DE2516530C3 - Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden - Google Patents
Alkalischer Akkumulator mit WickelelektrodenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen alkalischen Akkumulator mit Wickelelektroden, die durch einen Separator
voneinander getrennt sind und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und
der negative Wickel einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Stromabnehmern,
die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der
jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer Seite
mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an der Außenfläche der Metallplatte angeordnetes Punktschweißpolpaar
leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der Elektroden bilden.
Aus der DE-AS 12 48 770 ist bereits ein derartiger Akkumulator mit Wickelelektroden bekannt, bei dem
die Metallplatten als Polscheiben mit zu den Rändern der Elektroden hin vorstehenden und radial verlaufenden
Sicken ausgebildet sind. Dabei werden jedoch die Randabschnitte der Elektroden an den Stellen, an denen
sie mit den Sicken verschweißt werden sollen, durch bo
einen zusätzlichen Arbeitsschritt zusammengepreßt, bevor sie mit den Sicken verschweißt werden. Durch
diesen zusätzlichen Arbeitsschritt ist der bekannte Akkumulator für eine Massenproduktion ungeeignet
und er weist auch noch die Nachteile auf, daß sowohl b5
beim Schweißvorgang als auch bei der Stromabnahme Stromverluste auftreten und die Festigkeit der Verbindung
zwischen Stromabnehmern und Elektroden aufgrund der kleinen Anzahl von Schweißpunkten nicht
ausreichend ist
Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, einen Akkumulator der oben beschriebenen Art zu schaffen,
bei dem die Verbindung zwischen Stromabnehmer und Elektrodenrand mit nur geringen Stromverlusten und
einer erhöhten Festigkeit herstellbar ist, so daß der Akkumulator wirkungsvoller genutzt werden kann und
für eine Massenproduktion geeignet ist
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte ist daß die
konvexen Erhebungen als Grate von rhombusartigen, in gleicher Richtung verlaufenden öffnungen in der
Metallplatte ausgebildet sind, daß das Punktschweißpolpaar in Richtung der kürzeren Diagonale der rhombusartigen
öffnungen angeordnet ist und daß die Sttomabnehmerlasche in Richtung der längeren Diagonale
der rhombusartigen öffnung verläuft
Durch die dünne, flexible Platte können die Unebenheiten der Randabschnitte der Elektroden
ausgeglichen und die Festigkeit der Schweißverbindungen erheblich verbessert werden. Aufgrund der
speziellen Ausbildung der öffnungen und der Anordnung
des Punktschweißpolpaars kann der Schweißvorgang ohne große Stromverluste durchgeführt werden.
Durch die spezielle Anordnung der Stromabnehmerlasche kann die Stromabnahme verbessert werden, da der
Widerstand der Metallplatte in Richtung der längeren Diagonaie minimal ist und damit ein großer Strom
abgenommen werden kann.
Damit wird ein alkalischer Akkumulator geschaffen, der — wie im nachfolgenden noch mit Bezug auf Tabelle
I ausgeführt wird — gegenüber dem Stand der Technik einen niedrigeren inneren Widerstand, einen höheren
Nebenschlußstrom, einen größeren Ladungswirkungsgrad bzw. ein besseres Güteverhältnis sowie eine
größere Festigkeit der Schweißverbindung aufweist
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Zellenanordnung aus Elektroden und einem Separator mit
einem erfindungsgemäßen Stromabnehmer,
Fig.2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht des geschweißten Teiles zwischen dem Stromabnehmer und
dem einen Ende der Anordnung, wobei (a) eine Tragwerkplatte, (b) ein gestanztes Metall und (c) ein
Drahtgeflecht jeweils als Stromabnehmer zeigt,
F i g. 3 und 4 andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stromabnehmers,
Fig.5 eine vergrößerte und teilweise veränderte Ansicht von F i g. 3.
In F i g. 1 ist mit 1 und 2 die positive und negative Elektrode gekennzeichnet, die jeweils aus einem
Metallträger, wie etwa einem gestanzten Metall oder einem Drahtgewebeschirm, und einem darauf befindlichen
aufgesinterten feinen Nickelpulver bestehen und mit einem aktiven Material imprägniert sind. Der
Separator 3 ist zwischen dem Elektrodenpaar 1 und 2 angeordnet. Der vorspringende Teil 4 einer der
Elektroden ist blank und leitfähig. Der Stromabnehmer 5 besteht aus einem eine Vielzahl von konvexen
Erhebungen aufweisenden Metallteil. Jede konvexe Erhebung bildet einen Kontanktpunkt mit einem
entsprechenden Randteil 4 der Elektroden 1 oder 2.
