DE2816054B2 - Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie - Google Patents

Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie

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DE2816054B2 DE2816054A DE2816054A DE2816054B2 DE 2816054 B2 DE2816054 B2 DE 2816054B2 DE 2816054 A DE2816054 A DE 2816054A DE 2816054 A DE2816054 A DE 2816054A DE 2816054 B2 DE2816054 B2 DE 2816054B2
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Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie.
Es ist erwünscht, elektrische Stromerzeuger so kontinuierlich wie möglich mit konstanter Belastung zu fahren, vorzugsweise im Bereich ihrer errechneten Belastung oder Belastung größten Wirkungsgrades. Der Energiebedarf verändert sich jedoch im Verlauf des Tages. Spit/eiibelastungen treten gewöhnlich untertags auf, so während des Nachmittags, während kleinerer bzw. minimaler Energiebedarf gewöhnlich während der Nacht, insbesondere nach Mitternacht, besieht. Im täglichen Zyklus eines Stromnetzes kann der Bedarf an Strom eine Veränderung in einem Verhältnis von 2 : I oder mehr erfahren.
Es können verschiedene Einrir.hiungen verwendet werden, um Energie während der Zeitabschnitte zu speichern, wenn der Strombedarf gering ist Derartige Einrichtungen eignen sich dazu, gespeicherte Energie während Spitzenbelastungen wieder abzugeben. Batterien müssen für diesen Zweck sehr groß sein und müssen
ii> tausende von Zyklen ohne Zerstörung aushalten können. Darüber hinaus soilten derartige Batterien gegenüber plötzlichen Belastungen unempfindlich sein, so gegen Überladung, gegen zu starke Entladung oder gegen längere Bereitschaft. Die Batierien sollten ein
!5 sehr hohes Energie verhältnis von beispielsweise 80% besitzen, d. h. sie sollten verhältnismäßig wirksam sein und die erwünschten Funktionen mit verhältnismäßig geringen Kosten erbringen. Verschiedene bisher verwendete Batterien haben jedoch in der einen oder in der anderen Hinsicht nicht die erwünschte Leistung erbracht, d. h. sie waren nicht geeignet, bei niedrigen Kosten während längerer Zeit hohen Wirkungsgrad bzw. hohe Leistung zu vermitteln. Infolgedessen besteht Bedarf an sinem wirksamen Ladungs-Nivelliersystem
2b für Stromanlagen.
Durch das verbesserte Metall-Wasserstoff-Sekundärbatteriesystem bzw. Sammlersystem gemäß der Erfindung wurde den vorstehend genannten Erfordernissen Rechnung getragen. Das erfindungsgemäße System
to eignet sich insbesondere zur Nivellierung oder Abgleichung von Strombedarf an einem Stromerzeuger, es ist jedoch auch für andere Zwecke geeignet.
Die Anlage nach der Erfindung weist mehrere in Reihe geschaltete Strom-Baueinheiten auf, welche in
Ii der Nähe einer Strom erzeugenden Anlage oder entfernt von dieser angeordnet werden können. Jede einzelne Baueinheit besteht aus einem abgedichteten Druckbehälter, innerhalb welchem sich ein verhältnismäßig großes Volumen von Wasserstoff und mehrere
4C parallel geschaltete Batierien befinden. Die Batterien sind in einem herausnehmbaren Rahmen oder Gestell gestapelt. Jede Batterie besteht aus einem Stapel von in Reihe miuinr.nder verbundenen Mctall-Wasserstoff-Zellen.
4r> Wasserstoff wird kontinuierlich mittels eines in der Wasserstoff-Strömungsbahn im Behälter befindlichen üebläsesystems um und durch jede der Zellen zirkuliert. Eine Kühleinrichtung ist entweder innerhalb oder außerhalb des Behälters vorgesehen und kühlt den in
μ der Strömungsbahn befindlichen Wasserstoff. Die Strömungsbahn weist einen mittleren Kanal auf, welcher durch mittige öffnungen in den gestapelten Zellen gebildet ist, als auch einen am Umfang sich erstreckenden Kanal, welcher das Gestell bzw. den
j1) Rahmen umgibt. Die beiden Kanäle sind durch Querkanäle verbunden, welche jeweils zwischen den einzelnen Zellen bestehen, derart, daß die anodischen Flächen jeder Zelle dem Wasserstoff ausgesetzt sind.
