JPH04289675A - 高エネルギーバッテリー - Google Patents

高エネルギーバッテリー

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JPH04289675A
JPH04289675A JP3240789A JP24078991A JPH04289675A JP H04289675 A JPH04289675 A JP H04289675A JP 3240789 A JP3240789 A JP 3240789A JP 24078991 A JP24078991 A JP 24078991A JP H04289675 A JPH04289675 A JP H04289675A
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energy battery
casing
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Harald Boehm
ハーラルト　ベーム
Gerd Beyermann
ゲルト　バイエルマン
Markus Bulling
マルクス　ブリング
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特許請求の範囲の請求
項１の上位概念による高エネルギーバッテリーに関する
。
【０００２】
【従来の技術】高エネルギーバッテリー、例えばＮａ／
ＮｉＣｌ２−若しくはＮａ／Ｓ−バッテリーは２５０℃
と４００℃との間の温度で作動する。このバッテリーは
管状の各セルから構成されている。セルの内部抵抗が同
じであるために、バッテリーの各セルは同じ温度に維持
されなければならない。種々の内部抵抗により各セルの
種々の負荷が生じ、ひいてはセルの種々の充電状態及び
放電状態が生じる。バッテリー内部の充電状態における
不均一性により、バッテリーの寿命短縮が生じることが
ある。
【０００３】バッテリーのケーシング上で熱の逃散が生
じているため、このようなバッテリーの放電サイクル中
にとりわけバッテリーの内部領域は外部より強力に加熱
される。充電中はとりわけ、電気加熱装置の隣に配置さ
れているセルは、該装置から遠く離れているセルより高
い温度にある。
【０００４】セルの内部抵抗により放電の際にバッテリ
ー内部の発熱が生じる。このことは電圧１５０Ｖ及び容
量１８０Ａｈを有する２７ｋＷｈバッテリーを例にして
説明することができる：２時間の放電、即ち電流９０Ａ
の放電中に漏出電力約２ｋＷが絶えず導出される。漏出
電力の一部はバッテリーの熱容量によって受容すること
ができ、その残りの漏出電力は冷却装置を用いてバッテ
リーから移さなければならない。
【０００５】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２　４
７　９６９号、同第２６　１０　２２２号及び同第２８
　３５　５５０号明細書には例えば、このようなバッテ
リーを冷却する種々の方法が記載されている。これら全
ての提案では、冷媒がセルに沿って通過させられ、かつ
このようにして熱がセルの全表面で交換されることが共
通している。この指示は、バッテリーの各セル間の温度
平衡を生じさせるのに殆ど寄与していない。著しく徐々
にのみ行なわれる温度平衡は不均一な負荷をまねく。上
記の冷却装置の別の欠点はその複雑さである。このよう
にして上記特許公開明細書によれば、セルに沿った均一
な空気導通を達成するために、特殊な分配装置システム
がバッテリー中に組み入れられる。セル間の各流路内部
の空気分布は正確には計算できるものではなく、実験に
よって最適化されなければならない。（例えばバッテリ
ーの壁を介す種々の熱放出により）バッテリー内部の状
態が変化する場合には、再度均一な温度分布が生じるた
めに空気分布は改めて最適化されなければならない。同
様にして、例えば分配プレートの形状寸法を構造が変化
する度に新たに決定しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、漏出熱がバッテリーの放電の際に導出され、均一な温
度分布がバッテリー内部で全てのセルにわたって充電、
放置時間及び放電の際に保証されており、かつ変えられ
たバッテリー形状寸法に簡単に適合可能である、冒頭に
記載された種類のバッテリーを示すことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、特許請求の
範囲の請求項１の特徴部に記載された特徴によって解決
される。
【０００８】
【作用】意外なことに試験において、漏出熱の導出が管
状セルの全表面にわたって行なわれる必要はなく、むし
ろ冷却媒体ないしは温度平衡のための媒体が管状セルの
１端部若しくは両端部のみの周囲を流れることで全く十
分であることが判明した。上記課題は本発明によれば、
熱導出ないしは温度平衡のための媒体が管状の各セルの
上端部及び／又は下端部のみの周囲を流れることによっ
て解決される。
【０００９】
【実施例】次に、本発明を図１及び図２において図示さ
れた、簡略化された実施例につき詳説する。簡略的に示
されたバッテリーは、ケーシング２内で隣合う２列の４
個ずつの列に配置されている８個のそれぞれ縦に置かれ
たセル１のみを示している。記入されている矢印は、所
望の温度を調節する媒体の流れ方向を表している。該ケ
