DE3942224A1 - Hochtemperaturspeicherbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperaturspei­ cherbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Hochtemperaturspeicherbatterien, die aus elektri­ schen Speicherzellen auf der Basis von Alkalimetall und Chalkogen aufgebaut sind, werden in vermehrtem Maße als Energiequelle für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Die bis jetzt bekannten Hochtemperaturspeicherbatterien mit elektrochemischen Speicherzellen der oben genannten Bau­ art arbeiten bei einer Temperatur von ewta 350°C. Um Wärmeverluste, insbesondere in den Ruhepausen der Hoch­ temperaturspeicherbatterien zu vermeiden, sind diese von einer thermischen Isolierung umgeben. Diese wird durch ein doppelwandiges Gehäuse gebildet, wobei der Raum zwi­ schen den Wänden evakuiert und mit einem Isoliermaterial ausgefüllt ist. Der Innenraum der Isolierung dient zur Aufnahme der Speicherzellen. Um die Speicherzellen in der gewünschten Position halten zu können, sind Halte­ rungen vorgesehen. Da die Speicherzellen während des Betriebs der Hochtemperaturbatterie gekühlt werden müs­ sen, andererseits in den Ruhepausen der Batterie gegebe­ nenfalls mit Hilfe einer Heizeinrichtung auf einer Min­ desttemperatur zu halten sind, müssen die Halterungen so ausgebildet sein, daß jede Speicherzelle die erforderli­ che Heizung bzw. Kühlung erfährt. Bei den bis jetzt be­ kannten Halterungen ist es oftmals nicht möglich, die während des Betriebs der Hochtemperaturspeicherbatterie entstehende Wärme abzuführen. Ein anderes Problem ist die gleichmäßige Heizung der Speicherzellen während der Ruhepausen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Hochtemperatuspeicherbatterie zu schaffen, die eine si­ chere Halterung der Speicherzellen gewährleistet und es gleichzeitig ermöglicht, daß jede Speicherzelle in der erforderlichen Weise gekühlt bzw. gewärmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist im Innenraum der thermischen Isolie­ rung eine Aufnahmevorrichtung für die Speicherzellen angeordnet. Diese wird beispielsweise durch Rohre gebil­ det, die aneinandergelötet sind. In diese Rohre können­ die Speicherzellen, gegeneinander isoliert, eingesetzt werden. Mit Hilfe einer Kühleinrichtung, die auf der Un­ terseite der Aufnahmevorrichtung installiert ist, sowie einer Heizeinrichtung, die sich an den Längsseiten der Aufnahmevorrichtung erstreckt, kann jede einzelne Spei­ cherzelle in der erforderlichen Weise gekühlt und ge­ wärmt werden. Durch die Anordnung der Speicherzellen in den Rohren werden diese in einer stabilen Position ge­ halten und vor einem Herausfallen auch dann geschützt, wenn die Hochtemperaturspeicherbatterie erschüttert oder umgestoßen wird. Anstelle der aus Rohren aufgebauten Aufnahmevorrichtung kann auch eine solche verwendet wer­ den, die aus mehreren stranggepreßten Bauelementen zu­ sammengesetzt ist. Diese sind mit Bohrungen versehen, in welche jeweils eine Speicherzelle gesteckt werden kann. Die Bauelemente sind aus Aluminium oder einer Aluminium­ legierung gepreßt und weisen auf ihren Außenflächen Pro­ file auf. Die Profile zweier aneinanderzufügender Bau­ elemente sind so ausgebildet, daß beim Zusammenfügen derselben die Profile der beiden ineinandergreifen. Da­ durch wird eine Verschiebung der Bauelemente gegeneinan­ der ausgeschlossen. Zusätzlich werden die Bauelemente über Schienen zusammengehalten, die an den beiden Längs­ seiten der Aufnahmevorrichtung befestigt werden, zusam­ mengehalten. Mit Hilfe eines Wärmerohres wird der Wärme­ transport innerhalb der Aufnahmevorrichtung sicherge­ stellt. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Aufnahmevorrichtung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein Rohr der Auf­ nahmevorrichtung,

