NL194816C - Inrichting voor het op temperatuur houden, zoals door koelen, van batterijcellen gedurende het elektrisch testen. - Google Patents

Description

1 194816

Inrichting voor het op temperatuur houden, zoals door koelen, van batterijcellen gedurende het elektrisch testen

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het op temperatuur houden, zoals door koelen, van 5 batterijcellen gedurende het elektrisch testen daarvan, voorzien van een drager met bussen die elk voorzien zijn van een toegangsopening in de bovenzijde en holte vormen voor ontvangst in elk van een batterijcel, en een binnenoppervlak bezitten.

Een dergelijke inrichting is uit de praktijk bekend. De bekende inrichting omvat een wagen met een aantal aluminium testblokken waarbij elk testblok hierin geïntegreerde opneemruimtes vormende bussen 10 heeft voor het nauwsluitend opnemen van een batterijcel. Voor het plaatsen in een opneemruimte wordt elke batterij voorzien van een diëlektrisch, isolerende omslag om kortsluiting met het testblok te voorkomen. Aan weerszijden van de testblokken zijn koelplaten aangebracht voor het koelen van de batterijcellen. Naast koeling door straling is er koeling door warmtegeleiding tengevolge van contact tussen de omslag, de wanden van het corresponderende testblok en de koelplaten. Dergelijke metalen testblokken worden 15 gewoonlijk gebruikt in de industrie voor het maken van batterijcellen voor vliegtuigen, om batterijcellen te testen, zoals nikkelwaterstofbatterijcellen, die een drukbestendige cilindrische mantel met halfbolvormige einden hebben.

De bekende inrichting heeft als nadeel dat het met een dergelijk nauwsluitend testblok moeilijk en tijdrovend is, een gelijkmatig geleidingscontact voor een grote groep batterijcellen tot stand te brengen.

20 Hierdoor worden de testbatterijcellen niet altijd uniform gekoeld tot een gewenste temperatuur, zodat de nauwkeurigheid van testen welke worden uitgevoerd om de nuttige levensduur van de batterij te voorspellen, beperkt is. Dit is een ongewenste toestand. Zo kan bijvoorbeeld niet gelijkmatig koelen (dat wil zeggen de vorming van koude punten), bij sommige batterijcellen, zoals nikkelwaterstofbatterijcellen, de slechte verdeling van het elektrolyt in de batterijcel veroorzaken en daardoor de levensduur van de batterijcel 25 verkorten. Een niet uniforme temperatuur over het oppervlak van de batterijcel vergroot het effect van de temperatuur als een variabele factor bij het voorspellen van de levensduur van batterijcellen.

Het is een doel van de uitvinding een inrichting te verschaffen welke hierin verbetering brengen.

Hiertoe wordt de inrichting van de in de aanhef vermelde soort gekenmerkt doordat de drager als scheidingswand tussen een bovenste kamer en een onderste kamer in een huis is gevormd, en dat de 30 bussen vanaf de scheidingswand in de onderste kamer uitsteken en waarbij bij elke bus voor het vrijhouden van een ringruimte met een daarin te plaatsen batterijcel, vanaf het binnenoppervlak van de omtrekswand afstandsmiddelen uitsteken, door welke omtrekswand inlaatdoorgangen verlopen om gas vanuit de onderste kamer in de ringruimte te voeren, dit gas in de ringruimte in hoofdzaak in omtreksrichting te doen stromen en omhoog door de toegangsopening de bovenste kamer in en waarbij ventilatiemiddelen voor het 35 terugcirculeren van het gas van de bovenste kamer naar de onderste kamer en van hier naar de inlaatdoorgangen aanwezig zijn, alsmede middelen om het gas zoals door koelen, op de gewenste temperatuur te brengen voordat het de inlaatdoorgangen bereikt.

