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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie mit flüssigem Elektrolyten, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, wobei das Batteriegehäuse Wandungen und einen Bodenbereich zur Begrenzung des Batteriegehäuses und/oder zur Begrenzung von Batteriezellen aufweist und wobei in dem Batteriegehäuse mindestens ein Steigrohr vorgesehen ist, in dessen dem Bodenbereich zugewandten Endbereich durch eine Einblasöffnung ein Gas einblasbar ist.
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Bei Batterien mit flüssigem Elektrolyten entstehen während des Betriebs Gradienten in der Säuredichte. Beim Entladen der Batterie wird Säure verbraucht. So entsteht bei einer Bleisäurebatterie unter Abgabe von elektrischer Energie aus dem Blei der Elektrode und Schwefelsäure Bleisulfat und Wasser. Dadurch sinkt in unmittelbarer Nähe der Elektroden die Säuredichte. Beim Ladevorgang wird dieser Vorgang umgekehrt, d. h. unter Einsatz elektrischer Energie wird Säure „erzeugt”. Dadurch steigt die Konzentration der Säure in unmittelbarer Nähe der Elektroden an. In beiden Fällen gleichen Diffusionsprozesse die unterschiedlichen Säuredichten in gewissen Grenzen aus. Problematisch erweist sich jedoch, dass zusätzlich die im Vergleich zu Wasser schwerere Schwefelsäure nach unten in Richtung Batterieboden sinkt und dadurch die Konzentration im unteren Bereich der Batterie zunimmt. Dadurch entsteht Säureschichtung, die bei starker Ausprägung irreversible Schädigungen der Elektroden zur Folge hat.
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Daher sind aus der Praxis verschiedene Verfahren bekannt, mit der Säureschichtung vermieden oder entstandene Säureschichtung abgebaut werden kann. Es sind Verfahren bekannt, die eine thermische Umwälzung nutzen, d. h. eine Wärmequelle sorgt für eine Konvektionsbewegung innerhalb der Batterie. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der
WO 2008/019674 A2 oder der
DE 10 2007 021 841 A1 bekannt. Problematisch hierbei ist, dass zusätzlich Wärmeenergie in der Batterie entsteht, was insbesondere bei hoher Belastung der Batterie unerwünscht ist.
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Andere Verfahren nutzen kurzzeitige Überhöhungen der Ladespannungen, durch die es zu Gasungen kommt. Diese Gasblasen durchwirbeln den Elektrolyten, wodurch Säureschichtung aufgehoben werden kann. Nachteilig ist, dass auf diese Weise Wasser aus dem Elektrolyten verbraucht wird.
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Andere Verfahren nutzen Pumpen, mit denen eine Umwälzung des Elektrolyten bewirkt wird. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der
DE 29 12 527 A1 bekannt. Dort wird eine sogenannte Mammutpumpe eingesetzt. Im einfachsten Fall besteht eine Mammutpumpe aus einem Steigrohr, das in ein Gefäß mit Flüssigkeit getaucht ist. Im unteren Bereich des Steigrohres wird ein Gas eingeblasen. Durch die sich im Steigrohr befindenden Gasblasen sinkt die Gesamtdichte im Inneren des Steigrohres. Dadurch drückt Flüssigkeit von unten aus dem Gefäß in das Steigrohr, wodurch der Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Steigrohres ansteigt. Ein weiterer Effekt ist, dass die aufsteigenden Gasblasen Flüssigkeit „mitnehmen”. Diese Effekte können bei geeigneter Dimensionierung zum Herbeiführen einer Pumpwirkung genutzt werden.
