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Die Erfindung betrifft eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Mit dem Begriff ”Batterie” wird meist eine Kombination mehrerer gleichartiger galvanischer Zellen bzw. Elemente, die oftmals in Reihe zusammengeschaltet sind, bezeichnet. Es gibt Batterien aus Primärzellen (nicht-wiederaufladbaren Zellen) und solche aus Sekundärzellen (wiederaufladbaren Zellen). Während ursprünglich mit dem Begriff ”Batterie” nur Primärzellen-Kombinationen bezeichnet wurden, wird seit der Ausbreitung wiederaufladbarer Speicher auch eine Kombination von Sekundärzellen mit dem Begriff Batterie bezeichnet. Ebenso wird in einer etwas erweiterten Definition oftmals auch bei einzelnen Sekundärzellen oder Primärzellen von einer „Batterie” gesprochen.
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Wenn in der vorliegenden Anmeldung der Begriff ”Batterie” Verwendung findet, so sind davon Folgendes umfasst sein: eine Kombination mehrerer galvanischer Zellen bzw. Elemente, vorzugsweise gleichartiger galvanischer Zellen bzw. Elemente, aus Primärzellen; eine Kombination mehrerer galvanischer Zellen bzw. Elemente, vorzugsweise gleichartiger galvanischer Zellen bzw. Elemente, aus Sekundärzellen; eine einzelne Primärzelle; eine einzelne Sekundärzelle.
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Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Sekundärzellen (oftmals auch als Akkumulator bezeichnet), also Batterien, welche sich aus einer oder mehreren Sekundärzellen zusammensetzen weisen oftmals eine Flüssigkeit als Elektrolyt auf. Das heißt, dass derartige Batterien bzw. Akkumulatoren aus zwei unterschiedlichen Metallen in einer Elektrolyt-Lösung aufgebaut sind, wobei durch das Eintauchen bzw. Platzieren der zwei unterschiedlichen Metalle in der Elektrolyt-Lösung eine Spannung entsteht (galvanische Zelle).
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Dies geschieht aufgrund der jeweiligen Tendenz der Metalle, in Lösung zu gehen und dabei Ionen zu bilden. Wenn beide Metalle (bezeichnet als Elektroden) über einen elektrischen Leiter miteinander verbunden werden, sorgt die unterschiedliche Lösungstension (die Tendenz der Metalle, in Lösung zu gehen) der Elektronen dafür, dass die Reaktion weiterlaufen kann, und somit bildet sich eine Spannung zwischen den beiden Elektroden. Diese kann dann beispielsweise zum Betrieb elektrischer Vorrichtungen verwendet werden. Sekundärelemente bzw. Akkumulatoren können in der Regel durch ein Anlegen einer Spannung bzw. eines Stromes aufgeladen werden und danach ihre Ladung wieder abgeben.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, sind derartige Batterien in der Regel mit einem flüssigen Elektrolyt bzw. einer Elektrolyt-Lösung befüllt, welche oftmals Säure oder auch Lauge enthalten kann. Ein Beispiel hierfür sind die in Kraftfahrzeugen gebräuchlichen Bleiakkumulatoren; die Elektroden derselben bestehen aus Blei und Bleioxid, der Elektrolyt ist Schwefelsäure. Andere Beispiele hierfür sind beispielsweise NiFe-Batterien, bei denen eine Elektrode aus Nickel und die andere Elektrode aus Eisen besteht. Hier ist die Elektrolyt-Lösung in der Regel Kali-Lauge bzw. enthält Kali-Lauge.
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Batterien müssen in den verschiedensten Anwendungen von Zeit zu Zeit ausgebaut und ggf. ersetzt werden. Während ein Ausbau einer Kraftfahrzeug-Batterie relativ einfach ist, da die Montagestellen meist leicht zugänglich sind, und es sich auch nur um eine einzelne Batterie handelt, die gehandhabt werden muss, gibt es Anwendungsgebiete, die bei einem Ausbau der Batterien gewisse Herausforderungen darstellen. Beispielsweise im Bereich von Speicherbänken zur Speicherung von größeren Leistungen, die eine Vielzahl von Batterien aufweisen und beispielsweise zur Speicherung von erzeugter Solarenergie oder Windenergie in Gebäuden, oder aber auch zur Notstromversorgung beispielsweise von Flughäfen oder anderen größeren Gebäuden wie auch Krankenhäusern Verwendung finden, kann ein Ausbau der Batterien kompliziert und vor allem Kraftaufwändig werden.