ーシングは公知方法で熱を絶縁するように形成されてい
る。該セル１は有利には棒状に形成されている。
【００１０】密に充填されている棒状セルを備えた高エ
ネルギーバッテリーの場合には、蓄電能力２７ｋＷｈで
２時間の放電で漏出電力２ｋＷが生じる。この漏出電力
は各セルの全容量にわたって生じる。バッテリー温度が
任意には上昇しないようにするために、漏出電力が原因
で生じる熱は導出しなければならない。このことは、セ
ルが矩形のバッテリーボックス中に入れられていること
及び空気がセル上方を通過して長手方向に１端から他端
へと送風することによって簡単に行なうことができる（
図１のａ）。この配置の場合には吸気口際のセルは排気
口際より強力に冷却される。２ｋＷの導出のためには空
気流＜５０ｍ３／時間が必要とされる。この場合には、
空気は吸入口から排出口までに約１５０ケルビンだけ加
熱されると仮定される。
【００１１】吸入口側と排出口側の温度差は、空気が長
手方向ではなく横断方向にバッテリーを貫流することに
よって減少させることができる（図１のｂ）。
【００１２】空気が１つの側でバッテリーの下部で流入
しかつ同じ側で上部で再度流出するか又は逆に１つの側
で上部で流入しかつ同じ側で下部で再度流出することに
よって、なお均一な温度分布は達成することができる。 さらにセルパケットにわたる空気導通は、空気がセルの
下をバッテリーの端部まで導通され、さらに裏面で上向
きに導通され、かつセルパケットにわたって吸入口側ま
で導通される（図１のｃ）か又は逆に空気がセルの上を
バッテリーの端部まで導通され、さらに裏面で下向きに
導通され、かつセルパケットにわたって吸入口側まで導
通される形で行なわれる。この場合にはセル２は、後方
のセルもまた同様にその末端部でのみ媒体によって熱に
関する影響を受けることを保証するために、裏面で有利
には外被表面で、上昇ないしは下降する媒体との熱接触
に対して絶縁されている。吸入口側で下側では空気ない
しは冷却媒体の温度が最低であるために、この場所では
セルはより強力に冷却される。空気が上側では既に比較
的高い温度になっているため、この場所ではこれらのセ
ルは比較的僅かに冷却される。上記の空気導通によって
十分に均一な熱放出が全てのセルにわたって達成される
。
【００１３】図１のａ〜ｃ中に記載された空気導通方法
の場合にはセルの上ないしは下での十分に均一な空気流
はない。上記の空気導通を有するバッテリーの構造は比
較的簡単であり、それというのもただセルパケットの下
部及びバッテリーの後方部分に、しかも有利にはバッテ
リーの全ての幅にわたって空気導通のための空間をつく
らなければならないだけだからである。セル上方には構
造上の条件により空間が設けられ、その結果、媒体はセ
ルの上を通過することができる。この冷却の原理はまた
随意に種々のバッテリーの形状寸法にも適合可能であり
、即ち立方形のバッテリーないしは著しく長いバッテリ
ーも上記方法で簡単に冷却媒体を用いて作用を与えるこ
とができる。
【００１４】冷却媒体導通のための比較可能な方法はバ
ッテリー中の温度平衡に使用することもできる。既述の
通り、バッテリーの全セルが同じ温度水準にあることが
重要である。このことは本発明によれば、冷却の場合に
そうであるように媒体が交換されるのではなく、媒体が
バッテリー中の閉鎖された循環路中で導通されることに
よって達成される。矩形のバッテリーケーシングの例で
は、例えば次のように処理を行なう（図２のａ）：バッ
テリーケーシング２中に取り付けられている通風機３を
用いて媒体をセルの下に導き送り、裏面で上向きに導通
し、セル上方を通過してさらに前面で再度通風機に還流
させるか又は逆に媒体はセルの上に導き送り、裏面で下
向きに導通し、セル下方を通過してさらに前面で再度通
風機に還流させる。これによって媒体の閉鎖された循環
路が生じ、この循環路はバッテリー中の温度平衡に役立
つ。
【００１５】前記の通り上記配置は、ケーシング中で垂
直に配置されたセルの場合に有効である。セルが水平に
配置されている場合には、媒体の導通は側面で行なわれ
、その結果、この場合においてもセルの端部が媒体と接
触することができ、かつこのようにして冷却ないしは温
度平衡を惹起することができる。別の実施例により図２
のｂ及び図２のｃによる配置も有効であることが判明し
た。直立して置かれたセルパケットの中央に空洞管４が
取り付けられている。この空洞管４中か又は該空洞管の
近くに通風機３が設けられている。通風機３、例えばこ
の場合には羽根車は媒体を空洞管に吹き通し、このこと
によって媒体はセルパケットの下で放射状に外向きに導
き送られ、側面で上向きに導通され、さらにセル上方を
通過して導通され、通風機３を備えた空洞管４に再度達
する。また通風機は、該通風機が媒体を空洞管を通して
吸い込むように配置することもでき、かつこれによって
媒体の循環方向は逆になる。この媒体導通の配置は、底
面からむしろどちらかといえば立方体に組み立てられて
いるバッテリーの場合には特に良好に有効であることが
判明した。
【００１６】高められた温度で作動する高エネルギーバ
ッテリーは、ケーシングの熱の逃散を補整するために放
置時間中及び充填時間中に後加熱しなければならない。 このバッテリーが僅かな放電率、即ちバッテリーの全容
量を放電するのにおよそ２時間よりも長い時間を要する
放電を示す場合には、冷却装置は殆ど必要でないか又は
