherzellen hindurchströmen kann, so daß
sich hier Wärmenester ausbilden können.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Hochtemperatur-Speicherbatterie
zu schaffen, dle ne optimale Kühlung aller Speicherzellen erlaubt, derart, daß jeder
Speicherzelle so viel Kühlmittel zugeführt werden kann, so daß sich aalc Speicherzellen
al dom
gleichen Temperaturniveau befinden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
-
Die in den Teilräumen angeordneten Speicherzellen sind hierin freitragend
gehaltert, derart, daß zwischen der inneren Gehäusewandung und den oberen und unteren
Enden aller Speicherzellen jeweils mindestens ein Freiraum gebildet wird. Erfindungsgemäß
ist ein erster dieser beiden Freiräume in mehrere Kanäle aufgeteilt, die für die
Zuleitung der Kühlluft in die Teilräume dienen. Die Anzahl der Kanäle entspricht
der Anzahl der Teilräume.
-
Jeder Kanal ist direkt an einen Teilraum angeschlossen.
-
Erfindungsgemäß ist der längste Kanal an den ganz innen liegenden
Teilraum angeschlossen, während der kürzeste Kanal mit dem ganz außen liegenden
Teilraum in Verbindung steht. Erfindungsgemäß wird das Kühlmittel den Kanälen über
eine Zuleitung zugeführt, die mit dem Außenbereich der Hochtemperatur-Speicherbatterie
in Verbindung steht. Die Teilräume sind zu dem zweiten Freiraum hin offen, so daß
dieser das gesamte KUhlmittel, das aus den Teilräumen abströmt, aufnehmen kann.
-
Der zweite Freiraum steht silber eine Ableitung mit dem Außenbereich
der Hochtemperatur-Speicherbatterie in Verbindung. Erfindungsgemäß wird bci allen
beschriebenen Au'ührungsformen ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft als Kühlmittel
verwendet.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Innenraum
des di Hochtemperatur-Speicherbatterie begrenzenden Gehäuses durch eine Trennwand
in zwei vollständig gegeneinander abgegrenzte Hälften unterteilt.
-
Jede Hälfte weist wenigstens zwei Teilräume auf, in welchen jeweils
eine definierte Anzahl von Speicherzellen
angeordnet und freitragend
gehaltert ist. Jeder dieser Teilräume ist an wenigstens einen Kanal für die Kühlmittelzuführung
angeschloen. Die Kanäle einer jeden Hälfte sind senkrecht untereinander so angeordnet,
daß der kürzeste Kanal ganz innen und der längste Kanal ganz außen angeordnet ist.
Die Ableitung der Kühlluft aus den Teilräumen der beiden Hälften erfolgt jeweils
über eine gemeinsame Ableitung, die für jede Hälfte vorgesehen ist.
-
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Speicherbatterie weist einen überraschend
einfachen Aufbau auf und ermöglicht trotzdem eine individuelle Kühlung der Speicherzellen.
Durch die Unterteilung des Innenraums der Speicherbatterie in wenigstens zwei Teilräume,
die an je einen Kanal -fiir die Külilmittelzuführung angeschlossen sind, wird sichergestellt,
daß eine ganz bestimmte Menge an Kühlmittel nur einer definierten Anzahl von Speicherzellen
zugeführt wird.
-
Erfindungsgemäß sind die Kanals fiEr die Kühlmittelzuführung untereinander
bzw. nebeneinander angeordnet.
-
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Speicherbatterie ist so ausgebildet,
daß der kürzeste Kanal ganz innen liegt und mit dem ganz außen angeordneten Teilraum
in Verbindung steht. Der längste Kanal ist ganz außen angeordnet und an den ganz
innen liegenden Teilraum angeschlossen. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt,
daß keiner Speicherzelle eines jeden Teilraumes KÜhl luft zugeführt wird, die sich
bereits beim Vorbeiströmen an anderen Speicherzellen erwärmt hat. Insbesondere wird
durch die schichtenartige Anordnung der Kanäle eine isolierende Wirkung zwischen
den einzelnen Kanälen erreicht. Dadurch da,3 der längste Kanal ganz außen angeordnet
ist, wird sichergestellt, daß das in ihm strömende Kühlmedium sich bis zum Erreichen
des ganz
innen liegenden Teilraumes nicht erwärmen kann, da zwischen
diesem äußeren Kanal und den wärmeabgebenden Speicherzellen weitere Kanäle angeordnet
sind, die als Isolierung wirken. Erfindungsgemäß ist der kürzeste Kanal mit dem
ganz außen liegenden Teilraum verbunden.