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Die
DE 29 12 527 A1 nutzt diese Mammutpumpen, um eine Elektrolytumwälzung herbeizuführen. Dazu wird eine Grundplatte mit parallel verlaufenden Förderrohren und angeschlossenen Gaszuleitungen zwischen den Elektrodenblock und der Gehäusewand eingeschoben. Durch die eingeschobene Platte wird das System jedoch empfindlich gegenüber Erschütterungen. So kann die Platte zwischen der Gehäusewand und dem Elektrodenblock klappern, was bis zu einer Zerstörung der Platte oder der Elektroden führen kann. Daher nutzen neuere System, beispielsweise die in der
DE 39 02 651 A1 oder
DE 10 2006 021 576 B3 beschriebenen Vorrichtungen, andere Pumpmechanismen. Allerdings kann keine der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen eine Umwälzung des Elektrolyten bei einfachster Konstruktion und gleichzeitiger Rüttelbeständigkeit gewährleisten. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz in einer Fahrzeugumgebung von besonderer Bedeutung.
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Ein anderes System zur Elektrolytumwälzung, das das Prinzip einer Mammutpumpe nutzt, ist in der
US 2 584 117 A offenbart. In einem Batteriekasten ist ein Steigrohr vorgesehen, das gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in den Batteriekasten gestellt und gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel durch einen Hohlraum in der Wandung des Batteriekastens gebildet ist. Das untere Ende des Steigrohrs reicht bis in die Nähe des Bodens des Batteriekastens und dessen oberes Ende ragt über den Elektrolytpegel hinaus. Etwa in der Mitte des Steigrohrs befindet sich eine Einblasöffnung, in die zum Erzeugen einer Pumpwirkung Luft aus einem Gebläse einblasbar ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen Einblasöffnung und Gebläse über einen Schlauch hergestellt, der durch den Batteriedeckel geführt ist und sich im Inneren des Batteriekastens bis zur Einblasöffnung erstreckt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Einblasöffnung als Ventil realisiert, das durch eine Wandung des Batteriekastens direkt in das Steigrohr führt. Ein außerhalb des Batteriekastens geführter Schlauch stellt die Verbindung zwischen Gebläse und Ventil her.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Batteriegehäuse der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass Säureschichtung wirkungsvoll abgebaut oder deren Aufbau verhindert werden kann und das Batteriegehäuse gleichzeitig eine hohe Rüttelfestigkeit bei einfachster Konstruktion und geringen Herstellungskosten aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Batteriegehäuse dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr an mindestens einer der Wandungen des Batteriegehäuses einstückig angeformt ist.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass auf die Vorzüge der Pumpwirkung einer einfachen Mammutpumpe nicht zwangsläufig verzichtet werden muss, wenn eine erschütterungsfeste Batterie hergestellt werden soll. Vielmehr kann das aus dem Stand der Technik bekannte System derart umgestaltet werden, dass eine einfache Konstruktion, eine einfache Fertigung und eine hohe Erschütterungsfestigkeit gleichzeitig erreichbar sind. Dazu ist das für die Mammutpumpe notwendige Steigrohr erfindungsgemäß einstückig an mindestens einer der Wandungen des Batteriegehäuses angeformt. Dadurch kann das Steigrohr zusammen mit dem Batteriegehäuse in einem einzigen Schritt hergestellt werden. Zusätzliche Arbeitsschritte sind nicht notwendig. Darüber hinaus sind keine Anordnungen notwendig, die zwischen Gehäusewandung und Elektrodenplatten eingeschoben werden und die bei Rüttelbeanspruchung der Batterie klappern und gegebenenfalls zerstört werden können. Durch die einstückige Anformung entsteht ein unbeweglich mit dem Batteriegehäuse verbundenes Steigrohr, das in hohem Maße gegenüber Erschütterungen beständig ist.
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Dabei ist es nahezu unerheblich, an welcher Wandung des Batteriegehäuses das Steigrohr angeformt ist. Vorzugsweise befindet sich das Steigrohr jedoch an einer der Wandungen, die stirnseitig eines Plattenpakets angeordnet sind. Dadurch bilden sich besonders gut Zirkulationsströmungen aus, die zu einer guten Durchmischung des Elektrolyten führen.
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Ein Steigrohr kann an mehr als einer einzigen Wandung angeformt sein. Es ist denkbar, dass das Steigrohr an zwei oder mehr Wandungen angeformt ist. So ließe sich das Steigrohr in eine Ecke im Batteriekasten anordnen. Es wäre aber auch denkbar, dass das Steigrohr in einer Nut in dem Batteriegehäuse verläuft.