Het handhaven van een continue stroom van gas, dat rond het oppervlak van de batterijcel circuleert, bevordert het handhaven van een uniforme batterrijceltemperatuur. Koude of hete punten worden geêlimi-40 neerd of aanzienlijk verminderd door te verhinderen, dat het gas loodrecht op de batterijcel botst. Door de dimensionering van de holte van de bus kan de batterijcel gemakkelijk in de bus worden gestoken en uit de bus worden verwijderd, hetgeen de snelheid van testen helpt bevorderen. Zo kunnen een betrekkelijk groot aantal batterijcellen worden afgekoeld of verwarmd tot de gewenste temperatuur en snel elektrisch en met nauwkeurige resultaten worden getest. Dit testen is langs betrekkelijk goedkope weg mogelijk, waarbij een 45 relatief groot aantal batterijcellen snel gemonteerd kan worden en verwijderd kan worden. Bovendien kunnen met de inrichting verscheidene maten en aantallen van batterijcellen worden opgenomen met, indien nodig, slechts kleine wijzigingen aan de inrichting.

Het heeft de voorkeur dat de inlaatdoorgangen elk bestaan uit een rechthoekige sleuf met een langs-hartlijn, die in hoofdzaak evenwijdig is aan de langshartlijn van de bus en van welke sleuf de wanden met 50 het buiten- en binnenoppervlak van de bus gezien in dwarsdoorsnede van de bus een scherpe hoek insluiten. Hierdoor zal het gas in een schroeflijnvormige baan langs een ingebrachte batterijcel worden gecirculeerd, hetgeen de omvang van het batterijceloppervlak, dat per tijdseenheid in contact komt met het gas, vergroot. Hierdoor is er een betere warmteuitwisseling en worden koude of hete punten vermeden of verminderd.

55 Bij voorkeur bedraagt die scherpe hoek bij de sleuf 45°. Een sleuf is onder deze hoek goed aan te brengen terwijl een uniform koelen van batterijcellen is te bereiken.

Bij voorkeur is elke bus voorzien van vier inlaatsleuven, die in omtreksrichting rondom de bus op gelijke 194816 2 afstand van elkaar zijn geplaatst. Een gelijkmatige stroming van gas langs een batterijcel wordt zo bevorderd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de inlaatsleuven nabij het ondereinde van elke bus gelegen. De batterijcel wordt zo over nagenoeg het gehele oppervlak daarvan gekoeld.

5 In een uitvoeringsvorm is de bovenste kamer voorzien van een deksel dat kan worden geopend. Deze voorkeursuitvoeringsvorm is constructief eenvoudig, goedkoop en vergemakkelijkt luchtstroming. Door het deksel kan gemakkelijk toegang worden verkregen tot de inrichting voor het plaatsen of verwijderen van batterijcellen.

In een uitvoeringsvorm heeft van elke bus de bodem een gat voor een aansluitklem van een batterijcel, 10 met welke batterijcel afdichtmiddelen op de bodem rond het gat kunnen samenwerken. Zo wordt voorkomen dat via het gat in de bodem van de bus ongerichte luchtstromingen langs de batterijcel ontstaan. De inrichting wordt door het gat in het bijzonder geschikt voor batterijcellen die aan hun beide uiteinden zijn voorzien van een aansluitklem.

Bij voorkeur zijn ten minste de afstandsmiddelen van diëlektrisch materiaal vervaardigd. Kortsluiting 15 tussen de batterijcel en de huls wordt zo voorkomen.

De uitvinding zal duidelijker worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving aan de hand van de bijgaande tekening.

Figuur 1 toont hierin een perspectivisch aanzicht, waarbij delen zijn weggelaten, van een inrichting voor 20 het koelen van meerdere batterijcellen gedurende het elektrisch testen; figuur 2 is een verticale, enigszins schematische doorsnede van de testinrichting volgens figuur 1; figuur 3 is een verticale doorsnede van een individuele bus met ingestoken batterijcel voor het testen; en figuur 4 is een horizontale doorsnede van de bus en batterijcel volgens de lijn 4-4 in figuur 3.