-
Der Kanal, der etwas länger ist, ist unterhalb dieses kürzesten Kanales
angeordnet. Erfindungsgemäß werden die Kühlmittelmengen, die kürzere Wege zurückzulegen
haben ganz innen oder in der Mitte geführt.
-
Die in den Teilräumen angeordneten Speicherzellen sind so gehaltert,
daß zwischen jeweils zwei benachbarten Speicherzellen eines Teilraums ein Freiraum
verbleibt, der sich vom oberen bis zum unteren Ende dieser Speicherzellen erstreckt.
Dadurch wird erreicht, daß das dem Teilraum zugeführte Kühlmedium jede Speicherzelle
von ihrem oberen bis zu ihrem unteren Ende umströmen kann. Dadurch wird die Ausbildung
von Wärmenestern zwischen den Speicherzellen ausgeschlossen und erreicht, daß sich
alle Speicherzellen auf dem gleichen Temperaturniveau befinden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Hocitemperatur-Speicherbatterie im Vertikalschni
tt, Fig. 2 eine Ausführungsvariante der in Fig. 1 dargestellten Hochtemperatur-Speicherbatterie.
-
Die in Fig. 1 da'gete]]te Hochternpcratir-Speicherbattcrie
1 besteht im eentlichen aus einem doppelwandigen
metallischen Gehäuse
2. Dieses hat bei der hier dargestellten Ausführungsform die Gestalt eines Quadera.
Die äußere und die innere Gehäusewandujg 2A bzw. 2B iid ci dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigt. Sie sind in einem vorgebbaren Abstand voneinander
angeordnet, derart, daß zwischen ihnen ein Raum verbleibt, der mit einem Isoliermaterial
3 ausgefüllt ist. Zusätzlich ist dieser Raum evakuiert. Die Gehäusewandungen 2A
und 213 sind so ausgebildet, daß dieser Raum nach außen hin gasdicht verschlossen
ist. A]s Isoliermaterial 3 kann beispielsweise oxidkeramischesPulver verwendet
werden. Es besteht andererseits die Möglichkeit, als Isoliermaterial 3 mehrere hintereinander
angeordnete Schichten aus Glas- oder Keramikfaserpapier zu verwenden. Zwischen je
zwei aufeinanderfolgenden Papierbahnen ist dann eine Glasseidegewebebahn angeordnet,
die als Abstandhalter dient und den direkten Kontakt zweier aufeinanderfolgender
Papierbahnen verhindert. Andere Isoliermaterialien sind ebenfalls verwendbar. Das
Gehäuse 2 weist einen Innenraum 4 auf der für die Aufnahme der Speicherzellen 5
vorgesehen ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 4 in
drei Teilräume 10, 11 und 12 unterteilt.
-
Es kann auch eine Aufteilung in mehr oder weniger Teilräume erfolgen.
Die Teilräume 10, 11, 12 sind gleich groß und enthalten eine definierte Anzahl von
Speicherzellen 5. Die Speicherzellen 5 eines jeden Teilraumes 10, 11, 12 sind an
ihrem oberen und unteren Ende über je eine Halterung 15 bzw. 16 freitragend installiert.
Die Höhe des Innenraumes 4 ist so gewählt, daß zwischen der inneren Gehäusewandung
2B des Gehäuses 2 und den oberen und unteren Enden der Speicherzellen 5 jeweils
ein Freiraum 13 bzw. 14 verbleibt. Die Speicherzellen 5 eines jeden Teilraums 10,
11, 12 sind über die Halteelemente 15 und 16 so miteinander verbinden, tlii zwischen
je zwei
benachbarten Speicherzellen 5 jeweils ein schmaler Freiraum
17 verbleibt, der sich vom oberen bis zum unteren Ende der Speicherzellen 5 erstreckt
und den Durchtritt der Kühlluft erlaubt. Die Unterteilung des Innenraumes 4 in die
drei Teilräume 10, 11, 12 erfolgt mittels zweier fläehiter Platten 18 und 19, die
aus einem isolierenden Material hergestellt sind. Die Abmessungen der Platten 18
und 19 sind so gewählt, daß sie die oberen Enden der Speicherzellen geringfügig
überragen. Nach unten hin ragen die Platten 18 und 19 in den Freiraum 13 hinein.