Jede Zelle ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebil-
W) det und weist eine geeignete Kathode (positive Elektrode) auf, wie beispielsweise eine poröse, gesinterte Nickelkathode, welche in ihren Zwischenräumen Nickelhydroxid (Anode = negative Elektrode) enthält, lede Zelle weist ferner eine Anodenfläche auf, welche
h5 beispielsweise aus einem Gitter besteht, welches mit porösem Tetrafluorethylen bedeckt ist. wobei auf dieser Schicht ein Film von lein verteiltem Platm-Mohrpulver-Katalysator oder dergleichen aufgebracht ist. Ein
Trennkörper befindet sich zwischen der Kathode und der Anode. Der Trennkörper besteht beispielsweise aus Asbest, aus Papier oder de-gleichen, welches als Elektrolyt wäßriges Kaliumhydroxid enthält. Ein Metallgitter in Form eines gewellten, gestreckten Metalls ist zwischen der anodischen Fläche einer Zelle und der Kathode der anderen Zelle angeordr.ct und wird als Reihenverbinder für die Zellen als auch als Einrichtung verwendet, um Wasserstoff in Richtung der anodischen Fläche und in den mittleren Kanal zu leiten.
Die Baueirheiten sind in Reihe geschaltet und können in Rahmen oder dergleichen angeordnet sein, welche sich einer gemeinsamen Kühleinrichtung, so eines Wassersprühturmes bedienen. Das auf die Außenhülle jedes Behälters versprühte Wasser kann die Wärme wirksam von dem innerhalb jedes Behälters nahe der Außenhülle zirkulierenden Wasserstoff abführen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält jeder Beiiälter sein eigenes Kühlsystem, wobei Wärmetauscherrohre, Kühlmittel und Pumpeinrichijngen zur Anwendung gelangen.
Vorzugsweise besitzt jede Baueinheit die Form eines länglichen Zylinders mit geschlossenem Boden und abnehmbarer oberer Abdeckung, an welcher der die Batterien enthaltende Rahmen befestigt ist. Die Batterien befinden sich dabei in Fächern bzw. Regalen des Rahmens. Der Rahmen kann herausgehoben werden, indem man die Abdeckung abhebt, der. t, daß die einzelnen Batterien untersucht, ersetzt, repariert etc. werden können. j;i
Das beschriebene System ist in der Lage, beispielsweise 1000 Ampere bei 62,5 Volt jeder Baueinheit zu erzeugen. Sechzehn derartige Baueinheiten, welche in Reihe geschaltet sind, befähigen zur Entladung bzw. Stromentnahme von 1000 Ampere bei 1000 Voll wäh- η rend 10 Stunden. Durch das erfindungsgemäße System kann verschiedenen anderen Strombedürfnissen Rechnung getragen werden. Die Anlage kann während einer großen Anzahl von Zyklen der Ladung und Entladung betrieben werden, so bei Zyklen von 5O00 bis 10 000 oder mehr, wobei nicht mehr als eine periodische Überwachung der elektrischen und physikalischen Funktionen erforderlich ist. Die Zellen der Anlage nach der Erfindung sind sehr dauerhaft und wirksam. Die Wartung ist entweder vollständig überflüssig oder nur 4> sehr gering. Die Anlage eignet sich infolgedessen ideal für das Nivellieren oder Abgleichen von Strombedarf.
Die Erfindung ist verwirklicht in einer Anlage mit mehreren elektrisch in Verbindung befindlichen Strom-Baueinheiien, von welchen jede mit einem abgedichte- w ten Druckbehälter versehen ist. Innerhalb dieser Druckbehälter befindet sich je ein Volumen von Wasserstoff und mehrere Batterien, welche parallelgeschaltet sind und welche sich in einem abnehmbaren Gestell oder Rahmen belinden, jede Batterie besteht v-, aus einem Stapel von in Reihe geschalteten Melall-Wasscrstoff-Zellen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um den im Behälter befindlichen Wasserstoff um die Zellen und zwischen den Zellen im Umlauf zu hal'en und um den Wasserstoff zu kühlen. Die Kühlung der Zellen wird t>n außerhalb des Behälters und auch innerhalb des Behälters vorgenommen. Ein Gebläse oder dergleichen erlcichterl den Umlauf oder die Zirkulation des Wasserstoffs.
