EP2022126A1 - Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung - Google Patents

Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung

Info

Publication number
EP2022126A1
EP2022126A1 EP07722390A EP07722390A EP2022126A1 EP 2022126 A1 EP2022126 A1 EP 2022126A1 EP 07722390 A EP07722390 A EP 07722390A EP 07722390 A EP07722390 A EP 07722390A EP 2022126 A1 EP2022126 A1 EP 2022126A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
housing
plate
flow channel
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07722390A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
C. Günther BAUER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IQ Power Licensing AG
Original Assignee
IQ Power Licensing AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IQ Power Licensing AG filed Critical IQ Power Licensing AG
Publication of EP2022126A1 publication Critical patent/EP2022126A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6572—Peltier elements or thermoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/654—Means for temperature control structurally associated with the cells located inside the innermost case of the cells, e.g. mandrels, electrodes or electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6571—Resistive heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Liquid electrolyte battery heating arrangement with mixing device Liquid electrolyte battery heating arrangement with mixing device
  • the invention relates to a liquid electrolyte battery Bankungsan Aunt with a liquid electrolyte battery and a heater, such.
  • a liquid electrolyte battery As a lead-acid battery, the z. B. is used as a starter battery in vehicles.
  • a mixing device is arranged, which is tuned to the heating.
  • the endeavor of the vehicle industry for lightweight construction also relates to the saving of battery weight.
  • the demand for higher battery power increases, since in addition to the conventional energy for starting z. B. a car and energy for additional aggregates such as electric windows, actuators for adjusting the seats or for electrically heating the seats is needed.
  • Battery power is understood below to mean the capacity of the battery as well as the ability of the battery to supply power or to draw power. Battery performance is affected by various factors known to those skilled in the art.
  • the battery heaters can be classified according to various aspects.
  • the energy for heating the battery is taken from this itself. This is necessary when the vehicle is parked on the road and there is no possibility to supply electrical energy from the outside. It has already been proposed to thermally insulate the battery well and to keep it at the highest possible temperature level by means of the self-heating. This method is only useful if the vehicle is only about 8 to 15 hours and cools down and then the vehicle is used again, d. H. The thermal insulation of the battery must be so good that the battery can be kept in these about 8 to 15 hours by the self-heating at the desired temperature level.
  • a starter battery like any material body, has a predetermined heat capacity.
  • a predetermined heat energy In order to raise a cold battery to a predetermined temperature level, a predetermined heat energy must be introduced. It is desirable that the battery can be heated in as short a time as possible. This is only possible if the hot plate is heated accordingly.
  • the requirement for a rapid heating of the battery is the requirement that the battery as gently as possible, d. H. should be heated slowly so that it is not damaged.
  • the solution of this technical contradiction forms the object of the invention.
  • electrodes are arranged vertically.
  • the housing is filled with a liquid electrolyte.
  • an electrical heating rail is arranged on the housing bottom on one side. This heating rail is oriented so that it runs at right angles to the electrode plates, which will be explained in more detail in the embodiment in conjunction with the drawings.
  • a thermal and dynamic mixing device has a horizontal heat protection plate, which is arranged between the housing bottom and the lower edge of the electrodes along the heating rail. The area of the heat shield plate is at least 20% larger than the area of the heating rail that is in contact with the housing bottom.
  • a flow channel plate is arranged, so that between this flow channel plate and the right housing wall, a right flow channel is formed, wherein the outer edge of the heat protection plate is connected to the lower edge of the flow channel plate.
  • the upper edge of the flow channel plate is in the range of the electrolyte level and is connected to a drain plate, which extends horizontally towards the center of the housing.
  • a flow channel plate is also arranged, so that between these flow channel plate and the left housing wall, a left flow channel is formed.
  • the upper area of this flow channel is designed as a scoop funnel. Under pouring funnel is to be understood a volume expansion of the upper end portion of the flow channel.
  • the upper edge of the scoop tower protrudes a few millimeters above the electrolyte level, so that in a vehicle-typical movement, ie when accelerating or braking, electrolyte sloshes into the scoop.
  • a guide plate is provided for the predetermined conduction of the exiting electrolyte. This guide plate is arranged on the lower edge of the left flow channel plate and stretches between the housing bottom and the lower edges of the electrode plates.
  • the mixing device is explained below: If the heating rail on the right side warms the housing base of the battery, the heat conduction also heats the electrolyte above it. The electrolyte flows in the right-hand flow channel up to the upper edge of the flow channel plate and flows back into the electrolyte volume via the drain plate. This creates an electrolyte circuit which causes good mixing and thus also heating of the electrolyte. Due to this thermal mixing of the electrolyte, the harmful acid stratification, also called acid stating, is eliminated at the same time. The heat protection plate prevents hot electrolyte from coming into contact with the lower edges of the plate electrodes and thereby damaging them. If the battery is not moved, d. H. if z. B. the vehicle does not drive, the dynamic electrolyte mixing is not active, d. H. no electrolyte spills into the funnel.