Fig. 3 eine Hochtemperaturspeicherbatterie mit Auf­ nahmevorrichtung,

Fig. 4 ein Bauelement der Aufnahmevorrichtung,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Aufnahmevor­ richtung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der Aufnahmevorrich­ tung 1. Diese wird durch Rohre 2 gebildet, die miteinan­ der dauerhaft verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch Aneinanderlöten der Rohre 2 bewirkt werden. Jedes der Rohre 2 dient zur Aufnahme einer Speicherzelle. Die Länge der Rohre ist deshalb geringfügig größer ausgebil­ det, als die Länge der Speicherzellen 3.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eines der Roh­ re 2 gemäß Fig. 1. Wie anhand von Fig. 2 zu sehen ist, ist jedes der Rohre 2 am unteren Ende verschlossen, so daß ein becherförmiger Behälter gebildet wird. Die Rohre 2 sind aus zwei Schichten 2A und 2I aufgebaut. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Rohr 2 ist die äußere Schicht 2A aus einer Aluminiummagnesiumlegierung gefertigt. Der Schmelzpunkt dieser Legierung liegt etwa 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der inneren Schicht 2I. Diese ist aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder aus dispers­ ionsgehärtetem Aluminium gefertigt. Bei Verwendung einer Aluminiumlegierung ist darauf zu achten, daß der Schmelzpunkt der Legierung in der Nähe des Schmelzpunk­ tes von Aluminium liegt. Für die Ausbildung der äußeren Schicht 2A kann auch eine Legierung verwendet werden, welche die gleichen Eigenschaften wie die Aluminiumma­ gnesiumlegierung aufweist, insbesondere, was den Schmelzpunkt der Legierung betrifft. In das Rohr 2 ist eine elektrochemische Speicherzelle 3 eingesetzt, die hier nur schematisch dargestellt ist. Die Speicherzelle 3 verfügt über einen anodischen und einen kathodischen Stromabnehmer 3A und 3K, die aus dem Rohr 2 herausragen und mit den Stromabnehmern angrenzender Speicherzellen, (hier nicht dargestellt) elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen dem Rohr 2 und der Speicherzelle 3 ist eine Hülse 4 aus Glimmer angeordnet. Eine Scheibe 5 aus dem gleichen Material ist zwischen dem Boden 3G der Speicherzelle 3 und dem Boden des Rohres 2G angeordnet. Damit die Speicherzelle 3 nicht aus dem Rohr 2 fallen kann, ist am oberen Ende des Rohres 2 ein Segerring 6 angeordnet. Dieser bildet einen nach innen weisenden Flansch, der den Randbereich der Speicherzelle 3 über­ deckt. Zwischen dem Segerring 6 und der Speicherzelle 3 ist ein Isolierring 7 angeordnet, so daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Rohr 2 und der Spei­ cherzelle 3 unterbunden wird.

In Fig. 3 ist eine Hochtemperaturspeicherbatterie 10 dargestellt. Sie wird nach außen hin durch eine thermi­ sche Isolierung 11 begrenzt. Diese ist doppelwandig aus­ gebildet. Zwischen der äußeren und inneren Wand 11A bzw. 11I der thermischen Isolierung ist ein evakuierter Raum 12 ausgebildet, der mit Isoliermaterial (hier nicht dar­ gestellt) ausgefüllt ist. Die thermische Isolierung 11 ist so ausgebildet, daß ein Innenraum 11R verbleibt, in dem eine Vielzahl von Speicherzellen angeordnet werden können. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einer Hochtemperaturspeicherbatterie 10 ist im Innenraum 11R die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung 1 für Spei­ cherzellen installiert. Die Aufnahmevorrichtung 1 ist auf Schienen gelagert, und kann bei Bedarf aus dem In­ nenraum 1R herausgezogen werden. Auf der Unterseite der Aufnahmevorrichtung 1 ist eine Kühleinrichtung 14 in­ stalliert, mit deren Hilfe die Arbeitstemperatur der Hochtemperaturspeicherbatterie auf einer Temperatur von 350°C gehalten wird. An den beiden Längsseiten der Auf­ nahmevorrichtung sind Heizelemente 13 angeordnet, mit deren Hilfe die Speicherzellen 3 in den Ruhepausen der Hochtemperaturbatterie auf einer definierten Mindesttem­ peratur gehalten werden können. Um den gewünschten Kühl­ und Heizeffekt der Hochtemperaturspeicherbatterie sicherstellen zu können, ist der Innenraum 11R mit Hilfe eines Stopfens 20 zu verschließen, der an der Aufnahme­ vorrichtung 11 befestigt ist. Die erforderlichen Versor­ gungsleitungen 21 für den Innenraum 11R sind durch den Stopfen 20 hindurchgeführt. Er ist innen evakuiert und mit einem Isolationsmaterial ausgefüllt.

Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die Aufnahme­ vorrichtung anstelle aus Rohren, die miteinander verlö­ tet sind, durch stranggepreßte Bauelemente 30 aus Alumi­ nium zu bilden. In Fig. 4 ist ein solches Bauelement 30 dargestellt. Seine Höhe ist so bemessen, daß sie entwe­ der gleich oder geringfügig größer ist als die Höhe ei­ ner Speicherzelle 3. Das Bauelement 30 ist mit Bohrungen 31 versehen, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Speicherzellen 3. In jede Bohrung 31 ist eine Speicherzelle 3 eingesetzt. Um jede Speicherzelle 3 ist wiederum eine Hülse aus Glimmer an­ geordnet (hier nicht dargestellt). Zwischen dem Boden der Speicherzelle 3 und dem Baueelement 30 ist eine Glimmerscheibe (hier nicht dargestellt) positioniert. Hierdurch wird, ebenso wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2, eine Isolation der Speicherzelle 3 gegenüber dem Bau­ element 30 bewirkt. Wie anhand von Fig. 4 zu sehen ist, weist das Bauelement 30 an zwei gegenüberliegenden Be­ grenzungsflächen 30A und 30B Profilierungen 32 auf. Hierdurch ist es möglich, zwei aneinandergrenzende Bau­ elemente 30 verschiebungsfrei zusammenzufügen.

Fig. 5 zeigt zwei aneinandergefügte Bauelemente 30. Durch das Aneinanderfügen von zwei oder mehreren dieser Bauelemente 30 wird eine Aufnahmevorrichtung 1 für die Speicherzellen 3 gebildet. Damit die Bauelemente 30 in engem Kontakt bleiben, werden sie durch Schienen 33 mit­ einander verbunden. Wie anhand von Fig. 5 zu sehen ist, sind jeweils zwei Schienen 33 in definiertem Abstand voneinander an jeder Längsseite der Aufnahmevorrichtung 1 angeordnet. Die Längsachsen der Schienen 33 verlaufen parallel zur Längsachse der Aufnahmevorrichtung 1. Die Schienen 33 sind mit Hilfe von Schrauben 34 an den Bau­ elementen 30 befestigt. Zwischen den Schienen 33 und den Bauelementen 30 ist jeweils eine Isolierung 35 angeord­ net. Auch die Schrauben 34 sind von einem Isolationsma­ terial (hier nicht dargestellt) umgeben. Zwischen je­ weils zwei aufeinanderfolgenden Bauelementen 30 ist ebenfalls ein Isoliermaterial 37 angeordnet. Um einen optimalen Wärmetransport entlang der Aufnahmevorrichtung 1 zu bewirken, ist mindestens ein Wärmerohr 38 vorgese­ hen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Teilbereich der Aufnah­ mevorrichtung 1 sind an der Unterseite der Aufnahmevor­ richtung zwei Wärmerohre 38 installiert. Die in Fig. 5 gezeigte Aufnahmevorrichtung kann nach ihrem Zusammenbau ebenso wie die aus Rohren gefertigte Aufnahmevorrichtung 1 in den Innenraum 11R der in Fig. 3 dargestellten Hochtemperaturspeicherbatterie eingesetzt werden. Mit Hilfe von Schienen (hier nicht dargestellt) kann die Aufnahmevorrichtung beweglich gelagert werden. Um die Speicherzellen 3 in den Ruhepausen der Hochtemperatur­ speicherbatterie 10 auf einer Mindesttemperatur halten zu können, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die Aufnahmevorrichtung 1 mit zusätzlichen Heizelementen auszurüsten, wie dies bei der in Fig. 3 dargestellten Aufnahmevorrichtung der Fall ist.