Da der Stromabnehmer an jedem Kontaktpunkt an die Elektrode angeschweißt ist, garantieren die zahlreichen
konvexen Erhebungen eine feste Verbindung.
Wegen der niedrigeren Leitfähigkeit zwischen den Schweißpolen durch das StromabnehmermateriaL wird
der Stromverlust beim Schweißprozeß minimisiert, was ein Reihenschweißverfahren ermöglicht, welches ein auf
dem Stromabnehmer angeordnetes Schweißpolpaar 6 und 7 verwendet Der benutzte Begriff »Reihenschweißverfahren«
kennzeichnet ein Schweißverfahren, welches mindestens zwei Schweißpunkte zur Bildung
mindestens eines geschlossenen Kreises herstellt Die niedrigere Leitfähigkeit zwischen den Schweißpolen iu
minimisiert den Stromverlust zwischen den Schweißpolen und erlaubt die Verwendung eines runden
Stromabnehmers, wie in F i g. 3 gezeigt wird.
Der am Randteil 4 angeschweißte Stromabnehmer 5 besteht aus einem !eitfähigen Material mit zahlreichen
konvexen Erhebungen, wie etwa einer Tragwerkplatte, einem Drahtgeflecht, einem Drahtgewebe oder einer
gestanzten Metallplatte.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die z. B. aus einem 0,3 mm dünnen Eisenflm bestehende
Tragwerkplatte zahlreiche rhombische öffnungen auf. Die öffnungen werden durch ein Preß- und Dehnverfahren
ausgebildet, bei dem ein Formpaar mit zahlreichen keilförmigen Schneidkanten verwendet
wird.
Wie in F i g. 5 gezeigt ist, ist das Schweißpolpaar 6, 7 entlang der kürzeren Diagonale (A) der rhombischen
Öffnungen angeordnet und der Stromabnehmervorsprung 5' erstreckt sich in Richtung der längeren
Diagonale (B) der rhombischen öffnungen. Damit kann wegen des minimalen Stromverlustes durch den
Stromabnehmer in Richtung (A) ein wirksames Reihenschweißverfahren durchgeführt und wegen des
minimalen Widerstandes in Richtung (B) auch eine wirksame Stromabnahme erreicht werden. Bei der
bevorzugten Ausführungsform weist die längere Diagonale des Rhombus eine Länge von A =0,7—0,9 mm und
die kürzere Diagonale /2 = 0,4—0,8 mm auf, mit einem
Verhältnis/,//2 = 3/2.
Diese Konfiguration basiert auf der von den Erfindern gefundenen Tatsache, daß die Leitfähigkeit
des Stromabnehmers 5 in Richtung (B) insofern höher
ist als die in Richtung (A), als es sich um den
Punktschweißstrom handelt Der längere Stromweg in Richtung (A) um die rhombischen öffnungen herum,
verglichen mit dem kürzeren in Richtung (B) erklärt dieses Phänomen.
Die Schweißpunkte zwischen Elektroden und dem Stromabnehmer und ihre Lage kann genauer in den
F i g. 2 (a), (b), (c) einer jeden Ausführungsform ersehen
werden.
Wie aus jeder Figur zu ersehen ist, berührt der Stromabnehmer 5 die Elektrode mit leichtem Druck.
Wie in F i g. 4 gezeigt ist, kann auch eine eine Vielzahl von Vorsprüngen auf ihrer Oberfläche aufweisende
leitfähige Metallplatte 5 als Stromabnehmer verwendet werden. Da der elektrische Widerstand des Stromabnehmervorsprungs
5' geringer ist als in den anderen Fällen, ist sie für die Stromabnahme effektiv.
Der Stromabnehmer wird jeweils an die entsprechende Elektrode in der folgenden Art und Weise
angeschweißt Eine Grundanordnung wird dadurch gebildet daß beide durch den Separator getrennte
Elektroden zu einer festen Rolle oder zu einer Blockform gerollt wet den, wobei die blanken Randteile
der Trägerplatten an entgegengesetzten Seiten oder Enden der Anordnung sich von den entsprechenden
Elektroden aus nach außen erstrecken. Darauf wird an der Oberseite der Anordnung ein Stromabnehmer einer
Tragwerkplatte angeordnet die eine Dicke von 0,3 mm und ein Verhältnis der Löcher zur Gesamtfläche von
20% aufweist Der Schweißstrom von etwa 800 Ampere
wird zweimal für j(^ bis ^q Sekunden über ein
Schweißelektrodenpaar an jeden Arm des Stromabnehmers angelegt, wobei ein Druck von etwa 78,45N/cm2
auf den Stromabnehmer ausgeübt wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist liefern die zahlreichen konvexen Erhebungen auf der Oberfläche des Stromabnehmers
Punktkontakte mit den entsprechenden Randteilen der Elektrode und damit eine feste Schweißstelle.