  • the invention can be applied to any type of battery with a liquid electrolyte, if both in summer and in winter a good mixing of the electrolyte and in winter a rapid heating of the electrolyte should be achieved to the performance of the battery to improve.
  • Fig. 1 shows a side sectional view of a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a side sectional view of a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows an empty battery box according to the prior art.
  • Fig. 3 shows a battery box with 6 cells. If this battery box is positioned on a heating rail at the edge, each of the cells is heated at the edge of the floor.
  • all the following explanations relate only to a single cell, which cell is shown in Figs. 1 and 2 from the direction indicated by the reference numeral 1c in Fig. 3. Since this single cell is also a stand-alone battery, only one battery will be discussed below, since the invention is applicable both to a single cell and to the combination of several cells.
  • Fig. 1 shows a battery with a housing 1, in which perpendicular electrodes 2 are arranged and with a liquid electrolyte 3, z. B. with acid, is filled.
  • an electrically heatable heating rail 4 is arranged on the right edge. This is to be understood that the heating rail 4 may be attached to the battery case 1, or that the heating rail is mounted in the vehicle and the battery is on this heating rail 4.
  • a heat protection plate 5 is arranged in the region of the heating rail 4.
  • the surface of the heat protection plate 5 is in the present case 50% larger than the contact surface of the heating rail 4 at the bottom of the battery. This prevents hot electrolyte 3 from coming into contact with the electrodes 2 and damaging them.
  • a right flow channel plate 6 is arranged, which extends between the vertical right housing wall 1 b and the side edges of the electrodes 2, so that between the flow channel plate 6 and the housing wall 1 b, a right flow channel 7 is formed.
  • a drain plate 8 is disposed above the electrolyte level 3a.
  • a dynamic mixing device On the left side of the housing of the battery, a dynamic mixing device is provided, which will be described below:
  • a left flow channel plate 9 is arranged, so that a left flow channel 10 is formed.
  • a scoop 11 is formed.
  • the top edge of the scoop funnel 11 protrudes a few millimeters above the electrolyte level 3a, so that in a vehicle-typical movement of the battery, the electrolyte 3 swallows in this scoop 11, wherein the same size electrolyte volume, which engulfs above, at the lower end of the flow channel 10 exits again.
  • a guide plate 12 is provided, which is arranged on the lower edge of the flow channel plate 9 and extends between the housing bottom 1 d and the lower edges 2 a of the electrode plates 2. Between the right edge of the guide plate 12 and the left edge of the heat protection plate 5 remains a flow-through opening 13.
  • the function of the mixing device is described below:
  • the heating rail 4 When the battery is heated and the electrolyte 3 is to be mixed, the heating rail 4 is heated.
  • the energy for the heating rail 4 can be taken from the battery itself or from an external source of energy.
  • the heat conduction first heats the electrolyte volume 3b between the heat protection plate 5 and the portion 1dt of the housing bottom 1d, which is heated by means of the heating rail 4.
  • the heating rail 4 is temperature-controlled in this embodiment, so that a predetermined maximum temperature is not exceeded.
  • the heated electrolyte 3b flows upwards substantially in the flow channel 7 and flows back via the drain plate 8 approximately in the middle of the electrolyte volume, as indicated by the schematic arrows.
  • This electrolyte circulation leads to a rapid heat distribution, ie to a rapid heating of all volume ranges of the battery and at the same time also to a desired thorough mixing of the electrolyte 3 in order to avoid the harmful stratification known to the person skilled in the art. If the battery is not allowed to be heated, as B. is already warm by a high external meteorological temperatures, the thermal mixing device is not turned on.
  • Fig. 2 shows a modified embodiment of the invention.
  • the hole size is 1 mm for the small holes and 3 mm for the largest holes.
  • the size and distribution of the holes is determined by a few experiments, so that a complete and rapid mixing of the electrolyte is achieved.
  • the experiment can z. B. be made with a transparent battery box model, wherein color is dissolved in liquid and observed how the color is distributed after heating of the heating rail and / or during a drive-typical movement of the battery box.
  • Such measures are well known to those skilled in fluid dynamics and therefore need not be explained in detail.