Wie anhand von Fig. 1 zu sehen ist, ist der Freiraum 13 in drei Kanäle 20, 21 und
22 aufgeteilt. Jeder der Kanäle mündet in einen der drei Teilräume 10, 11, 12. Die
Kanäle 20, 21 und 22 sind so angeordnet, daß der längste Kanal 22 ganz außen und
der kürzeste Kanal ganz innen angeordnet ist. Die so senkrecht untereinander angeordneten
Kanäle 20, 21 und 22 sind derart mit jeweils einem Teilraum 10, 11, 12 verbunden,
daß der kürzeste Kanal 20, an den ganz außen liegenden Teilraum 10 und der längste
Kanal 22 an den gan innen liegenden Teilraum 12 angeschlossen ist. Die hintere Abgrenzung
der Kanäle 20, und 21 erfolgt durch die Platte 18 bzw. 19, deren Länge so bemessen
ist, daß sie nach unten zu bis zur unteren Begrenzung des Kanals 20 bzw. 21 geführt
ist. Die hintere Begrenzung des Kanals 22 wird durch die innere Gehäusewandung 2B
des metallischen Gehäuses 2 gebildet. Gegeneinander sind die Kanäle 20 und 21 durch
zwei plattenförmigen Bauelemente 23 und ?4 abgegrenzt. Die beiden plattenförmigen
Bauelemonte 23 und 2ll können aus dem gleichen Material gefertigt sein wie die Platten
18 und 19. Den Kanaflen 20, 21 und 22 wird über eine Zuleitung 25, die auf der Außenseite
der Hochtemperatur-Speicherbatterie 1 eine Eintritatsöffnung 26 aufweist, die Kiihlluft
zugeführt.
-
über den oberen Enden der Speicherzellen 5 ist ein weiterer Freiraum
14 angeordnet, zu dem alle drei Teilräume 10, 11 und 12 hin geöffnet sind. Der freiraum
14 weist eine Ableitung 27 auf, die ausserhalb der Hochtemperatur-Speicherbatterie
1 eine Austrittsöffnung 28 aufweist. Die Kühlluft, welche Über die Zuleitung 25
den Kanälen 20, 21 und 22, zugeführt wird> strömt von den unteren Enden der Speicherzellen
5 aus entlang einer jeden Speicherzelle bis zu deren oberem Ende. Von dort gelangt
die Kühlluft in den Freiraum 1Ji, der die gesamte aus den Teilräumen 10, 11 und
12 ausströmende Kühlluft aufnimmt, und sie Über die Ableitung 27 nach außen leitet.
Die Zuleitung 25 und die Ableitung 27 sind durch die beiden Gehäusewndungen 2A und
2B sowie das Isoliermaterial 3 hindurchgeführt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
wird jedem Teilraum 10, 11, 12 eine ganz bestimmte Menge an Kühlluft zugeleitet.
Diese Kühlluft verteilt sich auf die in dem jeweiligen Teilraum 10, 11 und 12 angeordneten
Speicherzellen 5. I)a die Speicherzellen 5 eines jeden Teilraumes 10, 11 und 12
so gehaltert sind, daß zwischen jeweils zwei benachbarten Speicherzellen 5 jeweils
ein Freiraum 17 verbleibt, kann die in jeden Teilraum 10, 11, 12 eingeleitete KühLluft
jede Speicherzelle 5 rundum umströmen, und zwar von ihrem unteren bis zu ihrem oberen
Ende.
-
In Fig. 2 ist eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Hochtemperatur-Speicherbatterie
dargestellt. Die hier gezeigte Hochtemperatur-Speieherbatterie weist ebenfalls ein
metallisches doppelwandiges Gehäuse 2 auf, das etwa die gleiche Form wie das meta31.ische
Gehäuse 2 in Fig.
-
besitzt. Die äußere und die innere Gehäusewandung 2A bzw. 2B sind
aus Strahl gefert t und in einem vorgebbaren Abstand voneinallder geordnet, so daß
ein Raum für die Aufnahme des Isoliermaterials 3 geschaffen wird.
-
Als Isoliermaterial. können die gleichen Werkstoffe verwendet werden,
die in der Beschreibung zu Fig. 1 erwähnt sind. Das Gehäuses 2 der Hochtemperatur-Speicherbatterie
1 weist auch hierbei einen Innenraum 4 für die Aufnahme der Speicherzellen 5 auf.