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Neben der Tatsache, dass auch der Elektrolyt der Batterien ein merkliches Gewicht aufweist, muss je nach Batteriekonstruktion auch darauf geachtet werden, dass die Batterien aufrecht stehend ausgebaut und ggf. auch transportiert werden, um den Verlust der Elektrolyt-Lösung bzw. der Batterieflüssigkeit (dieser Begriff sei in der Folge anstelle des Begriffs Elektrolyt bzw. Elektrolyt-Lösung verwendet) zu verhindern.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie anzugeben, die leicht aus einer Aufstellvorrichtung, insbesondere einem Rack oder einer anderen Vorrichtung bzw. aus einem Batterieraum, in welchem sie angeordnet und montiert ist, ausbaubar ist und dann in einer einfachen Art und Weise transportiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine derartige Batterie weist ein Batteriegehäuse und eine oder mehrere innerhalb des Batteriegehäuses angeordnete Primärzellen oder Sekundärzellen auf. Diese sind durch das Batteriegehäuse wenigstens teilweise, insbesondere jedoch vollständig eingehaust. Ferner weist die Batterie eine innerhalb des Batteriegehäuses befindliche und die Primärzelle bzw. die Primärzellen oder die Sekundärzelle bzw. die Sekundärzellen wenigstens teilweise umgebende Flüssigkeit auf, wobei die Batterie eine Entleerungs-Vorrichtung zur Entnahme der im Batteriegehäuse befindlichen Flüssigkeit aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Batterie vor einem Ausbau aus einer entsprechenden Anlage hinsichtlich ihrer Flüssigkeitsfüllung entleert werden kann und dann komfortabel ausgebaut werden kann, sowie auch transportiert werden kann. Neben einer Gewichtsverringerung der Batterie ist danach beim Transport, insbesondere falls es sich um einen Transport zu der Entsorgung oder zum Recycling der Batterie handelt, auch keine Notwendigkeit mehr gegeben, auf die Lage der Batterie zu achten, um unerwünschten Austritt des Elektrolyten zu verhindern. Demnach ist auch ein vereinfachter Transport der Batterie dadurch nach dem Ausbau gewährleistet.
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In einer möglichen Ausführungsform weist die Entleerungs-Vorrichtung einen ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt auf, der als Durchtritt durch das Batteriegehäuse (Batteriegehäuse-Durchtritt bzw. Batteriegehäuse-Durchführung) ausgebildet ist. Dadurch gelingt eine Entleerung der Batterieflüssigkeit durch die entsprechende dadurch im Gehäuse gebildete Öffnung hindurch. Die Batterie muss ggf. weder gekippt noch aus ihrer entsprechenden Halterung entnommen werden, um sich entleeren zu können. Bei der vorzugsweisen Anordnung an der Oberseite des Batteriegehäuses, insbesondere an einem Batteriegehäusedeckel ergibt sich ein leichter Zugang zu jeder Batterie und zur Entnahme der im Batteriegehäuse befindlichen Flüssigkeit in jeder Art von Montagevorrichtung bzw. in jeder möglichen Anordnung, da die Oberseite der Batterie aufgrund der in der Regel dort befindlichen Pole bzw. Anschlusspole meist an ihrer Oberseite zugänglich ist.
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Optional ragt der als Batteriegehäuse-Durchtritt ausgebildete erste Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt zur Innenseite des Batteriegehäuses über dasselbe hinaus hervor. Alternativ oder zusätzlich kann er auch zu einer Außenseite des Batteriegehäuses hin über das Batteriegehäuse, insbesondere über den Batteriegehäusedeckel hinausragen. In letzterem Falle ist es einfach, dort beispielsweise einen entsprechenden Schlauch oder ein entsprechendes Rohr zur Absaugung der Batterieflüssigkeit anzubringen.