Die Baueinheiten sind in Reihe geschaltet, um eine tv> erwünschte große Amperezahl zu liefern, so beispielsweise um den Spitzenbelastungcn einer kommerziellen Stromerzeugungsanlage odei dergleichen gerecht zu werden. Die Anlage kann vom Stromerzeuger während der Zeitabschnitte geringen Bedarfs schnell Strom aufnehmen und kann diesen während der Zeitabschnitte von Spitzenbelastungen wieder schnell abgeben, so daß der Bedarf ausgeglichen werden kann. Die Anlage arbeitet während längerer Zeit optimal und mit geringen Kosten.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf {lie Zeichnung erläutert.
F i g. 1 ist eine schematische, teilweise gebrochen wiedergegebene Vorderansicht einer Ausführungsform einer der Strom-Baueinheiten für das erfindungsgemäße Sekundärbatteriesystem nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine teilweise gebrochene und teilweise geschnittene Seitenansicht mehrerer der in Fig. 1 dargestellten Baueinheiten, welche sich innerhalb eines Rahmens befinden und der Kühlung durch einen Sprühturm ausgesetzt sind; in Fig. 2 ist außerdem ein Batterien enthaltender Rahmen dargestellt, wenn dieser aus einer der Einheiten herausgehoben wird:
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht der Baueinheiten nach Fig. 2. in zusammengesetzter Läge innerhalb eines Rahmens; und
Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht der oberen und unteren Teile eines Stapels von Metall-Wasserstoff-Zellen, welche je eine einzelne Batterie innerhalb eines Regals im Rahmen der Baueinheit nach F i g. 1 bilden.
In Fig.! der Ze chnung ist eine bevorzugte Ausführungsform einer der Einheiten des verbesserten Sekundärbatteriesystems nach der Erfindung in schematischcr Vorderansicht wiedergegeben. Eine derartige Einheit 10 besteht gemäß Darstellung aus einem abgedichteten Druckbehälter 12. welcher vorzugsweise im wesentlichen zylindrische Formgebung besitzt und eine untere Wand 14. eine Seitenwand i6 und cmc abnehmbare Abdeckung 18 aufweist. Der Behälter 12 ist hohl und mit einer Leitung 20 zum Einleiten inn Wasserstoffgas versehen. Im Betrieb ist der Behälter 12 mit Wasserstoffgas gefüllt.
Im Behälter 12 befindet sich ein länglicher, vorzugsweise vertikal sich erstreckender Rahmen 22. welcher mit mehreren Regalen 24 ausgestattet ist. Das untere Ende des Rahmens 22 ist durch einen eine Platte ?6 durchdringenden Vorsprung 25 zentriert, während das obere Ende des Rahmens 22 mit Hilfe von Bügeln 28 an einem isolierten Tragflansch 30 befestigt ist. Der Tragflansch 30 ist an der Unterseite der Abdeckung 18 angebracht. Jeder Regalkörper 24 weist, wie insbesondere aus F i g. 4 hervorgeht, in der Mitte eine Öffnung 32 auf, in welche ein zusammendrückbarer hohler Balg 34 eingeführt ist. Der Balg drückt auf einen Stapel 35 von Zellen 36, welche innerhalb des Regalabteils als Batterie 38 gestapelt sind. Das untere Ende des Balgs 34 befindet sich innerhalb fluchtender mittiger Öffnungen 40 und 42 einer isolierenden Platte 44 und einer elektrischen Endplatte 46. als auch über den fluchtenden Mittelöffnungen 48 des Stapels 35 von Zellen 36. Infolgedessen bildet der Balg 34 zusammen mit den Öffnungen 32. 40, 42 und 48 für die verschiedenen Fächer bzw. Regale 24 einen kontinuierlichen mittigen Kanal 50, der sich von dei Platte 26 zum oberen Ende 52 des Rahmens 22 erstreckt. Am oberen Ende 52 ist das Kinlaßende 54 eines Gebläses 56 an den Kanal 50 angeschlossen. Das Gebläse 56 kann einen Motor 58 und eine Welle 60 aufweisen, an welcher ein Gebläscflügel 62 (fig. 2) angeschlossen ist. Das Gebläse kann elektrisch durch
eine Leitung 64 gespeist werden, die sich durch die Abdeckung 18 erstreckt. Das Gebläse 56 kann beispielsweise durch eine Platte 6!> oder dergleichen an der oberen Abdeckung 18 befestigt sein.