Claims (9)

1. Hochtemperaturspeicherbatterie mit einer thermi­ schen Isolierung (11), in deren Innenraum (11R) mitein­ ander verschaltete Speicherzellen (3) angeordnet sind und in der mindestens eine Heiz- und Kühleinrichtung (13, 14, 38) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (11R) eine gut wärmeleitende und spezifisch leichte Aufnahmevorrichtung angeordnet ist, in welche die Speicherzellen (3) eingesetzt sind.

2. Hochtemperaturspeicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Aufnah­ mevorrichtung (1) nur geringfügig kleiner gewählt sind als die Abmessungen des Innenraums (11R) der thermischen Isolierung (11).

3. Hochtemperaturspeicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahmevorrichtung (1) aus Rohren zusammengesetzt ist, die dauerhaft miteinander verbunden und deren Längsachsen zur Längsachse der Aufnahmevorrichtung (1) senkrecht angeordnet sind, und daß die Rohre (2) alle gleichlang sind und ihre beiden Enden jeweils in einer Ebene lie­ gen.

4. Hochtemperaturspeicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (2) aus zwei Schichten (2A und 2I) aufgebaut ist, und daß der Schmelzpunkt der äußeren Schicht (2A) etwa 30°C unter­ halb des Schmelzpunktes der inneren Schicht (2I) liegt.

5. Hochtemperaturspeicherbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) außen eine Schicht (2A) aus einer Aluminiummanganlegierung und in­ nen eine Schicht (2I) aus Aluminium, einer Aluminiumle­ gierung oder aus dispersiongehärtetem Aluminium aufwei­ sen, und daß an der Unterseite der aus den Rohren (2) gebildeten Aufnahmevorrichtung (1) eine Kühleinrichtung und an den beiden Längsseiten der Aufnahmevorrichtung (1) jeweils eine Heizvorrichtung (13) installiert ist.

6. Hochtemperaturspeicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (1) aus zwei oder mehreren aus Aluminium stranggepreßten Bauelementen (30) gebildet ist, die Bohrungen (31) auf­ weisen, welche zur Aufnahme von Speicherzellen (3) vor­ gesehen sind, daß die Bauelemente (30) wenigstens an zwei gegenüberliegenden Längsseiten Profilierungen (32) aufweisen, daß die Profilierungen (32) zweier aneinan­ dergesetzter Bauelemente (30) ineinandergreifen, und daß die Bauelemente (30) über Schienen (33), die in defi­ niertem Abstand an den Längsseiten der Aufnahmevor­ richtung (1) angeordnet sind, zusammengehalten sind.

7. Hochtemperaturspeicherbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aneinanderge­ fügten Bauelementen (30) ein Isoliermaterial (37) ange­ ordnet ist, und daß zwischen den Bauelementen (30) und den Schienen (33) sowie den Schrauben (34) ebenfalls ein Isolationsmaterial (35) angeordnet ist.

8. Hochtemperaturspeicherbatterie nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der aus den Bauelementen (30) gebildeten Auf­ nahmevorrichtung wenigstens ein vorzugsweise zwei Wär­ merohre (38) angeordnet sind.

9. Hochtemperaturspeicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherzelle (3) von einer Hülse (4) aus Glimmer umge­ ben und zwischen dem Boden (3G) einer jeden Speicherzel­ le (3) und dem die Aufnahmevorrichtung (1) bildenden Rohr (2) bzw. dem Bauelement (30) eine Glimmerscheibe (5) angeordnet ist.