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Im Falle, dass der Abschnitt zur Innenseite der Batterie hineinragt, ist es konstruktiv einfach, eine Fluidverbindung zum Unterteil der Batterie herzustellen, insbesondere zu einem Bodenvolumen des Batteriegehäuses, welches sich an der an der im Betrieb unten befindlichen Seite der Batterie befindet und durch den Boden nach unten, sowie die vier Seitenwände der Batterie zur Seiten hin begrenzt wird. Die obere Begrenzung befindet sich dabei vorzugsweise parallel zum Batterieboden auf einer Höhe von 10% der Gesamthöhe der Batterie, weiterhin vorzugsweise auf 5% der Gesamthöhe der Batterie, noch weiter vorzugsweise auf 3% der Gesamthöhe der Batterie. Das heißt also, dass das Bodenvolumen vorzugsweise 10%, weiterhin vorzugsweise 5%, weiterhin vorzugsweise 3% des Gesamtvolumens der Batterie umfasst und am Boden der Batterie angeordnet ist.
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Der zu der Innenseite des Batteriegehäuses hin über das Batteriegehäuse hinausragende Abschnitt kann ein Gewinde aufweisen. Hier kann es sich um ein Außengewinde oder ein Innengewinde zur Befestigung eines entsprechenden Rohrs oder ggf. auch einer Schlauchschelle oder eines Schlauches, welcher mit Gewinde versehen ist, zur Absaugung der Batterieflüssigkeit handeln.
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In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform handelt es sich dabei um ein Außengewinde; alternativ ist aber auch ein Innengewinde denkbar. Ferner kann zusätzlich oder alternativ der zu der Innenseite des Batteriegehäuses hin über das Batteriegehäuse hinausragende Abschnitt des ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitts ein Gewinde, wiederum ein Außengewinde oder auch ein Innengewinde aufweisen, um dort eine Fluidverbindung, insbesondere eine Fluidverbindung, welche zu dem vorstehend näher definierte Bodenvolumen des Batteriegehäuses hin gerichtet ist, sicher befestigen zu können.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Entleerungs-Vorrichtung einen zweiten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt auf, welcher sich von der Innenseite des Batteriegehäuses weg zu der Unterseite des Batteriegehäuses, insbesondere zu dem vorstehend beschriebenen Bodenvolumen hin erstreckt. Der zweite Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt kann in einer Ausführungsform mit dem ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt (direkt) in Fluidkommunikation stehen, so dass eine reibungslose Entnahme bzw. Absaugung der Batterieflüssigkeit gewährleistet sein kann.
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Der zweite Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt kann einen rohrartigen Abschnitt und einen Verbindungsabschnitt aufweisen, wobei der Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt vorgesehen ist, und wobei der rohrartige Abschnitt sich von dem Verbindungsabschnitt weg zu der Unterseite des Batteriegehäuses, insbesondere zu dem Bodenvolumen des Batteriegehäuses hin erstreckt, so dass mit einer entsprechenden Saugleistung bzw. durch ein Ansaugen an dem ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt bzw. am oberen Ende des zweiten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitts eine Absaugung der Batterieflüssigkeit erfolgen kann.
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Der rohrartige Abschnitt kann einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, betrachtet in einer Schnittansicht, welche die Vorrichtung parallel zu dem Batteriegehäusedeckel oder dem Batterieboden geschnitten darstellt. Alternativ kann der Querschnitt auch U-förmig sein, wobei die Oberseite des rohrartigen Abschnitts geschlossen ist, wobei vorzugsweise eine U-förmige Ausprägung realisiert ist; auch eine Ellipsenform oder eine Kreisform sowie eine O-Form sind denkbar.
