專利名稱：具有混合裝置的液體電解質(zhì)電池加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有液體電解質(zhì)電池和加熱器的液體電解質(zhì)電池 加熱裝置，例如鉛酸電池，該鉛酸電池例如作為起動電池使用在車輛中。 在該液體電解質(zhì)電池中布置有混合裝置，該混合裝置與加熱器相協(xié)調(diào)。
背景技術(shù)：
對汽車工業(yè)中輕型構(gòu)造方面的努力亦涉及到電池重量的削減。同時 對電池功率的要求也越來越高，因?yàn)槌藗鹘y(tǒng)的用于啟動例如小型汽車 的能量之外還需要為附加的設(shè)備、例如電動升窗器、用于調(diào)節(jié)座椅或亦 用于電加熱座椅的伺服馬達(dá)提供能量。此外還希望電池功率在電池的整 個壽命期間都盡可能保持在一個恒定的較高水平上，因?yàn)檫@樣一來也可 以對就安全性來講意義重大的功能單元、例如轉(zhuǎn)向和制動進(jìn)行電控制和 操作。電池功率從下面起可理解為電池的容量以及電池的用于放出電流 或用于接收電流的能力。電池功率會受到各種對于技術(shù)人員來說已知的 因素的影響。
由現(xiàn)有技術(shù)已知不同的措施，以提高液體電解質(zhì)電池，例如鉛酸電 池的功率。對于這種電池特別的問題是，電池功率對電池溫度具有很強(qiáng)
的依賴性。在允許的工作范圍內(nèi)，每攝氏度電容下降約0. 6至0. 8%或者 更多。如杲假設(shè)，最優(yōu)的工作溫度在約30攝氏度并且電池在零下20攝 氏度時工作，以操作例如車輛的起動電動機(jī)，那么該電池只還具有它的 電容的約60%。不過專業(yè)人員已知，其它的影響因素也會減小電池的電 容。 一個重要的影響因素是所謂酸的分層，也就是說，酸濃度相對電極 表面是不均勻的。這導(dǎo)致，電極在酸濃度過高的位置上受腐蝕，這樣減 小了電池的壽命，并且在酸濃度過小的電極位置上電池不能達(dá)到它的全 部功率。
一^L已知，具有內(nèi)燃沖幾的車輛，當(dāng)它長時間，例如多于8個小時處 于低于零攝氏度的溫度下，則如果冷卻的電池在起動前被加熱，可以更
好地起動。
因此開發(fā)了許多電池加熱裝置，它們具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)并且例 如在文獻(xiàn)DE 28 12 876， US 2, 440, 369， DE 1 496 1 34, DE 40 27 149Al或者DE 1 00 14 848中說明。
電池加熱裝置可以按照不同角度分類。
一種涉及通過熱交換加熱電池。則例如建議，在電池的外壁上設(shè)置 熱交換管，熱的發(fā)動機(jī)冷卻液流過上述熱交換管。
更多地還建議電加熱，其中這種可以劃分成兩個分類。
有一系列的構(gòu)思，將加熱膜或者類似的加熱元件布置在電池外壁上 或者也可以在電池自身當(dāng)中并且從外部輸入電能，例如對于停在車庫中 的車輛從220V電網(wǎng)連接中輸入電能。這里總是提供足夠的能量，這樣 電池可以不依賴外部溫度地保持在一個預(yù)定的溫度。如果車輛行駛，同 樣可以從汽車發(fā)電機(jī)獲取能量。
對于第二分類來說，用于電池加熱的能量從該電池自身獲取。如果 車輛停放在街道上并且不存在從外部輸入能量的可能性，那么這是必需 的。已經(jīng)建議，電池良好隔熱并且借助自身加熱保持在一個盡可能最優(yōu) 的溫度水平。此方法只有當(dāng)車輛僅僅停放并冷卻了約8至15小時并且 之后該車輛要重新使用時才有意義，也就是說，電池的隔熱必需這樣好， 使得電池在這個約8至15小時內(nèi)可以通過自身加熱保持在希望的溫度 水平。
不過如果車輛停放幾天，電池的能量含量不足夠自己良好隔熱的電 池保持在希望的溫度。對這種情況，只有當(dāng)車輛要被起動時，電池才有 必要力口熱。
