DE3942470A1 - Hochtemperatur-speicherbatterie - Google Patents
Hochtemperatur-speicherbatterieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Spei
cherbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Solche Hochtemperatur-Speicherbatterien, die aus elek
trochemischen Speicherzellen auf der Basis von Alkalime
tall und Chalkogen aufgebaut sind, werden in vermehrtem
Maße für die Elektroantriebe von Fahrzeugen eingesetzt.
Die bis jetzt bekannten Hochtemperatur-Speicherbatterien
mit elektrochemischen Speicherzellen der o.g. Bauart
arbeiten bei einer Temperatur von 350°C. Um Wärmever
luste, insbesondere in den Ruhephasen der Hochtempera
tur-Speicherbatterien zu vermeiden, sind diese von einer
thermischen Isolierung umgeben. Bei den chemischen Reak
tionen, die in den Speicherzellen während des Betriebs
ablaufen, wird soviel Wärme erzeugt, daß eine Kühlung
der Speicherzellen erforderlich ist, damit die angegebe
ne Arbeitstemperatur von 350°C aufrecht erhalten werden
kann und nicht überschritten wird. Falls es zu einem
Temperaturanstieg innerhalb einer Hochtemperatur-Spei
cherbatterie auf Werte kommt, die wesentlich über der
Arbeitstemperatur der Speicherzellen liegen, so ist eine
Beschädigung der Speicherzellen nicht auszuschließen.
Aus der GB-PS 13 86 525 ist eine Hochtemperatur-Spei
cherbatterie mit einer Kühlung bekannt. Die Batterie ist
aus einer Vielzahl von Speicherzellen aufgebaut, die
sich in einem Aluminiumbehälter befinden. Dieser Behäl
ter ist doppelwandig ausgebildet. Zwischen der inneren
und äußeren Begrenzungswand des Behälters ist ein Iso
liermaterial angeordnet. In dem Behälter ist ein Ver
teilerraum vorgesehen, über welchen den Speicherzellen
das Kühlmedium zuführbar ist. Über einen Sammelraum kann
das Kühlmedium nach dem Umströmen der Speicherzellen
wieder nach außen abgeleitet werden.
Von Nachteil ist hierbei, daß sich das Kühlmedium be
reits innerhalb des Verteilerraums erwärmen kann, so daß
den Speicherzellen teilweise schon ein erwärmtes Kühl
mittel zugeführt wird, und damit nur eine unzureichende
Kühlung der Speicherzellen gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Hochtemperatur-Speicherbatterie aufzuzeigen, bei der das
Kühlmedium in den Speicherzellen so zugeführt wird, daß
alle Speicherzellen von einem Kühlmedium umströmt wer
den, das sich auf dem gleichen Temperaturniveau befin
det.
Diese Augabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die thermische Isolierung, welche
die Hochtemperatur-Speicherbatterie nach innen und außen
begrenzt, in einen Innenraum aufgeteilt, der die Spei
cherzellen aufnimmt. Unterhalb dieses Innenraums ist der
Verteilerraum für das Kühlmedium vorgesehen. Oberhalb
des Innenraums ist der Sammelraum angeordnet, über den
das Kühlmedium wieder nach außen abgeleitet werden kann.
Der Verteilerraum ist in zwei oder mehrere Kanäle und
eine Vorkammer unterteilt. Die einmal eingestellte
Verteilung des Kühlmediums muß stabil bleiben. Sie darf
im wesentlichen weder von der Temperatur, noch vom
Durchsatz des Kühlmediums abhängig sein, da sonst eine
kontrollierte Kühlung der Hochtemperaturspeicherbatterie
nicht möglich ist. Erfindungsgemäß ist die Hochtempera
tur-Speicherbatterie deshalb so ausgebildet, daß die
zwischen der Vorkammer und den Kanälen bzw. den Kanälen
und dem Innenraum der Speicherbatterie vorgesehenen Öff
nungen als hydraulische Widerstände, sogenannte Drosseln,
ausgebildet sind. Jeder dieser Widerstände ist so ge
staltet, daß er wesentlich größer ist, als alle hydrau
lischen Widerstände in den oben genannten Räumen und
Kanälen zusammen. Jeder dieser Widerstände ist zudem so
ausgebildet, daß er innerhalb der systemtypischen
Schwankungsbreite des Volumenstroms des Kühlmediums ei
nen praktisch konstanten Druckverlustbeiwert hat, wel
cher innerhalb der möglichen Temperaturunterschiede des
Kühlmediums vor den Widerständen konstant ist. Erfin
dungsgemäß sind die Drosseln in Form von Lochblenden,
Rohren oder Düsen ausgebildet, deren Querschnitt mittels
einer mathematischen Formel bestimmt wird. Die für den
Transport des Kühlmediums vorgesehenen Kanäle verlaufen
parallel zur Längsachse der Speicherbatterie. Das von
außen eingeleitete Kühlmedium wird zunächst der Vorkam
mer zugeleitet und strömt von dort aus in die Kanäle.