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Vorzugsweise endet das Steigrohr möglichst nahe am Bodenbereich des Batteriekastens, vorzugsweise in maximal 25% der Höhe der Batterieplatten, besonders bevorzugt in einer Höhe von etwa 10% der Batterieplatten. Die Höhenangaben beziehen sich auf den Abstand zum Boden des Batteriekastens.
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Als Gas, das in das Steigrohr eingeblasen wird, können prinzipiell die verschiedensten Gase zum Einsatz kommen. Im Allgemeinen wird jedoch zur Vermeidung unnötiger Kosten Luft verwendet werden. Beim Einsatz in einem Fahrzeug können als Versorgungsquelle für das Gas bestehende Quellen, wie beispielsweise die Druckleitungen einer Zentralverriegelung, dienen. Darüber hinaus lassen sich eigene Versorgungsquellen integrieren, die beispielsweise als Kreislaufsystem ausgebildet sein können. Hierbei würde die in das Steigrohr eingeblasene Luft wieder aus der Batterie abgesaugt und erneut eingeblasen.
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Bei den meisten gebräuchlichen Nassbatterien, d. h. Batterien mit flüssigem Elektrolyten, sind in der Batterie mehrere Batteriezellen ausgebildet. Zur Vermeidung von Säureschichtung in der gesamten Batterie könnte in jeder Batteriezelle ein separates Steigrohr angeordnet sein. Dabei wäre auch denkbar, dass pro Batteriezelle mehrere Steigrohre angeordnet sind. In diesem Fällen sollte gewährleistet sein, dass sich die Strömungen, die durch die Pumpwirkung der einzelnen Steigrohre hervorgerufen werden, nicht gegenseitig behindern oder gar aufheben.
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Für das Einblasen des Gases ließe sich ein Gaszufuhrsystem vorsehen. Dieses Gaszufuhrsystem leitet das einzublasende Gas zu den jeweiligen Einblasöffnungen an den Steigrohren.
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Dabei könnten nicht nur das Steigrohr sondern auch Teile des Gaszufuhrsystems an mindestens einer der Wandungen des Batteriegehäuses einstückig angeformt sein. Entsprechend dem Steigrohr könnten diese Teile an einer Wandung oder beispielsweise in einem Eckbereich innerhalb des Batteriegehäuses angeformt sein. Dabei ließe sich das Gaszufuhrsystem sowohl innerhalb des Batteriegehäuses als auch außerhalb des Batteriegehäuses anordnen. Es können auch Teile innerhalb und andere Teile außerhalb des Gehäuses angeformt sein. Dies hängt von den jeweiligen Einsatzumgebungen und der mechanischen Beanspruchung des Batteriegehäuses ab. Vorzugsweise wird jedoch das Gaszufuhrsystem soweit als möglich innerhalb des Batteriegehäuses geführt.
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Vorzugsweise weist das Gaszufuhrsystem Gaszufuhrkanäle auf, die vom oberen Bereich des Batteriegehäuses zu einer Einblasöffnung verlaufen. Das Steigrohr und ein zugehöriger Gaszufuhrkanal sind untereinander über die Einblasöffnung verbunden. Ein Gaszufuhrkanal ist derart ausgestaltet, dass er zum Leiten des in das Steigrohr einzublasenden Gases geeignet ist. Das Gas wird an der der Einblasöffnung entfernt liegenden Seite in den Gasführungskanal eingeblasen und zu der Einblasöffnung geführt. Dort gelangt das eingeblasene Gas in das Steigrohr und erfüllt die beschriebene Pumpwirkung.
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Bei einer Ausgestaltung mit mehreren Steigrohren ist vorzugsweise ist jedem Steigrohr ein separater Gaszufuhrkanal zugeordnet. Es ließe sich aber auch ein Gaszufuhrkanal für mehrere Steigrohre nutzen.
