DE2054491A1 - - Google Patents

Description

Sammlerbatterie der Säulenbauart

tut hoher Leistung arbeitende Blei-Säure-Batterien der Säulenbauart umfassen einen Stapel aus dünnen bipolaren Bleiplatten, zwischen denen sich ein Elektrolyt und leitfähige Abstandhalter oder Separatoren befinden. Jede der Bleiplatien weist auf einer Seite einen Überzug aus Bleidioxid auf und ist auf der anderen Seite mit einer Schicht aus Bleischwamm versehen. Die Platten sind an ihren Händern sorgfältig abgedichtet, da sich keine aus ilüssigkeit bestehenden Verbindungswege vorhanden sind, die zum Entstehen von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Zellen führen würden. Beim Gebrauch solcher Zellen ergibt sich eine Schwierigkeit daraus, daß es erforderlich ist, jeder Zelle Wasser zuzuführen, um Wasserverluste auszugleichen, die auf die elektrolytisehe Zersetzung von wasser sowie auf Verdampfung zurückzuführen sind. Die bis Jetzt bekannten Blei-Säure-Batterien können teilweise abgedichtet sein, damit sie geringe Ansprüche an die Wartung stellen. Zu diesem Zweck wird der KLektrolyt in Form eines Gels verwendet oder von einem dazu geeigneten Material absorbiert, um ein 1/erschütten des Elektrolyten zu verhindern, und die Batterie ist mit Hilfe eines Hückschlagventils entlüftet

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das Gas und Wasserdampf nur dann entweichen läßt, wenn der Druck im Inneren der Zellen einen vorbestimmten Wert überschreitet, damit nur möglichst kleine Mangen des Elektrolyten verloren gehen. Gewöhnlich ist hierbei dafür gesorgt, daß der sich in der Batterie entwickelnde Sauerstoff wieder mit dem Blei in Verbindung tritt, damit Sauerstoff gespart wird. Wenn weniger Gas in die Atmosphäre entweicht, wird eine wettere Verringerung der Wasserverluste erzielt. Um den Sauerstoff erneut zu binden, ist es erforderlich, Sauerstoff von einer positiven Platte, wo er beim Laden der Batterie entsteht, zu einernegativen Platte zu überführen, wo er mit dem Blei der Platte reagieren kann. Bui den bekannten, geringe Ansprüche an die Wartung stellenden Batteriezellen wandert Sauerstoff überdie oberen Ränder der Elektroden, um die Ränder der Platten hinweg und durch offene Poren der Separatoren zu der negativen Elektrode. Bei einer Bstterie der Säulenbauart sollen jedoch die Separatoren normalerweise vollständig mit dem Elektrolyten gesättigt sein, so daß sie eine maximale Leitfähigkeit erhalten} hierdurch wird jedoch der erwähnte Weg zum "überführen von Sauerstoff blockiert. Da die Platten und Separatoren außerdem längs ihrer Ränderabgedichtet sind, ist auch an dieser Stelle kein Weg vorhanden, längs dessen der Sauerstoff wandern könnte. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabezugrunde, die vorstehend genannten Schwierigkeiten zu vermeiden und eine Batterie der Säulenbauart zu schaffen, die erheblich geringere Ansprüche an die Wartung stellt als die bis jetzt bekannten Batterien.

Gemäß der Erfindung wird eine Seite eines porösen, elektrisch nicht leitenden Bauteils in Dampfberührung mit den Zellen einer Batterie gebracht, und Wasser oderein Elektrolyt, dersich in einem Behälter befindet, steht in Dampfberührung mit der anderen S^ite des porösen Bauteils. Auf diese Weise wird der Elektrolyt zurückgehalten, jedoch kann Sauerstoff durch das poröse Bauteil hindurch zu den betreffenden Flächen der negativen Platten wandern. Jede Verringerung des Dampf-