  • This embodiment is the best embodiment of the invention. With reference to the described embodiments, the skilled person can completely remove the technical teaching of the present invention. It is clear that these embodiments can be further developed and modified or combined by a person skilled in the art with the aid of the teaching according to the invention. Therefore, these, not explicitly mentioned or shown further embodiments fall within the scope of the following claims.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit einer Durchmischungsvorrichtung, wobei eine Heizung (4) einseitig am Batteriegehäuseboden (1d) angeordnet ist und sich so erstreckt, daß der erwärmbare Bereich des Gehäusebodens (1d) rechtwinklig über alle Elektrodenplatten (2) verläuft. Zwischen dem Gehäuseboden (1d) und der Unterkante (2a) der Elektroden (2) ist über der Heizung (4) eine Hitzeschutzplatte (5) angeordnet. Zwischen der senkrechten Gehäusewand, unter der die Heizung (4) angeordnet ist und der Seitenkante der Elektroden (2) ist eine erste Strömungskanalplatte (6) angeordnet, an deren Oberkante eine Ablaufplatte (8) angeordnet ist. Weiterhin ist eine dynamische Durchmischungsvorrichtung mit nachfolgenden Merkmalen vorgesehen: An der Gehäusewand, unter der die Heizung nicht angeordnet ist und den senkrechten Elektrodenkanten ist eine zweite Strömungskanalplatte (9) angeordnet, deren oberer Bereich als Schöpftrichter (11) ausgebildet ist. An der Unterkante der zweite Strömungskanalplatte (9) ist eine Leitplatte (12) angeordnet, die sich zwischen dem Gehäuseboden (1d) und den Elektrodenunterkanten (2a) erstreckt.

Description

Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit Durchmischungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit einer Flüssigelektrolybatterie und einer Heizung, wie z. B. einer Blei-Säure- Batterie, die z. B. als Starterbatterie in Fahrzeugen eingesetzt wird. In dieser Flüssigelektrolybatterie ist eine Durchmischungsvorrichtung angeordnet, die auf die Heizung abgestimmt ist.
Das Bestreben der Fahrzeugindustrie nach Leichtbauweise betrifft auch die Einsparung von Batteriegewicht. Gleichzeitig steigt jedoch die Anforderung nach höherer Batterieleistung, da neben der herkömmlichen Energie zum Starten z. B. eines PKW auch Energie für zusätzliche Aggregate wie elektri- sehe Fensterheber, Stellmotore zum Verstellen der Sitze oder auch zum elektrischen Beheizen der Sitze benötigt wird. Ferner ist es wünschenswert, die Batterieleistung über die Lebensdauer der Batterie möglichst auf einem konstanten hohen Niveau zu halten, da zunehmend auch sicherheitsrelevante Funktionseinheiten wie Lenkung und Bremsen elektrisch gesteuert und betätigt werden. Unter Batterieleistung wird nachfolgend die Kapazität der Batterie sowie die Fähigkeit der Batterie zur Stromabgabe bzw. zur Stromaufnahme verstanden. Die Batterieleistung wird von verschiedenen, dem Fachmann bekannten Faktoren beeinflußt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Leistung einer Flüssigelektrolytbatterie, wie z. B. einer Blei-Säure- Batterie zu erhöhen. Ein besonderes Problem bei diesen Batterien ist, daß die Batterieleistung eine starke Abhängigkeit von der Batterietemperatur aufweist. In einem zulässigen Betriebsbereich ist mit einem Kapazitätsrückgang von ca. 0,6 bis 0,8 % pro Grad Celsius oder mehr zu rechnen. Wird angenommen, daß eine optimale Betriebstemperatur bei ca. 30 Grad Celsius liegt und die Batterie bei minus 20 Grad Celsius betrieben wird, um z. B. den Anlasser eines Fahrzeugs zu betätigen, dann würde diese Batterie nur noch ca. 60 % ihrer Kapazität aufweisen. Es ist jedoch dem Fachmann bekannt, daß weitere Einflußfaktoren die Kapazität der Batterie verringern. Ein wesentlicher Einflußfaktor ist die sogenannte Stratifikation der Säure, d. h. die Säurekonzentration ist bezüglich der Elektrodenfläche nicht gleichmäßig. Das bewirkt, daß die Elektroden an Stellen, an denen die Säurekonzentration zu hoch ist, korrodieren, so daß sich die Lebensdauer der Batterie vermindert, und an den Elektrodenstellen, an denen die Säurekonzentration zu gering ist, erreicht die Batterie nicht ihre volle Leistung.
Es ist allgemein bekannt, daß Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die längere Zeit, z. B. mehr als 8 Stunden, bei Temperaturen unter Null Grad Celsius gestanden haben, sich besser starten lassen, wenn die ausgekühlte Batterie vor dem Start angewärmt wurde.
Daher sind eine Vielzahl von Batterieheizeinrichtungen entwickelt worden, die verschiedene Vor- und Nachteile aufweisen und z. B. in den Dokumenten DE 28 12 876, US 2,440,369, DE 1 496 134, DE 40 27 149 A1 oder DE 100 14 848 beschrieben wurden.
Die Batterieheizvorrichtungen können nach verschieden Gesichtspunkten klassifiziert werden.
Eine Gruppe betrifft die Heizung der Batterie durch Wärmeaustausch. So wurde z. B. vorgeschlagen, an der Außenwand einer Batterie Wärmetau- scherrohre vorzusehen, durch die warme Motorkühlflüssigkeit geleitet wird.