In Fig. 4 ist ein Stapel von Zellen 36 innerhalb des Regals 24 des Rahmens 22 dargestellt. Die Zellen sind durch den Balg 34 zusammengedrückt. Oberhalb des Stapels von Zellen 36 befindet sich die isolierende Platte 44, welche beispielsweise aus Kunststoff oder dergleichen besteht. Unmittelbar unterhalb der Platte 44 befindet sich eine elektrische Anschluß- oder Endplatte 46 aus Nickel. Kupfer etc. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Zellen 36 und die Platten 44 und 46 am Außenumfang im wesentlichen kreisförmig. Darüber hinaus ist der Rahmen 22, wie insbesondere in F i g. 1 dargestellt ist, unter einem Absland innerhalb der Seitenwand 16 des Behälters 12 angeordnet, so daß arn Umfang ein Kanal 66 zwischen dem Rahmen 22 und der Seitenwand 16 existiert.
Jede Zelle 36 innerhalb des Stapels 35 im Regal 24 ist durch ein Gitter 68 unter Abstand von der nächsten Zelle 36 gehalten. Durch die Gitter 68 sind mehrere quer sich erstreckende Kanäle 70 zwischen jedem am Umfang verlaufenden Kanal 66 und dem Mittelkanal 50 gebildet, jedes Gitter 68 ist so angeordnet, daß es durch Wasserstoff frei passiert werden kann und eine enge Berührung des Wasserstoffes mit der anodischen Fläche 72 jeder Zelle 36 sichergestellt ist. Gleichzeitig wirkt der Wasserstoff als Kühlmittel. Die Gitter 68 besitzen die zusätzliche Funktion der elektrischen Reihenverbindung der gesamten Zellen 36 im Stapel 35.
jedes Element bzw. jede Zelle 36 kann aus einem geeigneten Material bestehen, wodurch eine wirksame Metall-Wasserstoff-Zelle gebildet ist. Die Kathode 74 jeder /.eile 36 kann beispielsweise als Platte aus Nickelpulver gebildet sein. Das Nickelpulver wurde verdichtet und gesintert und zu einem porösen, selbsttragenden Aufbau geformt, wobei die Zwischenräume Nickelhydroxid enthalten. Die Kathode 74 jeder Zelle 36 ist durch einen Trennkörper 76 von der ;inodischen Fläche 72 dieser Zelle getrennt. Der Trennkörper 76 kann als Platte oder dergleichen aus geeignetem nichtleitendem Material bestehen, so aus Asbest, aus Papier oder aus anderem Zellulose-Fasermatcrial oder dergleichen, wobei diese Materialien mit wäßrigem Kaliumhydroxid oder mit einem anderen geeigneten Elektrolyten imprägniert oder belegt sind. Der anodische Teil bzw. die Anodenfläche 72 jeder Zelle 36 kann aus Metall bestehen (so aus Nickel). Der Teil 72 kann auch aus einem nichtmetallischen Gitter oder Sieb (beispielsweise aus Nylon) bestehen, welches mit Tetrafluoräthylen bedeckt ist. um die poröse Beschaffenheit herbeizuführen, unu auf welchem ein geeigneter Katalysator aufgebracht ist. so fein verteiltes Platin-Mohrpulver als Film oder dergleichen. Innerhalb einer Metall-Wasserstoff-Zelle ist der Wasserstoff die eigentliche Anode, während die anodische Komponente bzw. der anodische Teil 72 den Katalysator für die Reaktion bildet.
Das sich nahe der Zellen 36 befindende Gitter 68 kann aus jedem geeigneten, elektrisch leitfähigem Material bestehen, so beispielsweise aus einem gewellten, expandierten Nickel oder aus einem sonstigen Material, vorzugsweise aus einem Material, welches korrosionsresistent ist.
Obwohl Nickel-Wasserstoff-Zellen 36 vorzugsweise zur Anwendung kommen und vorstehend beschrieben wurden, können auch andere Metall-Wasserstoff-Zellen bekannte·· Art zur Anwendung gelangen, so zum Beispiel Zellen mit Oxiden und Oxidgemischen von Kobalt, Kupfer, Silber. Quecksilber, Mangan, Chrom und Blei, welche in Batterien 38 Verwendung finden.