25 In de figuren 1 en 2 is een inrichting 10 voor het koelen van een groot aantal (60 bij het getekende uitvoeringsvoorbeeld) batterijcellen 12 gedurende het elektrisch testen getekend. De batterijcellen zijn van het nikkelwaterstoftype, waarvan er één in figuur 3 is getekend en hebben een cilindrisch middengedeelte en halfbolvormige einddelen. De inrichting 10 omvat een huis 13, dat bestaat uit een bovenste kamer 14 en uit een onderste kamer 16, die zijn gescheiden door een horizontale scheidingswand of schot 18. In het 30 schot 18 is een aantal openingen 20 gevormd, waarbij elke opening 20 is gedimensioneerd voor het opnemen van een batterijcelopneembus 24. Bij voorkeur kan de bus 24 uit de opening 20 worden verwijderd. Elke bus 24 heeft een opening 26 in het boveneinde en is aan het ondereinde 25 bij voorkeur gesloten. De bus 24 is zodanig in de opening 20 geplaatst, dat de opening 26 zich boven het schot 18 bevindt en naar de bovenste afdeling 14 opent.

35 Een batterijcel 12 met aansluitklemmen 30 aan één einde kan door deze opening 26 in elke bus 24 worden gestoken. Bij voorkeur is een flens 32 aangebracht rondom de opening 26 van elke bus 24, zodat men de bus 24 eenvoudig in elke opening 20 van het schot kan laten vallen met de flens 32 op het schot 18. De flens 32 kan ook worden gebruikt voor het monteren van aansluitklemmen 34 voor het elektrisch verbinden van de batterijcel 12 met een elektrische testinrichting (niet getekend).

40 Een circulatiesysteem, zoals een of meer elektrische centrifugaalventilatoren 36, is aangebracht voor het doen circuleren van een koelgas (aangegeven met de pijl 37) door de inrichting 10. Elke ventilator 36 heeft een inlaat 36A en een uitlaat 36B. Bij voorkeur steekt de motor voor elke ventilator in hoofdzaak buiten het huis 13 uit (zie figuur 2) en wordt afzonderlijk gekoeld door zijn eigen ventilator (niet getekend), teneinde het inbrengen van aanvullende warmte en vocht in het huis te verhinderen. Een koelsysteem wordt gebruikt 45 voor het koelen van het circulerende gas, dat bijvoorbeeld is voorzien van een of meer freonverdampers 38, waarbij elke verdamper 38 is gecombineerd met een compressor 39. Het aantal ventilatoren 36 en de koelcapaciteit van de verdamper/compressorcombinatie 38, 39 zal onder andere afhangen van het aantal op een bepaald moment te koelen batterijcellen 12 en de te bereiken gewenste temperatuur. De koelinrichting 10, die in de figuren 1 en 2 is getekend, omvat vier ventilatoren 36, twee verdampers 38 en twee compres-50 soren 39 voor het koelen van tot 60 batterijcellen gedurende het elektrisch testen. Het gas wordt door twee ventilatoren 36 door elke verdamper 38 gecirculeerd.

Volgens de figuren 3 en 4 heeft elke bus 24 een binnenoppervlak 42, dat een ruimte 44 begrenst en is gedimensioneerd voor het vormen van een ringvormige of ringruimte 46 tussen een opgenomen batterijcel 12 en het binnenoppervlak 42. Bij een cilindrische batterijcel zijn de ruimte 44 en de daaruit voortvloeiende 55 ringruimte 46 bij voorkeur in hoofdzaak cilindrisch. Deze ringruimte 46 moet voldoende groot zijn om een koelstroom van het gas tussen de batterijcel 12 en het binnenoppervlak 42 toe te laten voor warmte-wisseling met de batterijcel 12. Een aantal uitstulpingen of steunen 48 op het binnenoppervlak 42 positione- 3 194816 ren de opgesloten batterijcel 12 centraal in de ruimte 44, om de ringruimte 46 in stand te houden.