因此一再建+義，冷的電池在車輛快要起動之前才加熱。電池快速加 熱的多種可能性中的一種是在電池底部上引入熱量。
在DE 1 00 14 848 C2中建議，將電池放在加熱板上，其中就此而 言它是否涉及傳統(tǒng)的可電加熱的加熱板，或者如在DE 1 00 14 848 C2 中，涉及本來應(yīng)用于其它目的產(chǎn)生余熱的電子部件，是不重要的。
起動電池如其它的材料體一樣具有預(yù)定的熱容。為了將冷的電池加 熱到預(yù)定的溫度水平，必需引進(jìn)預(yù)定的熱能。希望電池能夠在盡可能最 短的時間內(nèi)加熱。這只有當(dāng)加熱板相應(yīng)強(qiáng)地加熱時才能實(shí)現(xiàn)。
不過由于酸的差的導(dǎo)熱熱量只能相對慢地分散，也就是說，溫度補(bǔ) 償只能緩慢進(jìn)行，這可能在熱能引入的位置上導(dǎo)致電極損壞。專業(yè)人員 已知，鉛酸電池在短時間的過熱時，例如在超過50纟聶氏度時已經(jīng)可能 不可逆轉(zhuǎn)地?fù)p壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此對電池快速加熱的要求與電池盡可能保護(hù)好，也就是說應(yīng)該緩 慢加熱(由此它不被損壞)的要求對立。此技術(shù)矛盾的解決構(gòu)成本發(fā)明 的任務(wù)。
該任務(wù)利用按照權(quán)利要求1的液體電解質(zhì)電池加熱裝置解決。 在電池殼體中垂直地布置有電極。該殼體利用液體電解質(zhì)填充。在 殼體底板上根據(jù)本發(fā)明在一側(cè)布置電加熱軌。該加熱軌這樣取向，使得 它與電極板成直角地延伸，這在實(shí)施例中還要結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
熱和動力混合裝置具有水平的熱保護(hù)板，它在殼體底板和電極的下 棱邊之間沿著加熱軌布置。該熱保護(hù)板的面積比加熱軌與殼體底板接觸
的面積大至少20%。
在垂直的右側(cè)殼體壁和電極的右側(cè)側(cè)面棱邊之間布置有流動通道 板，這樣在這個流動通道板和右側(cè)的殼體壁之間構(gòu)成右側(cè)的流動通道， 其中熱保護(hù)板的外棱邊與流動通道板的下棱邊連接。流動通道板的上棱 邊處于電解質(zhì)液面的范圍內(nèi)，并與水平朝殼體中心延伸的排流板連接。
在垂直的左側(cè)殼體壁和電極的左側(cè)側(cè)面棱邊之間同樣布置有流動 通道板，這樣在這個流動通道板和左側(cè)的殼體壁之間構(gòu)成左側(cè)的流動通 道。此流動通道的上部區(qū)域構(gòu)成取液機(jī)構(gòu)。對取液機(jī)構(gòu)要理解為流動通 道的上端部區(qū)段的體積擴(kuò)展部。取液機(jī)構(gòu)的上棱邊伸出超過電解質(zhì)液面 幾毫米，這樣在車輛典型的運(yùn)動中，也就是說在加速或者制動時，電解 質(zhì)溢出進(jìn)入取液才幾構(gòu)中。然后由于在流動通道中的液面高于在流動通道 之外的電解質(zhì)的液面，差值體積在下面從流動通道中流出，這樣兩個液 面按照連通的容器的原理重新平衡。為了使流出的電解質(zhì)盡可能好的與 總體的電解質(zhì)體積混合，設(shè)有用于對流出的電解質(zhì)進(jìn)行預(yù)定引導(dǎo)的導(dǎo) 板。該導(dǎo)板布置在左側(cè)的流動通道板的下棱邊上，并且在殼體底板和電 極板的下棱邊之間延伸。
在導(dǎo)板的右側(cè)的、也就是說位于內(nèi)部的棱邊和熱保護(hù)板的左側(cè)棱邊 之間保留有通流口，它近似布置在殼體中心。
下面說明混合裝置的功能