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Ein einem Steigrohr zugeordneter Gaszufuhrkanal könnte parallel zu dem Steigrohr angeordnet sein. Dabei könnten Steigrohr und Gaszufuhrkanal unmittelbar benachbart sein, wobei der Gaszufuhrkanal und das Steigrohr eine gemeinsame Wandung nutzen könnten. Allerdings könnten Gaszufuhrkanal und Steigrohr auch beabstandet sein. Hier müsste lediglich in der Nähe der Einblasöffnung ein Teil des Luftzufuhrkanals derart ausgestaltet sein, dass das durch den Gaszufuhrkanal geleitete Gas zu dem Steigrohr geführt werden kann.
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Eine andere Möglichkeit einer parallelen Führung von Steigrohr und Gaszufuhrkanal besteht in einer verschachtelten Anordnung: Der Gaszufuhrkanal ließe sich innerhalb des Steigrohres anordnen. Hierbei könnte der Gaszufuhrkanal vollständig von dem Steigrohr umgeben sein. Gaszufuhrkanal und Steigrohr könnten jedoch auch beide einstückig an einer Wandung angeformt sein, so dass das Steigrohr den Gaszufuhrkanal lediglich von drei Seiten umgibt.
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Alternativ könnte der Gaszufuhrkanal schräg verlaufen. Dadurch könnte insbesondere bei einer einstückigen Anformung des Gaszufuhrkanals an der Gehäusewandung erreicht werden, dass sich bei einer Belastung in Querrichtung des Steigrohrs und des Gaszufuhrkanals die Kräfte über einen größeren Bereich verteilt ableiten lassen. Dadurch wird zusätzlich die Stabilität der Konstruktion gegenüber Erschätterungen erhöht.
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Hinsichtlich einer einfacheren Anschließbarkeit der Batterie an eine Versorgungsquelle könnte das Gaszufuhrsystem einen zentralen Versorgungskanal aufweisen. Der zentrale Versorgungskanal könnte derart ausgestaltet sein, dass er zum Einblasen von Gas in mehrere Steigrohre geeignet ist. Dieser ließe sich wiederum innerhalb oder außerhalb der Batterie anordnen. In einer möglichen Ausgestaltung des zentralen Versorgungskanals könnte dieser in einem Deckel des Batteriegehäuses integriert sein. Dadurch ließe sich die Fertigung vereinfachen. Dabei ist darauf zu achten, dass für eine problemlose Verschweißung von Batteriedeckel und Batteriekasten der Versorgungskanal groß genug ausgeführt ist, dass der beim Verschweißen entstehende Schweißwulst den Übergangsbereich nicht verschließen kann. Entsprechende Dimensionierungsverfahren sind aus der Praxis bekannt.
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In einer anderen Ausgestaltung könnte der zentrale Versorgungskanal in der Wandung des Batteriegehäuses integriert sein. Hierbei wäre eine Anordnung im unteren Bereich des Batteriegehäuses sinnvoll. Der zentrale Versorgungskanal könnte dann derart geführt werden, dass der zentrale Versorgungskanal möglichst nahe an die Einblasöffnungen der Steigrohre hinführt. Die Einblasöffnung könnte auch direkt am Versorgungskanal gebildet sein. Zur Verbesserung der Zugänglichkeit könnte der zentrale Versorgungskanal einen Bereich aufweisen, der Richtung Oberseite des Batteriegehäuses führt und möglicherweise in einer Anschlussstelle am Batteriedeckel endet.
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In jeder der beschriebenen Ausgestaltungen des zentralen Versorgungskanals ist dieser vorzugsweise derart integriert, dass zumindest auf einer Seite eine ebene Oberfläche gebildet ist. Diese ebene Oberfläche kann sowohl in das innere der Batterie als auch nach außen gerichtet sein.