Vielfach wurden auch elektrische Heizungen vorgeschlagen, wobei diese Gruppe in zwei Untergruppen geteilt werden kann. Es gibt eine Reihe von Ideen, Heizfolien oder ähnliche Heizelemente an der Außenwand oder auch in der Batterie selbst anzuordnen und die elektrische Energie extern zuzuführen, z. B. bei einem in einer Garage parkenden Fahrzeug aus einem 220 V Netzanschluß. Hier steht immer genügend Energie zur Verfügung, so daß die Batterie unabhängig von der Außentemperatur auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann. Ebenso ist es möglich, die Energie aus der Lichtmaschine zu entnehmen, wenn das Fahrzeug fährt.
Bei der zweiten Untergruppe wird die Energie zur Beheizung der Batterie aus dieser selbst entnommen. Das ist dann erforderlich, wenn das Fahrzeug auf der Straße abgestellt ist und keine Möglichkeit besteht, elektrische Energie von außen zuzuführen. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Batterie thermisch gut zu isolieren und mittels der Selbstheizung auf einem mög- liehst optimalen Temperaturniveau zu halten. Diese Methode ist nur sinnvoll, wenn das Fahrzeug lediglich ca. 8 bis 15 Stunden steht und auskühlt und danach das Fahrzeug wieder benutzt wird, d. h. die thermische Isolation der Batterie muß so gut sein, daß die Batterie in diesen ca. 8 bis 15 Stunden durch die Selbstheizung auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden kann.
Wenn das Fahrzeug jedoch mehrere Tage steht, reicht der Energiegehalt der Batterie nicht aus, um selbst eine gut isolierte Batterie auf der wünschenswerten Temperatur zu halten. Es ist für solche Fälle notwendig, die Batterie erst dann zu erwärmen, wenn ein Start des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Es wurde daher mehrfach vorgeschlagen, die kalte Batterie erst kurz vor dem Start des Fahrzeugs zu erwärmen. Eine von mehreren Möglichkeiten, eine Batterie schnell zu erwärmen, ist ein Wärmeeintrag am Batterieboden.
Es wurde daher in der DE 100 14 848 C2 vorgeschlagen, die Batterie auf eine Wärmeplatte zu stellen, wobei es in diesem Zusammenhang unerheb- lieh ist, ob es sich um eine herkömmliche elektrisch beheizbare Wärmeplatte handelt oder - wie bei der DE 100 14 848 C2 - um eine Abwärme erzeugende elektronische Baugruppe, die eigentlich für andere Zwecke eingesetzt wird.
Eine Starterbatterie hat wie jeder materielle Körper eine vorbestimmte Wärmekapazität. Um eine kalte Batterie auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau anzuheben, muß eine vorbestimmte Wärmeenergie eingebracht werden. Es ist wünschenswert, daß die Batterie in möglichst kürzester Zeit er- wärmt werden kann. Das ist nur möglich, wenn die Wärmeplatte entsprechend stark beheizt wird.
Da sich jedoch die Wärme auf Grund der schlechten Wärmeleitung der Säure nur relativ langsam verteilt, d. h. ein Temperaturausgleich nur langsam er- folgt, kann es an den Stellen, wo die Wärmeenergie eingetragen wird, zu Elektrodenschäden kommen. Dem Fachmann ist bekannt, daß eine Blei- Säure-Batterie bereits bei kurzzeitiger Überhitzung, z. B. bei über 50 Grad Celsius irreversibel geschädigt werden kann.
Daher steht der Forderung nach einer schnellen Erwärmung der Batterie die Forderung gegenüber, daß die Batterie möglichst schonend, d. h. langsam erwärmt werden sollte, damit sie nicht geschädigt wird. Die Lösung dieses technischen Widerspruchs bildet die Aufgabe der Erfindung.
Diese Aufgabe wurde mit einer Flüssigelektrolytbatteheheizungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst.
In einem Batteriegehäuse sind Elektroden senkrecht angeordnet. Das Gehäuse ist mit einem Flüssigelektrolyten gefüllt. Am Gehäuseboden ist erfin- dungsgemäß auf einer Seite eine elektrische Heizschiene angeordnet. Diese Heizschiene ist so ausgerichtet, daß sie rechtwinklig zu den Elektrodenplatten verläuft, was im Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Zeichnungen noch näher erläutert wird. Eine thermische und dynamische Durchmischungsvorrichtung weist eine waagerechte Hitzeschutzplatte auf, die zwischen dem Gehäuseboden und der Unterkante der Elektroden entlang der Heizschiene angeordnet ist. Die Fläche der Hitzeschutzplatte ist wenigstens 20 % größer als die Fläche der Heizschiene, die mit dem Gehäuseboden in Kontakt ist.
