DE2936202A1 - Batteriepol fuer hochtemperaturbatterien - Google Patents
Batteriepol fuer hochtemperaturbatterienInfo
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Description
VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51
Die Erfindung betrifft einen Batteriepol für Hochtemperaturbatterien.
Bei Hochleistungsbatterien, die auf der Basis elektrochemischer Hochtemperatursysteme mit schmelzflUsslgen oder
festen Elektrolyten arbeiten, kommt dem Problem der Wärmeisolierung eine besondere ßedeutung zu. Die Betriebstemperatur beispielsweise einer Lithium/Eisensulfid-Batterie mit einem geschmolzenen Lithiumchlorid-Kaliumchlorid-Salzgemisch liegt zwischen 670 und 770°K.
In ihrer allgemeinen AusfUhrungsform ist die einzelne Hochtemperaturzelle ein Stahlbehälter, aus dessen Oberseite
lediglich der positive und der negative Elektrodenableiter herausragen. Zweckmäßig ist nur für den positiven, Ableiter eine Durchführung in der Behälterwand vorgesehen,
während der negative Ableiter direkt auf den Behälter aufgeschweiet ist, da dieser mit den negativen Elektroden
kurzgeschlossen werden kann.
FUr ein mehrere dieser Zellen enthaltendes Batteriegehäuse ergibt sich die Forderung einer wirksamen Wärmedämmung, die einerseits während Standzelten der Batterie
ein rasches Erstarren des Schmelzelektrolyten verhindert, andererseits auch den Verbraucher vor zu starker Hitzeeinwirkung schützt. Sine effektvolle thermische Isolierung von Hochtemperaturbatterien ist durch die Verwendung neuer Materialien, vorzugsweise in mehrschichtiger
Anordnung (»multifoil»), möglich geworden.
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Ausgenommen von dieser Maßnahme blieben jedoch die Stromzuleitungen
bzw. Batteriepole, welche eine durchgehende Strecke mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit
vom heißen Innern der Batterie bis zu dem auf Umgebungstemperatur befindlichen Verbraucher bilden.
Da in der Praxis meist hohe Ströme der Größenordnung 100 bis 200 A entnommen werden, ist zur Erzielung eines
möglichst niedrigen Leitungswiderstandes ein entsprechend großer Querschnitt des Batteriepols unerläßlich. Diese
elektrische Koppelung der heißen Zellen mit dem kalten Verbraucher bedeutet zwangsläufig aber auch eine gute
thermische Koppelung, die unerwünscht ist, veil si« zu
Wärmeverlusten der Batterie führt, welche in Ruhezeiten durch eine Zusatzheizung ausgeglichen werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu treffen, die es gestattet, in Ruhezeiten der
Hochtemperaturbatterie mit einer elektrischen Entkoppelung vom Verbraucher zugleich auch den Wärmeabfluß aus
der Batterie über die Pole weitgehend zu unterbinden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Batteriepol im Durchführungsbereich durch die Wärmeisolation
des Batteriegehäuses als Hohlleiter ausgeführt ist, dessen Hohlraum bei Betrieb der Batterie mit einem
leicht schmelzenden Metall ausgefüllt ist.
Durch Auffüllen des Hohlraumes mit einem schmelzflüssigen Metall wird der Durchgang hoher Ströme durch den Batteriepol während der Betriebsphasen sichergestellt. Das Metall
kann ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall wie
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Quecksilber sein, doch sind auch niedrigschmelzende Alkalimetalle wie Natrium und Kalium oder Schwermetalle wie Zinn,
Blei, Zink und Indium ebenso geeignet. Wesentlich ist, daß ihr Schmelzpunkt niedriger liegt als die Temperatur
der Umgebung des Hohlraumes im Batteriepol.
Während Standzeiten der Batterie wird der Hohlraum von dem schmelzflüssigen Metall, das über eine Zuleitung in einen
Vorratsbehälter zurückfließt, entleert. Der leere, ggfls.
evakuierte oder mit einem Inertgas (Helium,Argon) gefüllte Hohlabschnitt des Batteriepols stellt dann eine Barriere
für den Wärmeabfluß aus dem heißen Batterieinnern nach draußen dar. Batterie und Verbraucher sind damit in der
heißen Zone des Isoliergehäuses in weitgehendem Maße thermisch entkoppelt.
