DE4037852A1 - Hochtemperaturbatterie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochtemperaturbat­ terie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Hochtemperaturbatterie ist z. B. aus der EP-PS 2 09 683 bekannt.

Die Stromleitungsdurchführungen solcher Hochleistungsbat­ terien besitzen wegen der im Betrieb fließenden hohen Ströme beachtliche Leitfähigkeiten. Dementsprechend fließen über diese Stromleiter auch nicht zu vernachlässi­ gende Wärmemengen. Dies wirkt sich nachteilig auf den En­ ergiewirkungsgrad der Batterie aus, da diese, auch wenn sie nicht betrieben wird, permanent auf ihrer hohen Ar­ beitstemperatur gehalten werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmefluß aus der Batterie heraus insbesondere im Ruhebetrieb weiter zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die beschriebene Ausbildung der Stromleiterdurchfüh­ rung durch das doppelwandige Isoliergehäuse, dessen Innen­ raum evakuiert bzw. teilvakuiert ist, wird insbesondere im Ruhebetrieb eine Wärmeableitung nach außen über die Strom­ leiterzuführungen wesentlich verringert. Eine solche Ver­ ringerung wäre zwar auch durch eine einfache Reduzierung des Stromleiterquerschnitts zu erzielen, dies hätte jedoch eine ungenügende mechanische Stabilität und eine nur ge­ ringe Wärmekapazität der Durchführung zur Folge. Ein wei­ terer Vorteil wird darin gesehen, daß eine gewendelte Stromzuführung Wärmeausdehnungen der Stromleiter weitge­ hend auffängt, so daß die Stromleiter auch vakuumdicht in Öffnungen der Isolierhalterungen befestigt werden können. Anhand der in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestell­ ten Ausführungsbeispiele sowie Diagrammen, wird die Erfin­ dung nachfolgend näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt einen Aus­ schnitt aus einem doppelwandigen Isoliergehäuse dessen In­ nenraum 1 evakuiert und ggf. noch mit einem wärmedämmenden Material zumindest teilweise ausgefüllt ist. Mit 8 ist die äußere und mit 9 die innere Wand bezeichnet. Im Durchfüh­ rungsbereich sind die Wandungen 9 und 8 durch ein vakuum­ dicht befestigtes Rohr 7, das auch ein Faltenbalg sein kann, miteinander verbunden. Der durch das Rohr 7 gebil­ dete Kanal 2 kann unter Atmosphärendruck stehen und ist an seinen beiden Enden durch elektrische Isolierscheiben 3 und 4, die aus Keramik, Kunststoff oder dergleichen beste­ hen können, abgedeckt.

Diese Isolierscheiben 3 und 4 weisen zentrale Öffnungen auf, durch welche ein Stromleiter 5 gehaltert hindurchge­ führt ist. Im Durchführungsbereich, das ist zwischen den beiden Isolierscheiben 3, 4 ist der bevorzugt aus Alumi­ nium bestehende Stromleiter 5 zu einer Wendel 6 geformt, so daß seine Länge wesentlich größer ist, als der Abstand zwischen den beiden Isolierscheiben 3 und 4. Dadurch wird eine Wärmedrossel gebildet, die die Wärmeableitung über den Stromleiter 5 stark behindert und somit einen uner­ wünschten Wärmeabfluß aus dem Batterieinnenraum nach außen reduziert. Bei ausreichender Länge des Stromleiters, kann auch der Querschnitt relativ groß gewählt werden, so daß eine ausreichende mechanische Stabilität entsteht. Insbe­ sondere führt dies zu einer höheren Wärmekapazität des Stromleiters, wodurch Temperaturanstiege im Stromleiter bei Spitzenbelastungen langsamer erfolgen. Darüber hinaus werden durch die Wendelform Län­ genausdehnungen aufgefangen.

Für die Bemessung der Wendel 6 ist darauf zu achten, daß sich der Stromleiter 5 bei Betrieb infolge seines elektri­ schen Widerstandes und des hindurchfließenden Betriebs­ stromes erwärmt und daß diese Erwärmung nicht so groß wer­ den darf, daß der Stromleiter bzw. die Durchführung be­ schädigt werden. Andererseits ist die Stromleiterlänge im Durchführungsbereich so lang wie möglich zu wählen, um die Wirkung der Wendel als Wärmedrossel so groß wie möglich zu machen.