Zwischen der senkrechten rechten Gehäusewand und den rechten Seitenkanten der Elektroden ist eine Strömungskanalplatte angeordnet, so daß zwischen dieser Strömungskanalplatte und der rechten Gehäusewand ein rechter Strömungskanal ausgebildet ist, wobei die Außenkante der Hitzeschutzplatte mit der Unterkante der Strömungskanalplatte verbunden ist. Die Oberkante der Strömungskanalplatte liegt im Bereich des Elektrolytpegelstandes und ist mit einer Ablaufplatte verbunden, die sich waagerecht zur Gehäusemitte hin erstreckt.
Zwischen der senkrechten linken Gehäusewand und den linken Seitenkanten der Elektroden ist ebenfalls eine Strömungskanalplatte angeordnet, so daß zwischen dieser Strömungskanalplatte und der linken Gehäusewand ein linker Strömungskanal ausgebildet ist. Der obere Bereich dieses Strö- mungskanals ist als Schöpftrichter ausgebildet. Unter Schöpftrichter ist eine Volumenerweiterung des oberen Endabschnitts des Strömungskanals zu verstehen. Die Oberkante des Schöpftrichters ragt einige Millimeter über dem Elektrolytpegel hinaus, so daß bei einer fahrzeugtypischen Bewegung, d. h. beim Beschleunigen oder beim Bremsen, Elektrolyt in den Schöpftrich- ter hinein schwappt. Da dann der Pegelstand in dem Strömungskanal höher ist als der Pegelstand des Elektrolyten außerhalb dieses Strömungskanals, fließt das Differenzvolumen unten aus dem Strömungskanal heraus, so daß sich beide Pegelstände nach dem Prinzip der verbundenen Gefäße wieder angleichen. Um den ausströmenden Elektrolyten möglichst gut mit dem ge- samten Elektrolytvolumen zu vermischen, ist eine Leitplatte zum vorbestimmten Leiten des austretenden Elektrolyten vorgesehen. Diese Leitplatte ist an der Unterkante der linken Strömungskanalplatte angeordnet und er- streckt sich zwischen dem Gehäuseboden und den Unterkanten der Elektrodenplatten.
Zwischen der rechten, d. h. der innenliegenden Kante der Leitplatte und der linken Kante der Hitzeschutzplatte verbleibt eine Durchströmöffnung, die näherungsweise in der Gehäusemitte angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Funktion der Durchmischungsvorrichtung erläutert: Wenn die Heizschiene rechtsseitig den Gehäuseboden der Batterie er- wärmt, wird durch die Wärmeleitung auch der darüber liegende Elektrolyt erwärmt. Der Elektrolyt strömt in dem rechten Strömungskanal aufwärts bis zur Oberkante der Strömungskanalplatte und fließt über die Ablaufplatte wieder in das Elektrolytvolumen zurück. Dadurch entsteht ein Elektrolytkreislauf, der eine gute Durchmischung und damit auch Erwärmung des Elektro- lyten bewirkt. Durch diese thermische Durchmischung des Elektrolyten wird gleichzeitig die schädliche Säureschichtung, auch Säurestratifikation genannt, beseitig. Die Hitzeschutzplatte verhindert, daß heißer Elektrolyt mit den Unterkanten der Plattenelektroden in Berührung kommt und diese dadurch geschädigt werden könnten. Wenn die Batterie nicht bewegt wird, d. h. wenn z. B. das Fahrzeug nicht fährt, ist die dynamische Elektrolytdurchmischung nicht aktiv, d. h. es schwappt kein Elektrolyt in den Schöpftrichter.
Wenn jedoch das Fahrzeug fährt und fahrzeugtypische Brems- und Beschleunigungsbewegungen auftreten, erfolgt die bereits beschriebene dy- namische Durchmischung des Elektrolyten. Diese zweite Durchmischungsfunktion ist von Vorteil, wenn die Batterietemperatur ausreichend hoch ist und daher eine weitere Erwärmung nicht sinnvoll oder sogar schädlich wäre. Durch die dynamische Durchmischung des Elektrolyten wird ebenfalls die schädliche Elektrolytstratifikation beseitig.
Es ist für den Fachmann klar, daß beide Durchmischungsfunktionen auch gleichzeitig auftreten können, ohne daß sie sich strömungstechnisch gegenseitig behindern. Nach den Anspruch 2 und 3 weisen die Ablaufplatte und die Leitplatte Löcher auf. Dadurch wird gewährleistet, daß sich der von der Ablaufplatte abfließende bzw. an der Leitplatte ausströmende Elektrolyt gleichmäßig über in dem Elektrolytvolumen verteilt, so daß die Entstehung ungemischter VoIu- menbereiche vermieden wird. Der Fachmann kann durch die fachmännische Wahl der geometrischen Parameter der Löcher, wie z. B. der Lochgröße und deren Anordnung eine optimale Durchmischung erzielen.