Een aantal inlaatgaten, of bij voorkeur rechthoekige inlaatsleuven 50 door de omtreks- of zijwand van de bus 24 heen, kunnen worden gebruikt voor het toevoeren van het koelgas aan de ringruimte 46. Elke sleuf 50 is zijdelings hellend aangebracht, waarbij zij onder een hoek kleiner dan 90° ten opzichte van het 5 oppervlak van de batterijcel 12 door de wand van de bus 24 gaat. Het door de sleuven 50 aan de ringruimte 46 toegevoerde koelgas wordt daarom in hoofdzaak in omtreksrichting rondom de opgesloten batterijcel 12 gericht. Bovendien verhindert de schuine stand van elke sleuf 50 het direct botsen van het koelgas op het oppervlak van de batterijcel 12, hetgeen doelmatig bleek te zijn om koude punten te vermijden. In optimale toestand moet elke sleuf 50 de tangentiale stand zo dicht mogelijk benaderen.

10 Figuur 4 toont elke sleuf 50 onder een hoek van ongeveer 45° ten opzichte van het oppervlak van de batterijcel 12 en het binnenoppervlak 42 van de bus 24. De hoek van 45° werd gekozen als compromis tussen het gemakkelijk machinaal aanbrengen van de leuven 50 in elke bus 24 en het verkrijgen van bevredigende koelresultaten. Bij voorkeur zijn vier rechthoekige inlaatsleuven 50 op gelijke onderlinge afstand in omtreksrichting rondom de bus 24 aangebracht en deze zijn gelegen nabij het gesloten einde 25 15 van de bus 24. Het grootste deel van de warmte, die door dergelijke nikkelwaterstofbatterijcellen wordt ontwikkeld, wordt ontwikkeld langs het cilindrische gedeelte van de batterijcel 12. Het is doelmatig gebleken, de sleuven 50 vlak boven het onderste halfbolvormige einddeel 52 van de batterijcel 12 aan te brengen. De langshartlijn van elke sleuf 50 is ook bij voorkeur evenwijdig aan de langshartlijn van de bus 24.

Om mogelijke kortsluiting te vermijden bij het testen van nikkelwaterstof-drukvatbatterijcellen, moeten ten 20 minste de uitstulpingen 48 van diëlektrisch materiaal zijn vervaardigd, evenals een zo groot mogelijk gedeelte van het huis 13. «

Het is soms belangrijk visuele toegang te hebben tot de opgesloten batterijcellen 12, bijvoorbeeld wanneer een interne drukmeter (niet getekend) aan de batterijcel 12 is bevestigd. Een doorzichtig deksel 60, dat kan worden geopend, kan tot dit doel boven de bovenste kamer 14 zijn aangebracht. Bij voorkeur is 25 het deksel 40 onderverdeeld, om het openen te vergemakkelijken.

Bij een alternatieve uitvoeringsvorm, die in stippellijnen in figuur 3 is getekend, is de bus 24 gewijzigd voor het opnemen van een batterijcel 12, die aan elk einddeel is voorzien van een aansluitklem 70. Een gat 72 is gevormd door het onderste (gesloten) einde 25 van de bus 24 en gedimensioneerd voor het doorlaten van de eindaansluitklem 70. Het onderste halfbolvormige einddeel 52 van de batterijcel 12 kan een 30 afdichting vormen op de rand van het gat 72, of een afdichting kan zijn opgenomen die geschikt is voor het opgesloten batterijcel.

Bij bedrijf worden de ventilatoren 36 gebruikt voor het circuleren van het gas door de verdampers 38 in combinatie met de compressoren 39, en in de onderste afdeling 16. Deze circulatie produceert een klein drukverschil tussen de bovenste kamer 14 en de onderste kamer 16, die op zijn beurt het nu gekoelde gas 35 door de inlaatsleuven 50 in de ringruimten 46 laat stromen, laat circuleren rondom de opgenomen batterijcellen 12 en naar de busopening 26 en in de bovenste kamer 14 laat stromen. Het gas wordt verwarmd door de batterijcellen. Het feit dat een verwarmd gas natuurlijk stijgt boven een gekoeld gas, draagt bij aan het drukverschil voor het doen circuleren van het gas naar de busopening 26. Na de bovenste kamer 14 wordt het verwarmde gas opnieuw gekoeld, terwijl het door de verdampers 38 stroomt 40 en wordt door de ventilatoren 36 teruggecirculeerd in de onderste kamer 16.