Dieser Innenraum 4 ist mittig durch eine Trennwand 30 in zwei vollständig gegeneinander
abgeschlossene Hälften 4A und 413 aufgeteilt. Jede der beiden Hälften 4A bzw. 4B
ist in drei Teilräume 10, 11 und 12 unterteilt. In jedem Teilraum ist eine definierte
Anzahl von Speicherzellen 5 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind jeweils II Speicherzellen in einem Teilraum installiert. Die Anzahl der Speicherzellen
5 in jedem Teilraum 10, 11 und 12 kann beliebig erhöht werden. Ebenso kann die Anzahl
der Teilräume 10, 11, 12 einer jeden Hälfte 4A, 4B variert werden. Die Speicherzellen
5 eines jeden Teilraumes 10, 11, 12 sind paarweise hintereinander, einer Reihe bildend,
angeordnet. Mittels Halterungen 15 und 16, die im oberen und unteren Bereich der
Speicherzellen 5 angeordnet sind, sind diese miteinander verbunden und freitragend
innerhalb des Teilraumes 10, 11 und 12 gehaltert. Zwischen je zwei benachbarten
Speicherzellen 5 eines Teilraumes 10, 11, 12 ist jeweils ein Freiraum 17 vorgesehen,
der sich vom oberen bis zum unteren Ende der Speicherzellen 5 erstreckt, so daß
die Kühlluft zwischen den Speicherzellen hindurchströmen kann. In allen Teilräumen
10, 11 und 12 sind die Speicherzellen so gehaltert, daß zwischen ihren oberen und
unteren inden jeweils ein freiraum 13 bzw. 14 verbleibt. Die iJntertei)un in die
Teilräume 10, 11 und 12 erfolgt auch hierl)ei. beidseitig der Trennwand 30 durch
zwei flächige Platten 18 und 19, di aus einem isolierenden Material horgestellt
sind. Die Abmessungen der Platten 18 und 19 .3ind so gowihlt, daß sie einigc mm
über die oberen Enden der Speicherzellen ilberstehen. Die Halterung der Trenn-
wände
18 und 19 erfolgt an der inneren Gehäusewandung 2B des Gehäuses in einer herkömmlichen
Art und Weise. Die unteren Enden der Trennwände 18 und 19 ragen in den Freiraum
13 hinein. Sie bilden den rückseitigen Abschluß der Kanäle 20, 21, in die jeder
Freiraum 13 beidseitig der Trennwand 30 aufgeteilt ist. Die rückseitige Begrenw
zung der Kanäle 22 wird durch die Trennwand 30 gebildet.
-
Die Kanäle 20 und 21 sind durch flächige Platten 23 und 24 voneinander
getrennt. Diese Platten 23 und 211 können aus dem gleichen Material gefertigt 3ein,
wie die flächigen Platten 18 und 19. itber je eine Zuleitung 25 und eine außerhalb
der Hochtemperatur-Speicherbatterie 1 angeordnete Eintrittsöffnung 26 kann jedem
Kanal 20, 21 und 22 der beiden Freiräume 13 beidseitig der Trennwand 30 eine definierte
Menge an Kühlluft zugeführt werden.
-
Die Freiräume 14 beidseitig der Trennwand 30, die sich über den oberen
Enden der Speicherzellen 5 befinden, dienen auch hierbei zur Aufnahme der abzuleitenden
Kühlluft. Die Teilräume 10, 11 und 12 stehen mit diesem Freiraum 14 in direkter
Verbindung. Die in die Kanäle 20, 21 und 22 eingeleitete Kühlluft strömt in die
Teilräume 10, 11 und 12, in welche die Kanäle 20, 21 und 22 münden. Anschließend
strömt die Kühlluft entlang der Speicherzellen und wird am oberen Endet der Teilräume
10, 11 und 12 in den jeweiligen Freiraum 14 eingeleitet Dieser verfügt über eine
Ableitung 27, welche eine Austrittsöffnung 28 außerhalb der Hochtemperatur-Speicherbatterie
1 aufweist. Die Zuleitung 25 und die Ableitung 27 sind durch die beiden Gehäusewandungen
2A und 2B und das dazwischenZicgende Iso] jermaterial 3 hindurchgeführt.