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Das Gaszufuhrsystem könnte eine oder mehrere Durchführungen durch eine der Wandungen des Batteriegehäuses aufweisen. Hierbei ließe sich eine Durchführung für jedes der Steigrohre realisieren. Die Durchführungen könnten jeweils im Bereich der Einblasöffnung angeordnet sein. Alternativ könnte die Durchführung im oberen Bereich des Batteriegehäuses angeordnet sein und das einzublasende Gas von der Durchführung zu der Einblasöffnung über einen Gaszufuhrkanal ein Schlauch oder dergleichen geführt werden. Statt einer Durchführung für jedes Steigrohr könnte auch eine Durchführung für mehrere oder gar alle Steigrohre realisieren. Das über die Durchführung eingeblasene Gas könnte dann innerhalb der Batterie an die jeweiligen Einblasöffnungen geleitet werden. An jeder der Durchführungen ließe sich ein Anschlussstück ausbilden, an dem Anschlussschläuche oder Kanäle aufgesteckt, verschweißt oder in sonstiger Weise verbunden werden.
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Zusätzlich könnte ein sternförmiger Verteiler zum Einsatz kommt. Ausgehend von diesem sternförmigen Verteiler könnten einzelne Schläuche oder Kanäle die Luft verteilen und entweder direkt oder über Gaszufuhrkanäle zu der Einblasöffnung geführt werden.
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Zur Vermeidung von Säureaustritt könnte das Gaszufuhrsystem ein oder mehrere Ventile in Form von Rückschlagventilen aufweisen. Hierbei könnte für jede einzelne nach außen gehende Öffnung ein Ventil vorgesehen sein. Ist für jedes Steigrohr eine separate Durchführung nach außen vorgesehen, so könnte jede dieser Durchführungen über ein Ventil abgesichert sein. Bei Verwendung eines zentralen Versorgungskanals könnte dieser ein Ventil aufweisen, wodurch lediglich ein oder zumindest wenige Ventile notwendig wären.
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Zur dosierten Abgabe von Gas in das Steigrohr werden vorzugsweise enge Bohrungen oder Öffnungen verwendet. Diese Bohrungen oder Öffnungen könnten am Übergang vom zentralen Versorgungskanal in die Gaszufuhrkanäle angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich könnten die engen Bohrungen oder Öffnungen an der Übergangsstelle zwischen zentralem Versorgungskanal in die Steigrohre ausgebildet sein. Zusätzlich ließe sich die Engstelle auch an der Einblasöffnung realisieren.
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Zur besseren Verteilung des am oberen Ende des Steigrohres austretenden Elektrolyten könnte eine Vliesschicht oder ein Kunststoffgitter vorgesehen sein. Die Vliesschicht oder das Kunststoffgitter ist vorzugsweise derart angeordnet, dass ein zu schnelles Absinken der hochgepumpten Säure verhindert wird, d. h. dass sich das Elektrolyt erst im Bereich des Vlieses oder des Gitters verteilt und erst danach in den Bereich zwischen den Elektrodenplatten absinkt. Zudem bietet diese Weiterbildung die Möglichkeit, dass das mit der Batteriesäure vermischte Gas wieder aus der Batteriesäure austreten kann und dadurch das Elektrolyt zwischen den Elektroden nicht in seiner Wirkung beeinträchtigt ist. Dabei könnte die Vliesschicht oder das Kunststoffgitter im oberen Bereich des Batteriegehäuses, vorzugsweise an den oberen Kanten der Plattenpakete angeordnet sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Batteriegehäuse einschließlich der einstückig angeformten Steigrohre spritzgusstechnisch hergestellt. Hierbei sei auf einige fertigungstechnische Spezialitäten hingewiesen. Die Einblasöffnungen ließen sich durch einen seitlichen Werkzeugschieber durch die Wandungen des Gaszufuhrkanals und des Steigrohres hindurch oder Zwangsentformung des Verbindungslochs erzeugen. Die Einblasöffnung könnte auch über einen geradlinig verlaufenden Kern gebildet sein. Ein in dem Batteriekasten angeordneter zentraler Versorgungskanal, der beispielsweise im Bereich der Bodenleiste angeordnet ist, ließe sich durch einen seitlichen Schieber mit Zwangsentformung für die Einblasöffnung in das Steigrohr realisieren. Bei einem parallel zu einem Steigrohr verlaufenden Gaszufuhrkanal könnte die als Einblasöffnung genutzte Verbindungsöffnung durch Zwangsentformung eines Werkzeugschiebers, etc., oder durch einen seitlichen Querschieber erzeugt werden. Dabei entsteht die Verbindungsöffnung vorzugsweise in Zellenlängsrichtung. Eine Zwangsentformung kann generell erfolgen über:
- – federnde Werkzeuge,
- – federnde Auswerfer,
- – Ziehen von Formenkernen und anschließendem Freimachen für die erforderliche Querbewegung oder
- – ein zwei- oder mehrstufiges Auswerfen.