Uniformiteit van het dwarsdoorsnede-oppervlak van de gaten of sleuven 50 in elke bus 24, en de blootstelling van alle bussen 24 aan een gemeenschappelijke druk in de onderste kamer 16 brengt in hoofdzaak uniformiteit tot stand in de gasstroomsnelheid door elke sleuf 50. Deze uniforme stroomsnelheid helpt ervoor te zorgen, dat elke batterijcel 12 uniform wordt gekoeld tot dezelfde temperatuur. Bij voorkeur 45 zijn de sleuven 50 gedimensioneerd voor het beperken van de stroom van, en daardoor verhogen van de snelheid van, het gas terwijl het de ringruimten 46 binnenstroomt en rondom de batterijcellen 12 circuleert. Het dimensioneren van elke sleuf 50 om de gasstroom met ongeveer 25% te beperken, bleek deze uniforme koeling te bevorderen.

Bij een in de praktijk toegepaste inrichting 10 werden twee compressoren 39 toegepast, beide gewaar-50 deerd op 1,5 ton gemiddelde temperatuur, twee verdampers 38, beide gewaardeerd op 348,2 kJ/h koelcapaciteit, vier ventilatoren 36, die elk een debiet van 14 m3/H hebben, en 60 batterijcelopneembussen 24. De geteste nikkelwaterstofbatterijcellen 12 waren 23,1 cm lang en hadden een diameter van 8,9 cm, waarbij elk halfbolvormig einddeel een straal had van 4,5 cm. De bussen 24 waren gedimensioneerd voor het vormen van een ringvormige ruimte van 0,635 cm tussen de batterijcel 12 en het binnenoppervlak 42 55 van de bus. Elke sleuf 50 was 3,8 cm lang en 0,32 cm breed.

Wanneer de bus 24 een cilindrisch binnenoppervlak 42 heeft en de batterijcel 12 een cilindrisch huis heeft, zoals een conventionele nikkelwaterstofbatterijcel, zorgen de plaats, de beperkende afmetingen en de

Claims (8)

194816 4 9 hellingshoek van de inlaatsleuven 50 in combinatie met het drukverschil, veroorzaakt door het circulerende gas, voor een snelle schroeflijnvormige beweging van het koelgas in hoofdzaak in omtreksrichting rondom het oppervlak van de batterijcel 12. Deze snelle schroeflijnvormige beweging bewerkstelligt een uniforme koeling door het produceren van een laminaire stroming, die de neiging heeft zich te vormen op gladde 5 oppervlakken, zoals de cilindrische huizen van nikkelwaterstofcellen en in enige mate hun halfbolvormige einddelen 52, en is zelfs doelmatig bij lange batterijcellen. De schroeflijnvormige beweging van het gas leidt tot een goede warmtewisseling tussen het gas en de batterijcel 12 en dus tot een hoog nuttig koeleffect. Met de onder een hoek staande gasstroom wordt verhinderd dat het circulerende gas loodrecht botst op het oppervlak van de batterijcel 12 waardoor een 10 koud punt op de batterijcel 12 direct aangrenzend aan de sleuf 50 zou worden gecreëerd. Het dauwpunt van het koelgas moet worden beperkt, zodat geen condensatie optreedt. Deze condensatie zou de gasstroom kunnen belemmeren of de elektrische ongeschondenheid van een elektrische test kunnen aantasten. Deze condensatie kan worden verhinderd door bij het begin te zorgen voor een droog gas en voor een gepaste druktoestand in de inrichting 10. Om vochtproblemen te helpen verhinderen, kan 15 het wenselijk zijn, een kleine overdruk in de inrichting te handhaven door het invoeren van een langzame stroom van droog gas uit een uitwendige bron (niet getekend). De uitgevoerde elektrische tests omvatten cycli van elektrisch laden en ontladen van de testbatterijcellen, inclusief de exotherme delen van de cycli (dat wil zeggen overbelasten en ontlasten). Bijvoorbeeld na initiële activering worden de batterijcellen gevoerd door drie opeenvolgende, gesloten cycli bij 10°C. Elke gesloten 20 cyclus bestaat uit het laden van de batterijcellen gedurende 16 uur en het dan ontladen van de batterijcellen in ongeveer 2,5 uur. Na de gesloten cycli worden de batterijcellen getest op prestaties bij 20°C, 10°C en 0°C. Bij het prestatietesten worden de batterijcellen achtereenvolgens geladen gedurende 16 uur en dan ontladen gedurende ongeveer 2,5 uur bij elke temperatuur. De batterijcellen worden gestabiliseerd op elke temperatuur, voordat aan de nieuwe cyclus wordt begonnen. Tenslotte worden de batterijcellen onderwor-25 pen aan een ladingvasthoudtest, die omvat het laden van de batterijcellen gedurende 16 uur bij 10°C en dan het houden van de batterijen op deze temperatuur onder een open kringloop gedurende 24 uur. 30