Die Übernahme der Stromleitung im Hohlabschnitt des Batteriepols durch ein flüssiges und weniger gut leitendes
Metall macht eine Vergrößerung des Querschnitts für dieses Teilstück notwendig, wenn der elektrische Widerstand der
gleiche wie am massiven Polende bleiben soll.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind für eine Abschätzung
der Querschnittsvergrößerung einige spezifische Widerstände^) von Kupfer und Natrium bei verschiedenen absoluten
Temperaturen aufgeführt.
Tab.1 Spezifischer Widerstandβ von Kupfer und Natrium
ζί χ cm
298 473 573 673 T [0K]
Cu | 1, | 67 | 2, | 89 | 3, | 57 | 4 | ,39 |
Na | 4, | 2 | 13, | 50 | 17, | 50 | 21 | ,90 |
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Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist der spezifische
Widerstand von flüssigem Natrium bei 673°K nur um den Faktor 5 höher als der von reinem Kupfer. Demnach muß
zur Erzielung eines unveränderten Leitungswiderstandes der Hohlabschnitt etwa einen doppelten Durchmesser wie
das massive Ende des Kupferpols erhalten.
Figur 1 gibt den Erfindungsgegenstand in einer schematischen Darstellung wieder.
Durch die Batteriegehäusewand 1 ist der Batteriepol 2 so hindurchgefUhrt, daß sein als Hohlleiter 3 ausgebildeter
Teilabschnitt im wesentlichen von der Wärmeisolation k des Batteriegehäuses eingebettet ist« Im Batterieinnern,
bei 5, nimmt der Batteriepol die Zellenanschlüsse auf.
Der Durchmesser eines erfindungsgemäßen Batteriepols beträgt an den massiven Abschnitten beigieisweise 10 mm,
am Hohlabschnitt 20 mm, und die Länge etwa 100 mm.
Zur Füllung des Hohlleiters 3 steht das leicht schmelzende Metall 6 im Vorratsbehälter 7 zur Verfügung, aus dem es
durch die Rohrleitung 8 in den Hohlraum 9 gelangt.
Die Förderung des flüssigen Metalls 6 kann, wie in der Figur angedeutet, mittels Gasdruck geschehen, indem ein
Inertgas von einer externen Pumpe durch den Dreiweghahn über den Gaskanal 11 in den Vorratsbehälter 7 hineingedrUckt
wird, nachem der Hohlraum 9 zuvor durch den Gaskanal 12 evakuiert wurde. Während des Betriebes wird
durch Aufrechterhaltung des Gasdruckes im Vorratsbehälter das flüssige Metall 6 am Zurückfließen gehindert. Bei
Beginn von Standzeiten wird der Gasdruck im Vorratsbehälter 7 über den Dreiweghahn 10 abgebaut, so daß das
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flüssige Metall vermöge seiner eigenen Schwere aus dem Hohlraum 9 ausläuft. Es hinterläßt dort für die Dauer
der Standzeit ein wärmedämmendes Vakuum. Dieses kann jedoch auch mit Hilfe des Dreiweghahns 10 durch eine
Inertgasfüllung ersetzt werden.
Liegt zwischen dem Innenraum der Batterie und der Umgebung eine Temperaturdifferenz von 480°Kr so ergibt
sich über zwei der in der Figur dargestellten Pole aus Kupfer und einer Natrium-Füllung ein Wärmeabfluß von
50 Watt gegenüber 160 Watt bei massiven Polen von 10 mm
Durchmesser und 200 mm Länge. Das bedeutet eine Verminderung 5öS Wärmeabflusses um etwa 70 %.
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Claims (2)
1. Batteriepol für Hochtemperaturbatterien, dadurch gekennzeichnet,
daß der Batteriepol (2) im Bereich seiner Durchführung durch die Wärmeisolation (A) des Batteriegehäuses
als Hohlleiter (3) ausgeführt ist, dessen Hohlraum (9) bei Betrieb der Batterie Bit einem leicht
schmelzenden Metall (6) ausgefüllt ist.
2. Batteriepol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (3) mit einem Vorratsbehälter (7)
für das leicht schmelzende Metall (6) im Innern des Batteriegehäuses durch eine Zuleitung (8) verbunden
1st.
3· Batteriepol nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
da8 der Schmelzpunkt des leicht schmelzenden Metalls (6) niedriger liegt als die Umgebungstemperatur des Hohlleiters (3)·
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ORIGINAL INSPECTED
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