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Durch schräges Durchdringen der Verbindungswandung zwischen Steigrohr und Gaszufuhrkanal könnte ein kleinstmöglicher Durchbruch der Verbindungswand an entfernter Stelle hergestellt werden.
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Durch das Ausbilden des Steigrohres und gegebenenfalls eines Gaszufuhrkanals im Inneren des Batteriegehäuses entsteht ein geringfügiger seitlicher Versatz der Plattensätze. Bei einseitiger Anordnung des Steigrohres und gegebenenfalls des Gaszufuhrkanals könnte eine mittige Ausrichtung durch eine nach innen verbreiterte Einzugswand hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich könnten zusätzliche Wände als Zentrierung eingespritzt werden. Hierbei ließen sich zusätzlich Einführschrägen zur Vereinfachung des Einführens der Plattensätze in den Batteriekasten realisieren.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einem zum Steigrohr parallel angeordneten Gaszufuhrkanal mit einer durch seitliche Durchdringung hergestellten Einblasöffnung,
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2 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einem innerhalb des Steigrohrs eingeordneten Gaszufuhrkanal,
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3 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einem zum Steigrohr parallel angeordneten Gaszufuhrkanal mit einer durch Durchdringung von innen hergestellten Einblasöffnung,
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4 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einem zum Steigrohr parallel angeordneten Gaszufuhrkanal mit einer durch Zwangsentformung hergestellten Einblasöffnung,
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5 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einer schräg zum Steigrohr verlaufenden Gaszufuhrkanal und
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6 Schnitte durch ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse mit einem im Batteriegehäuse ausgebildeten zentralen Versorgungskanal.
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Die 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses. Teilfigur A zeigt jeweils eine Draufsicht auf das Batteriegehäuse, wobei die Zellen in den Darstellungen vertikal angeordnet sind. Zusätzlich zeigt die Teilfigur A einzelne Schnittlinien, B-B, C-C und D-D. Die Teilfiguren B, C und D geben jeweils Schnitte entlang dieser Schnittlinien wieder. Teilfigur B zeigt einen Schnitt entlang Schnittlinie B-B, der Schnitt entlang der Schnittlinie C-C wird in Teilfigur C gezeigt und der Schnitt entlang der Schnittlinie D-D ist in der Teilfigur D dargestellt. Bezüglich der Schnittlinie B-B sei darauf hingewiesen, dass diese jeweils in der in Teilfigur A dargestellten mittleren Zellenwand eine Stufung aufweist.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 mit einem parallel zu einem Steigrohr 2 angeordneten Gaszufuhrkanal 3. 1A zeigt – wie zuvor erläutert – eine Draufsicht auf den mit einem Batteriedeckel 4 verschlossenen Batteriekasten 5. 1B zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B. Die innerhalb des Batteriekastens 5 gebildeten Batteriezellen 6 erstrecken sich in 1B senkrecht zur Zeichenebene, d. h. die Längsrichtung der nicht eingezeichneten Plattenpakete ist senkrecht zur Zeichenebene der 1B. Die Batteriezellen 6 werden durch Wandungen 7, einem Bodenbereich 8 und die Wandung 9 abgegrenzt. 1C zeigt einen Schnitt durch das Steigrohr 2 entlang der Schnittlinie C-C. 1D zeigt entsprechend einen Schnitt durch den Gaszufuhrkanal entlang der Schnittlinie D-D.