如果加熱軌在右側(cè)加熱了電池的殼體底板，通過熱傳導(dǎo)，處于其上 的電解質(zhì)也被加熱。該電解質(zhì)在右側(cè)的流動通道中向上流動直到流動通 道板的上棱邊，并且在排流板上重新流回到電解質(zhì)容積中。由此產(chǎn)生電解質(zhì)循環(huán)，它產(chǎn)生電解質(zhì)的好的混合以及由此好的加熱。通過電解質(zhì)的 這種熱混合同時消除了有害的酸分層，也稱為酸層積。熱保護(hù)板阻止了 熱的電解質(zhì)與板電極的下棱邊接觸并且由此可能損壞它。如果電池不運(yùn) 動，也就是說，如果例如車輛不行駛，則動力電解質(zhì)混合不活動，也就 是說，沒有電解質(zhì)溢出到取液機(jī)構(gòu)中。
不過如果車輛行駛，并且出現(xiàn)車輛典型的制動運(yùn)動和加速運(yùn)動，則 進(jìn)行已經(jīng)說明的電解質(zhì)的動力混合。如果電池溫度足夠高并且因此進(jìn)一 步的加熱不再有意義或者甚至是有害的，則這個第二混合功能是有利 的。通過電解質(zhì)的動力混合同樣消除了有害的電解質(zhì)層積。
對專業(yè)人員很明顯，兩種混合功能也可以同時進(jìn)行，而不會流動技 術(shù)上產(chǎn)生互相妨礙。
按照權(quán)利要求2和3，排流板和導(dǎo)板具有孔。由此保證，從排流板
流下的或者在導(dǎo)板上流出的電解質(zhì)均勻地在電解質(zhì)容積上分布，這樣將 避免產(chǎn)生未混合體積區(qū)域。專業(yè)人員可以通過孔的幾何參數(shù)的選擇，例 如孔大小以及它們的布置實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的混合。
很明顯，本發(fā)明可以應(yīng)用在每種具有液體的電解質(zhì)的電池類型上， 只要無論在夏天，還是在冬天，都要實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的好的混合，以及在冬 天實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的快速加熱，以改善電池的功率。


本發(fā)明其它的措施和優(yōu)點(diǎn)由下面的實(shí)施例說明結(jié)合所附示意圖給出。
圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的側(cè)面剖視圖，
圖2示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的側(cè)面剖視圖， 圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空的電池箱。
本發(fā)明的下面的說明以根據(jù)圖3的現(xiàn)有技術(shù)開始，因?yàn)橛纱吮景l(fā)明 更容易理解。
具體實(shí)施例方式
圖3示出了具有6個電芯的電池箱。如果這個電池箱在邊緣上安放 在加熱軌上，則每個電芯在邊緣側(cè)在底板上加熱。不過所有下面的說明 只涉及一個唯一的電芯，其中這個電芯在圖1和2中從在圖3中利用標(biāo) 記lc標(biāo)明的方向示出。因?yàn)樵撾娦疽彩仟?dú)立的電池，下面只討論電池，因?yàn)楸景l(fā)明不僅可用于單個的電芯，而且可用于多個電芯的組合。
圖1示出了具有殼體1的電池，在該殼體中布置有垂直豎立的電極
2，并且該殼體利用液體電解質(zhì)3,例如酸填充。
在殼體底板Id上在右側(cè)邊緣上布置有可電加熱的加熱軌4。對此要 理解為，加熱軌4可以固定在電池殼體1上，或者該加熱軌固定在車輛 中并且電池安放在該加熱軌4上。