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drucks in den Zellen, die durch einen Verdampfungsvorgang oder die Elektrolyse von Wasser verursacht wird, bewirkt, daß Dampf aus dem Behälter durch das poröse Bauteil hindurch angesaugt und in die Batteriezellen überführt wird, wo der Dcmpf dazu dient, den eingetretenen \V;,sserverlust zu ersetzen. Dies hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Blei-Säure-Säulenbatterie geringere Ansprüche an die härtung stellt als die bis jetzt bekannten Batterien. Ferner wird gemäß der Erfindung ein ü-;_:skanal vorgesehen, der bei einer Batterie der Säulenbauart um die Platten und Separatoren herumführt. Weiterhin sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die es ermöglicht, den Wasservorrat in den Z Ilen einer Säulenbatterie zu ergänzen, um I nicht zu verhindernde WassBrverluste auszugleichen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Z ichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt eine erfindungsgemäße Blei-Säure-Batterie der Säulenbauart und veranschaulicht eine mögliche Anordnung des Behälters und des porösen Bauteils.

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch eine weitere Ausführungεform der Erfindung, bei der gesonderte Gasabgabe- ä und Behälterkammern vorgesehen sind.

In Fig. 1 erkennt man ein Batteriegehäuse 10, das vier Batterieplatten 12, 14, 16 und 18 enthält. Zwar sind der Deutlichkeit halber nur vier Batterieplatten dargestellt, doch könnte eine erfindungscemäße Batterie auch eine beliebige andere Anzahl von Platten enthaten. Zwischen benachbarten Batterieplatten sind drei leitfähige Separatoren 20, 22 und 24 angeordnet. Jeder Separator ist in einen zwischen den Bstterieplatten vorhandenen Elektrolyten 26 eingetaucht und mit dem Elektrolyten gesättigt. Dieser Elektrolyt ist vorzugsweise gelförmig. Mit den Batterieplatten 12 und 1b sind zwei

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Kontaktplatten 30 und 31 verbunden, mit denen zwei Anschlußstücke 32 und 34 verbunden sind. Die Platten 14 und 16 sind als bipolare Elektroden aus dünnen Bleiplatten ausgebildet, die auf einer Seite eine Schicht aus Bleidioxid tragen und auf ihrer anderen Seite mit einer Schicht aus Bleischwamm versehen sind. Die Platten 12 und 18 bilden monopolare Platten, von denen eine nur mit einer Schicht aus Bleischwamm versehen ist, während die andere Platte nur eine Schicht aus Bleidioxid aufweist. Bei dieser Batterie verläuft der Strompfad von einem der Anschlußstücke aus über die Platten, den Elektrolyten und die Separatoren zu dem anderen Anschlußstück. Da die sich bei einer solchen Batterie abspielenden chemischen Vorgänge bekannt sind, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen. Diese bekannten chemischen Reaktionen führen dazu, daß sich beim Laden der Batterie Sauerstoff auf den positiven Seiten derPlatten bildet. Um die aus der Batterie entweichende Gasmenge zu verkleinern, ist es erwünscht, dafür zu sorgen, daß der Sauerstoff durch das Blei auf der negativen Seite der Platten wieder gebunden wird. Da Jedoch die positiven und negativen Seiten der Platten durch die vollständig mit dem Elektrolyten getränkten Separatoren getrennt sind, kann der entstehende Sauerstoff nicht zur negativen Seite der Platten gelangen. Gemäß der Erfindungwirdin dieser Beziehung dadurch Abhilfegeschaffen, daß ein Bauteil 36 aus einem porösen, elektrisch nicht leitenden Material vorgesehen ist, das eine Wand der die Batterieplatten enthaltenden Kammer bildet. Das poröse Bauteil 36 kann aus einem von mehreren geeigneten wasserabstoßenden porösen Materialien, z.B. porösen fluorhaltigen Kunststoffen, hergestellt sein. Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß poröse fluorhaltige Kunststoffe wie Polytetrafluorethylen besonders geeignet sind. Das poröse Bauteil 36 läßt Gase durch, so daß derentstehende Sauerstoff durch das Bauteil 36 hindurch zu den negativen Seiten derPlatten gelangen kann, um dort mit dem Blei zu reagieren, so daß er wieder gebunden wird. Hierdurch wirddie Menge desentweichenden Gases verringert, so daß sich die Wirkung der elektrolytisehen