Es ist klar, daß die Erfindung auf jede Art von Batterie mit einem flüssigen Elektrolyten angewendet werden kann, wenn sowohl im Sommer als auch im Winter eine gute Durchmischung des Elektrolyten und im Winter eine schnelle Erwärmung des Elektrolyten erzielt werden soll, um die Leistung der Batterie zu verbessern.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungs- form der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen leeren Batteriekasten nach dem Stand der Technik.
Technik.
Die nachfolgende Erläuterung der Erfindung beginnt mit dem Stand der Technik nach Fig. 3, da dadurch die Erfindung leichter verständlich wird.
Die Fig. 3 zeigt einen Batteriekasten mit 6 Zellen. Wenn dieser Batterieka- sten am Rand auf einer Heizschiene steht, wird jede der Zellen randseitig am Boden erwärmt. Alle nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich jedoch nur auf eine einzige Zelle, wobei diese Zelle in Fig. 1 und 2 von der Richtung aus dargestellt ist, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 1c bezeichnet ist. Da diese einzelne Zelle auch eine eigenständige Batterie ist, wird nachfolgend nur noch von einer Batterie gesprochen, da die Erfindung sowohl auf eine einzelne Zelle als auch auf die Kombination von mehreren Zellen anwendbar ist.
Die Fig. 1 zeigt eine Batterie mit einem Gehäuse 1 , in welchem senkrecht stehende Elektroden 2 angeordnet sind und das mit einem Flüssigelektrolyt 3, z. B. mit Säure, gefüllt ist.
Am Gehäuseboden 1d ist am rechten Rand eine elektrisch erwärmbare Heizschiene 4 angeordnet. Darunter ist zu verstehen, daß die Heizschiene 4 an dem Batteriegehäuse 1 befestigt sein kann, oder daß die Heizschiene im Fahrzeug befestigt ist und die Batterie auf dieser Heizschiene 4 steht.
Unterhalb der unteren Elektrodenkanten 2a ist im Bereich der Heizschiene 4 eine Hitzeschutzplatte 5 angeordnet. Die Fläche der Hitzeschutzplatte 5 ist im vorliegenden Fall 50 % größer als die Kontaktfläche der Heizschiene 4 am Gehäuseboden der Batterie. So wird vermieden, daß heißer Elektrolyt 3 in Kontakt mit den Elektroden 2 kommt und diese schädigt. An der Außen- kante der Hitzeschutzplatte 5 ist eine rechte Strömungskanalplatte 6 angeordnet, die sich zwischen der senkrechten rechten Gehäusewand 1 b und den Seitenkanten der Elektroden 2 erstreckt, so daß zwischen der Strömungskanalplatte 6 und der Gehäusewand 1 b ein rechter Strömungskanal 7 ausgebildet ist. An der Oberkante der Strömungskanalplatte 6 ist oberhalb des Elektrolytpegels 3a eine Ablaufplatte 8 angeordnet.
Auf der linken Gehäuseseite der Batterie ist eine dynamische Durchmischungsvorrichtung vorgesehen, die nachfolgend beschrieben wird:
Zwischen der senkrechten Gehäusewand 1a und den Seitenkanten der Elektroden 2 ist eine linke Strömungskanalplatte 9 angeordnet, so daß ein linker Strömungskanal 10 ausgebildet ist. Am oberen Endabschnitt der Strömungskanalplatte 9 ist ein Schöpftrichter 11 ausgebildet. Die Oberkante des Schöpftrichters 11 ragt einige Millimeter über dem Elektrolytpegel 3a hinaus, so daß bei einer fahrzeugtypischen Bewegung der Batterie der Elektrolyt 3 in diesen Schöpftrichter 11 einschwappt, wobei das gleichgroße Elektrolytvolumen, das oben einschwappt, am unteren Ende des Strö- mungskanals 10 wieder austritt.
Um ein Ausströmen des Elektrolyts 3 im Sinn einer optimalen Elektrolytdurchmischung zu erreichen, ist eine Leitplatte 12 vorgesehen, die an der Unterkante der Strömungskanalplatte 9 angeordnet ist und sich zwischen dem Gehäuseboden 1d und den Unterkanten 2a der Elektrodenplatten 2 erstreckt. Zwischen der rechten Kante der Leitplatte 12 und der linken Kante der Hitzeschutzplatte 5 verbleibt eine Durchströmöffnung 13. Nachfolgend wird die Funktion der Durchmischungsvorrichtung beschrieben:
Wenn die Batterie erwärmt und der Elektrolyt 3 durchmischt werden soll, wird die Heizschiene 4 beheizt. Die Energie für die Heizschiene 4 kann aus der Batterie selbst entnommen werden oder aus einer externen Energiequelle. Es erwärmt sich durch die Wärmeleitung zuerst das Elektrolytvolu- men 3b zwischen der Hitzeschutzplatte 5 und dem Abschnitt 1dt des Gehäusebodens 1d, der mittels der Heizschiene 4 erwärmt wird. Die Heizschiene 4 ist in dieser Ausführungsform temperaturgeregelt, so daß eine vorbestimmte Höchsttemperatur nicht überschritten wird.
