DE7439582U

DE7439582U - Vorrichtung zui Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie

Info

Publication number: DE7439582U
Application number: DE7439582*[U
Authority: DE
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1974-11-28
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1975-04-10

Description

Vorrichtung zur Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie

Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung zur Kühlung oder Erwärmung von aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterien.

Bekanntlich erhöht sich die Temperatur von Akkumulatorenbatterien bei Ladung und Entladung. Die Temperaturerhöhung wird insbesondere bei HochStrombelastungen, wie sie beispielsweise bei Pahrzeugantriebsbatterien auftreten, wegen der quadratischen Zunahme der Joule'sehen Wärme mit dem Strom sehr groß.

Im Betrieb von Akkumulatorenbatterien ist die Überschreitung für den Akkumulatorentyp charakteristischer Temperaturen unzulässig. Bei Bleiakkumulatoren führt eine andauernde Temperatur von 50 C und darüber zu einer Zerstörung hauptsächlich der negativen Platte, auch die positive Platte wird in Mitleidenschaft gezogen. Außerdem kann der Separator durch zu hohe Temperaturen seine Eigenschaften, wie Festigkeit und Porosität, verlieren. Auch Stahlcffckumulatoren werden durch zu hohe Betriebstemperaturen zerstört. Der Betrieb von Akkumulatoren bei zu hohen Temperaturen äußert sich besonders in Fapazitätsverlusten.

Es sind Kühlvorrichtungen bekannt, welche die im Betrieb von Akkumulatoren anfallende Wärme abführen und so die Betriebstemperatur innerhalb zulässiger Grenzen halten.

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So wird im "britischen Patent 776 240 eine Kühlvorrichtung beschrieben, v/elche aus mit Rohrleitungen verbundenen Platten mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht . Die für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit bestimmten Rohre sind gut wärmeleitend mit den Platten verbunden. Die Platten werden mit den Polbolzen der Akkumulatorenzellen durch eine feste Verbindung thermisch gut gekoppelt. Dabei sind mehrere Polbolzen gleicher Polarität mit einer Platte verbunden. Rohre aus elektrisch isolierendem Material dienen dem Kühlmitteltransport von Platte zu Platte.

Kühlvorrichtungen dieser Art sind in ihrer Konstruktion aufwendig. An den Verbindungen zwischen Kühlplatten und Rohren aus elektrisch isolierendem Material können insbesondere bei Temperaturänderungen Undichtigkeiten auftreten«, Zum Betrieb dieser Kühleinrichtungen sind zusätzliche Einrichtungen wie Wärmeaustauscher und Kühlmittelpumpen erforderlich. Der Wärmeaustauscher setzt die Wirksamkeit der Vorrichtung weiter herab. Die Kühlmittelpumpe führt zu einer besonderen Betriebsunsicherheit der Vorrichtung, da durch ihrea Ausfall die gesamte Anlage funktionsunfähig ist.

Aus der DT-PS 436 922 ist eine Kühlvorrichtung für Akkumulatoren mit einer in di.e Säure eingehängten, oberhalb der Akkumulatorenplatten angeordneten Kühlschlange bekannt. Bei dieser Vorrichtung erweist es sich als Nachteil, daß der Elektrolytstand ständig überprüft werden muß, da die Kühlvorrichtung unwirksam wird, sobald die Kühlschlange nicht mehr in den Elektrolyten taucht. Auch bei einer solchen Vorrichtung wird die Wirksamkeit durch externe Wärmeaustauscher vermindert. Eine Kühlmittelpumpe beeinträchtigt die Zuverlässigkeit einer solchen Anlage.

Neben einer Kühlung kann es unter bestimmten Betri -Vbsbedingungen auch notwendig sein, eine Erwärmung der Akkumulatorenbatterie vorzusehen, beispielsweise dann, wenn der Batterie bei tiefen Außentemperaturen hohe Ströme entnommen werden sollen.

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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Kühlung oder Erwärmung von aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterien zu entwickeln. Diese Vorrichtung soll einfach, zuverlässig und wenig aufwendig sein, da'uei aber unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlung bzw. Erwärmung gewährleisten.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß Wärmeleitbleche zwischen den Einzelzellen angeordnet sind.

Die Wärmeleitbleche ragen über die Akkumulatorenbatterie hinaus und sind in ihrem oberen Bereich so gestaltet, daß ein guter Abtransport der Wärme ermöglicht wird.

Beispielsweise können die Wärmeleitbleche in ihrem über die Zellen ragenden Bereich durch einen Luftstrom gekühlt werden, welcher in Fahrzeugen durch den Fahrtwind aufrechterhalten wird.. Für die Luftkühlung ist es vorteilhaft, die Wärmeleitbleche in ihrem oberen Bereich als in den Luftstrom weisende Fahnen auszubilden. Auch eine Flüssigkeitskühlung ist möglich. Zu diesem Zweck kann das Wärmeleitblech in seinem oberen Bereich in Längsrichtung mit einem Kühlrohr versehen sein.