Die Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen einer erfindungsgemäßen Zelle und den bisher bekannten
Zellen.
Innerer Widerstand
Nebenschlußstrom
Kapazität (bei 0,2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 1 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 4 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 8 C)
Nebenschlußstrom
Kapazität (bei 0,2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 1 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 2 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 4 C)
Ah-Wirkungsgrad (bei 8 C)
Wirksame Ladung
0,1 CX 8 h (Ladung)
0,2 C(Entladung)
0,1 CX 8 h (Ladung)
0,2 C(Entladung)
Festigkeit der Schweißverbindung
des Stromabiitiimers
C = Auf die Standardkapazität bezogene Stromstärke.
4 mii | 6,5 m< > | 8 mti |
140,0 A | 116,5 A | 88,7 A |
131OmAh | 1324 mAh | 1357 mAh |
92,3% | 90,8% | 90,3% |
88,5% | 83,5% | 84,8% |
79,9% | 78,2% | 80,0% |
64,3% | 60,1% | 58,5% |
97,0% | 95,3% | 92,0% |
10 kg 3 kg
In der Tabelle stellt A eine erfindungsgemäße Zelle, B
eine in der US-PS 37 32 124 geoffenbarte Zelle und C
eine Zelle dar. bei der das Stromabnehmerteil auf dem Metallträger durch einen Ausstanzprozeß vor dem
Sinterprozeß ausgebildet wird.
Da die jjesamte Oberfläche der Stromabnehmer an
Da die jjesamte Oberfläche der Stromabnehmer an
5 6
die Ränder der jeweiligen Elektrode angeschweißt ist, Elektrodenrandes so minimisiert werden, daß c
wird bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sinterplatte mit mehr aktivem Material imprägnU
innere Widerstand vermindert und die Ladungsge- werden kann. Die Flexibilität des Abnehmers erlau
schwindigkeit erhöht. Außerdem ist die Verbindung große Toleranzen in bezug auf die ungleiche Höhe d
zwischen dem Stromabnehmer und den Elektrodenrän- 5 vorspringenden blanken Teile der Elektrode ui
dem viel fester. vermindert die Fehlerrate im Schweißprozeß.
Da der St-omabnehmer und die Elektrode in einer Es ist leicht verständlich, daß die Erfindung auch a
Punkt-Rand-Verbindung zusammengeschweißt sind, eine Zelle mit abwechselnd aufgeschichteten Elektr
kann zudem die blanke vorspringende Fläche des den anwendbar ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Alkalischer Akkumulator mit Wickelelektroden, die durch einen Separator voneinander getrennt sind
und von denen der positive Wickel einen leitenden Randabschnitt an der einen und der negative Wickel
einen leitenden Randabschnitt an der entgegengesetzten Stirnseite aufweist, sowie Stromabnehmern,
die jeweils aus einer Stromabnehmerlasche und einer im wesentlichen die ganze Stirnfläche der
jeweiligen Elektrode bedeckenden Metallplatte bestehen, wobei die Metallplatte jeweils auf einer
Seite mehrere konvexe Erhebungen aufweist, die durch ein an der Außenfläche der Metallplatte
angeordnetes Punktschweißpolpaar leitfähige Schweißverbindungen mit den Randabschnitten der
Elektroden bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallplatte eine dünne, flexible Platte (5) ist, daß die konvexen Erhebungen als Grate von
rhombusartigen, in gleicher Richtung verlaufenden öffnungen in der Metallplatte (5) ausgebildet sind,
daß das Punktschweißpolpaar (6,7) in Richtung der kürzeren Diagonale (A) der rhombusartigen öffnungen
angeordnet ist und daß die Stromabnehmeriasehe (5') in Richtung der längeren Diagonale (B) der
rhombusartigen öffnungen verläuft
2. Alkalischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Diagonale
(h) eine Länge von 0,7 bis 0,9 mm und die kürzere jo Diagonale (h) der rhombusartigen öffnungen eine
Länge von 0,4 bis 0,8 mm aufweisen und daß das Verhältnis (hlI1) der Diagonalen der rhombusartigen
öffnungen gleich 3/2 ist.
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ID=26382213
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