Von hier aus gelangt es über Öffnungen in den Innenraum
der thermischen Isolierung, wo es an den Speicherzellen
vorbeiströmt. Die Öffnungen sind so angeordnet, daß das
Kühlmedium zwischen den einzelnen Speicherzellen hin
durchströmen kann. Das erwärmte Kühlmedium wird eben
falls über Öffnungen aus dem Innenraum der thermischen
Isolierung in den Sammelraum abgeleitet und von dort aus
der Batterie herausgeführt. Die Kanäle des Verteiler
raums sind durch Trennwände voneinander abgegrenzt,
derart, daß die Kanäle nur zu der Vorkammer hin offen
sind. Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit ein- oder
beidseitig jeder Trennwand einen Hilfskanal auszubilden.
Erfindungsgemäß sind diese Hilfskanäle zu der Vorkammer
hin verschlossen, während sie an ihren, der Vorkammer
abgewandten Enden offen sind. Hierdurch wird eine noch
bessere Vermischung des Kühlmediums sichergestellt, so
daß allen Speicherzellen ein Kühlmedium mit der gleichen
Temperatur zugeführt werden kann.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Un
teransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 Einen Vertikalschnitt durch eine Hochtempera
tur-Speicherbatterie,
Fig. 2 den Verteilerraum der Hochtemperatur-Speicher
batterie,
Fig. 3 den Verteilerraum der Hochtemperatur-Speicher
batterie im Vertikalschnitt,
Fig. 4 eine Variante des Verteilerraums.
Fig. 1 zeigt eine Hochtemperatur-Speicherbatterie 1,
die nach innen und außen durch eine thermische Isolie
rung 2 begrenzt wird. Diese ist doppelwandig ausgebil
det, wobei zwischen den beiden Gehäusewandungen das Iso
liermaterial 3 angeordnet ist. Der Innenbereich der
thermischen Isolierung ist in einen Innenraum 4, einen
Verteilerraum 5 und einen Sammelraum 6 aufgeteilt. Im
Innenraum 4 sind die miteinander verschalteten Speicher
zellen 20 angeordnet, die hier nur schematisch darge
stellt sind. Über den Verteilerraum 5 wird dem Innenraum
4 ein Kühlmedium bspw. Luft zugeführt. Zwischen dem In
nenraum 4 und dem Verteilerraum 5 ist eine Trennwand 7
angeordnet, die Öffnungen aufweist, (hier nicht darge
stellt) über welche das Kühlmedium in den Innenraum 4
strömen kann. Eine weitere Trennwand 8 ist zwischen dem
Innenraum 4 und dem Sammelraum 6 angeordnet. Diese
Trennwand 8 ist ebenfalls mit Öffnungen (hier nicht dar
gestellt) versehen, über welche das Kühlmedium in den
Sammelraum 6 strömen kann, aus dem es dann nach außen
abgeleitet wird.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verteilerraum 5
mit der abgrenzenden Trennwand 7. Wie anhand von Fig. 2
zu sehen ist, weist die Trennwand 7 in definierten Ab
ständen Öffnungen 7 A auf. Eine Vielzahl von Öffnungen 7 A
liegen auf einer Geraden, die senkrecht zur Längsachse
des Verteilerraums 5 positioniert ist. Der Abstand zwi
schen solchen auf einer Geraden angeordneten Öffnungen
ist so bemessen, daß zwischen jeweils zwei solchen Öff
nungsreihen ein Modul 20 M angeordnet werden kann, der
eine definierte Amzahl von Speicherzellen 20 umfaßt.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die Anzahl der
Lochreihen so zu vergrößern, daß zwischen jedem Modul
von Speicherzellen eine weitere Reihe von Öffnungen an
geordnet ist. Der Verteilerraum 5 selbst ist durch
Trennwände 9 in mehrere Kanäle 10 unterteilt. Die Trenn
wände 9 sind so angeordnet, daß sie parallel zur Längs
achse der Hochtemperatur-Speicherbatterie 1 und damit
auch in Strömungsrichtung des Kühlmediums verlaufen.
Fig. 3 zeigt den von oben gesehenen Verteilerraum 5.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Verteilerraum 5 mit Hilfe der Trennwände 9 in vier Kanä
le 10 unterteilt. Diesen Kanälen 10 wird das Kühlmedium
von einer Vorkammer 11 aus zugeführt. In diese Vorkammer
11 wird das Kühlmedium über eine Leitung 12 eingeleitet,
die von außen durch die thermische Isolierung (hier
nicht dargestellt) hindurchgeführt ist. Die Kanäle 10
sind zur Vorkammer 11 hin offen. Erfindungsgemäß besteht
die Möglichkeit, die Öffnungen 7 A in der Trennwand 7
sowie die Eintrittsöffnungen 10 A der Kanäle 10 als hy
draulische Widerstände sogenannte Drosseln in Form von
Lochblenden, Rohren oder Düsen auszubilden, um eine
gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums, das jeder Spei
cherzelle zugeführt wird, sicherzustellen. Erfindungsge
mäß muß jede Lochblende eine definierte Querschnittsflä
che aufweisen. Diese Fläche wird nach folgender Formel
Σ a i /Q kleiner C. Dabei ist a i die Querschnittsfläche
des i-ten hydraulischen Widerstandes, Q der Querschnitt
der Kanäle 10 und Räume 5, 6 und 11. C hat den Wert 2,
wenn es sich um die Lochblenden 7 A und 10 A handelt. Bei
den Öffnungen, die zwischen dem Innenraum 4 und dem
Sammlerkanal 6 angeordnet sind, weist C einen Wert von 4
auf.
