DE69203289T2

DE69203289T2 - Nickel-Wasserstoff Akkumulatorenbatterie.

Info

Publication number: DE69203289T2
Application number: DE69203289T
Authority: DE
Inventors: Jose Morandi
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1991-05-03
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-05-01
Also published as: DE69203289D1; FR2676144B1; WO1992020113A1; EP0512906B1; FR2676144A1; US5268242A; EP0512906A1; ATE124807T1; JPH05508256A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nickel- Wasserstoff-Akkumulatorenbatterie, insbesondere zur Verwendung bei Raumflugkörpern.
Die auf das Volumen und die auf die Masse bezogene Energie sind zwei fundamentale Parameter einer Batterie für die Raumfahrt. So sucht man bei ihrer Planung ihre Größe zu und ihr Gewicht so weit wie möglich zu reduzieren.
Eine bekannte Nickel-Wasserstoff-Akkumulatorenbatterie enthält als Basisplatte ein Blech mit einer Dicke von 3 bis 4 mm, das die Akkumulatoren trägt. Jeder Akkumulator ist in einer mit einem Sockel versehenen Manschette angeordnet, die seine Befestigung auf der Basisplatte erlaubt. Wenn der Sockel einspringend ist, erfolgt seine Befestigung auf der Basisplatte durch Verschrauben oder Vernieten von unterhalb der Platte. Wenn der Sockel vorspringend ist, erfolgt seine Befestigung von oben. Diese Akkumulatorenbatterie weist außerdem elektrische Schutzelemente auf, die mit den Klemmen der Akkumulatoren verbunden und entweder oberhalb oder unterhalb der Akkumulatoren angeordnet sind.
Die Basisplatte dieser Batterie hat eine gewisse Biegsamkeit, die durch die mechanische Kohäsion der Gesamtheit der Batterie kompensiert wird. Die Batterie braucht nämlich eine ausreichende Steifheit, um zu vermeiden, daß sie die Wand des Satelliten, der sie tragen wird, belastet, wobei diese Wand aus Gewichtsgründen wabenförmig ist.
In dieser Batterie, bei der die elektrischen Schutzelemente unterhalb oder oberhalb der Akkumulatoren angeordnet sind, kann der mechanische Zusammenhalt der Einheit im oberen Bereich durch Klebungen zwischen Akkumulatoren oder durch mechanische Spannelemente bewirkt werden.
Diese Akkumulatorenbatterie hat eine zu große Bauhöhe aufgrund der Anordnung der elektrischen Schutzelemente.
Die vorliegende Erfindung soll diesen Nachteil verringern. Zu diesem Zweck sind die elektrischen Schutzelemente zwischen den Akkumulatoren angeordnet, was zu einer geringfügigen Vergrößerung der Maße in der Ebene der Batterie führt, was aber nicht sehr stört. Man will nämlich hauptsächlich eine Verringerung der Bauhöhe der Batterie erhalten. Da die Akkumulatoren weiter voneinander getrennt sind, läßt sich die Batterie durch eine Klebung nicht mehr zusammenhalten. Erfindungsgemäß gibt man, um die Verwendung eines allzu schweren mechanischen Haltesystems zu vermeiden, der Basisplatte eine besondere Form, die alleine die Gesamtheit der Batterie zusammenhält.
Die Erfindung hat also eine Nickel-Wasserstoff-- Akkumulatorenbatterie zum Gegenstand, die eine die Akkumulatoren tragende Basisplatte aufweist, wobei jeder Akkumulator von einer an der Basisplatte befestigten Manschette gehalten wird und wobei die Batterie ebenfalls elektrische Schutzelemente für die Akkumulatoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte Zellen zur Aufnahme der Manschetten aufweist, wobei die elektrischen Schutzelemente zwischen den Akkumulatoren angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 ist eine teilgeschnittene Profilansicht der Basisplatte der erfindungsgemäßen Akkumulatorbatterie.
Figur 2 zeigt diese Basisplatte von oben.
Figur 3 zeigt die Montage eines Akkumulators in seiner Manschette gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung.
Figur 4 zeigt, wie eine Manschette auf der Basisplatte angebracht wird.
Die im Raumfahrtbereich verwendeten Nickel-Wasserstoff-Akkumulatoren haben die äußere Form eines Zylinders, der an seinen beiden Enden in einer Halbkugel endet. Eine der Halbkugeln trägt die beiden elektrischen Klemmen und den Stutzen, der zur Herstellung des Akkumulators notwendig ist. Die Akkumulatoren werden in Manschetten zur ihrer Befestigung auf der Basisplatte der Batterie gehalten.
Die Figuren 1 und 2 sind Ansichten der Basisplatte im Profil und von oben, die bei der erfindungsgemäßen Akkumulatorbatterie verwendet wird. Diese Platte besteht aus Gewichtsgründen vorzugsweise aus Aluminium.
