DE2254689A1 - ELECTRIC BATTERY - Google Patents
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Description
British Railways Board, 222 Marylebone Road, London, N.W. 1, EnglandBritish Railways Board, 222 Marylebone Road, London, NW 1, England
'Elektrische Batterie"'Electric battery "
Die Erfindung betrifft elektrische Batterien, bestehend aus einem Stapel zusammengespannter Schichtzellen. Sie betrifft hauptsächlich, aber nicht ausschließlich'Natrium-Schwefel-Batterien. The invention relates to electric batteries consisting from a stack of clamped-together layer cells. It primarily, but not exclusively, affects' sodium-sulfur batteries.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache aber wirkungsvolle Spannvorrichtung zu schaffen.The object of the invention is to create a simple but effective clamping device.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen Batterie, die aus einem Stapel von Schichtzellen besteht, die mittels einer Spannvorrichtung zusatnmengespannt sind, welche Endglieder aufweisen, die mit entsprechenden Enden des Stapels zusammenwirken im wesentlichen dadurch gelöst, daß die thermische Ausdehnung der Endglieder und anderer Komponenten der Spannvorrichtung so bestimmt ist, daß bei Stelgen der Arbeitstemperatur der Batterie^ und damit bei einer thermischen Ausdehnung des Stapels und dor Spannvorrichtung der Abstand der Endglieder sich nicht um einen solchen Betrag vergrößert, daß der Klemmdruck auf den Stapel verringert wird.According to the invention, this object is achieved in the case of an electric battery which consists of a stack of layer cells, which are clamped together by means of a clamping device, which have end links which cooperate with corresponding ends of the stack are essentially detached by that the thermal expansion of the end links and other components of the jig is determined so that at Provide the working temperature of the battery ^ and thus at thermal expansion of the stack and the tensioning device, the distance between the end links does not increase by one increased to such an extent that the clamping pressure on the stack is decreased.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von AusfUhrungsbeispielen erfindungsgemäßer Natrium-Schwefel-Batterle-Konstruktionen gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention are explained in more detail with the aid of exemplary embodiments of sodium-sulfur battery constructions according to the invention as shown in the drawing. It shows:
Fig. 1 ein erstes AusfUhrungsbeispiel einer Batterie-Konstruktion Lm Querschnitt,1 shows a first exemplary embodiment of a battery construction Lm cross-section,
Pig. 2 eine Teilschnittansicht einer Abwandlung der Konstruktion nach Fig. I,Pig. 2 is a partial sectional view of a modification of the construction according to FIG.
Pig. j5 eine Teilschnittansicht einer Abwandlung der Konstruktion nach Fig. 2, undPig. j5 is a partial sectional view showing a modification of the construction according to Fig. 2, and
Fig. h eine Teilschnittansicht einer Abwandlung der Konstruktion nach Flg. 3·FIG. H is a partial sectional view of a modification of the construction according to FIG. 3 ·
Wiο Flg. I zeigt, besteht dio Batterie aus einem Stapel von Zellen 1, die zusammengespannt £;Lnd. Jede Zelle I besteht .■ms einem ringförmigen Zeilenlcörper 2, der z.B. aus gesintertem Aluminium bestoht.Wiο Flg. I shows, the battery consists of a stack of Cells 1, clamped together £; lnd. Every cell I consists . ■ ms a ring-shaped line body 2, for example made of sintered Made of aluminum.
FLoxJbLe ΕΊ at teneLekt roden H sind mittels Dichtungen j5 UiLt den Enden det? Körpers I verbunden, vjobeL jede der in der MLtto Liegenden Elektrodonplatten h eine bipolare Elektrode; blLdot, (I] a λ'Λ'/ci benachbarte Zellen vornorgt. Über den Zf 1 lenkörper P. etvia Ln der Mitte zwischen seinem Enden ist oine Membrane l> aus z.B. Beta-ALuminium befestigt, die einen festen Elektrolyten bildet. ZwLschen den Elektroden h und der Membrane 5 sind begrenzte Abteile 7 und 8, welche den Kathoden- und Anoden-Raum der entsprechenden Zelle bilden. FLoxJbLe ΕΊ at teneLectrodes H are the ends detached by means of seals j5 UiLt? Body I connected, each of the electrodon plates lying in the MLtto vjobeL h a bipolar electrode; blLdot, vornorgt (I] a λ'Λ '/ ci adjacent cells. About the Zf 1 lenkörper P. etvia Ln midway between its ends is Oine diaphragm l> attached from, for example, beta-aluminum, which constitutes a solid electrolyte. ZwLschen the Electrodes h and the membrane 5 are limited compartments 7 and 8 which form the cathode and anode space of the corresponding cell.