ι Vorzugsweise ist jeder Stapel 35 von Zellen 36 innerhalb jedes Regais 24, welche eine einzelne Batterie 38 bilden, in zwei Hälften unterteilt, d. h. in eine obere Hälfte oberhalb einer minieren Endplatte 78 und in eine untere Hälfte, die sich unterhalb der mittleren Endplatte
κι 78 befindet. Das untere Ende des Stapels 35 liegt auch an einer elektrischen Anschluß- oder Endplatte 80 an, die sich auf einer isolierenden Platte 82 befindet. Die: Endplatten oder Anschlußplatlen 46 und 80 besitzen die gleiche Polarität, welche Polarität derjenigen der Platte 78 entgegengesetzt ist. Die Zellen-Stapelfolge innerhalb der oberen Hälfte des Stapels 35 in jedem Regal 24 ist entgegengesetzt zur Stapelfolge innerhalb der unteren Hälfte des Stapels 35, wie aus F i g. 4 hervorgeht, so daß die einzelne mittlere End- oder Anschlußplatte 78 beiden Hälften des Stapels 35 dienen kann.
Die Batterien 38 innerhalb jeder Einheit 10 sind vorzugsweise elektrisch parallelgeschaltct. So erstreckt sich jede mittlere Anschlußplatte 78 in Verbindung mit einer elektrischen Leitung 84, welche außerhalb des
2", Rahmens 22 innerhalb des Behälters 12 in Längsrichtung desselben verläuft. Die Leitung 84 verläuft durch einen Anschluß 86 aus dem Behälter nach außen. Alle End- oder Anschlußplatten 46 und 80 erstrecken sich in Verbindung mit einer Zwischenlchung 88, die sich
in gleichfalls außerhalb des Rahmens 22 im Behälter 12 ir Längsrichtung desselben erstreckt und über einer Anschluß 90 aus dem Behälter 12 nach außen geführt ist.
In F i g. 2 und 3 der Zeichnung sind mehrere Einheiter
10 in zusammengefügter Lage als verbessertes Sekun-
·.■-) där-Batteriesystem 92 gemäß der Erfindung dargestellt Die Einheiten sind vorzugsweise in Reihe geschaltei (nicht dargestellt). Die Einheiten 10 befinden sich innerhalb eines Gestells oder Rahmens 94, welcher aul einem mit Wasser gefüllten Kühlbecken oder Kühlbas-
4Ii sin 96 aufliegt. Das Becken 96 ist mit einer Pumpe 98, mil einer Saugleitung 100 und mit einer Wassersprühleitung 102 versehen. Mit Hilfe der Wassersprühleitung 102 wird kühlendes Wasser über die Außenfläche jede; Behälters 12 im Gestell 94 versprüht.
v< Fig. 2 veranschaulicht ferner, daß ein Rahmen 22 einer Einheit 10 aus der Oberseite der jeweiligen Einheil herausgehoben werden kann, wobei Kabel 104 ar Haken oder Ösen 106 der Abdeckung 18 angreifen. Sc können die Batterien 38 innerhalb des Rahmens 22
■-.ο schnell herausgenommen, untersucht, repariert, ersetzi etc. werden.
Während des Betriebs der Einheit 10 bringt da; Gebläse 56 kontinuierlich Wasserstoff entlang dei gewünschten Bahn im Behälter 12 in Umlauf. Diese
>-> Bahn ist durch den am Umfang bestehenden Kanal 66 durch die quer verlaufenden Kanäle 70 und durch der Mittelkanal 50 bestimmt. Die kontinuierliche Rezirkulation von Wasserstoff vermittelt eine Wärmeübertragung zwischen den Zellen 36 und dem Wasserstoff und
hu zwischen dem Wasserstoff und der Hülle (Wände 14, It und 18) des Behälters 12. derart, daß der Wasserstofl und die Zellen 36 gekühlt werden. Gleichzeitig wird Wasserstoff kontinuierlich in Berührung mit der anodischen Flächen 72 gebracht, um den Betrieb dei
tv. Zellen optimal zu gestalten. Die Hülle des Behälters 12 kann als einzige Kühleinrichtung für den Wasserstof! wirken, indem Wärme in die Atmosphäre abgestrahli wird. Dieser Kühleffekt wird vorzugsweise durch
Versprühen von Wasser auf der Hülle jedes Behälters 12 verstärkt, so durch Betätigung der Pumpe 98 und durch Verwendung der Leitungen 100 und 102(Fig. 2). Nach Wunsch kann auch ein inneres Kühlsystem (nicht dargestellt) innerhalb jeder Einheit 10 verwendet werden. Ein derartiges System kann beispielsweise aus Kühlschlangen bestehen, innerhalb welchen ein Wärmeübertragungsmedium umläuft, so durch Pumpv.ir kung oder dergleichen.