Der erwärmte Elektrolyt 3b strömt im wesentlichen in dem Strömungskanal 7 aufwärts und fließt über die Ablaufplatte 8 näherungsweise in die Mitte des Elektrolytvolumens zurück, wie mittels der schematischen Pfeile angezeigt ist. Durch diesen Elektrolytkreislauf kommt es zu einer schnellen Wärmeverteilung, d. h. zu einer schnellen Erwärmung aller Volumenbereiche der Bat- terie und gleichzeitig auch zu einer gewünschten Durchmischung des Elektrolyten 3, um die dem Fachmann bekannte schädliche Stratifikation zu vermeiden. Wenn die Batterie nicht erwärmt werden darf, da sie z. B. durch eine hohe meteorologische Außentemperaturen bereits warm ist, wird die thermische Durchmischungsvorrichtung nicht eingeschaltet. In diesem Fall wirkt allein die dynamische Durchmischung, wenn das Fahrzeug fährt, d. h. bei einer Beschleunigung schwappt ständig eine kleine Elektrolytmenge in den Schöpftrichter 11 , sinkt nach unten und wird mittels der Leitplatte 12 zur Batteriemitte hin geleitet. Die eingezeichneten Strömungspfeile veranschaulichen die Strömungsrichtungen des Elektrolyten.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß gerade bei geringen Außentemperaturen beide Durchmischungseffekte gleichzeitig genutzt werden können und somit eine besonders effektive Durchmischung und schnelle Erwärmung des Elektrolyten bewirkt wird.
Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung. In der Ablaufplatte 8 und in der Leitplatte 12 sind Löcher 14, 15 vorgesehen. Die Lochgröße beträgt für die kleinen Löcher 1 mm und die größten Löcher 3 mm. Die Größe und die Verteilung der Löcher wird durch wenige Versuche ermittelt, so daß eine vollständige und schnelle Durchmischung des Elektro- lyten erzielt wird. Der Versuch kann z. B. mit einem durchsichtigen Batteriekastenmodell vorgenommen werden, wobei Farbe in Flüssigkeit gelöst und beobachtet wird, wie sich die Farbe nach einem Erwärmen der Heizschiene und/oder bei einem fahrtypischen Bewegen des Batteriekastens verteilt. Solche Maßnahmen sind dem Fachmann für Strömungslehre hinreichend bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden. Diese Ausführungsform ist die beste Ausführungsform der Erfindung. An Hand der beschriebenen Ausführungsformen kann der Fachmann die technische Lehre der vorliegenden Erfindung vollständig entnehmen. Es ist klar, daß diese Ausführungsformen durch einen Fachmann mit Hilfe der erfindungsgemä- ßen Lehre weiterentwickelt und modifiziert oder kombiniert werden können. Daher fallen auch diese, nicht explizit genannten oder gezeigten weiteren Ausführungsformen in den Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche.

Claims

Ansprüche
1. Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit Durchmischungsvorrichtung die aufweist: a. eine Heizung (4) und b. eine Flüssigelektrolytbatterie, die aufweist: - ein Gehäuse (1) mit einem Gehäuseboden (1d),
- Elektroden (2), die in dem Gehäuse (1) senkrecht angeordnet sind,
- ein Flüssigelektrolyt (3) und
- einer Heizung (4), die am Gehäuseboden (1d) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß - die Heizung (4) einseitig angeordnet ist und sich so erstreckt, daß der erwärmbare Bereich des Gehäusebodens (1d) rechtwinklig über alle Elektrodenplatten (2) verläuft,
- eine thermische Durchmischungsvorrichtung mit nachfolgenden Merkmalen in dem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist: - zwischen dem Gehäuseboden (1d) und der Unterkante (2a) der
Elektroden (2) ist über der Heizschiene (4) eine Hitzeschutzplatte (5) angeordnet, wobei die Fläche der Hitzeschutzplatte (5) wenigstens 20% größer ist als die Fläche des erwärmbaren Bereichs des Gehäusebodens (1e), - zwischen der senkrechten Gehäusewand (1b), unter der die Heizung (4) angeordnet ist und der Seitenkante der Elektroden (2) ist eine erste Strömungskanalplatte (6) angeordnet und - an der Oberkante der Strömungskanalplatte (6) ist oberhalb des Elektrolytpegels eine waagerechte Ablaufplatte (8) angeordnet, deren Länge zwischen 25 % und 70 % der Länge der Oberkante der Elektrodenplatten (2) beträgt und weiterhin
- eine dynamische Durchmischungsvorrichtung mit nachfolgenden Merkmalen in dem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist:
- zwischen der Gehäusewand (1a), unter der die Heizung nicht angeordnet ist und den senkrechten Elektrodenkanten ist eine zweite Strö- mungskanalplatte (9) angeordnet, deren oberer Bereich als
Schöpftrichter (10) ausgebildet ist, wobei die Oberkante des Schöpftrichters (10) einige Millimeter über dem Elektrolytpegel (3a) hinaus ragt, so daß bei einer fahrzeugtypischen Bewegung der Batterie der Elektrolyt (3) in den Schöpftrichter (10) schwappt und - an der Unterkante der zweite Strömungskanalplatte (9) ist eine Leitplatte (12) angeordnet, die sich zwischen dem Gehäuseboden (1d) und den Elektrodenunterkanten erstreckt, wobei zwischen der rechten Kante der Leitplatte und der linken Kante der Hitzeschutzplatte eine Durchströmöffnung (13) verbleibt.
2. Flüssigelektrolytbatterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufplatte Löcher (14) aufweist.
3. Flüssigelektrolytbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Leitplatte Löcher (15) aufweist.
EP07722390A 2006-05-09 2007-05-09 Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung Withdrawn EP2022126A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610021584 DE102006021584A1 (de) 2006-05-09 2006-05-09 Flüssigelektrolytbatterie mit dynamischer und thermischer Durchmischung
PCT/DE2007/000838 WO2007128297A1 (de) 2006-05-09 2007-05-09 Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2022126A1 true EP2022126A1 (de) 2009-02-11

Family

ID=38556320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07722390A Withdrawn EP2022126A1 (de) 2006-05-09 2007-05-09 Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2022126A1 (de)
KR (1) KR20090029704A (de)
CN (1) CN101501922A (de)
DE (1) DE102006021584A1 (de)
WO (1) WO2007128297A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007061662A1 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Akkumulator
RS55547B1 (sr) * 2012-11-28 2017-05-31 Iq Power Licensing Ag Baterija sa uređajem za mešanje elektrolita
JP6469119B2 (ja) * 2014-02-03 2019-02-13 フィナジー リミテッド 車両を加熱するための熱バッテリ
CN108292724B (zh) * 2015-10-07 2022-05-13 达拉米克有限责任公司 性能改进的铅酸电池隔板及其电池和具有该电池的车辆及其相关方法
CN112038566A (zh) * 2020-08-04 2020-12-04 江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司 一种电芯的制备方法及电芯

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0279365A (ja) * 1988-09-14 1990-03-19 Japan Storage Battery Co Ltd 密閉式蓄電池
AU675326B2 (en) * 1993-12-01 1997-01-30 Trojan Battery Company Battery electrolyte circulation system
DE19823916A1 (de) * 1998-05-28 1999-12-02 Iq Battery Res & Dev Gmbh Flüssigelektrolytbatterie
US20030148170A1 (en) * 2002-02-06 2003-08-07 Jones William E. M. Electrolyte mixing in wet cell batteries

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007128297A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101501922A (zh) 2009-08-05
KR20090029704A (ko) 2009-03-23
DE102006021584A1 (de) 2007-11-15
WO2007128297A1 (de) 2007-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2163304C3 (de)
DE112007002809T5 (de) Elektrisches Leistungszuführsystem
EP2532044B1 (de) Batteriesystem und verfahren zur erwärmung des batteriesystems
WO2008019674A2 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit elektrolytdurchmischung mittels konvektionsströmung
DE102018201112B3 (de) Baugruppe für ein Hybridelektrofahrzeug und Hybridelektrofahrzeug
WO2020007561A1 (de) Batteriezelle mit heizeinrichtung, hochvoltbatterie sowie kraftfahrzeug
EP2022126A1 (de) Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung mit durchmischungsvorrichtung
WO2009118000A2 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit temperiervorrichtung
DE102008015622B4 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit Temperiervorrichtung und Temperaturausgleich
DE102007021841A1 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit Konvektionsbeschleunigungsanordnung
EP2022125B1 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit dynamischer durchmischung und überhitzungsschutz
EP2030281B1 (de) Flüssigelektrolytbatterieheizungsanordnung
DE102006021602A1 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit Überhitzungsschutz
DE102017112347A1 (de) Batterievorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
WO2007128298A2 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit konvektionsbeschleunigungsanordnung
DE102006038053A1 (de) Batterieheizvorrichtung
DE102013018474A1 (de) Batterie
EP2052428B1 (de) Flüssigelektrolytbatterie mit mehrkanal-durchmischung
DE102018208974B4 (de) Verfahren zum Temperieren einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs mittels einer mechanischen Temperiervorrichtung, Temperiervorrichtung sowie Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug
WO2022268838A1 (de) Batteriemodul zum ausbilden einer batterie für ein fahrzeug
WO2024022727A1 (de) Batteriemodul
DE102022110300A1 (de) Wärmetauschelement für ein Hochvoltspeichermodul
DE102021127920A1 (de) Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug
DE102021109603A1 (de) Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102019132023A1 (de) Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20081209

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20110922

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20120403