Die Basisplatte 1 enthält kreisförmige Zellen 2, die über den größten Teil einer ihrer Hauptflächen verteilt sind. Die Zellen sind vorteilhafterweise in einer sechseckigen Anordnung vorgesehen und liegen praktisch nebeneinander, um den Platz am besten zu nutzen. Die Platte 1 weist weiter außerhalb der Wände 3 Hohlräume auf, um so wenig Material wie möglich übrigzulassen. Die Wände der Zellen sind jedoch untereinander auf kürzestem Weg durch massive Teile 4 verbunden. Diese massiven Teile 4, die die gleiche Höhe wie die Wände 3 der Zellen haben können, haben eine geringe Masse, so daß Vertiefungen 5 zwischen drei benachbarten Zellen bestehen. Im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Boden der Zellen dünner als der an den anderen Stellen verbleibende Boden. Der Boden der Zellen hat ein zentrales Loch 6, das groß genug ist, um das Gewicht der Platte noch weiter zu verringern.
Folgt man einer Linie AA' so nahe wie möglich, d.h. indem man durch die Viertelwand 31, den massiven Bereich 41, die Viertelwand 32, den massiven Bereich 42 usw. bis zur Viertelwand 33 geht, dann liegt eine Rippe vor. Es gibt also eine bestimmte Anzahl von Rippen parallel zur Linie AA'. Gleiches kann gesagt werden in Bezug auf die Linie BB', der eine Rippe entspricht. Wie vorher gibt es eine bestimmte Anzahl von Rippen parallel zur Linie BB'. Man hat also Rippen vom Typ AA', die von Rippen vom Typ BB' gekreuzt werden. Dieses Netz von Rippen versteift beträchtlich die Basisplatte und verleiht einen ausreichenden Zusammenhalt zwischen Akkumulatoren. Die Akkumulatoren werden also mit einem Ende der Manschetten an der Basisplatte befestigt, ohne daß ein weiteres Halteelement notwendig wäre.
Die Basisplatte kann noch weitere nicht bezeichnete Herstellungsdetails aufweisen, um ihre Befestigung in einem Satelliten zu erlauben.
Der Eingang der Zellen ist abgeschrägt, um die Einführung der die Akkumulatoren haltenden Manschetten zu erleichtern.
Die Manschetten sind einfache Rohrabschnitte kreisförmigen Querschnitts ohne besonderen Sockel; daher ergeben sich eine beträchtliche Verringerung des Preises für die Herstellung dieser Teile und ein Platzbedarf, der auf den Außenquerschnitt der Manschette beschränkt ist. Die verringerten Kosten sind ein nicht vernachlässigbarer Vorteil bei einer Anwendung in der Raumfahrt. Die in den Vorrichtungen des Stands der Technik verwendeten Manschetten sind nämlich weniger einfacher ausgebildet und besitzen spanend bearbeitete Sockel, um geschraubt oder vernietet zu werden, oder sie können ausgehend von einem aufgerollten Blatt gebildet und durch Verschrauben in diesem Zustand gehalten werden.
Abgesehen von ihrer mechanischen Aufgabe muß die Manschette die thermische Kontinuität zwischen den Akkumulatoren gewährleisten. Die Batterie muß nämlich in einem sehr begrenzten Temperaturbereich arbeiten (einige Grad Celsius, zum Beispiel zwischen 0 und 10ºC), während die Außentemperatur in der Nähe der Batterie zwischen -25 und +60ºC schwanken kann. Außerdem stört die Batterie die thermische Umgebung: sie erwärmt sich, wenn sie Energie liefert, und sie kühlt sich ab, wenn sie wieder auflädt. Bei dieser Art Batterie gibt es üblicherweise ein System zur Wärmeregulierung. Man braucht daher eine gute Wärmekontinuität zwischen den Akkumulatoren. Die Manschette trägt zur guten Wärmekontinuität bei, indem sie je nachdem Kalorien abführt oder zuführt.
Die Akkumulatoren werden in ihre Manschette eingesetzt, ehe sie auf der Basisplatte befestigt werden. Die Montage kann nach dem in Figur 3 gezeigten Verfahren durchgeführt werden. Man schließt eine Seite der Manschette 10 durch einen hohlen und halbkugelförmigen Stopfen 11, dessen Form der die Manschette beendenden Halbkugel entspricht. Eine Ringdichtung 12 ist in einer peripheren Kehle des Stopfens angeordnet, um die Dichtheit zwischen der Manschette und dem Stopfen zu gewährleisten. Der halbkugelförmige Boden des Stopfens trägt einen kleinen Klebetropfen 13, zum Beispiel ein unter dem Namen "Solithane C 113" verkauftes Harz. Der Akkumulator 20 ist mit feinen Zentrierbändern 21 versehen, die regelmäßig angeordnet und auf die Peripherie des zylindrischen Teils des Akkumulators parallel zur Achse des Akkumulators aufgeklebt sind. Diese Bänder können z.B. aus einem Material sein, das unter der Marke "Kapton" im Handel erhältlich ist, und alle 60º um die Achse des Akkumulators herum angeordnet sein. Sie können eine Dicke von 0,1 mm aufweisen. Der so mit seinen Bändern versehene Akkumulator soll gerade in die Manschette gleiten. Indem der Akkumulator wie in Figur 3 gezeigt in seine Manschette eingedrückt wird, steigt