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Zersetzungverringert, wodurch die auf das Entweichen von Dämpfen zurückzuführenden Verluste herabgesetzt werden. Beim normalen Betrieb einer solchen Batterie muß sich jedoch in einem gewissen Mindestmaß eine Elektrolyse abspielen, die nicht verhindert werden kann. Infolgedessen ist es bei allen derartigen Batterien erforderlich, von Zeit zu Zeit den Wasservorrat zu ergänzen. Um diesen nicht zu verhindernden Verlust auszugleichen, ist die Batterie gemäß der Erfindung mit einem Behälter 40 versehen, der einen zusätzlichen Vorrat 42 von Wasser oder Elektrolyt enthält. Da der Raum zwischen den Batterieplatten klein ist, genügt bereits ein relativ kleiner Behälter, um den Elektrolytvorrat in der Batterie erheblich " zu vergrößern, wodurch gewährleistet wird, daß sich die Zusammensetzung des Elektrolyten und seine Konsistenz infolge der Verdampfung und der Elektrolyse während langer Zeitspannen nur geringfügig verändert.

Der Behälter 40 steht in Dampfberührung mit dem porösen Beuteil 36. Wenn die Standhöhe des Wassers in den Batteriezellen zurückgeht, erhöht sich die Konzentration des Elektrolyten, und der Teildruck des Wasserdampfes oberhalb der Zellen nimmt ab. Der höhere Dampfdruck des Wassers in dem Behälter 40 bewirkt, daß Wasserdampf durch das poröse Bauteil 36 hindurch zu den Batteriezellen diffundiert, bis sich ein Ausgleich ein- λ gestellt und die Standhöhe des Wassers in der Batterie wieder ihren normalen Wect erreicht hat. Die Zusammensetzung der Flüssigkeit in dem Behälter 40 ist vorzugsweise so gewählt, daß sie der gewünschten Zusammensetzung der Flüssigkeit in den Batteriezellen ähnelt, damit Wasser zu den Zellen nur diffundiert, wenn die Elektrolyse zu einem Wasserverlust geführt hat. Zu diesem Zweck wird in dem Behälter vorzugsweise der gleiche Elektrolyt vorgesehen wie in der eigentlichen Batterie. Es sei bemerkt, daß das poröse Bauteil 36 für Flüssigkeiten relativ undurchlässig ist, so daß keine Flüssigkeit aus der Batterie zu dem Behälter oder aue dem Behälter zu der Batterie gelangt, wenn die Batterie gekippt oder umgewendet wird.

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Während des Ladens der Batterie werden erhebliche Gasmengen erzeugt, die abgeführt werden müssen. Um dies zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung ein Abzug vorgesehen, der Gase entweichen läßt, wenn der Gasdruck in der Batterie über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt. Gemäß Fig. 1 ist ein geschlossener Rohrstutzen 44 vorgesehen, der ein Loch 46 aufweist, welches durch eine Umschließung 47 aus Gummi verschlossen ist. Diese Anordnung wirkt wie ein Bückschlagventil und verhindert das Entweichen von Wasserdampf oder Sauerstoff aus der Batterie während des normalen Betriebs, doch läßt dieses Rückschlagventil Gase entweichen, wenn sich während des Ladens in der Batterie ein zu hoher Druck aufbaut.