Fig. 4 zeigt eine Variante des Verteilerraums 5. Dieser
ist wiederum mit Hilfe von Trennwänden 9 in vier Kanäle
10 und eine Vorkammer 11 unterteilt. Erfindungsgemäß ist
ein- oder beidseitig jeder Trennwand 9 ein Hilfskanal 12
angeordnet. Die Hilfskanäle 12 sind an ihren der Vor
kammer 11 zugewandten Enden verschlossen. Sie sind mit
tels Trennwänden 13 gegen die Kanäle 10 über die gesamte
Höhe des Verteilerraums 5 abgegrenzt. Lediglich an ihren
zweiten der Vorkammer 11 abgewandten Enden sind die
Hilfskanäle 12 offen. Hierdurch ist es möglich, daß das
Kühlmedium, vom zweiten Ende der Kanäle 10 aus in die
von dort aus zugänglichen Hilfskanäle 12 strömen kann.
Der Verteilerraum 5 ist ebenfalls über eine Trennwand 7
gegen den Innenraum 4 abgegrenzt. Die Trennwand 7 ist
wiederum mit Öffnungen (hier nicht dargestellt) ver
sehen, über welche das Kühlmedium den Speicherzellen
(hier nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Die An
zahl der Öffnungen und deren Positionierung werden so
gewählt, daß eine optimale Zuführung des Kühlmediums zu
den Speicherzellen hin gewährleistet ist. Als Kühlmedium
wird vorzugsweise Luft verwendet.
Claims (10)
1. Hochtemperatur-Speicherbatterie mit einer ther
mischen Isolierung, in deren Innenraum (4) die miteinan
der verschalteten Speicherzellen (20) angeordnet sind,
wobei den Speicherzellen (20) von einem Verteilerraum
(5) aus ein Kühlmedium zuführbar ist, das über einen
Sammlerraum (6) wieder nach außen ableitbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verteilerraum (5) in zwei oder
mehrere Kanäle (10) und eine Vorkammer (11) unterteilt
ist.
2. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (10) parallel zur
Längsachse der Hochtemperatur-Speicherbatterie (1) und
zur Strömungsrichtung des Kühlmediums verlaufen.
3. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka
näle (10) über die gesamte Höhe des Verteilerraums (5)
mittels Trennwänden (9) gegeneinander abgegrenzt und nur
gegen die Vorkammer (11) hin offen sind.
4. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig jeder
Trennwand (9) ein Hilfskanal (12) angeordnet ist, der
zur Vorkammer (11) hin verschlossen und an seinem der
Vorkammer (11) gegenüberliegenden Ende offen ist.
5. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor
kammer (11) für die direkte Aufnahme des von außen in
die Hochtemperatur-Speicherbatterie (1) eingeleiteten
Kühlmediums vorgesehen ist.
6. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Vorkammer (11) und den Kanälen (10) Drosseln in Form
von Lochblenden oder Düsen angeordnet sind.
7. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Innenraum (4) und dem Verteilerraum (5) eine Trenn
wand (7) angeordnet ist, die an definierten Stellen mit
Öffnungen (7 A) für die Zufuhr des Kühlmediums zu den
Speicherzellen (20) angeordnet ist.
8. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Vorkammer (11) und dem Verteilerraum (5) bzw. dem
Verteilerraum (5) und dem Innenraum (4) sowie dem Innen
raum (4) und dem Sammelraum (6) zur gezielten Einstel
lung der Durchflußmenge des Kühlmediums durch die ein
zelnen Kanäle (10) hydraulische Widerstände, sogenannte
Drosseln (7 A, 10 A) eingebaut sind, wobei jeder Widerstand
(7 A, 10 A) wesentlich größer ist als die Summe der hydrau
lischen Widerstände insgesamt.
9. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Drosseln
(7 A, 10 A) folgender Bedingung genügt: Σ a i/Q kleiner C,
wobei a i der Durchmesser der i-ten Drossel, Q die Quer
schnittsfläche der Kanäle (10) oder der Räume (5, 6) ist,
und C bei den Drosseln (7 A, 10 A) einen Wert von 2 und bei
den zwischen dem Innenraum (4) und dem Sammelraum (6)
angeordneten Drosseln einen Wert von 4 aufweist.
10. Hochtemperatur-Speicherbatterie nach einem der
Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drosseln als Lochblenden, Rohre oder Düsen ausgebildet
sind.
Priority Applications (1)
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DE19893942470 DE3942470A1 (de) | 1988-12-24 | 1989-12-22 | Hochtemperatur-speicherbatterie |
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Publications (1)
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DE3942470A1 true DE3942470A1 (de) | 1990-06-28 |
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ID=25875691
Family Applications (1)
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8130 | Withdrawal |