Bei einem Ausführungsbeispiel betrug der Innenabstand der beiden Wände etwa 40 mm, der Durchmesser des Aluminium- Stromleiters etwa 6 mm und die Länge des gewendelten Stromleiters im Durchführungsbereich etwa 300 mm. Bei ei­ nem Betriebsstrom von etwa 300 Amp. erwärmte sich der Stromleiter auf bis zu 500°C.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sich der gewendelte Bereich 6 des Stromleiters 5 in dem evakuierten Innenraum 21 des Isoliergehäuses befindet. Die beiden En­ den des Stromleiters 5 sind unter Zwischenfügung von Iso­ lierstoffbuchsen 23 und 24 vakuumdicht durch die beiden Wände 8 und 9 des doppelwandigen Isoliergehäuses hindurch­ geführt. Die Buchsen 23 und 24 bestehen z. B. aus Keramik. Die vakuumdichten Verbindungen können aus Lötverbindungen oder Ausglasungen bestehen.

Zwischen den Windungen der Wendel 6 ist zweckmäßig wärme­ dämmendes Isoliermaterial wie z. B. Glaswolle oder derglei­ chen anzubringen.

In Fig. 3 sind Temperaturverlaufskurven über der Länge des gewendelten Stromleiters 5 niedergegeben, die sich z. B. auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beziehen. Auf der X-Achse ist die Länge eines 300 mm langen Stromleiters an­ gegeben, beginnend bei 0 an der Innenwandung 9 und endend an der Außenwandung 9 bei 300 mm.

Im Ruhebetrieb 6 weist der Stromleiter 5 an seinem äußeren Ende eine Temperatur von etwa 30°C auf, bei einer Batte­ rie-Innentemperatur von 300°C (Kurve B).

Bei Betrieb der Batterie erwärmt sich der Stromleiter 5 im gewendelten Bereich bis auf ca. 500°C (Kurve A) infolge des durch ihn hindurchfließenden Betriebsstromes von z. B. 300 Amp. Für die Wahl der Durchführungen bzw. Durchfüh­ rungsverbindungen ist dabei von Interesse, daß die maxi­ male Erwärmung der Stromleiters 5 etwa im ersten Drittel seiner Länge, d. h. etwa 130 mm von der Innenwandung 9 ent­ fernt auftritt.

Claims (8)

1. Hochtemperaturbatterie mit einem doppelwandigen und zumindest teilevakuierten thermisch isolierenden Gehäuse, in dem eine Vielzahl von Sekundärelementen angeordnet sind und das wenigstens eine Stromleiterdurchführung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Stromleiters im Durchführungsbereich wesentlich größer ist als der direkte Abstand zwischen den Wänden des Isoliergehäuses.

2. Hochtemperturbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromleiter mindestens zweimal, insbe­ sondere mindestens viermal so lang ist wie der direkte Ab­ stand zwischen den Isoliergehäusewänden.

3. Hochtemperaturbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter im Durchführungs­ bereich wendelartig gebogen ist.

4. Hochtemperturbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter aus Alumi­ nium besteht.

5. Hochtemperaturbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchführungsbereich At­ mosphärendruck herrscht.

6. Hochtemperaturbatterie nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchführungsbereich kanalförmig ausgebildet ist und durch einen Rohrabschnitt, Falten­ balgabschnitt oder dergleichen gebildet ist, dessen eines Ende mit der einen Wand und dessen anderes Ende mit der anderen Wand des Isoliergehäuses vakummdicht verbunden ist.

7. Hochtemperaturbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchführungsbereich Teilvakuum herrscht.

8. Hochtemperaturbatterie nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der beiden Wandungen im Durchfüh­ rungsbereich mit einem vakuumdicht eingesetzten Isolier­ teil versehen ist, und der Stromleiter vakuumdicht verbun­ den jedes der beiden Isolierteile durchsetzt.