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Der Stapel der Zellen 1 ist zwischen Aluminiumplatten Io ν zusammengepreßt, die durch eine Spannvorrichtung in Form von Stahlbolzen und Schrauben 11 und 12, welche parallel verlaufen und um die zentrale Längsachse angeordnet sind, zusammengezogen werden.· Zwei Bolzen· und Schrauben sind in Fig. 1 sichtbar, aber die Gesamtzahl kann so groß sein, wie erforderlich, um die notwendige Verteilung des Klemmdruckes zu erzielen. Um die elektrische Verbindung zwischen den zwei Aluminiumscheiben Io zu unterbrechen, sind die Bolzenöffnungen in einer Aluminiumplatte Io mit Alpha-Aluminium-Mufien 1J> überzogen und eine Asbestplatte lh ist zwischen den Köpfen der Bolzen und der Aluminiumplatte Io angebracht, -The stack of cells 1 is pressed together between aluminum plates Io ν, which are pulled together by a tensioning device in the form of steel bolts and screws 11 and 12, which run parallel and are arranged around the central longitudinal axis. Two bolts and screws are shown in Fig. 1 visible, but the total number can be as large as necessary to achieve the necessary distribution of the clamping pressure. In order to interrupt the electrical connection between the two aluminum disks Io, the bolt openings in an aluminum plate Io are covered with alpha aluminum mufien 1J> and an asbestos plate lh is attached between the heads of the bolts and the aluminum plate Io, -
Die Stalilbolzen 12 haben einen größeren Wärmeausdehnungs-Koeffizienten als die Zellenkörper 1. Um eine Gesamtkompressionskraft auf den Stapel der Zellenkörper aufrechtzuerhalten, wenn die Temperatur auf die Zellen-Arbeits-Temperatur ansteigt, besitzen die zwei Scheiben Io eine berechnete Dicke und bestehen aus einem Metall, das einen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten besitzt, welcher größer ist als der von Stahl, in diesem Beispiel Aluminium.The Stalilbolzen 12 have a larger coefficient of thermal expansion than the cell body 1. To be a total compressive force to maintain the stack of the cell body when the temperature reaches the cell working temperature increases, the two disks Io have a calculated thickness and are made of a metal, the one has a coefficient of thermal expansion which is greater than that of steel, in this example aluminum.
Die lineare Ausdehnung der zwei Aluminiumscheiben lo, die von den Stahlbolzenköpfen und Muttern eingespannt sind, übersteigt und kompensiert daher die der Stahlbolzen 12.The linear extension of the two aluminum disks lo, the are clamped by the steel bolt heads and nuts, therefore exceeds and compensates for that of the steel bolts 12.
So wird unter den normalen Arbeitstemperaturen der Batterie; z.B. 35o° C, eine Druckkraft durch den Stapel der Zellen aufrechterhalten.So, under the normal working temperature of the battery; e.g. 35o ° C, a compressive force through the stack of cells maintain.
Für geringere Temperaturdifferenzen kann das Kompensations-For lower temperature differences, the compensation
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material ein thermisch hoch ausdehnungsfähiges organisches Material oder eine Verbindung sein, mit einem ausreichenden Widerstand gegen thermische Verformung.material a thermally highly expandable organic Be a material or a compound with sufficient resistance to thermal deformation.
Die berechnete Gesamtlänge der Aluminiumdistanzscheiben, die erforderlich für die Erhaltung eines Diohtungsdrucks in einem Batteriestapel ist, beträgt etwa 5o % der Länge des Batteriestapels. Eine zusätzliche Länge des Kompensationsmetalls kann notwendig sein, um die Komprlmierbarkeit der verwendeten Dichtungen aufzunehmen, falls Druckdichtungen in den individuellen Zellen des Stapels verwendet werden.The calculated total length of aluminum spacers required to maintain sealing pressure in a battery pack is approximately 50 % of the length of the battery pack. An additional length of compensation metal may be necessary to accommodate the compressibility of the seals used if pressure seals are used in the individual cells of the stack.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des AusfUhrungsbeispiels aus Fig. 1, wobei die Aluminiumscheiben Io durch Aluminiumbuchsen 16 gesetzt sind, die individuell auf die Bolzen gesetzt sind und an einem Ende über eine isolierende Beilagscheibe 13 an das Ende der Platte 15 stößt.Fig. 2 shows a modification of the exemplary embodiment from Fig. 1, wherein the aluminum disks Io are set by aluminum bushings 16 which are individually attached to the bolts are set and at one end over an insulating washer 13 abuts the end of the plate 15.