Das verbesserte Sekundär-Batteriesystem bzw. Sammlersystem nach der Erfindung stellt eine optimale Konstruktion und Anordnung für die Ausbeutung der verfügbaren Eigenschaften von Metall-Wasserstoff-Zellen dar, insbesondere von Nickel-Wasserstoff-Zellen. Durch diese Anordnung ist jede Zelle 36 in die für ihre Funktion beste Arbeitslage gebracht. Darüber hinaus gestattet das aus Baueinheiten bestehende System nach der Erfindung eine unbegrenzte Erweiterung und Vergrößerung der Zahl der Einheiten, derart, daß einem weiten Bereich von Energiebedarf Rechnung getragen werden kann.
Alle aktiven Materialien der Zellen 36 werden beliebig oft in Umlauf gebracht Jeder Behälter ist abgedichtet und weist ausreichendes Volumen auf, um die volle Ladung von Wasserstoff aufnehmen zu können. Wasserstoff ist Sauerstoff zum Zwecke der Wärmeübertragung und als Kühlmedium vorzuziehen. Diese Tatsache als auch der hohe Wirkungsgrad der Zellen 36 ermöglicht eine Kühlung im Inneren der Behälterhülle, anstatt hierfür einen inneren Wärmetauscher einsetzen zu müssen.
Die Temperatur des Wasserstoffs wird innerhalb von etwa 33°C derjenigen der Atmosphäre gehalten, vorzugsweise mit Hilfe des auf der Außenseite jedes Behälters aufgesprühten Wassers. Die Zeilen 36 können nicht überhitzt oder auf sonstige Weise durch Überladung oder durch zu starke Entladung zerstört werden. Darüber hinaus ist der Druck des Wasserstoffes in jedem Behälter ein verläßliches Maß des Ladungszustandes. Hochdruck- und Niederdruckgrenzen können gemessen und eingestellt werden, um die Ladung und Entladung jedes Behälters zu steuern. Chemisch ist jede Zelle 36 stabil und nicht unerwünschten Reaktionen ausgesetzt Der Wasserstoff innerhalb jedes Behälters 12 kann frei um die eingenäßten Nickel-Kathoden strömen, ohne daß hier ein nachteiliger Effekt auftritt. Jede Zelle ist geringer Entladung ausgesetzt, wobei jede Batterie immun gegenüber atmosphärischen Bedingungen ist. Der einzige durch tiefe Temperatur bedingte Abschaltpunkt der Batterien ist durch den Gefrierpunkt des Elektrolyten bestimmt, welcher gewöhnlich bei minus 400C liegt. Jede Zelle arbeitet normalerweise auf einer beträchtlich höheren Temperatur, so bei etwa
ίο 710C. Die Einheiten 10 bedürfen keines Wetterschutzes.
Falls eine verhältnismäßig hohe Spannung, so zum
Beispiel 1000 Volt benötigt werden, ist es nicht zweckmäßig, eine einzelne Batterie zu verwenden, da die Gefahr der Funkenbildung und zu hoher Kurz-Schluß-Verluste besteht. Vielmehr werden mehrere in Reihe geschaltete Einheiten gemäß der Erfindung verwendet, um diesem Problem zu begegnen. So ist die erwünschte Spannung mit Hilfe des vorliegenden Systems in sicherer und wirksamer Weise erreichbar.