在下部的電極棱邊2a下方，在加熱軌4的區(qū)域中布置有熱保護(hù)板5。 熱保護(hù)板5的面積在現(xiàn)有情況下比加熱軌4在電池的殼體底板上的接觸 面積大50%。這樣避免熱的電解質(zhì)3接觸電極2并且損壞它。在熱保護(hù) 板5的外棱邊上布置有右側(cè)的流動通道板6,它在垂直的右側(cè)殼體壁lb 和電才及2的側(cè)面棱邊之間延伸，這樣在流動通道板6和殼體壁lb之間 構(gòu)成右側(cè)的流動通道7。在流動通道板6的上棱邊上，在電解質(zhì)液面3a 的上方布置有排流板8。
在電池的左側(cè)殼體側(cè)上設(shè)有動力混合裝置，它在下面說明
在垂直的電池壁la和電極2的側(cè)面棱邊之間布置有左側(cè)流動通道 板9,這樣構(gòu)成左側(cè)的流動通道10。在流動通道板9的上端部區(qū)段上構(gòu) 造有取液機(jī)構(gòu)11。取液沖幾構(gòu)11的上棱邊伸出超過電解質(zhì)液面3a幾毫米， 這樣當(dāng)電池處在車輛典型的運(yùn)動中時，電解質(zhì)3溢出到取液機(jī)構(gòu)11中， 此時與上面溢出的同樣大小的電解質(zhì)容積在流動通道10的下端重新流 出。
為了使電解質(zhì)3的流出實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的電解質(zhì)混合，設(shè)有導(dǎo)板12,它布 置在流出通道板9的下棱邊上并且在殼體底板ld和電極板2的下棱邊 2a之間延伸。在導(dǎo)板12的右側(cè)棱邊和熱保護(hù)板5的左側(cè)棱邊之間保留 有通流口 13。
下面將說明混合裝置的功能
如果電池要加熱并且電解質(zhì)3要被混合，則加熱軌4進(jìn)行加熱。加 熱軌4的能量可以由電池自身提取或者由外部的能量源提取。它通過熱 傳導(dǎo)首先加熱在熱保護(hù)板5和殼體底板ld的區(qū)段ldt之間的電解質(zhì)容 積3b,上述區(qū)段借助加熱4九4被加熱。加熱專九4在這個實(shí)施方式中是溫 度調(diào)節(jié)的，這樣不會超出預(yù)定的最高溫度。
已加熱過的電解質(zhì)3b基本上在流動通道7中向上流動并且在排流 板8上近似流回電解質(zhì)體積的中心，如借助示意的箭頭示出的。通過這個電解質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生快速的熱分配，也就是說，產(chǎn)生電池所有體積范圍的 快速加熱，并且同時產(chǎn)生電解質(zhì)3的希望的混合，以避免專業(yè)人員已知 的有害的層積。
如果電池不允許加熱，例如它由于高的氣候外部溫度已經(jīng)是熱的， 則熱混合裝置不會接通。在這種情況下，只有動力混合起作用，如果車 輛行駛，也就是說在加速時，始終有少量的電解質(zhì)溢出到取液機(jī)構(gòu)11 中，向下下降并且借助導(dǎo)板12引導(dǎo)到電池中心。所繪的流動箭頭表示 電解質(zhì)的流動方向。
本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)是，剛好在低的外部溫度時可以同時使用兩種 混合效應(yīng)，并且由此產(chǎn)生電解質(zhì)的特別有效的混合和快速的加熱。
圖2示出了本發(fā)明的變型的實(shí)施方式。在排流板8和導(dǎo)板12中設(shè) 有一些孔14、 15?？状笮椋】诪閘mm,最大孔為3mm?？椎拇笮『?分布通過試驗(yàn)確定，這樣實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的完全和快速的混合。該試驗(yàn)例如 可以利用透明的電池箱模型進(jìn)行，其中在液體中溶解顏料并且觀察，顏 料在加熱軌加熱后和/或在電池箱處在行駛典型的運(yùn)動中時如何分布。 這些措施對流動理論的專業(yè)人員是充分已知的，并且因此不需要詳細(xì)說 明。該實(shí)施方式是本發(fā)明的最好的實(shí)施方式。借助所述的實(shí)施方式專業(yè) 人員可以完全獲取本發(fā)明的技術(shù)理論。