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Das Steigrohr 2 und der parallel dazu angeordnete Gaszufuhrkanal 3 sind einstückig an der Wandung 9 angeformt. Steigrohr 2 und Gaszufuhrkanal 3 weisen jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und besitzen eine gemeinsame Wandung. Dabei ist sowohl das Steigrohr 2 als auch der Gaszufuhrkanal 3 im unteren Bereich verjüngt, da die Wandung 9 im unteren Bereich nach innen geneigt ist. Steigrohr 2 und Gaszufuhrkanal 3 sind untereinander mit einer Einblasöffnung 10 verbunden, wobei die Einblasöffnung 10 im unteren, dem Bodenbereich 8 des Batteriegehäuses 1 zugewandten Endbereich des Steigrohres 2 angeordnet ist. Die Einblasöffnung 10 wird dabei durch eine seitliche Durchdringung gebildet, wodurch zusätzlich in der dem Gaszufuhrkanal 3 abgewandten Wandung des Steigrohres 2 eine Durchdringöffnung 11 entsteht.
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Der Gaszufuhrkanal 3 verläuft vom Bodenbereich 8 bis zur Oberseite des Batteriekastens 5 und dringt teilweise in den Batteriedeckel 4 hinein. Das Steigrohr 2 endet in relativer Bodennähe, in dem in 1 dargestellten Fall in etwa 10% der Plattenhöhe.
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Das Gas, das in die Steigrohre 2 in den Batteriezellen 6 eingeblasen werden soll, wird über einen zentralen Versorgungskanal 12 im Batteriedeckel 4 zu den Gaszufuhrkanälen 3 geleitet. Die Tatsache, dass in 1B im linken Bereich kein Gaszufuhrkanal 12 eingezeichnet ist, resultiert aus der im Bereich der mittleren Zellenwandung 7 befindlichen Stufung der Schnittlinie B-B. Das in den zentralen Versorgungskanal 12 eingeblasene Gas gelangt über eine Öffnung 13, die einen engen Bereich zur Dosierung des eingeblasenen Gases aufweist, in den jeweiligen Gaszufuhrkanal 3. Über die Einblasöffnung 10 gelangt das Gas wiederum in das Steigrohr 2 und führt hier zu einer reduzierten Dichte des in dem Steigrohr 2 befindlichen Elektrolyten. Durch die reduzierte Dichte und die Tatsache, dass die aufsteigenden Luftblasen Elektrolyt mitreißen, entsteht die beschriebene Pumpwirkung, wodurch der Elektrolyt in der Nähe des Bodenbereichs 8 abgesaugt und an die Oberseite des Batteriekastens gepumpt wird. Infolgedessen entsteht innerhalb der Zelle in Zellenlängsrichtung eine Elektrolytzirkulation, die den Elektrolyten durchmischt und dadurch eventuell entstandene Säureschichtung abbauen kann.
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In 2 ist eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses 1 dargestellt. Auch hier ist wiederum ein Steigrohr 2 und ein Gaszufuhrkanal 3 einstückig an der Wandung 9 angeformt. Steigrohr 2 und Gaszufuhrkanal 3 sind wiederum parallel angeordnet, allerdings weisen Steigrohr 2 und Gaszufuhrkanal 3 – im Gegensatz zu 1 – keine gemeinsame Wandung auf. Vielmehr ist der Gaszufuhrkanal 3 im Inneren des Steigrohres 2 angeordnet. Die Einblasöffnung wird durch zwei Durchdringungen 14 gebildet. Zur Bildung der Einblasöffnung wird zunächst die Wandung des Steigrohrs 2, die der Wandung 9 abgewandt ist, durchdrungen und danach durch dieses Loch die Wandung zum Gaszufuhrkanal 3 geöffnet. Dadurch kann das über den zentralen Versorgungskanal 12 und die Öffnung 13 in die Gaszufuhrkanäle 3 eingeblasene Gas in die Steigrohre 2 gelangen und dort eine Pumpwirkung entfalten.