1. Inrichting voor het op temperatuur houden, zoals door koelen, van batterijcellen gedurende het elektrisch testen daarvan, voorzien van een drager met bussen die elk voorzien zijn van een toegangsopening in de bovenzijde en holtes vormen voor ontvangst in elk van een batterijcel, en een binnenoppervlak bezitten, met het kenmerk, dat de drager als scheidingswand (18) tussen een bovenste kamer (14) en een onderste 35 kamer (16) in een huis (13) is gevormd, en dat de bussen (24) vanaf de scheidingswand (18) in de onderste kamer (16) uitsteken en waarbij bij elke bus (24) voor het vrijhouden van een ringruimte (46) met een daarin te plaatsen batterijcel (12), vanaf het binnenoppervlak (42) van de omtrekswand afstandsmiddelen (48) uitsteken, door welke omtrekswand inlaatdoorgangen (50) verlopen om gas vanuit de onderste kamer (16) in de ringruimte (46) te voeren, dit gas in de ringruimte (46) in hoofdzaak in omtreksrichting te doen stromen 40 en omhoog door de toegangsopening (26) de bovenste kamer (14) in en waarbij ventilatiemiddelen (36) voor het terugcirculeren van het gas van de bovenste kamer (14) naar de onderste kamer (16) en van hier naar de inlaatdoorgangen (50) aanwezig zijn, alsmede middelen (38, 39) om het gas zoals door koelen, op de gewenste temperatuur te brengen voordat het de inlaatdoorgangen bereikt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat inlaatdoorgangen elk bestaan uit een rechthoekige 45 sleuf (50) met een langshartlijn, die in hoofdzaak evenwijdig is aan de langshartlijn van de bus (24) en van welke sleuf de wanden met het buiten- en binnenoppervlak van de bus (24) gezien in dwarsdoorsnede van de bus (24) een scherpe hoek insluiten.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de scherpe hoek 45° bedraagt.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elke bus (24) is voorzien van vier inlaatsleuven (50), 50 die in omtreksrichting rondom de bus (24) op gelijke afstand van elkaar zijn geplaatst.

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de inlaatsleuven (50) zijn gelegen bij het ondereinde (25) van elke bus (24).

6. Inrichting volgens een der conclusies 1—5, met het kenmerk, dat de bovenste kamer (14) voorzien is van een deksel (60) dat kan worden geopend.

7. Inrichting volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat van elke bus (24) de bodem (25) een gat (72) heeft voor een aansluitklem (70) van een batterijcel (12), met welke batterijcel (12) afdichtmiddelen « 5 194816 . °P de bodem (25) rond het gat kunnen samenwerken.

8. Inrichting volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat ten minste de afstandsmiddelen (48) van diëlektrisch materiaal zijn vervaardigd. Hierbij 2 bladen tekening __i