Die Neuerung ist anhand der Figur an einem Beispiel mit kornbinierter Luft- und Flüssigkeitskühlung erläutert. Zwischen ^sden Einzelzellen 1 sind die Wärmeleitbleche 2 und 4· angeordnet. In seinem oberen Bereich ist das Wärmeleitblech 2 zu Kühlfahnen 3 ausgebildet. Der Luftstrom sollte in dieser Ausführungsform senkrecht zum Wärmeleitblech 2 und parallel zu den Fahnen 3 geführt werden. Für die Flüssigkeitskühlung ist das Wärmeleitblech 4· mit einem Kühlrohr 5 versehen. Die Öffnungen des Kühlrohres 5 lassen sich an einen Kühlmittelkreislauf anschließen. Mit 6 und 7 sind zwei mögliche Ausführungsformen der Polverbindungen bezeichnet.

Der Wärmetransport erfolgt aus den Einzelzellen durch die Zellenwände in die Wärmeleitbleche hinein. Die Temperaturverteilung im Elektrolyten ist so, daß im oberen Bereich die höheren Temperaturen herrschen. Dadurch ist die thermi-

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sehe Belastung der einzelnen Elektrodenplatten unterschiedlich und auch die Wärmekapazität des Elektrolyten wird ungleichmäßig ausgenutzt. Die Wärmeleitbleche sorgen auch für eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Elektrolyten und somit für eine bessere Ausnutzung seiner Wärmekapazität.

Bei der Auswahl der Materialien für die Wärmeleitbleche ist auf ein möglichst geringes Gewicht der Kühlelemente zu achten. Aus diesem Grunde sind besonders gut rietalle geeignet, bei denen das Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu ihrem spezifischen Gewicht besonders groß ist. Bekanntlich ist bei Metallen der elektronische Anteil der Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Leitfähigkeit direkt proportional. Deshalb sind elektrisch gut leitende Materialien besonders geeignet. Aus den genannten Gründen sollten vorzugsweise Aluminium und Kupfer, welches zum Korrosionsschutz mit Silber überzogen ist, verwendet werden. Zum Korrosionsschutz ist weiterhin ein Überzug mit den Elementen Tantal, Niob, Blei oder Kunststoffen wie Polyäthylen und Polypropylen geeignet.

Die Wärmeleitbleche können mit den Zellen einen flächenhaft vollständigen Kontakt bilden. Es ist auch möglich, Wärmeleitbleche mit einem gewellten Querschnitt zu verwenden. So ist es möglich, auch im Bereich der Zellenwände durch Konvektion oder mit einem zusätzlichen Gebläse zu kühlen.

\fm eine besonders gute Kühlleistung zu erzielen, können die Kühlbleche zwischen den Einzelzellen als flache Verdampfer ausgebildet sein. In diesen Verdampfern befindet sich eine Flüssigkeit, welche bei einer Temperatur unterhalb der höchstzulässigen Betriebstemperatur siedet. So wird die hohe Verdampfungswärme den Akkumulatoren entzogen. Über ein hermetisch verschlossenes Rohrsystem ist der Verdampfer mit einem Kondensator verbunden. Dieser wird beispielsweise im Fahrtwind gekühlt, wodurch die Kondensationswärme abgeführt wird. Ein Kühlsystem dieser Art ist besonders wirksam und äußerst zuverlässig, da es keine beweglichen Teile besitzt.

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Selbstverständlich ist auch möglich, die neuerungsgemäße Vorrichtung, beispielsweise im Zusammenwirken mit einem Heißluftgebläs^, zur Heizung des Akkumulators zu verwenden, um eine erforderliche Betriebstemperatur einzustellen.

Eine neuerungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch Einfachheit und große Zuverlässigkeit aus.

- Schutzansprüche -

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Claims

Schut zansprüche

1) Vorrichtung zur Kühlung oder Erwärmung einer aus Einzelzellen bestehenden Akkumulatorenbatterie, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeleitbleche (2,4) zwischen den Einzelzellen (1) angeordnet sind.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . die Wärmeleitbleche (2,4) über die Einzelzellen hinausragen und in diesem Bereich die Wärme mit Kühlmitteln abführbar ist.

3) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitbleche in ihrem über die Zellen hinausragenden Bereich als Kühlfahnen (3) ausgebildet sind.

4) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitbleche in ihren über die Zellen hinausragenden Bereichen mit Kühlrohren (5) versehen sind.

5) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitbleche als Verdampfer ausgebildet sind, welche über ein hermetisch dichtes Rohrsystem mit einem Kondensator gekoppelt sind.

6) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitbleche und Kühlflächen aus Aluminium bestehen.

7) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitbleche und Kühlflächen aus versilbertem Kupfer bestehen.