das Harz in dem die Manschette vom zylindrischen Teil des Akkumulators trennenden Raum aufwärts. Wenn die Halbkugel des Akkumulators an ihrem Gegenstück des Stopfens ganz anliegt, muß das ganze Harz hochsteigen. Der Stopfen wird dann herausgezogen und man bewirkt die Polymerisation des Harzes. So erhält man eine blasenlose Klebeschicht, was wichtig ist für eine gute Wärmeleitung zwischen der Manschette und dem Akkumulator, sowie eine gute elektrische Isolation. Man kann dann im Inneren der Manschette und unter dem Akkumulator den Kabelschuh eines der Enden eines elektrischen Drahts mittels einer Schraube mit versenktem Kopf befestigen, die sich in das Loch 14 einfügt. Der Zusammenbau der Manschetten auf der Basisplatte geschieht durch Kleben. Eine Klebeschicht von etwa 0,3 mm Dicke wird zwischen der Außenhaut der Manschette im unteren Teil und der Innenhaut der Zelle der Basisplatte angeordnet.
Die Anordnung einer Manschette auf der Basisplatte ist in Figur 4 gezeigt. Man legt zuerst einen Zentrierring 15 aus Kunststoff mit Raumfahrtqualität auf den Boden der Zelle 2. Dieser Ring zentriert sich aufgrund des Absatzes 7 am Boden der Zelle. Bevor die den Akkumulator 20 enthaltende Manschette eingesetzt wird, befestigt man den Massedraht, der die Manschette elektrisch mit der Basisplatte verbinden soll. Dieser Massedraht ist einerseits mit der Manschette über eine Schraube mit versenktem Kopf, die im Loch 14 sitzt (siehe Figur 3), und eine Mutter, und andererseits mit der Basisplatte über eine Schraube verbunden, die am Boden der Zelle befestigt ist. Die Befestigungspunkte dieses Massedrahts sind symbolisch als Achse 16 für die Manschette (das ist die Achse des Lochs 14) und als Achse 8 für die Basisplatte angedeutet.
Bevor die Manschette in ihre Zelle eingedrückt wird, wurde die zwischen der Wand 3 der Zelle und dem Ring 15 vorhandene Kehle mittels einer Spritze gefüllt. Dann drückt man die Manschette in die Zelle. Der Innendurchmesser der Manschette entspricht abgesehen vom Spiel dem Außendurchmesser des Rings. Der Kleber steigt dann zwischen der Wand 3 der Zelle und der Manschette hoch, um eine Schicht 17 ohne Luftblasen zu bilden. Der Kleber kann von der gleichen Art sein wie der, der zum Kleben des Akkumulators in seine Manschette verwendet wurde. Im oberen Bereich der Zelle kann man eine kleine Senkung vorsehen, um eventuell einen Überfluß an Kleber aufzunehmen.
Die elektrischen Schutzelemente der Akkumulatoren (z.B. Dioden) können mittels eines kleinen Trägers pro Akkumulator in den Vertiefungen 5 durch Verschrauben befestigt werden. Die elektrischen Schutzelemente werden dann über Verbindungsdrähte mit den Klemmen der Akkumulatoren verbunden.
Die Batterie wird an der Wand des Satelliten durch Schrauben befestigt, die die Basisplatte durch die Löcher 9 durchdringt, die in bestimmten massiven Bereichen 4 gebohrt sind.
Zum Beispiel kann eine Zelle eine Tiefe von 29 mm, einen Innendurchmesser von 92 mm und eine Wanddicke von 2 mm besitzen.

Claims

1. Nickel-Wasserstoff-Akkumulatorenbatterie, die eine die Akkumulatoren tragende Basisplatte aufweist, wobei jeder Akkumulator von einer an der Basisplatte befestigten Manschette gehalten wird und wobei die Batterie weiter elektrische Schutzelemente für die der Akkumulatoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (1) Zellen (2) zur Aufnahme der Manschetten (10) aufweist, wobei die elektrischen Schutzelemente zwischen den Akkumulatoren (20) angeordnet sind.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (2) im Sechseck angeordnet sind.

3. Batterie nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Zellen (2) ein Loch aufweist.

4. Batterie nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (2) miteinander durch massive Bereiche (4) verbunden sind.

5. Batterie nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schutzelemente in Vertiefungen (5) der Basisplatte angeordnet sind, die sich zwischen den Zellen (2) befinden.

6. Batterie nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschetten (10) einfache Rohrabschnitte sind.

7. Batterie nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatoren (20) in ihren Manschetten durch eine Kleberschicht gehalten werden.

8. Batterie nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschetten (10) in den Zellen (2) durch eine Kleberschicht (17) gehalten werden.

9. Batterie nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Manschette (10) in ihrer Zelle (2) mittels eines Rings (15) zentriert wird.