In einer Versuchskonstruktion bestand eine Batterie aus zwanzig Zellen 1 mit "grafoil" Dichtungen, welche die Druckd;JLchtungen 3 bildeten. Die Länge der Kompensationsaluminiumbuchsen 16 betrug 9o % der Länge des Stapels. Die Batterie arbeitete bei J55o° C, gab eine elektrische Spannung von 4o Volt ab, und der Druck auf die Dichtung wurde aufrechterhalten.In a test construction, a battery consisted of twenty cells 1 with "grafoil" seals, which formed the pressure lamps 3. The length of the compensation aluminum bushings 16 was 90 % of the length of the stack. The battery operated at 150 degrees Fahrenheit, delivered 40 volts, and the pressure on the seal was maintained.
In einer zweiten Versuchskonstruktion war ein Stapel von drei Zellen verbunden und zusammengespannt, der Aluminiumröhren mit einer Länge von 15o % der Stapellängen beinhaltete. Die mechanische Druckdichtung wurde erfolgreich während des Betriebes bei j55o° C aufrechterhalten.In a second experimental design, a stack of three cells was connected and clamped together and comprised aluminum tubes 150 % of the length of the stack. The mechanical pressure seal was successfully maintained during operation at 55o ° C.
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In Pig. 3 ist ein Zellenstapel 2o dargestellt. Endabdeckungen 21 umgreifen die Enden des Stapels 2o der Zellen und sind mittels Schrauben und Bolzen 23 und 24 zusammengepreßt, welche durch nach außen gebogene Flansche 26 der Abdeckungen 21 verlaufen, und den Klemmdruck auf die Abdeckung 21 durch Aluminiumdistanzscheiben 22 in Form von Buchsen auf den Schrauben 24 ausüben. Die elektrische Verbindung ist durch eine Aluminiumkeramik-Beilagscheibe 25 unterbrochen. Der Ausdehnungs-Koeffizient der Teile 21, 22 und 24 ist so beschaffen, daß die Druckdichtungen 3 (Fig.l) in der Zellenstapeleinheit so wie sie gebildet wurden, unabhängig von der Arbeitstemperatur, wirksam bleiben. Durch diese Konstruktion 1st die Gesamtlänge der Batterie im Vergleich mit der Konstruktion der Fig. 2 reduziert, da die Aluminiumbuchsen 22 innerhalb der Stapellänge enthalten sind-.In Pig. 3 shows a cell stack 2o. End covers 21 encompass the ends of the stack 2o of cells and are 23 and 24 by means of screws and bolts pressed together, which extend through outwardly bent flanges 26 of the covers 21, and the clamping pressure exercise the cover 21 by means of aluminum spacers 22 in the form of sockets on the screws 24. The electric Connection is through an aluminum ceramic washer 25 interrupted. The expansion coefficient of parts 21, 22 and 24 is such that the pressure seals 3 (Fig.l) remain effective in the cell stack unit as formed, regardless of the operating temperature. By this construction is the total length of the battery in comparison reduced with the construction of Fig. 2 because the aluminum bushings 22 are contained within the stack length.
Fig. 4 zeigt eine Konstruktion, die mit der Konstruktion in Fig. 3 identisch ist,- mit der Ausnahme, daß die Endabdeckungen N21 eine geschlossene Außenwand 26 aufweisen, die die Festigkeit und Stärke der Endabdecküngen 21 vergrößert.FIG. 4 shows a construction which is identical to the construction in FIG. 3, with the exception that the end covers N 21 have a closed outer wall 26 which increases the strength and strength of the end cover 21.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und/oder beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen, sowie Teil- und/ oder Unterkombinationen der beschriebenen bzw. gezeigten Merkmale und Maßnahmen.The invention is not limited to the ones shown and / or Embodiments described limited. It also includes all professional modifications, as well as partial and / or sub-combinations of the features and measures described or shown.
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Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
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| JPS4855326A (en) | 1973-08-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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