全く必要ではなく、ケーシングの熱の逃散を補整するた
めに専ら補助加熱装置が必要である。この場合には加熱
装置は上昇媒体流中に配置することができ、送風装置を
場合によっては省略することができる。さらに媒体の循
環は対流に基づいてのみ行なわれる。
【００１７】中央の空洞管を有していない厚手の矩形バ
ッテリーケーシングの場合には加熱装置を前面又は側面
に配置する。これによりセルパケットの周囲の媒体の循
環が生じる。セルパケットの中央に存在する空洞管が備
えられたバッテリーの場合には、加熱装置を空洞管中に
組み込むことができ、このことによって空洞管中の媒体
は上昇し、かつ同様にセルパケットの周囲を循環する。
【００１８】また、冷却若しくは温度平衡のための媒体
をセル上方ないしは下方を導通させるための配置は、２
つのセルパケットが相互に上下に配置されている場合、
例えば２平面に垂直に存在するセルの場合に有効である
ことが証明された。この場合には、媒体を水平に２つの
パケット間を導通させかつ上のパケット上方を通過して
導通させることは、バッテリー全てを相応して冷却する
ためにか若しくは相応する温度平衡を配慮するためには
十分である。
【００１９】管形の棒状セルではなく、矩形若しくはそ
の他のケーシング横断面を有するセルが使用される場合
にもまた、記載されたシステムがバッテリー中の冷却な
いしは温度平衡に適当であることがなお記載されるべき
である。またセルの高さはあまり影響力はない。媒体と
して最も簡単には空気を使用することができる。しかし
、有利に相応する管システム中に存在する液状媒体を使
用することも可能である。
【００２０】さらに、セルないしはセルパケットは、媒
体を貫流された冷却板上に立てた状態で配置されており
、かつ付加的に別の貫流された冷却板がセルパケット上
に横にした状態で取り付けられていてもよい。熱を排出
するためにバッテリーの外部に熱交換器が装備されるべ
きであり、かつ液状媒体を上記の管−／冷却板システム
中を運搬するためのポンプが装備されるべきである。 ポンプなしで行なわれる熱均一化の場合には、加熱装置
は液体系の上昇部分、即ち前面又は側面に取り付けられ
るかないしはバッテリー中央の空洞管中に取り付けられ
る。
【００２１】セルの端部とはそれぞれセルの上部及び下
部の前面ないしは前面領域を意味する。媒体としてガス
状物質並びに液状物質が考慮の対象となる。ガス状物質
、例えば空気が一般的には有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、バッテリ
ーの空気導通方法を示す概念図。
【図２】図２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、バッテリ
ー中の閉鎖された循環路中の冷却媒体導通方法を示す概
念図。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ケーシング中に並べて配置された多数
    のセル及び、各セルの温度に影響を及ぼすためにケーシ
    ング中を流れる液状媒体若しくはガス状媒体の１つを有
    する、高い運転温度のための高エネルギーバッテリーに
    おいて、専らセルの１端部若しくは両端部が媒体と直接
    若しくは間接に熱交換接触することを特徴とする高エネ
    ルギーバッテリー。
  2. 【請求項２】　　セルが棒状に形成されている、請求項
    １記載の高エネルギーバッテリー。
  3. 【請求項３】　　媒体がそれぞれセルの１末端部にのみ
    影響を及ぼす、請求項１又は２記載の高エネルギーバッ
    テリー。
  4. 【請求項４】　　媒体が相対する両端部にのみ影響を及
    ぼす、請求項１又は２記載の高エネルギーバッテリー。
  5. 【請求項５】　　媒体が直接セルの端部の周囲を流れる
    、請求項１から４までのいずれか１項に記載の高エネル
    ギーバッテリー。
  6. 【請求項６】　　媒体がセルの端部に間接的に、例えば
    電気的に絶縁する材料を間に挟んで熱に関する影響を及
    ぼす、請求項１から４までのいずれか１項に記載の高エ
    ネルギーバッテリー。
  7. 【請求項７】　　ケーシング中にセルの長手方向に平行
    して配置された少なくとも１つの流路が予め備えられて
    おり、かつ該流路中に媒体の温度及び／又は流速に影響
    を及ぼすための手段が配置されている、請求項１から６
    までのいずれか１項に記載の高エネルギーバッテリー。
  8. 【請求項８】　　ケーシングが通過運送路を予め備えら
    れており、該通過運送路によって流れ及び／又は温度に
    少なくとも一時的にケーシングの外部で影響を及ぼすこ
    ともできるし、媒体を交換することもできる、請求項１
    から７までのいずれか１項に記載の高エネルギーバッテ
    リー。
  9. 【請求項９】　　媒体がバッテリーケーシング中で少な
    くとも一時的に、閉鎖された循環路中に存在する、請求
    項１から７までのいずれか１項に記載の高エネルギーバ
    ッテリー。
JP3240789A 1990-09-21 1991-09-20 高エネルギーバッテリー Pending JPH04289675A (ja)

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