Bei einem in der Praxis verwendbaren, erfindungsgemäßen Sekundär-Batteriesystem bzw. Sammlersystem werden 16 aus Stahl bestehende zylindrische Einheiten verwendet. Jede derartige Einheit besitzt einen vertikalen Stahlrahmen, der mit seiner Abdeckung verbunden ist, wobei 16 Batterien in Parallelschaltung innerhalb der Regale des Rahmens gelagert sind. Jeder einzelne Behälter der einzelnen Einheiten ist vollständig abgedichtet und m;t Wasserstoff eines Druckes von etwa 35 bar—7 bar geladen. Der maximale Druck gibt den vollständig geladenen Zustand wieder, während der minimale Druck den vollständig entladenen Zustand wiedergibt Die tatsächlichen Drücke sind innerhalb dieser Grenzen. Jede Batterie innerhalb jeder Einheit kann 48 Zellen besitzen, wobei jede Zelle beispielsweise 1,304 Volt erzeugt, derart, daß insgesamt 62,5 Volt verfügbar sind. Jede Zelle kann beispielsweise einen Außendurchmesser von 71 cm aufweisen sowie einen Innendurchmesser von 21 cm besitzen. Die Zellen innerhalb jeder Batterie sind in Reihe geschaltet und die 16 Einheiten sind ihrerseits in Reihe geschaltet, so daß bei 1000 Ampere 1000 Volt zur Verfügung stehen. Der Stromausgang jeder Batterie ist 62,5 Ampere. Der Ausgang jeder Einheit ist infolgedessen 1000 Ampere bei 62,5 Volt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Metall-Wasserstoff-Sekundärbatterie, welche als Batterieanlage mehrere elektrisch in Verbindung stehende Baueinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet,
A. daß jede der Baueinheiten einen abgedichteten Druckbehälter (12) mit Endwänden (14,18) und Seitenwänden (16) aufweist, in welchem sich ein Volumen von Wasserstoff befindet,
B. daß mehrere im wesentlichen gleiche und gestapelte Batterien (38) in Parallelschaltung in jedem der Behälter (12) angeordnet sind, wobei jede Batterie (38) aus einem Stapel von Abstand aufweisenden, in Reihe geschalteten Metall-Wasserstoff-Zellen (36) besteht,
C. daß db gestapelten Batterien mittels einer Einrichtung (22) innerhalb des Behälters (12) gehaltert und aus diesem schnell heraushebbar sind, und
D. daß eine Einrichtung (56) innerhalb des Druckbehälters (12) vorgesehen ist, um Wasserstoff um die Zellen (36) herum und zwischen ihnen hindurch zu zirkulieren und zurück zu zirkulieren, und daß eine Einrichtung außerhalb des Behälters (12) vorgesehen ist. um den Wasserstoff durch indirekten Wärmeaustausch durch die Behälterwände hindurch zu kühlen.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) eine druckfeste Abdichtung mit dem Behälter (12) bildet und mit dem herausziehbaren Rahmen (22) verbunden ist.
3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen hohlen Balg (34), dessen oberes Ende mit einer zentrischen Öffnung (32) der oberen Begrenzung des Regals (24) verbunden ist und dessen unteres Ende auf die zentrale Öffnung (42) der obersten Zelle unter Druckausübung aufsitzt.
4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zellen (36) innerhalb eines Stapels (35) parallel zueinander geschaltet sind, und die einzelnen Stapel (35) in Reihe miteinander verbunden sind.
5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Baueinheiten (10) in einem gemeinsamen Gestell (94) angeordnet und zueinander in Reihe geschaltet sind.
6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Gestell (94) oberhalb eines wassergefüllten Kühlbeckens (96) angeordnet ist, aus dem Kühlwasser über die Außenflächen jedes Behälters(12) versprüht wird.