Beim Gebrauch der Batterie werden die inneren Teile der Batterie ziemlich warm. Bei einer solchen Temperaturerhöhung besteht die Gefahr, daß Wasserdampf aus dem Elektrolyten zu dem kühleren Behälter 42 verdrängt wird. Um dieser Erscheinung entgegenzuwirken, ist die erfindungsgemäße Batterie nach Fig. 1 so ausgebildet, daß der Behälter 40 der eigentlichen Batterie möglichst nahe benachbart ist. Infolgedessen behält der Behälter eine Temperatur bei, die sich nur wenig von der Temperatur der eigentlichen Batterie unterscheidet. Gegebenenfalls kann man dem beschriebenen unerwünschten Vorgang weiter dadurch entgegenwirken, daß man in der Umgebung des Behälters 40 wärmeisolierende Materialien vorsieht.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die dargestellte Batterie umfaßt ein Batteriegehäuse 50, Flatten 52 und ein stirnseitiges Anschlußstück 54. Gemäß Fig. 2 ist ein poröses Bauteil 56 über den Batterieplatten angeordnet, und ein Wasserbehälter 58 ist unmittelbar über dem porösen Bauteil vorgesehen. Da das poröse Bauteil für Flüssigkeiten undurchlässig ist, kann von dem Behälter 58 aus nur Wasserdampf zu den Stellen zwischen den Batterieplatten gelangen, wenn eich der Dampfdruck in den Zellen verringert. Um die Batterie zu entlüften bzw. überschüssige Gas· abzuführen, sind kleine Löcher 60 vorgesehen, die zu einer

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gemeinsamen Kammer 62 führen, welche mit der Atmosphäre über ein Rückschlagventil 64 in Verbindung steht, das dem an H; nd von !'ig. 1 beschriebenen Eückschlagventil ähnelt«

Ansprüche:

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Claims (1)

1. ANSPEÜOHE

   1.J Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine

   eich aus mehreren chemisch aktiven Platten (12, 14, 16, 18; 52) zusammensetzende Batterie der Säulenbauart, Gehäusemittel (10; 50) zum Abdichten der Ränder der Platten derart, daß zwischen den Platten angeordnete, einen Elektrolyten enthaltende Zellen vorgesehen sind, die nach außen abgedichtet sind, sowie durch ein Gehäuseteil (56; 56) aus einem für Gase durchlässigen Material.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für Gase durchlässige Material ein poröeer fluorhaltiger Kunststoff ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusemittel (10; 50) einen Gehäuseabschnitt (40;58) umfassen, der dem für Gase durchlässigen Material (56} 56) benachbart ist und dazu dient, eine wässerige Lösung aufzunehmen, die in Dampfberührung mit dem für Gase durchlässigen Material steht.

   4. Vorrichtung nach Anspruch. 5« dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterabschnitt (40; 58) eine wässerige Lösung (42; 58) enthält, deren Zusammensetzung der Zusammensetzung des Elektrolyten in den Zellen ähnelt.

   5· Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch mit den Zellen verbundene Entlüftungsmittel (44, 46, 47; 60, 62, 64) die G se aus den Zellen entweichen lassen, wenn der Druck in den Zellen einen vorbestimmten Wert überschreitet.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsmittel (4ί, 46,4?) mit dem Behälter-

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   abschnitt (40) verbunden sind und mit den Zellen über das für Gase durchlässige Material (36) in Verbindung stehen.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das für Gase durchlässige Material ein poröser fluorhaltiger Kunststoff ist.

   8. Vorrichtung ium Stabilisieren der in Batteriezellen enthaltenen Wassermenge, gekennzeichnet durch einen Behälter (40; 58), der mit den den Elektrolyten enthaltenden Zellen durch ein für Gase durchlässiges Bauteil (36; 56) verbunden ist, wobei der Behälter eine Flüssigkeit (42; 58) enthält, deren Zusammensetzung der Zusammensetzung des Elektrolyten ähnelt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mit den Zellen verbundene Entlüftungsmittel, die Qi se aus den Zellen entweichen lassen, wenn der Druck in den Zellen über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß'i für Gase durchlässige Bauteil aus porösem Polytetrafluoräthylen besteht.

   Der Patentanw&lt:

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