4艮明顯，該實(shí)施方式可以通過專 業(yè)人員借助根據(jù)本發(fā)明的理論進(jìn)一步開發(fā)和改變或者組合。因此這些未 明確列舉或者示 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 具有混合裝置的液體電解質(zhì)電池加熱裝置，它具有a. 加熱器(4)和b. 液體電解質(zhì)電池，該液體電解質(zhì)電池具有-殼體(1)，該殼體具有殼體底板(1d)，-電極(2)，該電極垂直布置在殼體(1)中，-液體電解質(zhì)(3)，以及-加熱器(4)，該加熱器布置在殼體底板(1d)上，其特征在于，-所述加熱器(4)單側(cè)布置并且這樣延伸，使得殼體底板(1d)的可加熱的區(qū)域直角地在全部電極板(2)上延伸，-在電池殼體(1)中布置有具有下述特征的熱混合裝置-在殼體底板(1d)和電極(2)的下棱邊(2a)之間在加熱軌(4)上方布置有熱保護(hù)板(5)，其中該熱保護(hù)板(5)的面積比殼體底板(1e)的可加熱的區(qū)域的面積大至少20％，-在其下面布置有加熱器(4)的垂直的殼體壁(1b)與電極(2)的側(cè)面棱邊之間布置有第一流動通道板(6)，并且，-在流動通道板(6)的上棱邊上，在電解質(zhì)液面的上方布置有水平的排流板(8)，該排流板的長度為電極板(2)的上棱邊的長度的25％到70％之間，并且此外，-在電池殼體(1)中布置有具有下述特征的動力混合裝置-在其下面未布置加熱器的殼體壁(1a)與垂直的電極棱邊之間布置有第二流動通道板(9)，該第二流動通道板的上部區(qū)域構(gòu)造成取液機(jī)構(gòu)(10)，其中該取液機(jī)構(gòu)(10)的上棱邊伸出超過電解質(zhì)液面(3a)幾毫米，從而當(dāng)電池處在車輛典型的運(yùn)動中時，電解質(zhì)(3)溢出到取液機(jī)構(gòu)(10)中，并且-在第二流動通道板(9)的下棱邊上布置有導(dǎo)板(12)，該導(dǎo)板在殼體底板(1d)和電極下棱邊之間延伸，其中在導(dǎo)板的右側(cè)棱邊和熱保護(hù)板的左側(cè)棱邊之間保留有通流口(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的液體電解質(zhì)電池，其特征在于，所述溢 流板具有孔(M)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體電解質(zhì)電池，其特征在于，所述導(dǎo)板具有孔(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有混合裝置的液體電解質(zhì)電池加熱裝置，其中所述加熱器(4)單側(cè)布置在電池殼體底板(1d)上并且這樣延伸，使得殼體底板(1d)的可加熱的區(qū)域直角地在全部電極板(2)上延伸。在殼體底板(1d)和電極(2)的下棱邊(2a)之間在加熱器(4)上方布置熱保護(hù)板(5)。在其下面布置有加熱器(4)的垂直的殼體壁與電極(2)的側(cè)面棱邊之間布置有第一流動通道板(6)，在該流動通道板(6)的上棱邊上布置有排流板(8)。此外設(shè)有具有下述特征的動力混合裝置在其下面未布置加熱器的殼體壁和垂直的電極棱邊之間布置有第二流動通道板(9)，它的上部區(qū)域構(gòu)成取液機(jī)構(gòu)(11)。在第二流動通道板(9)的下棱邊上布置有導(dǎo)板(12)，它在殼體底板(1d)和電極下棱邊(2a)之間延伸。
文檔編號H01M10/42GK101501922SQ200780016557
公開日2009年8月5日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者C·G·鮑爾 申請人:Iq電力許可股份公司