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Der Verbindungsabschnitt des zweiten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitts ist in einer bevorzugten Ausführungsform verjüngend, insbesondere etwa trichterförmig ausgebildet, wodurch ein sicherer Eingriff in den ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt sichergestellt ist. Hierzu kann der Verbindungsabschnitt ein Innengewinde oder auch ein Außengewinde aufweisen.
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Das Batteriegehäuse kann wenigstens eine an seiner Innenseite angeordnete Verstärkungs- oder Stützrippe aufweisen, an der die Entleerungs-Vorrichtung abgestützt angeordnet sein kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
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1 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie in einer Schnittansicht;
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2 die Darstellung der 1 in einer perspektivischen Ansicht; und
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3 die Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ebenfalls in Schnittansicht, jedoch entlang einer anderen Schnittachse geschnitten.
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Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie 10 ein Batteriegehäuse 12 auf, welches einen Gehäusebehälter 14 sowie einen Batteriegehäusedeckel 16 aufweist. Der Batteriegehäusedeckel 16 ist in der beschriebenen Ausführungsform lösbar mit dem Batteriegehäusebehälter 14 verbunden, in alternativen Ausführungsformen ist jedoch auch eine integrale Ausbildung von Batteriegehäusebehälter 14 und Batteriegehäusedeckel 16 denkbar. Alternativ ist auch eine Permanentverbindung, welche Batteriegehäusebehälter 14 und Batteriegehäusedeckel 16 miteinander verbindet und unlösbar ist, beispielsweise Verklebung oder Verschweißung denkbar, so dass die Batterie 10 insgesamt nicht offenbar ist. An der Oberseite der Batterie 10 befinden sich Anschlussklemmen 18, welche jeweils mit einer Sammelschiene 20 pro Pol (d. h. also einer Sammelschiene 20 für den Pluspol und einer Sammelschiene 20 für den Minuspol) verbunden sind.
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In Betrieb sind in der Batterie 10 zusätzlich Elektroden (in den Figuren nicht dargestellt), welche wenigstens teilweise von Batterieflüssigkeit umgeben sind, angeordnet, welche mit den Anschlussklemmen 18 elektrisch verbunden sind. Auch die Batterieflüssigkeit ist in den beigefügten Figuren nicht dargestellt. Die Batterie 10 weist weiterhin zur Entnahme der im Batteriegehäuse 12 befindlichen Flüssigkeit eine Entleerungs-Vorrichtung 22 auf, welche einen ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24 und einen zweiten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 26 aufweist.
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Der erste Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24 ist als Batteriegehäuse-Durchtritt ausgebildet und in der hier beschriebenen Ausführungsform am Batteriegehäusedeckel 16 angeordnet bzw. befestigt. Hierzu weist der erste Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24, welcher in etwa hohlzylinderförmig ausgebildet ist, ein Außengewinde 28 auf, auf welchem sowohl an der Oberseite des Batteriegehäuses 12 (genauer gesagt des Batteriegehäusedeckels 16) sowie an der Unterseite des Batteriegehäusedeckels 16 Befestigungselemente in Form von Muttern 30, 32 (zur Verschraubung) angeordnet sind, um den ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24 sicher im Batteriegehäuse 12, genauer dem Batteriegehäusedeckel 16 zu halten. Am Durchtritt ist ferner ein entsprechendes Dichtelement angeordnet, um ein Austreten von Batterieflüssigkeit durch die entsprechende Öffnung im Batteriegehäusedeckel 16 zu vermeiden.
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Der erste Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24 ist zu einer Innenseite des Batteriegehäuses 12 hin über das Batteriegehäuse 12, insbesondere den Batteriegehäusedeckel 16 hin hinausragend ausgebildet. Ebenso ist der erste Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt zu der Außenseite des Batteriegehäuses 12 hin über das Batteriegehäuse 12, insbesondere den Batteriegehäusedeckel 16 hin hinausragend ausgebildet und weist auch an den überstehenden Abschnitten bzw. den über das Batteriegehäuse hinausragenden Abschnitten ein/das Gewinde (Außengewinde 28) auf.