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IL (1) IL54445A (de)
IT (1) IT1102582B (de)
MX (1) MX149011A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3520855C1 (de) * 1985-06-11 1986-09-04 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover Galvanische Zelle mit Presskontaktierung

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4215187A (en) * 1977-09-23 1980-07-29 Varta Batterie Aktiengesellschaft Gas-tight galvanic cell
US4159367A (en) * 1978-06-29 1979-06-26 Yardney Electric Corporation Hydrogen electrochemical cell and rechargeable metal-hydrogen battery
US4327158A (en) * 1980-08-15 1982-04-27 Eic Laboratories, Inc. Metal/gas battery
US4420545A (en) * 1981-11-05 1983-12-13 Ford Aerospace & Communications Corporation Lightweight metal-gas battery
US4411970A (en) * 1981-11-16 1983-10-25 Ford Aerospace & Communications Corporation Equalizing battery cell busbar
US4467020A (en) * 1983-01-21 1984-08-21 Yardngy Corporation Rechargeable lead-hydrogen electrochemical cell
US4517264A (en) * 1983-08-24 1985-05-14 Eagle-Picher Industries, Inc. Lightweight metal-hydrogen cell with improved plate stack supporting means
US4477540A (en) * 1983-10-03 1984-10-16 Eagle-Picher Industries, Inc. Metal-gas cell with electrolyte reservoir
US4567119A (en) * 1984-03-12 1986-01-28 Hughes Aircraft Company Nickel-hydrogen bipolar battery
US4578324A (en) * 1984-10-05 1986-03-25 Ford Aerospace & Communications Corporation Active cooling system for electrochemical cells
US4565749A (en) * 1984-12-26 1986-01-21 Ford Aerospace & Communications Corporation Lightweight bipolar metal-gas battery
US4614025A (en) * 1984-12-26 1986-09-30 Ford Aerospace & Communications Corporation Method for making a lightweight bipolar metal-gas battery
JPH02227966A (ja) * 1989-02-28 1990-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉形アルカリ蓄電池とその負極の製造法
CA2038354A1 (en) * 1990-03-30 1991-10-01 William H. Kelly Ni-h2 battery having improved thermal properties
US5082754A (en) * 1990-05-24 1992-01-21 Globe-Union Inc. Pressure vessel construction for a metal oxide-hydrogen battery
US5071652A (en) * 1990-12-11 1991-12-10 Globe-Union Inc. Metal oxide hydrogen battery having improved heat transfer properties
US5354630A (en) * 1992-12-10 1994-10-11 Comsat Ni-H2 battery having improved thermal properties
US5395708A (en) * 1994-01-14 1995-03-07 Space Systems/Loral, Inc. Bimodal electric vehicle battery system
EA002888B1 (ru) * 1997-07-22 2002-10-31 Блэклайт Пауэр, Инк. Неорганические водородные соединения, способы получения и применение
USD427964S (en) * 1999-08-23 2000-07-11 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell
JP4361229B2 (ja) * 2001-07-04 2009-11-11 日産自動車株式会社 電池システム
US8117969B1 (en) * 2008-08-05 2012-02-21 Bnsf Railway Company Hydrogen fuel cell hybrid locomotives
GB201800759D0 (en) * 2018-01-17 2018-02-28 Siemens Ag Method of assembling an energy storage system
US20240072338A1 (en) * 2022-08-29 2024-02-29 EnerVenue Inc. Nickel-Hydrogen Battery Configurations for Grid-Scale Energy Storage

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3544375A (en) * 1967-05-22 1970-12-01 Samuel Ruben Rechargeable fuel cell
US3669744A (en) * 1971-02-25 1972-06-13 Tsenter Boris I Hermetically sealed nickel-hydrogen storage cell
JPS5110340Y2 (de) * 1971-12-10 1976-03-19
US3990910A (en) * 1972-05-31 1976-11-09 Tyco Laboratories, Inc. Nickel-hydrogen battery
US3867199A (en) * 1972-06-05 1975-02-18 Communications Satellite Corp Nickel hydrogen cell
US3850694A (en) * 1972-11-27 1974-11-26 Communications Satellite Corp Low pressure nickel hydrogen cell
US3834944A (en) * 1973-09-10 1974-09-10 Yardney International Corp Multi-cell metal-fluid battery
JPS50161649A (de) * 1974-06-18 1975-12-27
US4000350A (en) * 1975-03-17 1976-12-28 Hughes Aircraft Company Battery design
US3975210A (en) * 1975-03-27 1976-08-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Metal-gas battery with axial reactant gas storage cavity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3520855C1 (de) * 1985-06-11 1986-09-04 Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 3000 Hannover Galvanische Zelle mit Presskontaktierung

Also Published As

Publication number Publication date
MX149011A (es) 1983-08-08
IT1102582B (it) 1985-10-07
JPS5846833B2 (ja) 1983-10-19
DE2816054A1 (de) 1978-10-26
IT7848828A0 (it) 1978-04-10
IL54445A (en) 1981-01-30
US4098962A (en) 1978-07-04
JPS53128734A (en) 1978-11-10
BR7802260A (pt) 1979-02-13
GB1548557A (en) 1979-07-18
FR2387525A1 (fr) 1978-11-10
CA1111101A (en) 1981-10-20
FR2387525B1 (de) 1981-12-24
IL54445A0 (en) 1978-07-31

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