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3 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung wie das Batteriegehäuse gemäß 1. Hier ist jedoch die Einblasöffnung durch eine schräg verlaufende Durchdringung gebildet, die eine Hyperbel-förmige Öffnung 15 des Gaszufuhrkanals 3 in das Steigrohr 2 ermöglicht.
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Eine andere Ausgestaltung des Batteriegehäuses gemäß 1 ist in 4 dargestellt. Hier wird die Einblasöffnung durch Zwangsentformung gebildet. Dadurch entsteht eine rechteckförmige sich in Richtung Steigrohr erweiternde Luftaustrittsöffnung 16.
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Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist in 5 dargestellt. Wiederum ist das Steigrohr 2 und Gaszufuhrkanal 3 einstückig an der Wandung 9 angeformt. Allerdings verläuft in dieser Ausgestaltung der Gaszufuhrkanal 3 schräg auf das Steigrohr 2 zu. Die Einblasöffnung entsteht durch eine Öffnung 17, die durch einen speziell verlaufenden Kern gebildet wird. Wiederum ist im Batteriedeckel 4 ein zentraler Versorgungskanal 12 vorgesehen, über den durch Öffnungen 13 das Gas in den Gaszufuhrkanal 3 gelangt. Aus dem Gaszufuhrkanal 3 wird das Gas über die als Einblasöffnung wirkende Öffnung 17 in das Steigrohr 2 eingeblasen und dadurch die Pumpwirkung bewirkt.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist in 6 dargestellt. Hier ist in jeder Batteriezelle 6 ein Steigrohr 2 einstückig an der Wandung 9 und an der Wandung 7 angeformt. Somit befindet sich das Steigrohr 2 im Eckbereich zwischen der Wandung 7, die die einzelnen Zellen untereinander abtrennt, und der Wandung 9, die eine Abgrenzung des gesamten Batteriekastens nach außen bildet. Die in 6 dargestellte Ausgestaltung weist keine separaten Gaszufuhrkanäle auf. Hier ist vielmehr ein zentraler Versorgungskanal 18 im Batteriekasten 5 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 6A dargestellte Schnittlinie B-B sowohl im Bereich der in 6B sichtbaren zweiten Wandung eine in 6A nach unten weisende Stufung aufweist und im Bereich der dritten Wandung eine in 6A nach oben weisende Stufung aufweist. Der zentrale Versorgungskanal 18 wird mit Öffnungen 19 versehen, durch die Gas in die Steigrohre 2 eingeblasen werden kann. Der zentrale Versorgungskanal 18 weist zusätzlich einen weiteren Kanal 20 auf, über den Gas vom Batteriedeckel 4 in Richtung des zentralen Versorgungskanals 16 geleitet wird. Der weitere Kanal 20 endet am Batteriedeckel im Bereich einer Anschlussstelle 21, die einen Anschluss einer nicht eingezeichneten Gasversorungsquelle ermöglicht. Die Anschlussstelle 21 ist in 6C im Querschnitt dargestellt.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die einzelnen in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen und Merkmale beliebig miteinander kombinierbar sind.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriegehäuse
- 2
- Steigrohr
- 3
- Gaszufuhrkanal
- 4
- Batteriedeckel
- 5
- Batteriekasten
- 6
- Batteriezelle
- 7
- Wandung (zur Trennung der Batteriezellen)
- 8
- Bodenbereich
- 9
- Wandung (zur Begrenzung des Batteriekastens)
- 10
- Einblasöffnung
- 11
- Durchdringöffnung
- 12
- zentrale Versorgungskanal
- 13
- Öffnung
- 14
- Durchdringung
- 15
- Öffnung
- 16
- Luftaustrittsöffnung
- 17
- Öffnung
- 18
- zentraler Versorgungskanal
- 19
- Öffnung
- 20
- weiterer Kanal
- 21
- Anschlussstelle