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Der zweite Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt weist einen rohrartigen Abschnitt 34 und einen Verbindungsabschnitt 36 auf, wobei der Verbindungsabschnitt 36 wenigstens teilweise in etwa trichterförmig ausgebildet ist. An seinem ersten (oberen) Ende weist der Verbindungsabschnitt 36 eine hohlzylindrischer Ausbildung auf, welche einen daraufhin folgenden Abschnitt mit verjüngendem Durchmesser hat, der an seinem Ende in den rohrartigen Abschnitt übergeht.
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An seinem oberen Ende weist der Verbindungsabschnitt 36 ein Innengewinde 38 auf, welches zu dem Außengewinde 28 des ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitts korrespondiert und mit diesem in Eingriff, welcher als dichtender Eingriff ausgebildet ist, steht bzw. bringbar ist. Damit steht der zweite Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt mit dem ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt in Fluidkommunikation.
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Der rohrartige Abschnitt 34 des zweiten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitts erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 36 weg zu der Unterseite der Batterie hin, insbesondere zu dem Bodenvolumen des Batteriegehäuses hin, welches als die unteren 10%, vorzugsweise 5%, weiterhin vorzugsweise 3% des Volumens der Batterie definiert ist derart, dass das Bodenvolumen von dem Boden 40 des Batteriegehäuses 12 sowie den vier Seitenwänden des Batteriegehäuses 12 begrenzt wird, wobei die obere Begrenzung des Bodenvolumens durch eine gedachte Wand, welche sich parallel zum Boden 40 des Batteriegehäuses 12 erstreckt, gebildet wird, welche sich auf 10%, vorzugsweise 5%, weiterhin vorzugsweise 3% der Höhe der Batterie (von unten angegebene Prozentwerte, d. h. die Prozentwerte sind vom Boden 40 aus betrachtet angegeben) befindet. Der Verbindungsabschnitt 36 ist wie bereits vorstehend erwähnt zur Verbindung mit dem ersten Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt 24 vorgesehen, was durch die beiden Gewinde 28 und 38 bewirkt wird.
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Der rohrartige Abschnitt 34 hat einen in etwa rechteckigen Querschnitt, betrachtet bei einem Schnitt mit einer Schnittachse, welche parallel zu dem Boden 40 des Batteriegehäuses 12 angeordnet ist. In alternativen Ausführungsformen wären runde bzw. ovale oder aber auch andersartig ausgebildete Querschnitte denkbar.
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Das Batteriegehäuse 12 weist mehrere an den Seitenwänden und am Boden 40 ausgebildete Verstärkungsrippen 42 auf, wobei (was am besten aus 3 ersichtlich ist) der rohrartige Abschnitt 34 in eine Aussparung der Rippen eingreift und dadurch gehalten wird.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei der dargestellten Ausführungsform um eine Ni-Fe-Batterie bzw. einen Ni-Fe-Akkumulator handelt, welcher als Elektrolyt eine Kali-Lauge mit einer Konzentration von in etwa 20% verwendet. Es kann in alternativen Ausführungsformen jedoch auch ein Bleiakkumulator oder jegliche andere beliebige Form von Batterie Verwendung finden, solange der abzuführende Elektrolyt bzw. die abzuführende Batterieflüssigkeit in flüssiger Form, ggf. auch in gelartiger Form vorliegt.
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Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldeunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- Batteriegehäuse
- 14
- Batteriegehäusebehälter
- 16
- Batteriegehäusedeckel
- 18
- Anschlussklemme
- 20
- Sammelschiene
- 22
- Entleerungs-Vorrichtung
- 24
- erster Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt
- 26
- zweiter Entleerungs-Vorrichtungs-Abschnitt
- 28
- Gewinde (Außengewinde)
- 30
- Verschraubung bzw. Mutter
- 32
- Verschraubung bzw. Mutter
- 34
- rohrartiger Abschnitt
- 36
- Verbindungsabschnitt
- 38
- Gewinde (Innengewinde)
- 40
- Batteriebehälterboden
- 42
- Verstärkungsrippe